JPS60208458A - 継目なし鋼管の穿孔および拡管用芯金合金 - 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】 この発明は中実丸形鋼片から継目なし鋼管を製造する際
に用いられる穿孔および拡管用芯金形成のだめの合金材
料に関するものであって、特願昭５９−１１８９９号（
％開昭６０−号）発明になる合金をさらに改良したもの
である。

上記先出願明細書にも記載されているように、一般に継
目なし鋼管穿孔用の芯金は、傾斜圧延ロールによって回
転および前進する、およそ１２００℃に加熱された中実
丸形鋼片に縦方向に圧入されて、これによって鋼管の軸
方向の穿孔が行われる。またこのようにして穿孔された
鋼管は、同様に傾斜圧延ロールによって回転および前進
する拡管用の別の芯金が、およそ１０００℃に加熱され
た鋼管の穿孔内に圧入されることによって、その拡管が
行われる。

その結果、穿孔および拡管用の芯金の表面に高温および
＾圧力が作用して、芯金の表面には摩耗、芯金材の塑性
流動によるしわ、部分的な溶融損傷、あるいは管材との
焼付きによるかじりや割れが発生し、これらによって起
る芯金の変形および損傷が進行して、比較的短使用回数
のうちに芯金の寿命が描きてその使用が不６Ｊ−能とな
る。

穿孔用（または拡管用）芯金の表面に生ずるこれらの損
傷を防止するためＫ、芯金を形成する合金忙要求される
特性は損傷の徨類によって次のように異なる。

（１）摩耗およびしわの発生防止のためには、合金の高
温度における機械的強度が高いことが必要である。

（２）割れ発生防止のためＫは、常温における合金の機
械的強度上伸展性が高いことが必要である。

（３）部分的な浴融損揚の発生防止のためには、芯金合
釜の組成のうち、地金への溶解度の小さい合釜元索の添
加をできるだけ少なくして、凝固−析や粒界析出によっ
てこれらの合金元素が粒界に偏析して、部分的な融点低
下および粒界脆化の生ずることを防止することが必要で
ある。

（４）焼付きによるかじシや割れの発生を防止するため
には、スケール付は処理によって、芯金の表面に断熱性
と＠滑性とを有する緻密なスケールが適度の厚さに形成
されることが必要である。

既述の特願昭５９−１１８９９号発明の目的は、地金へ
の溶解度が少なく、粒界偏析して部分的な溶解損傷の原
因となるＣと、スケール句は処理の際に形成されるスケ
ール層を向くするＣｒとをできるだけ少なくし、Ｎｌ　
＋　ＭｏおよびＷの固溶体硬化によル常温および高温度
における機械的強度を高めることＫよって、耐用度が従
来のものよりも格段に優れた穿孔用芯金を得ることにあ
った。

この目的は、重量でＣが０．１ないし０２５％、Ｃｒが
１ないし３チ、町が１ないし９％、ＭｏおよびＷのいず
れかｌ也もしくは２棟合計で０．３ないし３チ、残部が
Ｆｅおよび不可避的な微烟不純物からなシ、且つＮｌ／
Ｃｒの重量比の値が１ないし３の組成を有する合金を用
いることによって達成された。

本発明の目的は、上記特願昭５９−１１８９９号発明の
合金をさらに改良して、穿孔用芯金の耐用度をさらに向
上させ苅るような合金を得ることにある。

この目的は、上記既発間における合金の成分組成のもの
に、さらに重量でＣｏを１ないし２チ、Ｃｕを１ないし
２％、およびＴＩおよびＺｒのいずれか１神もしくは２
柚の合計を０．２ないし０．５−の割合で追加添加する
ことによって達成された。

なお、前掲既出願発明の場合と同様に、上記の本発明に
おける合金組成のものに、必要に応じて通常の脱酸剤と
して１．５％以下のＳｔ、もしくは１．５−以下のＭｎ
　、あるいはこの両者をさらに追加路獣加し得るものと
する。

次Ｋ、本発明になる合金における各成分の組成範囲限定
理由について、特願昭５９−１１Ｎ’１号明細書および
図面における記述と一部重複させながら説明をする。

Ｃは、地金に固溶し、あるいは固溶限以上のＣは熱処理
によって様々な態様を示すことによって、合金の常温お
よび高温での機械的強度を向上させるので、合金の強度
向上に最も有効な元素である。しかしながら、Ｃがあま
シ多くなると、とくにＣｒと共存する場合には、Ｃｒの
炭化物が粒界に析出して粒界脆化をひき起したり、また
この炭化物はＭｏやＷを地金よシもよく固溶吸収するの
で、ＭＯやＷの添加による地金の固溶強化効果を減する
などの逆効果をも併せて持つものである。

本発明になる芯金用合金は、芯金の部分的な溶融損傷を
防止する見地から、従来のこの種合金と異なシ、常温お
よび高温度における機械的強度を主として固溶体硬化に
よること圧しているので、Ｃの含有量はできるだけ低い
方が望ましい。しかしながらあまｐｃの含有量が低いと
、必要とする機械的強度を保持させるためにＮ１含有量
を高める必要を生じ、これでは経済的にコスト高となる
。またＣ含有量があまりにも低いと溶湯の流動性が減少
し、従ってその鋳造性が悪化する。

本発明になる芯金用合金においては、Ｃ含有量の下限値
は、上記の経済性と鋳造性との観点からこれを０．１％
とし、上限値は穿孔用芯金の部分的溶損防止の観点から
これを０．２５％とした。

Ｓｌは、一般の脱酸剤として、合金の脱酸調整用に必要
に応じて合金に添加されるが、Ｓｌが多過ぎると合金の
靭性が低下するとともに、穿孔用芯金の表面に断熱性と
潤滑性を有する緻密なスケールを付着させるために施さ
れる一般のスケール付は処理時に、スケール中にファイ
ヤ７　イ）　（Ｆｅ０−８Ｉ０２　）を生成してスケー
ルを脆弱にする。

よってＳ＋含有量の上限値を１．５％に定めた。

下限についてけ別に制限はない。

Ｍｎも一般の脱酸剤として、合金の脱酸調整用に必要に
応じて合金に添加される。そしてＭｎが多過ると８１の
場合と同様にスケールを脆弱にする。

よってＭｎ含有量の上限値を１５％と定めた。

下限については別に制限はない。

ＣｒおよびＮｌの成分範囲限定理由については、両成分
の比律が重要であるので、両者をまとめて説明をする。

ＣｒＶｉ地金に固溶し、あるいはＣと結合して炭化物を
形成して、常温あるいは高温度における機械的強度を高
めるとともに、合金の耐酸化例を向上させるのに有効な
元素である。然しなからＣｒ含有量が高すぎると、耐酸
化性が向上することＫよって芯金の表面に断熱性と潤滑
性とを有するスケールを付着させる一般のスケール付は
処理を施す際に、生成するスケール層の厚さが薄くなり
、既述の芯金に生ずる損傷のうち、管材との焼付きによ
るかじシが多発する。またＣｒ含有量が低くすぎると、
常温および高温度における合金の機械的強度が低下し、
芯金に強度不足による摩耗、しわ、あるいは割れが発生
する。

ＮｌはＣと炭化物を形成することなく地金に全部固溶し
て、固溶体硬化によって常温および高温度における機械
的強度を高めるのに有効な元素である。然しながら、Ｎ
ｌはＣｒＫ比べて高価であるので、Ｎｌだけで常温およ
び高温度における合金の機械的強度を高めるとコスト高
となり、またＣｒと共存する場合ｔ１とには高い機械的
強度はイリられない。また、姐の添加は、Ｃｒ添加の場
合に比べて、スケール付は処理による付着スケール層が
薄くなる弊害ははるかに少ない。

従って、芯金合金に十分な常温および高温度における機
械的強度、および適度な厚さのスケールＪｆＩｔを与え
、さらに合金に経済′性を持たせるため沈、スケール層
を尊くすることなく機械的強度を高めることのできるＮ
ｌを主体とし、これに許′谷、Ｌ旬る範囲のＣｒを絵肌
して、常温および高温度における機械的強度を補完する
とともに、Ｎｌ添加片を幅減することＫした。

上ｈＬ：の見地から、スケール層の厚さを薄くシないた
めにＣｒ含有量の上限を３％とし、下限は機械的’ｉｌ
ｉ川を補完するためにこれを１チとした。

またＮ１は＋丈料戒的強度を高めるために、その含量を
Ｃｒ含４負感の１倍から３倍、すなわちＮｉ／Ｃｒの小
−ハ；比の値を１ないし３と定めた。

Ｎｌ／Ｃｒ比の仙を１ないし３と定めた根拠を第１図お
よび第２図の１組の曲線図、ならびに第３図および第４
図の１組の曲線図を用いて説明する。第１図はＣｒ含有
量が１．４チの場合の常温における合金の機械的強度に
及ばすＮｌ／Ｃｒ比の影響を示す曲線図、第２図は同温
度９００℃における同様の影響曲線図、第３図はＣｒ含
有量が２．８％の場合の常温における同様の影響曲線図
、第４図は同温度９００℃における同様の影響曲線図で
ある。

これらの曲線図から判るように、穿孔用芯金の耐用度の
低下をもたらす損傷の一つである割れを防止するのに必
要な常温の引張強さと伸び率は、Ｎｌ／Ｃｒ比が１以下
では引張強さが４５ないし５０　ｋｇ／四２であって強
度不足であシ、Ｎｌ／Ｃｒ比が３以上では伸び率が著し
く低下して割れの防止には不適当である。また損傷の他
の一つである芯金表面の摩耗およびしわを防止するため
に必要な高温度における引張強さは、Ｎｉ／Ｃｒ比が３
以上では５．２ないし５．３　ｋｇ７ｍ”となっていて
強度不足であるとともに、伸び率が著しく低下するのが
判る。

以上の結果から判＃ｉ　して、本発明ＶＣなる芯金合金
中のＮｉ／Ｃｒ比の値を１ないし３の範囲で選ぶことに
定めた。

ＭＯおよびＷｌま合金地金に固溶し、あるいはＣと結合
して炭化物を形成して、とくに合金の鳥温良における機
械的強度を高めるのに有効な元素である。反面、Ｍｏお
よびＷ含不訃の増加はスケール付は処理Ｉｆ（より芯金
表面に生成伺着するスクール層を脆弱にする。本発明に
なる芯金合金の篩温没機林的性貝に及はすＭＯおよびＷ
添加の影響の例が第５図に示されている。この曲線図ハ
Ｃｒ含壱も１が２．８チ、Ｎｉ／Ｃｒ比が２．０の場合
、試験温度が９００℃の場合Ｍｏ　＋　Ｗ　＋またはＭ
。

とＷの倉Ｍｌの変化が、合金の引張り強さおよび伸び率
に及ばず影響を示すものである。

この曲線図によると、ＭｏおよびＷの何れか１種もしく
は２種合計の添加量が０，２％までは高温引張り強さの
向上に効果がない。しかしながら、この添加量が０．３
％から１．５チまでは添加量の増加とともに引張シ強さ
は緩やかに増加し、添加量が１．５から２．０チまでで
は引張り強さは添加量の増加とともに急激に増加する。

そして２０チ以上の添加では引張９強さは再び緩やかな
増加に転するのを見ることができる。

本発明合金によって製作された芯金によって１２００℃
近傍に加熱された中実丸形鋼片を穿孔する場合に、穿孔
される鋼片の材質が単なる炭素鋼であるならば、Ｍｅお
よびＷのいずれか１権もしくは２柚合計の添加量が１．
５％以下の本発明合金による７孔用芯金で十分に従来の
芯金の耐用度を上廻ることができる。しかしながら、穿
孔される鋼片の材質が１３チクロム鋼もしくは２４チク
ロム鋼のような特殊鋼である場合には、ＭｏおよびＷの
何れか１種もしくは２種合計の添加量は１．５％から３
．０チまでであることが必要である。

従って、本発明になる合金におけるＭｏおよびＷのいず
れか１種もしくは２種合計の添加量は、これを０．３な
いし３％と定めた。

Ｃｏは一般の炭素鋼、もしくは本発明にな、る芯金合金
のような低合金鋼に添加される元素のうちで、鋼の焼入
性を低下させる唯一の元素である。

穿孔用芯金は、１２００℃近傍に加熱された中実丸形鋼
片中に圧入されるので、穿孔直後の穿孔用芯金の表面温
度は１２００℃から１３００℃近傍に、表面ｉから約５
−内部でＶｉｓｏｏ℃近傍に、そしてさもに内部では７
００℃以下の温度となる。

このような状態に加熱された芯金は、穿孔直後に撒水に
よって常温Ｋまで冷却されたのち、再びＷ［たな鋼片中
に圧入され、こうして加熱および冷却が繰返される。こ
の繰返しによって芯金の表面に細かい亀甲状の割れが生
じて、これが被穿孔パイプの内面に圧延機を発生させる
ものである。この亀甲状の割れは主として加熱冷却の繰
返しＫよって生ずる熱応力に基因する。

一般に焼入性が低く、焼入変態のない場合の銅体の熱応
力は、銅体の表面では圧縮応力が、銅体の中心部では引
張応力が発生する。これに対して、焼入性が高く、焼入
変態が生ずる場合の銅体の熱応力は、その表面では引張
応力が、その中心部では圧縮応力が発生する。すなわち
両者の場合に熱応力の分布が逆転するのである。

そして、一般に表面が圧縮応力となる焼入変態のない加
熱冷却の繰返しの方が亀甲割れの発生が少ない。

焼入性の大小は、丸棒鋼片を水焼入れしたのち、その断
面硬度を測定し、硬度がロックウェルＣスケール４０以
上になる硬化層の厚さｄと丸棒の半径ｒとの比率ｄ　／
　ｒを以てこれを表わすことができる。すなわちｄ／ｒ
値が小さくなる程焼入性が低下することを表わす。

本発明合金による半径２５＋ａ＋の丸棒を水焼入れした
場合のｄ　／　ｒ値に及はすＣＯ成分含有量の影響の一
例が第６図の曲線図に示されている。この曲線図から、
ＣＯが１．７５％までは焼入性の低下が顕著であるが、
Ｃｏが１．７５％を越えるとその効果が少ないことが判
る。

よって本発明合金のＣｏ添加量の下限は、焼入性低下の
効果の見地から１チとし、上限は、経済的にコスト高と
なる割には焼入性低下の効果があまシ得られない見地か
らこれを２チとした。

Ｃｕは地金中に微細に析出して、常温の引張強さを高め
るのに有効な元素である。また既述した断熱性と潤滑性
とを有するスケール付けの処理の際に、スケール直下の
地金中に富化されて、スケールの地金への密着性を改善
するのＫも有効な元素である。しかしながら、添加量が
１ｑｂ以下では常温の引張強さの向上は少なく、添加量
が多過ぎると、スケール直下に富化されたＣｕが高温度
で地金の結晶粒界に浸潤して、芯金の表層部を脆弱にす
る。

よって本発明合金におけるＣｕの添加量下限を１チとし
、上限を２チとした。

ＴＩおよびＺｒはＣｒよりも優先してＣと結合して炭化
物を形成する。そしてＴＩおよびＺｒの炭化物Ｖｉｃｒ
の炭化物とはちがって、地金中に均一に分散すること、
および高温度における地金中へのｍ解度がＣｒの炭化物
に比べて極めて小さいことから、粒界の部分的な融点低
下および粒界の脆化を軽減するとともに、高温度におけ
る引張強さを高めるのに有効な元素である。さらに、Ｃ
ｒよシも優先して炭化物を形成するのでＣｒの炭化物量
が減少する結果、Ｃｒ炭化物中に吸収されるＣｒ、Ｗお
よびＭＯが減少し、従ってこれらの元素の地金中の濃度
が高くなって、固溶体硬化によって合金の高温度におけ
る引張強さが向上する。しかしながら、ＴｌおよびＺｒ
の添加量が多過ぎると、合金を大気中で溶解する場合に
、著しく溶湯の流動性が減ぜられ、芯金製作の際に鋳造
性を害することになる。

よって本発明合金におけるＴｉおよびｚ？の１種あるい
は２種合計の添加量の上限を０．５％、下限を０．２％
と定めた。

以上、継目なし鋼管の穿孔用芯金合金ＶＣついて述べた
が、同拡管用芯金合金についても全く穿孔用芯金合金と
同様であるからその説明を省略する。

次に実施例について説明をする。

本発明になる穿孔用芯金合金の実施諸例の組成を第１表
に示す。第１表には先発間である特願昭５９−１１８９
９号発明になる合金、および従来公知のこの極合金の組
成をも併記しである。

ｆａｒｒ　１表に示された組成の各合金を素材として、
ＪＩＳ　−Ｚ　−２２０１の規定による１０号常温引張
試験片、ＪＩＳ−Ｇ−０５６７号の規定による高温度引
張試験片、および直径が６９　ｒｒｐ／ｍ　、７２　ｎ
ｙ’ｍ　ｓおよび７５　ｎｙ’ｍのアラセルミル用Ｖ孔
芯金をそれぞれ製作した。高温度引張シ試験は温度９０
０℃で毎分５チの歪速度でおこなわれた。これらの芯金
を用いて、実際にＪＩＳのＳＵＪ　２　＠　（Ｃ約１チ
、Ｃｒ約１．５）のベアリング鋼材（いわゆる高炭素ク
ロム軸受は銅相）をアラセルミルを用いて穿孔試験を行
った。これらの諸試験の結果が第２表に示されている。

芯金の耐用度は穿孔用芯金１個当シの平均穿孔本数で表
わされている。

１、２表に見られるように、本発明になる合金の常温お
よび高温度における機械的強度は、従来公知のこの種合
金の１．５倍ないし３倍、特願昭５９−ｊ１８９９号発
明合全発明れらとはほぼ同等もしくは幾らか大きいこと
が判る。そして、本発明合金で製作された芯金の耐用度
は、公知の合金のものの２ないし５倍、特願昭５９−１
１８９９号発明合全発明のの１．５ないし２倍となって
いるのを見る。この本発明合金による芯金の耐用度が増
大しているのは、合金のＣＯ添加による芯金表面の亀甲
割れの減少、Ｃｕ添加によるスケールの密着、ＴＩおよ
びＺｒの添加による炭化物の粒界偏析防止の諸効果によ
るものである。

４図面の簡ｆｉｔな散開 即１図は不発ＥＪＪ自釜のＣｒ含有楢が１．４％の場合
の常温機械的性貝に及はすＮｌ／Ｃｒ爪伝比の影響を示
す曲鮪１図。

第２図打１本発明合釜のＣｒ含有量が１．４％の場合の
温ル９００℃における機械的性質に及ｔユすＮｌ／Ｃｒ
市に比のし什を示す曲線図。

Ｑ、＋３図は本発明も金のＣｒ含有量が２．８チの場合
の’ｉＫ温機械的性負に及はすＮｌ／Ｃｒ　ｊ（１鼠比
の影神を示す曲１１１！−図。

第４図り本発明合金のＣｒ含不セが２．８％の場８・の
温用９００℃における機械的性質に及はすＮｌ／Ｃｒ　
＋ｌｊ　ｋｌ比の影響を示す曲線図。

第５図け４発明台金のＣｒ含唱量が２８チでＮ　ｉ／Ｃ
ｒ　ｆ４Ｌ　Ｊｌｌ：比が２．０の場合の温度９００℃
におりる機械的＋：１−賀に及はすＭｏおよびＷ添加の
影響を示す曲線図。

泥６図は本発明合金の焼入性に及はすＣｏ添加の娯沖Ｓ
を〉ｊりす曲線図である。

第１　「；：ｌ Ｎｉ／（ｒ 第２図 ＶＣｒ 第３図 Ｎ　ｉ／（ｒ Ｎｉ／（。

第５図 第６図 ｃｏ！魚か一！　（’／、） 手続浦１１：、書 昭和　ｔｉ＋ｏ、　′’ｕ　ｌ　３゜ ｔ、’ｒ、ｉ’＋庁長官　志　ｆＶ　学　殿１．１バ件
の大小 特＃Ｊ１１５９−６．４４７５侵 ２、発明の名称 ｌｔ！目なし鋼管の芽うＬおよび拡管用芯金合金３、補
正をする。− １１９件との関係　特許出願人 新報国製鉄昧式会檜 （ほか１名） ４、代理人 ５・　自発補正　７、・　゛ （１）特許請求の範囲ｒ明細書金妾を別紙の通り訂正す
る。

（２）　明細書中、下記の訂正を行います。

イ、　４真下から９行、ｒｃが０１４いし０２５％、Ｊ
を［Ｃが０，１４ないし０，１８％１．１と訂正。

口、　６頁最下行、「観点」を［実験的見地Ｊと訂正。

八　７頁１行、ｒｏ、１％ＪをｒＯ，１４％」と訂正。

二、同負２行、「観点」を「実験的見地Ｊと３１正。同
行［０２５％）を「０１８％」と訂正。

ホ、同頁３行、「た。」の次に［（後掲実旌例参照）」
を挿入。

へ、　１９頁および２０頁のそれぞれ第１表および第２
表を別紙のとおり訂正。

２　特Ｎ’Ｆ　請求Ｌｊ）　ｉｌ＋１４囲］、１ＬｔＴ
ｅｌ＋−０，１４ないし０１８％、Ｃｒが１ないし３％
、Ｎｉが１ないし９％−ＭｏおよびＷのいずれかＩ　Ｊ
！Ｉｉまたは２程合ｄ１で０３ないし３％、（’ｏが１
ないし２％、Ｃｕが１ないし２％。

′Ｉ″ｉ　ふ・よびＺｒのいずｉ［か１柚もしくは２種
合計が０２ないし０５％、残部Ｆｅおよび不可避的な微
１ｔｔ不純物からなり、且つＮｉ／Ｃｒの重ｌ比の値が
１から３である継目なし鋼管の穿孔および拡管用合金。

２　さらに必留にルし：じて脱酸剤として８１が重ｈ（
で１．５％以下　＋　Ｍｎが１．５％以下の何れかまた
は両者を含イ１することを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の芯金合金。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　重量でＣが０．１ないし０．２５％、Ｃｒが１な
   いし３％、Ｎ１が１ないし９％、ＭＯおよびＷのいずれ
   か１種または２種合計で０．３ないし３チ、Ｃｏが１な
   いし２％、Ｃｕが１ないし２チ、ＴｌおよびＺｒのいず
   れか１種もしくは２種合計が０．２ないし０５チ、残部
   Ｆｅおよび不可避的な微量不純物からなり、且つＮｌ／
   Ｃｒの重量比の値が１から３である継目なし鋼管穿孔お
   よび拡管用合金。 ２、　さらに必要に応じて脱酸剤としてＳｌが重■で１
   ，５％以下、Ｍｎが１．５％以下の何れかまたは両者を
   含有することを特徴とする特許請求の範囲１ｉ！、　ｌ
   　ＪＩ′Ｉ記載の芯金合金。