JPS5819363B2 - 継目無鋼管穿孔機又は圧延機用の芯金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は継目無鋼管穿孔機又は圧延機用の芯金に関する
ものである。

継目無鋼管穿孔機において丸鋼片又は角鋼片を適正な穿
孔圧延温度約１２００℃程度（炭素鋼鋼片および低合金
鋼鋼片の場合）に加熱し樽型をしたロールをもつ回転鍛
造機構又はプレスロール方式等による穿孔機により丸鋼
片又は角鋼片の中心部に穴明加工を行う。

この場合例えば回転鍛造機構による場合圧延加工寸法の
外径はロール間隔とガイドにより、内径は砲弾状をした
芯金をロール間にセットして目標とする内径を定める。

こうした圧延状態（または機構）で使用される芯金表面
は高温でかつ非常に高い圧力を受けるため表面が局部的
な摩耗、溶損および焼付けを起して変形あるいは損傷し
た部分が圧延後の品質に悪影響をおよぼしている。

特に芯金の先端部は極度の赤熱状態となり、摩耗及び焼
付き等が著しく、これらの改善策として芯金の材質およ
び熱処理面からの検討、芯金表面の冷却化の促進等が種
々研究がなされている。

このことは継目無鋼管穿孔機用芯金のみならず、穿孔機
の後工程において設置される延伸機（エロンゲータ−・
ミル）用芯金においても同様である。

ところで鋼管熱間穿孔用又は圧延用芯金に熱処理時点で
表面に酸化層を生成させ、この酸化層の存在により加工
材から芯金への熱伝達を可能な限り遮断し、芯金素地の
摩耗、溶損、焼付き等の発生を極力減少させることによ
り、寿命延長をはかることは公知である。

しかして従来芯金表面に酸化層を生成させるには第１図
に示す様なヒートパターンで芯金を熱処理し酸化膜生成
を行っており、又その際の加熱雰囲気としては酸化性ガ
ス、水蒸気等のそれぞれを単独に又は之等の混合ガスが
用いられているが、これらの酸化性ガスが芯金に与える
効果及び経済性等も含めて総合的に芯金表面に生成する
酸化層の適正な性状、厚みの是非及び耐剥離性を確保す
べき形態の定量的把握はなんら明らかにされていない。

本発明の目的は、継目無鋼管熱間穿孔機又は圧延機用芯
金表面に形成せしめるべき酸化層の適正な性状、厚みお
よび形態を、熱遮断性および耐剥離性（密着性）という
観点から把握し、之によって芯金表面に著しく優れた熱
遮断性と耐剥離性を有する酸化層を形成して、芯金の寿
命（耐用回数）の長期化と安定化を図ろうとするもので
、その要旨とするところは、０．３Ｃ−３Ｃｒ−ＩＮｉ
系低合金鋼の継目無鋼管穿孔機又は圧延機用芯金におい
て、該芯金表面に生成させたスケールのうち表面酸化層
下の芯金素地に接する直接酸化層の厚さが３０μ以上で
あり、前記直接酸化層は１０μ以上の、芯金素地粒界へ
の喰い込み深さを有することを特徴とするスケール剥離
防止性のよい継目無鋼管穿孔機又は圧延機用の芯金にあ
る。

以下本発明の詳細な説明する。

先ず本発明の芯金素材としては、鋳造のま５か、あるい
は鋳造後に素地粒度を大きくするための熱処理を施して
つくられた芯金素材を用い、該芯金：の鋼種は０．３Ｃ
−３Ｃｒ−ＩＮｉ 系低合金鋼であるが、この鋼を製造
するにさいしての成分範囲のバラツキの範囲にあるもの
を包含するものである。

通常０．３Ｃ−３Ｃｒ−ＩＮ ｉ 系低合金鋼の成分範
囲のバラツキは、Ｃ，Ｃｒ、Ｎｉ についてはＣ０４
２５〜０．３５％、 Ｃｒ ２．５０〜３．５０％ 、
Ｎ ｉｌ、００〜２．５０％である。

本発明において前記のＣｒ −Ｎ ｉ系低合金鋼を芯金
用の素材として選択した理由は、下記第１表に示す各種
合金を芯金材として適用した結果、前記のＣｒ−Ｎｉ系
低合金鋼が最も耐久性があり、なかんずく芯金表面に形
成される直接酸化層の熱遮断性ならびに耐剥離性が顕著
にすぐれているからである。

本発明における芯金素地に接する直接酸化層はＦｅ、Ｍ
ｎなとの拡散速度の大きい元素が一部拡散酸化層に拡散
した残りの素材元素の酸化物、もしくはＮｉなどの酸化
しにくい元素の単体を若干含む層からなり、この直接酸
化層は、実質的にクロマイト層とも称されるものが主体
である。

この直接酸化層は芯金素地の粒界に生成する喰込みと相
まって、熱を遮断し、酸化層の剥離防止性を向上せしめ
るものである。

熱の遮断効果の点からは直接酸化層の厚みは３０μ以上
、好ましくは１５０μ以上でなければならない。

３０μ未満では所望の熱の遮断効果が得られない。

実用上は約３００μでよい。また直接酸化層の芯金素地
粒界への喰い込みは、その周辺の素地を抱き込む形にな
って、穿孔圧延に際しての酸化層の剥離防止に寄与する
ものである。

かかる観点から、本発明に従い直接酸化層の芯全素地粒
界への喰い込み深さは少くとも１０μ、好ましくは９０
μ以上でなければならない。

これらの深さの安定化をはかるためには芯金素材は先に
述べた鋳造または鍛造後のオーステナイト粒度をＪＩＳ
番号４以下にすることが有利であり、また成分の面から
Ｓｉ、Ａ、６の含有量を少なくすることが効果がある。

１０μ未満ではか５る効果が認められない。

実用上は約１５０μまでよい。前記の直接酸化層上には
表面酸化層が形成されている。

この表面酸化酸は、０．３Ｃ−３Ｃｒ −ＩＮｉ系低合
金鋼の芯金表面に、本発明に従って上述した性状の直接
酸化層を形成せしめようとするさいに生成するものであ
り、Ｆｅ３０４ｔ Ｆｅ２Ｏ３からなるものであり、厚
みは通常６０〜５００μ程度である。

この表面酸化層は本発明にいう酸化層の耐剥離性の点か
らはむしろ二次的なものである。

本発明を図面により更に具体的に説明する。

第１図に示す従来の条件下で処理された芯金の酸化層生
成形態については、第２図に示すごとく酸化層はその時
の条件すなわち加熱温度、雰囲気等の組合せによって種
々異なるものであるが、素地と酸化層の境界のＦｅ０層
は単に０２の結合による酸化層にとどまっているにすぎ
ない。

しかるにこの様な酸化層を熱の遮断として活用するため
には素地との耐剥離性をより強固にしておかねばならな
いが、現用の芯金については経済性も含めて最適な酸化
層厚さ及び耐剥離性との関係での効果把握は今だ定量的
にはだされていない。

そこで本発明は種々の試験条件のもとて本発明は継目無
鋼管穿孔機又は圧延機用に使用しうるに最適の酸化層を
もつ芯金を提供しようとするもので、熱遮断性の観点か
らの酸化層の厚さ及び耐剥離性の観点からの酸化層の形
態を定量化し、芯金の寿命との関係で最も最適でしかも
経済的な酸化層の厚さ及び形態を明らかにしたものであ
る。

０．３Ｃ−３Ｃｒ −ＩＮ ｉ 系低合金鋼芯金は第
１図の様なヒートパターンで一般的には熱処理されてい
ることは先に述べた通りで第２図に示すような形態とな
り、酸化層は芯金素地に対して単に酸化層が付着してい
るような形で形成されているにすきず、耐剥離性の点で
難点がある。

本発明の継目無鋼管穿孔機又は圧延機用芯金においては
、耐剥離性の難点を排除すべく加熱温度９００〜９４０
℃、保熱時間１〜４時間で昇熱するに際し、５００℃前
後で水蒸気の装入を開始し、９００〜９４０℃において
一定時間保定後冷却、５００℃以下に達したところで水
蒸気の吹込み停止を行い、かつ吹込中における水蒸気量
は炉内容積あたり常に１０％以上を占めるような熱処理
方法が必要であることが明らかとなった。

第３図にそのヒートパターンの１実施例と第４図にその
酸化層の形態を示す。

この条件下で熱処理された芯金の酸化層厚み及び組成を
使用加速電圧２０ ＫＶＡ 、使用電流０．０２ ＭＡ
、使用Ｘ＠にα線の条件でＸ線マイクロアナライザーに
よる分析で確認した結果、第５図に示す様に素地のＦｅ
が減少しＦｅＯとなり、又ＣｒもＦｅＯ中に酸化してク
ロマイト層と呼ばれる実質的にＦｅ０−Ｃｒ２Ｏ３から
なる直接酸化層が形成されている。

これらの層中における各元素の含有量は雰囲気条件によ
って変化し、又厚さも種々異なる。

その実験例を第２表に示す。

第６図はＦｅ拡散層、直接酸化層、素地への喰い込み深
さを示す模式図である。

これらの基礎実験から継目無鋼管製造用に使用する芯金
の最適な酸化層はクロマイト層を主体とする層であり、
かつその耐剥離性は、該クロマイト層の素地の粒界への
喰い込み深さによって左右されることがわかった。

つまりクロマイト層は加熱雰囲気中の水蒸気量及び芯金
素材成分中のＮｉによる粒界腐食及び酸化の効果により
素地粒界に深くスケールが喰い込み、素地との密着を強
固にするものであることが明らかにされた。

この実験から、実用芯金の熱処理条件として少なくとも
水蒸気の占める影響が非常に大きいことがわかる。

そこで熱処理雰囲気条件を水蒸気にしぼってその供給量
と酸化層厚さの関係を調査し、更に同様な条件のもとて
実用芯金を熱処理した結果、第７図に加熱時間とスケー
ル厚みの関係に示すように酸化層の厚さは１時間以内で
は著しく増加するが、１時間以上ではその状態は飽和状
態となり実用的に使用しうる時間は１時間以上で充分で
あることがわかる。

次に第８図に示す加熱温度と酸化層厚みの関係から加熱
温度は９００℃以上あれば必要とするスケール厚さかえ
られる。

次に第９図には蒸気吹込み量とスケール厚みの関係を示
すが、蒸気吹込み量１１Δ−以上になると飽和状態とな
り炉内容積当り１０％以上あれば充分であることがわか
る。

かくして得られた酸化層を有する芯金を穿孔圧延又は圧
延機での使用諸条件を一定として実機テストした結果、
ある厚さ以上のクロマイト層をうれば従来と比較して約
２．５〜３倍に寿命の長いことを確認した。

これら一連の試験結果を第３表および第１０図イ２口に
示す。

（１）熱処理条件９２０℃Ｘ２ｈｒ （２）・′炉
内容積０．４ ｆｉ８（３）くい込み深さくｌｉ）はク
ロマイト層の内数 （４）同一条件で芯金を５個熱処
理し、１０個はスケール厚さ、他の４個は実機テストに
使用した。

この結果から継目無鋼管穿孔機又は圧延機用に使用しう
る芯金表面に生成させるスケールの厚さは直接酸化層の
厚さ３０μ以上で充分であり、更に耐剥離性について論
するなら素地粒界への直接酸化層の喰い込み深さが少な
くとも１０μあれば第１１図に示すように、穿孔加工又
は圧延時における被加工材からのねじり剪断変形に対し
、クロマイト主体の酸化層は芯金素地を抱き込むような
形態となって、素地からの酸化層の剥離防止に役立つ現
象となり、芯金素地と酸化層との密着を強固にならしめ
うるものである。

以上の如く本発明に従った継目無鋼管熱間穿孔機又は圧
延機用芯金は著しく優れた熱遮断性と耐剥離性を具備す
る直接酸化層を有するので、芯金の耐用回数（寿命）を
顕著ζ（向上せしめることができ、産業上稗益するとこ
ろが極めて犬である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の芯金熱処理の際のヒートパターンを示す
図、第２図は従来法による芯金酸化層の生成形態を示す
芯金断面顕微鏡写真（倍率×８０）、第３図は本発明芯
金の熱処理の際のヒートパターンの一実施例を示す図、
第４図は本発明芯金の酸化層生成形態を示す芯金断面顕
微鏡写真（倍率×８０）、第５図は本発明芯金の酸化層
のＸ線マイクロアナライザー分析結果を示す図、第６図
は本発明芯金の酸化層の断面を示す模式図、第７図は本
発明芯金の酸化層形成のための熱処理に際しての加熱時
間と酸化層厚みの関係を示す図、第８図は同じく加熱温
度と酸化層厚みの関係を示す図、第９図は同じく空気及
び蒸気秋込交量と酸化層厚みの関係を示す図、第１０図
は熱処理の水蒸気雰囲気量と喰い込み深さ及び実用芯金
の寿命との関係を示す図、第１１図イは芯金の試料採取
部分Ａを示す図、口、ハは直接酸化層による芯金素地の
抱き込み状態を示す金属組織の断面写真である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ０．３Ｃ−３Ｃｒ−ＩＮｉ系低合金鋼の継目無鋼管
   穿孔機又は圧延機用芯金において、該芯金表面に生成さ
   せたスケールのうち表面酸化層下の芯金素地に接する直
   接酸化層の厚さが３０μ以上であり、前記直接酸化層は
   １０μ以上の、芯金素地粒界への喰い込み深さを有する
   ことを特徴とするスケール剥離防止性のよい継目鋼管穿
   孔機又は圧延機用の芯金。