JPH10323711A

JPH10323711A - 高合金管の冷間引抜き加工用工具および高合金管の製造方法

Info

Publication number: JPH10323711A
Application number: JP13809597A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yoshino; 健吉野
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-05-28
Filing date: 1997-05-28
Publication date: 1998-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】高合金管の引抜き加工時に生じる「鳴り現象」
の抑制効果に優れた加工用工具と、同じプラグで軸長方
向の径変動のない製品管を多量に得ることのできる高合
金管の製造方法。【解決手段】超硬合金製工具の被加工材料と接する表面
に、チタンの炭化物、窒化物または炭窒化物の皮膜を介
して酸化アルミニウム皮膜が形成された工具と、前記構
成のプラグを用いて化成潤滑処理しない高合金製の素管
を高圧油潤滑法にて引き抜く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属管の冷間引抜
き加工用工具（プラグとダイス）と、この加工用工具を
用いた金属管の製造方法に係わり、特に高合金製で小径
の金属管の引抜き加工中に発生する「鳴り現象」の抑制
効果が大きい加工用工具と、内面品質保証のために実施
する渦流探傷時のノイズ発生の少ない製品管を得ること
のできる高合金管の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】摩耗損傷を低減し、かつ被加工材との焼
付きを防いでその使用寿命延長を図るため、超硬合金製
の工具表面に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃ
ｒ、ＭｏおよびＷの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化
物、または炭酸窒化物、あるいは酸化アルミニウム（Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ ）などからなる、いわゆる各種セラミックス物
質の単層皮膜、またはこれらの混合層皮膜もしくは積層
皮膜を形成した金属管の冷間引抜き加工用工具は、例え
ば実開昭５８−３３１０７号公報に公知である。

【０００３】そして、上記の加工用工具は、耐摩耗性お
よび耐焼付き性に優れ、生産性を上げるために引抜き加
工速度を速くしても、超硬合金製のみからなる加工用工
具の約２倍の寿命が得られるとしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記セラミッ
クス物質のうち、酸化アルミニウムは熱力学的に最も不
安定で、皮膜形成時の取扱いが極めて面倒であり、かつ
均一厚さの皮膜形成が極めて困難であるのに加え、炭素
鋼や低合金鋼などの非高合金との親和性が高く、焼付き
易いため、実際の加工用工具に用いられることはなかっ
た。

【０００５】一方、金属管の引抜き加工においては、通
常、素管の内外面に化成潤滑皮膜処理が施される。

【０００６】しかし、例えばアロイ６９０（商品名）や
ＪＩＳＧ４９０４に規定されるＮＣＦ６９０ＴＦお
よびＮＣＦ８００、並びにＡＳＭＥに規定されるＳＢ−
１６などに代表されるＮｉ基合金、およびこれらの相当
合金などの高合金には、上記の化成潤滑皮膜が付着しな
いか、付着したとしても膜厚不均一となって正常な引抜
き加工ができない。

【０００７】このため、上記高合金製の金属管の引抜き
加工は、通常、デスケール処理などして内外面を清浄化
し、処理が容易な外面のみにアクリル樹脂などの合成樹
脂を主成分とする補助潤滑剤皮膜を形成させた素管を対
象に、油潤滑法によって行われる。

【０００８】ところが、加工用工具のうち、プラグとし
て超硬合金製のプラグ本体表面に、酸化アルミニウム以
外の例えばＴｉＣの単層皮膜あるいはＴｉＣの単層皮膜
上にＴｉＮの単層皮膜を積層してなる二層皮膜を形成し
たものを用いて引抜き加工した場合、焼付きが多発する
ほか、Ｓｔｉｃｋ−Ｓｌｉｐと称される「鳴り現象」が
早期に発生するという問題があった。

【０００９】また、小径長尺管、具体的には原子力発電
設備における蒸気発生器や各種機器の給水ヒータなどの
熱交換器に組み込んで使用される外径が４０ｍｍ以下、
長さが２０ｍ以上というような上記高合金製の小径長尺
管を加工対象とした場合、次の問題があった。すなわ
ち、上記の「鳴り現象」を伴った引抜き加工によって得
られた製品管は、その内径が極めて微少ではあるが軸長
方向に変動するという問題である。

【００１０】上記焼付きの多発は、プラグ原単位を低下
させるとともに、製品管の歩留まり低下を招き、製品管
の製造コストを上昇させるのみならず、製品管の表面品
質を悪化させる。また、軸長方向の内径変動は、その製
品管が上記原子力発電設備に使用される場合には、その
安全上極めて厳しい品質管理が要求され、そのために施
す内面渦流探傷時にノイズの発生原因になって探傷のＳ
／Ｎ比を著しく低下させ、品質保証するうえで大きな障
害になる。

【００１１】本発明は、上記の実情に鑑みなされたもの
で、その課題は上記の高合金管の引抜き加工に使用して
「鳴り現象」の発生抑制効果の優れた加工用工具、具体
的にはプラグと、単一のプラグで軸長方向の径変動のな
い製品管を多量に得ることのできる高合金管の製造方法
を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
達成するために種々実験研究を行った結果、従来、実際
には使用されることのなかった酸化アルミニウムの皮膜
を形成させたプラグを用い、高圧の潤滑油を封入した容
器内に素管を挿入して引抜く油潤滑法で引抜き加工する
と、上記「鳴り現象」が長期にわたって発生せず、軸長
方向に径変動のない製品管を単一のプラグで多量に加工
できることを見いだした。

【００１３】ただし、上記酸化アルミニウム皮膜を超硬
合金製のプラグ本体表面に直接形成させると、両者の親
和性が悪いために密着力が弱く、剥離脱落しやすい。と
ころが、酸化アルミニウムに比べて超硬合金との親和性
がよいＴｉＣ、ＴｉＮまたはＴｉＣＮの単層皮膜または
混合層皮膜を介在させると、酸化アルミニウム皮膜の密
着力が格段に向上し、剥離脱落がほとんど生じなくなる
ことを知見した。

【００１４】本発明は、上記の知見に基づいてなされた
もので、その要旨は、次の（１）の高合金管の冷間引抜
き加工用工具と、（２）の高合金管の製造方法にある。

【００１５】（１）超硬合金製からなる工具の被加工材
料と接する表面に、チタンの炭化物、窒化物もしくは炭
窒化物の単層皮膜またはこれらの混合層皮膜を介して酸
化アルミニウム皮膜が形成されていることを特徴とする
高合金管の冷間引抜き加工用工具。

【００１６】（２）化成潤滑処理しない高合金製の素管
を高圧の潤滑油が封入された容器内に挿入し、ダイスと
プラグを用いて冷間引抜き加工する金属管の製造方法に
おいて、少なくとも前記プラグとして上記（１）に記載
の構成からなるプラグを用いることを特徴とする高合金
管の製造方法。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる加工用工具
をプラグに適用した場合と、このプラグを用いた高合金
管の製造方法を、添付図面を参照して詳細に説明する。

【００１８】先ず、加工用工具（プラグ）について説明
する。

【００１９】図１は、本発明になるプラグの一例を示す
模式図で、円柱状に成形された超硬合金製のプラグ本体
１の外周表面には、ＴｉＣ、ＴｉＮもしくはＴｉＣＮの
単独層またはこれらの混合層からなる皮膜２（以下、チ
タン化合物皮膜という）を介して酸化アルミニウム皮膜
３が形成されている。

【００２０】上記のチタン化合物皮膜２および酸化アル
ミニウム皮膜３は、いずれも周知の物理的蒸着法や化学
的蒸着法を用いて常法によって形成させるが、より高精
度の皮膜を得るには化学的蒸着法を用いて形成させるの
が好ましい。

【００２１】チタン化合物皮膜２および酸化アルミニウ
ム皮膜３の厚さは、特に制限するものではないが、チタ
ン化合物皮膜２の厚さが１μｍ未満であると所望の密着
力確保が困難であり、逆にその厚さが５μｍを超えると
密着力が低下して剥離脱落しやすくなる。また、酸化ア
ルミニウム皮膜３の厚さが２μｍ未満であると十分な
「鳴り現象」抑制効果が得られない反面、その厚さが４
μｍを超えると剥離脱落しやすくなるとともに、「鳴り
現象」抑制効果が悪くなる。従って、チタン化合物皮膜
２の膜厚については１〜５μｍ程度、酸化アルミニウム
皮膜３の膜厚については２〜４μｍ程度とするのが好ま
しい。

【００２２】このように、プラグ本体１の表面にチタン
化合物皮膜２を形成し、このチタン化合物皮膜２上に酸
化アルミニウム皮膜３を形成すると、前述したように、
プラグ本体１を構成する超硬合金との親和性がＴｉの炭
化物、窒化物および炭窒化物の方が酸化アルミニウムに
比べて小さいことから酸化アルミニウム皮膜３が強固に
付着し、引抜き加工の使用中あるいは使用前の取扱い時
に酸化アルミニウム皮膜３が剥離脱落しにくくなるか、
もしくは剥離脱落しなくなる。

【００２３】また、酸化アルミニウムは、被加工材料で
ある上記高合金との親和性がＴｉの炭化物、窒化物およ
び炭窒化物に比べて小さく、加工時に両者が疑着しにく
いので、焼付きが発生しにくくなる。

【００２４】さらに、酸化アルミニウムは、被加工材料
である上記高合金との摩擦係数がＴｉの炭化物、窒化物
および炭窒化物よりも小さいため、「鳴り現象」が発生
しにくく、発生したとしても使用早期には発生しなくな
る。すなわち、「鳴り現象」は引抜き加工に特有の現象
で、その詳細な発生メカニズムは不明であるが、加工用
工具に対する被加工材料の拘束と滑りの繰り返しによっ
て生じるものと推定される。従って、摩擦係数の小さい
酸化アルミニウムの方が材料滑りが円滑に生じ、上記拘
束が少なくなって「鳴り現象」が発生しにくく、もしく
は早期には発生しなくなるものと推定される。

【００２５】次に、本発明の製造方法について説明す
る。

【００２６】図２は、本発明の製造方法に使用される液
体油潤滑法の実施態様を示す模式図である。図２におい
て、一方端が閉鎖され、開放端がテレスコピック構造４
ａとされた筒状の容器４は、閉鎖端側を支点に開放端側
を引き抜きパスラインと素管挿入ラインとの間に位置可
変なように揺動自在に設けられている。

【００２７】また、容器４内には、引き抜きパスライン
に固定配置されたダイス６内にプラグ８を位置させて保
持するプラグ支持桿７が貫通配置されている。

【００２８】上記の容器４内には、デスケール処理など
して内外面を清浄化し、前述したように、処理が容易な
外面のみにアクリル樹脂などの合成樹脂を主成分とする
補助潤滑剤皮膜を形成させた高合金製の素管５が装入さ
れ、図２に示すように、ダイス６とプラグ８とで画成さ
れる環状空間に素管５の口絞り部を通した状態にセット
される。

【００２９】そして、この状態でポンプＰにより容器４
内に高圧潤滑油を供給充填し、素管５を上記環状空間よ
り容器４外へ引抜いて所定の寸法の製品管に仕上げる
が、この引抜きの全期間中、素管５の内外面には容器４
内に供給充填した高圧潤滑油が連続的に供給される。

【００３０】この時、容器４の開放端とダイス８との間
の気密保持は、容器４の開放端側に設けられたテレスコ
ピック構造部４ａが高圧の潤滑油によって図中の左方に
押されてその先端がダイス８の入側面に圧接するのこと
で自動的に行われる。また、ダイス６とプラグ８のと環
状空間の気密保持は、引抜き加工中の素管５によって維
持される。

【００３１】本発明の製造方法は、このような油潤滑法
による引抜き加工法において、プラグ８として上記構成
からなる本発明のプラグ１を用いる。これにより、プラ
グ８と被加工材料（素管５）との焼付きおよび「鳴り現
象」の発生が抑制され、焼付き疵がなく、内径変動の極
めて小さい製品管を得ることができる。

【００３２】上記本発明の製造方法においては、潤滑油
の圧力を５００ｋｇｆ／ｃｍ² 以上、好ましくは１００
０ｋｇｆ／ｃｍ² 以上とするのが望ましい。これは、引
抜き後の管の単位表面積当たりの潤滑油が押し込まれて
滞留している部分の油孔面積が多いほど円滑な潤滑が行
われたことを示すのであるが、５００ｋｇｆ／ｃｍ²未
満の圧力ではその油孔面積が無圧力時とほぼ同じで、圧
力を付与する意味がないからである。なお、圧力は高け
れば高いほど好ましいが、１０００ｋｇｆ／ｃｍ² での
油孔面積の増加率が小さい反面、圧力の増加に伴って油
圧回路の規模が急激に大きくなって経済的でないので、
その上限は１５００ｋｇｆ／ｃｍ² 程度に留めるのが望
ましい。

【００３３】また、用いる潤滑油としては、金属の冷間
加工に用いられる常温で液体の潤滑油であればどのよう
なものであってもよいが、好ましくは塩素化パラフィン
と硫化油脂との混合組成物であり、極圧添加剤としての
Ｃｌを２２〜３０重量％、Ｓを６〜８重量％程度含む潤
滑油を用いるのが望ましい。

【００３４】なお、上記の場合、ダイス６としては超硬
合金製ままのもので十分である。その理由は、素管５の
外面に合成樹脂を主成分とする補助潤滑剤皮膜が形成さ
せてあるためで、この補助潤滑皮膜の存在により、超硬
合金製ままのダイス６でも、管外面の焼付きおよび「鳴
り現象」の発生が抑制防止されるからである。

【００３５】ただし、素管の外面に上記の補助潤滑剤皮
膜を形成させない場合、ダイス６としては、そのダイス
孔の表面に上記のプラグ１と同様構成の皮膜が形成され
たダイスを用いる必要のあることはいうまでもない。

【００３６】

【実施例】外径２３ｍｍ、肉厚１．６ｍｍ、長さ１１６
５０ｍｍのアロイ６９０（商品名）製の素管を対象と
し、図２に示す方法によって外径１７．４ｍｍ、肉厚
１．０２ｍｍ、長さ２２５００ｍｍの製品管に引抜き加
工するに際し、超硬合金製のプラグ表面に表１に示す皮
膜を施した本発明のプラグ１０個と比較例のプラグ各１
０を用いて引き抜き加工を行った。

【００３７】そして、その引き抜き加工中、焼き付き、
または「鳴り現象」の発生を見ることなく引き抜くこと
ができたプラグ１個当たりの平均加工本数を調べた。ま
た、「鳴り現象」の発生を見ることなく引き抜くことが
できた製品管と、「鳴り現象」の発生が見られた製品管
の内面渦流探傷を行い、探傷時のＳ／Ｎ比の良否を調べ
た。

【００３８】なお、何れのプラグを用いた場合も、潤滑
油として塩素化パラフィンと硫化油脂との混合組成物１
００重量部に対し、極圧添加剤としてのＣｌを２２重量
％、Ｓを４重量％添加含有させた潤滑油を用い、１２０
０ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力を付与し、引抜き速度２５ｍ／
分で引抜いた。また、素管の外面には、アクリル樹脂系
の補助潤滑皮膜を形成させ、ダイスには超硬合金製まま
のものを用いた。

【００３９】結果を、表１に、各プラグの高合金との摩
擦係数と併せて示した。なお、摩擦係数は、ボールオン
ディスク測定法によって求めた。

【００４０】

【表１】

【００４１】表１に示す結果から明らかなように、本発
明のプラグを用いた場合には、プラグ１個当たり１５０
本の素管を焼き付きや「鳴り現象」の発生を見ることな
く加工することができた。

【００４２】これに対し、比較例のプラグを用いた場合
には、それぞれプラグ１個当たり平均５本、１０本およ
び２０本の素管を焼き付きや「鳴り現象」の発生を見る
ことなく加工できたにすぎなかった。

【００４３】また、「鳴り現象」発生以前に得られた製
品管の渦流探傷時のＳ／Ｎ比は、何れのプラグを用いた
場合の製品管も良好であったが、「鳴り現象」発生以降
に得られた製品管のＳ／Ｎ比はいずれも悪かった。

【００４４】

【発明の効果】本発明のプラグおよびこのプラグを用い
る製造方法によれば、軸長方向の内径変動が極めて小さ
く、渦流探傷時に優れたＳ／Ｎを示し、その品質保証を
確実にすることのできる製品管を同一プラグで多量に製
造することができ、プラグ原単位低下による製品管の製
造コスト低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加工用工具であるプラグの一例を示す
模式図である。

【図２】本発明の製造方法を説明する図である。

【符号の説明】

１：プラグ本体、２：チタン化合物皮膜、３：酸化アルミニウム皮膜、４：容器、４ａ：テレソコピック構造、５：素管、６：ダイス、７：プラグ支持桿、８：プラグ、Ｐ：ポンプ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超硬合金製からなる工具の被加工材料と接
する表面に、チタンの炭化物、窒化物もしくは炭窒化物
の単層皮膜またはこれらの混合層皮膜を介して酸化アル
ミニウム皮膜が形成されていることを特徴とする高合金
管の冷間引抜き加工用工具。
【請求項２】化成潤滑処理しない高合金製の素管を高圧
の潤滑油が封入された容器内に挿入し、ダイスとプラグ
を用いて冷間引抜き加工する金属管の製造方法におい
て、少なくとも前記プラグとして請求項１に記載の構成
からなるプラグを用いることを特徴とする高合金管の製
造方法。