WO2013161175A1 - 穿孔圧延用プラグの製造方法 - Google Patents

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知央 山本
東田　泰斗
日高　康善
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新日鐵住金株式会社
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    • Y10T29/49982—Coating
    • Y10T29/49986—Subsequent to metal working

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a piercing and rolling plug (hereinafter also simply referred to as “plug”) used in a piercing and rolling machine (hereinafter also simply referred to as “piercing machine”) used for the production of seamless steel pipes.
  • the present invention relates to a method for manufacturing a piercing-rolling plug in which a coating is formed by arc spraying a thermal spray wire mainly composed of iron on the surface of a plug base material.
  • the seamless steel pipe can be manufactured by the Mannesmann pipe manufacturing method.
  • This pipe making process consists of the following steps: (1) A material (round billet) heated to a predetermined temperature is pierced and rolled by a piercing machine, and formed into a hollow shell (hollow shell); (2) The hollow shell is stretch-rolled by a stretching mill (eg, mandrel mill); (3) Using a constant diameter rolling mill (eg, stretch reducer), the stretched hollow shell is constant-rolled to a predetermined outer diameter and thickness.
  • a stretching mill eg, mandrel mill
  • a constant diameter rolling mill eg, stretch reducer
  • a plug In piercing and rolling with a piercing machine, a plug is used as a piercing tool. This plug is attached to the end of the core metal and pierces the billet heated to a high temperature of about 1200 ° C., so that it is exposed to a severe situation where high surface pressure is applied with high heat.
  • a plug uses hot tool steel as a base material, and in order to protect the base material, an oxide scale film is previously formed on the surface of the base material by heat treatment, and then used for piercing and rolling.
  • the scale film on the plug surface plays a role of blocking heat transfer from the billet to the plug base material and preventing seizure between the billet and the plug.
  • Such a plug with a scale coating is gradually worn with repeated piercing and rolling.
  • the heat shielding effect by the coating is reduced, so that the temperature of the plug rises during drilling, and the plug base material is easily melted and thermally deformed.
  • seizure occurs and wrinkles are generated on the inner surface of the steel pipe. For this reason, the plug becomes unusable at the time when the film is lost, and the life is reached.
  • Patent Document 1 instead of a scale film formed by heat treatment as a film to be formed on the surface of the plug base material, an iron wire is arc sprayed on the surface of the plug base material and Fe oxide and A plug in which a film composed of Fe is formed is disclosed.
  • This plug with arc sprayed coating is expected to improve the plug life because the coating on the plug surface is composed of Fe oxide and Fe, and is excellent in heat shielding properties and anti-seizure properties.
  • the Fe oxide in the coating is in flight until the iron wire is melted by arc spraying and the molten material (Fe) reaches the plug base metal surface. It is produced by oxidation. For this reason, during arc spraying, it is necessary to increase the spraying distance from the sprayer to the plug base metal surface to some extent to ensure a sufficient time for the molten material to fly (oxidation time). A molten material that does not reach the surface of the plug base material may be generated. As a result, the film formation time tends to be long, and the manufacturing efficiency of the plug cannot be improved.
  • the amount of Fe oxide in the film depends on the degree of progress of oxidation of the molten material, it may not reach the desired amount, and as a result, the plug life may become unstable. For these reasons, there is room for improvement in terms of improving the manufacturing efficiency of the plug and stably improving the plug life, and it is strongly required to manufacture a plug for piercing and rolling that can improve this point.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and presupposes that a coating is formed by arc spraying a thermal sprayed wire mainly composed of iron on the surface of a plug base material. It is to provide a method of manufacturing a piercing-rolling plug having properties: (1) Improve plug manufacturing efficiency; (2) The plug life can be stably improved.
  • the gist of the present invention is as follows.
  • a method of manufacturing a plug used in a piercing and rolling machine used for manufacturing a seamless steel pipe The manufacturing method of the piercing and rolling plug is as follows: A shot blasting process for performing shot blasting on the surface of the plug; An arc spraying step in which a sprayed wire is arc sprayed on the surface of the base material of the plug subjected to shot blasting to form a coating, and In the arc spraying process, as the thermal spray wire, among the iron particles and iron oxide particles, arc spraying is performed using a cored wire in which at least iron oxide particles are filled in an iron tube, and the iron spray is composed of iron oxide and Fe. Forming a coating film, A manufacturing method of a plug for piercing and rolling characterized by the above.
  • the iron oxide particles are preferably one or more of FeO particles, Fe 3 O 4 particles, and Fe 2 O 3 particles.
  • the method for manufacturing a plug for piercing and rolling of the present invention has the following remarkable effects: (1) Improve plug manufacturing efficiency; (2) The plug life can be stably improved.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a thermal spray wire used in arc spraying in the method for manufacturing a piercing-rolling plug of the present invention.
  • the present inventors presuppose that a coating is formed by arc spraying a thermal spray wire mainly composed of iron on the surface of a plug base material, and various methods for forming the coating are used. Tests were conducted and extensive studies were conducted. As a result, the following knowledge was obtained.
  • arc spraying for example, an arc is generated between the ends of two sprayed wires that serve as electrodes to melt the sprayed wire, and at the same time, a jet of compressed air, nitrogen gas, or the like is supplied between the ends of the sprayed wire to melt the material.
  • a jet of compressed air, nitrogen gas, or the like is supplied between the ends of the sprayed wire to melt the material.
  • This is a technique for forming a film by blowing a molten material onto an object.
  • the coating formed on the base material surface of the plug is composed of Fe oxide (iron oxide) and Fe.
  • the Fe oxide in the coating is generated by the oxidation during the flight until the iron wire melts and the molten iron reaches the plug base metal surface during arc spraying.
  • Fe in the film is the molten iron that has reached the plug base metal surface without being oxidized during flight.
  • a thermal spray wire an iron tube of the same quality as an iron wire is used as an outer shell, and a cored wire in which iron oxide particles are filled in the iron tube and in some cases further filled with iron particles is adopted.
  • a coating composed of Fe oxide (iron oxide) and Fe can be formed on the surface of the plug base material, similar to that disclosed in Patent Document 1. .
  • the iron oxide in the coating is oxidized during the flight until the iron tube constituting the cored wire and the iron particles are melted and the molten iron reaches the plug base metal surface.
  • the generated iron oxide particles constituting the cored wire reach the plug base material surface.
  • Fe in the film is the molten iron that has reached the plug base metal surface without being oxidized during flight.
  • most of the Fe oxide in the coating formed by arc spraying using a cored wire is composed of a cored wire by reducing the spraying distance from the sprayer to the surface of the plug base material in advance. It is based on iron oxide particles. Therefore, if the filling amount of iron oxide particles is properly controlled, the amount of Fe oxide in the film becomes a desired amount. Therefore, such a plug with an arc sprayed coating has a desired amount of Fe oxide in the coating during repeated piercing and rolling, so that the plug life is stably improved.
  • the iron tube and iron particles constituting the cored wire are used as the root, and it is not necessary to actively oxidize them during the arc spraying to generate Fe oxide, so the spraying distance. Can be reduced. Therefore, the film formation time can be shortened, and the manufacturing efficiency of the plug can be improved.
  • the plug manufacturing method of the present invention shot blasting is performed on the surface of the plug prior to arc spraying.
  • the piercing-rolled film remaining on the plug surface is removed and the base material surface of the plug is exposed.
  • the surface of the plug base material is roughened to moderate irregularities.
  • the surface of the plug base material is roughened to an appropriate unevenness. The reason why the shot blasting is performed in this way is that the adhesiveness between the plug base material and the coating is enhanced if arc spraying is performed on the surface of the plug base material having an appropriate unevenness without any remaining coating.
  • a coating is formed by arc spraying a cored wire containing iron as a main component on the surface of the base material of the plug subjected to shot blasting.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a thermal spray wire used in arc spraying in the method for manufacturing a piercing-rolling plug of the present invention.
  • a cored wire 1 is used as a thermal spray wire.
  • the cored wire 1 has an outer shell made of an iron tube 2.
  • the iron tube 2 is filled with iron oxide particles 3.
  • the iron oxide particles 3 may be any of iron (II) (FeO) particles, iron (III) (Fe 2 O 3 ) particles, and iron (II, III) (Fe 3 O 4 ) particles. Good. Two or more of these iron oxides may be mixed. Moreover, the iron oxide particles 3 are not limited to granular particles, but also include powders and short fibers.
  • the iron tube 2 may be filled with iron particles 4 in addition to the iron oxide particles 3.
  • the iron particles 4 are not limited to particles, but also include particles and short fibers.
  • a film composed of Fe oxide (iron oxide) and Fe can be formed on the surface of the base metal of the plug by arc spraying using the cored wire (thermal spray wire) 1 having such a configuration.
  • the cored wire thermal spray wire 1 having such a configuration.
  • most of the Fe oxide in the coating is based on the iron oxide particles 3 constituting the cored wire 1. Therefore, if the filling amount of the iron oxide particles 3 is properly controlled, the amount of Fe oxide in the film becomes a desired amount.
  • the iron tube 2 and the iron particles 4 constituting the cored wire 1 are used as sources, it is not necessary to actively oxidize them during arc spraying to generate Fe oxide. Can be reduced. Thereby, the film formation time can be shortened, and the manufacturing efficiency of the plug is improved.
  • the arc sprayed coating plug thus manufactured has a desired amount of Fe oxide in the coating. Therefore, the plug life is improved during repeated piercing and rolling.
  • the iron tube 2 when applying one or more of FeO particles, Fe 3 O 4 particles, and Fe 2 O 3 particles as the iron oxide particles 3, the iron tube 2, the iron oxide particles 3, and the iron particles 4 are used. It is preferable that the proportion of the iron oxide particles 3 in the entire cored wire 1 is 45 to 75% by volume. More preferably, it is 50 to 70% by volume. This is due to the following reason.
  • the ratio of the region occupied by Fe oxide in the film composed of Fe oxide and Fe is a viewpoint of improving the plug life. Therefore, it is preferably 55 to 80%, more preferably 60 to 75%.
  • the ratio of the iron oxide particles 3 in the cored wire 1 is controlled in the above-mentioned preferable range so that the amount of Fe oxide generated in this way is anticipated and the oxide ratio in the film is in the above-mentioned preferable range.
  • the plug manufacturing method of the present invention when the coating is formed by arc spraying, arc spraying is performed while moving the spraying machine gradually away from the surface of the plug base material so that the spraying distance gradually increases. Can do. As a result, a film in which the oxide ratio gradually increases toward the surface layer is formed on the plug base material. As described above, when a film having a low oxide ratio in the adjacent part to the plug base material and a high oxide ratio in the surface layer part is formed, the plug base material is secured while ensuring heat insulation and anti-seizure property in the surface layer part of the film. This is useful in that the adhesion can be secured at the adjacent portion with the material.
  • a piercing and rolling plug was manufactured, and a test was conducted in which the manufactured plug was mounted on a piercing machine and pierced and rolled.
  • the test conditions are as follows.
  • FeO particles (Test No. 1), Fe 3 O 4 particles (Test No. 2), and Fe 2 O 3 particles (Test No. 1) as iron oxide particles in the cored wire. 3), and a cored wire employing a mixture thereof (Test No. 4) was used.
  • the ratio of iron oxide particles in the cored wire was 60% by volume.
  • the iron tube of the cored wire was filled with iron particles together with the iron oxide particles according to the proportion of the iron oxide particles.
  • arc spraying was performed with the spraying distance from the sprayer to the plug base material surface being a constant 100 mm.
  • arc spraying was performed using the iron wire shown in Patent Document 1 and a spraying distance of 600 mm, which was larger than when using a cored wire (Test No. 5).
  • plug life ratio The life ratio of plugs on which arc sprayed coatings were formed using each of the cored wires 1 to 4 (hereinafter referred to as “plug life ratio”) was used. Repeated piercing and rolling was carried out with 14 plugs under each condition, and the plug life under each condition was the average value.
  • Test No. When an arc sprayed coating was formed using a cored wire filled with iron oxide particles as in 1-4, test no. Compared with the case where an iron wire was used as in 5, the film formation time was shortened. This is because the spraying distance can be reduced. From this, it was found that the use of a cored wire filled with iron oxide particles can shorten the film formation time and improve the manufacturing efficiency of the plug. Moreover, test no. Plugs in which an arc sprayed coating is formed using a cored wire filled with iron oxide particles as in Nos. 1 to 4 are shown in Test Nos. As shown in FIG. 5, it was found that the increase in the plug life ratio was recognized as compared with the case where the iron wire was used, and the plug life was stably improved.
  • the present invention can be effectively used for the production of high alloy steel seamless steel pipes.

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Abstract

　継目無鋼管の製造に用いられる穿孔圧延機で使用されるプラグの製造方法は、プラグの表面にショットブラストを施すショットブラスト工程と、ショットブラストを施したプラグの母材表面に溶射線材をアーク溶射して皮膜を形成するアーク溶射工程と、を含み、アーク溶射工程では、溶射線材として、鉄粒子、および酸化鉄粒子（ＦｅＯ粒子、Ｆｅ３Ｏ４粒子およびＦｅ２Ｏ３粒子のうちの一種または二種以上）のうちで、少なくとも酸化鉄粒子が鉄製チューブの内部に充填されてなるコアードワイヤを用いてアーク溶射を行い、酸化鉄およびＦｅで構成される皮膜を形成する。これにより、プラグの製造能率を向上でき、穿孔圧延時に安定してプラグ寿命を向上できる穿孔圧延用プラグを製造することが可能である。

Description

穿孔圧延用プラグの製造方法
　本発明は、継目無鋼管の製造に用いられる穿孔圧延機（以下、単に「穿孔機（ピアサ）」ともいう）で使用される穿孔圧延用プラグ（以下、単に「プラグ」ともいう）の製造方法に関し、特に、プラグの母材表面に鉄を主成分とする溶射線材をアーク溶射することによって皮膜が形成された穿孔圧延用プラグの製造方法に関する。
　継目無鋼管は、マンネスマン製管法により製造することができる。この製管法は、次のステップからなる：
　（１）穿孔機により、所定温度に加熱された素材（丸ビレット）を穿孔圧延し、中空素管（ホローシェル）に成形する；
　（２）延伸圧延機（例：マンドレルミル）により、中空素管を延伸圧延する；
　（３）定径圧延機（例：ストレッチレデューサ）により、延伸圧延した中空素管を所定の外径と肉厚に定径圧延する。
　穿孔機による穿孔圧延においては、穿孔用工具としてプラグが用いられる。このプラグは、芯金の先端に装着され、１２００℃程度の高温に加熱されたビレットを穿孔するため、高熱で高面圧を負荷される過酷な状況にさらされる。一般に、プラグは、熱間工具鋼を母材とし、この母材を保護するために、予め熱処理によって母材表面に酸化スケールの皮膜が形成され、そのうえで穿孔圧延に使用される。穿孔圧延時、プラグ表面のスケール皮膜は、ビレットからプラグ母材への熱伝達を遮るとともに、ビレットとプラグとの焼き付きを防止する役割を担う。
　このようなスケール皮膜付きプラグは、穿孔圧延を繰り返すことに伴って、スケール皮膜が次第に摩耗する。スケール皮膜が摩耗すると、皮膜による遮熱効果が低下するため、穿孔中にプラグの温度が上昇し、プラグ母材の溶損や熱変形が生じやすくなる。また、スケール皮膜が消失しプラグ母材が直接ビレットに接触するようになると、焼き付きが生じ、鋼管の内面に疵が発生する。このため、プラグは、皮膜が失われた時点で使用不能となり、寿命に至る。
　特に、Ｃｒを９％以上含有する高Ｃｒ含有鋼やＮｉ基合金やステンレス鋼といった高合金鋼からなる継目無鋼管を製造する場合、穿孔圧延の際にプラグ表面のスケール皮膜の摩耗が顕著に起こり、プラグ寿命の低下が著しくなる。例えば、ステンレス鋼の穿孔では、プラグ表面のスケール皮膜は２、３パス（連続穿孔回数）で摩耗し、そのプラグは寿命に至る。このため、プラグを頻繁に交換する事態が生じ、鋼管の製造効率が低い。したがって、高合金鋼の継目無鋼管を製造する場合は特に、穿孔圧延時にプラグ寿命を向上させ、これにより鋼管の製造効率を高めることが要求される。
　このような要求に対し、例えば、特許文献１には、プラグ母材の表面に形成する皮膜として、熱処理によるスケール皮膜に代え、プラグ母材の表面に鉄線材をアーク溶射してＦｅ酸化物およびＦｅで構成される皮膜を形成したプラグが開示されている。このアーク溶射皮膜付きプラグは、プラグ表面の皮膜がＦｅ酸化物およびＦｅで構成されるため、遮熱性および焼き付き防止性に優れ、プラグ寿命の向上が期待できる。
　ところで、同文献に開示されるアーク溶射皮膜付きプラグでは、皮膜中のＦｅ酸化物は、アーク溶射で鉄線材を溶融させ、その溶融材料（Ｆｅ）をプラグ母材表面に到達するまでの飛行中に酸化させることにより生成する。このため、アーク溶射時に、溶射機からプラグ母材表面までの溶射距離をある程度大きくして、溶融材料が飛行する時間（酸化する時間）を十分に確保する必要があるが、溶射距離が大きいと、プラグ母材表面に到達しない溶融材料が発生し得る。その結果、皮膜の形成時間が長くなりがちであり、プラグの製造能率の向上を図れない。
　また、皮膜中のＦｅ酸化物の量は、溶融材料の酸化の進展度合いに依存するので、所望する量にならないおそれがあり、その結果、プラグ寿命が不安定になるおそれがある。これらのことから、プラグの製造能率を向上させるとともに、プラグ寿命の向上を安定して得るという点では改善の余地があり、この点を改善できる穿孔圧延用プラグを製造することが強く求められる。
特許第４２７９３５０号公報
　本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、プラグの母材表面に鉄を主成分とする溶射線材をアーク溶射して皮膜を形成することを前提とし、その目的は、次の特性を有する穿孔圧延用プラグの製造方法を提供することである：
　（１）プラグの製造能率を向上できること；
　（２）安定してプラグ寿命を向上できること。
　本発明の要旨は、次の通りである。
　継目無鋼管の製造に用いられる穿孔圧延機で使用されるプラグの製造方法であって、
　当該穿孔圧延用プラグの製造方法は、
　プラグの表面にショットブラストを施すショットブラスト工程と、
　ショットブラストを施したプラグの母材表面に溶射線材をアーク溶射して皮膜を形成するアーク溶射工程と、を含み、
　アーク溶射工程では、溶射線材として、鉄粒子、および酸化鉄粒子のうちで、少なくとも酸化鉄粒子が鉄製チューブの内部に充填されてなるコアードワイヤを用いてアーク溶射を行い、酸化鉄およびＦｅで構成される皮膜を形成すること、
を特徴とする穿孔圧延用プラグの製造方法。
　この製造方法では、前記酸化鉄粒子がＦｅＯ粒子、Ｆｅ３Ｏ４粒子およびＦｅ２Ｏ３粒子のうちの一種または二種以上であること、が好ましい。
　本発明の穿孔圧延用プラグの製造方法は、下記の顕著な効果を有する：
　（１）プラグの製造能率を向上できること；
　（２）安定してプラグ寿命を向上できること。
図１は、本発明の穿孔圧延用プラグの製造方法におけるアーク溶射で用いる溶射線材の横断面図である。
　本発明者らは、上記目的を達成するため、プラグ母材の表面に鉄を主成分とする溶射線材をアーク溶射して皮膜を形成することを前提とし、その皮膜を形成する手法について種々の試験を実施し、鋭意検討を重ねた。その結果、以下の知見を得た。
　アーク溶射は、例えば、電極となる２本の溶射線材の先端間にアークを発生させて溶射線材を溶融させ、同時に溶射線材の先端間に圧縮空気や窒素ガスなどのジェットを供給して溶融材料を吹き飛ばし、これにより、対象物に溶融材料を吹き付けて皮膜を形成する技術である。前記特許文献１に開示されるアーク溶射では、溶射線材として鉄線材を用いることから、プラグの母材表面に形成される皮膜は、Ｆｅ酸化物（酸化鉄）およびＦｅで構成される。この皮膜中のＦｅ酸化物は、アーク溶射の際に、鉄線材が溶融し、その溶融鉄がプラグ母材表面に到達するまでの飛行中に酸化することによって生成したものである。皮膜中のＦｅは、溶融鉄が飛行中に酸化しないままでプラグ母材表面に到達したものである。
　これに対し、溶射線材として、鉄線材と同質の鉄製チューブを外殻とし、その鉄製チューブ内に、酸化鉄粒子が充填され、場合によってはさらに鉄粒子が充填されてなるコアードワイヤを採用し、このコアードワイヤを用いてアーク溶射を行えば、プラグの母材表面に、前記特許文献１に開示されるものと同様に、Ｆｅ酸化物（酸化鉄）およびＦｅで構成される皮膜を形成することができる。この皮膜中のＦｅ酸化物は、アーク溶射の際に、コアードワイヤを構成する鉄製チューブ、さらには鉄粒子が溶融し、その溶融鉄がプラグ母材表面に到達するまでの飛行中に酸化することによって生成したものであるとともに、コアードワイヤを構成する酸化鉄粒子がプラグ母材表面に到達したものである。皮膜中のＦｅは、溶融鉄が飛行中に酸化しないままでプラグ母材表面に到達したものである。
　このようにコアードワイヤを用いたアーク溶射によって形成された皮膜中のＦｅ酸化物は、溶射機からプラグ母材表面までの溶射距離を予め小さくしてアーク溶射を行うことにより、その大半がコアードワイヤを構成する酸化鉄粒子を根源とするものとなる。そのため、酸化鉄粒子の充填量を適正に管理しておけば、皮膜中のＦｅ酸化物は、所望する量となる。したがって、このようなアーク溶射皮膜付きプラグは、繰り返しの穿孔圧延時に、皮膜中のＦｅ酸化物が所望量であることから、安定してプラグ寿命が向上する。しかも、アーク溶射に際し、コアードワイヤを構成する鉄製チューブおよび鉄粒子を根源とし、それらをアーク溶射中に積極的に酸化させてＦｅ酸化物を生成させるようなことはしなくてもよいので、溶射距離を縮小することができる。したがって、皮膜の形成時間を短縮することができ、プラグの製造能率の向上が可能になる。
　本発明は、上記の知見に基づき完成させたものである。以下に、本発明のプラグの製造方法の好ましい態様について説明する。
　本発明のプラグの製造方法では、アーク溶射の施工に先立ち、プラグの表面にショットブラストを施す。これにより、穿孔圧延に繰り返し使用され、寿命に至った後に再生するプラグを対象とする場合にあっては、プラグ表面に残存する穿孔圧延ままの皮膜が除去されてプラグの母材表面が露出するとともに、プラグ母材表面が適度な凹凸に荒される。また、新たに製作されるプラグを対象とする場合でも、プラグ母材表面が適度な凹凸に荒される。このようにショットブラストを施す理由は、残存皮膜が無く適度な凹凸のプラグ母材表面にアーク溶射を施せば、プラグ母材と皮膜との密着性が高まるからである。
　続いて、本発明のプラグの製造方法では、ショットブラストを施したプラグの母材表面に、鉄を主成分とするコアードワイヤを溶射線材としてアーク溶射し、皮膜を形成する。
　図１は、本発明の穿孔圧延用プラグの製造方法におけるアーク溶射で用いる溶射線材の横断面図である。同図に示すように、本発明では、溶射線材としてコアードワイヤ１を用いる。このコアードワイヤ１は、その外殻が鉄製チューブ２で構成される。
　鉄製チューブ２の内部には、酸化鉄粒子３が充填されている。酸化鉄粒子３は、酸化鉄（II）（ＦｅＯ）の粒子、酸化鉄（III）（Ｆｅ２Ｏ３）の粒子、および酸化鉄（II、III）（Ｆｅ３Ｏ４）の粒子のいずれでもよい。これら酸化鉄の二種以上を混合してもよい。また、酸化鉄粒子３は、単に粒状のものに限らず、粉状や短繊維状のものも含む。
　鉄製チューブ２の内部には、酸化鉄粒子３に加えて、鉄粒子４が充填されても構わない。鉄粒子４も、単に粒状のものに限らず、粉状や短繊維状のものも含む。
　このような構成のコアードワイヤ（溶射線材）１を用いたアーク溶射により、プラグの母材表面には、Ｆｅ酸化物（酸化鉄）およびＦｅで構成される皮膜を形成することができる。その際、溶射距離を予め小さくしておくことにより、皮膜中のＦｅ酸化物の大半は、コアードワイヤ１を構成する酸化鉄粒子３を根源とするものとなる。そのため、酸化鉄粒子３の充填量を適正に管理しておけば、皮膜中のＦｅ酸化物は、所望する量となる。しかも、コアードワイヤ１を構成する鉄製チューブ２および鉄粒子４を根源とし、それらをアーク溶射中に積極的に酸化させてＦｅ酸化物を生成させるようなことはしなくてもよいので、溶射距離を縮小することができる。これにより、皮膜の形成時間を短縮することができ、プラグの製造能率が向上する。こうして製造されたアーク溶射皮膜付きプラグは、皮膜中のＦｅ酸化物の量が所望量となる。したがって、繰り返しの穿孔圧延時に、プラグ寿命が向上する。
　ここで、酸化鉄粒子３として、ＦｅＯ粒子、Ｆｅ３Ｏ４粒子およびＦｅ２Ｏ３粒子のうちの一種または二種以上を適用する場合、鉄製チューブ２および酸化鉄粒子３、さらに鉄粒子４を含めたコアードワイヤ１全体の中で、酸化鉄粒子３の占める割合が４５～７５体積％であることが好ましい。より好ましくは、５０～７０体積％である。これは以下の理由による。
　前記特許文献１に開示されるように、Ｆｅ酸化物およびＦｅで構成される皮膜中でＦｅ酸化物の占める領域の比率（以下、「酸化物比率」という）は、プラグ寿命の向上を図る観点から、５５～８０％であることが好ましく、より好ましくは６０～７５％である。ここで、上記のコアードワイヤ１を用いてアーク溶射を行った場合、鉄製チューブ２、さらには鉄粒子３を根源とするＦｅ酸化物も多少は生成し、皮膜中に含まれる。このように生成するＦｅ酸化物の量を見越し、皮膜中の酸化物比率が上記の好適範囲となるように、コアードワイヤ１中で酸化鉄粒子３の占める割合を上記の好適範囲に管理する。
　また、本発明のプラグの製造方法では、アーク溶射による皮膜形成の際、溶射距離が徐々に広がるように、溶射機をプラグの母材表面から徐々に遠ざかるように移動させながらアーク溶射を行うことができる。これにより、プラグ母材には、酸化物比率が表層側ほど次第に増加する皮膜が形成される。このように、プラグ母材との隣接部で酸化物比率が低く、表層部で酸化物比率が高い皮膜を形成した場合、皮膜の表層部で遮熱性および焼き付き防止性を確保しつつ、プラグ母材との隣接部で密着性を確保できる点で有用である。
　本発明の効果を確認するため、穿孔圧延用プラグを製造し、製造したプラグを穿孔機に装着して穿孔圧延する試験を行った。その試験条件は、下記の通りである。
　［試験方法］
　（１）プラグの製造
　ＪＩＳ規定の熱間工具鋼を母材とし、最大直径が１４７ｍｍである砲弾形状のプラグを多数準備した。各プラグの表面にショットブラストを施した後、各プラグの母材表面に、前記図１に示すコアードワイヤを用いたアーク溶射を行って皮膜を形成し、アーク溶射皮膜付きプラグを製造した。
　その際、コアードワイヤ中の酸化鉄粒子として、下記表１に示す通りに、ＦｅＯ粒子（試験Ｎｏ．１）、Ｆｅ３Ｏ４粒子（試験Ｎｏ．２）、およびＦｅ２Ｏ３粒子（試験Ｎｏ．３）、並びにそれらを混合したもの（試験Ｎｏ．４）を採用したコアードワイヤを用いた。コアードワイヤ中で酸化鉄粒子の占める割合は、いずれも６０体積％とした。なお、コアードワイヤの鉄製チューブ内には、酸化鉄粒子の占める割合に応じ、酸化鉄粒子とともに鉄粒子を充填した。さらに、アーク溶射皮膜の形成に際しては、溶射機からプラグ母材表面までの溶射距離を一定の１００ｍｍにしてアーク溶射を行った。また、比較のために、前記特許文献１に示す鉄線材を用い、溶射距離を、コアードワイヤを用いたときよりも大きい一定の６００ｍｍにしてアーク溶射を行った（試験Ｎｏ．５）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　（２）穿孔圧延
　上記の各プラグを使用して、約１２００℃に加熱した下記の被加工材（素材）を繰り返し穿孔圧延し、下記のホローシェルを作製した。
　・被加工材の寸法　：直径１９１ｍｍ、長さ２２００ｍｍの丸ビレット
　・被加工材の材質　：１３％Ｃｒ鋼
　・ホローシェル　　：外径１９６ｍｍ、肉厚１６．８２ｍｍ、長さ６５２０ｍｍ
　［評価方法］
　アーク溶射による皮膜の形成時間を調査し、プラグの製造能率を評価した。プラグ製造能率の評価は、上記表１中の試験Ｎｏ．５のように鉄線材を用いた場合の皮膜形成時間を基準「１」とし、これに対する試験Ｎｏ．１～４の各コアードワイヤを用いた場合の皮膜形成時間の比率（以下、「皮膜形成時間比」という）で行った。
　さらに、プラグごとに繰り返し穿孔圧延を行い、穿孔圧延を終えるたびにプラグの外観を検査し、皮膜が剥離してプラグが使用できなくなるか、またはプラグ先端部に溶損もしくは変形が発生したときのパス回数、すなわち連続して穿孔圧延することができたビレットの本数（連続穿孔回数）を調査した。この連続穿孔回数をプラグ寿命として評価した。プラグ寿命の評価は、試験Ｎｏ．５のように鉄線材を用いてアーク溶射皮膜が形成されたプラグの寿命を基準「１」とし、これに対する試験Ｎｏ．１～４の各コアードワイヤを用いてアーク溶射皮膜が形成されたプラグの寿命の比率（以下、「プラグ寿命比」という）で行った。なお、繰り返しの穿孔圧延は各条件とも１４個のプラグで実施し、各条件のプラグ寿命はその平均値とした。
　［試験結果］
　試験結果を表１に示す。この結果から次のことが示される。
　試験Ｎｏ．１～４のように、酸化鉄粒子を充填したコアードワイヤを用いてアーク溶射皮膜を形成した場合、試験Ｎｏ．５のように鉄線材を用いた場合と比較し、皮膜の形成時間が短くなった。これは、溶射距離を小さくできたことによる。このことから、酸化鉄粒子を充填したコアードワイヤを用いれば、皮膜の形成時間を短縮することができ、プラグの製造能率の向上が可能になることがわかった。しかも、試験Ｎｏ．１～４のように、酸化鉄粒子を充填したコアードワイヤを用いてアーク溶射皮膜が形成されたプラグは、試験Ｎｏ．５のように鉄線材を用いた場合と比較して、プラグ寿命比の上昇が認められ、安定してプラグ寿命が向上することがわかった。
　本発明は、高合金鋼の継目無鋼管の製造に有効に利用できる。
　　１：コアードワイヤ（溶射線材）、　　２：鉄製チューブ、
　　３：酸化鉄粒子、　　４：鉄粒子
 

Claims (2)

  1. 　継目無鋼管の製造に用いられる穿孔圧延機で使用されるプラグの製造方法であって、
    　当該穿孔圧延用プラグの製造方法は、
    　プラグの表面にショットブラストを施すショットブラスト工程と、
    　ショットブラストを施したプラグの母材表面に溶射線材をアーク溶射して皮膜を形成するアーク溶射工程と、を含み、
    　アーク溶射工程では、溶射線材として、鉄粒子、および酸化鉄粒子のうちで、少なくとも酸化鉄粒子が鉄製チューブの内部に充填されてなるコアードワイヤを用いてアーク溶射を行い、酸化鉄およびＦｅで構成される皮膜を形成すること、
    を特徴とする穿孔圧延用プラグの製造方法。
  2. 　前記酸化鉄粒子がＦｅＯ粒子、Ｆｅ３Ｏ４粒子およびＦｅ２Ｏ３粒子のうちの一種または二種以上であること、
    を特徴とする請求項１に記載の穿孔圧延用プラグの製造方法。
     
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