JPH10156410A

JPH10156410A - 継目無鋼管穿孔圧延用プラグおよびこのプラグを用いた継目無鋼管の製造方法

Info

Publication number: JPH10156410A
Application number: JP31962296A
Authority: JP
Inventors: Kenji Tsubouchi; 憲治坪内
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-11-29
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 1998-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】ステンレス鋼などの難加工性材料の穿孔圧延に
用いた場合でも、長寿命であり、しかも中空素管内面に
凹状疵を発生させることのない継目無鋼管穿孔圧延用プ
ラグと、このプラグを用いた継目無鋼管の製造方法を提
供する。【解決手段】（１）砲弾形状の継目無鋼管穿孔圧延用プ
ラグであって、少なくとも先端部が５０重量％以上のニ
オブを含有するニオブ合金から成り、その表面に珪化物
層を有することを特徴とする継目無鋼管穿孔圧延用プラ
グ。前記珪化物層は、厚さが１０μｍ以上であることが
好ましい。（２）プラグを備える穿孔圧延機によって中実丸ビッレ
トを中空素管に穿孔圧延するに当たり、前記プラグとし
て上記（１）に記載のプラグを用いることを特徴とする
継目無鋼管の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、継目無管の製造
時、特に高合金鋼製の鋼管を製造する場合に用いて優れ
た耐久性を発揮し、かつ内面性状の優れた鋼管を製造す
ることができる継目無鋼管穿孔圧延用プラグ、およびこ
のプラグを用いた継目無鋼管の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱間継目無鋼管の代表的な製造方法の一
つに、マンネスマン・ピアサと称される穿孔圧延機によ
り中空素管を製造し、この中空素管をプラグミルやマン
ドレルミルと称される延伸圧延機などに通して縮径減肉
加工を加え、所定寸法の製品管に仕上げる方法がある。

【０００３】上記の穿孔圧延機は、図１に示すように、
互いに逆向きに傾斜させて対向配置されていて同一方向
に回転する主ロール１ａ、１ｂと、この主ロール１ａ、
１ｂ間に配置され、パスライン上に配置されたマンドレ
ル３により支持されたプラグ２を備えている。

【０００４】上記のように構成された穿孔圧延機では、
主ロール１ａ、１ｂ間に送り込まれる加熱された中実丸
ビレットＢの中心部に主ロール１ａ、１ｂによる回転鍛
造効果によって割れが発生し、この割れをプラグ２によ
って押し広げることで中空素管Ｈを成形する。

【０００５】このような熱間穿孔圧延加工に使用される
プラグ２は、ビレットＢからの熱伝導、加工熱、摩擦熱
などによって温度上昇するため、その表面に溶損、摩
耗、えぐれ、焼付、割れなどの損傷が発生する。特に、
プラグ２を連続して使用し続けると温度が一段と高くな
るために、上記の表面損傷がより発生しやすくなる。

【０００６】従って、プラグ２を連続使用する場合に
は、１本の中実丸ビッレトＢを穿孔圧延する度毎に、当
該穿孔圧延に供したプラグ２をマンドレル３から取り外
して水冷し、予め水冷された他のプラグ２に取り替えて
次の穿孔圧延を行うという方法がとられている。しか
し、このような方法では、製管能率が低下したり、水冷
によってプラグ表面に亀裂が生じるといった問題があっ
た。

【０００７】このため、従来から、プラグ表面に発生す
る上記の摩耗、溶損、焼付、えぐれさらには割れなどの
損傷を防止するための技術が種々提案されてきた。

【０００８】例えば、特開昭６０−１３７５１１号公報
には、先端部をセラミックス製としたプラグが提案され
ている。また、特開昭６２−２０７５０３号公報には、
先端部をモリブデン製またはモリブデン合金製としたプ
ラグが提案されている。また更に、特開昭６０−８６２
６２号公報には、３Ｃｒ−１Ｎｉ系の低合金製プラグ
を、水蒸気と酸素ガスを所定の割合で含む不活性ガス中
で加熱処理して、その表面に密着性に優れた緻密なスケ
ールを形成させる方法が提案されている。

【０００９】しかし、先端部をセラミック製にしたプラ
グは、セラミックが耐衝撃性に劣るために、破損しやす
いという欠点を有している。また、先端部をモリブデン
製またはモリブデン合金製にしたプラグは、モリブデン
およびモリブデン合金が５００℃程度までの靱性に劣る
ために、穿孔圧延中および使用後の水冷による急激な温
度変化によって亀裂が生じるとい欠点を有している。

【００１０】また更に、その表面にスケールを形成した
プラグは、ステンレス鋼や高Ｃｒ−Ｎｉ合金、およびＮ
ｉ基合金などの高合金製の中実丸ビレットの穿孔圧延に
供した場合、使用寿命が極端に低下するという欠点を有
している。これは、高合金製の中実丸ビレットは、変形
抵抗が高く、しかもその表面に断熱や潤滑作用を奏する
酸化被膜が生成し難くいため、穿孔圧延中のプラグに加
わる熱的および力学的負荷が増大し、プラグ表面のスケ
ールが使用早期に剥離脱落してしまうからである。特
に、ＳＵＳ３０４やそれ以上の合金元素（例えば、Ｃ
ｒ、Ｎｉ、Ｍｏなど）を含有する材料では、耐酸化性お
よび変形抵抗が極めて高く、スケール処理したプラグを
使用しても時には１本の中実丸ビレットを穿孔圧延した
だけで上記の損傷が発生して再使用することができなく
なり、製管コストの高騰を招くとともに製管能率の低下
を来すことがあった。

【００１１】そこで、本発明者は、上記のような過酷な
条件下でも長寿命が得られるプラグとして、「少なくと
もその先端部を重量比で５０％以上のニオブを含有する
ニオブ合金製としたプラグ」を開発し、先に提案した
（特開平１−２８９５０４号公報）。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記本発明者が先に提
案したプラグは、先端部が優れた高温強度、耐摩耗性
を有し、溶損や摩耗、えぐれなどの損傷が生じ難い、
靱性が高く、熱的および力学的負荷が加わっても亀裂が
発生、進展し難い、使用中にプラグが高温に曝された
際に酸化しやすく、この酸化物が被加工材料と接触する
プラグ表面を保護するために焼付きが生じ難い、などの
優れた特性を持ち、ステンレス鋼を穿孔する際の寿命
は、スケール処理した３Ｃｒ−１Ｎｉ鋼製のプラグに比
べて２０倍以上の長寿命を有している。

【００１３】しかし、使用を重ねるうち、次の欠点を有
することが判明した。すなわち、ニオブ合金は、前述し
たように、その酸化物がプラグ表面を保護して焼付き発
生を防止するので、高合金製の被加工材料に対しても長
寿命を発揮する。ところが、このことが逆にわざわいと
なり、使用を繰り返しているうちにその酸化物がプラグ
表面に不均一に堆積、成長してプラグ表面に米粒状の突
起が形成され、この突起により被加工材料の内面に凹状
疵が生じる場合があった。

【００１４】上記の凹状疵は、軽微であり、通常の製品
では問題にならないものの、内面品質が特に重要視され
る製品では除去する必要があり、そのための手入れ工数
が増えて製品の製造コスト上昇を招くので、その解決策
の開発が望まれていた。

【００１５】本発明は、上記の実状に鑑みてなされたも
ので、その課題は、使用を繰り返してもプラグ表面に米
粒状の突起が生成することがなく、被加工材料の内面に
凹状疵を発生させることのないニオブ合金を用いた継目
無鋼管穿孔圧延用のプラグと、このプラグを用いた継目
無鋼管の製造方法を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の
（１）および（２）の継目無鋼管穿孔圧延用プラグと、
このプラグを用いた継目無鋼管の製造方法にある。

【００１７】（１）砲弾形状の継目無鋼管穿孔圧延用プ
ラグであって、少なくとも先端部が５０重量％以上のニ
オブを含有するニオブ合金から成り、その表面に珪化物
層を有することを特徴とする継目無鋼管穿孔圧延用プラ
グ。（２）プラグを備える穿孔圧延機によって中実丸ビッレ
トを中空素管に穿孔圧延するに当たり、前記プラグとし
て上記（１）に記載のプラグを用いることを特徴とする
継目無鋼管の製造方法。

【００１８】上記（１）に記載のプラグは、珪化物層の
厚さが１０μｍ以上であることが好ましい。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明のプラグについて、
添付図面を参照して詳細に説明する。

【００２０】図２は、本発明にかかわるプラグの一例を
示す模式的縦断面図で、図中の符号２ａは先端部、２ｂ
は本体部、２ｃは珪化物層である。

【００２１】先端部２ａは、重量％で、５０％以上のＮ
ｂを含有するＮｂ合金製であり、その表面には珪化物層
２ｃが形成されている。また、本体部２ｂは、例えば前
述の３Ｃｒ−１Ｎｉ系の低合金鋼などの適宜な熱間工具
鋼製とされている。

【００２２】上記のように構成されたプラグ２は、熱的
および力学的負荷が最も著しいプラグの先端部分がニオ
ブ合金であり、このニオブ合金は前述のおよびの特
性を有している。このため、ステンレス鋼などの難加工
材料を穿孔圧延してプラグ先端部に溶損やえぐれなどの
損傷が発生することがない。また、急激な温度変化や機
械的衝撃が加わっても亀裂が発生、進展し難い上に、そ
の表面に形成させた珪化物層が高硬度でしかも極めて良
好な潤滑性を有するので、摩耗や焼付などの損傷もほと
んど発生することがない。

【００２３】さらに、ニオブ合金製の先端部２ａは、そ
の表面が珪化物層２ｃで覆われているため、高温に曝さ
れてもその酸化物が生成しない。この結果、プラグ表面
にはニオブ合金の酸化物からなる米粒状の突起が形成さ
れなくなので、これに起因する凹状疵が鋼管内面に発生
することがない。

【００２４】ここで、上記ニオブ合金として、Ｎｂの含
有量が５０重量％のものを用いるのは、次の理由によ
る。すなわち、Ｎｂの含有量が５０重量％未満では、靱
性が不足して亀裂を生じやすく、かつその表面に珪化物
層２ｃを形成させ難くなるからである。

【００２５】珪化物層２ｃは、これを構成する珪化物が
どのようなものであってもかまわないが、ＮｂＳｉ₂ を
主体とした珪化物層とするのが最も好ましい。これは、
通常、鋼や銅などに対して行われているのと同様の珪化
処理により、ＮｂＳｉ₂ を主体とした珪化物層２ｃを簡
単に形成させることができ、最も経済的であるのみなら
ず、母材のニオブ合金に対して優れた密着性を有する珪
化物層２ｃを形成させ得るためである。

【００２６】すなわち、シランガスを含む雰囲気の加熱
炉にニオブ合金を装入し、９００〜１４００℃で１〜１
５時間程度加熱保持すると、雰囲気中のシランガスが分
解した珪素がニオブ合金の表面からその内部に拡散浸透
し、その表層部分に母材であるニオブ合金に対する密着
性に優れたＮｂＳｉ₂ を主体とする珪化物層２ｃが形成
される。

【００２７】なお、上記珪化処理によって形成される珪
化物層２ｃは、処理対象のニオブ合金の成分組成、処理
温度と時間およびシランガス濃度によってその厚さが種
々変化するほか、ＮｂＳｉ₂ 以外の種々の珪化物が生成
し、これらの珪化物が積層した多層構造になる場合もあ
るが、何ら差し支えない。

【００２８】また、珪化物層２ｃの形成方法としては、
上記の珪化処理方法に限らず他の方法、例えばイオンプ
レーティングやレーザクラッディングなどの方法によっ
てもかまわない。しかし、これらの方法は、上記の珪化
処理方法に比べて処理設備が高価なうえに処理工程が多
く、コスト高につくので、上記の珪化処理方法を用いる
のが好ましい。

【００２９】珪化物層２ｃの厚さは、特に制限されな
い。しかし、その厚さが１０μｍ未満であると、摩耗
によって珪化物層２ｃが徐々に薄くなり、比較的早期に
所望の効果が得られなくなる。また、逆にその厚さが厚
すぎると、熱衝撃や機械的衝撃によって剥離しやすくな
る。従って、その厚さは、１０μｍ以上で、かつ１００
μｍ以下とするのが好ましい。

【００３０】本発明のプラグは、図２に示したように、
少なくとも先端部２ａが珪化物層２ｃを備えるニオブ合
金製であればよく、本体部２ｂまでニオブ合金製にする
必要はないが、本体部２ｂをもニオブ合金製とした一体
型プラグとしても何ら差し支えない。

【００３１】ニオブ合金製としない場合の本体部２ｂ構
成材質としては、前述したように、熱間工具鋼製であれ
ばどのようなものであってもよい。しかし、その材質
は、コスト面と使用環境を考慮した場合、３Ｃｒ−１Ｎ
ｉ鋼などの低合金鋼製とし、その表面に密着性の良いス
ケール被膜を形成させたものとするのが好ましい。

【００３２】ただし、連続使用することで、本体部２ｂ
にも摩耗やえぐれが発生する恐れがある場合には、高温
強度の高い高合金鋼（例えば、２０〜４０Ｃｒ−２０〜
５０Ｎｉ−残部Ｆｅなど）製、Ｎｉ基合金製、さらには
Ｃｏ基合金製などにするのが好ましい。

【００３３】また、ニオブ合金製の先端部２ａと非ニオ
ブ合金製の本体部２ｂとの装着態様は、次の２つのうち
いずれであってもよい。すなわち、その１つは、両者の
凹凸部分（図２参照）を、例えば焼きばめ、圧入あるい
は圧接などし、その軸心回りに相互回転不能に固定接続
する。他の１つは、上記凹凸部分を適宜な脱落防止機構
を用いてルーズにはめ合わせるなどし、その軸心回りに
相互回転可能に装着する。

【００３４】以上に説明した本発明のプラグは、常法に
従って穿孔圧延機にセットして使用される。この場合、
内面に凹状疵が発生しないので、内表面性状に優れた中
空素管が得られる。

【００３５】

【実施例】

《実施例１》図２に示すプラグであって、その先端部２
ａが、重量％で、１０％のＨｆと１％のＴｉを含有し、
残部がＮｂおよび不可避的不純物からなるニオブ合金製
で、本体部２ｂが３Ｃｒ−１Ｎｉ系の低合金製で、その
表面に厚さ２００μｍのスケールを形成させた従来のプ
ラグと、この従来プラグと同様な構成で、先端部２ｂの
表面層部分に厚さ３０μｍの珪化物層２ｃを形成させた
本発明プラグとを、それぞれ１個づつ準備した。なお、
いずれのプラグも、先端部２ａと本体部２ｂは、焼きば
めして固定接続した。

【００３６】次いで、上記の各プラグを穿孔圧延機にセ
ットし、１２００℃に加熱された外径６０ｍｍ、長さ４
００ｍｍのＳＵＳ３０４製の中実丸ビレット２０本づつ
を、外径６０ｍｍ、内径５５ｍｍ、長さ１２００ｍｍの
中空素管に穿孔圧延した。この時、各プラグは、水冷す
ることなく連続して中実丸ビッレト１本の穿孔圧延が終
了する度毎に水冷しつつ穿孔圧延に供した。

【００３７】そして、穿孔圧延後のプラグ表面を目視観
察して米粒状突起の発生有無を調べる一方、得られた中
空素管の内面粗さ（Ｒｍａｘ）を測定し、米粒状突起起
因の凹状疵発生状況を調べた。その結果を、図３に示し
た。

【００３８】図３に示す結果から明らかなように、従来
のプラグでは、５本目の穿孔圧延後のプラグ表面に上記
の米粒状突起の発生が認められ、この突起が穿孔圧延を
繰り返すうちに順次多くなるとともに大きくなった結
果、米粒状突起起因の凹状疵が発生し、９本目以降の中
空素管の内面粗さ（Ｒｍａｘ）が４０μｍ以上と悪くな
っている。

【００３９】これに対し、本発明のプラグでは、穿孔圧
延を繰り返してもプラグの表面に上記米粒状突起の発生
が認められなかった結果、米粒状突起起因の凹状疵は発
生せず、２０本全ての中空素管の内面粗さ（Ｒｍａｘ）
が４０μｍ以下と良好であった。

【００４０】《実施例２》本体部２ｂが上記実施例１の
従来プラグと同じであり、先端部２ａを表１に示す種々
成分組成のニオブ合金製とし、その表層部分に表１に示
す種々厚さの珪化物層２ｃを形成させた７種類の本発明
のプラグを準備した。

【００４１】また、比較のために、本体部が上記本発明
のプラグと同じで、先端部を１０％Ｈｆ−１％Ｔｉ−残
部Ｎｂおよび不可避的不純物からなるニオブ合金製にし
たのみの従来プラグ、先端部を０．５％Ｔｉ−残部Ｍｏ
および不可避的不純物からなるモリブデン合金製とした
のみの従来プラグ、および全体が３Ｃｒ−１Ｎｉ−残部
Ｆｅおよび不可避不純物からなる低合金製で、その表面
に厚さ２００μｍのスケールを形成させた一体型の従来
プラグを、それぞれ１個づつ準備した。

【００４２】

【表１】

【００４３】そして、これらのプラグを穿孔圧延機にセ
ットし、上記実施例１と同じ条件で穿孔圧延を行い、各
プラグに溶損、えぐれ、摩耗、焼付、亀裂などが発生し
て使用できなくなるまでの穿孔圧延本数と、最後に穿孔
圧延して得られた中空素管の内面粗さ（Ｒｍａｘ）を調
べた。

【００４４】これらの結果を、表１に併せて示した。

【００４５】表１に示す結果から明らかなように、本発
明のプラグ（No. １〜７）では、最大９０本、最低でも
３６本の中実丸ビッレトを穿孔圧延することができた。
また、最後の穿孔圧延で得られた中空素管の内面粗さ
（Ｒｍａｘ）は、いずれのプラグも４５μｍ以下で良好
であった。

【００４６】これに対し、先端部２ａはニオブ合金製で
あるが、その表面に珪化物層２ｃを形成させない従来プ
ラグ（No. ８）は、そのニオブ合金が同一成分組成の本
発明のプラグ（No. １および４〜７）と対比した場合、
同様本数の中実丸ビッレトを穿孔圧延しても、溶損、え
ぐれ、摩耗、焼付、亀裂などの損傷が発生しなかった最
後の穿孔圧延で得られた中空素管の内面粗さ（Ｒｍａ
ｘ）は、１０５μｍと極めて悪かった。

【００４７】また、先端部２ａをモリブデン合金製とし
た従来プラグ（No. ９）、および全体が低合金製で、そ
の表面にスケールを形成させた従来プラグ（No. １０）
では、一本の中実丸ビッレトを穿孔圧延しただけで、そ
の表面に溶損や割損が発生し、継続使用できなかった。
なお、これらのプラグで穿孔圧延して得られた中空素管
の内面粗さ測定は、省略した。

【００４８】

【発明の効果】本発明のプラグは、被加工材料が普通鋼
や低合金鋼の場合は勿論、ステンレス鋼やＮｉ基合金な
どの難加工材料であっても、長寿命であるのに加え、中
空素管の内面に凹状疵を発生させることがない。このた
め、プラグ原単位が向上するほか、製品管の疵除去工数
が少なくてすむので、高品質な製品管を低コストで製造
することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】穿孔圧延機による圧延態様を示す模式的縦断面
図である。

【図２】本発明にかかわるプラグの一例を示す模式的縦
断面図である。

【図３】実施例の結果を示す図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ：主ロール、２：プラグ、２ａ：先端部、２ｂ：本体部、２ｃ：珪化物層、３：マンドレル、Ｂ：中実丸ビッレト、Ｈ：中空素管。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】砲弾形状の継目無鋼管穿孔圧延用プラグで
あって、少なくとも先端部が５０重量％以上のニオブを
含有するニオブ合金から成り、その表面に珪化物層を有
することを特徴とする継目無鋼管穿孔圧延用プラグ。
【請求項２】珪化物層の厚さが１０μｍ以上であること
を特徴とする請求項１に記載の継目無鋼管穿孔圧延用プ
ラグ。
【請求項３】プラグを備える穿孔圧延機によって中実丸
ビッレトを中空素管に穿孔圧延するに当たり、前記プラ
グとして請求項１または請求項２に記載のプラグを用い
ることを特徴とする継目無鋼管の製造方法。