JPS647146B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、継目無し鋼管製造の際に用いられ
る穿孔および拡管用の芯金形成のための合金に関
する。 一般に継目無し鋼管穿孔用の芯金は、傾斜圧延
ロールによつ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、これによつ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つて回転および前進し、拡
管用芯金がおよそ1000℃に加熱された鋼管穿孔内
へ圧入されることによつて、その拡管が行われ
る。 その結果、穿孔および拡管用芯金の表面に高温
および高圧力が作用して、芯金の表面には摩耗、
芯金材の塑性流動にしよるしわの部分的な溶融損
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、これによつ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その使
用が不能となる。 穿孔および拡管用芯金に発生するこれらの損傷
を防止するために、芯金を形成する合金に要求さ
れる特性は損傷の種類によつて次のように異な
る。 (1) 摩耗およびしわの発生防止のためには、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には、常温における機械
的強度と伸展性が高いことが必要である。 (3) 部分的な溶融損傷の発生防止のためには、芯
金合金の組成のうち、地金への溶解度の小さい
合金元素の添加を出来るだけ少なくして、凝固
偏析や粉界析出によつ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) 焼付きによるかじりや割れの発生を防止する
ためには、芯金の表面に、スケール付け処理に
よつて、断熱性と潤滑性とを有する緻密なスケ
ール層が適度の厚さに形成されることが必要で
ある。 一般に、この種芯金製作用の合金として、その
組成が重量でC0.3％ないし0.4％、Cr3ないし４
％、Ni1ないし1.5％のものが用いられている。 本発明合金においては、上記諸特性を満足させ
るために、芯金合金組成のうち、ＣおよびCrの
含有量を一般よりも低くし、Niの含有量を高く
し、さらにMoおよびＷの何れか一つあるいは両
者を新たに添加することによつて、固溶体を硬化
させ、常温および高温度における機械的強度を増
加させて、従来のこの種芯金と比べて前記の諸損
傷の発生を軽減させ、従来のものよりも優れた耐
用度を有する芯金を形成し得る合金を得ることが
可能となつた。 この発明になる継目無し鋼管の穿孔および拡管
用芯金の製作に用いられる合金の組成は、重量で
Ｃが0.14ないし0.18％、Crが１ないし３％、Niが
１ないし９％、MoおよびＷの何れか１種もしく
は２種合計で0.3ないし３％、残部Feおよび不可
避的な微量不純物から成り、且つNi／Crの比の
値が１ないし３であることをその特徴とする。そ
して、更に必要に応じて通常の脱酸剤としてSiを
1.5％以下またはMnを1.5％以下もしくはその両
者を上記の組成物に混合させ得るものとする。 次に上記組成における各成分範囲の限定理由に
ついて説明をする。 ＣはFeおよびCrとともに炭化物を形成して、
合金の常温および高温の機械的強度を高めるのに
有効な元素であると同時に、CrおよびNiの添加
量の増加とともにＣの地金への溶解度を減じ、従
つて合金鋳造時の凝固偏析ならびに熱処理時の粒
界析出により粒界にＣが偏析して部分的な融点低
下および粒界脆化をもたらし、また炭化物中に
MoおよびＷを優先的に固溶吸収して地金中の
MoおよびＷの含有量を低下させ、MoおよびＷ
による固溶体硬化を減ずる、という相反する二面
性を有する。 本発明になる芯金合金は芯金の部分的な溶融損
傷を防止する目的から、従来のこの種芯金合金と
異なつて、常温および高温の機械的強度を主とし
て固溶体硬化によることとしているので、できる
だけＣ含有量の低いことが望ましい。しかしなが
ら、余りＣ含有量が低いと、必要な機械的強度を
保持するためにNi含有量を高める必要が出てき
て経済的にコスト高となる。またＣ含有量が低い
と溶湯の流動性が減じ、合金の鋳造性が悪化す
る。 従つて、Ｃ含有量の下限値は経済性と鋳造性の
実験的見地から0.14％とし、上限値は芯金の部分
的溶融損傷防止の実験的見地からこれを0.18％と
した（後掲実施例参照）。 Siは必要に応じて合金の脱酸調整用に添加され
るが、Siが多過ぎると合金の鞁性が低下すると共
に、一般にこの種芯金に断熱性と潤滑性を有する
緻密な薄層のスケールを付着させるために施され
るスケール付着処理時にスケール中にフアイアラ
イト（FeO・SiO₂）を生成して、スケールを脆
弱にする。従つてSi含有量の上限を1.5％と定め
た。下限には別に制限はない。 Mnも必要に応じて合金の脱酸調整用に添加さ
れる。Mnは多過ぎるとSiの場合と同様にスケー
ルを脆弱にする。従つてMn含有量の上限を1.5％
と定めた。下限には別に制限はない。 Crは合金地金に固溶し、あるいはＣと結合し
て炭化物を形成して、合金の常温および高温の機
械的強度を高めると共に、合金の耐酸化性を向上
させるのに有効な元素である。しかしながら、
Crの含有量が高すぎると、合金の耐酸化性が向
上することによつて、芯金の表面に断熱性と潤滑
性を有するスケールを付着させるために施される
スケール付着処理時に、付着スケールの層が薄く
なり、管材と芯金との焼付きによるかじり損傷が
多発する。これに反してCrの含有量が低すぎる
と、合金の常温および高温の機械的強度が低下
し、芯金に強度不足による摩耗やしわ、あるいは
割れが発生し易くなる。 本発明合金はこの自家撞着を、Ｃと炭化物を形
成せず、全量合金地金に固溶して常温および高温
の機械的強度を高めるのに足るNiを合金に添加
し、且つNi／Crの比の値を１ないし３に保持す
ることによつて解決した。 本発明合金の常温および高温における機械的性
質に及ぼすNi／Cr比の影響の例が第１図ないし
第４図に示されている。第１図はＣ含有量が1.4
％で試験温度が常温の場合、第２図はCr含有量
が1.4％で試験温度が900℃の場合、第３図はCr含
有量が2.8％で試験温度が常温の場合、第４図は
Cr含有量が2.8％で試験温度が900℃の場合であつ
て、各場合におけるNi／Cr比の値に応じた合金
の伸じ率％と引張強さKg／mm²の曲線図が示されて
いる。 これらの曲線図から判るように、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
るために必要な引張強さと伸び率は、Ni／Cr比
の値が１以下では引張強さが45Kg／mm²から50Kg／
mm²程度となつて強度不足であり、またNi／Cr比
の値が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ことが判る。 また芯金の耐用度を低下させるいま一つの損傷
である芯金表面の摩耗およびしわを防止するため
に必要な合金の高温の引張強さは、Ni／Cr比の
値が３以上では5.2Kg／mm²から5.3Kg／mm²程度とな
つて強度不足であると同時に、伸び率が著しく低
下することが判る。 以上の結果から、合金のCr含有量は焼付きに
よるかじり防止のために３％を上限とし、合金の
強度維持のために１％を下限とした。そして合金
のNi含有量はNi／Cr比の値が１から３を保持す
るように下限値を１％、上限値を９％とした。 MoおよびＷは合金地金に固溶し、あるいはＣ
と結合して炭化物を形成して、とくに合金の高温
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含有量の増加は合金の耐酸化性
を減ずる。 本発明合金の高温機械的性質に及ぼすMoおよ
びＷの何れか１種もしくは２種添加の影響の例が
第５図に示されている。第５図はCr含有量が2.8
％で試験温度が900℃、Ni／Crの比の値が2.0の
場合のMo，ＷあるいはMo＋Ｗ含有％の変化に
応じた合金の伸り率と引張り強度の曲線図を示し
ている。 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を示さない。しかし該添
加量の0.3％から1.5％までは添加量の増加ととも
に高温引張り強さは、緩やかに増加し、該添加量
が1.5％から2.0％まででは合金の高温引張り強さ
は添加量の増加とともに急激に増加する。そして
2.0％以上の添加では高温引張り強さは再び緩や
かな増加に転じているのを見ることができる。 本発明合金によつて製作された芯金のうち、と
くに穿孔用芯金によつて温度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、Moお
よびＷの何れか１種もしは２種合計の添加量が
1.5％以下の本発明合金による穿孔用芯金で十分
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、穿孔され鋼片の材質が13％クロム鋼
もしくは24％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％であることが必要で
あつて、この場合に従来の穿孔用芯金の３倍から
５倍の耐用度を示す。（後掲の実施例参照のこ
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３％を越えると、合金の伸び率が低下す
ると同時に、既述のスケール付け処理によつて形
成されるスケールの質が脆弱となる。 従つて本発明合金のMoおよびＷの何れか１種
もしくは２種合計の添加量の下限を0.3％、上限
を３％とした。 実施例 本発明になる芯金合金の特徴を数例の実施例を
表にまとめて説明する。第１表に各実施例に用い
られた本発明合金の成分組成と従来公知の比較合
金の成分組成とをまとめて表記した。 次に第１表に示された各成分の合金を素材とし
て、JIS―Ｚ―2201の規定による10号常温引張り
試験片、JIS―Ｇ―0567の規定による高温引張り
試験片、および直径137mmから149mmの穿孔用芯金
をそれぞれ制作した。 常温引張り試験は常温で、高温引張り試験は温
度900℃で毎分５％の歪速度で夫々試験を行つた。 穿孔用芯金は、従来の3Cr―1Ni鋳鋼製のもの
と並行して、実際に継目無し鋼管の穿孔作業で使
用し、穿孔用芯金１個当りの平均穿孔本数を以て
耐用度とした。以上の諸試験の結果をまとめて第
２表に示した。 第２表に見られるように、本発明になる合金の
常温機械的強度は、実施例５を除いて、比較合金
のそれの1.5倍から２倍大きく、高温の機械的強
度は比較合金の1.4倍から３倍大きいことが判る。
そして、本発明合金で製作された穿孔用芯金の耐
用度は比較合金で制作された芯金と比べて、穿孔
管材が炭素鋼の場合は３倍から６倍近く、穿孔用
管材が特殊鋼の場合は３倍から５倍となつている
のを見る。 従来、この種の穿孔用芯金合金はＣが0.3％か
ら0.4％と本発明合金に比べて高く、またNi／Cr
比の値は１以下、すなわちCr含有量の方がNi含
有量よりも多いのを通例とする。従つて既知のよ
うに炭化物の粒界偏析が生じ易く、これが部分的
な溶融損傷の原因となつていたのである。また従
来の穿孔用芯金の機械的強度は主として炭化物の
分散硬化に依存しているため、900℃以上での高
温機械的強度の低下は免れ得ず、従つて芯金に摩
耗およびしわの発生が多く、耐用度の向上が望め
なかつたのである。これに対し本発明合金では、
穿孔用芯金（拡管用芯金についてもすべて同様で
ある。）に発生する各種損傷とそれを防止するた
めに必要な材料特性との関連を明確にし、とくに
機械的強度を固溶体硬化に依存するよう合金設計
したことによつて、上記のような優れた耐用度を
得ることに成功したわけである。

【表】

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図は本発明合金のCr含有量が1.4％の場合
の常温機械的性質に及ぼすNi／Cr比の影響を示
す曲線図。第２図は本発明合金のCr含有量が1.4
％の場合の高温機械的性質に及ぼすNi／Cr比の
影響を示す曲線図。第３図は本発明合金のCr含
有量が2.8％の場合の常温機械的性質に及ぼす
Ni／Cr比の影響を示す曲線図。第４図は本発明
合金のCr含有量が2.8％の場合の高温機械的性質
に及ぼすNi／Cr比の影響を示す曲線図。第５図
は本発明合金のCr含有量が2.8％、Ni／Cr比が2.0
の場合の高温機械的性質に及ぼすMoおよびＷ添
加量の影響を示す曲線図。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量でＣが0.14ないし0.18％、Crが１ないし
   ３％、Niが１ないし９％、MoおよびＷのいずれ
   か１種もしくは２種合計で0.3ないし３％、残部
   Feおよび不可避的な微量不純物からなり、且つ
   Ni／Cr比の値が１ないし３である継目無し鋼管
   の穿孔および拡管用芯金形成のための合金。 ２ 更に必要に応じて脱酸剤としてSiが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第１項に記載
   の合金。