(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化鉄を８０％を超え９５重量％以下含み残部がガラス粉末よりなる継目無鋼管製造のためのエロンゲータ圧延用粒状潤滑剤。
【請求項２】
請求項１に記載の潤滑剤を中空素管の内面に粒状で供給し、１０００℃での引張強度が２０〜３５kgf/mm2 の高熱間強度材料よりなるプラグを用いてエロンゲータ圧延を行うことを特徴とするエロンゲータ圧延方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、継目無鋼管製造のためのエロンゲータ圧延において管内面に作用する粒状潤滑剤およびこれを使用したエロンゲータ圧延方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＵＳ３０４に代表されるステンレス鋼は熱間加工性が悪く熱間加工中に割れ、疵等が発生しやすいため、難加工材について比較的製造が容易なユージンセジュルネ方式で代表される熱間押し出し法により製造されていた。しかし、熱間押し出し法による製造においては、穴のあいたビレットを使用することにより歩留が低いこと、また生産性も低いことより、最近は次に述べる圧延法により製造されるようになった。
【０００３】
熱間圧延における継目無鋼管製造の代表的な方法はプラグミル法及びマンドレルミル法である。一般には製品外径７インチ以上ではプラグミル法が、それより小さい外径の場合マンドレルミル法が使われている。
【０００４】
以下、これらの製造方法を図１に示す工程に従い具体的に説明すると、素材１は加熱炉２において所定の温度まで加熱されその後穿孔機３により中空素管４を得る。
その後マンドレルミル法（ａ）では延伸連続圧延機であるマンドレルミル７によって延伸圧延された後、再加熱炉８により所定の温度に加熱され仕上げ圧延機であるストレッチレデューサー９で所定の外径に圧延成形され仕上管１０となる。また、マンドレルミル７の前に肉厚を減じると共に長さを伸ばすエロンゲータミル５、外径を絞るホローシェルレデューサー６が設置される場合もある。
一方プラグミル法（ｂ）においては、中空素管４はエロンゲータミル５により肉厚を減じると共に長さを伸ばす延伸圧延が行われ、次いでプラグミル１１により減肉延伸されリーラーミル１２により内外面を平滑に仕上げる。その後再加熱炉８により所定の温度に加熱されサイザーミル１３により所定の外径に圧延成形され仕上管１０となる。
【０００５】
エロンゲータミルに使用されるプラグは一般に３％Ｃｒ−１％Ｎｉ系、或いは１％Ｃｒ−３％Ｎｉ系低合金鋼材質が使用され、断熱性を確保するため、熱処理により表層にＦｅ3 Ｏ4 ，ＦｅＯ等の酸化スケールを形成させる処理が施される。このようなプラグで炭素鋼に比べて変形抵抗が高く、表面に酸化スケールが生じにくいステンレス鋼を圧延すると、プラグの酸化スケールの消耗が速く、酸化スケールがなくなるとプラグと被圧延材のメタル−メタル接触によりプラグが溶損し、その結果として管内面に焼付疵が発生する。
【０００６】
継目無鋼管の内面におけるプラグとの焼付防止あるいはプラグの溶損防止の目的から、黒鉛、食塩等の各種潤滑剤が提案されてきたが、十分な効果が得られていないのが実状である。その中でユージンセジュルネ方式に代表される熱間押し出しに適用されているガラスは、８００℃程度で溶融し、流体潤滑となるため焼付疵防止には有効であるが、マンドレルミル法あるいはプラグミル法による圧延製造工程に適用する場合、以下の問題があった。このガラスを継目無鋼管のエロンゲータ圧延に適用すると、ガラスが管内面に不均一に残存するため、マンドレルミル法では延伸連続圧延機であるマンドレルミルで次のような問題が発生した。
【０００７】
マンドレルミルでは、予め内面側工具であるマンドレルバーに黒鉛系の潤滑剤を塗布して圧延を行うが、入側素管の内表面にガラスが不均一に残存すると、圧延長手方向で摩擦係数が変化する。マンドレルミル圧延では、マンドレルバーと被圧延材の摩擦係数がロール出口での材料速度に多大な影響を与えることが知られており、連続圧延機で圧延中にロール出口での材料速度が変化すると、スタンド間張力が変動し、材料に過度の張力が作用した場合穴あき、逆に過度の圧縮応力が作用した場合スタンド間で材料が座屈し提灯状になる問題がある。また、プラグミル法でも共通するが製品内面にガラスが残ると、除去工程が必要になる。また、特公平４−６８３５８号公報で述べられているように、酸化鉄粉末１０〜８０重量％、珪酸化合物２０〜９０重量％からなる潤滑剤においても先に述べた問題を抱えていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上の問題により優れた熱間加工用潤滑剤であるガラスをマンドレルミル法及びプラグミル法による継目無鋼管製造のためのエロンゲータ圧延ラインに適用することは困難であった。本発明は、このような従来の問題点を解決すべく、組成を改良した継目無鋼管製造のためのエロンゲータ圧延用潤滑剤及びこれを用いたエロンゲータ圧延方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、酸化鉄を８０％を超え９５重量％以下含み残部がガラス粉末よりなる継目無鋼管製造のためのエロンゲータ圧延用粒状潤滑剤である。さらに本発明はこの潤滑剤を中空素管の内面に供給し、１０００℃での引張強度が２０〜３５kgf/mm2 の高熱間強度材料よりなるプラグを用いてエロンゲータ圧延を行うことである。
【００１０】
【発明の実施の態様】
まず、本発明による粒状潤滑剤について詳細に説明する。潤滑剤はガラス粉末と酸化鉄から構成される。ガラス粉末は熱間圧延温度に曝されると溶融し、これによって流体潤滑効果が得られる。しかしながら、ガラス粉末単独ではエロンゲータ圧延後に管内面にガラス膜が残存するため、先に述べたようにマンドレルミル法では適用が困難であり、プラグミル法ではこれを除去する工程が必要となり製造コスト上昇を招く。
【００１１】
発明者らは、この問題を解決すべく研究を行った結果、ガラスに酸化鉄を適量混合することで、エロンゲータ圧延後の内面エアブローによりガラスが除去可能なことを見出した。
すなわち鉄板を１２５０℃に加熱後、その上にガラスのみをおくと、ガラスがまもなく溶融し、液状となり板に密着した状態になる。しかし、ガラスに酸化鉄を混合すると、ガラスは溶融するがその後、酸化鉄に吸収され剥離しやすい状態になることを突き止めた。
【００１２】
そこで、本発明者らは、ガラスが剥離するために必要な酸化鉄の含有量を検討し、その下限添加量を重量％で８０％超とした。これは、８０％未満の酸化鉄添加量ではガラスが酸化鉄に十分吸収されないためと考えられ、この残留したガラス膜は、圧延後のエアブローで除去できないことによる。
一方、酸化鉄の添加量が９５％を超え、ガラスの添加量が少なくなるとガラスによる潤滑効果が小さくなるため、酸化鉄の上限添加量を９５％とした。
酸化鉄の粒度は、粒径が１００μｍを超えると圧延材表層に凹み状欠陥を形成しやすくなるため、１００μｍ以下が望ましい。
【００１３】
本発明で規定するガラス粉末とは、通常の熱間加工温度（例えばオーステナイトステンレス鋼のエロンゲータ圧延時の内表面温度は１２００〜１３００℃程度）において流動状態となるガラスの粉末を意味し、成分としては第３版鉄鋼便覧III （２）（日本鉄鋼協会編、Ｐ１０２０−１０２２）で述べられているようにＳｉＯ2 を主成分として、Ｂ2 Ｏ3 ，Ｐ2 Ｏ5 などのガラス形成成分およびＮａ2 Ｏ，ＣａＯ，ＭｇＯ，Ｋ2 Ｏなどの修飾成分、あるいはＡｌ2 Ｏ5 ，ＰｂＯなどの中間酸化物を含有するもので、工業的に例えば熱間押出法などで既に実用化されているガラスの粉末を意味する。
酸化鉄はＦｅＯ，Ｆｅ3 Ｏ4 ，Ｆｅ2 Ｏ3 のいずれでもよいが、工業的に得られやすく安価なＦｅ2 Ｏ3 を使用することが適当である。
【００１４】
次に、本発明のエロンゲータ圧延方法を説明する。
本潤滑剤を中空素管の内面に投入してエロンゲータ圧延を行う場合、３％Ｃｒ−１％Ｎｉ系低合金鋼材質に断熱性を確保するため、熱処理により表層にＦｅ3 Ｏ4 ，ＦｅＯ等の酸化スケールを形成させたプラグを用いるより１０００℃での引張強度が２０kgf/mm2 −３５kgf/mm2 のプラグを用いたほうがより大きな効果が得られる。
【００１５】
１０００℃での引張強度を２０kgf/mm2 以上に限定する理由を以下に述べる。３％Ｃｒ−１％Ｎｉ系低合金鋼の１０００℃での引張強度は８kgf/mm2 程度で、このような１０００℃での引張強度が２０kgf/mm2 未満のプラグを用いた場合、表層に形成したスケールが圧延本数の増加につれて磨滅すると塑性流動が生じプラグ表面が凹凸状になったり、さらに激しい場合は溶損する。一方、１０００℃での引張強度が３５kgf/mm2 を超えるようなプラグを用いると溶損は起こさないものの、本発明の潤滑剤を使用しても熱衝撃により割れが発生することがわかった。
【００１６】
かかる熱間強度を有する金属材料としては、Ｆｅ基あるいはＮｉ基の耐熱超合金の実用合金が含まれ、通常使用されるようなＣｒ：１０〜３０％、Ｎｉ：２０〜７０％を含み、さらに必要に応じてＭｏ：１〜３０％、Ｃｏ：１〜２０％を含み、さらには適量のＷ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ａｌなどを含有し、残部が実質的に鉄からなる材料を意味する。
【００１７】
［実施例１］
以下、本発明の実施例を説明する。外径７６．３mm、肉厚１５mm、長さ６００mmの素管を供試材とし、１１５０℃に加熱後、実機エロンゲータの約１／３サイズの実験用エロンゲータを用いて外径７６mm、肉厚５mmに熱間圧延した。その際、圧延直前の素管内面に表１の組成の粒状の潤滑剤を素管内表面１ｍ2 に対し１０００ｇの割合で供給した。なお、ガラスは表２に示す組成のガラスを使用し、酸化鉄Ｆｅ2 Ｏ3 の粒径は５μｍ以下のものを用いた。プラグは表３に示す３％Ｃｒ−１％Ｎｉ系の低合金鋼に熱処理により表層に２００μｍ程度の酸化膜を形成したものを使用した。圧延終了後の管を実機を想定して１０秒後に吐出圧力５kgf/cm2 でエアブローした。その後、管を切断し内面を目視観察した。試験結果を表４に示す。
【００１８】
本発明（Ｎｏ．１〜３）の潤滑剤を用いれば管内面の焼付疵を防止すると共に、ガラス膜を残留させることなく、良好な内面品質を得ることが可能である。  一方、比較例では焼付疵やガラス膜の残留が見られる。比較例Ｎｏ．４では無潤滑のため激しい焼付疵が発生する。比較例Ｎｏ．５ではガラスが少ないため軽微な焼付疵が発生した。比較例Ｎｏ．６〜９では、酸化鉄の量が少ないためガラスが残留した。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
【表２】
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【００２１】
【表３】
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【００２２】
【表４】
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【００２３】
［実施例２］
外径７６．３mm、肉厚１５mm、長さ６００mmの素管を供試材とし、１１５０℃に加熱後、実機エロンゲータの約１／３サイズの実験用エロンゲータを用いて外径７６mm、肉厚５mmに熱間圧延した。その際、圧延直前の素管内面に表５の組成の粒状の潤滑剤を素管内表面１ｍ2 に対し１０００ｇの割合で供給した。なお、ガラスは表２に示す組成のガラスを使用し、酸化鉄Ｆｅ2 Ｏ3 の粒径は５μｍ以下のものを用いた。プラグは表６に示すものを用いた。圧延後プラグ観察を行った。試験結果を表７に示す。プラグ寿命は現状の鋼Ａにスケール付けをしたプラグを１として、それに対する比で示した。
【００２４】
本発明のプラグ（鋼Ｃ，Ｄ，Ｅ）を用いるとプラグ寿命が大幅に向上する。それに対して比較例Ｎｏ．１，２では高温での熱間強度不足のため溶損、変形が早期に生じた。比較例Ｎｏ．６，７ではプラグは変形しなかったが割れが生じた。
【００２５】
【表５】
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【００２６】
【表６】
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【００２７】
【表７】
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【００２８】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、ガラスを残留させることなく焼付疵を有効に防止でき、内面品質の向上、歩留の向上、疵手入れの減少、さらにプラグの長寿命化によるプラグ交換頻度の減少による生産性の向上等その工業上の効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】マンドレルミル方式（ａ）、プラグミル方式（ｂ）による継目無鋼管製造工程図。
【符号の説明】
１    穿孔機における被圧延材
２    加熱炉
３    穿孔機
４    穿孔機出側の中空素管
５    エロンゲータ
６    ホローシェルレデューサー
７    マンドレルミル
８    再加熱炉
９    ストレッチレデューサー
１０    仕上管
１１    プラグミル
１２    リーラーミル
１３    サイザーミル
【図１】
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