JPS63203205A - 穿孔機用プラグ - 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、継目無鋼管を製造する際に用いられる穿孔機
用プラグに係り、特にステンレス鋼などの難加工材料の
穿孔に際し、優れた耐用度を有するとともに、内面品質
の良好な素管を製造し得る穿孔機用プラグに関するもの
である。

（従来の技術） マンネスマン方式の傾斜穿孔機においては、第４図に示
すように、所定の温度に加熱された丸ビレツト１は一組
のロール２と、マンドレル３の先端に取り付けられたプ
ラグ４とによって中空素管５に穿孔加工される。

ところで、前記−組のロール２は同一方向に同一速度で
回転せしめられており、同時にロール軸は被穿孔材のパ
スラインに対して傾斜している。

このため、ビレットはロール２に噛み込まれてから、ロ
ール２の摩擦力で回転するとともにパスライン方向に前
進する。従って、この部分にプラグ４を置くことにより
ビレット中心に孔があき、以後ビレットはロール２とプ
ラグ４側面の間で半回転ごとに圧延を受けて中空厚肉の
素管となる。

この穿孔加工中にプラグ表面はビレットからの熱伝導、
加工熱および摩擦熱により温度上昇し、摩耗やえぐれ、
焼付などの損傷を受けやすい。特に表面全体がビレット
と接触するプラグ先端部はビレットの加熱温度以上にな
るため、溶損と呼ばれている損傷によりプラグ４の先端
部が第５図に示すように変形してしまうこともある。

しかして、プラグ温度が高い状態で引き続き穿孔作業を
繰り返した場合には、穿孔時のプラグ先端部の温度はよ
り一層高くなり、溶…の発生率は急増する。そこで、通
常の連続作業においては、穿孔後のプラグは取り外して
水冷し、すでに十分に冷却されたプラグと取り換えると
いう方法で数個のプラグを循環使用するのが普通である
。

このような状況で使用されるプラグに対しては、穿孔時
に溶損や摩耗、えぐれ、焼付などの損傷を発生し難いこ
とや、耐熱衝撃性に優れ水冷時にも割れを生じないこと
が要求されており、プラグの高寿命化をはかるため、従
来から種々の検討がなされている。例えば、特開昭６０
−８６２６２号公報に示すように、ｒ３Ｃｒ−ＩＮｉ系
低合金鋼製のプラグを水蒸気：５．０容量％以上、０□
：０．５〜５．０容量％を含有するとともに残部が実質
的に不活性ガスからなり、かつ水蒸気に対する０２の容
量比が１７３より小さい値の混合ガス雰囲気中にて、１
０００℃以下の温度に加熱することにより、密着性に優
れかつ緻密なスケールを該プラグ表面に形成させる方法
」　（以下、単に「従来プラグ」と云う）が提案、実用
化されておりプラグの寿命延長がはかられている。

しかしながら、前記スケール処理した従来プラグを用い
ても、ビレットの材質が高合金化するにつれてプラグ寿
命は極端に低下することが知られている。これはビレッ
トが高合金化するに従い、断熱や潤滑の効果のある酸化
被膜がビレット表面に発生し難くなると同時に変形抵抗
が高くなり、穿孔時にプラグに加わる熱的、力学的負荷
が増大して先端部の溶損や摩耗、えぐれ、焼付などの損
傷が発生し易くなるためである。特に５ＵＳ３０４ステ
ンレス鋼やそれ以上の合金元素を含有する材料では耐酸
化性や変形抵抗が極めて高く、従来のスケール処理プラ
グを使用しても１本のビレットを穿孔しただけで第５図
に示すように先端部が大きく溶損して再使用できなくな
るため、製管コストが極端に高くなり、製管能率も悪い
。さらに、プラグの溶損が原因となって素管にかぶれ等
の内面底を発生させたり、寸法精度が悪化したりする場
合も多く、手入費用や歩留りにも悪影響を及ぼす。この
ような理由から、ＳＵＳ　３０４ステンレス鋼以上の高
合金鋼はマンネスマン方式ではあまり製造されていない
のが現状であり、高寿命でしかもプラグコストを低減し
うるプラグ材質の開発が望まれている。

一方、高温強度が極めて高く、高合金鋼を穿孔する場合
にも高寿命が期待できる素材としてＭ。

基合金があり、例えば高合金鋼を１００本前後穿孔可能
であったとの報告もある。そこで本発明者は、このこと
を確認するためにＭｏ基合金の一つであるＴ　Ｚ　Ｍ　
（Ｍｏ−０，５Ｔｉ−０，０８Ｚｒ）で８３φ寵の実機
プラグを作製し、２２０φ龍の５ＵＳ３０４ステンレス
鋼ビレツトの穿孔試験を行ったところ、以下のような知
見を得た。

■　ビレット１本穿孔後ではプラグ先端部の溶損は全く
見られなかったが、穿孔後のプラグ表面からは、数分間
にわたり白煙が発生し続けた。

これはＭｏの酸化物が７７０℃以上で昇華するためであ
る。また、穿孔後にプラグを取り出し、約２分間放冷し
た後先端部の温度を測定したところ、従来プラグに比べ
１５０℃程度高かった。

これは従来プラグのように断熱性に優れた厚い酸化被膜
がないことや熱伝導率が高いと同時に比熱が小さいため
プラグ内部まで温度上昇が著しく、放冷では容易に温度
が下がらないためと考えられる。

■　従来のプラグと同様に穿孔終了後にマンドレルから
取りはずして水冷したところ、プラグの長手方向に数本
の割れが発生し、ｍ続伸用できなくなった。これは前記
したようにプラグの温度上昇が著しく、急冷によって大
きな熱衝撃を受けたためである。

■　そこで穿孔後の水冷をやめ、１個のプラグを用いて
通常の穿孔ピッチ（約３０秒／本）で連続穿孔すること
を試みた。すなわち、Ｍｏ基合金は高温強度が極めて高
いことから、十分に冷却せずに連続穿孔しても溶損は生
じないだろうと考えたのである。その結果、たしかに溶
損は起こらないものの、プラグ全体が常に赤熱した状態
で使用するためＭｏ酸化物の昇華による白煙が著しく、
２０本穿孔後にはプラグ先端部はかなり鈍化して短くな
っていると同時にプラグ径も減少しており、素管の寸法
精度も徐々に悪化した。

以上のように、全体をＭｏ基合金としたプラグは先端部
の溶損は生じないものの、穿孔後のプラグ温度が従来プ
ラグに比べてかなり高く、急冷すると大きな熱衝撃によ
り割れが発生する。また、１個のプラグを連続使用する
とプラグの消耗が著しく、またＭｏ酸化物の昇華による
白煙が多量に発生して環境を悪化したり、さらには人体
に悪影響を及ぼすことも懸念されるなど、実用上、問題
点が多い。さらに、周知のようにＭｏ基合金は極めて高
価であり、経済面から見てもプラグ全体をＭｏ基合金と
するのは不利である。

（発明が解決しようとする問題点） 以上のように、ステンレス鋼などの難加工材料を穿孔す
る場合、従来のプラグを用いると１本のビレットを穿孔
するだけで先端部が溶損して寿命となり、製管コストが
高くなるうえに能率が悪く、素管の内面品質や寸法精度
にも悪影響を及ぼす。

また、全体がＭｏ基合金から成るプラグでは、穿孔後に
水冷すると割れてしまい、また連続使用すると酸化、消
耗が著しく環境が悪化する。加えてプラグコストが極め
て高いなど、実用上の問題点が多い。

本発明は以上のような問題点を解消し、素管の内面品質
や寸法精度、作業環境などを悪化させることなくステン
レス鋼などの難加工材料を能率良く穿孔でき、しかもプ
ラグ寿命が長（、製管コストを低減し得る穿孔機用プラ
グを提供せんとするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明者は、ステンレス鋼や超合金を穿孔する際、従来
のプラグで問題となるのは主として先端部の溶損である
こと、Ｍｏ基合金製プラグを用いると先端部の溶損は全
く発生しないことに着目し、プラグ胴部には従来のプラ
グ材を用いて先端部だけをＭｏ基合金とすることにより
、従来の問題点を解消できるのではないかと考えた。す
なわち、かかる構成とすることにより、 ア、先端部の溶損が生じないから高寿命である。

イ、Ｍｏ基合金を使用する部分が少ないので比較的安価
である。

つ、全体がＭｏ基合金の場合に比べると、穿孔後のプラ
グ温度は低く、従来プラグに近くなる。したがって酸化
物の昇華を極力おさえることができ、プラグの酸化・消
耗や環境の悪化を最小限にとどめられる。

工、同様の理由で、急冷時の熱衝撃も小さくなり、水冷
しても割れにくくなる。

などの利点があると考えたのである。

しかしながら、従来からプラグ表面に開底が存在する場
合、これが素管内面に転写されて内面疵となること、一
旦開底が発生すると容易にはなくならず、繰り返し穿孔
を行うにつれて大きくなることが知られている。従って
、プラグ表面は常になめらかな状態を保ち、何らかの疵
が発生した場合には直ちに廃却するのが普通である。異
種材料の胴部と先端部を何らかの方法で接合した場合に
も、その境界となる部分は一種の疵あるいは疵発生源と
なることが考えられ、注意を要する。実際、本発明者が
従来プラグの先端部にＭｏ基合金を用いて行った初期の
穿孔試験でも、５ＵＳ３０４ステンレス鋼のビレットを
１０本穿孔したところ第３図に示すように先端部１１の
Ｍｏ基合金は全く溶損を生じなかったものの、５本穿孔
後には胴部１２の接合境界部でスケール被膜が剥離して
円周方向のえぐれ１３が生じ、素管内面にかぶれ状の疵
が発生した。このようにした場合にも、プラグの接合境
界部の状況に常に注意し、わずかなえぐれでも発生しか
けると同時にすぐに取り換える等の処置をとれば、従来
プラグやＭｏ基合金製プラグのもつ問題点のうちの多く
を解消、あるいは軽減できる。

しかし、本発明者は、上述のようなえぐれの発生をも防
ぐことができれば飛躍的なプラグ寿命の延長が可能にな
ると考え、えぐれの発生原因について種々の検討を重ね
た結果、えぐれが発生した接合境界の胴部側には、母材
を保護する密着性スケールがほとんど残っておらず従来
プラグ材から成る胴部母材自体が変形、摩耗しているこ
とがわかった。すなわち、接合境界部が存在することに
よって胴部のスケールがはく離しやすく、一旦スケール
がはく離すると、高温強度の低い胴部母材は容易に変形
あるいは摩耗してしまい、えぐれになったと考えられる
。

そこで、本発明者は、胴部に用いる材料の高温強度を高
めることによってえぐれの発生を防止できると考え、種
々の合金から成る胴部にＭｏ基基金金製先端部を取り付
けたプラグを用いて、５ＵＳ３０４ステンレス鋼製ビレ
ツトの穿孔試験を行ったところ、 ■　穿孔直後に水冷した場合のプラグ先端部の割れの発
生は胴部に用いた合金の比熱によって左右されること、 ■　接合境界部におけるえぐれの発生状態は胴部に用い
た合金の高温強度に依存することを知見したのである。

ビレット穿孔直後にプラグを水冷した場合に先端部に割
れが発生するか否かは熱衝撃の大きさ、つまり穿孔後の
プラグ先端部の到達温度に依存するが、この温度は胴部
に用いる合金の比熱によって大きく変化し、比熱が大き
いものほど先端部の到達温度を低（することができる。

上記穿孔試験の結果では、胴部にもＴＺＭや純ＭＯ（２
０℃における比熱：　０．０６〜０．０７ｃａｌ／　ｇ
　’Ｃ）を用いた場合には穿孔後の水冷により先端部に
割れが発生したのに対し、鉄基合金、超合金、Ｎｉ基合
金、Ｃ。

基合金（２０℃における比熱：　０，０９〜０．１２ｃ
ａｌ／　ｇ℃）では割れが生じなかった。すなわち２０
℃における比熱が０．０９ｃａｌ／　ｇ　”Ｃ以上の合
金を胴部に用いることにより、穿孔直後に水冷した場合
のＭ。

基合金製先端部の割れを防止することができる。

なお、先端部がＭｏ基合金、胴部が上記範囲の比熱値で
ある合金から成るプラグでは、全体がＭ。

基合金から成るプラグに比べ、ビレット穿孔時のプラグ
の酸化、消耗や環境の悪化が軽微であることは言うまで
もない。

次にえぐれの発生状態と胴部合金の高温強度との関係に
ついて述べる。第２図はこの関係を示すものであり、横
軸は高温強度を表す代表的数値として１１００℃におけ
る引張強さ、縦軸は最も深くえぐれた部分の外径ｄとこ
の部分の初期径ｄ０との比ｄ／ｄ０である（第３図参照
）。ここで引張強さは平行部の外径５ｗｍ、標点間距離
３０１璽の丸棒試験片を用い、１０％／ｍｉｎのひずみ
速度で試験した場合の結果である。この第２図から明ら
かなように、先端部にＭｏ基合金を用い、胴部に２０℃
における比熱が０．０９ｃａｌ／　ｇ　”ｃ以上で、か
つ１１００℃における引張強さが８ｋｇ／Ｉ１ｍ”以上
の合金を使用した穿孔機用プラグは、接合境界部のえぐ
れをほとんど発生することなく５ＵＳ３０４ステンレス
鋼などの難加工材料の穿孔ができてしかも高寿命であり
、内面品質や寸法精度の良好な素管を製造することを可
能とするものである。なお、第２図中の数字は第１表の
テスト患を示している。

本発明は以上のような知見に基づいて成されたものであ
り、穿孔機用プラグにおいて、２０℃における比熱が０
．０９ｃａｌ／　ｇ　’Ｃ以上で、かつ１１００℃にお
ける引張強さが８ｋｇ１０２以上の合金から成るプラグ
胴部に、Ｍｏ基合金から成る先端部を取り付けたことを
要旨とするものである。

本発明において先端部の材質をＭｏ基合金としたのは、
ステンレス鋼など難加工材のビレットを穿孔する際に、
プラグ先端部はビレットの加熱温度以上に上昇するので
あるが、このような高温においても優れた高温強度を有
しており、容易に溶損しないからである。したがって、
このような高温においてＭｏ基合金に近いか、あるいは
それ以上の高温強度のものであればいかなる材質でも適
用可能であるが、常温において機械加工が容易であるう
え、比較的靭性も高いことから、Ｍｏ基合金が優れてい
る。このＭｏ基合金としてはＴＺＭ（Ｍｏ−０，５Ｔｉ
　　０．０８Ｚｒ）、Ｔ　Ｚ　Ｃ（Ｍｏ−１，２５Ｔｉ
　−０，１５Ｚｒ　−０，１５Ｃ）　、Ｍｏ　−２５Ｗ
、　Ｍｏ　−１，５Ｎｂ、純Ｍｏなど多くの種類があり
、いずれを用いても十分な高温強度を有しているが、現
在より多く市販されていて比較的安価なＴＺＭや純ＭＯ
が、経済的には有利である。また、胴部に用いる合金と
してはＮｉ基合金、Ｃｏ基合金などの耐熱合金が優れて
いることはもちろんであるが、比較的安価で製造できる
ものとしては０．８〜２．５０−２０〜４０Ｃｒ−２０
〜５ＯＮｉ−Ｆｅ系鋳造合金があり、コスト的に有利で
ある。また、胴部の表面は、鋳肌のままあるいは機械加
工で仕上げたまでも良いが、さらに１０００℃以上に加
熱して酸化被膜を形成させたり、ＰＶＤ、、ＣＶＤ等の
方法で表面に、　酸化物、炭化物、窒化物等の保護被膜
を形成させた場合、焼付による素管内部疵を防止したり
、耐摩耗性を向上させることができ、さらに効果的であ
る。

なお、先端部と胴部の接合は任意の方法で良く、例えば
鋳ぐるみなどの方法も考えられるが、最も容易な方法と
しては第１図（イ）（ロ）に示すように先端部１１に円
筒状の凸部１４あるいは凹部１５を設けると共にこれと
同形状の凹部１５′あるいは凸部１４゛を胴部１２に形
成しておき、機械的なはめ合いによって結合する方法が
ある。

このような接合方式によれば、繰り返し穿孔を行うこと
によって先端部１１か胴部１２のどちらか一方に疵など
が発生した場合にも、取り外して健全な一方を再使用す
ることができるためより経済的である。

以上述べたように、本発明プラグは、ステンレス鋼など
の難加工材を穿孔する場合にも、■先端部の溶損がなく
内面品質や寸法精度の良い素管を製造することができる
、■穿孔後直接水冷しても割れ難い、■Ｍｏ酸化物の発
生が比較的少ないため環境の悪化などをまねきにくい、
■比較的低価格でありながら優れた寿命を有しているの
でプラグ原単位を大幅に低減できる、などの多くの利点
がある。なお、本発明プラグはステンレス鋼などの難加
工材を穿孔する際に特に優れた効果を発揮するものであ
るが、普通鋼や低合金鋼の穿孔に使用しても有効なこと
は云うまでもない。

（実　施　例） 本発明の効果を確認するため、種々の合金から成る胴部
の先端にＭｏ基合金を第１図（イ）に示すようなはめあ
い方式により取付けたプラグを用いて５ＵＳ３０４ステ
ンレス鋼製ビレツトの穿孔試験を行った。試験に用いた
プラグの材質を第１表に、また試験結果を第２表に示す
。

第２表 上記第１表及び第２表より明らかなように、従来のプラ
グ（比較例隘８）では先端部が溶損し、また全体をＭｏ
基合金としたプラグ（比較例１１ｋＬ９）では穿孔後の
水冷による割れのため、いずれも廃却となった。

また、先端部にＭｏ基合金を取り付けたプラグでも胴部
の１１００℃における引張強さが８ｋｇ／璽鳳２よりも
低い場合には比較的早期に接合境界部にえぐれが生じて
素管内面にかぶれ状の疵が発生し、継続使用不可能とな
った。

これに対し、本発明プラグ（実施例１１ｈｌ〜隘７）で
は、溶損や水冷による割れは全（発生せず、しかも接合
境界部も健全でいずれも３０本以上のビレットを穿孔可
能であった。また、素管内面についても目視検査および
超音波探傷の結果、疵の発生は全くみさられす、内面肌
の良好な素管が得られた。

（発明の効果） 以上説明したように本発明に係る穿孔機用プラグは、２
０℃における比熱が０．０９ｃａｌ／　ｇ　’Ｃ以上で
、かつ１１００℃における引張強さが１３ｋｇ／ｗｍ２
以上の合金から成るプラグ胴部にＭｏ基合金から成る先
端部を取り付けた構成である為、ステンレス鋼などの難
加工材料を穿孔する場合のプラグ寿命を大幅に向上させ
ることができると同時に内面品質や寸法精度の良好な素
管を能率的に製造することを可能とするものである。さ
らに本発明によれば製造コストを大きく低減し得るため
、従来のマンネスマン方式では製造することが困難であ
ったステンレス鋼管や超合金管の製造を可能とし、産業
上極めて有効な効果をもたらすものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）（ロ）は本発明プラグの一例を示す正面図
中央縦断面図、第２図は胴部に用いた合金の１１００℃
における引張強さとえぐれ状態の関係を示す図、第３図
は先端部と胴部を接合したプラグに生ずる接合境界部の
えぐれ状態を示す部分正面図、第４図は一般的な穿孔方
法を示す模式図、第５図はプラグ先端部の溶損状態を示
す正面図である。 １１は先端部、１２は胴部。 第１図 （４）　　　　　　　　　　　　　　（ロ）第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）２０℃における比熱が０．０９ｃａｌ／ｇ℃以上
   で、かつ１１００℃における引張強さが８ｋｇ／ｍｍ＾
   ２以上の合金から成るプラグ胴部に、Ｍｏ基合金から成
   る先端部を接合したことを特徴とする穿孔機用プラグ。