JPH09195002A

JPH09195002A - 継目無管製造用プラグおよび継目無管の製造方法

Info

Publication number: JPH09195002A
Application number: JP30008496A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Anraku; 敏朗安楽; Kazumune Shimoda; 一宗下田; Nobuo Otsuka; 伸夫大塚
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-11-16
Filing date: 1996-11-12
Publication date: 1997-07-29

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】変形抵抗が高い被穿孔材の穿孔に適した継目無
管製造用プラグおよびこのプラグを用いた継目無管の製
造方法を提供する。【解決手段】９００℃における引張強度が９０Ｎ／ｍｍ
² 以上、常温における衝撃値が３０Ｊ／ｃｍ² 以上のＣ
ｒおよびＭｏを含む合金鋼からなる母材の表面に、融点
が１２００℃以上、１０００℃における硬度がビッカー
ス硬度１０相当以上で、厚さが５０〜５００μｍの酸化
スケール層を備える継目無管製造用プラグ。母材の合金
鋼が、重量％で、Ｃ：０．０１〜０．５％、Ｓｉ：０．
０５〜０．５％、Ｍｎ：０．２〜９％、Ｃｒ：３〜１１
％、Ｎｉ：０．５〜７％、Ｗ：０〜０．５％、Ｍｏ：１
〜８％、Ｎｂ：０〜２％、Ｃｏ：０〜５％、Ｔｉ：０〜
２％、Ｚｒ：０〜０．５％を含有し、残部がＦｅおよび
不可避の不純物からなる継目無管製造用プラグ。上記の
いずれかのプラグを用いた継目無管の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、継目無管製造用プ
ラグおよびこのプラグを用いた継目無管の製造方法に係
わり、さらに詳しくは、１３重量％以上のＣｒを含有す
る高クロム鋼あるいはニッケル基合金のような高温にお
ける変形抵抗の大きな材料の製管に適した継目無管製造
用プラグおよびこのプラグを用いた継目無管の製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】継目無鋼管の製造方法は、傾斜穿孔圧延
方式と熱間押出方式に大別される。傾斜穿孔圧延方式の
中には、マンネスマンプラグミル方式、マンネスマンマ
ンドレルミル方式などがあり、マンネスマンプラグミル
方式が広く採用されている。

【０００３】図１に、傾斜穿孔圧延方式の穿孔工程にお
けるロールと継目無管製造用素材（以下、単に被穿孔材
と記す）と穿孔プラグ（以下、単にプラグと記す）の関
係の模式図を示す。９００〜１３００℃程度の高温に加
熱された被穿孔材１がロール２とプラグ３の間で揉まれ
る作用を受けて、被穿孔材の穿孔が進行する。このた
め、プラグ３は高温下で強圧下を受けるという過酷な条
件に曝される。したがって、図２に１例を示すように、
プラグ３には溶損４、えぐれ５の他、焼付、変形などが
生じ、損耗が激しい。

【０００４】プラグの材質としては、一般に３％Ｃｒ−
１％Ｎｉ系の低合金鋼が使用されている。被穿孔材が普
通鋼の場合には、この材質でそれほど問題はないが、被
穿孔材がＣｒ１３重量％以上を含むような高クロム鋼あ
るいはニッケル基合金の場合には、被穿孔材の温度であ
る穿孔温度が高く、かつプラグの受ける面圧が高いため
プラグの寿命が著しく短い。例えば、被穿孔材がＪＩＳ
ＳＵＳ３０４の場合には、１回の穿孔でプラグに先端
部の溶損、変形などが生じるので、再使用することがで
きないのが実態である。

【０００５】このような過酷な条件で使用されるプラグ
の母材には、高温における強度が高く、靱性に優れ、硬
度が高いことなどの性質が要求される。そこで、プラグ
母材に対して、Ｍｏ、Ｗ等の元素を添加し、プラグ母材
の高温強度等の材料特性の向上が図られている。さら
に、プラグの形状の変更あるいはプラグ母材との密着性
に優れた酸化スケールのプラグ表面への形成による寿命
の延長などの試みがなされている。例えば、特開平４−
２６７３９号公報には、主な化学成分として、重量％
で、Ｃ：０．６５〜１．０％、Ｃｒ：０．２〜５．０
％、Ｎｉ：０．５〜７．０％、Ｍｏ：０．５〜８．０
％、Ｗ＋Ｍｏ：１．５〜８．０％を含有する母材の表面
に、厚さ５０〜２５０μｍの酸化スケール層を備えたプ
ラグが開示されている。また、特開平４−１４７７０６
号公報には、主な化学成分として、重量％で、Ｃ：０．
１０〜０．４０％、Ｃｒ：０．９５％以下、Ｍｏ：０．
５０〜５．０％、Ｗ：０．５０〜５．０％、Ｎｂ：０．
１０〜５．０％を含有する母材の表面に、酸化スケール
付着処理が施されたプラグが開示されている。しかし、
このような改善が施されたプラグでも、最も面圧が高
く、温度が上昇するプラグ先端部では、穿孔中に表面の
酸化スケールが溶融し、プラグ先端が溶損するという問
題がある。プラグ表面の酸化スケールには、断熱効果、
潤滑作用があり、またプラグの耐摩耗性を向上させる働
きがあるとされているが、上記のプラグにおいては、酸
化スケールの機能が十分に発揮されていないと推定され
る。このように、Ｃｒ含有率が１３重量％程度以上の高
クロム鋼およびニッケル基合金のような穿孔時の変形抵
抗が高い被穿孔材の穿孔に適したプラグは、未だ開発さ
れていないのが実状である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の課題
を解決することを目的としてなされたものであって、Ｃ
ｒ含有率が１３重量％程度以上の高クロム鋼あるいはニ
ッケル基合金のような穿孔時の変形抵抗が高い被穿孔材
の穿孔に適した継目無管製造用プラグおよびこのプラグ
を用いた継目無管の製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記（１）〜
（４）の継目無管製造用プラグおよび下記（５）の継目
無管の製造方法を特徴としている。

【０００８】（１）９００℃における引張強度が９０Ｎ
／ｍｍ² 以上、常温における衝撃値が３０Ｊ／ｃｍ² 以
上のＣｒおよびＭｏを含む合金鋼からなる母材の表面
に、融点が１２００℃以上、１０００℃における硬度が
ビッカース硬度１０相当以上で、厚さが５０〜５００μ
ｍの酸化スケール層を備える継目無管製造用プラグ。

【０００９】（２）母材の合金鋼が、重量％で、Ｃ：０．０１〜０．５％、Ｓｉ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．２〜９％、Ｃｒ：３〜１１％、Ｎｉ：０．５〜７％、Ｗ：０〜０．５％、Ｍｏ：１〜８％、Ｎｂ：０〜２％、Ｃｏ：０〜５％、Ｔｉ：０〜２％、Ｚｒ：０〜０．５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避の不純物からなる上
記（１）の継目無管製造用プラグ。

【００１０】（３）母材の合金鋼が、重量％で、Ｃ：０．０１〜０．５％、Ｓｉ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．２〜３％、Ｃｒ：３〜１１％、Ｎｉ：１〜５％、Ｍｏ：３〜８％、Ｎｂ：０．１〜２％、Ｃｏ：０．１〜５％、Ｔｉ：０．０５〜２％、Ｚｒ：０．０１〜０．５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避の不純物からなり、
不可避の不純物中のＰが０．００５％以下、Ｓが０．０
０３％以下である上記（１）の継目無管製造用プラグ。

【００１１】（４）残部のＦｅのうちの一部に代えて、
Ｌａ、ＣｅおよびＹのうちの少なくとも１種を合計で
０．００１〜０．２％含有する上記（２）または（３）
の継目無管製造用プラグ。

【００１２】（５）上記（１）〜（４）のいずれかの継
目無管製造用プラグを用いて製管する継目無管の製造方
法。

【００１３】上記の（１）〜（５）の発明は、下記〜
のプラグの寿命に関する研究結果を基に完成させた。

【００１４】Ｃｒ含有率１３重量％（以下、化学組
成の％表示は重量％を意味する）以上の高クロム鋼、Ｎ
ｉ基合金等を穿孔する場合、穿孔中のプラグ先端部の温
度は１２００℃以上、胴部の温度は最高７００℃に上昇
する。現状のＷ入りのプラグ表面の酸化スケール中には、
１０５０℃付近で共晶反応を起こすＷ酸化物とＦｅ酸化
物が存在し、また、１１７０℃程度の融点を持つＦｅと
Ｓｉの複合酸化物が存在する。この酸化スケールは融点
が低く、１１００℃程度である。

【００１５】そのため、穿孔中にプラグ先端部の酸
化スケール層は完全に溶融し、酸化スケール層の断熱効
果がなくなる。したがって、プラグ先端部が溶損する。

【００１６】プラグ表面の酸化スケールの融点を１
２００℃以上とすることにより、プラグ先端部の溶損を
抑制できる。酸化スケールの融点は、プラグ母材のＷお
よびＳｉ含有率を制限することによって、上昇させるこ
とができる。

【００１７】酸化スケールの融点の上昇とともに、
酸化スケールの高温硬度の向上がプラグの寿命延長に有
効である。高温硬度の向上により、穿孔中のプラグ先端
部の酸化スケール層の摩滅消失を抑制することができ
る。そのため、酸化スケール層の断熱効果が維持され、
プラグと被穿孔材との間の焼き付きを防止できる。

【００１８】酸化スケールの高温硬度の向上には、
スケール中に適切な割合のＣｒ酸化物とＭｎ酸化物を含
ませることが有効である。Ｃｒ酸化物は１０００℃以上
の温度、Ｍｎ酸化物は７００℃までの温度での酸化スケ
ールの硬度を向上させる。特に、Ｃｒ酸化物は、プラグ
先端部のスケール層の摩滅を抑制するとともに、スケー
ル層の変形抵抗を上昇させるため、穿孔中のスケール層
の溶融流動を抑え、スケールに起因する被穿孔材表面の
かぶれ疵の発生防止に有効である。

【００１９】上記酸化スケールの特性に合わせて、
プラグ母材の高温における高温強度および常温における
靱性について、適正値を選択することが重要である。

【００２０】Ｐはスケールの高温高度およびスケー
ル層の母材合金への密着力を低下させる。また、Ｓはス
ケール層と母材合金との界面に濃縮する傾向があり、ス
ケール層の密着性を悪くする。Ｓが上記界面に濃縮する
と、スケール層が穿孔中に剥離しやすい。したがって、
被穿孔材の変形抵抗が大きい場合等、穿孔条件が厳しい
場合は、ＰおよびＳ含有率を極力低くすることが有効で
ある。

【００２１】

【発明の実施の形態】

（Ａ）プラグ母材の材料特性本発明のプラグの母材は、下記の材料特性すなわち高温
強度および靱性を備えていることが必要である。

【００２２】高温強度：高温強度は、高温における圧縮
変形抵抗値または引張強度で表すことができる。９００
℃における引張強度で９０Ｎ／ｍｍ² 以上（１０００℃
における圧縮変形抵抗値で３０ｋｇｆ／ｍｍ² （２９４
Ｎ／ｍｍ² ）以上に相当）を必要とする。本発明では、
高クロム鋼等の高温における変形抵抗が大きい材料の製
管を対象としているので、プラグ母材の９００℃におけ
る引張強度が９０Ｎ／ｍｍ² 未満の場合には、穿孔時に
プラグに変形が生じ、プラグ寿命が短くなるためであ
る。

【００２３】靱性：靱性は、常温（２５℃）におけるシ
ャルピー衝撃値で、３０Ｊ／ｃｍ²以上を必要とする。
プラグ母材のシャルピー衝撃値が、３０Ｊ／ｃｍ² 未満
の場合には靱性に劣るため、穿孔後、プラグ表面に焼き
が入った際に焼き割れが生じやすいためである。なお、
９００℃における引張強度および常温におけるシャルピ
ー衝撃値の上限値は、特に規定しない。ただし、これら
の特性値は、プラグ製造時の加工性、組織安定性、酸化
スケール層の組成あるいは形成のしやすさ等、その他の
条件との関係を考慮して選定することが好ましい。

【００２４】（Ｂ）プラグ表面の酸化スケール層酸化スケール層の厚さ：酸化スケール層は、断熱作用お
よび潤滑作用を持っており、これらの作用を効果的に発
揮させることが重要である。断熱作用によりプラグの温
度上昇を抑制するためには、酸化スケール層の厚さとし
ては、５０μｍ以上を必要とする。また、５０μｍ以上
あれば、穿孔時のプラグと被穿孔材との間の潤滑効果も
得られる。一方、酸化スケール層の厚さが５００μｍを
超えるとスケール層内に空隙が増加し、プラグ母材への
酸化スケール層の密着力が低下する。密着力が低下する
と、穿孔中に酸化スケール層の剥離が起こりやすくなる
ので、酸化スケール層の厚さの上限は、５００μｍとす
る必要がある。

【００２５】酸化スケールの硬度：酸化スケールの硬度
は、１０００℃におけるビッカース硬度で１０相当以上
の硬度を必要とする。この条件を満足させることによっ
て、穿孔中のプラグ先端部の酸化スケール層の摩滅消失
を抑制することが可能であり、プラグ寿命を長くするこ
とができる。この条件を満たさない場合には、本発明の
目的とする変形抵抗の高い材料の製管に適したプラグが
得られない。

【００２６】また、プラグ胴部の温度は７００℃程度ま
で上昇するので、７００℃での酸化スケールの硬度もビ
ッカース硬度で１０相当以上であることが望ましい。

【００２７】（Ｃ）プラグ母材の化学組成本発明のプラグは、上記（Ａ）に記した母材の材料特性
および（Ｂ）の酸化スケール層を備えることが必要であ
り、そのためには、プラグ母材の合金鋼としては、次の
ような化学組成とするのがよい。

【００２８】Ｃ：Ｃは高温強度の向上に有効であり、
０．０１％以上でその効果が得られる。しかし、０．５
％を超えると、穿孔後プラグ表面に焼きが入ることがあ
り、その部分の硬度が高くなりすぎて靱性が低下し、焼
き割れが生じる。したがって、Ｃ含有率は０．０１〜
０．５％が適当である。

【００２９】Ｓｉ：Ｓｉは、脱酸作用を持ち、Ａ_C1点の
上昇、プラグ表面の酸化スケール層の緻密化にも有効で
ある。しかし、Ｓｉ含有率が、０．５％を超えると、母
材の靱性が低下するとともに、酸化スケール層中でファ
イアライト（２ＦｅＯ・ＳｉＯ₂ 、融点１１７０℃）を
形成し、酸化スケールの融点を低下させる。本発明のプ
ラグでは、表面の酸化スケールの融点を１２００℃程度
に高める必要があるので、Ｓｉ含有率は０．５％以下が
よい。穿孔条件が厳しい場合には、０．３％以下とする
のがよい。Ｓｉ含有率の下限は、ある程度のファイアラ
イトを形成させることにより、酸化スケール層に適度な
高温変形能を持たせるために、０．０５％以上とするの
がよい。したがって、Ｓｉ含有率は０．０５〜０．５
％、好ましくは０．０５〜０．３％である。

【００３０】Ｍｎ：Ｍｎは、プラグ母材の高温強度の向
上に有効である。また、Ｍｎ酸化物は、酸化スケール層
中で、Ｍｎ酸化物の割合の高いスピネル型複合酸化物
（Ｆｅ，Ｍｎ）₂Ｏ₃を形成し、酸化スケールの７００℃
までの硬度を向上させる働きがある。その効果を得るた
めには、０．２％以上とするのがよい。しかし、Ｍｎ含
有率が９％を超えると、酸化スケールの高温延性が低下
し、穿孔中に酸化スケール層がプラグから剥離し、プラ
グの寿命を短くする。したがって、Ｍｎ含有率は、０．
２〜９％が適当である。また、プラグが特に厳しい穿孔
条件で用いられる場合には、０．２〜３％とするのが好
ましい。

【００３１】Ｃｒ：Ｃｒは、プラグ表面の酸化スケール
の高温硬度の低下を抑制するのに有効な元素である。そ
の効果を得るためには、３％以上とするのがよい。Ｃｒ
含有率が１１％を超えると、プラグ表面に形成される酸
化スケールが耐酸化性のよいＣｒ主体の酸化スケールと
なり、本発明のプラグが必要とする厚い酸化スケール層
（厚さ５０〜５００μｍ）が形成されにくくなる。した
がって、Ｃｒ含有率の上限は１１％とするのが好まし
い。

【００３２】Ｎｉ：Ｎｉは、プラグ表面に生じる焼き入
れ相の靭性の向上および酸化スケール層の耐剥離性（密
着性）向上に有効である。この効果は、Ｎｉ含有率０．
５％以上で発揮される。Ｎｉ含有率が７％を超えると、
酸化スケールの成長が抑制され、プラグの寿命が低下す
る傾向がある。そのために、Ｎｉ含有率は０．５〜７
％、好ましくは、１〜５％が適当である。

【００３３】Ｗ：Ｗは必要に応じて添加する元素であ
り、プラグ母材の高温強度を向上させるのに有効であ
る。しかし、０．５％を超えると、プラグ表面の酸化ス
ケール層中にＷ酸化物が生成し、このＷ酸化物とＦｅ酸
化物とが共晶反応を起こす。この共晶反応は酸化スケー
ル層の融点を低下させるので、本発明のプラグには極め
て有害である。したがって、Ｗを添加する場合の上限
は、０．５％である。Ｍｏ：Ｍｏは、プラグ母材の高
温強度を向上させるのに有効であり、少なくとも、１％
含有させるのがよい。しかし、８％を超えると、酸化ス
ケールの成長が抑制され、プラグ寿命が短くなる傾向が
ある。したがって、Ｍｏ含有率は、１〜８％、好ましく
は３〜８％である。

【００３４】Ｃｏ：Ｃｏはプラグ母材の靭性を向上させ
る働きがあり、本発明のプラグでは、必要に応じて添加
する元素である。Ｃｏ含有率が０．１％未満では十分な
効果が得られず、また、５％を超えると、逆に靭性を低
下させる傾向がある。したがって、Ｃｏを含有させる場
合は、０．１〜５％の範囲が望ましい。

【００３５】Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ：プラグ母材の細粒化に
よる靱性の向上に有効であり、本発明のプラグでは、必
要に応じて添加する元素である。これらの元素を含有さ
せる場合には、その効果を発揮させるために、Ｎｂは
０．１〜２％、Ｔｉは０．０５〜２％、Ｚｒは０．０１
〜０．５％の範囲が適当である。これらの元素の含有率
が前記の上限値を上回ると、脆化層が現れ、プラグの高
温強度が低下する。これらの元素は、単独で含有させて
もよく、２または３種の元素を併用してもよい。

【００３６】Ｌａ、Ｃｅ、Ｙ：酸化スケール層の密着力
を向上させるのに有効であり、必要に応じて添加する元
素である。その効果を得るためには、これらの元素のう
ちの少なくとも１種を合計で０．００１％以上含有させ
るのがよい。一方、各元素の合計の含有率が０．２％を
超えると、プラグ母材中に脆化層が生じ、プラグの高温
強度が低下するので、上限は０．２％とするのが好まし
い。

【００３７】Ｐ：Ｐは酸化スケールの高温硬度とプラグ
母材の靱性を低下させる傾向があるので、含有率は低い
方が好ましい。特に、プラグが変形抵抗の高い被穿孔材
の製管に用いられる場合には、Ｐ含有率は０．００５％
以下とするのがよい。

【００３８】Ｓ：Ｓは高温における酸化スケール層とプ
ラグ母材との密着性を低下させるので、含有率は低い方
が好ましい。特に、プラグが変形抵抗の高い被穿孔材の
製管に用いられる場合には、Ｓ含有率を０．００３％以
下とするのがよい。

【００３９】なお、Ａｌは脱酸剤として有効な元素であ
り、必要に応じて用いるのがよい。その効果を得るため
には、ｓｏｌ．Ａｌで０．００５％以上とするのがよ
い。一方、０．２％を超えると脱酸効果が飽和するとと
もに、鋳造されたインゴットに欠陥が生じる恐れがあ
る。したがって、Ａｌを添加する場合には、ｓｏｌ．Ａ
ｌで、０．００５〜０．２％とするのが好ましい。

【００４０】（Ｄ）プラグの製造方法プラグ母材の製造方法：プラグを形成するための合金
は、溶解原料を大気中または真空中で溶解し、所定の化
学組成に調整することによって製造する。なお、本発明
のプラグはＣｒ含有率が比較的高いので、溶解法とし
て、ＡＯＤ法あるいはＶＯＤ法を用いるのも有効であ
る。次に、所定の化学組成の溶鋼を、インゴットに鋳造
するかまたはプラグの形状の鋳型に鋳込む。インゴット
に鋳造した場合は、インゴットを鍛造し、金属組織を微
細化することにより靱性を向上させた後、切削加工する
ことによって、所定の形状、寸法のプラグに仕上げる。
プラグの形状に直接鋳造した場合には、機械加工によっ
て所定の寸法に仕上げる。

【００４１】なお、母材の材料特性は、前記の化学組成
の合金を選ぶことによって満足させることができる。た
だし、本発明の範囲の材料特性が得られる場合には、前
記の化学組成の合金でなくてもよい。

【００４２】酸化スケール層の形成方法：上記の方法で
製造されたプラグ母材を酸化性雰囲気で加熱することに
よって、プラグの表面に酸化スケール層を形成させる。
例えば、ブタン、プロパン等の炭化水素系ガスの燃焼雰
囲気中（ＣＯ₂ 、Ｏ₂ 、Ｈ₂Ｏ、ＣＯ等のガスからな
る）で、９００℃〜１２００℃に加熱することによっ
て、所定の酸化スケールを形成させることができる。酸
化スケール層の厚さは、それぞれの加熱条件に応じて、
加熱時間と酸化スケール層の厚さの関係を予め求めてお
くことによって、目標の厚さに調整することが可能であ
る。

【００４３】（Ｅ）継目無管の製造方法本発明のプラグを用いて、継目無管を製造する場合に
は、例えば、マンネスマンプラグミル方式の穿孔に本発
明のプラグを適用すればよい。図１に示すように、９０
０〜１３００℃程度に加熱した所定の長さの被穿孔材１
の中心部に対して、プラグ支持竿６を介して本発明のプ
ラグ３を押し当て、１対のロール２で被穿孔材１を押
圧、回転させる。穿孔が完了した際には、プラグ３およ
び支持竿６を被穿孔材１から抜き取る。回収したプラグ
３については、プラグの表面状態を検査し、使用可能で
あれば再使用する。プラグ表面の酸化スケール層の溶損
またはプラグ胴部のえぐれ等により、使用不能と判定さ
れた場合には、プラグの寿命と判断し、使用を中止すれ
ばよい。

【００４４】

【実施例】本発明例のプラグおよび比較例のプラグを製
造し、プラグ母材およびプラグ表面に形成された酸化ス
ケール層の特性を調査した。さらに、このプラグを用い
たマンネスマンプラグミル穿孔試験を行った。

【００４５】表１に、供試材（プラグ母材）の化学組成
をまとめて示す。供試材Ａ〜Ｗの２３種類は、化学組成
が好ましい範囲内の例、供試材ａ〜ｊの１０種類は、化
学組成が好ましい範囲外の例である。

【００４６】

【表１】

【００４７】これらの供試材は、５０ｋｇ高周波誘導溶
解炉で溶解し、所定の化学組成に調整した溶鋼をインゴ
ットに鋳造する方法で製造した。プラグへの加工は、イ
ンゴットの鍛造と機械加工によった。また、プラグ表面
の酸化スケール層は、ブタンガス燃焼雰囲気中で、１０
５０℃に３〜６時間加熱することによって形成させた。
酸化スケール層の厚さは、加熱時間を変えることによっ
て調整した。なお、プラグは各供試材につき、２個ずつ
作製し、後記のようなプラグの諸特性調査および穿孔試
験に供した。

【００４８】各プラグについては、プラグ表面の酸化ス
ケール層およびプラグ母材の材料特性調査を行った。酸
化スケール層については、プラグから試験片を切り出
し、顕微鏡観察によって酸化スケール層の厚さ、示差熱
分析によって酸化スケールの融点、高温硬度計を用いて
１０００℃における酸化スケールの硬度を測定した。ま
た、プラグ母材については、同じくプラグから試験片を
切り出して、常温におけるシャルピ−衝撃値、９００℃
での引張強度を調査した。

【００４９】さらに、各プラグを用いて、ＳＵＳ３０４
（１８％Ｃｒ）およびＳＵＳ３２９Ｊ３Ｌ（２５％Ｃ
ｒ）の各ステンレス鋼（被穿孔材の長さ：２７００ｍ
ｍ、径：１９７ｍｍ）を穿孔し、繰り返し使用した場合
の寿命を調査した。なお、穿孔前の被穿孔材の加熱温度
は１２３０℃、穿孔後の外径は２０５ｍｍ、肉厚は２５
ｍｍである。また、穿孔後の中空素管については、内面
の表面性状（シェル内面性状）を調査した。

【００５０】表２に、これらの調査結果をまとめて示
す。

【００５１】

【表２】

【００５２】本発明例の試験Ｎｏ．１〜２３（供試材Ａ
〜Ｗ）は、酸化スケール層の条件およびプラグ母材の材
料特性値が請求項１の本発明の範囲内にあり、酸化スケ
ールの融点は１２００℃以上、１０００℃における酸化
スケールのビッカース硬度（Ｈｖ：１０ｇｆ）は１０以
上、プラグ母材のシャルピー衝撃値は３０Ｊ／ｃｍ²以
上、９００℃における引張強度は９０Ｎ／ｍｍ² 以上を
満足している。また、表１に示したプラグ母材の化学組
成も請求項２から請求項４の好ましい範囲内にある。し
たがって、本発明のプラグ１本当たりの穿孔可能回数
（寿命）は、ＳＵＳ３０４の場合で７〜９回、ＳＵＳ３
２９Ｊ３Ｌの場合で３〜４回と良好な成績であった。ま
た、シェル内面性状も良好であった。

【００５３】このなかで、試験Ｎｏ．２０〜２３は穿孔
可能回数がやや低めであった。その理由は、次のように
考えられる。

【００５４】試験Ｎｏ．２０および２１はプラグ母材の
Ｍｎ含有率が５％以上で高め、試験Ｎｏ．２２および２
３はＰ含有率がそれぞれ０．００５％、０．００４％で
やや高めであった。そのために、試験Ｎｏ．２０と２１
は酸化スケールの高温延性がやや低め、試験Ｎｏ．２２
と２３は酸化スケール層と母材との密着力がやや低めで
あったと推定される。したがって、変形抵抗の高い被穿
孔材の製管に用いるプラグ母材は、Ｍｎ含有率を３％程
度までとし、Ｐ含有率は高くても０．００５％とするの
が好ましい。

【００５５】これに対して、比較例の試験Ｎｏ．２４〜
３４は、酸化スケール層の厚さ、融点、硬度、または、
プラグ母材のシャルピー衝撃値（靱性）、９００℃の高
温引張強度（高温強度）のいずれかまたはいくつかが本
発明で規定する範囲外であった。また、試験Ｎｏ．２４
〜３３のプラグ母材の化学組成も請求項２〜請求項４で
規定する好ましい範囲外である。したがって、比較例の
試験Ｎｏ．２４〜３４はプラグ１本当たりの穿孔可能回
数が、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３２９Ｊ３Ｌいずれの場合
もすべて１回であった。また、シェルの内面性状も２例
を除き、かぶれ疵等が発生しており不良であった。この
ように、比較例のプラグは本発明例のプラグに比べると
著しく劣っていることが明らかである。

【００５６】以下、比較例について、各試験Ｎｏ．毎に
結果が不良であった原因を述べる。試験Ｎｏ．２４（供
試材ａ）は、プラグ母材のＣ含有率が高すぎたために、
プラグ母材の靭性および高温強度の材料特性値が低かっ
た。

【００５７】試験Ｎｏ．２５（供試材ｂ）はＳｉが低す
ぎたために、酸化スケールの融点および高温硬度は高か
ったものの、酸化スケールの高温延性が低かったものと
推定される。試験Ｎｏ．２６（同ｃ）はＳｉが高すぎた
ために、酸化スケールの融点および硬度が低かった。

【００５８】試験Ｎｏ．２７（供試材ｄ）は、Ｍｎ含有
率が低すぎたために、酸化スケール層の高温硬度が不十
分であった。試験Ｎｏ．２８（同ｅ）は、Ｍｎ含有率が
高すぎたために、穿孔中に酸化スケール層の剥離が生じ
たものと推定される。

【００５９】試験Ｎｏ．２９（供試材ｆ）はＣｒ含有率
が低すぎたために、酸化スケール層の高温硬度が低す
ぎ、穿孔中にスケールの摩滅が起こったものと推定さ
れ、試験Ｎｏ．３０（同ｇ）はＣｒ含有率が高すぎたた
めに、酸化スケール層形成のための加熱保持時間を長く
しても、十分な酸化スケール層の厚みを得ることができ
なかった。

【００６０】試験Ｎｏ．３１（供試材ｈ）はＭｏ含有率
が低すぎたために、プラグ母材の高温強度が低すぎ、試
験Ｎｏ．３２（同ｉ）はＭｏ含有率が高すぎたために、
十分な酸化スケール層の厚みが得られておらず、また、
Ｎｂ含有率が高すぎたために、プラグ母材の強度も低か
った。

【００６１】試験Ｎｏ．３３（供試材ｊ）は、Ｃｏ含有
率が高すぎたために、プラグ母材の靱性が低く、穿孔中
に酸化スケール層の剥離も起こったものと推定される。
したがって、シェル内面性状も不良であった試験Ｎｏ．３４（供試材Ａ）は、プラグ母材の材料特性
値は本発明で規定する範囲を、化学組成は好ましい範囲
を満足している。ただし、酸化スケール層の厚さが薄す
ぎる例であり、この場合にも、プラグの寿命が著しく短
かった。

【００６２】以上の結果から明らかなように、酸化スケ
ール層の特性およびプラグ母材の材料特性が本発明で規
定する範囲内にあるプラグ、または、さらに化学組成が
好ましい範囲内にあるプラグは、Ｃｒ含有率が高く、高
温における変形抵抗の高いステンレス鋼などの穿孔の際
に優れた寿命を備えていた。また、本発明のプラグを用
いた継目無管の製造方法は、プラグの交換頻度が少なく
てよく、優れた方法であることが裏付けられた。

【００６３】なお、上記実施例では、ステンレス鋼を対
象として穿孔試験を行った例を示したが、本発明の継目
無管製造用プラグおよびこのプラグを用いた継目無管の
製造方法は、ニッケル基合金等高温における変形抵抗の
高い他の材料の穿孔にも適している。

【００６４】

【発明の効果】本発明の継目無管製造用プラグおよびこ
のプラグを用いた継目無管の製造方法によれば、Ｃｒ１
３％以上のような高クロム鋼、ステンレス鋼、高合金
鋼、ニッケル基合金等の高温における変形抵抗が高い材
料を、マンネスマンプラグミル方式等で製管する場合で
も、優れたプラグ寿命を得ることができる。また、プラ
グの溶損、焼付などが起こりにくいため、内面品質のよ
い継目無管を安定して供給することができる。このよう
に、本発明によれば、穿孔に問題のあった材料の継目無
管に関し、生産性および経済性に優れ、品質のよい製品
を提供することが可能であり、継目無管の製造に対する
寄与が極めて大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、傾斜穿孔圧延方式による穿孔について
の説明図である。

【図２】図２は、穿孔後のプラグに認められる溶損、え
ぐれの発生位置を示す図である。

【符号の説明】

１：被穿孔材２：ロール３：プラグ４：プラグ表面の溶損５：プラグ表面のえぐれ６：プラグ支持竿

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】９００℃における引張強度が９０Ｎ／ｍｍ
² 以上、常温における衝撃値が３０Ｊ／ｃｍ² 以上のＣ
ｒおよびＭｏを含む合金鋼からなる母材の表面に、融点
が１２００℃以上、１０００℃における硬度がビッカー
ス硬度１０相当以上で、厚さが５０〜５００μｍの酸化
スケール層を備えることを特徴とする継目無管製造用プ
ラグ。
【請求項２】母材の合金鋼が、重量％で、Ｃ：０．０１〜０．５％、Ｓｉ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．２〜９％、Ｃｒ：３〜１１％、Ｎｉ：０．５〜７％、Ｗ：０〜０．５％、Ｍｏ：１〜８％、Ｎｂ：０〜２％、Ｃｏ：０〜５％、Ｔｉ：０〜２％、Ｚｒ：０〜０．５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避の不純物からなるこ
とを特徴とする請求項１に記載の継目無管製造用プラ
グ。
【請求項３】母材の合金鋼が、重量％で、Ｃ：０．０１〜０．５％、Ｓｉ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．２〜３％、Ｃｒ：３〜１１％、Ｎｉ：１〜５％、Ｍｏ：３〜８％、Ｎｂ：０．１〜２％、Ｃｏ：０．１〜５％、Ｔｉ：０．０５〜２％、Ｚｒ：０．０１〜０．５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避の不純物からなり、
不可避の不純物中のＰが０．００５％以下、Ｓが０．０
０３％以下であることを特徴とする請求項１に記載の継
目無管製造用プラグ。
【請求項４】残部Ｆｅのうちの一部に代えて、Ｌａ、Ｃ
ｅおよびＹのうちの少なくとも１種を合計で０．００１
〜０．２％含有するすることを特徴とする請求項２また
は３に記載の継目無管製造用プラグ。
【請求項５】請求項１〜４に記載のいずれかの継目無管
製造用プラグを用いて製管することを特徴とする継目無
管の製造方法。