JPS61163208A - 熱間継目無鋼管圧延用工具の熱処理方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えばプラグミルのプラグあるいはピアサ−
カイトシュー等の熱間継目無鋼管圧延用°工具の熱処理
方法に関する。

より詳述すれば、本発明は、上記工具の熱処理時に酸化
雰囲気を特定することによって、２５Ｃｒ　−ａＮｉ系
鋼から成る上記の圧延用工具の熱処理酸化皮膜の特性を
改良し、もって工具寿命の延長を図る方法に関する。

（従来の技術） 従来、熱間継目無鋼管圧延用工具、例えばプラグミルの
プラグあるいはガイドシュー等としては、２５Ｃｒ−３
Ｎｉ系合金鋼からなるものが多く使用されているが、実
用上それらはほとんどは鋳込みままで熱処理なしあるい
は１１００℃での熱処理が行われているにすぎなかった
。しかも１１００°Ｃで熱処理を行うのも鋳込みままで
の残留オーステナイトをマルテンサイトに変態させて硬
度と強度を改善する趣旨で行われているにすぎない。

ところで、上述のような工具としては高温高圧下での苛
酷な使用条件に耐えなければならず、そのだめの工具表
面にみられる酸化皮膜の作用効果が着目されるようにな
り、かかる酸化皮膜を積極的に形成する熱処理法がいく
つかすでに提案されている。

すなわち、プラグミルのプラグなどの熱処理法として、
特開昭５６−６２９２２号に開示されているものがある
が、これは対象鋼が特定されず、高々１０７０℃の温度
で「ＣＯガス５％未満の炉内雰囲気」を使用して熱処理
を行うもので、単にＣＯガス濃度のみを規定しているに
すぎない。０２をθ〜０゜５％含有する例がたまたま開
示されているが、これは雰囲気内における酸素の作用効
果を何ら述べたものではなく、技術的に意味はなく空気
が炉内に入ることを想定して正確を期して記述したもの
と考えられる。

また、工具材としての３Ｃｒ−ＩＮｉ鋼に関する熱処理
法としては特公昭５８−１９３６３号の開示する方法が
あるが、これは３Ｃｒ−１旧鋼のみに対するものであり
、また詳細な熱処理条件については９００〜９４０°Ｃ
で保定し、その間酸化を促進さゼる目的で水蒸気を１０
％以上含有する雰囲気に調整すると記されているにすぎ
ない。また、空気を吹き込むときより水蒸気を吹き込む
ときのほうが酸化層の厚さが厚くなることが開示されて
いるにすぎない。

同様のことは特開昭５６−３６８１号にも開示されてい
る。

一方、上述のような酸化皮膜の構造については上記特開
昭５６−３６８１号においては最上層から順に表面酸化
層、直接酸化層および合金濃化層が配置されていること
が開示されている。この直接酸化層は実質的には主とし
て鉄酸化物およびクロマイト（Ｃｒ２０３・Ｆｅｄ）か
らなるスピネル酸化物であることも開示されている。か
かる直接酸化層が十分その厚さが厚く、母材と一体をな
す合金濃化層との密着性にすくれたものが望まれる。

（発明が解決すべき問題点） ここに、本発明の目的は、熱間継目無鋼管圧延用工具（
２５Ｃｒ−３Ｎｉ系合金鋼製）の表面に寿命延長に有効
な緻密でしかも密着性の良い酸化物（スピネル酸化物）
を生成させる熱処理法を提供することである。

（問題点を解決する手段） かくして、本発明者らは、鋭意検討を続けたところ、従
来、前述のごとき直接酸化層の形成に有効であるといわ
れていたＣＯガスあるいは水蒸気の影響もさることなが
ら、雰囲気中の酸素ガスの微量添加の臨界的効果、特に
水蒸気との共存下における効果に臨界的意義がみられる
ことを見いだし、さらに研究開発を続り、２０〜２８％
Ｃｒ鋼、特に２５Ｃｒ−３Ｎｉ系合金鋼としては、０２
を０．２〜５容積％、水蒸気を１０容積％以上含有し、
その他必要に応じ、ＣＯ２、Ｎ２、不活性ガス等を適宜
含むガスからなる雰囲気中で１１５０℃以上、の温度で
熱処理すれば、緻密でしかも密着性のよい酸化皮膜が得
られ、工具寿命が著しく延長されることを知り、本発明
を完成した。

よって、本発明の要旨とするところは、２０〜２８％Ｃ
ｒ鋼、特に２５Ｃｒ−３Ｎｉ系合金鋼からなる熱間継目
無鋼管圧延用工具の熱処理方法であって、前記工具を水
蒸気濃度１０容積％以上、０２′ａ度０．２〜５容積％
の酸化雰囲気中にて１１５０”Ｃ以上の温度に所要時間
加熱保持することを特徴とする、熱間継目無鋼管圧延用
工具の熱処理方法である。

ここに、本発明が対象とする工具の鋼組成は、上述の如
＜　２５Ｃｒ−３Ｎｉ系合金鋼のそれであって、好まし
くは下掲第１表に示す通りである。

なお、Ｃｒが１９％より少ない鋼ではＣｒ２Ｏ３被膜の
生成が十分でないためにスケールが非常に厚くなり、特
に酸化鉄が多すぎる状態となり、本発明に係る方法によ
っても工具寿命延長に有効とは云えない。一方、Ｃｒが
２８％超、特に３０％超となると１３Ｏｆ）’ｃＣ以上
加熱しても酸化被膜にスピネルが生じなくなり、上記と
同様に工具寿命延長には有効ではない。

また、「継目無鋼管圧延用工具」とは、代表的にはプラ
グミルのプラグ、ピアザーのガイドシューであるが、必
ずしもこれにのみ制限されない。

むしろ、前述の組成の鋼が継目無鋼管圧延用の工具とし
て使用される場合はすべて包含する趣旨である。

上記酸化性雰囲気の水蒸気および酸素以外の成分は、非
酸化性ガスであれば特に制限はないが、一般にはＣＯ２
ガス、Ｎ・２ガス、ＮＯＸガス、不活性ガス（Ａｒ、１
１ｅ）等から適宜選択すれば良い。

（作用） 次に、本発明にあっては、熱処理条件を上述の如く限定
するが、以下、その理由を詳述する。本明細書において
気体組成を表示する「％」は、特にことわりのない限り
、「容積％」である。

（１）加熱雰囲気： 本発明にあってはすでに述べたように、熱処理の加熱雰
囲気として水蒸気１０％以上、０２０．２〜５％、残り
はＣＯ２、Ｎ２、ＮＯＸ、あるいは不活性ガス（Ｉｌｅ
ＸＮｅ、　Ａｒ）など適宜ガスからなる雰囲気を用いる
。

熱処理を行う炉内に熱処理材を挿入後、加熱前あるいは
加熱中に上記雰囲気になるように調整を行う。材料温度
が約６００°Ｃ以」二になっている時に炉内が上記雰囲
気になっていることが肝要である。

ここで、上記雰囲気を選定したのは以下の理由である。

■０２０．２〜５％、好ましくは１．０〜２．０％に調
整する理由： ２５Ｃｒ−３Ｎｉ系の場合、水蒸気だけを添加した雰囲
気下では酸化速度が小である。すなわち、前述のスピネ
ル酸化物から成る直接酸化層の厚さが十分に成長しない
。

２０％Ｉ］２０−ゼロ％０２、残りＮ２から成る酸化雰
囲気中で１２００℃Ｘ３１１ｒ加熱保持してから炉冷し
たときに生成した表面酸化皮膜、すなわちスケールを第
１図に顕微鏡組織写真で示し、同一のヒートパターンで
雰囲気だけを１１２０２０％、１％０２残りＮ２とした
ときのスケールを第２図に同じく顕微鏡組織写真で示す
。同様にしで、第２図の場合において雰囲気中の酸素含
有量を１０％にまで高めたときのスケールを第３図に示
す。

第１図と第２図との比較からＨ２０のみの雰囲気では酸
化速度が小であることは明らかである。一方、水蒸気含
有雰囲気に０２を添加すると第２図に示すように少量の
０２でも酸化速度は増大する。しかし、０２が５％を超
えると同じく第３図に示すように７トリクスに接する酸
化層がポーラスとなったり地金との密着性が生しなくな
ったりする。このよ・うなスケールは剥離しやすく工具
耐用度向上には役立たない。

■水蒸気を１０％以上、好ましくは１５％以上に調整す
る理由： 雰囲気中のＨ２０濃度を減らしていくと、あるところか
ら酸化皮膜の厚さにむらが生じてくる。これは炉内での
ガスの流れの影響でガスの良く当たる面の酸化が進行し
やすいためである。２５Ｃｒ−３Ｎｉ系合金鋼の酸化に
水蒸気が１０％以上必要な理由は、材料温度が低い時に
生じたＣｒ２Ｏ３皮膜が保護膜として生じており、微量
酸素の存在下では高温（１１５０°Ｃ以上）で水蒸気が
分解して生じた０１１−がＣｒ２Ｏ３皮膜を破壊するこ
とにより金属地金との間に緻密なスピネル酸化物が生成
されるためである。Ｎ２０がない場合のスケールを第４
図に顕微鏡組織写真で示す。スピネル酸化物の層がほと
んど形成されていないのが分かる。

このときの酸化条件は０２含有量１％、温度１２００°
Ｃであった。

（２）加熱温度を１１５０℃以上とした理由：加熱温度
は１１５０℃以上にすることが必要である。１１５０°
Ｃ未満では前述のＣｒ２Ｏ３皮膜を破るための酸素ポテ
ンシャルが低く、２０％Ｈ２〇−１％０２−残りＮ２か
らなる酸化雰囲気でも工具寿命に有効な母材に密着した
スピネル酸化物は生成しない。かかる条件下での１１０
０°Ｃの場合のスケールを第５図に示す。スピネル酸化
物の層は全く生成していないのが分かる。

熱処理時間は希望するスケールの厚さに応して決めれば
良い。本発明者らの一連の実験結果によれば、一般に酸
化温度が一定の時スケールの厚さをＸとし、酸化時間を
ｔとすればＮ２．、＝　ｋｐ　ｔ　、、、、、、、、、
、　　（１１の関係がある。ただし、“ｔａｐ″は温度
によって決まる定数である。

２５Ｃｒ−３旧糸合金鋼のスケールのうし工具寿命に有
効なスケールはすでに述べたように直接酸化層を構成す
るスピネル酸化物であるが、本発明者らの知見によれば
、この層は０２　１％、１１２０２０％を含有する雰囲
気下で１２００℃の温度で酸化した場合、式： ％式％（２） に従って成長する。これは例えば２時間の加熱処理で０
．１ｍｍ厚のスピネル酸化物層が形成されることを意味
するのであって、実用上十分なものといえる。

かくして、本発明によれば、水蒸気含有雰囲気に極く少
量の酸素を添加することで、実用上十分短い時間内に所
要厚さの緻密なスピネル酸化物層が形成できるのである
。

次に、本発明の効果を実施例によって具体的に説明する
。

大差−匹 マンネスマン方式の熱間継目無圧延ラインのプラグミル
プラグを本発明にしたがって、雰囲気調整を行った電気
炉または直火炉中で１２００°ＣＸ３１１ｒに加熱保持
した後、炉冷して（但し雰囲気調整は６００°Ｃ以上で
実施）熱処理し、工具寿命と雰囲気の組成との関係を調
べた。

上記プラグミルプラグを構成する合金鋼の組成は下記第
２表に記載の通りであった。

第２表 以下の各別において熱処理なしプラグミルプラグの耐用
度（摩耗、えぐれ等により使用不能になるまでの圧延本
数）と本発明による熱処理を施したプラグの耐用度の比
、あるいは他の条件による熱処理を施したプラグの耐用
度との比でもって本発明による熱処理の効果を示してい
る。なお、以下においてプラグ耐用度は各供試プラグの
６コの平均をとっている。

以下の各別は特にことわりがない限り同一条件で行った
ものである。

側↓ 加熱温度１２００°Ｃで２０％Ｈ２Ｏ−Ｎ２含有雰囲気
中の０２％を種々変えて熱処理したプラグミルプラグの
寿命は第６図に示す結果となった。

冊 ０２％が０．２〜５％、好ましくは１．０〜２．０％の
時に寿命が長いことがわかる。特にｏ２が０．２％未満
のときは第６図のデータからも、工具耐用度は何ら改善
されていないことが明らかである。

これより熱処理雰囲気中の０２％を適切にする必要があ
ることが明確である。

例−２− 〇２を１％一定とし、１１２０％を種々変えて熱処理し
たプラグミルプラグの寿命、つまりプラグ耐用度はＩ−
Ｉ　２０％によって第７図に示すようになった。

Ｉ（２０が１０％以上、好ましくは１５％以上で効果の
大きいことが明らかとなった。

２０％Ｈ２Ｏ−１％０２−残Ｎ２含有雰囲気で加熱温度
を種々変えて熱処理したところ、得られたプラグミルプ
ラグの寿命は第８図に示すようになった。これより加熱
温度は１１５０°Ｃ以上で効果が表われることがわかる
。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は、雰囲気条件を種々変化させたと
きの各酸化スケールの組織を示す顕微鏡組織写真、およ
び 第６図ないし第８図は同じく雰囲気条件を種々変化させ
たときの工具寿命をプラグの耐用度で示すグラフである
。 出願人　　住友金属工業株式会社 代理人　　弁理士　広　瀬　章　−（他１名）第６図 第４図 １　　′　　（７・　。 第５図 □ ×１００ 云二 ：臼 慝 第７図 、）２ ト ｏ　　　５　　　１０　　１５　．２０　２５　　３０
　　４０却内７に悠気量　（勾 第８図 オロ　　黙、　　５ゴし　＆　　（６り手続補正書動却 昭和６０年　５月／夕日 昭和６０年特許願第００３０８６号 ２、発明の名称 熱間継目無鋼管圧延用工具の熱処理方法３、補正をする
者 事件との関係　　　特許出願人 住所　大阪市東区北浜５丁目１５番地 名称　（２１１）住友金属工業株式会社４、代理人 （別紙） 補正の内容 明細書箱１３頁１行目に１させたときの各酸化スケール
の組織を示す」とあるのを、「させたときに２５Ｃｒ−
３Ｎｉ系合金鋼表面に見られる酸化スケールを示す金属
組織の」と訂正する。 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２５Ｃｒ−３Ｎｉ系合金鋼からなる熱間継目無鋼管圧延
   用工具の熱処理方法であって、前記工具を水蒸気濃度１
   ０％以上、Ｏ＿２濃度０．２〜５％の酸化雰囲気中にて
   １１５０℃以上の温度に所要時間加熱保持することを特
   徴とする、熱間継目無鋼管圧延用工具の熱処理方法。