(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造された素材の穿孔を行い、前記穿孔孔よりも大きな球形状物体をその穿孔孔の内面に通過させた後、加熱することによって、穿孔孔内表面から少なくとも厚さ３ｍｍを再結晶微細組織とし、ついで熱間押出加工することを特徴とする熱間押出合金管の製造方法。
【請求項２】
前記穿孔孔を通過させる球形状物体の断面積が、穿孔孔の断面積よりも１．８％以上大きいことを特徴とする請求項１記載の熱間押出合金管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステンレス鋼、超合金等の連続鋳造材を素材として、管を熱間押出加工して製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属加工法には、大別して熱間加工法と冷間加工法とがある。加工力を小さくする方法として、熱間加工法が広く採用されている。その中には１回の加工で大きい加工率が取れ、かつダイス、マンドレルの交換のみで種々の寸法の管が容易に得られるという点では特に熱間加工法が有利である。
【０００３】
熱間押出加工に供する素材の製造方法である連続鋳造技術の発達は、ステンレス鋼、超合金等においても例外ではなく、工程省略の利点を享受出来る段階に達しており、連続鋳造素材を熱間押出加工に適用することで大幅な歩留向上が期待される。
【０００４】
しかし、加熱時に相変態を生じない材料の連続鋳造素材を熱間押出加工した場合に、押出製品の内外表面に、押出方向にスジ状欠陥が多発し、商品価値を著しく損なうという欠点があり、このため塑性異方性の大なるステンレス鋼、超合金等においては、連続鋳造素材を熱間押出加工して円滑な表面を有する管製品を製造することが出来なかった。なお、このスジ状欠陥は分塊素材を用いた場合には、殆ど見られない。
【０００５】
このうち、押出製品の外表面に発生するスジ状欠陥を防止する対策として、例えば、特公昭６２−３３００９号公報に記載された方法が知られている。この方法では、外面に冷間加工を施した後、加熱することによって、表面から少なくとも３ｍｍ厚の表面層の組織を再結晶微細組織とし、ついで熱間押出加工することにより、外表面に発生するスジ状欠陥を防止することができる。なお、冷間加工の方法としては、センターレスピーリングマシン、冷間ローリング、またはショットブラスト、サンドブラスト、グリッドブラスト、液体ホーニング等の粒子吹き付け加工でもよい。
【０００６】
しかし、これらの方法では、穿孔されたビレットの内面に十分な冷間加工を施すことが困難なため、押出管製品の場合には、内表面にスジ状欠陥が多発し、商品価値を著しく損なうという欠点があった。
また、発明者らは、ビレット穿孔時の刃物のガイドパッド押し付け、ローラーバニッシング、冷間引抜き用プラグ引抜き、同プラグ押し込みを用いてビレット内面への冷間加工付与を行なったが、何れも十分な冷間加工を廉価に施すことは困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、熱間押出の加熱時に相変態を生じないステンレス鋼や超合金等の熱間押出製品を製造するにあたり、連続鋳造素材を用いて、分塊素材を用いた場合と同等以上の内表面品質を廉価に得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、良好な内表面を持つ熱間押出管を得る方法について種々研究した結果、連続鋳造された素材の穿孔を行い、前記穿孔穴よりも大きな球形状物体をその穿孔穴の内面に通過させた後、加熱することによって、穿孔穴内表面から少なくとも厚さ３ｍｍを再結晶微細組織とし、ついで熱間押出加工することにより、分塊素材を用いた場合と同等以上の内表面品質を有する熱間押出合金管の製造が可能となり、また、前記穿孔穴を通過させる球形状物体の断面積が、穿孔穴の断面積よりも１．８％以上大きい必要のあることを見出した。
ここで穿孔穴の断面積との比較のため、以下に定義した拡管率を用いる。
拡管率＝（通過物の断面積−穿孔穴断面積）／（穿孔穴断面積）
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、良好な内表面を持つ熱間押出管を得る方法について種々研究した結果、以下の知見を得た。
ビレット穿孔穴よりも大きな物体を、穿孔穴に通過させる、すなわち、その後の加熱によって、穿孔穴内表面から少なくとも厚さ３ｍｍが再結晶微細組織となる物体を通過させること、また穿孔穴内表面から少なくとも厚さ３ｍｍを再結晶微細組織とするためには、前記穿孔穴を通過させる物体の断面積が、穿孔穴の断面積よりも１．８％以上大きい必要があることを見出した。
【００１０】
ビレット穿孔穴よりも大きな物体を、穿孔穴に通過させるためには、硬く、かつ靱性のある材質特性をもつ、たとえばＳＵＪ２製鋼球等を用いる必要がある。これは、鋼球の方が従来検討したガイドパッド、ローラーバニッシングによる冷間加工付与よりも拡管率を高くとることができるためである。また、通過方法としては、太径棒を用いた押し抜き法が挙げられる。これは、冷間引抜き用プラグ引抜き、同プラグ押し込みに比べ、プラグ焼き付き、プラグ保持部の変形、破損頻度が著しく低いためである。
【００１１】
図１に、ビレットと鋼球の関係を示す。また、図２、図３に、鋼球押し抜き装置を示す。ここで、ビレット１をビレット保持装置７上に保持した後、鋼球５をビレットボトム側４の鋼球保持装置６上に置く。次に、鋼球５がビレットボトム端に接する位置にまで鋼球保持装置６を移動させる。なお、ビレット１の向きは、この逆の向きでもよい。次に、ビレット１、鋼球５、太径棒８の順となるように設置された太径棒８を、油圧等の動力源（図示しない）により作動する太径棒押し込み用シリンダー９により作動させ、太径棒８の先端に設置された鋼球５をビレット穿孔穴２の中に押し込み、さらに押し抜く。これにより、ビレット内面に必要な冷間加工を施すことが出来る。本装置は極めて簡単な構造であるため、廉価な設備費で設置が可能であり、また、故障も極めて少なく、廉価な操業コストで作業可能である。
【００１２】
【実施例】
（実施例１）
以下実施例１について説明する。オーステナイト系ステンレス、ＳＵＳ３０４素材の主な履歴を表１に示す。
また、表１に実施例の製造条件と評価結果をまとめて示す。実施例Ｎｏ．１は連鋳素材の内面に穿孔穴よりも０．３ｍｍ大きいＳＵＪ２製鋼球を通過させた本発明例、Ｎｏ．２は連鋳素材の内面に穿孔穴よりも０．２ｍｍ大きいＳＵＪ２製鋼球を通過させた比較例、Ｎｏ．３は連鋳素材の内面にガイドパッドにより内表面冷間加工を行なった比較例、Ｎｏ．４は連鋳素材の内面にローラーパッドにより内表面冷間加工を行なった比較例、Ｎｏ．５は分塊素材の場合の従来例である。
【００１３】
Ｎｏ．１は連続鋳造素材を用い、センターレスピーリングマシンによる外表面皮削り時にクラッシュ量（クラッシュ量＝素材直径−押えロールの接触円直径）２ｍｍの外表面冷間ローリング加工を行ない、連続鋳造素材の端面は別の冷間ローリング設備で加工を行ない、穿孔加工の後、穿孔穴よりも０．３ｍｍ大きいＳＵＪ２製鋼球を通過させた。この場合、センターレスピーリングマシンでのクラッシュによる微細化表面層の厚さ、および冷間ローリング加工によるビレット外面の加熱後の再結晶微細化表面層の厚さは何れも５〜６ｍｍ、鋼球通過によるビレット内面の加熱後の再結晶微細化表面層の厚さは３ｍｍであった。
【００１４】
Ｎｏ．２はＮｏ．１と同様の外表面および端面冷間ローリング加工を行ない、穿孔加工の後、穿孔穴よりも０．２ｍｍ大きいＳＵＪ２製鋼球を通過させた。この場合、ビレット内面の微細化表面層の厚さは２ｍｍであった。Ｎｏ．３はＮｏ．１と同様の外表面および端面冷間ローリング加工を行ない、穿孔加工の後、穿孔穴よりも０．１ｍｍ大きいガイドパッドを押し付けた（ローラーバニッシング）。この場合、ビレット内面の微細化表面層の厚さは０．３ｍｍであった。Ｎｏ．４はＮｏ．１と同様の外表面および端面冷間ローリング加工を行ない、穿孔加工の後、穿孔穴よりも０．１ｍｍ大きいローラーを押し付けた。この場合、ビレット内面の微細化表面層の厚さは０．３ｍｍであった。
【００１５】
Ｎｏ．５は分塊素材を用いた。外表面、端面、内表面共にローリング等の冷間加工を行なってはいないが、分塊を行なっているため、全厚みにわたって、微細化組織であった。
【００１６】
上記加工を実施した後に熱間押出加工を行なった押出管の内表面粗さ測定結果を、表２に示す。表面粗さは、測定中最大のものから１０個を取り出して平均した値である。
【００１７】
本発明例によるＮｏ．１の押出製品の内面粗さは、円周方向および長手方向共に、２０μｍで両者に全く差はない。これはいずれも潤滑ガラスによるものであり、スジ状欠陥が発生していないことを示している。すなわち、ビレットの内表面の微細化層の厚さは３ｍｍあれば、問題ない内面品質が得られることを示している。
【００１８】
これに対して、比較例のＮｏ．２の押出製品の内面粗さは、円周方向では３５μｍ、長手方向では２０μｍである。円周方向ではスジ状欠陥のため粗さが大きくなっており、長手方向では潤滑ガラスによる粗さが主体となっているために粗さレベルは低くなっている。これは、ビレット内面の微細化表面層の厚さが２ｍｍと薄いため、熱間押出時に、ビレット内表面の微細化層が維持出来ず、内部の粗大鋳造組織が内表面にあらわれたためである。また、比較例のＮｏ．３およびＮｏ．４の押出製品の粗さは、円周方向では５０μｍ、長手方向では２０μｍである。これもまた、ビレット内面の微細化表面層の厚さが０．３ｍｍとＮｏ．２よりもさらに薄いため、熱間押出時に、ビレット内表面の微細化層が維持出来ず、内部の粗大鋳造組織がより顕著に内面にあらわれたためである。
【００１９】
一方、従来例のＮｏ．５では、押出製品の粗さは、円周方向および長手方向共に、２０μｍで両者に全く差はない。すなわち、ビレットの内表面の微細化層が、熱間押出加工時にも維持出来れば、問題のない内表面品質が得られることを示している。
【００２０】
【表１】
0003553273.tif 000002
【００２１】
【表２】
0003553273.tif 000003
【００２２】
（実施例２）
次に、実施例２について説明する。オーステナイト系ステンレス、ＳＵＳ３０４素材の主な履歴、製造条件および加熱後の再結晶微細化表面層の厚さを測定した結果を表３に示す。
Ｎｏ．６〜１０は、連続鋳造素材を用い、センターレスピーリングマシンによる外表面皮削り時にクラッシュ量２ｍｍの外表面冷間ローリング加工を行ない、連続鋳造素材の端面は別の冷間ローリング設備で加工を行ない、穿孔加工の後、穿孔孔３３．０ｍｍよりも０．５〜０．１ｍｍ大きいＳＵＪ２製鋼球を通過させた。この場合、拡管率を
拡管率＝（通過物の断面積−穿孔穴断面積）／（穿孔穴断面積）×１００（％）
とすると、拡管率で０．６〜３．１％となる。この場合、センターレスピーリングマシンでのクラッシュによる微細化表面層の厚さ、および冷間ローリング加工によるビレット外面の加熱後の再結晶微細化表面層の厚さは何れも５〜６ｍｍ、であった。
【００２３】
Ｎｏ．１１〜１５は、Ｎｏ．６〜１０と同様の工程で製造し、穿孔穴を、３８．１ｍｍとした。穿孔加工の後、穿孔穴３８．１ｍｍよりも０．１〜０．５ｍｍ大きいＳＵＪ２製鋼球を通過させた。この場合、拡管率で０．５〜２．６％となる。Ｎｏ．１６〜２０も、Ｎｏ．６〜１０と同様の工程で製造し、穿孔穴を、５０．８ｍｍとした。穿孔加工の後、穿孔穴５０．８ｍｍよりも０．１〜０．５ｍｍ大きいＳＵＪ２製鋼球を通過させた。この場合、拡管率で０．４〜２．０％となる。
【００２４】
実施例２で示したように、熱間押出時に、ビレット内表面の微細化層を維持し、内部の粗大鋳造組織が内表面にあらわれるのを防止するためには、ビレット内面の微細化表面層の厚さは３ｍｍ必要である。ここで、Ｎｏ．６〜２０を比較すると、拡管率が１．８％以上あれば、ビレット内面の微細化表面層の厚さが３ｍｍ以上となることを示している。
【００２５】
なお、ビレット内面の微細化表面層の厚さをさらに厚くすると、内表面品質はさらに良好となるが、鋼球押し込み設備の設備費、鋼球の原単位、鋼球押し込み能率の低下を招くため、過大な拡管率は不要である。
また、鋼球押し込み前にビレット内面へ、油脂等を塗布しておき、鋼球による焼き付きを防止することがさらに望ましい。
【００２６】
【表３】
0003553273.tif 000004
【００２７】
【表４】
0003553273.tif 000005
【００２８】
【表５】
0003553273.tif 000006
【００２９】
【発明の効果】
以上の如く、本発明によれば、ステンレス鋼、超合金等の連続鋳造材を素材として、簡単な設備により、穿孔孔内表面に廉価に高い冷間加工を施すことにより．、優れた内面品質を有する熱間押出管を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】ビレットと鋼球の関係を示す図。
【図２】鋼球打抜き装置の平面図。
【図３】鋼球押し抜き装置の側面図。
【符号の説明】
１    ビレット
２    穿孔孔
３    押出トップ側
４    押出ボトム側
５    鋼球
６    鋼球保持装置
７    ビレット保持装置
８    太径棒
９    太径棒押し込み用シリンダー
【図１】
0003553273.tif 000007
【図２】
0003553273.tif 000008
【図３】
0003553273.tif 000009