JPS6214632B2

JPS6214632B2 -

Info

Publication number: JPS6214632B2
Application number: JP57119389A
Authority: JP
Inventors: Isao Takada; Hiroshi Ootsubo; Tatsuo Kawasaki
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1982-07-09
Filing date: 1982-07-09
Publication date: 1987-04-03
Also published as: JPS599155A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は継目無鋼管製造用工具材料の製造方法
に係り、特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工具材料の製造方法に関す
る。継目無鋼管の製造方法としては、丸鋼片もしく
は角鋼片を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材とし、この中空素材をエ
ロンゲータ、プラグミルあるいはマンドレル等の
圧延機により伸延加工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ユーは高温下の苛酷な摩耗状
態にさらされる。したがつて高温における耐摩耗
性にすぐれた工具を製造し工具寿命を延長させる
ことは上記方法による継目無鋼管製造上の重要問
題の一つであり、特に最近のように油井用継目無
鋼管の生産量の増大と高合金化が望まれている場
合、その重要性は更に大きくなつてきている。本発明者らは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重ねてきた。プ
ラグミル圧延においては、素管温度が通常950〜
1150℃程度、圧延荷重が100〜250t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。このような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。高温強度が比較的高く安価な材料として周知
の如くＣ、Cr、Mo、Ｗ、Nb、Ｖなどを適当量含
有した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）％Ｃ−
17％Cr−２％Ｗ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、この材質のプラグでは最近
の油井用継目無鋼管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
になつている。工具材料の高温強度を上げるにはNi、Ｗ、
Co、Mo等の添加量の増加およびAl、Ti等を加え
てNi−Al、Ni−Ti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うと被
変形素管自体および圧延によつて発生した熱がプ
ラグに流入してきた場合、この熱はプラグ内部に
伝達し難く、表層の温度上昇が著しくなつて強度
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ールが
Cr、Ni、Co、Mo等の高い鉄基合金またはNi基合
金においては酸化雰囲気における高温加熱によつ
ても十分に生成されない。従つてプラグミル圧延
時における上記のような合金で製作されたプラグ
の損耗は従来のプラグよりもむしろ多くなる。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、検討を重ね、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等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付与する
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。本発明は次の２発明から構成される。第１発明
の要旨とするところは次のとおりである。すなわ
ち、重量比にてＣ：1.0〜2.0％、Si：0.10〜2.0
％、Mn：0.30〜2.0％、Cr：11〜22％、Ni：0.60
〜8.0％、Mo：0.50〜5.0％、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100μ以上とする表面窒化処理と、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、更にＷ：0.70〜4.0％、Co：0.50〜
5.0％、Ｖ：0.10〜2.0％、Nb：0.10〜2.0％、Zr：
0.020〜2.0％、Al：0.050〜2.0％、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
造合金を第１発明と同様の方法にて表面窒化処理
を行うのである。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するが、1.0％未
満ではその効果が小さく、2.0％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着性のよいスケー
ルを形成させるために添加されるが、0.10％未満
ではその効果が小さく、2.0％を越えると高温強
度を低下させるので0.10〜2.0％の範囲に限定し
た。 Mn： Mnは高温強度を高めるために添加されるが、
0.30％未満ではその効果が小さく2.0％を越える
と熱伝導性を悪化させて高温耐摩耗性を劣化させ
るので下限を0.30％、上限を2.0％に限定した。 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、またCrの炭化
物を形成させることにより高温強度を高めるが、
11％未満ではその効果が小さく、22％を越えると
スケール生成量の減少および高温強度の低下を生
じ高温耐摩性が劣化するので11〜22％の範囲に限
定した。 Ni： Niは高温強度および靭性を改善するために添
加するが、0.60％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％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、0.50％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温耐
摩耗性を劣化させるので上限を5.0％に限定し
た。Ｂ：Ｂは高温強度を高めるとともに、窒化処理によ
つてBNを形成し、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No.１供試材のＢ含有量をtr〜1.0
％の範囲で変更した鋳造合金を成形後第１表に示
す加工処理を行いプラグミル圧延用プラグを製造
しその寿命を調査した。従来材である第１表に示
した化学組成、加工処理によるNo.２、供試材によ
るプラグミル圧延用プラグの寿命を１として、No.
１供試材の前記寿命を表示し、プラグ寿命比とＢ
含有量との関係を添付図面に示した。添付図面から明らかなようにＢが0.040％未満
ではその寿命が短かく、1.0％を越えると耐熱衝
撃性が著しく悪化し、プラグミル圧延用プラグの
ように急熱急冷を繰返し受けると速かに割れを発
生するので、Ｂを0.040〜1.0％の範囲に限定し
た。上記Ｃ、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Ｂの各限定量
をもつて本発明の継目無鋼管製造用工具材料の基
本組成とするが、更にＷ、Co、Ｖ、Nb、Zr、
Al、Ｓを下記限定量内において、１種または２
種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。これらの限定理由は次の如くである。Ｗ：

【表】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％未満ではその効
果が小さく、4.0％を越えると粗大な炭化物を形
成して靭性を劣化させるので0.70〜4.0％の範囲
に限定した。 Co： Coは高温強度を高める作用を有するが、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％の範囲に限定した。Ｖ：Ｖは炭化物形成により高温強度を高める作用を
有するが、0.10％未満ではその効果がなく、2.0
％を越すとその効果は飽和し、かつ高価でもある
ので0.10〜2.0％の範囲に限定した。 Nb： Nbは炭化物形成により高温強度を著しく高め
るのに役立つが、0.10％未満ではその効果が小さ
く、0.10％以上を必要とするが、2.0％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％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％を越えるとスケール付着量を
低減させるので、0.020〜2.0％の範囲に限定し
た。 Al： AlはNi−Al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％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、0.020％未満ではその効果が少な
く、0.30％を越えると耐熱衝撃性が著しく劣化す
るので下限を0.020％、上限を0.30％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説明する。窒化処理は本発
明の主眼とするところで、本発明の如きＢ含有合
金に窒化処理を施すことによりBN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び
るが、窒化層厚さが100μ未満ではその効果が小
さいので100μ以上に限定した。窒化法としては
ガス窒化、ガス軟窒化、液体窒化、イオン窒化の
いずれの方法でもよく窒化温度は500〜1100℃の
範囲がよい。上記の窒化処理によつて高温の耐摩耗性は著し
く向上するが、窒化処理に引続いて酸化スケール
付着処理を施すことによつて更に工具寿命の向上
が期待できる。すなわち酸化スケール付着処理を
施すのは被変形素管からプラグに流入する熱を酸
化スケールによつて減少させるためであり、雰囲
気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800℃未満ではスケールの生
成が不十分であり、1250℃を越えるとスケール層
が厚くなり過ぎて先の窒化処理によつて得られた
窒化層が消減するので、酸化スケール付着処理の
温度を800〜1250℃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を行い引続いて酸化スケール
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：0.22％、Si：0.25％、Mn：1.30％、
Ti：0.020％、Ｂ：0.0020％で直径249mm、肉厚
12.9mmの炭素鋼素管をプラグ圧延機において直径
244mm、肉厚9.9mmに連続して圧延しそのプラグの
寿命を調査した。なお本発明材の窒化層厚さはい
ずれも100〜150μであつた。別に第２、３表に化学組成と処理条件を示した
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、上記本発明材の寿命を表示し、
同じく第３表に示した。

【表】

【表】第３表から明らかな如く窒化処理およびスケー
ル付着処理をした本発明材のプラグは従来法の比
較材に比して著しくすぐれた寿命を有している。本発明は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、厚さ100
μ以上の表面窒化処理を行い引続いて800〜1250
℃のスケール付着処理を行うことによつて、高温
における耐摩耗性にすぐれ著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、同工程のピアサーまたはエロンゲータガイド
シユーもしくはエロンゲー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】

添付図面はプラグミル圧延用プラグのＢ含有量
とプラグ寿命との関係を示す線図である。

Claims

【特許請求の範囲】１重量比にてＣ：1.0〜2.0％、Si：0.10〜2.0
％、Mn：0.30〜2.0％、Cr：11〜22％、Ni：0.60
〜8.0％、Mo：0.50〜5.0％、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100μ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。２重量比にてＣ：1.0〜2.0％、Si：0.10〜2.0
％、Mn：0.30〜2.0％、Cr：11〜22％、Ni：0.60
〜8.0％、Mo：0.50〜5.0％、Ｂ：0.040〜1.0％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％、Zr：
0.020〜2.0％、Al：0.050〜2.0％、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100μ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。