WO2007114173A1 - 高合金圧延用マンドレルバー、その表面処理方法および製造方法、ならびに継目無鋼管製造装置の操業方法 - Google Patents

高合金圧延用マンドレルバー、その表面処理方法および製造方法、ならびに継目無鋼管製造装置の操業方法 Download PDF

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mandrel
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Yasuyoshi Hidaka
Mitsuru Yoshizawa
Koji Nakaike
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Sumitomo Metal Industries, Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a mandrel bar, a surface treatment method and a production method thereof, and an operation method of a seamless steel pipe production apparatus.
  • Mandrel mill rolling is one of the processes for producing a seamless steel pipe hot.
  • the raw tube is rolled by applying a feed in the axial direction while being restrained by a mandrel bar and a multi-stand perforated roll.
  • a mandrel bar is provided with a lubricating film mainly composed of a solid lubricant.
  • the mandrel bar and the inner surface of the blank tube are in a severe sliding friction state, it is not easy to maintain a completely lubricated state. For this reason, the mandrel bar is subject to surface damage such as repeated wear, seizure, rough skin, cracks, etc., and its life is reached.
  • a mandrel bar generally used is a tool steel for hot working such as SKD6, SKD61, etc., which has been hardened and tempered to adjust the hardness and to provide scale to the surface.
  • Patent Document 1 states that "a hot seamless characterized by having a nitriding layer having an axial centerline average roughness of 0.5 to 5.0 m on the surface of the base material. Mandrel for pipe manufacturing "Luba 1" has been proposed.
  • Patent Document 2 states that “the surface of a mandrel formed into a perforated shape for seamless steel pipe rolling is subjected to a diffusion permeation of Cu, Zn, A1 metal or an alloy thereof, and the surface grain boundary. After embrittlement of the part, it is subjected to tempering heat treatment or high temperature rapid heating at the initial stage of pipe rolling to generate fine turtle-shell-like surface microcracks in the grain boundary embrittled part. Producing method of drilling mandrel for seamless steel pipe rolling! Speak.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 6-262220
  • Patent Document 2 JP-A-6-339709
  • Patent Document 2 The method of Patent Document 2 is not linked to full-scale practical application because of fear of breakage.
  • the present invention has been made to solve the above-described problem, and is a mandrel bar for high alloy rolling having excellent seizure resistance and service life (manufacturing a seamless steel pipe by a Mannesmann-mandrel mill method). It is an object of the present invention to provide a surface treatment method and a production method for a mandrel bar used in the above. It is another object of the present invention to provide a method of operating a seamless steel pipe manufacturing apparatus that can be carried out under conditions in which neither ordinary steel rolling nor high alloy steel rolling is seized.
  • the present invention relates to a surface treatment method for a high alloy rolling mandrel bar shown in the following (1), a method for producing a high alloy rolling mandrel bar shown in the following (2), and a seamless steel pipe production shown in the following (3).
  • the summary is the method of operating the device.
  • a mandrel bar for rolling a high alloy characterized in that after the heat treatment by scaling the mandrel bar, ordinary steel having a Cr content of 8% or less is rolled for 50 passes or more.
  • a mandrel bar for high alloy rolling having excellent seizure resistance and service life can be produced.
  • This mandrel bar for high alloy rolling is particularly useful for producing seamless steel pipes by mandrel mill rolling of stainless steel under strict rolling conditions such as 13% Cr steel.
  • both the rolling of ordinary steel and the rolling of high alloy steel can be performed under the condition that no seizure occurs. Also Since the life of the mandrel bar is extended, the effort for changing the setup is reduced and the manufacturing cost is reduced.
  • the mandrel bar for high alloy rolling of the present invention for example, externally cuts a base material made of an alloy tool steel such as SKD6, SKD61, etc., then performs polishing or shot processing, and further performs surface treatment. Manufactured. It is common to perform quenching at 950 to 1050 ° C and tempering at 600 to 750 ° C before external cutting.
  • the surface treatment is performed by performing a scale heat treatment on the mandrel bar and then rolling a plain steel having a Cr content of 8% or less for 50 passes or more.
  • the surface roughness of the base material before the surface treatment is desirably in the range of 0.2 to 4.0.
  • the reason why the mandrel bar is subjected to the heat treatment for scaling is to adhere the scale to the bar surface and to prevent the bar metal part from being exposed during the rolling of the plain steel mainly having a Cr content of 8% or less. .
  • the heat treatment temperature is preferably in the range of 550 to 750 ° C.
  • the heat treatment time is desirably in the range of 1 to 15 hours.
  • Steel group A Plain steel with Cr content of less than 0.5%
  • Steel Group B Plain steel with Cr content of 0.5% or more and less than 5.0%
  • Steel group C Plain steel with Cr content of 5.0% or more and 8%
  • rolling of ordinary steel having a Cr content of 8% or less and rolling of high alloy steel may be performed continuously, or a mandrel obtained by rolling ordinary steel for 50 passes or more. You can stock the bar and then use it to roll high alloy steel!
  • the hardness was adjusted to 50 to 55 with a Shore hardness Hs by heat treatment. This was cut to an outer diameter of 134 mm to obtain a mandrel bar.
  • a mandrel mill that forms an uncoated pipe with an outer diameter of 181 ⁇ , a wall thickness of 17.5mmt, and a length of 7000mmL into a square steel pipe with an outer diameter of 147 ⁇ , a wall thickness of 6.5mmt, and a length of 21000mmL Rolled.
  • ordinary steel, alloy steel and high alloy steel shown in Table 1 were used.
  • Numberer of passes that can be rolled in Table 1 means the number of passes from the start of rolling of high alloy steel to the occurrence of problems such as vibration during rolling and defective stripping.
  • a high alloy rolling mandrel having excellent seizure resistance and service life can be produced.
  • This high alloy rolling mandrel bar is especially It is useful for producing seamless steel pipes by mandrel mill rolling of stainless steels under severe rolling conditions. Further, according to the operation method of the seamless steel pipe manufacturing apparatus of the present invention, both the rolling of ordinary steel and the rolling of high alloy steel can be performed under the condition that no seizure occurs. In addition, since the life of the mandrel bar is extended, the trouble of changing the setup is reduced and the manufacturing cost is reduced.

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Abstract

　高合金継目無鋼管を熱間圧延するのに用いるマンドレルバーの表面処理方法であって、マンドレルバーにスケール付け熱処理をした後、Cr含有量が８％以下の普通鋼を５０パス以上圧延する。これにより優れた耐焼付性および耐用寿命を有する高合金圧延用マンドレルバーを提供することができる。  

Description

明 細 書
高合金圧延用マンドレルバ一、その表面処理方法および製造方法、なら びに継目無鋼管製造装置の操業方法
技術分野
[0001] 本発明は、マンドレルバ一、その表面処理方法および製造方法、ならびに、継目無 鋼管製造装置の操業方法に関するものである。
背景技術
[0002] マンドレルミル圧延は、熱間で継目無鋼管を製造する工程の一つである。素管は、 マンドレルバ一および多スタンドの孔型ロールによって拘束しながら軸方向に送りを 与えること〖こより圧延される。通常、マンドレルバ一には固体潤滑剤を主成分とする潤 滑被膜が形成されている。しかし、マンドレルバ一と素管内面は厳しいすべり摩擦状 態となるため、完全な潤滑状態を維持するのは容易ではない。このため、マンドレル バーには、繰り返し摩耗、焼付き、肌荒れ、クラック等の表面損傷が生じ、寿命にいた る。
[0003] マンドレルバ一としては、一般に、 SKD6、 SKD61等の熱間加工用工具鋼の表面 を研磨した後、硬度調整と表面へのスケール付与のため、焼入れ、焼戻しを施したも のが使用される。
[0004] 近年、 13%Cr鋼等の高合金鋼管の需要が高まるに従い、種々の問題が生じてきた 。そのうちの一つに、マンドレルバ一の焼付きがある。これは、高合金鋼の変形抵抗 が高いこと、高合金鋼素管の内面に酸化スケールが生成しにくいことなどの理由によ る。このため、高合金鋼の圧延時には、通常マンドレルバ一表面に潤滑剤を供給し ているが、焼付きを完全には防止できない。焼付きが生じると、圧延中に振動が生じ るなどして製品寸法に悪影響を及ぼし、バーのストリツビング不良を起こす。その結果 、素管内面に軸方向の筋状の疵が発生し、製品とする場合に多大の手入れ工数及 び費用を要することになる。
[0005] これらの問題に関して、特許文献 1には「母材表面に軸方向の中心線平均粗さが 0 . 5〜5. 0 mの窒化処理層を有することを特徴とする熱間継目無管製造用マンドレ ルバ一」が提案されている。
[0006] 特許文献 2には「継目無鋼管圧延用穿孔形状に成形されたマンドレルの磨耗表面 部に、 Cu, Zn, A1金属あるいはこれらの合金を拡散浸透する処理を施してその表面 結晶粒界部を脆化させた後、調質熱処理するか、または製管圧延初期時の高温急 速加熱で、該結晶粒界脆化部に微細な亀甲状の表層微小割れを生成させることを 特徴とする継目無鋼管圧延用穿孔マンドレルの製造法」が提案されて！ヽる。
[0007] 特許文献 1 :特開平 6— 262220号公報
特許文献 2：特開平 6— 339709号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] 特許文献 1で提案されているマンドレルバ一の製造には高額の設備投資が必要で ある。また、表面処理層を厚くするためには長時間の処理が必要である。このため、 特許文献 1に提案のマンドレルバ一の製造は現実的には難 、。
[0009] 特許文献 2の方法は折損が懸念されるため、本格的な実用化には結びついていな い。
[0010] 本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、優れた耐焼付性 および耐用寿命を有する高合金圧延用マンドレルバ一（マンネスマン—マンドレルミ ル方式による継目無鋼管の製造に用いるマンドレルバ一）の表面処理方法および製 造方法を提供することを目的とする。本発明は、さらに、普通鋼の圧延も、高合金鋼 の圧延も焼付きが生じな 、条件で行うことができる継目無鋼管の製造装置の操業方 法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0011] 本発明者らは、上記の目的を達成するため、実操業におけるマンドレルバーを詳 細に観察するとともに、マンドレルバ一の耐用寿命を向上させるための種々検討を行 つた。その結果、以下の知見を得た。
[0012] (A)高合金鋼を圧延すると焼付きが発生しやすい。特に、新バーを使用すると焼付 きが発生する確率が高い。
[0013] (B)焼付きの生じたバーを詳細に観察した結果、焼付き発生箇所にはバーメタル部 が露出しており、表面スケールや潤滑層が無力つた。つまり、バーメタル部の露出を 防止することが、焼付き防止に繋がる。
[0014] 本発明者らは、このような知見に基づき鋭意研究を行った。その結果、 Cr含有量が 8%以下の普通鋼を一定回数以上圧延したマンドレルバ一は、バーメタル部の露出 を防止できるので、その後に高合金鋼の圧延に用いても、焼き付きの発生が生じにく いことを見出した。
[0015] 本発明は、下記 (1)に示す高合金圧延用マンドレルバ一の表面処理方法、下記 (2) に示す高合金圧延用マンドレルバ一の製造方法および下記 (3)に示す継目無鋼管 製造装置の操業方法を要旨とする。
[0016] (1)マンドレルバ一にスケール付け熱処理をした後、 Cr含有量が 8%以下の普通鋼 を 50パス以上圧延したことを特徴とする高合金圧延用マンドレルバ一。
[0017] (2)高合金 «目無鋼管を熱間圧延するのに用いるマンドレルバ一の表面処理方法 であって、マンドレルバ一にスケール付け熱処理をした後、 Cr含有量が 8%以下の普 通鋼を 50パス以上圧延することを特徴とする高合金圧延用マンドレルバ一の表面処 理方法。
[0018] (3)高合金継目無鋼管を熱間圧延するのに用いるマンドレルバ一の製造方法であ つて、マンドレルバ一にスケール付け熱処理をした後、 Cr含有量が 8%以下の普通 鋼を 50パス以上圧延することを特徴とする高合金圧延用マンドレルバ一の製造方法
[0019] (4)継目無鋼管の製造装置を操業する方法であって、スケール付け熱処理をした マンドレルバ一を用いて Cr含有量が 8%以下の普通鋼を 50パス以上圧延した後、高 合金鋼を圧延することを特徴とする継目無鋼管製造装置の操業方法。
発明の効果
[0020] 本発明によれば、優れた耐焼付性および耐用寿命を有する高合金圧延用マンドレ ルバ一を製造することができる。この高合金圧延用マンドレルバ一は、特に、 13%Cr 鋼等の圧延条件の厳し 、ステンレス鋼をマンドレルミル圧延して継目無鋼管を製造 するのに有用である。また、本発明の継目無鋼管の製造装置の操業方法によれば、 普通鋼の圧延も、高合金鋼の圧延も焼付きが生じない条件で行うことができる。また 、マンドレルバ一の寿命が長くなるので、段取り替えの手間を減らし、製造コストの低 減に寄与する。
発明を実施するための最良の形態
[0021] 本発明の高合金圧延用マンドレルバ一は、例えば、 SKD6、 SKD61等の合金工 具鋼鋼材からなる母材を外削加工した後、研磨またはショット加工をし、さらに表面処 理を実施して製造される。外削加工前には 950〜1050°Cの焼入れ処理および 600 〜750°Cの焼戻し処理を実施するのが一般的である。
[0022] 表面処理は、マンドレルバ一にスケール付け熱処理をした後、 Cr含有量が 8%以 下の普通鋼を 50パス以上圧延することによりおこなう。
[0023] ここで、表面処理前の母材の表面粗さ Raが 0.2未満の場合、スケールの付着力が 弱ぐ表面処理時にスケールが剥離するおそれがある。一方、 Raが 4. 0を超えると、 バー凸部が圧延材に食い込み摩擦係数が増加するおそれがある。従って、表面処 理前の母材の表面粗さは、 0. 2〜4. 0の範囲であることが望ましい。
[0024] マンドレルバ一にスケール付け熱処理を施すのは、バー表面にスケールを付着さ せて、主として Cr含有量が 8%以下である普通鋼の圧延時に、バーメタル部の露出 を防止するためである。
[0025] マンドレルバ一に施すスケール付け熱処理の条件には制限はない。ただし、 550 °C未満では上記の効果が不十分であり、 750°Cを超えるとバーが軟化するおそれが ある。従って、熱処理温度は、 550〜750°Cの範囲で行うのがよい。また、熱処理時 間は、 1時間未満では、スケールの密着性が不十分となるおそれがある。 15時間を 超えると、バーが軟ィ匕する場合がある。このため、熱処理時間は 1〜15時間の範囲 で行うのが望ましい。
[0026] Cr含有量が 8%以下の普通鋼を 50パス以上圧延することにより、バーメタルの露出 を防止する。この理由は、必ずしも明確ではないが、この圧延により普通鋼由来のス ケール (被膜)がマンドレルバ一表面に付着し、圧延によりスケールの密着力が向上 するためであると考えられる。
[0027] 上記の圧延時には、延伸比を 1. 5以上に調整するのが望ましい。これは、延伸比 が 1. 5未満では、圧下力が小さぐスケールの転着量が少ないからである。また、この ような低延伸比では密着力が不十分となると考えられる。これとは別に、延伸比が 1. 5未満では、表面処理のために特別な段取りを用意しなければならず、生産性が阻 害される。
[0028] Cr含有量が 8%を超える鋼を圧延すると、前述のスケール付け熱処理により形成さ せたスケールが剥離し、バーメタルを露出させる。従って、 Cr含有量が 8%以下の普 通鋼を圧延することとした。 Cr含有量は 5%以下とするのが望ましい。
[0029] 普通鋼の圧延回数が少ない場合には被膜が全面に生成されず、高合金鋼の圧延 時の焼付きを完全に防止できない。従って、 50パス以上圧延することとした。普通鋼 のパス数は、多い方が望ましぐ特に 100パス以上が望ましい。
[0030] し力し、普通鋼の Cr含有量が 8%以下の範囲内であっても、 Cr量が多い普通鋼の パス数が多いと、圧延材表面に生成するスケール量が減少する場合がある。従って、 普通鋼を下記のように分類するとき、鋼群 Aのノ ス数には制限はないが、鋼群 Bは 40 パス以下、鋼群 Cは 15パス以下とするのが望ましい。
鋼群 A: Cr含有量が 0. 5%未満の普通鋼
鋼群 B: Cr含有量が 0. 5%以上 5. 0%未満の普通鋼
鋼群 C : Cr含有量が 5. 0%以上 8%の普通鋼
[0031] 継目無鋼管の製造装置にお!、ては、まず、スケール付け熱処理をしたマンドレルバ 一を用いて Cr含有量が 8%以下の普通鋼を 50パス以上圧延した後、引き続いて高 合金鋼を圧延するのがよい。このような操業方法を採用することで、普通鋼の圧延も 、高合金鋼の圧延も焼付きが生じない条件で行うことができる。また、マンドレルバ一 の寿命が長くなるので、段取り替えの手間を減らし、製造コストの低減に寄与する。
[0032] この操業方法においては、 Cr含有量が 8%以下の普通鋼の圧延と高合金鋼の圧 延とを連続して実施してもよ 、し、普通鋼を 50パス以上圧延したマンドレルバーをス トツクしておき、その後に高合金鋼の圧延に用いてもよ!、。
[0033] なお、本発明の表面処理を施しても、高合金鋼の圧延を相当程度行うと、マンドレ ルバ一の表面性状が劣化する。このような場合には、マンドレルバ一の表面を外削' 研磨し、必要であれば、熱処理を実施し、スケール付け熱処理をした後、 Cr含有量 力 以下の普通鋼を 50パス以上圧延する本発明の表面処理を施せばよい。 実施例
[0034] SKD61の素材を研磨により表面粗さ Raを 0. 4に調整した後、熱処理によりショァ 硬度 Hsで 50〜55に硬度調整した。これを外径 134mmに切削してマンドレルバ一 を得た。このマンドレルバ一を用いて、外径 181πιπιΦ、肉厚 17. 5mmt、長さ 7000 mmLの素管を、外径 147Φ、肉厚 6. 5mmt、長さ 21000mmLの ϋ目無鋼管に成 形するマンドレルミル圧延をした。被圧延材には、表 1に示す普通鋼、合金鋼および 高合金鋼を用いた。
[0035] [表 1] 表 1
Figure imgf000007_0001
[0036] 表 1中の「圧延可能パス数」は、高合金鋼の圧延を開始してから、圧延中の振動、ス トリッピング不良等の不具合が生ずるまでのパス数を意味する。
[0037] 表 1に示すように、本発明例 1〜12では、いずれも 21パス以上の圧延が可能であ つた。特に、ならし圧延のパス数が 100パス以上であった本発明例 3、 4、 6および 12 では、 30パスを超える圧延が可能であった。これに対し、比較例ではいずれも 11パ ス以下で不具合が生じた。
産業上の利用可能性
[0038] 本発明によれば、優れた耐焼付性および耐用寿命を有する高合金圧延用マンドレ ルバ一を製造することができる。この高合金圧延用マンドレルバ一は、特に、 13%Cr 鋼等の圧延条件の厳し 、ステンレス鋼をマンドレルミル圧延して継目無鋼管を製造 するのに有用である。また、本発明の継目無鋼管の製造装置の操業方法によれば、 普通鋼の圧延も、高合金鋼の圧延も焼付きが生じない条件で行うことができる。また 、マンドレルバ一の寿命が長くなるので、段取り替えの手間を減らし、製造コストの低 減に寄与する。

Claims

請求の範囲
[1] マンドレルバ一にスケール付け熱処理をした後、 Cr含有量が 8%以下の普通鋼を 5 0パス以上圧延したことを特徴とする高合金圧延用マンドレルバ一。
[2] 高合金継目無鋼管を熱間圧延するのに用いるマンドレルバ一の表面処理方法で あって、マンドレルバ一にスケール付け熱処理をした後、 Cr含有量が 8%以下の普通 鋼を 50パス以上圧延することを特徴とする高合金圧延用マンドレルバ一の表面処理 方法。
[3] 高合金継目無鋼管を熱間圧延するのに用いるマンドレルバ一の製造方法であって 、マンドレルバ一にスケール付け熱処理をした後、 Cr含有量が 8%以下の普通鋼を 5 0パス以上圧延することを特徴とする高合金圧延用マンドレルバ一の製造方法。
[4] 継目無鋼管の製造装置を操業する方法であって、スケール付け熱処理をしたマン ドレルバ一を用いて Cr含有量が 8%以下の普通鋼を 50パス以上圧延した後、高合 金鋼を圧延することを特徴とする継目無鋼管製造装置の操業方法。
PCT/JP2007/056676 2006-03-28 2007-03-28 高合金圧延用マンドレルバー、その表面処理方法および製造方法、ならびに継目無鋼管製造装置の操業方法 WO2007114173A1 (ja)

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