JPS599155A - 継目無鋼管製造用工具材料の製造方法 - Google Patents

継目無鋼管製造用工具材料の製造方法

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JPS599155A
JPS599155A JP11938982A JP11938982A JPS599155A JP S599155 A JPS599155 A JP S599155A JP 11938982 A JP11938982 A JP 11938982A JP 11938982 A JP11938982 A JP 11938982A JP S599155 A JPS599155 A JP S599155A
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  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

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】 本発明Vま継目無鋼管製造用工具材料の製造方法に係り
、侍に高温における耐摩耗性にすぐれ著しく長い寿命を
有する1具材料σ)製造方法に関する。
継目無鋼管の製部方法としては、丸鋼ハもしくによりオ
孔して中空素材と(7、この中空素材をエコンゲ タ、
プラグミルあるいitマンドレル等の圧延機により伸延
加−[する方法が一般的である。
この継目無鋼管製造の各工程において成形用プラグおよ
びガイドシューに高温ドの苛酷な摩耗状態にさらされ4
)。したがって残部における耐摩耗性にすぐれた工具を
製造しJ:具寿命を延長させることはl−、RC2方法
による継目無鋼管製造上の重要問題の一つであり、と持
に最近のように油井用継目無鋼管の生唾瞬の増大と高合
金化がS−すれている場シ↑、その重要性は更に大きく
なってきている。
本発明台ら(−,1このうちプラグミル圧延用プラグの
寿命延長に注目し、て実験検討を1にねてきた。プラグ
ミル圧延においては、素管温度が通常950〜1150
℃程度、圧延荷欧が100〜250を程度、圧延速度が
3m/sec程度である。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(Iよ回転
しないのでプラグは完全なすべり摩耗を受ける。
このような条件ドで使用されるプラグはまず高温におい
て高い強度な有することが心安とされる。
高温強度が比較的高く安価な材料と・して周知の如(C
,Cr、Mo、 W、 Nl)、Vftトヲy14当t
/に含有り、fc鉄基合金が代表的なものであり、従来
プラグミル圧延用プラグ材として(1,3〜1.5)チ
C−171=Cr−24W鋼や(1,3〜1.8>%C
−24%Cr −3%Ni鋼などの高炭素鋼、高Cr鋳
鋼などが用いられている。しかし、との拐質のプラグで
は最近の油井用継目無@骨の生産量増大に伴う圧延間隔
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
処できずプラグ損耗が製造上の大きな問題になっている
8 工具材料の高温強度を上げるにはiNi、W、C。
、Mo等の添加歓の増加およびAt、Ti等を加えてN
 i −At、 N i −T iの金属間化合物によ
る析出硬化の利用等があり更にはNi基合金の採用等も
考えられる。しかし、これらの元素の犬駿添加は熱伝導
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きた揚台
、この熱はプラグ内部に伝達し難く、表層の@北上外が
著しくなって強度が低下する。また被変形素管からの熱
の流入をおさえる働きをするプラグ表層の酸化スケ=、
ルがCr、Ni、Co、Mo等の高い鉄基合金またはN
i4会金においては酸化雰囲気における高温加熱によっ
ても十分に生成されない。従ってプラグミル圧延時にお
ける上記のような合金で製作されたプラグの損耗ンよ従
来のプラグよシもむしろ多くなる。
本発明の目的は上記従来技術の問題点を解決し、高温に
おける耐摩耗性にすぐれ長い寿命を有する継目無鋼管製
造用工具材料の製造方法を提供するにある。
本発明者らは実験、検討を暇ね、プラグミル圧延用プラ
グの具備すべき特性として高温強度の高いこと、熱伝導
性がよいこと、高温における酸化スケール付着性がよい
ことに加えてプラグ表面の良潤滑性が重要であることを
見いだし、従来材と同等の熱伝導性および同%あるいは
それ以上の高温強度を有する材料に表面自己潤滑性を何
カする処理を施すことにより、従来材より著しく寿命の
長い工具材料を製造することができた。
本発明し1次の4@明から構成される。第1@明の要旨
とするところし1次のとおりである。すなわら、重崩比
にてC:to〜2.0%、Si:0.10〜2.0%、
Mn : 0.30〜2.0 %、Cr:11〜22%
、Ni:0.60〜8.0%、Mo:0.50〜5.0
係、B : o、 040〜1. Oチを含有し7残部
がFeふ−よび不可避的不純物より成る鋳造合金からの
継目無両前製造用工具材料の製造方法において、前記胸
造合金の成形後Nの濃化層厚さを50μ以上とする表面
窒化処理工程を有して成ることを特徴とする継目無@管
製造用工具材料の製造方法である。
第2発明の要旨とすると第1発明と同一の基本組成の他
に、史にW : 0.70〜4.0俤、CO:0.50
〜50チ、v : o、 i o〜20チ、Nb :0
.10〜20%、Zr:0.020〜2.0%、A/:
0.050〜2.0%、S:0.020〜0.30%の
うちから選び不可避的不純物より族6シ)造合金を第1
発明と同様の方法にて表面窒化処理な行うのである2゜
第3発明の要旨とするところをま第1発明と同一組成の
鋳造合金を成形?& N O) ri!i化層厚を50
μ以)二とする表面窒化処理と引続いて800〜125
0℃の胤度範囲の酸化雰囲気中にお・けるスケール付着
処理を行う方法である。
第4発明の要旨とするところは第2発明と同一組成の鋳
造合金帖第3発明と同一の方法にて工具材料を製造する
ものである。
次に本発明における合金成分の限定理由について説明す
る。
C; CはCr、Mo等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添加J″るが、1.0%未満ではそ
の効果が小さく、2.0チを越えると熱衝撃による割れ
が生じ易くなるので、1.0〜2.0%の範囲に限定し
た。
Si: Siは酸化スケール付着処理時およびプラグミル圧延時
において基地合金との密冴性のよいスケールを形成させ
るだめに添JJIIされるが、n、10チ未満でt、1
その効果が小さく、2.0%を越、そると高温強度を低
ドさぜるので0.10〜2.0チの範囲に限定しに0 Mn Mnは高温強度を高めるために添加さt]るが、0.3
0チ未満でlその効果が小さく2.0チを越えると熱伝
導性な悪化させて高温耐摩耗性を劣化させるので下限を
0830%、J−限を20チに限定(、また。
Cr: Cr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、まだC「の炭化・吻を形成させ
ることにより高孟、強T彰を高めるが、11チ未満では
その効果が小さく、22%を越えろとスケール生成量の
減少および高温強度の低下な生じ高温耐摩性が劣化する
ので11〜22チの範囲に限定した。
Ni : Niは高温強度および靭性な改善するために添加するが
、0.604未満ではその効果は小さく、8.0%を越
えると熱伝導性が悪化して高温耐摩耗性が劣化するので
0.60〜8.0チの範囲に限定した。
MO; Moは固溶硬化および炭化物形成により高温強度を高め
るのに有効であるが、0.5 OL:4未満ではその効
果がないので下限を0.50 ’%とし、5.0%を越
えるとスケール生成量を著しく減少させて高説耐摩耗性
を劣化させるので上限を5.0チに限定した。
B: Bは高温強度を高めるととも(二、窒化処理によってB
Nを形成(−1表面の潤滑性を高め工具寿命を延長させ
る元素として本発明では特に重要である。
第1表に示すA1供試材のB含有敞をtr〜1.0チの
範囲で変更した鋳造合金を成形後第1表(=示す加−L
処理を行いプラグミル圧延用プラグを製造しその寿命を
調森した。従来材である第1表に示しだ化学組成、加工
処理による屋2 供試材によるプラグミルj七姑用グラ
グの考量を1として、A1供試相の@紀寿命を表示し、
プラグ寿命比と13含有量との関係を添付図面に示しだ
#iS (’J図而面ら明らかなようにBが0.040
4未満でVよその寿命が短かく、1.0チを越えると耐
熱衝撃性が著しく悪化し、プラグミル1モ延用プラグの
ように急熱急冷を繰返し受け/、)と速かに割れを発生
するので、■3を0040〜10%の範囲に限定した。
上記C,Si、〜In、 Cr、 N i 、 Mo、
 Hの各限定址をもつ一℃本発明の継目無鋼管製必用工
具材料の基本組成とするが、更に冑、 C(1,V、 
Nb、 Zr、At、Sをド記限定量内において、1種
せたに2挿以上を同時に含有する圧延用工具材料におい
ても本発明の目的をより有効に達成することができる。
これらの1a定理由は次の如くである。
W : 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
作用を有するが、0.70%未満でQよその効果が小さ
く、4.0%を越えると粗大な炭化・吻を形成して靭性
を劣化さぜるので070〜4.0%の範囲に限定した。
Co: COは高温強1相を高める作用を侍するが、0.50%
未満ではその効果が少なく、5.0%を越すと高温強度
に対する効果が飽和し高価でもあるので、0.50〜5
,0チの範囲に限定し/こ−■。
■シ1.炭化物形成により高温強度を高める作用を有す
るが、010%未満でV[その効果がなり、2、Oチを
越すとその効果は飽和し2、かつ畠画でもあるので0.
10〜20%の範囲に限定しfこ、N)+、 Nbiよ炭化物形成により高温強度を著し7〈高めるの
に役立つが、0.10%未満でしょその効果が小さく、
0.]04%上を必豊とするが、20%を越えるとその
効果は飽和しかつ高価でもあるので上限を2.0係とし
た。
Zr : Zrは高温強度を高めるとともに窒化処理に引続いて酸
化スケール付着処理をする場合、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る作用を有す
るが0.020%未満ではその効果が少なく、2.0係
を越えるとスケール付着量を低減させるので、0.02
0〜2.0チの範囲に限定した。
Ae : AeはN1−Aeの金属間化合物による析出硬化作用お
よび窒化処理に引続いて酸化スケール付着処理が必要な
場合、基地合金との密着性および断熱性のよいスケール
を付着させる効果を有するが。
0、050チ未満ではその効果が小さく、2.0%を越
すと酸化スケールの付着量を著しく低減させまた高温強
度も低下させるので0.050〜2.0%の範囲に限定
した。
S : Sは硫化物を形成して表面潤滑性を高める効果を有する
が、0.0204未満ではその効果が少々<、0.30
%を越えると耐熱前撃性が著しく劣化J−るので「限を
0.020%、ト限を0.30チに限定した。
次に上記の限定成分の鋳造合金より成形した材料の窒化
処理について費、明−する。窒化処理は本発明の主眼と
するとこるぞ、本発明の(IljきB含有合金に窒化処
理を施すことによりHNが形成され高温における表面潤
滑性が向上して工具寿命が延ひるが窒化層厚さが50μ
未満ではその効果が小さいので50/1以トに限定した
。窒化法として(・まガス室rヒ、ガス軟室111、液
体窒化、イオン窒化のいずれの方法でもよく窒化温度C
」、500〜1.1 (] Q℃の範囲がよい、 −L管己の窒化処理によって鍋温の1IlI孕耗性は皆
し7く向−ヒするが、窒化処理に引続い−C酸化スケー
ルイ」着処理を施すことによって史に」二具寿命の向上
が期待できる。4−なわら酸化スケール(=j着処理を
施すのは俯変形素庁からプラグに流入する熱を酸化スケ
ールによって減少させるためであり、況囲戚が酸化性で
なければ当然スケールは生成されず、また加熱温度が8
00℃未満ではスケールの生成が不十分であり、125
0℃を越えるとスケール層が厚くなり過さ′て先の窒化
処理によって得られた窒化層が消滅するので、酸化スケ
ール付層処理の温度を800〜J250℃の範囲に限定
した。
実施例 第2表に化学組成を示した本発明材を第3表に示す条件
で窒化処理および必要により酸化スケール付着を行い、
この本発明材のプラグを使用して化学組成がC:0.2
2%、Si:0.25%、Mn:1.30チ、l’i 
: 0.020係、B : 0.0020%で直径24
9咽、肉厚129咽の炭素晰素管をプラグ圧延機におい
て直径244mm、肉厚9.9桐に連続して圧延しその
プラグの寿命を調合しだ。なお本発明材の窒化層厚さは
いずれも100〜150μであった。
別に第2,3表に化学イ[1成と処理条件を示しだ比較
材についても同一寿命試験を行い、比較材の寿命を1と
して、−h記本発明利の寿命を表示し、同じく第3表に
示した。
第3表から明らかな如く窒化処理をした本発明材のプラ
タンま従来法の比較材に比して著しくすぐれた寿命を有
している。
本発明tま上記実施例からも明らかな如く、継目無鋼管
製造用工具材料の成分を限定し7、厚さ100μ以上の
表面窒化処理を行い必要に応じて800〜1250℃の
スケール付着処理を行うことによって、高温における耐
摩耗性にすぐれ晋しく工具寿命の長い継目無鋼管製造用
工具材料を製造することができる。
本発明は継目無鋼管製造工程におけるプラグミル圧延用
プラグについて主として説明してきたが、同工程のピア
サ−またVまエロンゲータガイドシューもしくv」二ロ
ノゲ−タプラグにも広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
添付図面ぐまプラグミル圧延用プラグのB含有量とプラ
グ鍔命との関係を示す線図である。 代理人   中  路  武  雄

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  重量比にてC: 1.0〜2.0、si:o
    、i。 〜2.Oチ、Mn : 0.30〜2.0%、Cr:1
    1〜22チ、Ni:0.60〜8.0チ、Mo:0.5
    0〜50チ、13 : 0.040〜1.0%を含有し
    残部がFeおよび不可避的不純物より成る鋳造合金から
    の継目無鋼管製造用工具材料の製造方法において、前記
    鋳造合金の成形後Nの濃化層厚さを5011以−ヒとす
    る表面窒化処理工程を有して成ることを特徴とする継目
    無鋼゛q製造用工具材料の製造方法。
  2. (2)  重量比にてC:1.0〜2,0チ、Si:0
    .10−2. O%、Mn : 0.30〜2.0%、
    Cr:11〜22チ、Ni:0.60〜8.0%、Mo
    :0.50〜5.0%、B二O,040〜1.0弼を含
    有し、更にW: 0.70〜4.0%、Co:0.50
    〜5.0%、V:0.10〜2.0%、Nb:0.10
    〜2.0%、Z「:0、 0 2 0 〜2. 0  
    %  、  A t :0.050 〜20 (ヲ1;
     、  S: 0.020〜0.30 ’%のうちから
    選ばれた1種または2種以上を含み残部がFeおよび不
    可避的不純物より成る鋳造合金からの継目無鋼管製造用
    工具材料の製造方法において、前記鋳造合金の成形後N
    の濃化層厚さを50μ以上とする表面窒化処理工程を有
    して成ることを特徴とする継目無鋼管製造用工具材料の
    製造方法。
  3. (3)  重量比にてC:1.0〜20%、Si:O,
    LO〜2.0  %、 Mn  :  0.3 0〜2
    .0  %、 Cr:11−−22%  、  Ni 
      二 〇、 60〜8.0%  、  Mo:0.5
    0 〜5.0チ、B:0.040〜1.0%を含有し残
    部がFeおよび不可避的不純物より成る鋳造合金からの
    継目無鋼管製造用工具材料の製造方法において、前記鋳
    造合金の成形後Nの濃化層厚さを50μ以上とする表面
    窒化処理工程と、前記窒化処理工程に引続いて800〜
    1250℃の温度範囲の酸化雰囲気中におけるスケール
    付着処理工程と、を有して成ることを特徴とする継目無
    鋼管製造用工具材料の製造方法。
  4. (4)  重量比にてC: 1.(1〜2.0 %、 
    Si : O110〜2.0 %、Mn  :  0.
    30〜2.0 %、Cr : 11〜22≠、Ni:0
    .60〜8.0 %、M(1:0.50〜5.0%、 
    B : 0.040〜1.0チを含有し、史にW:  
    0.70〜4.0%  C(]  :  0.50〜5
    .0%、■ 二0、1’ O〜2.0 %、Nb  :
      0.1 0〜2.0%、zr :0、020〜2.
    0 %、At :  0.050〜2.0 %、S:0
    .020=0.30’%のうちから選ばれた1種まだ(
    ri、 2種以上を含み残部がF’eおよび不可避的不
    純物より成る鋳造合金からの継目無鋼管製造用工具材料
    の製造方法において、前記鋳造合金の成形後Nの濃化1
    @厚さを100μlソ、上とする表面窒化処理工程と、
    前記窒化処理工程に引続い−C800〜1250 ℃の
    温度範囲の1′12化雰囲気中におけるスクール付輯処
    理上程と、を有して成ることを特徴とする継目無鋼管製
    造用−L具桐料の製造)5法。
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