JP2001234189A - 穿孔圧延プラグ用潤滑剤および継目無鋼管の穿孔圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】継目無鋼管の穿孔圧延用プラグの寿命を向上さ
せることが可能な潤滑剤とこの潤滑剤を用いた継目無鋼
管の穿孔圧延方法を提供する。 【解決手段】潤滑剤は、粒子状の層状物質：１〜１０
％、水分散型または水溶性の高分子：１〜１０％、無機
結合剤：０〜１５％、残部：水である。圧延方法は、少
なくとも先端部分のスケール厚みＨが１μｍ以上で、そ
の表面に式「Ｖ≧５０／Ｈ」を満たす厚さＶの上記潤滑
剤の乾燥固化塗膜を形成させたプラグを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、穿孔圧延プラグ用
潤滑剤とこの潤滑剤を用いた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
能な潤滑剤とこの潤滑剤を用いた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
（１）の穿孔圧延プラグ用潤滑剤と、下記（２）の継目
無鋼管の穿孔圧延方法にある。 （１）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。 （２）少なくとも先端部分のスケール層の厚みＨが１μ
ｍ以上であり、その表面に上記（１）に記載の穿孔圧延
プラグ用潤滑剤を塗布して厚さＶ（μｍ）が式「Ｖ≧５
０／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、Ｍｏ
Ｓ₂ 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、本発明の穿孔圧延プラグ用
潤滑剤と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１０
０μｍ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１
００μｍ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１μ
ｍ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１
ａとは、プラグ先端（図１の左端）からプラグ全長の１
０％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２
０μｍ、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％Ｃ
ｒ−１％Ｎｉ−残Ｆｅの合金鋼、最大径部の外径が１４
７ｍｍ、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１
２３０℃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（５５００／１７７
０）、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】 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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ１０Ｍ 103/02 Ｃ１０Ｍ 103/02 Ｚ 103/06 103/06 Ｆ Ｃ 125/10 125/10 125/14 125/14 125/26 125/26 143/00 143/00 145/06 145/06 145/14 145/14 145/40 145/40 // Ｃ１０Ｎ 10:02 Ｃ１０Ｎ 10:02 10:12 10:12 20:06 20:06 Ｚ 40:24 40:24 Ｚ (72)発明者 下田 一宗 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4H104 AA01C AA04A AA13C AA19A AA24A AA26A AA26C CA01C CB03C CB08C CB19C EA08A FA01 FA06 PA23 PA30 QA01 QA12

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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。
2. 【請求項２】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、その表面に請求項１に記載の穿孔
   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。