(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主剤と硬化剤とを、溶剤に混合し、スラリー状を呈する継目無鋼管穿孔圧延用工具の表面保護剤であって、
前記継目無鋼管穿孔圧延用工具を、表面に酸化スケール被膜を形成された穿孔圧延用工具とし、
前記主剤が、主剤全量に対する質量％で４〜40％の低融点化合物粉を含み、残部が酸化鉄粉からなり、かつ
前記低融点化合物粉が、Liと、Na、Si、Ba、Al、Ca、Ｋのうちから選ばれた１種以上とを含み、融点が600〜1000℃であり、
前記溶剤が水性溶剤またはアルコール性溶剤であることを特徴とする継目無鋼管穿孔圧延用工具の表面保護剤。
【請求項２】
前記酸化鉄粉が、ウスタイト粉またはマグネタイト粉、あるいはそれらの混合粉からなることを特徴とする請求項１に記載の継目無鋼管穿孔圧延用工具の表面保護剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、継目無鋼管の製造で使用するプラグ等の穿孔圧延用工具の表面保護剤に係り、とくに穿孔圧延用工具の耐久性向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、継目無鋼管の製造方法として、マンネスマン式製管法が広く用いられている。この方法は、所定の温度に加熱された圧延素材（丸鋼片あるいは丸鋳片）を、まず、穿孔圧延機による穿孔圧延工程を経て、中空素材としたのち、エロンゲータ、プラグミル、またはマンドレルミル等の延伸圧延機により肉厚を減少し、さらに必要に応じて再加熱したのち、絞り圧延機あるいはその他の成形機により、主として外径を減じて所望の寸法の継目無鋼管を得る方法である。
【０００３】
穿孔圧延機としては、２本の傾斜ロールと穿孔用プラグおよび２個のガイドシュウを組み合わせた、いわゆるマンネスマンピアサ、３本の傾斜ロールと穿孔用プラグを組み合わせた、いわゆる３ロールピアサ、あるいは２本の孔型ロールと穿孔用プラグとを組み合わせた、いわゆるプレスロールピアサが知られている。このような穿孔圧延機による穿孔圧延工程では、穿孔用プラグは、高温の圧延素材や中空素材との絶え間ない接触により、高温、高負荷の環境下に長時間晒され、摩耗、溶損等を生じやすい。このため、従来から、穿孔用プラグに高温でのスケール処理を施し、プラグ表面に数十〜数百μm厚の酸化スケール被膜を形成させて、プラグの損耗を防止していた。
【０００４】
しかし、最近では、熱間変形抵抗が高く、しかも表面に酸化スケールが形成されにくい、13Cr鋼や、ステンレス鋼等の高合金鋼製継目無鋼管の需要が増加している。このような高合金鋼の素材を穿孔圧延すると、プラグ表面に形成した酸化スケール被膜の損耗が激しくなり、とくにプラグ先端部の変形や焼付きを伴う損傷が早期に多発するため、プラグを早期に交換することが必要となる。このため、プラグコストの高騰を招き、さらに継目無鋼管の生産性の低下をも招くという問題があった。
【０００５】
このような問題に対し、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３には、プラグの組成や、スケール処理条件を適正化することにより、酸化スケール被膜の密着性、耐摩耗性を向上させ、プラグを長寿命化する方法が提案されている。
しかし、特許文献１、特許文献２、特許文献３に記載された技術では、プラグの長寿命化へのある程度の効果は認められるが、合金元素の多量含有を必要とし、あるいはプラグのスケール処理が複雑となり、プラグの生産性が低下し大量生産ができず、プラグの製造コストが高騰するうえ、プラグ寿命が低下するという問題があった。さらに、最近では、高合金鋼製継目無鋼管の需要増加に伴い、一層のプラグの長寿命化が要求されている。
【０００６】
このような要求に対し、たとえば、特許文献４には、穿孔圧延プラグ用潤滑剤が提案されている。特許文献４に記載された潤滑剤は、質量％で、黒鉛、マイカ、ベントナイト、バーミキュライト、二硫化モリブデンおよび窒化硼素のうちから選ばれた１種または２種以上の粒子状の物質：１〜10％、水分散型または水溶性の高分子：１〜10％、酸化硼素、硼酸、アルカリ金属硼酸塩、炭酸ナトリウムおよび炭酸カリウムのうちから選ばれた１種または２種以上の無機結合剤：０〜15％を含み、残部が水からなる。特許文献４に記載された技術では、この潤滑剤を、スケール付けされたプラグの少なくとも先端部の表面に塗布して、表面に所定厚さの潤滑剤塗膜を形成させたプラグを使用して、継目無鋼管の穿孔圧延を行うとしている。これにより、先端部の溶損が防止でき、プラグ寿命が向上するとしている。
【０００７】
また、特許文献５には、穿孔圧延用工具表面保護材が提案されている。特許文献５に記載された表面保護材は、質量％で、10〜80％の酸化鉄、１〜60％の鉄粉、５から40％のベントナイトまたはモンモリナイトからなる主骨材と、結合材と、繊維質構造材と、或いはさらに改質材とを含み、主骨材と改質材の合計が、20〜90％である、工具表面を覆い、工具表面を保護するハット形状の表面保護材である。
【０００８】
また、特許文献６には、穿孔圧延時の噛み込み性を悪化させることなく、内面品質の良好な継目無鋼管の製造方法が提案されている。特許文献６に記載された技術では、スケール付け熱処理済みのプラグに、表面スケール中のFeOとの共晶温度が1200℃以下のスケール溶融物質を塗布して、穿孔圧延に供するとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平08−193241号公報
【特許文献２】特開平07−60314号公報
【特許文献３】特開2000−190008号公報
【特許文献４】特開2001−234189号公報
【特許文献５】特開2002−224713号公報
【特許文献６】特開2002−248507号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献４に記載された技術によっても、複数本の穿孔圧延を連続して行うと、プラグに焼付きが生じ、連続圧延ができないという問題があった。また、特許文献５に記載された技術では、保護材の成型に多大の時間を要するうえ、穿孔圧延直前あるいは穿孔圧延中に、表面保護材が工具表面から脱落しやすいという問題があった。さらに、特許文献６に記載された技術では、早期にプラグに損傷が発生し、更なるプラグの長寿命化を達成できていないという問題がある。
【００１１】
本発明は、かかる従来技術の問題を有利に解決し、簡便に、プラグ等の穿孔圧延用工具の表面を保護でき、穿孔圧延用工具の寿命を更に長寿命化できる、継目無鋼管穿孔圧延用工具の表面保護剤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】
【００１２】
本発明者らは、上記した目的を達成するために、穿孔圧延用工具（プラグ）の寿命に影響する各種要因について鋭意研究した。表面に酸化スケール被膜を形成された穿孔圧延用工具（プラグ）では、工具の寿命は、酸化スケール被膜の損耗速度に律速され、表面に形成された酸化スケール被膜が消滅した時点で焼付き、溶損が生じ、廃却される。このため、このような工具では、工具表面を保持するために酸化スケールが最も重要となることに思い至った。
【００１３】
そこで、穿孔圧延用工具の長寿命化には、工具表面に予め形成された酸化スケール被膜を、適宜、補充することがよいことに思い至った。そして、酸化スケール被膜の簡便な補充方法として、特定組成の表面保護剤を塗布することが、有効であることに想到した。そして、表面保護剤として、ウスタイト、マグネタイト等の酸化鉄粉と、低融点の化合物粉と、を溶剤に混合し、スラリー状にした溶液（穿孔圧延用工具表面保護剤）とすれば、簡便にしかも確実に、圧延用工具表面の酸化スケール被膜を補充することができることを見出した。
【００１４】
そして、更なる検討によれば、上記した溶液を圧延用工具表面に塗布することにより、溶液中に含まれる低融点化合物の作用により、溶液中の酸化鉄粉が、工具表面の酸化スケール被膜と融合して酸化スケール被膜が補充され、あるいはさらに溶液中に含まれる低融点化合物の潤滑作用により酸化スケール被膜が補強され、酸化スケール被膜の損耗が抑制されて、工具の潤滑や断熱の低下が防止でき、穿孔圧延用工具の寿命延長が可能となることを知見した。
【００１５】
そして、このような溶液（表面保護剤）は、圧延用工具表面に塗布するだけでよく、特別な乾燥、成型等の工程を必要とすることなく、圧延用工具を保護することができ、簡便で穿孔圧延の生産性向上に大きく寄与することができるという利点もあることを知見した。
本発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
（１）主剤と硬化剤とを、溶剤に混合し、スラリー状を呈する継目無鋼管穿孔圧延用工具の表面保護剤であって、前記継目無鋼管穿孔圧延用工具を、表面に酸化スケール被膜を形成された穿孔圧延用工具とし、前記主剤が、主剤全量に対する質量％で４〜40％の低融点化合物粉を含み、残部が酸化鉄粉からなり、かつ、前記低融点化合物粉が、Liと、Na、Si、Ba、Al、Ca、Ｋのうちから選ばれた１種以上とを含み、融点が600〜1000℃であり、前記溶剤が水性溶剤またはアルコール性溶剤であることを特徴とする継目無鋼管穿孔圧延用工具の表面保護剤。
（２）（１）において、前記酸化鉄粉を、ウスタイト粉またはマグネタイト粉、あるいはそれらの混合粉とすることを特徴とする継目無鋼管穿孔圧延用工具の表面保護剤。  
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、予め酸化スケール被膜を形成された穿孔圧延用工具表面に、あるいは穿孔圧延に供された穿孔圧延用工具表面にさらに酸化スケール被膜を再形成された穿孔圧延用工具表面に、使用前さらに複数回の穿孔圧延の適当な時期に、穿孔圧延用工具表面に特定な組成を有する表面保護剤を塗布するという簡便な処理だけで、穿孔圧延用工具の寿命が格段に向上し、産業上格段の効果を奏する。また、本発明によれば、高Cr鋼製継目無鋼管の生産性向上に大きく寄与し、製造コストを低減することができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】圧延用工具（プラグ）の損傷状態を、模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の表面保護剤は、継目無鋼管の製造における穿孔圧延で使用する穿孔圧延用工具表面を保護する表面保護剤である。
本発明の穿孔圧延用工具の表面保護剤は、溶剤に主剤と硬化剤とを混合したものであり、スラリー状を呈する。本発明の表面保護剤では、主剤は、酸化鉄粉を主体とし、主剤全量に対する質量％で４〜40％の低融点化合物粉を含む。
【００１９】
主剤の主体である酸化鉄粉は、ウスタイト（FeO）粉またはマグネタイト（Fe３O４）粉、あるいはそれらの混合粉とすることが好ましい。  
また、主剤に含まれる「低融点化合物粉」は、600〜1000℃の範囲の融点を有する低融点化合物を主体とする粉末とする。なお、融点が600℃未満では酸化スケールが低い温度で軟化し、表面保護剤としての作用が不足する。一方融点が1000℃を超えると酸化鉄粉と工具表面の酸化スケールと融合しにくくなり、表面保護剤が剥離しやすくなる。このため、低融点化合物の融点は600〜1000℃の範囲に限定した。
【００２０】
低融点化合物としては、Liと、Na、Si、Ba、Al、Ca、Ｋのうちの１種以上を含む化合物が例示でき、具体的には、低融点化合物粉は、ガラス類、鋳造用フラックスを粉粒体化したもの、あるいは、Liと、Na、Si、Ba、Al、Ca、Ｋとのうちの１種以上を含む炭酸塩や自然石等あるいは化合物を１回以上溶融（プリメルト）し、混合あるいは融合させたのち、粉砕したものを用いてもよい。プリメルト品としては、例えば連続鋳造用フラックスとして利用されているものが好適である。遠心鋳造用フラックスでは、例えば、SiO２、CaO、Na２O、Li２O、K2O、Al２O３、あるいはさらにMnO、MgOを含有するものがよい。なお、低融点化合物としてＣ，Ｂを含む物質を用いると、鋼管内面の脆化を引き起こすため、注意が必要となる。
【００２１】
また、主剤に含有する低融点化合物粉は、−180メッシュとすることが好ましい。粒径が180メッシュより大きくなると、保護剤作製時に酸化鉄粉との混合が不均質となりやすい。このため、使用する低融点化合物粉の粒径を、−180メッシュに限定することが好ましい。
主剤として、酸化鉄粉に低融点化合物を混合することにより、穿孔圧延用工具の表面に予め形成されたスケールとの融合が助長され、さらに表面保護剤の潤滑効果を増加させることができる。このような効果は、４％以上の低融点化合物の含有で顕著となる。一方、40％を超えて多量に含有しても、効果が飽和し、さらに、酸化鉄と低融点化合物が融合し過度に軟化温度が下がるため、表面保護機能が低下し工具寿命が低下しやすくなる。このようなことから、主剤中における低融点化合物の含有量は４〜40％の範囲に限定した。
【００２２】
また、溶剤は、水またはアルコールとする。主剤と硬化剤とをそれぞれ溶剤に混合し、スラリー状とする。なお、表面保護剤の比重が、60〜95ボーメ度（°B’e）となるように、主剤100質量部に対し、溶剤：20〜90質量部を、配合する。これにより、表面保護剤を、穿孔圧延用工具の表面に、容易に塗布することができるようになる。
また、硬化剤は、主剤100質量部に対する質量部で、2〜20質量部とすることが好ましい。
【００２３】
硬化剤としては、水溶性のものとしては、アクリル系樹脂、酢酸ビニル樹脂、エチレン酢酸系樹脂、スチレン系樹脂、粘土、水ガラス等が、溶剤系のものとして、ポリエチレン系樹脂、エステル系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、アルキド系樹脂、ゴム等が、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、尿素系樹脂、メラミン系樹脂等が例示される。また、炭素繊維、ガラス繊維で強化された強化型樹脂、含油系樹脂等を用いても何ら問題ない。
【００２４】
スラリーを安定的に塗布するために、表面保護剤には、溶剤と、上記した主剤、硬化剤、に加えて、さらに、界面活性剤、消泡剤、防腐剤、増粘剤等を適宜、含有することが好ましい。
本発明表面保護剤はスラリー状を呈しており、圧延用工具への塗布方法は、スプレー塗布、刷毛塗り塗布等、いずれとしてもよく、とくに限定されない。なお、表面保護剤の塗布は、少なくとも先端部、すなわち穿孔圧延用工具の先端から工具長さの1/3以上の領域とすることが好ましい。というのは、穿孔圧延用工具の先端部がとくに、厳しい環境に晒されるためである。表面保護剤の塗布量は、工具と被圧延材とが接触する領域が覆われていればよく、その量はとくに限定されないが、  経済性と保護機能との観点から塗布厚さで0.2〜3mmとすることが好ましい。
【００２５】
また、本発明表面保護剤では、塗布後の乾燥は必須ではない。とくに、ぬれたままあるいは生乾きのままでもよく、特別な乾燥をすることなく、次の穿孔圧延を施してもなんら問題はない。
本発明表面保護剤を塗布する穿孔圧延用工具には、使用前に予めスケール付け熱処理が、さらには複数回の穿孔圧延後に再スケール付け熱処理が、施され表層に、好ましくは厚さ：0.1〜2mmのスケール層（酸化鉄層）が形成されている。圧延用工具表面に、スケール層を形成することにより、スケール層の持つ断熱性、潤滑性により、圧延用工具本体の損傷を多少でも抑制でき、若干の工具寿命延長が可能となるが、それだけでは穿孔圧延に供するとすぐに、圧延用工具表面のスケール層が損耗し、スケール層が薄くなり、ついには、図１に示すように、圧延用工具の変形、焼付きあるいはエグレ疵などが発生し、圧延用工具は廃却されることになる。このため、本発明表面保護剤を、酸化スケール層を形成された圧延用工具表面に塗布して、圧延用工具表面のスケール層を補強する。
【００２６】
本発明表面保護剤は、主剤としてウスタイト、マグネタイト等の酸化鉄と低融点の化合物粉とを含んでおり、工具表面に塗布することにより、保護剤中に含まれる低融点化合物の作用により、酸化鉄粉が工具表面の酸化スケール層と融合し、酸化スケール層が補充され、あるいはさらに低融点化合物粉の潤滑作用により酸化スケール層が補強され、酸化スケール層の損耗が抑制されて、工具の潤滑や断熱の低下が防止でき、穿孔圧延用工具の寿命延長が可能となる。また、本発明表面保護剤は、主剤および硬化剤を溶剤に混合し、スラリー状を呈しており、圧延用工具表面に、簡便にしかも確実に、塗布することができ、圧延用工具表面の酸化スケール層を補充あるいは補強することができる。
【実施例】
【００２７】
表面に予め、厚さ：0.5〜1mmの酸化スケールを形成されたプラグ（穿孔圧延用工具：未使用）に、表１に示す組成のスラリー状を呈する表面保護剤中をスプレー塗布して、工具表面に保護剤を塗布したのち、13Cr系継目無鋼管素材の穿孔圧延に供し、４本の穿孔圧延を行った。なお、スプレー塗布は穿孔圧延の２本毎に行った。ついで、穿孔圧延に供したプラグのうち、先端の破損、焼付きがない再使用可能なプラグに、再スケール付け熱処理（950℃×4hr加熱後冷却）を施して、表面に酸化スケールを形成した。ついで、再スケール付け熱処理済みの圧延工具に表１に示す組成のスラリー状を呈する表面保護剤をスプレー塗布したのち、13Cr系継目無鋼管素材の穿孔圧延に供し、４本の穿孔圧延を行った。なお、穿孔圧延１回終了ごとに、工具表面を観察して、塗布処理の要否を目視で判断し、必要に応じて、穿孔圧延１回ごと、或いは複数回の穿孔圧延ごとに、工具表面に保護剤をスプレー塗布する塗布処理を行った。
【００２８】
このような再スケール付け熱処理、塗布処理、穿孔圧延を、変形、焼付きあるいはエグレ疵などが発生し、廃却されるプラグ寿命まで、繰り返し行い、プラグ寿命までに穿孔圧延した合計本数を求めた。なお、同一条件での繰り返し数（n数）は４とし、そのプラグ寿命の平均を、その表面保護剤の塗布によるプラグ寿命（本数）とした。なお、従来例として、スケール付け熱処理を施したのち、表面保護剤を塗布することなく、変形、焼付き等の欠陥が発生し、廃却されるまで（寿命まで）、穿孔圧延に供した。
【００２９】
得られた結果を表４に示す。
【００３０】
【表１】
0005799667.tif 000002
【００３１】
【表２】
0005799667.tif 000003
【００３２】
【表３】
0005799667.tif 000004
【００３３】
【表４】
0005799667.tif 000005
【００３４】
本発明の表面保護剤を塗布して、穿孔圧延に供されたプラグは、いずれも、プラグ寿命は10本以上となっており、従来例の３倍以上と圧延用工具の長寿命化が達成できている。一方、本発明の範囲を外れた表面保護剤で塗布されたプラグは、従来例より長いプラグ寿命を確保できるが、所望の長寿命を達成できていない。
【図１】
0005799667.tif 000006