(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも先端部分のスケール層の厚みＨが１μｍ以上であり、その表面に、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、残部が水である穿孔圧延プラグ用潤滑剤を塗布して厚さＶ（μｍ）が式「Ｖ≧５０／Ｈ」を満たす潤滑剤塗膜を形成させたプラグを用いる継目無鋼管の穿孔圧延方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、継目無鋼管の穿孔圧延方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マンネスマン・マンドレルミル方式による継目無鋼管は、次の工程を経て製造される。回転炉床式の加熱炉でビレットを加熱する。加熱されたビレットを穿孔圧延機で穿孔圧延して中空素管にする。この中空素管の管内に潤滑剤が表面に塗布されたマンドレルバーを挿入して５〜９スタンドからなるマンドレルミルで所定寸法の仕上げ用素管に延伸圧延する。この延伸圧延後、そのまままたは再加熱した後、ストレッチレデューサーで所定の製品寸法に仕上げる。
【０００３】
上記の穿孔圧延機には種々のものがある。例えば、２本の傾斜ロールとプラグおよび２個のガイドシューを組み合わせたマンネスマンピアサ、３本の傾斜ロールとプラグを組み合わせた３ロールピアサ、２本の孔型ロールとプラグを組み合わせたプレスロールピアサなどである。
【０００４】
ところで、穿孔圧延機のプラグは、加熱されたビレットと中空素管との絶え間ない接触によって常時高温、高負荷にさらされるため、摩耗溶損しやすい。したがって、３％Ｃｒ−１％Ｎｉ−残Ｆｅに代表される合金鋼製の穿孔圧延機用のプラグは、９００〜１０００℃の高温で酸化処理し、その表面に厚さ数十〜数百μｍのスケール被膜を形成させたもの多い。しかし、このようなプラグでは、近年特に需要が増加してきたＣｒ含有量が９質量％を超える高合金鋼の場合、数回の圧延にしか使用できない。
【０００５】
穿孔圧延機のプラグ寿命を延長させる方法としては、従来から種々の方法が提案されている。例えば、特開平５−１３８２１３号公報には、プラグ表面に黒鉛系潤滑剤の潤滑塗膜を形成させ、この潤滑塗膜をロール冷却水に曝すことなくビレットを噛み込ませる方法が示されている。また、特開平８−１９７１１４号公報や同８−１９７１１３号公報には、プラグ表面に水ガラス系の潤滑剤塗膜を形成させる方法が示されている。
【０００６】
しかし、前者の方法は、ロール冷却水の供給を一時停止させる方法で、圧延設備が高温になって設備の寿命低下を招く。また、後者の方法は、水ガラスがプラグ表面に形成させたスケール被膜と反応し、スケール被膜の消失を早めてしまい、かえってプラグの寿命低下を助長するという欠点を有している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、継目無鋼管の穿孔圧延用プラグの寿命を向上させることが可能な継目無鋼管の穿孔圧延方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、下記の継目無鋼管の穿孔圧延方法にある。
即ち、少なくとも先端部分のスケール層の厚みＨが１μｍ以上であり、その表面に、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（ＭｏＳ２  ）および窒化硼素（ＢＮ）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、残部が水である穿孔圧延プラグ用潤滑剤を塗布して厚さＶ（μｍ）が式「Ｖ≧５０／Ｈ」を満たす潤滑剤塗膜を形成させたプラグを用いる継目無鋼管の穿孔圧延方法。
【０００９】
上記の本発明は、下記の知見に基づいて完成させた。すなわち、本発明者らは、上記の目的を達成するために鋭意研究を行った。その結果、以下のことを知見した。
【００１０】
水分散型または水溶性の高分子を含有させると、十分な耐水性を有する潤滑剤塗膜が形成され、ロール冷却水の供給を停止する必要がない。
【００１１】
上記の水分散型または水溶性の高分子と、黒鉛、マイカ、ベントナイト、バーミキュライト、ＭｏＳ2 およびＢＮのうちから選ばれた１種または２種以上の粒子状の層状物質からなる潤滑剤塗膜をプラグ表面に形成させると、穿孔速度が向上する。その結果、穿孔時間が短縮され、プラグ寿命が向上する。
【００１２】
上記の潤滑剤に、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を含有させると、プラグ表面に対する潤滑剤塗膜の保持性が向上し、穿孔速度が一層向上する。その結果、穿孔時間が短縮され、プラグ寿命が一段と向上する。
【００１３】
しかし、スケール層を有しないプラグ表面に形成させた上記の潤滑剤塗膜は、圧延の初期にそのほとんどが剥離してしまい、その効果が十分に発揮されない。
【００１４】
ところが、スケール層を有するプラグ表面に形成させた上記の潤滑剤塗膜は、容易には剥離しない。そして、少なくとも先端部分のスケール層の厚みＨが１μｍ以上のプラグ表面に、式「Ｖ≧５０／Ｈ」を満たす厚さＶの上記の潤滑剤塗膜を形成させると、その潤滑効果が長期にわたって持続することを知見した。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の継目無鋼管の穿孔圧延方法について詳しく説明する。
【００１６】
まず、穿孔圧延プラグ用潤滑剤を上記のように定めた理由について説明する。
【００１７】
黒鉛、マイカ、ベントナイト、バーミキュライト、ＭｏＳ2 およびＢＮ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は、潤滑主剤で、これらはいずれも層性構造で切断抵抗の小さな天然物質または人工物質であり、穿孔圧延時にビレットとプラグの焼付を防止し、穿孔速度を向上させる役目を担っている。
【００１８】
しかし、その含有量が１質量％未満では、その効果が十分には発揮されず、１０質量％を超えると、他の成分の混合割合が少なくなって潤滑剤の保持力が低下し、プラグ寿命向上に対する効果が十分には発揮されない。したがって、粒子状の層状物質の含有量は１〜１０質量％と定めた。好ましい範囲は３〜８質量％である。
上記粒子状の層状物質は、プラグ表面への塗布後に乾燥処理された固体潤滑剤状態下においては、いずれも概ね同じような潤滑挙動を示す。このため、２種以上を使用する場合の混合割合は特に制限されない。
【００１９】
これら粒状の層状物質は、平均粒径が１００μｍ以下、より好ましくは４０μｍ以下で、かつ純度が８１％以上であることが望ましい。これは、粒径が１００μｍを超えると水に対する分散性が悪くなり、使用時における被潤滑面への供給性が劣るようになるためである。また、純度が８１％未満では夾雑物として存在しているアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）やシリカ（ＳｉＯ2 ）等の無機物を主体とする不純物によってその潤滑性が阻害されるためである。
【００２０】
水分散型または水溶性の高分子は、粒子状の層状物質の水に対する分散安定性を確保するとともに、使用時における供給性を確保し、さらに、水分散型の高分子は耐水性を確保する役目を担う。
【００２１】
しかし、その含有量が１質量％未満では、その効果が十分には発揮されず、１０質量％を超えると、他の成分の混合割合が少なくなって潤滑性能が低下し、プラグ寿命向上に対する効果が十分には発揮されない。したがって、水分散型または水溶性の高分子の含有量は１〜１０質量％と定めた。好ましい範囲は３〜８質量％である。
【００２２】
水分散型の高分子としては、酢酸ビニルやエチレン酢酸ビニルおよびメタアクリル酸アルキルエステルやアクリル酸アルキルエステル、アクリル酸共重合物のようなビニルエステル類の重合体および共重合体、エチレンやブタジエン等のオレフィン類の重合体および共重合体、不飽和カルボン酸エステルの重合体および共重合体等を挙げることができる。また、水溶性の高分子としては、メチルセルロースやカルボキシルメチルセルロース、あるいはポリサッカライドやアルギネート等の多糖類が挙げられる。
【００２３】
上記高分子のうち、水分散型の高分子は、平均粒径が４０μｍ以下のものを用いるのが好ましい。これは、平均粒径が４０μｍを超えると分散性が阻害されるとともに、使用時における被潤滑面への供給性が劣るようになるためである。
【００２４】
酸化硼素、硼酸、アルカリ金属硼酸塩、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムから選ばれた１種または２種以上の無機結合剤は添加しなくてもよいが、添加すれば、圧延中、プラグ表面に対する潤滑主剤の粒状の層状物質の保持性を向上させる。このため、この効果を得たい場合に添加してもよく、その効果は２質量％以上で顕著になる。しかし、１５質量％を超えて含有させると潤滑主剤である粒子状の層状物質の潤滑性を阻害し、かえってプラグ寿命を低下させる。したがって、添加する場合の無機結合剤の含有量の上限は１５質量％とした。なお、好ましい範囲は３〜８質量％である。
【００２５】
硼酸としては、正硼酸（Ｈ3ＢＯ3）、メタ硼酸（ＨＢＯ2 ）およびピロ硼酸（Ｈ2Ｂ4Ｏ7 ）等を例示することができる。
【００２６】
上記の無機結合剤は、平均粒径が４０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下で、かつ純度が８１％以上であることが望ましい。これは、粒径が４０μｍを超えると分散性が阻害されるとともに、使用時における被潤滑面への供給性が劣るようになるためである。また、純度が８１％未満ではアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）やシリカ（ＳｉＯ2 ）等の夾雑物によって、潤滑性が阻害されるからである。
【００２７】
次に、本発明の継目無鋼管の穿孔圧延方法について説明する。
【００２８】
図１は、本発明の方法に用いるプラグの一例を示す模式的縦断面図であり、図に示す用に、プラグ１の表面にはスケール層２が形成されており、さらにその表面には潤滑剤塗膜３が形成されている。
【００２９】
本発明においては、少なくとも、プラグ１の先端部分１ａのスケール層２の厚さＨを１μｍ以上、その表面の潤滑剤塗膜３の厚さＶを５０／Ｈ以上とする必要がある。これは、プラグ先端部分１ａのスケール層の厚さ（以下、単に「スケール厚さ」という）Ｈが１μｍ未満では、その表面に形成させた潤滑剤塗膜３が圧延の初期に剥離するためである。また、その表面の潤滑剤塗膜厚さＶが５０／Ｈ未満であると、その潤滑効果が長期にわたって持続せず、所望のプラグ寿命が得られなくなるためである。このことは、後述する実施例の結果からも明らかである。
【００３０】
スケール厚さＨと潤滑剤塗膜厚さＶは、いずれも厚ければ厚いほど好ましく、特にその上限を規定する必要はない。しかし、スケール厚さＨについては、２００μｍを超えるとハンドリング時に剥離しやすくなるので、その上限は２００μｍ程度とするのが望ましい。また、潤滑剤塗膜厚さＶについては、１５０μｍを超えるとその効果が飽和するのに加え、ハンドリング時に剥離しやすくなるので、その上限は１５０μｍ程度とするのが望ましい。
【００３１】
なお、本発明にいうプラグ１の先端部分１ａとは、プラグ先端（図１の左端）からプラグ全長の１０％以内の領域を意味する。
【００３２】
また、潤滑剤塗膜３の厚さＶとは、前述した本発明の潤滑剤を刷毛やスプレーノズル等の適宜な塗布手段を用いてプラグ表面に塗布し、その後乾燥固化させた後の厚さである。
【００３３】
塗布後の乾燥固化は、プラグ１を予熱してその保有熱を利用する方法、室温のプラグ表面に潤滑剤を塗布した後、そのまま放置するかまたは熱風炉等を用いて乾燥処理する方法、循環使用の際に行われる冷却処理時に乾燥固化に必要な温度以下に冷却せずにその保有熱を利用する方法などで行えばよく、その手段は特に制限されない。
【００３４】
【実施例】
粒状の層状物質と高分子、さらには無機結合剤の含有量が種々異なる潤滑剤を準備した。その際、粒状の層状物質である黒鉛、マイカ、ベントナイト、バーミュキュライト、ＭｏＳ2 およびＢＮは、いずれも平均粒径が２０μｍ、純度が９８％のものを用いた。また、高分子には、メタアクリル酸アルキルエステル、アクリル酸アルキルエステルまたはアクリル酸共重合物で、いずれも純度が９９．９％のものを用いた。さらに、無機結合剤である酸化硼素、硼酸、アルカリ金属硼酸塩、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムは、いずれも平均粒径が２０μｍ、純度が９９．９％のものを用いた。
【００３５】
そして、準備した潤滑剤を、材質が３％Ｃｒ−１％Ｎｉ−残Ｆｅの合金鋼、最大径部の外径が１４７ｍｍ、長さが３２０ｍｍで、先端部分のスケール厚さＨが種々異なる室温状態のプラグ表面に刷毛を用いて塗布した後、室温下に放置して乾燥させ、固化後の潤滑剤塗膜厚さＶを種々変えた１９種類のプラグを準備した。
【００３６】
なお、プラグ先端部分のスケール厚さＨと潤滑剤塗膜厚さＶは、いずれもサンコウ電子研究所(株)製の商品名ＳＤＭ−ｐｉｃｏと称される電磁膜厚計を用いて測定した。その際、潤滑剤塗膜厚さＶは、潤滑剤塗膜形成後の膜厚測定値から潤滑剤塗膜形成前に測定して得られたスケール厚Ｈを除いた値とした。
【００３７】
準備したプラグは、ＳＵＳ３０４相当鋼製の外径１８７ｍｍ、長さ１７７０ｍｍの丸ビレットを１２３０℃に加熱し、外径１９２ｍｍ、長さ５５００ｍｍの中空素管に成形する穿孔比３．１（５５００／１７７０）、穿孔時間約７．５秒の穿孔圧延に供した。その際、ピアサには、コーン型主ロールの交叉角が１０°、傾斜角が１４°のガイドがディスクロールのものを用いた。
【００３８】
そして、使用後のプラグ先端部分を目視観察し、先端部分に溶損の発生が全く認められず継続使用可能なものを「○」、先端部分に溶損の発生が認められ継続使用不可能なものを「×」として評価した。
【００３９】
以上の結果を、表１にまとめて示すとともに、図２にプラグ先端部分のスケール厚さＨ、潤滑剤塗膜厚さＶおよびプラグ先端部分の溶損発生有無の関係を整理して示した。
【００４０】
【表１】
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表１と図２に示す結果からわかるように、プラグ先端部分のスケール厚さＨが１μｍ以上であり、潤滑剤の組成と厚さＶが本発明で規定する範囲内の潤滑剤塗膜を形成させたプラグを用いた本発明例（試番１〜１２）では、いずれも使用後のプラグ先端部分に溶損が発生しておらず、継続使用可能であった。
【００４１】
これに対し、潤滑剤の組成、スケール厚さＨおよび潤滑剤塗膜厚さＶのいずれかが本発明で規定する範囲を外れる比較例（試番１３〜１９）では、いずれも使用後のプラグ先端部分に溶損が発生し、継続使用できなかった。
【００４２】
具体的に説明すると、試番１３は潤滑剤の組成とその塗膜厚さＶは本発明で規定する範囲内であるが、プラグがスケールを有しないものであったために、プラグ先端部分に溶損が発生した。
【００４３】
また、試番１４〜１６は、潤滑剤の組成とプラグ先端部分のスケール厚さＨは本発明で規定する範囲内であるが、潤滑剤塗膜厚さＶが本発明で規定する範囲を外れているために、プラグ先端部分に溶損が発生した。
【００４４】
さらに、試番１７〜１９は、プラグ先端部分のスケール厚さＨと潤滑剤塗膜厚さＶは本発明で規定する範囲内であるが、潤滑剤の組成が本発明で規定する範囲を外れているために、プラグ先端部分に溶損が発生した。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の方法において用いられる潤滑剤は潤滑性能に優れている。また、本発明の方法によれば、プラグ先端部分に生じる溶損が防止でき、プラグ寿命が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法に用いるプラグの一例を示す模式的縦断面図である。
【図２】実施例の結果を示す整理して示す図で、プラグ先端部分のスケール厚さＨと潤滑剤塗膜厚さＶとがプラグ先端部分の溶損発生に及ぼす影響を示す図である。
【符号の説明】
１：プラグ、
１ａ：先端部分、
２：スケール層、
３：潤滑剤塗膜。
【図１】
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【図２】
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