WO2004108311A1 - 熱間継目無製管用Ｃｒめっきマンドレルバーおよびその製造方法 - Google Patents

熱間継目無製管用Ｃｒめっきマンドレルバーおよびその製造方法 Download PDF

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WO2004108311A1
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mandrel bar
mandrel
bar
rolling
manufacturing
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PCT/JP2004/007685
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Inventor
Sumio Iida
Toshiro Anraku
Masami Imamura
Hirofumi Hori
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries, Ltd.
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Publication date
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Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B25/00—Mandrels for metal tube rolling mills, e.g. mandrels of the types used in the methods covered by group B21B17/00; Accessories or auxiliary means therefor ; Construction of, or alloys for, mandrels or plugs

Definitions

  • the present invention relates to a hot-seamless pipe forming tool and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a mandrel bar and a mandrel bar capable of achieving a long life in mandrel mill rolling of a hot-seamless pipe. It relates to a manufacturing method.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an outline of a pipe production process by a mandrel mill rolling method.
  • a hollow round tube 2 is manufactured by using a solid round billet 1 heated to a predetermined temperature as a material to be rolled and boring a shaft center portion thereof with a piercing mill (so-called piercer) 3.
  • piercer a piercing mill
  • a plurality of sets of opposed rolling rolls 6 for pressing down the hollow shell 2 are installed around the pass line.
  • the hollow shell 2 is connected to the charged mandrel bar 5 and the outer surface of the shell.
  • the film is stretched by a rolling roll 6 that reduces the pressure.
  • the rolling roll 6 is housed in a roll stand, and between the adjacent roll stands, the rolling roll 6 is arranged at a phase shift angle of 90 °, so that the hollow shell 2 changes the rolling direction by 90 ° for each roll stand. Rolled while changing.
  • a round bar material made of tool steel for hot working such as JIS SKD6, SKD61 or the like is conventionally used. Then, in order to ensure toughness and crack resistance, the surface is polished smoothly, and the surface hardness is adjusted to about HV350-450 by quenching and tempering the main body of the mandrel bar. It is common to form a scale film on the surface.
  • a water-soluble lubricating agent containing a solid lubricant as a main component is applied to the surface of the mandrel bar 5 before elongation rolling. Apply the agent and dry to form a solid lubricating film in advance. Further improve lubricity If necessary, a solid lubricant is supplied to the inner surface of the hollow shell and melted by the heat retained in the hollow shell 2 to form a liquid lubricating film in advance.
  • the liquid lubricating film formed in advance reduces the frictional force generated between the inner surface of the hollow shell 2 and the surface of the mandrel bar 5 at the time of elongation rolling and pulling out of the mandrel bar. Burn and wear of the mandrel bar 15 can be prevented.
  • the tool cost, especially the mandrel bar is high in the production cost of hot seamless pipes by force mandrel mill rolling. For this reason, conventionally, with the aim of reducing the manufacturing cost of hot seamless pipes, the generation of surface flaws on the mandrel bar used for mandrel mill rolling has been suppressed, and the surface condition has been improved in order to extend its life. Is being considered.
  • Patent Document 1 a mandrel bar is provided with two or more recesses having a maximum depth of 50 ⁇ m per lmm in length.
  • a treatment method has been proposed to reduce the coefficient of friction during the roll mill rolling and increase the adhesion of the scale.
  • Patent Document 2 In Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-284905 (hereinafter referred to as “Patent Document 2”), after polishing the surface of the mandrel bar body in the circumferential direction, the surface roughness Ra in the longitudinal direction is reduced to 4 12 / There has been proposed a surface treatment method for a mandrel bar for seamless steel pipe rolling in which im is subjected to finish polishing. Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-164404 (hereinafter referred to as “Patent Document 3”), a heat treatment in which the circumferential surface roughness is 1.0-4. O zm in center line average roughness (Ra) is described. A mandrel bar for seamless tube rolling has been proposed.
  • the mandrel bar and the processing method proposed in Patent Documents 13 to 13 are intended to improve the adhesion of the scale film on the assumption that a scale film is formed on the surface. It is. Therefore, in the case of the mandrel bar disclosed in Patent Documents 13 to 13, a predetermined effect on the adhesion of the scale film can be recognized. Since the bar is exposed to a high temperature of ° C, oxidation decarburization occurs on the surface of the bar, and the surface becomes soft. In the mandrel bar whose surface layer is soft, seizure occurs even if a scale film is formed. For this reason, it is not possible to sufficiently extend the service life of a mandrel bar that forms a scale film on the surface.
  • the mandrel bar on which the scale film is formed has a certain limitation in extending the service life. For this reason, recently, a mandrel lever having a hard Cr plating film and improved wear resistance has been adopted.
  • the Cr plating layer to be formed has a thickness of about 50 zm to prevent direct contact between the base metal surface and atmospheric oxygen, thereby preventing oxidative decarburization.
  • Fig. 2 is a diagram comparing the mandrel bar lifespans when stainless steel is made with a mandrel mill.
  • the life of the mandrel bar forming the scale film is set to 1, and the life of the Cr-plated mandrel bar is compared.
  • the piped stainless steel is a steel type such as SUS420J1.
  • the service life of the Cr-plated mandrel bar is significantly improved compared to the scale-formed mandrel bar, and varies depending on the pipe production size and material, particularly the thickness reduction, but on average it is improved by about 5 times. Can be seen.
  • Patent Document 4 Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-71618
  • Patent Document 5 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-246312
  • the axial centerline average roughness (Ra) is 0.:m or more and less than 1.
  • Cr A mandrel bar having a coating has been proposed.
  • Patent Document 6 discloses a mandrel / one having a thickness force of a Cr plating film of S60—200 ⁇ m, which is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-351007.
  • Patent Document 7 proposes a mandrel bar that defines the waviness of the surface in the axial direction.
  • the mandrel bar proposed in Patent Document 417 can extend the expected useful life on the premise of Cr plating.
  • the demand for reducing the cost of pipe making in the hot seamless pipe mandrel mill method is strict, and the reduction of tool cost is particularly important. Under such circumstances, further dramatic improvement is required for extending the life of the mandrel bar.
  • the present invention has been made based on the above-mentioned demand for extending the service life of the mandrel bar, and suppresses the occurrence of surface flaws when the seamless pipe is stretched and rolled by a mandrel mill to reduce the service life. It is an object of the present invention to provide a Cr-plated mandrel bar for hot seamless pipes that can be significantly improved, and a method for manufacturing the same.
  • the present inventors have investigated in detail the effect of the surface condition of the mandrel bar on the service life in order to solve the above-mentioned problem and extend the life of the mandrel bar.
  • the mandrel bar of Patent Document 4 has a Cr plating film having an axial centerline average roughness (Ra) of 1.0—4.
  • the present inventors stopped the mandrel mill rolling in the middle of the rolling and scrutinized the remaining state of the lubricant in both mandrel bars in order to elucidate the unexpected result.
  • Use The lubricant used was obtained by applying and drying a water-soluble lubricant containing graphite as a main component (for example, disclosed in Japanese Patent Publication No. 59-37317).
  • Fig. 3 is a diagram showing the state of residual lubricant on the surface of the mandrel bar during the mandrel mill rolling, (a) shows the residual state observed in the longitudinal direction of the mandrel bar, and (b) shows the residual state.
  • A The remaining state of the mandrel bar observed in the circumferential direction from the XX field of view.
  • the rolling rolls facing each other change the direction by 90 ° for each roll stand, so rolling is performed while changing the rolling area by 90 °.
  • the rolling region 7 and the lubricant remaining region 8 change directions by 90 ° along the rolling direction.
  • Patent Document 4 has a mandrel bar with an axial centerline average roughness (Ra) of 1.0 to 4.0 ⁇ m.
  • Patent Document 5 has an axial centerline average roughness (Ra). Although the amount of lubricant remaining during rolling was larger than that of a mandrel bar with a value of 0.1 lzm or more and less than 1. O xm, the difference was small.
  • the present invention has been completed based on such findings, and includes, as a gist, the following (1) a Cr-plated mandrel bar for hot seamless pipe making and (2) a production method. .
  • the center line average roughness Ra in the axial and circumferential directions is 1.0-5.O zm, and the maximum depth Rv in the axial and circumferential directions is 10 ⁇ m or more.
  • This is a Cr-plated mandrel bar for hot seamless pipes.
  • the Cr-plated mandrel bar has a maximum height Rp of ⁇ 0 ⁇ m or less in the axial and circumferential directions.
  • the "maximum depth Rv" defined in the present invention indicates the distance between the maximum valley and the average line within the reference length of the cross-sectional curve, as shown in Fig. 5, and the "maximum height Rp". Similarly, indicates the distance between the maximum peak and the average line within the reference length of the cross-sectional curve.
  • Light polishing can be adopted as polishing in the present invention.
  • “light polishing” refers to a process of reducing only the value of “maximum height Rp” without significantly changing the value of “maximum depth Rv”. Polishing using a sandpaper is exemplified.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an outline of a pipe production process by a mandrel mill rolling method.
  • Fig. 2 shows a comparison of the life of a mandrel bar when stainless steel is made with a mandrel mill.
  • FIG. 3 is a diagram showing the residual state of the lubricant on the surface of the mandrel bar during the rolling of the mandrel mill.
  • (A) shows the residual state observed in the longitudinal direction of the mandrel bar
  • (b) shows the residual state.
  • Inside X- X This is the remaining state of the mandrel bar observed in the circumferential direction from the X visual field.
  • FIGS. 4A and 4B are diagrams illustrating a range that defines the surface state (Ra, Rv) of the mandrel bar.
  • FIG. 4A shows a configuration before rolling
  • FIG. 4B shows a configuration after rolling.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining “maximum depth Rv” and “maximum height Rp” defined in the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the difference in the effect of the center line average roughness Ra and the maximum depth Rv on the lubrication pool.
  • FIG. 7 is a view for explaining the difference in the action of the center line average roughness Ra and the maximum depth Rv on the lubrication pool, similarly to FIG.
  • the mandrel bar of the present invention has a center line average roughness Ra of 1.0 to 5.0 / im in the axial direction and the circumferential direction, and a maximum depth Rv in the axial direction and the circumferential direction. It is characterized by being at least 10 / im.
  • the reason for defining the surface condition in the axial direction and the circumferential direction is that it is not enough to specify only one direction of the mandrel bar so that the lubricant remains sufficiently on the surface during elongation rolling. This is because it is necessary to specify two directions, the axial direction and the circumferential direction.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a range that defines the surface state (Ra, Rv) of the mandrel bar.
  • the target range is the entire length and the entire circumference where the mandrel bar 15 comes into contact with the material 2 during rolling.
  • the target range can be measured at two locations every 90 ° in the circumferential direction at lm pitch in the axial direction, and the average value can be defined as the surface condition (Ra, Rv) of the mandrel bar.
  • the remaining lubricant during rolling is affected by the center line average roughness Ra of the mandrel bar and the maximum depth Rv of the cross-sectional curve.
  • the center line average roughness Ra must be in the range of 1.0-5 Oxm. That is, in both the axial direction and the circumferential direction, when Ra is 1.0 / m or less, the retention of the lubricant in that direction is reduced and the lubricant does not remain on the surface.
  • Ra exceeds 5 ⁇ ⁇ , seizure occurs on the surface convexity, and the service life of the mandrel bar is shortened.
  • the maximum depth Rv from the average line is 10 ⁇ m. m or more. If the maximum depth Rv is too small, the depth for retaining the lubricant cannot be secured, and the concave portion is worn out early, so that the retention of the lubricant is reduced and the lubricant does not remain. On the other hand, the upper limit of the maximum depth Rv is not fixed, but it is desirable to set it to 50 ⁇ or less.
  • the center line average roughness Ra and the maximum depth Rv both have a large effect on the retention of lubricant, that is, the lubricating pool, but both have an effect on the lubricating pool.
  • the center line average roughness Ra is an index indicating the volume of the lubrication pool
  • the maximum depth Rv can be regarded as an index indicating the depth of the lubrication pool.
  • FIGS. 6 and 7 are diagrams illustrating the difference in the effect of the center line average roughness Ra and the maximum depth Rv on the lubrication pool.
  • the solid line and the dotted line in the figure schematically show the cross-sectional roughness curve of the mandrel bar.
  • the solid line and the dotted line shown in Fig. 6 indicate that the maximum depth Rv from the average line is the same.
  • the force center line average roughness Ra indicates that the line indicated by the dotted line has a larger lubrication pool volume. Is shown. Conversely, in the case of the solid line, since the volume of the lubricating pool is small, there is a concern that a sufficient amount of lubricant cannot be held.
  • the center line average roughness Ra and the maximum depth Rv in the axial direction and the circumferential direction are within appropriate ranges, and even if a lubricating pool can be secured, even if the lubrication pool is secured,
  • the maximum height Rp is large, seizure tends to occur at the convex portions existing on the surface, and this may be a factor, and the useful life may not be extended.
  • the maximum height R from the axial and circumferential averages It is desirable to manage p at 30 ⁇ m or less.
  • the surface condition in the axial direction and the circumferential direction can be adjusted so that the center line average roughness Ra and the maximum depth Rv defined above fall within appropriate ranges.
  • the surface processing method any method such as shot, polishing, polishing, masking etching and laser treatment may be employed. Of these, the simple and effective surface processing method is shot force. It should be noted when applying this to the surface processing of the mandrel bar of the present invention.
  • the center line average roughness Ra in the axial direction and the circumferential direction before the shot needs to be smaller than the center line average roughness Ra to be realized after the shot.
  • the surface roughness before the shot does not seem to have an effect on the surface roughness after the shot because the surface is scraped off, but it is important to control the surface roughness before the shot.
  • the force in which the axial center line average roughness Ra is in an appropriate range is the circumferential center line average roughness Ra is in the appropriate range.
  • the center line average roughness Ra in the axial direction and the circumferential direction before the shot needs to be smaller than the target center line average roughness Ra after the shot.
  • a method of performing a polishing process after polishing and finishing using a belter (belt type polishing apparatus) or the like is given.
  • the nozzle distance from the shot nozzle to the surface of the mandrel bar may be brought close to the surface in order to secure the blasting power of the shot.
  • the nozzle distance is too small, the shot particles will not be evenly distributed, and the Ra in the axial direction and the Ra in the circumferential direction may differ. In that case, the center line average roughness Ra in either the axial direction or the circumferential direction is out of the appropriate range.
  • the nose distance within an appropriate range.
  • a steel grid having an average particle size of 0.1-0.4 mm and a hardness of HRC 55 or more is used.
  • Nozzle distance 150-300mm.
  • the example conditions are for a mandrel bar that is a hot tool steel (SKD6 or SK D61) with a hardness Hs of about 45-55.
  • the appropriate range of the nozzle distance is as follows. Depends on the material and hardness. For this reason, the appropriate range of the nozzle distance must be appropriately determined according to the shot conditions and the like.
  • the surface roughness of the plating film after the Cr plating treatment can be adjusted by adjusting the surface roughness of the mandrel bar before the plating.
  • the surface roughness tends to be slightly lower than the surface roughness of the base by applying Cr plating.
  • the processing method and conditions of Cr plating are not particularly limited, and may be any conventional processing method and conditions.
  • the effect of the mandrel bar of the present invention was confirmed by pipe rolling of an actual machine.
  • the SKD61 specified for the mandrel bar f and IS used was 200 450 mm in outer diameter and 24 m in length, and the number of rolls to reach the service life was investigated.
  • Judgment of service life is based on the force S based on whether seizure has occurred on the surface of the mandrel bar, and the occurrence of seizure when an open surface flaw, such as a gouge on the surface of the mandrel bar, is visually observed. did.
  • Some of the flaws were shallow, about 200 ⁇ deep, and some lmm deep.
  • the used mandrel bar was ground and polished to a predetermined size, subjected to a shot process, and subjected to 50 / im thick Cr plating.
  • the table before the shot The surface was polished so that the center line average roughness Ra in the axial and circumferential directions was 0.5 or less.
  • the shots consist of five types of particle sizes of S1 to S5 (in terms of average particle size, S1: 0.1 mm, S2: 0.15 mm, S3: 0.23 mm, S4: 0.36 mm, and S5: 0 7 mm) and a hardness of HRC55 or more steel grid, under the processing conditions of injection pressure 35-40Mpa and nozzle distance 150-450mm.
  • Table 1 shows the surface roughness (Ra) and the shot conditions before the shot adopted in the examples.
  • Example No. 1-3 Cr plating was applied after the shot processing.
  • Example No. 4 of the present invention was subjected to Cr plating after the shot processing, and further polished using # 400 sandpaper as a final finish.
  • Comparative Example No. 5 the surface was finished with a pressing load of 5 N using # 400 sandpaper, and then subjected to Cr plating.
  • Comparative Example No. 6 was polished in the circumferential direction and then plated.
  • Comparative Example No. 7 was polished in the circumferential direction, then subjected to shot processing, and subjected to plating.
  • Comparative Examples Nos. 8 and 9 were subjected to Cr plating after shot processing.
  • Table 2 shows the results of rolling using Inventive Examples No. 1-4 and Comparative Examples No. 5-9.
  • ** indicates that the value is out of the range specified in the present invention, and * indicates that the condition is not satisfied.
  • the service life was less than 1000 rolls, and the life was not prolonged. .
  • the axial and circumferential centerline average roughness Ra and the axial and circumferential maximum depth Rv are defined at the same time. Furthermore, since the maximum height Rp in the axial and circumferential directions is limited, seizure and other surface flaws are unlikely to occur during elongation rolling of the mandrel mill, so that the service life can be drastically improved. , A significant reduction in tool costs can be achieved. In addition, it can greatly contribute to the improvement of the inner surface quality of the hot seamless pipe rolled by the mandrel mill.
  • the manufacturing method of the present invention can efficiently perform the above-described hot working at a low manufacturing cost Since a Cr-plated mandrel bar for seamless pipes can be obtained, it can be widely applied in the field of manufacturing hot seamless pipes.

Landscapes

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  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Abstract

　本発明の熱間継目無製管用Ｃｒめっきマンドレルバーによれば、軸方向および円周方向の中心線平均粗さＲａと同時に、軸方向および円周方向の最大深さＲｖを規定し、さらに軸方向および円周方向の最大高さＲｐを限定するので、マンドレルミルの延伸圧延に際し焼付きやその他の表面疵が発生し難いので、耐用寿命を飛躍的に向上させることができ、大幅な工具費の圧縮を達成できる。しかも、マンドレルミル圧延された熱間継目無管の内面品質の改善に関しても大きく寄与できる。また、本発明の製造方法は、上記の熱間継目無製管用Ｃｒめっきマンドレルバーを効率的に製造することができる。

Description

明 細 書
熱間継目無製管用 Crめっきマンドレルバ一およびその製造方法 技術分野
[0001] 本発明は、熱間継目無管の製管用工具およびその製造方法に関し、さらに詳しく は熱間継目無管のマンドレルミル圧延に際し長寿命化を達成することができる め つきマンドレルバ一およびその製造方法に関するものである。
^景技術
[0002] 小径および中径の熱間継目無管の製造には、マンドレルミル圧延による製管方法 が用いられている。
図 1は、マンドレルミル圧延法による製管工程の概略を説明する図である。この製管 方法では、所定温度に加熱された中実の丸ビレット 1を被圧延材とし、穿孔圧延機（ いわゆる、ピアサー） 3で軸心部を穿孔加工して中空素管 2を製造する。次いで、得ら れた中空素管 2を後続するマンドレルミル 4に供給して延伸圧延する。
[0003] マンドレルミル 4では中空素管 2を圧下する対向配置された圧延ロール 6がパスライ ンを中心に複数組設置されており、中空素管 2は装入されたマンドレルバ一 5と素管 外面を圧下する圧延ロール 6によって延伸される。通常、圧延ロール 6はロールスタ ンドに収納され、隣接するロールスタンド間では圧延ロール 6は 90° の移相角で配 置されるため、中空素管 2はロールスタンド毎に 90° ずつ圧延方向を変化しながら 圧延される。
[0004] このマンドレルミル圧延に用いられるマンドレルバ一 5には、従来から JIS SKD6、 S KD61等の熱間加工用工具鋼からなる丸棒素材が採用される。そして、靱性ゃ耐亀 裂性を確保するため、その表面を滑らかに研磨した後、マンドレルバ一本体の焼き入 れおよび焼き戻し処理によって、表面硬度を HV350— 450程度に調整し、かつマン ドレルバ一表面にスケール皮膜を形成するのが一般的である。
[0005] マンドレルミル圧延の際には、中空素管 2とマンドレルバ一 5との焼き付きを防止す るため、延伸圧延の前に、マンドレルバ一 5表面に固体潤滑剤を主成分とした水溶 性潤滑剤を塗布 ·乾燥し固体潤滑皮膜を予め形成する。さらに潤滑性を向上させる 必要がある場合には、中空素管内面に固体潤滑剤を供給して、中空素管 2の保有熱 により溶融させて液状潤滑皮膜を予め形成する。
[0006] 予め形成された液状潤滑皮膜により、延伸圧延時およびマンドレルバ一の引き抜き 時に発生する中空素管 2内面とマンドレルバ一 5表面との間に発生する摩擦力を減 少して、中空素管 2の焼き付きやマンドレルバ一 5の摩耗を防止することができる。
[0007] し力、しながら、延伸圧延中において中空素管 2内面とマンドレルバ一 5表面との間 は厳しいすべり摩擦状態になるため、常に、両者の間で完全な潤滑状態を保つこと は困難である。そのため、マンドレルバ一を繰り返し使用するうちに、摩耗、焼き付き 、肌荒れおよびクラック等の表面疵が発生し、耐用寿命に達する。その後、寿命に達 したマンドレルバ一は外周面を機械加工され、より外径の小さいマンドレルバ一として 再使用される。
[0008] ところ力 マンドレルミル圧延による熱間継目無管の製造コストに占める工具費用、 特にマンドレルバ一に要する費用が高い。このため、従来から、熱間継目無管の製 造コストの低減を目的として、マンドレルミル圧延に用いられるマンドレルバ一の表面 疵の発生を抑制し、その長寿命化を図るために表面状態の改善が検討されている。
[0009] 例えば、特開昭 63-20105号公報（以下、「特許文献 1」という）では、マンドレルバ 一表面に最大深さ 50 μ mの凹みを長さ lmm当たり 2ケ以上設けることによって、マン ドレルミル圧延時の摩擦係数を小さくするとともに、スケールの密着性を高める処理 方法が提案されている。
[0010] また、特開平 4一 284905号公報（以下、「特許文献 2」という）では、マンドレルバ一 本体の表面を円周方向を研磨したのち、長手方向の表面粗さ Raを 4一 12 /i mに仕 上研磨を施す継目無鋼管圧延用マンドレルバ一の表面処理方法が提案されている 。さらに、特開平 8—164404号公報（以下、「特許文献 3」という）では、円周方向の表 面粗さが中心線平均粗さ（Ra)で 1. 0-4. O z mである熱間継目無管圧延用マンド レルバーが提案されている。
[0011] 上記特許文献 1一 3で提案されたマンドレルバ一およびその処理方法は、いずれも 表面にスケール皮膜を形成することを前提として、スケール皮膜の密着性を向上させ ることを目的としたものである。 したがって、特許文献 1一 3のマンドレルバ一であれば、スケール皮膜の密着性に 関し所定の効果が認められる力 提案のマンドレルバ一表面処理を行っても、延伸 圧延中にマンドレルバ一表層が 500— 600°Cの高温に晒されるため、バー表層で酸 化脱炭が起こり表層が軟ィ匕する。表層が軟ィ匕したマンドレルバ一では、スケール皮膜 が形成されていても焼付きを発生する。このため、表面にスケール皮膜を形成するマ ンドレルバ一では、耐用寿命の延長を充分に図れなレ、。
[0012] 上述の通り、スケール皮膜を形成するマンドレルバ一では長寿命化に一定の制限 がある。このため、最近では硬質の Crめっき皮膜を形成して耐摩耗性を向上したマ ンドレルバ一が採用されている。すなわち、形成する Crめっき層を 50 z m程度の厚 いめつきとすることにより、母材表面と大気中酸素との直接接触を遮断し、酸化脱炭 を防止している。
[0013] 図 2は、マンドレルミルでステンレス鋼を製管した場合のマンドレルバ一寿命を比較 した図である。同図では、スケール皮膜を形成するマンドレルバ一の寿命を 1として、 Crめっきマンドレルバ一の寿命を対比している。なお、製管されたステンレス鋼は、 S US420J1等の鋼種である。
[0014] Crめっきマンドレルバ一の寿命は、スケール形成マンドレルバ一に比べ、格段に向 上しており、製管サイズや材質、特に肉厚圧下量により変動するが、平均すると 5倍 程度の向上が見られる。
[0015] 通常、 Crめっきマンドレルバ一を採用するには、初期投資としてめつき設備の導入 が必要になるが、以後のランニングコストとしては、従来のスケール形成マンドレルバ 一の場合のそれと同等になる。このため、製造コストの低減に対応するマンドレルバ 一長寿命化への取り組みは、 Crめっきマンドレルバ一によるものが主体となっている
[0016] このような観点から、 Crめっきマンドレルバ一の寿命延長について、さらに幾つかの 提案がなされている。例えば、特開平 8-71618号公報 (以下、「特許文献 4」という） では、軸方向の中心線平均粗さ（Ra)が 1. 0-4. O x mである Crめっき皮膜を有す るマンドレルバ一が提案され、特開 2000—246312号公報（以下、「特許文献 5」とい うでは、軸方向の中心線平均粗さ（Ra)が 0.： m以上、 1. O x m未満である Crめつ き皮膜を有するマンドレルバ一が提案されてレ、る。
[0017] さらに、特開 2001-1016号公報（以下、「特許文献 6」という）では、 Crメツキ皮膜 の厚み力 S60— 200 μ mであるマンドレノレ/ 一に関し、特開 2000—351007号公幸艮 ( 以下、「特許文献 7」という）では、軸長方向の表面のうねり形状を規定したマンドレル バーに関して提案されている。
[0018] 上記特許文献 4一 7で提案されたマンドレルバ一は Crめっき処理を前提として、所 期の耐用寿命の延長を図ることができる。し力 ながら、熱間継目無管のマンドレルミ ル法における製管コストの低減要請は厳しぐ特に工具費用の圧縮が重点とされて いる。このような状況から、マンドレルバ一の寿命延長に関して、さらに飛躍的な改善 が要求されている。
発明の開示
[0019] 本発明は、上述したマンドレルバー耐用寿命の延長要請に基づいてなされたもの であり、マンドレルミルで継目無管を延伸圧延する際に、表面疵の発生を抑制して、 耐用寿命を大幅に改善することができる熱間継目無製管用 Crめっきマンドレルバ一 およびその製造方法を提供することを目的としている。
[0020] 本発明者らは、上記の課題を解決しマンドレルバ一の寿命延長を達成するため、 マンドレルバ一の表面状態が耐用寿命に及ぼす影響を詳細に調査した。
具体的には、大きく表面状態の異なっている特許文献 4が提案するマンドレルバ一 と特許文献 5が提案するマンドレルバ一との耐用寿命の比較を実施した。すなわち、 特許文献 4のマンドレルバ一は、軸方向の中心線平均粗さ（Ra)が 1. 0—4. Ο μ -m の Crめっき皮膜を有し、特許文献 5のマンドレルバ一は、軸方向の中心線平均粗さ（ Ra)が 0. l x m以上、 1. 0 μ m未満の Crめっき皮膜を有している。
[0021] これらの耐用寿命を比較した結果、特許文献 4で提案するマンドレルバ一の方が、 若干寿命が長かったものの、両者の有意差は認められなかった。すなわち、両マンド レルバーの表面状態が大きく異なるにも関わらず、両者の寿命に顕著な有意差が認 められなかった。
[0022] 本発明者らは、上記の意外な結果を解明するために、マンドレルミル圧延を圧延の 途中で停止し、両マンドレルバ一における潤滑剤の残存状況を詳細に観察した。使 用した潤滑剤は、黒鉛を主成分とした水溶性潤滑剤（例えば特公昭 59-37317号 公報で開示）を塗布 ·乾燥させたものである。
[0023] 図 3は、マンドレルミル圧延の途中におけるマンドレルバ一表面の潤滑剤の残存状 況を示す図であり、（a)はマンドレルバ一の長手方向に観察した残存状況であり、 (b )は（a)中の X— X視野によるマンドレルバ一の円周方向に観察した残存状況である。 前述の通り、マンドレルミル圧延では、対向配置した圧延ロールがロールスタンド毎 に 90° ずつ向きを変えているため、 90° ずつ圧延領域が変わりながら圧延される。 このため、図 3 (a)、 (b)に示すように、圧延領域 7と潤滑剤残存領域 8 (斜線部）は、 圧延方向に沿って 90° ずつ向きを変える。
[0024] 特許文献 4の軸方向の中心線平均粗さ（Ra)が 1. 0—4. 0 μ mであるマンドレルバ 一の方力 特許文献 5の軸方向の中心線平均粗さ（Ra)が 0. l z m以上、 1. O x m 未満であるマンドレルバ一よりも、圧延途中での潤滑剤の残存量は多いものの、その 差は僅かであった。
[0025] 次に、図 3 (a)に示す潤滑剤残存領域 8において、軸方向に対向する 8a部だけで なぐ円周方向にも対向する 8b部にも潤滑剤が多量に残存することから、延伸圧延 中では、マンドレルバ一 5表面の潤滑剤は圧延軸方向だけでなぐ圧延円周方向に も排出されることが推察される。
換言すれば、圧延中に延伸比の大きい圧延軸方向に潤滑剤が排出されることは容 易に予測される力 それに加えて、軸方向と比較すると延伸比の極めて小さい円周 方向にも潤滑剤が排出されることが知見された。
[0026] この知見に基づけば、特許文献 4および特許文献 5で提案されたマンドレルバ一の ように表面状態が大きく異なる場合に、耐用寿命に有意差が認められない結果も納 得できる。
すなわち、マンドレルバ一の焼付きを防止するため、圧延中に潤滑剤を表面に残 存させるには、マンドレルバ一の一方向のみの表面状態を規定するだけでは不充分 である。例えば、研磨により表面粗さを調整する場合、研磨方向に直角の方向の表 面粗さが適正であっても、研磨方向に平行の方向の表面粗さが細かくなり過ぎると、 圧延中に潤滑剤が残存しなくなる。このため、マンドレルバ一表面に焼付き等が発生 し易くなり、耐用寿命を延長することができない。
[0027] 本発明は、このような知見に基づいて完成されたものであり、下記（1)の熱間継目 無製管用 Crめっきマンドレルバ一、および（2)の製造方法を要旨としてレ、る。
(1)軸方向および円周方向の中心線平均粗さ Raが 1. 0-5. O z mであり、かつ、軸 方向および円周方向の最大深さ Rvが 10 μ m以上であることを特徴とする熱間継目 無製管用 Crめっきマンドレルバ一である。
上記の Crめっきマンドレルバ一は、さらに、軸方向および円周方向の最大高さ Rp 力 ¾0 μ m以下にするのが望ましい。
(2)表面に軸方向および円周方向の中心線平均粗さ Raが 1. 0-5. O x mであり、 かつ、軸方向および円周方向の最大深さ Rvが 10 x m以上である Crめっき皮膜を形 成した後、研磨することを特徴とする熱間継目無製管用 Crめっきマンドレルバ一の製 造方法である。
[0028] 本発明で規定する「最大深さ Rv」は、図 5に示すように、断面曲線の基準長さ内に おける最大の谷と平均線までの距離を示し、「最大高さ Rp」は、同様に、断面曲線の 基準長さ内における最大の山と平均線までの距離を示してレ、る。
[0029] 本発明の研磨として「軽研磨」を採用することができる。ここで、「軽研磨」とは、「最 大深さ Rv」の値をあまり変化させずに「最大高さ Rp」の値のみを小さくする処理をい レ、、例えば、 # 280より微細なサンドペーパーを用いて研磨を行うことが例示される。 図面の簡単な説明
[0030] 図 1は、マンドレルミル圧延法による製管工程の概略を説明する図である。
図 2は、マンドレルミルでステンレス鋼を製管した場合のマンドレルバ一寿命を比較 した図である。
図 3は、マンドレルミル圧延の途中におけるマンドレルバ一表面の潤滑剤の残存状 況を示す図であり、（a)はマンドレルバ一の長手方向に観察した残存状況であり、 (b )は（a)中の X— X視野によるマンドレルバ一の円周方向に観察した残存状況である。 図 4は、マンドレルバ一の表面状態（Ra、 Rv)を規定する範囲を説明する図であり、 (a)は圧延前の構成を示し、 (b)は圧延後の構成を示している。
図 5は、本発明で規定する「最大深さ Rv」および「最大高さ Rp」を説明する図である 図 6は、中心線平均粗さ Raと最大深さ Rvとが潤滑溜まりに及ばす作用の違いを説 明する図である。
図 7は、前記図 6と同様に、中心線平均粗さ Raと最大深さ Rvの潤滑溜まりに及ばす 作用の違いを説明する図である。
発明を実施するための最良の形態
[0031] 本発明のマンドレルバ一は、軸方向および円周方向の中心線平均粗さ Raが 1. 0 一 5. 0 /i mであり、かつ、軸方向および円周方向の最大深さ Rvが 10 /i m以上である ことを特徴としている。軸方向および円周方向の表面状態を規定しているのは、延伸 圧延中に潤滑剤を表面に充分に残存させるには、マンドレルバ一の一方向のみを規 定するだけでは不充分であり、軸方向および円周方向の 2方向について規定する必 要があるからである。
[0032] 図 4は、マンドレルバ一の表面状態（Ra、 Rv)を規定する範囲を説明する図であり、
(a)は圧延前の構成を示し、（b)は圧延後の構成を示している。対象となる範囲は、 マンドレルバ一 5が圧延時に被圧延材 2と接触する全長および全周である。
具体的には、図 4 (a)に示すように、圧延前に被圧延材 2にマンドレルバ一 5が揷入 された状態での被圧延材のボトム端 2bから、図 4 (b)に示すように、圧延後の被圧延 材のトップ端 2tまでのマンドレルバ一接触長さ Lにおける全長および全周が対象とな る範囲である。対象となる範囲を、例えば、軸方向は lmピッチで、円周方向は 90° 毎に 2箇所を測定し、その平均値をマンドレルバ一の表面状態 (Ra、 Rv)と規定でき る。
[0033] 圧延中における潤滑剤の残存は、マンドレルバ一の中心線平均粗さ Raと断面曲線 の最大深さ Rvに影響される。まず、中心線平均粗さ Raが 1. 0— 5. O x mの範囲で あることが必要である。すなわち、軸方向、円周方向のいずれであっても、 Raが 1. 0 / m以下の場合にはその方向の潤滑剤の保持性が低下し潤滑剤が表面に残存しな レ、。一方、 Raが 5· Ο μ ΐηを超えると、表面凸部での焼付きが発生し、マンドレルバ一 の耐用寿命が短くなる。
[0034] 同時に、軸方向、円周方向のいずれであっても、平均線からの最大深さ Rvが 10 μ m以上であることが必要である。最大深さ Rvが小さすぎると、潤滑剤を保持するため の深さが確保できず凹部が早期に摩滅するので、潤滑剤の保持性が低下し潤滑剤 が残存しない。一方、最大深さ Rvの上限は定めなレ、が、 50 μ ΐη以下にするのが望ま しい。
[0035] 本発明において中心線平均粗さ Raおよび最大深さ Rvは、ともに潤滑剤を残存させ るための保持性、すなわち潤滑溜まりに大きな影響を及ぼすが、両者が潤滑溜まりに 及ばす作用は相違する。具体的には、中心線平均粗さ Raは潤滑溜まりの容積を表 す指標であり、最大深さ Rvは潤滑溜まりの深さを表す指標として捉えることができる。
[0036] 図 6および図 7は、中心線平均粗さ Raと最大深さ Rvとが潤滑溜まりに及ばす作用 の違いを説明する図である。図中の実線と点線はマンドレルバ一の断面粗さ曲線を 模式的に示したものである。
[0037] 図 6で示す実線と点線とは、平均線からの最大深さ Rvは同じである力 中心線平均 粗さ Raは点線で示したものの方が大きぐ潤滑溜まりの容積が大きいことを示してい る。逆に実線で示したものは、潤滑溜まりの容積が小さいため、潤滑剤が十分量保持 できないことが懸念される。
[0038] 図 7で示す実線と点線とは、中心線平均粗さ Raは同じである力 平均線からの最大 深さ Rvは実線で示したものの方が大きぐ潤滑溜まりの深さが深いことを示している。 逆に実線で示したものは、潤滑溜まりの深さが浅いため、凹部が早期に摩滅し、潤滑 剤の保持性が低下することが懸念される。
[0039] したがって、圧延中に潤滑剤を残存させるためには、潤滑溜まりの容積を保持する とともに、潤滑溜まりの深さを確保することが必要になる。このため、潤滑溜まりの容積 を表す中心線平均粗さ Raと、潤滑溜まりの深さを表す最大深さ Rvとが上記条件を同 時に満たす必要がある。
[0040] さらに、本発明のマンドレルバ一では、軸方向および円周方向の中心線平均粗さ R aおよび最大深さ Rvが適正範囲であり、潤滑溜まりが確保できていても、平均線から の最大高さ Rpが大きい場合には、表面に存在する凸部で焼付きを発生し易ぐこれ が要因となり耐用寿命を延長できない場合がある。
このような事態を回避するため、軸方向および円周方向の平均線からの最大高さ R pを 30 μ m以下で管理するのが望ましレ、。
[0041] 本発明のマンドレルバ一を製造する場合には、軸方向および円周方向の表面状態 が上記で規定する中心線平均粗さ Raおよび最大深さ Rvが適正範囲になるように調 整できれば、表面加工方法はショット、研肖 I」、研磨、マスキングエッチングおよびレー ザ一処理等の何れの方法を採用してもよい。これらのうちで簡便で有効な表面加工 方法はショットである力 これを本発明のマンドレルバ一の表面加工に適用する場合 に留意すべきことがある。
[0042] まず、ショット前の軸方向および円周方向の中心線平均粗さ Raは、ショット後に実 現しようとする中心線平均粗さ Raより小さくする必要がある。マンドレルバ一にショット を施すと、その表面を削り取るために、ショット前の表面粗さはショット後の表面粗さに 影響を与えないと思えるが、ショット前の表面粗さの管理は重要である。
[0043] 例えば、円周方向に研削や研磨を行った後にショットを施した場合、軸方向の中心 線平均粗さ Raが適正範囲になる力 円周方向の中心線平均粗さ Raが適正範囲外 になることがある。これは、外観的には全面がショットされているように見えても、研削 や研磨で形成された凹部にショット粒が十分なエネルギーを持って到達できず、十分 にショットできないことによる。
[0044] このため、ショット前の軸方向および円周方向の中心線平均粗さ Raは、ショット後の 目標とする中心線平均粗さ Raより小さくする必要がある。具体的には、ショット加工と して、ベルタ一（ベルト式研磨装置）等を用いて研磨仕上げをした後に、ショット処理 する方法などが挙げられる。
[0045] 次に、ショットノズノレからマンドレルバ一表面までのノズル距離を適正な範囲で管理 することが必要である。ショットの研掃力を確保するためノズノレを表面に近づけること があるが、ノズル距離が小さすぎるとショット粒が均一に分布せず、軸方向と円周方 向の Raが異なることがある。その場合には、軸方向または円周方向のいずれかの方 向の中心線平均粗さ Raが適正範囲を外れる。
[0046] したがって、ノズノレ距離は適正な範囲で管理する必要がある。例えば、本発明では 、固定したショットノズノレにより回転しながら先進するマンドレルバ一をショット処理す る場合に、平均粒径： 0. 1-0. 4mmで硬度 HRC55以上のスチールグリッドを用い 、噴射圧： 35— 40Mpa、ノズノレ距離： 150— 300mmの処理条件を適用することがで きる。し力し、例示の条件は、硬度 Hs : 45— 55程度の熱間工具鋼（SKD6または SK D61)であるマンドレルバ一を対象とした条件であり、ノズル距離の適正範囲は、被シ ヨット材の材質、硬度によって相違する。このため、ノズル距離の適正範囲は、ショット 条件等に応じて適宜定めなければならない。
[0047] さらに、 Crめっき処理後のめっき皮膜の表面粗さは、めっき前のマンドレルバ一の 表面粗さを調整することによって調整することができる。通常、 Crめっきを施すことに よって、表面粗さは下地の表面粗さよりやや低下する傾向にある。これを考慮して、 C rめっき処理前のマンドレルバ一の軸方向および円周方向の中心線平均粗さ Raおよ び最大深さ Rv、さらに必要ある場合には、軸方向および円周方向の最大高さ Rpを 予め調整しておく必要がある。
[0048] 本発明の製造方法では、 Crめっきの処理方法やその条件は特に限定されるもので はなぐ慣用の処理方法や条件によればよい。例えば、マンドレルバ一素地への密 着性等を考慮すれば、一般の機械部品などを処理する場合と同様の処理条件の下 で、電気めつき法により処理するのが望ましい。
[0049] 上記で製造した本発明のマンドレルバ一の表面状態が平均線からの最大高さ Rp 力 ¾0 μ ΐη以上の場合には、表面を軽研磨することが有効である。具体的な軽研磨の 処理条件として、 # 280より微細なサンドペーパーを用いて研磨することが例示され る。
実施例
[0050] 本発明のマンドレルバ一の効果を実機の製管圧延で確認した。使用したマンドレル バー fお ISに規定される SKD61で、寸法は外径が 200 450mm、長さが 24mとし て、耐用寿命に至るまでの圧延本数を調査した。耐用寿命か否かの判断は、マンド レルバー表面に焼き付きが発生したか否かに基づいた力 S、マンドレルバ一表面に抉 られたような開口状の表面疵が目視観察された場合に焼き付き発生とした。対象とな る疵の深さは、浅レ、もので 200 μ ΐη程度、深いもので lmmに至るものがあった。
[0051] 使用したマンドレルバ一は、所定寸法まで研削、研磨した後、ショット加工を施し、 5 0 /i m厚さの Crめっきを施した。マンドレルバ一の表面加工に際して、ショット前の表 面粗さは、軸方向および円周方向の中心線平均粗さ Raが 0. 5以下となるように研磨 仕上げを施した。
[0052] ショットは、 S1— S5の 5種類の粒径（平均粒径で、 S1 : 0. lmm、 S2 : 0. 15mm, S 3 : 0. 23mm, S4 : 0. 36mm,および S5 : 0. 7mm)で硬度 HRC55以上のスチール グリッドを用レ、、噴射圧 35— 40Mpaおよびノズノレ距離 150— 450mmの処理条件で 行った。実施例で採用したショット前の表面粗さ（Ra)およびショット条件を表 1に示す
[0053] [表 1]
Figure imgf000013_0001
[0054] 本発明例 No. 1— 3は、ショット加工後に Crめっきを施した。本発明例 No. 4は、シ ヨット加工後に Crめっきを施し、さらに最終仕上げとして # 400のサンドペーパーを用 いて研磨を施した。
一方、比較例 No. 5は、 # 400のサンドペーパーを用いて押し付け荷重 5Nで表面 を仕上げた後に Crめっきを施した。比較例 No. 6は、円周方向に研磨した後に め つきを施した。比較例 No. 7は、円周方向に研磨した後に、ショット加工を施し、 め つきを施した。比較例 No. 8および 9は、ショット加工後に Crめっきを施した。
本発明例 No. 1— 4および比較例 No. 5— 9を用いた圧延結果を表 2に示す。
[0055] [表 2] 表 2
Figure imgf000014_0001
注） 表中で **を付したものは本発明で規定する範囲を外れたことを示し、 *を付したものは望ましい条件を具備しないことを示す。
[0056] 表 1に示す結果から、本発明で規定する軸方向および円周方向の Ra並びに RVを 満足する本発明例では、いずれも耐用寿命が圧延 1000本以上となり長寿命化が図 れた。さらに、軸方向および円周方向の最大高さ Rpが 30 z m以下となる本発明例 1 一 3は、耐用寿命が圧延 1200本以上となり、一層の長寿命化が図れた。
[0057] これに対し、マンドレルバ一のいずれかの表面状態が本発明で規定する範囲外と なった比較例では、いずれも耐用寿命が圧延 1000本未満に留まり、長寿命化が図 れなかった。
産業上の利用の可能性
[0058] 本発明の熱間継目無製管用 Crめっきマンドレルバ一によれば、軸方向および円周 方向の中心線平均粗さ Raと同時に、軸方向および円周方向の最大深さ Rvを規定し 、さらに軸方向および円周方向の最大高さ Rpを限定するので、マンドレルミルの延 伸圧延に際し焼付きやその他の表面疵が発生し難いので、耐用寿命を飛躍的に向 上させることができ、大幅な工具費の圧縮を達成できる。しかも、マンドレルミル圧延 された熱間継目無管の内面品質の改善に関しても大きく寄与できる。
したがって、本発明の製造方法は、低廉な製造コストで、かつ効率的に上記の熱間 継目無製管用 Crめっきマンドレルバ一を得ることができることから、熱間継目無管の 製造分野で広く適用することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 軸方向および円周方向の中心線平均粗さ Raが 1. 0-5. O x mであり、かつ、軸方 向および円周方向の最大深さ Rvが 10 μ m以上であることを特徴とする熱間継目無 製管用 Crめっきマンドレルバ一。
[2] さらに、軸方向および円周方向の最大高さ Rpが 30 μ m以下であることを特徴とす る請求項 1に記載の熱間継目無製管用 Crめっきマンドレルバ一。
[3] 表面に軸方向および円周方向の中心線平均粗さ Raが 1. 0— 5. 0 μ ΐηであり、力 つ、軸方向および円周方向の最大深さ Rvが ΙΟ μ ΐη以上である Crめつき皮膜を形成 した後、研磨を施すことを特徴とする熱間継目無製管用 Crめっきマンドレルバ一の 製造方法。
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