JPS606216A - 造管加工用ガイドシユ− - 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】 技術分野 シームレス鋼管の製造加工、つまり穿孔又は延伸加工は
、通常９００〜］　２５０　”Ｃに該＠音素材を加熱し
た熱間にて行われ、この加工中該鋼管素材の外周の接触
保持には、ガイドシューと呼ばれる熱間工具が用いられ
る。

従来このガイドシューには、ハステロイ系合金や高０−
Ｎｉ　−Ｏｒ−Ｍｏ系鋼などが専ら用いられる。

しかしこのような従来のガイドシューを用いてたとえば
中径シームレスダ・■管を５００〜７００本圧延すると
、該鋼管素材とその加工中接触しているガイドシューの
表面は、高温での摩耗が原因で局部的に削り取られてし
まい、交換が余儀なくされる。

また交換するほどの摩耗が生じない場合であってもしば
しば該鋼管素材とガイドシューとの間に焼付きが生じ、
その後の造管加工にていわゆるシューマークと呼ばれる
きすを生じ、そのたびごとに生産ラインを一時停止して
ガイドシューを取りはずし焼付き部を研李手入れしなけ
ればならない不利があった。

このような手入れ頻度は、１時間に５〜１０回にも及ぶ
ことがあり、著しく造管加工能率を低下させていたので
ある。

このような問題点につき、ガイドシューの延命化および
耐焼付性向上化をはかることに関して以下のべる対策は
、造管加工に限定された鋼の熱間加工技術の分野に位置
している。

従来技術 上記の点に関し多岐にわたる合金鋼を試作して、ガイド
シューへの適用を試みた事例は数多いが、何れにしても
上掲の従来品以上の長寿命化はもちろん耐焼伺性の改善
も達成できなかったのである。

一方耐熱性、耐摩耗性および耐焼付性に優れるセラミッ
クスの焼結体をガイドシューとして使用する工夫も考え
られた。しかしセラミックスの焼結体をガイドシューの
ような大きな寸法に成型するのは極めてコスト高となり
実用土困難であった。

発明の目的 この発明は、セラミックスを溶射技術により、ガイドシ
ューの表面に被覆することをもって上記の延命化をはか
り、かつシームレスパイプの製造における生産性を著し
く向上させようとするものである。

発明の構成 上記の目的は、次の事項を骨子とする構成にて有利に達
成され得る。

シームレス価管の造管加工中、該鋼管素材の外周の接触
保持に供するガイドシューにして、該接触領域な含む案
内面をその表面から１〜３０罷の深さでアンダカットし
た凹所の内部に、もとの表面レベルに至る厚みで溶射被
着したセラミックス溶射層を有し、このセラミックス溶
射層は気孔率１０〜６０％の多孔質であることから成る
、造管加工用ガイドシュー。

このセラミックス溶射層は、その施工前に下地処理した
金属溶射膜を介した被着であることが実施上好適である
。

さてセラミックスは金属材料に比べ、とくに９００〜１
３００°Ｃの高温での硬度カニ極めて高く、それ故ガイ
ドシューに用いて鋼管素材との間における耐摩耗性と耐
焼付き性に優れている。

ところでシームレス鋼管の造管加工中においてガイドシ
ューが該鋼管素材と接触する部分は、一般に凹状円弧面
よりなる内面のうち第１図（ａｌに斜線で示すごとく限
られている。

したがってこの領域につき上記耐摩耗性および耐焼付性
の優れたセラミックスで構成することに想到した。

ここでセラミックス溶射の適合を成就するため、発明者
らは上記接触領域を含む案内面を第２図（ａ）のように
、その表面１から１〜８０龍深さのアンダーカットした
凹所２をつくり、この凹所２内の領域中に溶射法を用い
てもとの表面１０レベルニ至る厚みでセラミックス皮膜
８を肉盛りして試験に供し、その性能をセラミックスの
材質物性について検討した。

セラミックスは粉末材料のＺｒＯ□（安定化もしくは部
分安定化したもの）はもちろん、Ａｌ、０゜１’１０２
．０ｒ２０８．　Ｓｉｎ□、　ＪｇＯ、Ｓｉ８Ｎ４サイ
アロンなどの単独もしくはこれら２種以上を含む複合化
合物などを用い得ることがわかった。

しかし何れの場合もセラミックス皮膜８は、その気、孔
塞が重要である。

すなわちセラミックス皮膜８中に存在する気孔は、特定
の気孔率範囲内において造管加工に供した際の急熱急冷
を伴う熱衝撃を緩和するとともに鋼管素材との接触によ
って生じる割れの伝播を局部的な粒間割れにとどめて停
止させる効果があることが、種すの実験を繰り返した結
果判明したからである。

上記接触によるセラミックス皮膜の割れは非常に微細で
あって、それ自体は直接鋼管素材表面へのキズ発生原因
とはならないが、若しそれが進展してガイドシュー母材
にまで到達するか又は異なる箇所から発生した割れが互
いに連続するに至るとセラミックス皮膜８のはく離の原
因となる。

セラミックスは元来破壊じん性情が極めて低いため微細
で））つても割れが発生するとただちに破壊に至るわけ
であるが適当な気孔率の下では、かような割れの伝播を
効果的に抑止するのであり、いっぽう、＠熱急冷に伴う
セラミックス皮膜の熱膨張収縮による体ｆ＊変化に対し
ても皮膜中に内在する気孔は有効な緩衝作用をする。

上記のように機能するセラミックス皮膜８の気孔率は５
〜６０％の範囲に納まることが不可欠である。

すなわち気孔率が１０５未満であるとセラミックス皮膜
８０表面に生じた割れが内部または隣接の気孔による伝
播の停止の起る確率が低くなって、皮膜のはく離および
脱落を有効に防止できず、また気孔率が６０％を超える
とセラミックス皮膜８を構成している粒子間の結合力が
弱くなって造管加工のための稼動中に粒子が脱落しセラ
ミックス皮膜８の寿命が短かくなるからである。

この溶射によるセラミックス皮膜Ｂ中の気孔率制御は溶
射条件（電流、電圧、ガス組成、溶射距離、溶射ガンの
移動速度など）および溶射材料の種類の如きを選定する
ことにより容易に達成できる。

またセラミックス皮膜８の溶射準備としてアンダーカッ
トの加工がつぎに述べる理由によって必要である。

すなわち溶射皮膜とりわけセラミックス溶射皮膜は、概
して母材とのせん所帯着力が低いところ１〜８０ｍｍの
深さにてアンダーカットした凹所２内に充てんする形で
溶射被着すると、造管加工中にも上記幅）せん所帯着力
に由来したはく離を生じるうれいがなくなるためである
。

なおセラミックス溶射施工に先立って凹所２の底面には
いわゆる粗面加工やアリ溝加工を施すことがよりのぞま
しくと（にガイドシューの使用環墳条件に応じて考慮す
べきである。

いっぽうセラミックス溶射の施行直前には下地溶射とし
てＮｉ　−ＯｒやＮｉ−Ａ１合金などの金属溶射を施す
ことは、ガイドシューの使用条件の下で、とくに急熱急
冷サイクルによるセラミックス皮膜と母材との熱膨張差
を緩和する役割りに加え、セラミックスＭｔＩＡｓの密
着性を高めるためよりのぞましい。

なおこの下地溶射金属膜がもしもガイドシュー母材の表
面からはく離すると、上層のセラミックス皮膜８もろと
もにはく離してしまう。ここに下地金属溶射膜とガイド
シュー母材との密着機構は、いわゆる投錨効果による主
として機械的結合であること、溶射皮膜が多孔質である
ため、ガイドシューの使用中に下地金属溶射膜とガイド
シュー母材との界面にスケールを発生する機会にさらさ
れ、これらが上記はく離の原因となっている。

このような下地金属溶射膜のはく離を防止するためには
、Ｎｉ−０ｒ　、　Ｎｉ−Ａ１合金の如き耐酸化性に優
れる溶射材料を用い、とくにその溶射直後に９００〜１
８００°Ｃの温度で８０分〜１０時間にわたる熱処理を
行うことにより、下地金属とガイドシュー素材表面の間
に、拡散層を形成させて極めて密着度の高い皮膜を形成
させることが有効である。

なお０００°Ｃ未満の温度での熱処理は下地金属とガイ
ドシュー素材との間に拡散層を形成させるのに極めて長
い時間が必要であり、不経済となるし、また１３００°
Ｃを超える温度での熱処理は、ガイドシュー母材が軟化
変形を起こすことや、熱処理炉の損傷も大きくなるため
、上限は１８００°Ｃとした。

熱処理時間は、熱処理温度に応じて適宜選択できるが、
８０分未満では均一な拡散層は得られず、１０時間を超
える熱処理は不経済である。

このような下地金属溶射膜の拡散熱処理後に、目的とす
るセラミックスをＨ６したガイドシューはａ管加工に供
してもはく離を生じることはなく、所期した長寿命化が
より有利に達成されるのである。

セラミックス溶射に用いる粉末材料の粒子径は、施工す
る溶射方法によって適宜に選択し、溶射はガスプラズマ
または水プラズマ溶射法を用いることが皮膜の結合力お
よび密着性の観点から望ましＸＪｌ。

またアンダカット深さ２龍以上のガイドシューについて
は、単位時間当りの溶射溶着量の大きい水プラズマ溶射
で施工することが溶射施工能率。

経済性および皮膜の性能向上の観点から望ましい。

アンダカツｉ・深さ１１！１１未満では圧延中溶射皮膜
がはく離しやすく、３０朋を超えたアンダカット深さへ
の溶射肉盛は不経済である。したがってアンダーカット
深さを１〜３０朋と限定した。

実施例 以下実施例で説明する。

中径シームレス鋼管圧延機を用い、下記組成の被圧延材
の延伸加工につき実験を行った。

化学成分Ｇ　：　０．２４％、　Ｓｉ　：　０．２７％
、　Ｍｎ　：１．２８％、　Ｔｉ　：　０．０８％、　
Ｂ　：　０．００２１％残部鉄圧延材の外径２２５朋φ 圧延温度　１１５０°に の圧延条件では従来、普通に用いられたＣ：１．２％、
　Ｓｉ　：　０．５％、　Ｍｎ　：　０．５％、　Ｎｉ
　：　８．６％、Ｏｒ：２４％の組成になる鋳造合金鋼
によるガイドシューの平均圧延本数（平均寿命）は６０
０本程度であり、またシューマーク発生率は２６％であ
った。

これに対しこの発明に従う溶射施工に供するガイドシュ
ー素材の組成は、上掲と同一としたが第２図に示した凹
所２につきその立上り壁の傾斜角θを３０°にて一定と
して棹々の深さのアンダーカットを施した。また一部比
較としてアンダヵット加工をしないガイドシューも進備
して、溶射加工し、各部を所定の寸法に仕上げた。

実機による圧延実験結果もまとめて表】に示す。

供試番号１−４が比較例である。

アンダーカット加工をしなかった番号１，８は圧延中溶
射皮膜にはく離または割れが生じ実用化は困難であるこ
とがわかる。

まずアンダーカットが１期未満では従来品を超える長寿
命化は達成できない。またセラミックス皮膜の気孔率が
７％であった番号２では、圧延中割れが無数に発生し、
セラミックス皮膜がはく離し実用化は難かしい。

それに対して、アンダーカット深さが１〜８０ｍの範囲
にあり、とくに下地金属溶射後熱処理しその後気孔率な
１８〜４５％に制御してセラミックス溶射施工したガイ
ドシューは、番号５〜９に示したように、従来の鋳造合
金鋼ガイドシューに比ベシューマーク発生率を極めて低
下することができ、また圧延本数も８〜９倍に増加して
いる。

発明の効果 この発明によればセラミックス溶射被膜に特有な脆性の
有効な回避を、割れの進展を限局する配慮にあわせ講じ
ることにより、造管加工中、その゛造管素材と強い接触
下に、その抑止を司るガイドシューの案内面における耐
摩耗性と耐焼付性の改善を図って、その長寿命化にあわ
せ、シューマークの減少を実現し、もってシームレス鋼
管の造管操業の生産性増強に大いに寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂｌ　、　（ｃ）はガイドシュー
の一例をその使用による損傷域にあわせ示した内面図と
側面図および断面図、 第２図（ａ）　、ｆｂｌ　ｌ　（ｃ）はこの発明の実施
例を示す内面図と縦横各断面図である。 ■・・・案内面　２・・・凹所 ８・・・セラミックス溶射層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　シームレス鋼管の造管加工中、該鋼管素材の外周の
   接触保持に供するガイドシューにして、該接触領域を含
   む案内面をその表面から１〜８０ｍの深さでアンダカッ
   トした凹所の内部に、もとの表面レベルに至る厚みで溶
   射被着したセラミックス溶射層を有し、このセラミック
   ス溶射層は気孔率１０〜６０％の多孔質であることを特
   徴とする、造管加工用ガイドシュー。 久　セラミックス溶射層が、その施工前に下地処理した
   金属溶射膜を介した被着である特許請求の範［１記載の
   ガイドシュー。