JPS59143076A - 造管用工具材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、盾蕾用工具材料の！！！遣方法に関し、と
くに継目無鋼管の製造の際に使用するピアサ−。

エロンゲータおよびリーラ−などの成形用プラグならび
にマンドレルバ−やガイドシューなどの各種工具材料に
つき、それらの高温における耐摩耗性の有利な改善を図
ろうとするものである。

継目無鋼管の製造法としては、丸鋼片または角鋼片をマ
ンネスマン方式あるいはプレス方式により穿孔して中空
素材としたのち、この中空素材なエロンゲータやプラグ
ミルまたはマンドレルミルなどの圧延機によって伸延加
工する方法が一般的である。

かような継目無鋼管製造の各工程において、とくに成形
用プラグおよびガイドシューなどの工具材料は、高温下
のか酷な摩耗環境にさらされる。

従ってこの棟工具材料の耐摩耗性を向上させてその特命
の延長を図ることは、上記の工程による継目無鋼管の製
造において、とりわけ重要な課題の一つであり、とくに
油井用継目無鋼管の生産量の増大や高合金化が望まれて
いる昨今、その重要性はますます大きなものになってき
ている。

この発明は、上記の要請に応えるもので、高温下にあっ
てもすぐれた耐摩耗性をそなえる造管用工具材料のイｊ
利な婁遣方法を提案することを目的とする。

ところで、高温における材料の耐摩耗性を向上させる手
段としてもつとも一般的なものは、材料の高温強度を高
めることであり、そのためにはＣｌ０ｒ　、　Ｍｏおよ
びＷなどの合金元素の添加が有効であることが知られて
いる。しかしながらこれらの合金元素を添加すると、そ
の添加避が増大するにつれて一般Ｋｌｌ料の熱伝導性が
劣化すると共に融点が低■するため、造−一用工具材料
に対する、合金元素の添７１０による高温強度の改善処
理の適用については、自ら限界があった。

すなわちたとえば成形用プラグのよって、常に高温の被
処理材と接触した状態で使用されるものにおいて１．＃
Ｉ云導性が悲いと、被処理材からの入熱が表面に集中す
るので表面のみの７晶度上昇が著しく、しかも融点が低
下していると表面が軟化し賜いため、表面の損耗がしし
い。このため合金元素の添加Ｈ−，は自ら制限され、従
って高温強度の上昇にも限界があったのである。

とくにピアサ−およびエロンゲータにおいては、プラグ
ミルにおける伸延時に比べて圧延負荷は小さいものの、
被処理材の変形温度が高く、また穿孔あるいは伸延時に
プラグだ接触する被処理材の厚さがプラグ径に比して太
きいためプラグへの入熱縫が大きい。

従って現行のビアシー−およびエロンゲータ用プラグ材
については、１語基強度よりはむしろ熱伝導性を低下さ
せ／よいことに重点が置かれ、とのため低合金組成とな
って（・ろ。

しかしながらＤ・ような現行材料では、上述したとおり
高温強Ｉ尾が十分ではない上、表面スケールの断熱性も
かんばしくないため、最近の油井用継目無−管の生匣能
蚕向上や高合金化て対してもはや対処し傅なくなってき
ている。

そこで発明者らは、上記の諸点を考慮して新しい工具材
料を１ポ発すべく鋭意研究を重ねた結果、所定量のＣ、
Ｓｉ　、　Ｍｎ　、　ＯｒおよびＮ１に加え、さらにＢ
を適当ｌ添加した鋳鋼を、所定の形状に仕上げたのち、
窒化処理ついで酸化スケール被成処理を施すことにより
、 （］）　Ｎの固溶およびＯｒ窒化物の析出による硬化作
用によって、材料の熱伝導性が劣化することなしに表面
か硬化する、 （２）Ｂ窒化１勿の生成Ｌ（より表■’Ｍ潤滑性が向上
する、（８）　　酸化スケ−・ルの生成により断熱性が
向上するという８つの効果によって、工具材料の寿命を
大幅に延長し得ることを見出した。

この発明は、上記の知見に由来するものである。

すなわちこの発明は、 Ｃ：　０．２（１〜０，６０屯量％。

Ｓｌ　：　０．１０〜２．０重着％。

Ｍｎ　：　０．３０〜２．０重量％。

ｃｒ　：　ｉ、ｏ　〜６．０　型針％および、Ｎｉ　：
　０．６０〜６．０重着％ を含みかつ、 Ｂ　　：　０．００２０〜０．５．０１章％を含有する
溶鋼を鋳造し、ついで所定の形状に仕上げたのち、５０
０〜１１００″Ｃの温度範囲で窒。

化性１ｆｆが５０μｍ以−にとなる表面窒化処理を施し
、引続き９００〜１２５０°Ｃの温度範囲で酸化スケー
ル被成処理を施すことをもって、上記課題の解決手段と
するものである。

以下この発明を、具体的に説明する。

まずこの発明におけろ基本成分を上記の範囲に限定した
理由について説明する。

ｃ　：　０．２０〜０．６０重階％（以下単に％で示す
）Ｃは、炭化物を形成して高温耐摩耗性を向上させる元
素として有用であるが、０．２０％未満ではその効果に
乏しく、一方０．６０％を超えると融点が低下して逆に
耐鯖耗性を悪化させるので、０．２０〜０．６０％の範
囲に限定した。

Ｓｉ　：　０．１０〜２．０％ Ｓｌは、地鉄合金との密着性がｔいスケールを生成させ
るために添加するが、０．１０％未満ではその効果に乏
しく、一方２．０％を超えると高温強度を低下させるの
で、０．１０〜２．０％の範囲に限定した。

Ｉｎ　：　０．３０〜２．０％ Ｍｎは、高温強度を高めるのに有効に寄与するが、０．
８０％未満ではその効果に乏しく、一方２．０％を超え
ると熱伝導性が悪化して高温耐摩耗性を劣化させるので
、下限を０６８０％、上限を２．０％に限定した。

Ｏｒ　：　１．０〜６．０％ Ｏｒは、表面て地鉄合金との密着性がよくかつ断熱性の
よいスケールを生成させると共にＣｒの炭化物を形成さ
せることにより高温強度を高めるが、１．０％未満では
その効果に乏しく、一方６．０％を超えるとスケールの
生成量が減少し、また熱伝導性が悪化して高温耐摩耗性
を劣化させるので、１．０〜（５，０％の範囲に限定し
た。

Ｎｉ　　：　　０．６０　〜６．０　％Ｎ１は、地鉄合
金との密着性の良好なスケールを生成させるのに有用な
元素であるが、０．６０％未満ではその効果て乏しく、
一方６．０％を超えるとスケールの生成量が減少ししか
も熱伝導性が悪化して高温耐摩耗性を劣化させるので、
０，６０〜６．０％の範、囲に限定した。

Ｂ　　：　　Ｏ，０ＯＺＣ１〜０．５０　％Ｂは、高温
強度を高めるとともに、窒化処理によってＢＮを形成し
、表面の潤滑性を高めて工具寿命を延長させる元素とし
てこの発明ではとくに重要な元素であるが、０．００２
０％未満ではその効果に乏しく、一方０，５０％を超え
ると低融点合金が生じて高温耐摩耗性を劣化させるので
、０．００２０〜０．５０％の範囲に限定した。

なお上記したＯ　、　Ｓｉ　、　Ｍｎ　、　Ｃｒ　、　
Ｎｉ　、およびＢの各基本成分の他、必要に応じてＺｒ
とＣａ　＋Ｍｇ、Ｙのうちの１種または２種との複合、
またさらにはＮｂ　、　Ｖ　、　Ｍｏ　、Ｗ　、　Ｇｏ
　、　Ａｔ＋およびＳのうちから選んだ１種または２種
以上を同時に下記の範囲内において含有させることがで
きる。これらの元素の限定理由は次のとおりである。

Ｚｒ　：　０，０５０〜５．０％ Ｚｒは、次に示すＯδ、　Ｍ７およびＹのうちから選ん
だ１種または２種以上との複合添加によって地鉄との密
着性がよくかつ断熱性、耐摩耗性にすぐれた安定化ジル
コニアを含む酸化スケールな生°威させる元素として有
用であるが、０．０５０％未満ではその効果が小さく、
一方５．０％を超えるとスケール生成ｉ葭が著しく減少
して高温耐摩耗性を劣化させるので、０．０５０〜５．
０％の範囲に限定した。

Ｇａ、Ｍｇ、Ｙ： Ｃａ　、　Ｍ！ｉＩ、　Ｙは、上述したようＫＺｒとの
複合添加により、地鉄との密着性がよくかつ断熱性。

耐塵耗性にすぐれた酸化スケールを生成させる元素とし
て有用であるが、これらの添加鋼・がＺｒに対する比で
それぞれ（Ｅａ／Ｚｒ　＜　０．００３　、　Ｍｇ／Ｚ
ｒ　＜０．００２　、　Ｙ／Ｚｒ　＜　０．００５の場
合には地鉄との密着性のよいスケールは得難く、一方Ｏ
ａ／Ｚｒ　＞　０．０６　。

Ｍ７／Ｚｒ　＞　０．０４　、　Ｙ／Ｚｒ　＞　０．１
０になると密着性が低下する傾向を示し、またこれらは
高価でもあるので、それぞれ０．００３≦Ｇａ　／Ｚｒ
　＜Ｌ　Ｏ、０６。

０　、００２≦Ｍ　ｇ　／Ｚ　ｒ≦０．０４＝　、　０
．００５≦Ｙ／Ｚｒ　Ｓ　Ｏ，１０の範囲に限定した。

Ｍｏ：　０．５０〜５．０％ Ｍｏは固溶硬化および炭化物形成により高温強度を高め
るのに有効に寄与するが、０，５０％未満ではその効果
に乏しいので下限を０．５０％とし、一方５．０％を超
えるとスケール生成骨力を著しく減少して高温耐摩耗性
を劣化させるので上限を５．０％とした。

Ｗ　：　０．５０〜５．０％ Ｗは、固溶硬化および炭化物形成により高温強度を高め
るのに有効な元素であるカー、０．５０％未満ではその
効果に乏しく、一方５．０％を超えると粗大な炭化物を
形成して靭性な劣化させるので、０．５０〜５．０％の
範囲に限定した。

Ｃｏ　　：　　０．５０〜５．０　％ ＣＯは、固溶硬化により高温強度を高めろとともにスケ
ールと地鉄との密着性を向上させるのに有効に寄与する
が、０．５０％未満ではその効果カー小さく、一方５．
０％１を超えるとスケール生成針カー減少してむしろ高
温耐摩耗性が劣化する頑［句にあり、また高価でもある
ので０．５０〜５．０％の範囲に限定した。

Ａｌ：　０．０２０〜２．０％ Ａ７は、地鉄との密着性がよくかつ断熱性にすぐれたス
ケールを生成させるのに有効に寄与するが、０．０２０
５未満ではその効果が小さく、一方２．０％を超えると
スケール生成量が著しく減少して高温耐摩耗性を劣化さ
せるので、ｏ、ｏｚｏ〜２．０％の範囲に限定した。

Ｓ　：　０．０２０〜０．８０％ Ｓは、硫化物の形成によって表面潤滑性を高める元素と
して有用であるが、ｏ、ｏｚｏ％未満ではその効果が小
さく、一方０．３０％を超えると熱衝撃割れが発生し易
くなるので、０．０２０〜０．８０％の範囲に限定した
。

次に、上記の適正成分組成に調整した鋳鋼を所定の形状
に仕上げたのちに施す、窒化処理および酸イヒスケール
被成処理について説明する。

この発明では、Ｂ含有鋼に窒化処理、引続き酸化スケー
ル被成処理を施すことによって、Ｎの固溶およびＯｒ窒
化物の形成による硬化作用を利用して、熱伝導性を劣化
させることなしに表面を硬化させ、またＢＮを生成させ
て高温における表面潤滑性を向上させると共に、酸化ス
ケールによる断熱性の向上という８つの複合効果によっ
て、表面の耐摩耗性を改善して工具寿命を延長させるも
のであるが、窒化処理による窒化層厚みすなわち窒化深
度が５０μｍ未満ではその改善効果に乏しいので、窒化
深度は５０μｍ以上とする必要があり、このためには窒
化温度しま５００〜１１００°Ｃとする必要がある。な
お窒化法としては、ガス窒化法、ガス軟窒化法、液体窒
化法およびイオン窒化法などいずれもが使用できる。

窒化処理に引続く酸化スケール被成処理において、加熱
温度が９００　’Ｃ未満ではスケールの生成量が少く、
一方１２５０°Ｃを超えるーとスケール内に多くの空隙
が発生して基地合金との密着性が低下するので、処理温
度は９００〜ｌ　２５０　”Ｃの範囲に限定□した。な
お十分満足のいく断熱性を維持するためには、Ｏｒを含
有する地鉄との密着性のよいスケール層厚みを２０μｍ
以上にすることが望ましい。

以下この発明の実施例について説明する。

表１に符号Ａ〜０で示した成分組成になる各鋳鋼を、ビ
アザープラグに成形したのち、　ＮＨ８雰囲気中におい
て表１に示した条件で窒化処理を施し、引続いてｃｏ　
：　３％、　００２：　１０％、　Ｏ□：　４％。

残部Ｎ２の雰囲気中で同じく表１に示した条件下に酸化
スケール級成処理を廁した。これらの窒化深度は、１５
０〜２００μｍ　＋　Ｏｒを含有する地鉄との密着性の
よい酸化スケール層厚みは２３０〜８００μｍであった
。

ついでイ得られた各プラグ委用いて、Ｃ：　０．２５％
、Ｓｉ　　：　　０．２４％　、Ｍｎ　　：　　１．２
９％　、　　Ｔｉ　　：　　０．０２２％、　Ｂ　：　
０．００２１％、残部Ｆｅの組成になる直径２０７訂の
炭素鋼ビレットを連続して穿孔したときの各プラグの穿
孔寿命につし・て調べ、その結果を、比較例（符号Ｏ）
の寿命を１とした場合に対する寿命比で１ｌｌｃ併記し
た。

表１に示した結果から明らかなように、この発明に従っ
て得られたピアサ−プラグ（符号Ａ−Ｎ）はいずれも、
比較例（符号０）に示した従来プラグに比べて、２．５
〜４倍ものすぐれた穿孔寿命を有していた。

以上実施例では主に、この発明をビアサーブラダの製造
に適用した場合について説明したが、その他、エロンゲ
ータ用のプラグならびにマンドレルバ−の製造に適用し
た場合にも、同等の効果が得られる゛ことが確められて
いる。

かくしてこの発明によれば、造管用工具材料の製造にお
いて、素材中にＢを添加した上で、窒化処理、引偉き酸
化スケール被成処理を施すことにより、高温硬さの向上
ならびにＢＮによる高温潤滑効果および酸化スケールに
よる断熱効果によって高温での耐摩耗性を舊しく向上さ
せることができ、ひいては工具材料の大幅な寿命延長を
莢現することができ有利である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　　　　Ｃ：０．２０〜０．６０重量％。 Ｓｉ　　　：　　０．１０　〜２．０　　市　を斤　％
   　。 Ｍｎ　：　０．８０〜２．０　軍ｆｉｒ％。 Ｏｒ　：　１．０〜６．０　重量％および、Ｎｉ　：　
   ０．６０〜６．０重量％ を含みかつ、 Ｂ　　：　０．００２０〜０，５０重量％を含有する溶
   鋼を鋳造し、ついで所定の形状に仕上げたのち、５００
   〜ｌ　１００　’Ｃの温度範囲で窒化１梁度が５０μｍ
   以上となる表面窒化処理を砲し、引続き９００〜１２５
   ０　”Ｃの温度範囲で酸化スケール被成処理を施すこと
   を特徴とする造管用工具材料の製造方法。