(57)【要約】【課題】耐久性に優れた、押出コンテナ２のライナー１０の提供。【解決手段】押出コンテナ２のライナー１０は、摺動面１８の近傍に窒化層を有する。この窒化層は、摺動面１８に露出する白層と、この白層に連続する拡散層とを含む。摺動面１８の硬さは、８００ＨＶ以上である。窒化層の深さは、２００μｍ以上である。白層の深さは、１５μｍ以下である。ライナー１０は、耐久性に優れる。この押出コンテナ２により、高品質な鋼管が得られうる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
その摺動面の近傍に窒化層を有しており、
上記窒化層が、上記摺動面に露出する白層と、この白層に連続する拡散層とを含んでおり、
上記摺動面の硬さが８００ＨＶ以上であり、
上記窒化層の深さが２００μｍ以上であり、
上記白層の深さが１５μｍ以下である押出コンテナのライナー。
【請求項２】
（１）その材質が金属であるビレットを準備する工程
及び
（２）その摺動面の近傍に窒化層を有しており、上記窒化層が上記摺動面に露出する白層とこの白層に連続する拡散層とを含んでおり、上記摺動面の硬さが８００ＨＶ以上であり、上記窒化層の深さが２００μｍ以上であり、上記白層の深さが１５μｍ以下であるライナーを有する押出コンテナにて、上記ビレットに押出加工を施す工程
を含む金属管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料に押出加工を施すためのコンテナに含まれる、ライナーに関する。詳細には、本発明は、ライナーの表面処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
継ぎ目なし鋼管の製造方法として、押出が知られている。この押出では、高温のビレットがコンテナに装入され、加圧される。加圧により、ビレットの金属材料が口金から押し出され、管が形成される。
【０００３】
コンテナは、筒状のライナーを有している。このライナーの内周面は、ビレットと摺動する。高温及び高圧な環境下における摺動により、ライナーが摩耗する。摩耗が進行したライナーは、新品に交換される。
【０００４】
押出に、潤滑ガラスが使用されることがある。このガラスは、ライナーの内周面にこびりつく。さらに、ビレットに起因する酸化スケールが、内周面にこびりつくこともある。ガラス及び酸化スケールの除去の目的で、ライナーが水洗される。水洗により、ライナーが冷やされる。ライナーは、昇温及び降温を繰り返す。この繰り返しによりライナーがダメージを受け、内周面に疵が発生する。この疵は、鋼管に転写される。疵は、鋼管の品質を阻害する。
【０００５】
特開昭５８−１５４４１３号公報には、内周面に窒化処理が施されたライナーが開示されている。この窒化処理により、ライナーの内周面の高硬度が達成されている。この内周面は、摩耗しにくい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５８−１５４４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
窒化処理が施されたライナーでは、表面から内部に至る大きな割れが発生しやすい。この割れが発生したライナーは、もはや使用に耐えない。
【０００８】
ライナーの内周面にクロムメッキを施す手段も、検討されている。クロムメッキは、摺動面の硬度を高める。従ってクロムメッキは、摩耗を抑制する。しかし、このライナーでは、クロムメッキの剥離や、メッキ層の割れが発生しやすい。このライナーの寿命も、長くない。
【０００９】
ライナーには、長寿命の要請がある。同様の要請は、鋼管以外の金属製品の押出においても、存在する。
【００１０】
本発明の目的は、耐久性に優れたライナーの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る押出コンテナのライナーは、その摺動面の近傍に窒化層を有する。この窒化層は、摺動面に露出する白層と、この白層に連続する拡散層とを含む。摺動面の硬さは、８００ＨＶ以上である。窒化層の深さは、２００μｍ以上である。白層の深さは、１５μｍ以下である。
【００１２】
他の観点によれば、本発明に係る金属管の製造方法は、
（１）その材質が金属であるビレットを準備する工程
及び
（２）その摺動面の近傍に窒化層を有しており、上記窒化層が上記摺動面に露出する白層とこの白層に連続する拡散層とを含んでおり、上記摺動面の硬さが８００ＨＶ以上であり、上記窒化層の深さが２００μｍ以上であり、上記白層の深さが１５μｍ以下であるライナーを有する押出コンテナにて、上記ビレットに押出加工を施す工程
を含む。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る押出コンテナのライナーは、摩耗しにくく、疵がつきにくく、割れが生じにくい。このライナーは、耐久性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るライナーを有する押出コンテナが示された概念図である。
【図２】図２は、図１の押出コンテナのライナーの一部が示された拡大断面図である。
【図３】図３は、図２のライナーの一部が示された拡大断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施例に係る試験片が示された顕微鏡写真である。
【図５】図５は、比較例に係る試験片が示された顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。
【００１６】
図１には、押出コンテナ２がビレット４と共に示されている。この押出コンテナ２は、マントル６、ホルダー８、ライナー１０、マンドレル１２、ピストン１４及び口金１６を有している。マントル６に、ホルダー８が収容されている。このホルダー８は、円筒状である。このホルダー８に、ライナー１０が収容されている。このライナー１０も、円筒状である。ライナー１０は、ホルダー８によってホールドされている。
【００１７】
ビレット４には、マンドレル１２が通されている。このビレット４は、高温である。このビレット４は、ピストン１４によって左向きに押圧される。この押圧により、ビレット４は左方向（図１における矢印Ａの方向）に移動する。この移動のとき、ビレット４はライナー１０の内周面１８と摺動する。この内周面１８は、摺動面である。ピストン１４による押圧により、ビレット４の金属材料がマンドレル１２と共に口金１６から押し出される。この金属材料により、金属管が形成される。
【００１８】
図２は、図１の押出コンテナ２のライナー１０の一部が示された拡大断面図である。図２における矢印Ａは、ビレット４の進行方向を表す。このライナー１０は、窒化層２０を有している。この窒化層２０は、摺動面１８（図１参照）の近傍に位置している。この窒化層２０は、摺動面１８に露出している。
【００１９】
窒化層２０は、素材に窒化処理が施されることで形成されている。典型的な素材は、合金工具鋼である。窒化処理により、素材にＮが拡散する。このＮは、Ｃｒ窒化物、Ｍｏ窒化物等を析出させる。分散して析出する窒化物が転位を固着するので、この窒化層２０は高強度である。この窒化層２０を有するライナー１０では、摺動面１８が摩耗しにくい。このライナー１０は、長寿命である。摩耗の抑制の観点から、摺動面１８の硬さは８００ＨＶ以上が好ましく、９００ＨＶ以上がより好ましく、１０００ＨＶ以上が特に好ましい。硬さは、１２００ＨＶ以下が好ましい。
【００２０】
硬度は、ビッカース硬度計によって測定される。測定では、圧子が摺動面１８に押し込まれる。試験荷重は、９８０７Ｎである。
【００２１】
窒化層２０は、メッキ層のような、素材の上に積層される層ではない。窒化層２０は、素材の内部に形成される層である。従ってこの窒化層２０は、剥離しにくい。この窒化層２０を有するライナー１０は、長寿命である。
【００２２】
窒化層２０は、耐熱性に優れる。従って、摺動面１８が高温（例えば６００℃）のビレット４と摺動しても、窒化層２０はダメージを受けにくい。このライナー１０には、疵が付きにくい。従ってこのライナー１０を有するコンテナ２による押出では、金属管に疵が生じにくい。
【００２３】
窒化層２０に、多数の微小割れが生じることがある。前述の通り、窒化層２０は剥離しにくい。従って、微小割れを有したままで、窒化層２０は残存する。この微小割れにガラス潤滑剤が侵入すると、アンカー効果により、摺動面１８にガラス潤滑剤が保持される。このライナー１０は、潤滑性に優れる。
【００２４】
図３は、図２のライナー１０の一部が示された拡大断面図である。図３における矢印Ａは、ビレット４の進行方向を表す。図３では、図２のライナー１０の一部が更に拡大されている。図３に示されるように、窒化層２０は白層２２と拡散層２４とを有している。白層２２は、摺動面１８（図１参照）に露出している。拡散層２４は、白層２２に連続しており、この白層２２の内側（摺動面１８の反対側）に位置している。
【００２５】
白層２２は、セラミック質である。白層２２は、多量の金属間化合物を含有する。この白層２２は、硬くて脆い。拡散層２４では、素材である金属にＮが拡散しており、窒化物が分散析出している。拡散層２４は、白層２２に比べて低硬度である。拡散層２４は、白層２２に比べて靱性に優れる。
【００２６】
図２及び３において矢印Ｄｐ１で示されているのは、窒化層２０の深さである。図３において矢印Ｄｐ２で示されているのは、白層２２の深さである。このライナー１０では、窒化層２０の深さＤＰ１は２００μｍ以上であり、白層２２の深さＤｐ２は１５μｍ以下である。換言すれば、拡散層２４の深さは１８５μｍ以上である。この拡散層２４は深く、白層２２は浅い。このライナー１０では、白層２２が硬度に寄与し、拡散層２４が靱性に寄与する。このライナー１０が繰り返しの熱履歴を受けたときの、窒化層２０での大きな割れの発生を、拡散層２４が抑制する。このライナー１０は、長寿命である。
【００２７】
大きな割れが生じにくいとの観点から、白層２２の深さＤｐ２は１２μｍ以下がより好ましく、１０μｍ以下が特に好ましい。摺動面１８の硬度及びガラス潤滑剤の保持の観点から、深さＤｐ２は５μｍ以上が好ましい。
【００２８】
大きな割れが生じにくいとの観点から、窒化層２０の深さＤｐ１は２１０μｍ以上がより好ましく、２２０μｍ以上が特に好ましい。深さＤｐ１は、２３０μｍ以下が好ましい。
【００２９】
このライナー１０の製作では、まず素材に粗加工が施される。典型的には、粗加工として、素材に切削加工が施される。この素材に、熱処理が施される。典型的な熱処理は、焼入れ−焼戻しである。この素材に、仕上げ加工が施される。典型的には、仕上げ加工として、素材に研削が施される。この素材に窒化処理が施され、ライナー１０が得られる。典型的な窒化処理は、イオン窒化処理及びガス窒化処理である。イオン窒化処理及びガス窒化処理では、拡散層２４におけるＣｒ−Ｃ化合物の偏析（いわゆるカモメマーク）が抑制される。イオン窒化処理及びガス窒化処理により、靱性に優れた窒化層２０が得られうる。
【００３０】
本発明に係る金属管の製造方法は、
（１）その材質が金属であるビレット４を準備する工程
及び
（２）その摺動面１８の近傍に窒化層２０を有しており、この窒化層２０が摺動面１８に露出する白層２２とこの白層２２に連続する拡散層２４とを含んでおり、摺動面１８の硬さが８００ＨＶ以上であり、窒化層２０の深さが２００μｍ以上であり、白層２２の深さが１５μｍ以下であるライナー１０を有する押出コンテナ２にて、ビレット４に押出加工を施す工程
を含む。
【００３１】
この製造方法により、表面の疵が少ない金属管が、コンスタントに得られうる。金属管の典型的な材質は、炭素鋼及び合金鋼である。
【実施例】
【００３２】
以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。
【００３３】
［実験１］
［実施例１］
材質が熱間ダイス鋼である素材に粗加工を施し、更に焼入れ−焼戻しを施して、内周面の硬度が５５０ＨＶである筒体を得た。この筒体の内周面に仕上加工を施し、さらにこの内周面にガス窒化処理を施して、ライナーを得た。窒化層の深さは、２００μｍであった。このライナーの摺動面の硬度は、１０００ＨＶであった。このライナーが組み込まれた押出コンテナにて、材質が合金鋼であるビレットを繰り返し押し出して、鋼管を製作した。押出回数が７０００回のときの鋼管には、疵がほとんど見られなかった。
【００３４】
［実施例２］
窒化条件を異ならせた他は実施例１と同様にして、ライナーを得た。窒化層の深さは、２５０μｍであった。このライナーが組み込まれた押出コンテナにて、材質が合金鋼であるビレットを繰り返し押し出して、鋼管を製作した。押出回数が７０００回のときの鋼管には、疵がほとんど見られなかった。
【００３５】
［比較例１］
窒化条件を異ならせた他は実施例１と同様にして、ライナーを得た。窒化層の深さは、１５０μｍであった。このライナーが組み込まれた押出コンテナにて、材質が合金鋼であるビレットを繰り返し押し出して、鋼管を製作した。押出回数が４０００回のときの鋼管に、疵が見られた。
【００３６】
［比較例２］
材質が熱間ダイス鋼である素材に粗加工を施し、更に焼入れ−焼戻しを施して、内周面の硬度が５５０ＨＶである筒体を得た。この筒体の内周面に仕上加工を施し、さらにこの内周面にクロムメッキを施して、ライナーを得た。このライナーの摺動面の硬度は、５８０ＨＶであった。このライナーが組み込まれた押出コンテナにて、材質が合金鋼であるビレットを繰り返し押し出して、鋼管を製作した。２４００回の押出を行ったところ、鋼管に多数の疵が見られたので、ライナーを交換した。使用済みのライナーの摺動面を顕微鏡で観察すると、クロムメッキ層の割れ及び剥離が見られた。
【００３７】
［実験２］
［実施例］
材質が熱間ダイス鋼である試験片を準備した。この試験片の表面に、ガス窒化処理を施した。この処理の後の試験片の表面硬度は、１０００ＨＶであった。
【００３８】
［比較例］
材質が熱間ダイス鋼である試験片を準備した。この試験片の表面に、塩浴窒化処理を施した。この処理の後の試験片の表面硬度は、６００ＨＶであった。
【００３９】
［耐ヒートチェック性の評価］
試験片に圧痕を形成した。この試験片に対し、加熱及び冷却を繰り返した。圧痕の周辺におけるクラックの様子を、顕微鏡で観察した。この結果が、図４及び図５に示されている。図４には実施例に係る試験片が示されており、図８には比較例に係る試験片が示されている。図４では、クラックが見られない。図５では、圧痕の周辺にて、多数のクラックが見られた。これらのクラックは、放射状に広がっている。この結果から、実施例に係る試験片が耐ヒートチェック性に優れていることが分かる。
【００４０】
実験１及び２の結果から、本発明の優位性は明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係るライナーは、種々の金属製品の押出に適している。
【符号の説明】
【００４２】
２・・・押出コンテナ
４・・・ビレット
６・・・マントル
８・・・ホルダー
１０・・・ライナー
１２・・・マンドレル
１４・・・ピストン
１６・・・口金
１８・・・摺動面
２０・・・窒化層
２２・・・白層
２４・・・拡散層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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