JPS5920453A - 継目無鋼管製造用工具材料 - Google Patents

継目無鋼管製造用工具材料

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JPS5920453A
JPS5920453A JP13083982A JP13083982A JPS5920453A JP S5920453 A JPS5920453 A JP S5920453A JP 13083982 A JP13083982 A JP 13083982A JP 13083982 A JP13083982 A JP 13083982A JP S5920453 A JPS5920453 A JP S5920453A
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JP
Japan
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weight
less
oxide scale
tool
temperature range
Prior art date
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Pending
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JP13083982A
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English (en)
Inventor
Isao Takada
高田 庸
Hiroshi Otsubo
宏 大坪
Tatsuo Kawasaki
川崎 龍夫
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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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、継目無鋼管1潰用工具材料に関し、該ai
の工程条件とくに、高温における耐摩耗性にすぐれ、従
来材にくらべ著しく長い工具寿命を有するように改良を
した工具材料を提案するものである。
継目無鋼管の製置方法は一般に、丸鋼片もしくは角鋼片
を素材として、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管をつくり、この中空素管をエロン
ゲータ、プラグミルあるいfat−rンドレル等の圧延
機により伸延加工する過程を経ることが一般的である。
この継目無鋼管1貨の各工程において成形用プラグおよ
びガイドシューなどの工具は高温下にか酷な摩耗状態に
さらされる。
したがって高温における耐摩耗性にすぐれた工具を調性
してその工具寿命を延しさせることは上記方法による継
目無鋼管製最上の重要問題の1つであり、とくに最近の
ように油井用継目無鋼管の生産量の増大と、なかでもそ
の鋼管素材につき高合金化が望まれている現状において
、その重要性はさらに著しくなってきている。
発明者らはこのうちプラグミル圧延用プラグの寿命低置
に注目して実験検討を重ねてきた。
ここにプラグミル圧延においては、素管温度が通常95
0〜1150℃程度、圧延荷重が100〜250トン程
度、圧延速度が3 m/s程度となる。
このときプラグ表面は素管内面と高温、高圧下で接触し
、しかもプラグ自体は回転しないので、プラグは完全な
すべり摩耗を受ける。
このようにきびしい条件下で使用されるプラグはまず高
温において高い強度を有することが必要とされる。高温
強度が比較曲間く安価な材料としては周知の如< 01
 Or 、 MOI W t Nb 、 Vなど17%
Or −2%wmや1.3〜1.8%G−24%Qr−
8%NiWなどの高炭素、高cr鋳鋼か用いられている
しかし、これらの材質のプラグでは最近の油井用継目無
鋼管の生産敏増大に伴なう圧延間隔の短縮、および高合
金化による圧延負荷の増大などには対処できず、プラグ
の損耗が製造上の大きな問題になってきている。
工具材料の高温強度を上げるにはNi、 w 、 co
MOなどの添加量の増加およびこれらにAt 、 Ti
等を加えN1−At 、 Ni−Tiの金属間化合物に
よる析出硬化の利用などがあり、さらにはNi基合金の
採用等も考えられる。
しかし、これらの元素の大量添加は熱伝導性の著しい低
下をもたらし、これらの材料で製作したプラグによりプ
ラグミル圧延を行なうと、被変形素管自体および圧延に
よって発生した熱がプラグに流入してぎた場合に、この
熱がプラグ内部に伝達し難く表層の温度上昇が著しくな
って強度が却って低下することになる。
とくに変形加工中の素管からの熱の流入をおさえる鋤き
をするプラグ表層の酸化スケールが、Or。
°Ni 、 Co 、 Moなどの高い鉄基合金または
Ni基合金においては酸化雰囲気中での高温加熱によっ
ても十分に生成され難く、それ故プラグミル圧延時に、
上記のような合金で製作されたプラグの損耗は従来のプ
ラグよりむしろ多くなることがわかったO 発明者らはこれらの点を踏まえてさらに実験、検討を重
ね、従来材にくらべて熱伝導性の低下が少なく、シかも
高温硬さ全有利に上昇することができ、その上基地合金
との密着性および断熱性にすぐれた酸化スケール表層が
容易に生成される成分系を、その熱処理条件にあわせ見
出し、これによって、従来材より著しく長い工具寿命を
、継目無鋼管1貨工程において発揮できる工具材料を実
現したものである。
この発明の工具材料は、その使用環境がとくにきびしい
プラグミル圧延用プラグ材として有利に適合する。この
発明は、C:1.0〜2.0重量%(以下%で示す)、
Si: 0,10〜2.0 %、Mn:0.30〜2.
0 %、Or + 11〜22 %、N1to、a 。
°〜8.0%およびMo : 0.50〜5.0%を含
み、かつZr : 0.04 o 〜2.0%とAt 
: 0.010〜0.50%を含有し、あるいはさψら
に4.0%以下のW15.0%以下のCO12,0%以
下の■、2.0%以下のNbそして1.0%以下のBの
うち1種または2種以上およびまたは0.8%以下のS
を含み残部実質的にFeおよび通常の不可避的不純物の
組成の鋳碕合金よりなり、成形後に、酸化雰囲気中にお
いて1100〜1250℃の温度範囲の酸化スケール団
着処理と、引続く800〜1000 ”Cの温度範囲の
硬化処理を経て硬質の酸化スケール表層をそなえること
を継目無鋼管1蹟用工具材料についての上述従来の問題
点の解決手段とするものである。
まずこの発明における合金成分の限定理由を示・すO (3: 1.0〜JO% CはOr 、 Moなどの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不可欠であり、1.0%未満
ではその効果は小さく、2.o%を紹えると°熱衝撃に
よる割れが生じ易くなるので1.0〜2.0%の範囲と
した。
Si + 0.10〜2.0% SiはAt 、 zrとの複合添加により基地合金との
密着性のよいスクールを生成させるために添加されるが
、0.10%未満ではその効果は小さく2.0%を超え
ると高fJA強度を低下させるので0.1〜2.0%の
範囲とした。
Mn : O,B o 〜2.0% Mnは高温強度を高めるために添加されるが、0.80
%未満ではその効果は小さく、2.0%を超えると熱伝
導性を悪化させて高温耐摩耗性を劣化させるので0.3
0〜2.0%の範囲とした。
Or:11〜22% Orは表面に基地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またOrの炭化物を形成させるこ
とにより高温強度を高めるために添加されるが、11%
未満ではその効果は小さく、22%を紹えるとスケール
酊着量の減少および高温強度の低下が生じ、高温耐摩耗
性が劣化するのパで11〜22%の範囲とした。
Ni: 0.60〜3.0 % Niはスケール付着熱処理時にスケールと基地合金との
境界にNiの富化した合金粒を生成させて、スケールと
基地合金の密着性を高めるために添加されるが、0.6
0%未満ではその効果は小さく3.0%を相えるとスケ
ールの生成量を減少させまた熱伝導性を悪化させて高温
耐摩耗性を劣化させるので、(1,60〜8.0%の範
囲とした。
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
る元素として添加されるが、0.50%未満ではその効
果は小さく、5.0%を幀えるとスケール生成量を著し
く低下させて高温耐摩耗性を劣化させるので0.50〜
5.0%の範囲とした。
Zr ; 0.04 o 〜2.0% zrはSi 、 lとの複合添加により基地合金との密
着性がよいスケールを生成させるために必要であるが、
とくにスケールの断熱性を向上させ、かつ高温強度も高
める元素としてこの発明ではとくに重要であり、第1図
と第2図に示すようにzr以外の合金元素がこの発明の
成分範囲内にあって、スケール付着熱処理および硬化熱
処理を施されたプラグミル圧延用プラグ材において、0
.040〜2.0%の範囲のZrの添加で著しい工具寿
命q)延長がもたらされ、逆にこの範囲をはずれるとそ
の効果は小さい。
Alj 0.010〜0.50% AlはSiおよびzrとの複合添加により1基地合金と
の密着性のよいスケールを生成させるために添加される
が、o、o 1 o%未満ではその効果は小さく0.5
0%を超えるとスケール団着量を減少させて高温耐摩耗
性を劣化させるので0.010〜0.50%の範囲とし
た。
第1図と第2図はOF 1.4%、Si : 0.91
%、In s 0.62%、’Or ’ 16.2%、
Ni: 1.5%、Mo : 2.7%、A/ + 0
.027%を含みかつ、o、oos〜2.5%の範囲の
Zr @添加した鋳n鉄合金より成形後、大気中におい
71200°Cで2時間保持後、炉冷の酸化スケール付
着処理と同じく大気中・・において、950°Cで4時
間保持後炉冷の硬化処理を施したプラグミル圧延用プラ
グ材の寿命を、従来プラグの寿命を1としたときの寿命
比で示し、この発明に従い、2倍以上の寿命延長が図れ
る。
ここに、従来プラグはOj 1.41%、 si: 0
.57%、 Mn : 0,61%、 Or : 16
,8%、 Ni+ 1.5 %。
MO: 1.1%およびW ? 1.0%を含む初音鉄
合金より成形後、上記と同じスケール付着処理、硬化処
理を施されたものである。
以下に上記鋳0鉄合金をたとえば、プラグ成形の後に施
す熱処理条件について説明を進める。スケール付着処理
時の雰凹気が酸化性でない場合には当然ながら必要な表
面酸化スケールは得られずまたこのスケール付着処理時
の加熱温度が1100°C未満のときには被変形素管か
らプラグへの入熱量を減少させるのに十分な断熱性を有
する厚さの酸化スケールが得られず、プラグの高温耐摩
耗性を改善し得ない。しかしこの加熱温度が1250°
Cを超えるときには生成スケールは厚くなるがスケール
内の空隙が増加して、基地合金とスケール・・の密着性
が低下し、従ってプラグミル圧延時の付着スケール厚さ
は1250’C以下で加熱した場合にくらべて減少する
ので、高温耐摩耗性を劣化させる。なお1100 N1
250℃の温度範囲であれば酸化雰囲気中における短時
間処理でもスケールを付着させることは可能であるが、
安定して十分な厚さのスケールを生成させるためには2
0分以上の保持が望ましい。
硬化処理時の加熱温度がSOO〜1000″Cの範囲を
はずれるときには十分な高温硬さが得られない。また安
定して高い高温硬さを得るためにはこの温度域で8o分
以上の保持が望ましい。
次にW 、 Co r V + NbおよびBは、高温
強度を高める同効成分で、第2および第4発明のまたS
は第8および第4発明の添加成分であり、その限定理由
について述べる。
W:≦4.0% Wは高温強度をさらに高めるのに有用であるが0.70
%未満ではその効果は小さく、4.0%を超えると粗大
な炭化物を形成して靭性を劣化させるので4.0%以下
を要す。
GO=≦5.0% またCOも高温強度をより高めるのに有効であるが、0
.50%未満ではその効果は小さく、5.0%で高温強
度に対する効果は飽和し、高価でもあるので、上限を5
.0%とした。
V : < 2.0% さらに、■も高温強度を一層高めるのに役立つが0.1
0%未満ではその効果は小さく、2.0%でその効果は
飽和し高゛・価でもあるので上限を2.0%とした。
Nb i り2.0% そしてNbもまた高温強度を高める寄与を呈するが0.
10%未満ではその効果は小さく、2.o%でその効果
は飽和し、高価でもあるので、上限を2.0%とした。
B:≦1.o% 最後にBも高温強度を高めるために必要により添加され
得るが、0.010%未満ではその効果は小さく、1.
0%を超えると耐熱衝撃性が著しく劣°化するので、1
.0%以下に限定される。
S:≦0.80% 以上のべたところのほかに、Sは硫化物を形成させて表
面潤滑性を高める働きがあり、第3および第4発明の含
有成分であるが、その効果は0.020%未満ではあま
り期待できないが、O,aO%を栢えると耐熱衝撃性が
著しく劣化するので0.80%以下に制限される。
次に実施例について述べる。
表1に化学組成、また表2に表面酸化スケールト・付着
のための熱処理条件および硬化処理条件を示す8種類の
この発明に従うプラグANHおよびプラグエを用いて、
熱間延伸加工を行った。
表    2 ※大気中保持後炉冷 炭素鋼中空素管の化学成分は、0 ! 0.22%、S
i : 0.25%、In i 1,80%、Ti +
 0.020%およびB i O,0020%を含むも
ので、直径249鰭、肉厚12.9mmから、プラグミ
ル圧延機において直径2441m、肉厚9.9鰭に連続
して圧延した。この場合のプラグ寿命を比較した結果を
、従来プラグエの寿命を1として表2に示す。
この発明による各プラグの寿命は、いずれも従来プラグ
に比して著しく延長している。
この発明は1、継目無鋼管1鮨工程におけるプラグミル
圧延用プラグやエロンゲータプラグその他ガイドシュー
、その他の工具材料の高温摩耗条件下の使用に供して著
しい寿命の延沖を可能ならしめ得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、プラグミル圧延用プラグの寿命に及ぼすzr
自有量の影響を示すグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 L   O:1.0〜2.0 重ffi%、 Si !
      0.10〜2.0重量%、Mn + 0.80〜2
    .0重鼠%1Or:11〜22重M%、Ni: 0.6
    0〜8.0重景%1およびMO! 0.50〜5.0重
    置%を含み、がっZr + 0.040〜2.0重量%
    とl : 0,010〜0.50重社外を含有し、残部
    実質的にFeおよび通常の不可避不純物の組成の鋳n合
    金よりなり、成形後に酸化雰囲気中において1100〜
    1250℃の温度範囲の酸化スチール団着処理と、引続
    <soo〜1000’Cの湿度範囲の硬化処理を経て@
    質の酸化スケール表層をそなえる継目無鎖管製歯用工具
    材料。 l  c+1.o 〜2.0重量% 、Si : 0.
    10〜2.0重量%、Mn : 0.30〜2.0重量
    %、Qr:11〜22重量%、N1: 0,60〜3.
    0重i%およびMO+ 0.50〜5.0重txsts
    みかッZr:0.040〜2.0重機%とA/ : 0
    .010〜0.50重量%を含有し、さらに4.0重量
    %以下のWs5.0重量%以下のCo、2.0重量%以
    下のv、g、o重量%以下のNbおよび1.0重社%以
    下のBのうち1種または2種以上を自み、残部が実質的
    にyeおよび通常の不可避的不純物の組成の鋳造合金よ
    りなり、成形後に酸化雰囲気中において1100〜12
    50°Cの温度範囲の酸化スケール付着処理と、引続く
    800〜1000℃の温度範囲の硬化処理を経て硬質の
    酸化スケール表層をそなえる絆目無鋼管ai用工具材料
    。 &O!1.0〜2.0重量%、si : 0.10〜2
    .0重it%、Mn : 0.80〜2.0重jt%、
    Or:11〜22重量% 、Ni : 0.60〜B、
    Of1量%、およびMO: 0.50〜5.0重斌%を
    含み、かツZr j O,040〜2.0重量%とp、
    t + o、ot。 〜0.50重量%を含有し、さらに0.3%以下のSを
    含み、残部実質的にB’eおよび通常の不可避不純物の
    組成の鋳彦合金、よりなり、成形鋳に酸化雰囲気中にお
    いて1100〜1250°Cの温度範囲の酸化スケール
    付着処理と、引続<5oo−1ooo″Cの温度範囲の
    硬化処理を経て硬質の酸化スケール表層をそなえる細目
    無細管製貨用工具材料。 ’、   O:1.0〜2.0  重W%、 S土 ?
      0.1 0〜2.0重量%、Mn : 0.30〜
    2.0重量%、0rjll〜22重量%、Ni:o、6
    0〜3.0重量%、およびMO+ 0.50〜5.0重
    量%を含み、がっZr + 0.040〜2.0重量%
    とAt j O,010〜0.50重量%を3有し、さ
    らに4.0重量%以下のW、5.0重量%以下の(3o
    、2.0重量%以下のV、2.0重量%以下のNbおよ
    び1.0重量%以下のBのうち1種または2種以上と、
    ならびに0.3%以下のSを含み、残部実質的にFeお
    よび通常の不可避不純物の組成の防滑合金よりなり、成
    形後に酸化雰囲気中において1100〜1250°Cの
    温度範囲の酸化スケール酊着処理と、引続<800〜1
    000°Cの温度範囲の硬化処理を経て硬質の酸化スケ
    ール表層をそなえる継目無鋼管の1醗用工具材料。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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