JPH11285709A - 継ぎ目無し鋼管穿孔および圧延用ガイドシュー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 継ぎ目無し鋼管の傾斜穿孔または傾斜圧延に
用いられるガイドシューの耐焼付きおよび耐摩耗性を向
上させ、被圧延材との焼付きに起因する製品外面疵を低
減させるとともに、ガイドシューの耐久性を改善する。 【解決手段】 ガイドシューをその厚さ方向に本体部と
底部に２分割し、本体部と底部との間にセラミックスま
たはサーメット材により構成される球形状工具を嵌合
し、該球形状工具の一部をガイドシュー表面のその直径
が球形状工具の直径より小さい空孔より突出させる。こ
の方法により、耐焼付き、耐摩耗性にすぐれたセラミッ
クス材およびサーメット材を、実用上問題なくガイドシ
ューに適用することが可能となり、被圧延材の製品外面
疵が低減するとともにガイドシューの耐久性が改善され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、継ぎ目無し鋼管の
傾斜穿孔および傾斜圧延における、ガイドシューの耐焼
付き性および耐摩耗性向上によるガイドシューの耐久性
改善ならびにガイドシューとの焼付きに起因する製品外
面疵の低減を可能とするためのガイドシューの改良に関
する。

【０００２】

【従来の技術】継ぎ目無し鋼管の製造工程においては、
その穿孔工程において、日本塑性加工学会編「塑性加工
技術シリーズ８ 棒線・形・管圧延」の１３９頁に記述
されている傾斜穿孔法を、それに続く延伸工程において
同書の１９７頁に記述されている２ロールエロンゲータ
圧延を用いる場合が多々ある。

【０００３】図７には、傾斜穿孔機の説明図を示す。
（ａ）は一部欠裁側面図、（ｂ）はそのＬ−Ｌ断面図で
ある。傾斜圧延に用いられる２ロールエロンゲータは、
ロールにかみ込む前の素材が中実材であるか中空材であ
るかの差異があるのみで、その構造は図７の傾斜穿孔機
と同様である。傾斜穿孔機や２ロールエロンゲータにお
いて、ロール８は、その軸心がパスライン１３に対し
て、図７（ａ）の紙面に垂直な方向に、傾斜角と称され
る一定の角度だけ傾いた状態となるように配置される。
押し込み装置１４によって一対のロール８間に押し込ま
れた被圧延材１０は、傾いた状態に配置されたロール８
によって駆動されるために、被圧延材１０の軸方向なら
びに周方向の２方向の速度成分を有する螺旋状の運動を
しながら、一対のロール８により外面を圧下されつつ、
さらにマンドレルバー１２の先端に接続固定され、パス
ライン１３上に配置されたプラグ１１により内面が圧下
されることにより、所定の外径および内径の中空管に穿
孔または圧延される。

【０００４】このとき、穿孔や圧延に伴い被圧延材１０
がロール８間に膨れ出すことを防止するために、ロール
８間に一対のガイドシュー９と称される板状の工具が配
置される。このガイドシュー９は、ロール８間の所定の
配置位置に固定され、それ自身は回転や並進運動を行わ
ないために、軸心を中心に回転運動するロール８やプラ
グ１１と比較して、螺旋状に運動する高温に加熱された
被圧延材１０との間のすべり速度が大きくなり、被圧延
材１０との間の焼付きや被圧延材１０との接触面の摩耗
が生じやすくなる。被圧延材１０とガイドシュー９との
間に焼付きが発生すると、焼付き片が被圧延材１０表面
に移着する飛び込み疵を誘発し、ガイドシュー９の摩耗
が進展すると、相対向するガイドシュー９間の距離が拡
大し被圧延材１０の外径寸法精度が悪化する。

【０００５】このように、ガイドシュー９の焼付きや摩
耗は、被圧延材１０の品質や寸法精度を悪化させるため
に、焼付きや摩耗が生じたガイドシュー９は交換が必要
となる。ガイドシュー９の交換は、工具コストを増加さ
せるとともに、交換中は穿孔または圧延が休止するため
に、生産性の低下を引き起こす。通常、ガイドシュー９
には、前述の日本塑性加工学会編「塑性加工技術シリー
ズ８ 棒線・形・管圧延」の１５０頁に記述されている
ように、高温での耐焼付き性や耐摩耗性を考慮して、高
Ｃｒ−Ｎｉ鋳鋼が用いられているが、上述のガイドシュ
ー９の焼付きや摩耗の問題を抜本的に改善するには至っ
ておらず、耐焼付き性や耐摩耗性に優れたガイドシュー
９の開発が望まれている。

【０００６】このような問題の改善手段として、特開昭
６１−１６３２０８号公報には、ガイドシューの表面に
予め熱処理により金属酸化物層を生成させ、この酸化物
層を用いて工具の耐用寿命を延長する方法が開示されて
いるが、この方法では、酸化物層が、ガイドシュー母材
から早期に剥離脱落するまたは早期に摩滅するなどの問
題が想定され、穿孔または圧延本数が増加した場合に、
ガイドシューの焼付きや摩耗を防止するのは難しい。特
開昭６１−２２３０９６号公報には、ガイドシューと被
圧延材との間の潤滑を対象に含む熱間加工用潤滑剤が、
また、特開平２−２９５６０３号公報には、焼き付き防
止剤を圧延中の被圧延材表面に連続的に供給することに
より間接的にガイドシュー表面に供給する方法が開示さ
れているが、穿孔または圧延中の高い面圧で接触するガ
イドシューと被圧延材との間に途切れることなく連続的
に潤滑剤を供給することは困難であること、また、穿孔
前のガイドシュー表面に潤滑剤を塗布する方法では、塗
布した潤滑剤が早期に剥離脱落し、穿孔または圧延され
る被圧延材全長にわたって潤滑剤を保持することが難し
く、穿孔または圧延の初期の段階で潤滑剤適用効果が享
受されるのみで、それ以後の部分については従来の無潤
滑の場合と何ら変化がなくなること、穿孔または圧延前
の被圧延材の表面に予め潤滑剤を塗布する方法では、一
般に本発明が対象とする穿孔法または圧延法において
は、被圧延材は回転しつつ穿孔または圧延されるため
に、ガイドとの接触が始まる前に塗布した潤滑剤が、穿
孔機または圧延機周辺の被圧延材支持ローラー等の周辺
機器との接触によって剥離脱落すること等の問題があ
り、ガイドシューの焼付きや摩耗を抜本的に改善するこ
とは困難と考えられる。

【０００７】また、特開昭５９−１５３５０６号公報と
特開昭６０−６２１６号公報には、ガイドシュー表面の
凹部にセラミックス溶射肉盛りまたは被着する方法が、
特開昭６２−９７７７０号公報には、ガイドシューの母
材鋼の被圧延材との接触面にプラズマパウダーウェルデ
ィング法を用いて硬質セラミックスを含浸した層を形成
する方法が、特開昭６２−１７０４７９号公報には、熱
間工具の母材鋼の表面にＣＶＤ法等によりセラミックス
皮膜をコーティングする方法が開示されている。

【０００８】セラミックスやセラミックスを含浸した層
は耐焼付き性や耐摩耗性に優れるものの、プラズマパウ
ダーウェルディング法等の肉盛り法やＣＶＤ法で母材鋼
表面に生成された層は、母材との線膨張係数の差が大き
いために、熱間穿孔または圧延による急激な温度上昇お
よび穿孔または圧延終了後の冷却による急激な温度低下
という急激な温度変化を繰り返し受けるとともに、穿孔
または圧延中は高温の被圧延材との間で高い接触面圧が
生じかつ被圧延材との間の相対すべり速度も大きいガイ
ドシューに適用した場合、セラミックスを含浸した層や
セラミックス皮膜がガイドシュー母材との間の界面から
剥離脱落するという問題点がある。

【０００９】ガイドシュー全体を耐摩耗性および耐焼付
き性に優れたセラミックスで形成する方法も考えられる
が、一般にセラミックスは低靭性であるために、穿孔ま
たは圧延中に被圧延材から受ける反力よって割れが生
じ、ガイドシューが破損することが懸念される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、継ぎ目無し
鋼管の傾斜穿孔および圧延工程における、ガイドシュー
と被圧延材との間の焼付きに起因する製品外面疵の低減
ならびにガイドシューの耐久性改善を可能とするガイド
シューを提供しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、継ぎ目無し鋼
管の傾斜穿孔または傾斜圧延に用いられるガイドシュー
において、ガイドシューをその厚さ方向に本体部と底部
に２分割し、本体と底部との間にセラミックスあるいは
サーメット材によって構成された複数の球形状工具を嵌
合し、該球形状工具の一部をガイドシュー表面のその直
径が前述の球形状工具の直径より小さい空孔より突出さ
せること、および、炭化物、硼化物、酸化物のセラミッ
クスの一種以上を合計で重量比５０％以上含有するサー
メット材により構成された球形状工具を用いることを特
徴とするガイドシューである。

【００１２】これによって、ガイドシュー材質として、
セラミックス材あるいはサーメット材を適用することが
可能となり、耐摩耗性、耐焼付き性に優れたガイドシュ
ーを実用上問題なく得ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、図を用いて本発明の実施
の形態を詳細に説明する。

【００１４】本発明者らは、穿孔または圧延におけるガ
イドシューの摩耗および焼き付きを防止するための材質
として、各種の材料を検討した。その結果、ガイドシュ
ーの材質として耐摩耗、耐焼き付き性に優れるセラミッ
クス材およびセラミックスと金属とを混合したサーメッ
ト材が好ましいことが判明した。

【００１５】セラミックス材としては、構造用として使
用される窒化珪素、サイアロン、アルミナ等やこれらを
ファイバー状のＳｉＣ等で強化した材料等が適用でき
る。また、サーメット材については、ＴｉＣ、ＮｂＣ、
ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＶＣ等の炭化物、ＴｉＢ₂、ＣｒＢ₂等
の硼化物や、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃等の酸化物を
セラミックス材として重量比で５０％以上と、ハステロ
イやステライト等のＮｉ基やＣｏ基等の超合金とを混合
したものが適用できる。なお、サーメット材のセラミッ
クス材含有率を重量比で５０％以上とするのは、含有率
が重量比で５０％以下では十分な耐焼き付き性を確保で
きないからである。

【００１６】以上のことから、本発明では、ガイドシュ
ーの材質として、セラミックス材或はセラミックスを５
０％以上含有するサーメット材を用いる。

【００１７】ところで、前述したように、ガイドシュー
は板状の形状を有するため、ガイドシュー全体を、一般
に低靭性で割れの生じやすいセラミックス材やサーメッ
ト材で形成した場合、穿孔もしくは圧延中に、被圧延材
からガイドシューに加わる圧延反力によって割れが生
じ、使用不能となる。この問題を解決するために、本発
明者らは、一般に低靭性で割れの生じやすいセラミック
スやサーメット材を、割れが発生することなくガイドシ
ューに適用する方法について検討した。

【００１８】まず、セラミックス材やサーメット材を適
用する範囲についてであるが、ガイドシュー素材とし
て、耐摩耗、耐焼付き性を要求されるのは、ガイドシュ
ー表面のガイドシューと被圧延材との接触部分のみであ
り、この部分をセラミックス材またはサーメット材とす
れば、それ以外の部分については、従来から用いられて
いる鋳鋼を用いても何ら問題は生じない。

【００１９】従って、ガイドシューと被圧延材との接触
部分についてのみ、セラミックス材またはサーメット材
を適用することとする。

【００２０】次に、本発明者らは、セラミックス材また
はサーメット材をガイドシューの被圧延材との接触部分
に適用する場合のガイドシューの構造について検討し
た。その結果として、板状の形状の場合は、割れを回避
することは困難であるが、球状の形状とすれば、被圧延
材との接触によって生じる面圧に対しても割れを生じる
ことなく使用できるとの結論に至った。

【００２１】次に、本発明者らは、球状の形状のセラミ
ックス材やサーメット材をガイドシューに適用する場合
の、ガイドシューの形態について検討を行った。この場
合、球状の形状を有するセラミックス材やサーメット材
を穿孔および圧延前後、または穿孔および圧延中に関わ
らず、如何にガイドシュー中に保持するかが問題とな
る。これを具現化する方法としては、以下の方法を適用
する。

【００２２】図１には、本発明のガイドシューの説明図
を、図２には、本発明のガイドシューの本体部の説明図
を、図３には、本発明のガイドシューの底部の説明図
を、図４には、本発明のガイドシューの球形状工具部の
説明図を示す。図６には、一般に用いられるガイドシュ
ーの説明図を示す。

【００２３】図１に示すように、本発明のガイドシュー
は、一般に用いられるガイドシューの裏面側に特定の深
さの凹み部を有する形状の本体部１、前記凹み部と概略
同一の形状を有する底部２およびセラミックス材または
サーメット材で構成される球形状工具部３によって構成
される。本体部１と底部２とは、通常用いられるガイド
シューと同様に鋼材により構成される。

【００２４】図２に示すように、本体部１の裏面側に
は、特定の深さの凹み部５が形成される。さらに、本体
部１の凹み部５とガイドシュー表面との間には、ガイド
シュー表面側から球面形状の一部とそれに続く円筒形状
の厚さ方向に貫通した複数の空洞部４が設けられてい
る。この空洞部４の球面形状は、前述の球形状工具部３
の形状と概略一致し、円筒形状の部分の直径は球形状工
具部３の直径に概略一致する。本体部１を上述のような
構造とすることから、ガイドシュー本体部１の表面に
は、図２に示すように、前述の空洞部４に対応した略円
形の空孔６群が形成される。この空孔６群の各空孔の直
径は、球形状工具部の脱落防止或はその凸出量等を考慮
して、前述の球形状工具部３の直径よりも小さくなるよ
うに本体部１を設計する。なお、空孔群は溝形状にする
ことも可能である。

【００２５】図３に示すように、底部２は、本体部１の
凹み部５に概略一致する形状を有する。上述の本体部１
に形成された空洞部４に、図４に示すセラミックス材ま
たはサーメット材によって構成された球形状工具部３を
挿入した上で、本体部１に底部２を嵌合することによ
り、図１に示すようにガイドシューが形成される。その
際、球形状工具部３は、本体部１の空洞部４の内壁およ
び底部２との間でその位置が拘束され、固定される。セ
ラミックス材またはサーメット材によって構成される球
形状工具部３を球形状とするのは、穿孔または圧延中に
被穿孔材または被圧延材からの反力が加わった場合、板
状の形状の場合のような曲げによる内部引張り応力が作
用せず、割れによる破損が生じにくいためである。な
お、本体部１の空洞部４の球面形状部分および円筒形状
部分の直径は、挿入するセラミックス材またはサーメッ
ト材によって構成される球状部とのはめ合いを考慮して
挿入が困難とならない程度に、適宜設定する。

【００２６】セラミックス材やサーメット材は一般に難
加工性を示し、所定寸法の球形状に仕上加工することが
困難であることが想定されるが、それについては、略球
形状に粗成形したセラミックス材またはサーメット材
を、例えば１９９６年発行の第７４回日本機械学会全国
大会講演論文集、第３巻の１０１頁から１０２頁に記載
されている磁性流体研磨を用いたセラミックス球の研磨
方法などの既に確立された加工方法を適用することによ
り、所定の寸法とすることが可能である。本体部１と底
部２の固定方法については、ボルトなどネジを用いた固
定方法や溶接による固定方法等を適宜選択して用いる。

【００２７】図５には、本発明の、ガイドシューと被圧
延材との接触状態の説明図を示す。ガイドシューを上記
のような構造とすれば、本体部１表面より球形状工具部
３を突出させていることから、被圧延材１０を、球形状
工具部３とは接触するが本体部１とは接触させずに穿孔
または圧延することが可能となる。

【００２８】上記のように構成されたガイドシューは、
従来から使用されているガイドシューと同一の外形状を
有するため、既設のガイドシュー保持装置を何ら改造す
ることなく穿孔機または圧延機で使用することが可能で
ある。

【００２９】

【実施例】（実施例１）図１に示したガイドシューを用
いて、以下の条件で炭素鋼のマンネスマン穿孔を行っ
た。なお、サーメット材のバインダーとしては、Ｎｉ基
超合金のハステロイＣまたはＣｏ基超合金であるステラ
イトを用いた。穿孔は、各条件毎に最大１００本行っ
た。表１に、ガイドシュー条件、圧延本数および表中の
本数の圧延終了後のガイドシューの状況を示す。 穿孔素材寸法：直径７５ｍｍ×長さ１０００ｍｍ 穿孔素材加熱温度：１２００℃ 最小ロール隙：６８ｍｍ ロール傾斜角：８° プラグ径（プラグの最大直径）：６０ｍｍ

【００３０】

【表１】 表１の本発明例及び比較例のガイドシューの状況より明
らかなように、本発明によるガイドシューを用いた場
合、ガイドシューの被圧延材との接触部分に耐焼付きお
よび耐摩耗性に優れたセラミックス材やサーメット材を
適用することが可能となり、ガイドシューと被圧延材と
の間の焼付きやガイドシューの摩耗を抑制することが可
能となった。

【００３１】（実施例２）図１に示したガイドシューを
用いて、以下の条件で１３Ｃｒ鋼の２ロールエロンゲー
タ圧延を行った。なお、サーメット材のバインダーとし
ては、Ｎｉ基超合金のハステロイＣまたはＣｏ基超合金
であるステライトを用いた。穿孔は、各条件毎に最大８
０本行った。表１に、ガイドシュー条件、圧延本数およ
び表中の本数の圧延終了後のガイドシューの状況を示
す。 圧延素材寸法：直径７５ｍｍ×肉厚１２ｍｍ×長さ１
０００ｍｍ 圧延素材加熱温度：１２００℃ 最小ロール隙：６６ｍｍ ロール傾斜角：８° プラグ径（プラグの最大直径）：５８ｍｍ

【００３２】

【表２】 表２の本発明例及び比較例のガイドシューの状況より明
らかなように、本発明によるガイドシューを用いた場
合、ガイドシューの被圧延材との接触部分に耐焼付きお
よび耐摩耗性に優れたセラミックス材やサーメット材を
適用することが可能となり、ガイドシューと被圧延材と
の間の焼付きやガイドシューの摩耗を抑制することが可
能となった。

【００３３】

【発明の効果】本発明により、継ぎ目無し鋼管の傾斜穿
孔および傾斜圧延における、ガイドシューの被圧延材と
の間の焼付きや摩耗を抑制することが可能となり、ガイ
ドシューの耐久性改善ならびにガイドシューとの焼付き
に起因する製品外面疵の低減が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の、ガイドシューの構成を説明する図で
ある。

【図２】本発明の、ガイドシューの本体部を説明する図
である。

【図３】本発明の、ガイドシューの底部を説明する図で
ある。

【図４】本発明の、ガイドシューの球状部を説明する図
である。

【図５】本発明の、ガイドシューと被圧延材との接触状
態を説明する図である。

【図６】一般に用いられるガイドシューの構成を説明す
る図である。

【図７】傾斜穿孔機を説明する図で、（ａ）は一部欠裁
側面図、（ｂ）はそのＬ−Ｌ断面図である。

【符号の説明】

１ 本体部 ２ 底部 ３ 球形状工具部 ４ 空洞部 ５ 凹み部 ６ 空孔 ７ 一般に用いられるガイドシュー ８ ロール ９ ガイドシュー １０ 被圧延材 １１ プラグ １２ マンドレルバー １３ パスライン １４ 押し込み装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 継ぎ目無し鋼管の傾斜穿孔または傾斜圧
   延に用いられるガイドシューにおいて、ガイドシューを
   その厚さ方向に本体部と底部に２分割し、本体部と底部
   との間にセラミックスあるいはサーメット材によって構
   成された複数の球形状工具を嵌合し、該球形状工具の一
   部をガイドシュー表面のその直径が前述の球形状工具の
   直径より小さい空孔より突出させることを特徴とするガ
   イドシュー。
2. 【請求項２】 炭化物、硼化物、酸化物のセラミックス
   の一種以上を合計で重量比５０％以上含有するサーメッ
   ト材により構成された球形状工具を用いることを特徴と
   する請求項１に記載の継ぎ目無し鋼管のガイドシュー。