JP4682450B2 - Seamless steel pipe manufacturing method and seamless steel pipe excellent in internal smoothness - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間製管された素管に引抜加工を施して冷間仕上する継目無鋼管の製造方法に係り、より詳しくは、化学プラント、発電プラント配管用、または機械構造用、自動車用部品などの多種多様の用途に好適な内面平滑性に優れた冷間仕上継目無鋼管の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
冷間仕上される継目無鋼管は、主に特殊用途のために用いられ、例えば、化学・発電プラント配管用鋼管、機械構造用鋼管などとして使用される。これらの用途に用いられる継目無鋼管の素管は、マンネスマン製管法やユジーン製管法による熱間製管によって得られるが、一般的には、マンネスマン製管法によって鋼片をマンネスマン穿孔し、サイザーまたはレヂューサーで定径または縮径圧延されて製造される。次いで、製造された素管は、外径・内径・肉厚の寸法精度の向上、表面の平滑性の向上、機械的強度の確保などを目的として、冷間で引抜加工を施して仕上られる。
【0003】
近年では、環境保護の意識の高まりから、自動車用の部品として継目無鋼管の採用が注目されている。すなわち、現在、自動車業界では、車体重量を軽量化により燃費を向上させる技術の開発が進められており、従来、棒鋼により製造されていた自動車のパワーステアリング用部品、ドライブシャフト等の駆動部品に継目無鋼管を用い、部品の中空化によって軽量化を図る試みがなされている。
【0004】
しかし、棒鋼に代わる継目無鋼管の採用には、技術的な問題がある。これらの部品は厳しい環境下で使用されるため、管内面の表面性状が問題となる。管内面にシワ疵などの表面疵があると、そこを起点とし、成形加工中または車体に実装した後の使用環境下で応力集中による亀裂が発生するおそれがある。
【0005】
上述の自動車のパワーステアリング用部品、ドライブシャフト等の駆動部品に継目無鋼管を使用する場合には、鋼管寸法はT/D(肉厚/外径の比)が20%以上の厚肉管が多用されている。さらに、鋼管から部品にするための加工上の制約またはは使用上の制約から、許容される鋼管内面のシワ疵は浅いほど好ましく、上述の自動車用駆動部品では、管内面に発生するシワ疵の深さを0.05mm以下にする必要がある。
【0006】
管内面の発生するシワ疵を小さくするには、熱間製管時に素管に発生する角張を矯正し、シワ疵として残留するのを防止すればよい。ここで、角張とは、マンネスマン製管法のようなロール圧延により製造される継目無鋼管において、レデューサまたはサイザーのような縮径・定径過程で生成される管内外面の凹凸状の不揃いに起因する管内面の非真円性のことをいう。また、シワ疵とは、継目無鋼管の内外表面に存在する深さ0.005〜0.5mmの筋状欠陥をいい、角張が残ってシワ疵が発生する場合には、冷間加工後であっても角張頂点部分の薄肉部位に残存することがある。
【0007】
従来から、管内面のシワ疵等の表面疵を削減するため、冷間加工において多数回の引抜加工を行い、さらに研削等の機械加工によって改善する方法が採用されている。また、特許第3085980号公報には、管内面の表面性状を向上させるため、管内面の粗さがRmaxで1.0μm以下とするステンレス鋼管の製造方法が記載されている。この製造方法によれば、引抜加工に用いるプラグにリング状の突起部あるいは凹部を有するプラグを用い、管内面にしごき加工を与え、剪断塑性変形を集中させることにより、管内面の粗さを小さくすることができるとしている。しかし、これらの方法では、冷間仕上鋼管の製造工数を増加させ、製造コストが大幅に上昇するという問題がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
前述の通り、冷間加工用の素管の多くは、熱間押出であるユジーン製管法に比べ、生産効率の良いマンネスマン製管法で穿孔、圧延される。しかし、マンネスマン製管法におけるサイザーやレデューサでは、素管の内側を拘束せずに外径の定径や縮径を行うため、外径に比べて内径の真円性が良くないので、素管肉厚が不揃いになりなり易く、内面六角張のような偏肉も大きくなる傾向を示す。
【0009】
そこで、素管の管内面の表面性状を改善するため、引抜加工が行われるが、素管内面の角張等が大きく、1回の引抜加工では、良好な真円性の確保およびシワの低減を図ることが困難になる。そのため、通常、2回以上の引抜加工を行い、さらに切削あるいは電気化学研磨等が施されて、管内面の性状改善が行われる。特に、T/Dが20%以上の厚肉の鋼管を加工する場合には、管内面の表面性状はよくなく、角張が発生し易いことから、多数回にわたる引抜加工を施さざるを得ない。このため、T/Dが20%以上の厚肉鋼管の内面性状の改善には、製造工数の増加がともない、製造コストの上昇を招くことになる。
【0010】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ストレート型ダイスまたは円筒プラグを用いて引抜加工を施して冷間仕上を行うに際し、前記ダイスのダイス角度(°)と素管の肉厚加工度(%)によって規定される加工条件を適切に選択することによって、1回の引抜加工で内面疵の削減、特に管内面のシワ疵の深さが0.05mm以下であることを保証できる、内面平滑性に優れた継目無鋼管の製造方法を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、冷間引抜加工された鋼管を自動車のパワーステアリング用部品やドライブシャフト等の駆動部品に適用するための加工条件を見出すため、具体的には、冷間引抜加工によって管内面のシワ疵の深さが0.05mm以下となる加工条件を検討するため、下記の(試験1)〜(試験3)の試行錯誤を重ねた。
【0012】
(試験1)
試験1では、素管内面に発生した角張の矯正と肉厚加工度およびダイス角度との関係を定性的に確認することとした。使用したダイスは全てストレート型ダイスであり、図1にその断面形状を示すが、ストレート型ダイスのダイス角度は、同図に示すように、ダイスの入側円錐部の側面がなす角度Xをいう。また、肉厚加工度(Y)は、引抜加工前の肉厚をT、引抜加工後の肉厚をT’としたとき、(T−T’)/T×100(%)で表される。
【0013】
図2は、試験1で用いた試験用鋼管の引抜加工の前後の形状を模式的に示した図である。引抜加工による角張の矯正を確認するため、まず、内面に大きな角張を有するテスト用鋼管を作製した。テスト用鋼管は、外径30.5〜33.1mmの棒鋼(S45C)に対角長さが17.5mmの六角形の穴を開けて作製し、このテスト用鋼管にダイスおよびプラグを用いて引抜加工を施した。引抜加工に際しては、ストレート型ダイスのダイス角度Xを15°、20°および25°とし、角張が残り易い六角形穴の頂角の位置での肉厚加工度が5〜20%となるように引抜加工を行い、外径22.49mm、肉厚6.22mmの冷間加工の鋼管を得た。
【0014】
冷間加工された鋼管には、六角形穴の頂角に当たる部分に角張が残留したため、角張り底深さを、引抜加工後に接触型の真円度測定器で内面円周度曲線を描くことによって測定した。角張り底深さとは、本来、内径からの角張の深さをいい、ここでは、複数角張が残留した場合、最も深い角張の角張り底深さを角張り底深さとして整理した。
【0015】
図3は、ダイス角度が15°〜25°で引抜加工した場合の六角形穴の頂角位置における肉厚加工度と角張り底深さとの関係を示す図である。角張り底深さは、肉厚加工度が大きくなるほど浅く、また、ダイス角度が小さいほど浅くなる。このことから、引抜加工した際の管内面に発生する角張り底深さは、肉厚加工度とダイス角度に関係することが分かる。
【0016】
さらに、ストレート型ダイスのダイス角度が実際の肉厚加工に及ぼす影響を確認するため、プラグ無しの空引き加工で引抜加工された鋼管の肉厚挙動を調査した。
【0017】
図4は、空引き加工したときの、外径加工度と増肉率の関係を示した図であり、図4(a)は、ダイス角度25°のときの外径加工度と増肉率の関係を、図4(b)は、肉厚/外径の比(T/D)が30%のときの外径加工度と増肉率の関係を示したものである。ここで、外径加工度(%)とは、引抜加工前の外径をd、引抜加工後の外径をd’としたとき、(d−d’)/d×100(%)で表される値のことをいう。また、増肉率(%)とは、空引き加工前の肉厚をt、空引き加工後の肉厚をt’としたとき、(t’−t)/t×100(%)で表される値のことをいう。
【0018】
図4(a)より、空引き加工においてT/Dが20%以上の厚肉鋼管を加工する場合には、一般的に、鋼管の肉厚は加工後は減肉する傾向を示すことがわかる。これは、プラグ引きにおいては、実質的な肉厚加工度が減少することを意味する。また、図4(b)からは、ダイス角度を小さくすることによって、この減肉傾向を減少させることができることがわかる。これは、ダイス角度を小さくすることにより、肉厚加工度の減少を最小限に抑えることができることを意味する。
【0019】
以上をまとめると、ストレート型ダイスによりT/Dが20%以上の厚肉鋼管を引抜加工する場合、ダイス角度を小さくすることによって、加工過程での減肉傾向を抑制でき、実際の肉厚加工を確保できるので、ダイス角度を小さくすることは、管内面の角張矯正、シワ疵の改善に有効である。このことは以下のように説明できる。
【0020】
図5は、ストレート型ダイスおよび円筒プラグを用いた引抜加工の状況を模式的に示した図であり、(a)はダイス角度が大きい場合を、(b)はダイス角度が小さい場合を示している。引抜加工の際に、ダイス角度が小さくなるほど、ダイス1とプラグ2に挟まれた素管3の加工面積、すなわち、工具との接触面積が増加し、いわゆる「しごき効果」が増大して、角張矯正およびシワ疵改善の効果が増大することになる。
【0021】
以上(試験1)より、ダイス角度は角張矯正およびシワ疵改善に大きく寄与することから、(試験2)以降ではダイス角度に注目し、加工条件の検討を行った。
【0022】
(試験2)
実機による肉厚加工度、ダイス角度およびシワ疵の深さの関係を明らかにするために、実際の鋼管製造と同じ条件で製管し、一連のテストを行った。素管は、材質がS45Cの素材をマンネスマン製管のマンドレルミルによって熱間製管し、未焼鈍のまま硫酸にてデスケーリングし、防錆処理を施したものを用意した。このとき、素管は外径が31.8mm、平均肉厚が6.7〜7.5mmであり、角張による偏肉量は約0.5mmであった。
【0023】
引抜加工はダイス角度が10°、15°、20°、25°および30°の5種のストレート型ダイスと1種の円筒プラグを用い、潤滑はオイル(油脂)潤滑とし、20℃での粘度が590CSTの硫化油脂に油性向上剤および増粘剤を添加したものを使用した。1回の引抜加工で、外径22.49mm、肉厚6.22mmの鋼管に加工した。このとき、肉厚加工度は平均肉厚で計算して7〜17%となる。引抜加工後の内面シワ疵の深さは、断面ミクロ写真撮影による内面観察により計測した。
【0024】
図6は、ダイス角度が10°〜30°で引抜加工した場合の肉厚加工度とシワ疵の深さとの関係を示す図である。同図中の横線は、本発明で内面平滑性の優劣の基準としたシワ疵の深さ(0.05mm)を、同図中の縦線は、シワ疵の深さが0.05mm以下となる肉厚加工度を示す。同図中の縦線は、ダイス角度が大きくなるほど右に寄っていくことから、ダイス角度が大きいほど、肉厚加工度を大きくしなければ、シワの深さを浅くすることができないことが分かった。
【0025】
図7は、上記図6の結果から、ダイス角度(°)と引抜加工後の管内面のシワ疵の深さが0.05mm以下となる肉厚加工度(%)との関係を示した図である。図7より、ダイス角度X(°)と肉厚加工度Y(%)の関係は指数関数で表せ、近似的に下記(a)式で表すことができる。
【0026】
Y≧5.5・exp(0.036・X) … (a)
(試験3)
鋼管の冷間引抜加工で用いられる潤滑処理では、上記試験2で使用されたオイル潤滑の他に、下地処理として燐酸亜鉛皮膜を施した後、石鹸処理としてステアリン酸ソーダ等を反応させ、下地との境界面に金属石鹸潤滑層を形成させる、いわゆる、化成皮膜潤滑が多用されている。したがって、試験3では、化成皮膜潤滑による場合について、同様にダイス角度と肉厚加工度の関係について調べた。
【0027】
上記試験2の場合と同様に、素管は、材質がS45Cの素材をマンネスマン製管のマンドレルミルによって熱間製管し、未焼鈍のまま硫酸にてデスケーリングし、防錆処理を施したものを用意した。このとき、素管は外径が31.8mm、平均肉厚が6.8〜7.2mmであった。
【0028】
引抜加工はダイス角度が20°のストレート型ダイスと円筒プラグを用い、潤滑は化成皮膜処理とし、下地処理に燐酸亜鉛、燐酸および亜硝酸ソーダで鋼管表面に燐酸亜鉛被膜を形成した後、ステアリン酸ソーダにより石鹸処理を行い、金属石鹸潤滑層を形成して、1回の引抜加工で、外径22.49mm、肉厚6.22mmの鋼管に加工した。比較のため、同じダイスとプラグを用いて、20℃での粘度が590CSTの硫化油脂によるオイル潤滑による引抜加工を行った。
【0029】
図8は、引抜加工を化成皮膜潤滑(a)またはオイル潤滑油(b)で行った場合の肉厚加工度とシワ疵の深さとの関係を示したものである。いずれも同一素管を同じ加工条件で引抜加工したものであるが、化成皮膜で潤滑した場合に比べ、オイル潤滑した場合は、シワ疵の深さが全体的に0.02mmほど浅く、平滑性の高い管内面となる。すなわち、化成皮膜で潤滑した場合は、オイル(油脂)潤滑した場合に比べシワ疵の深さを0.05mm以下にすることは難しく、化成皮膜潤滑、オイル潤滑油の場合、シワ疵の深さが0.05mm以下となるのは、それぞれ11.5%、13%であることから、化成皮膜で潤滑した場合には、オイル(油脂)潤滑した場合に比べて1.5%以上の肉厚加工度が必要となる。なお、ともにシワ疵の深さが0.05mm以下となるのは、肉厚加工度が10%以上のときであるが、確実にシワ疵を0.05mm以下とするために、シワ疵の深さが0.05mmとなる最大の肉厚加工度を基準として、シワ疵の深さが0.05mm以下となる肉厚加工度を判断した。
【0030】
したがって、図8の結果および上記(a)式の関係から、化成皮膜で潤滑した場合、ダイス角度X(°)と肉厚加工度Y(%)との関係は、近似的に下記(b)式で表される。
【0031】
Y≧1.5+5.5・exp(0.036・X) … (b)
本発明は、上述した試験1〜試験3の検討結果に基づいて完成されたものであり、下記(1)、(2)の内面平滑性に優れた継目無鋼管の製造方法および(3)の継目無鋼管を要旨としている。
【0032】
(1)冷間仕上された鋼管の肉厚/外径(T/D)の比が20%以上である継目無鋼管の製造方法であって、オイル(油脂)潤滑が施された素管を下記(a)式を満足する条件で、ダイスおよびプラグを用いて冷間引抜加工することを特徴とする内面平滑性に優れた継目無鋼管の製造方法。
【0033】
Y≧5.5・exp(0.036・X) … (a)
但し、Yは肉厚加工度(%)、Xはダイス角度(°)を示す。
(2)冷間仕上された鋼管の肉厚/外径(T/D)の比が20%以上である継目無鋼管の製造方法であって、化成皮膜潤滑が施された素管を下記(b)式を満足する条件で、ダイスおよびプラグを用いて冷間引抜加工することを特徴とする内面平滑性に優れた継目無鋼管の製造方法。
【0034】
Y≧1.5+5.5・exp(0.036・X) … (b)
但し、Yは肉厚加工度(%)、Xはダイス角度(°)を示す
(3)上記(1)1または(2)の継目無鋼管の製造方法で製造され、管内面のシワ疵の深さが0.05mm以下である継目無鋼管。
【0035】
【発明の実施の形態】
本発明は、内面平滑性に優れた継目無鋼管の製造方法に関する発明である。本発明方法が対象とする素管は、マンネスマン製管法で熱間ロール圧延によって製管されても、また、ユージン製管法で熱間押出によって製管されてもよく、いずれの製管方法であってもよい。通常、マンネスマン製管法により製管した素管は、ユージン製管法に比べて、内径の真円度が悪く、肉厚に偏肉が発生し易くなるが、本発明方法を用いれば、1回の冷間引抜加工であっても内面平滑性に優れた継目無鋼管を製造することができる。
【0036】
ここで、内面平滑性に優れたとは、前述したように、パワーステアリング用部品やドライブシャフト等の駆動部品に適用することを考慮に入れ、管内面に発生する表面疵が少なく、シワ疵の深さが0.05mm以下であることをいう。そして、本発明の方法ではT/Dが20%以上の継目無鋼管の冷間引抜を前提としているが、自動車の駆動部品に継目無鋼管を使用する場合には、同じT/D寸法の厚肉鋼管が多用されているからである。
【0037】
本発明の製造方法では、使用するダイスはストレート型が好ましい。ストレート型ダイスは、他のダイス、例えばR型ダイスに比べ、オイル潤滑油が加工界面へ安定して供給されるためである。
【0038】
一方、引抜加工に使用するプラグは限定されず、円筒プラグ、フロートプラグ、またはセミフロートプラグのいずれを使用してもよい。
【0039】
本発明の方法では、冷間引抜加工の際に素管の内外表面に施される潤滑処理によって、その加工条件が異なる。すなわち、オイル(油脂)潤滑を施す場合には、Yを肉厚加工度(%)、Xをダイス角度(°)として、下記(a)式を満たすことが必要である。
【0040】
Y≧5.5・exp(0.036・X) … (a)
ここで、オイル潤滑は、通常用いられるものでよく、例えば、天然油脂、合成油または鉱油などをベースに調合され、20℃における粘度が20〜3000CSTのオイル(油脂)潤滑油を用いればよい。このとき、S、P、Cl等の極圧添加剤を含有してもよい。
【0041】
一方、化成皮膜潤滑を施す場合には、Yを肉厚加工度(%)、Xをダイス角度(°)として、下記(b)式を満たすことが必要である。
【0042】
Y≧1.5+5.5・exp(0.036・X) … (b)
化成皮膜潤滑では、例示した燐酸亜鉛皮膜による下地処理の他に、シュウ酸塩の結晶皮膜を素管表面に生成させる下地処理でもよい。下地処理後は、石鹸処理としてステアリン酸ソーダなどを反応させて、下地との境界面に金属石鹸潤滑層を形成させる。
【0043】
以上の加工条件にしたがって冷間引抜加工を行えば、素管の製管種別にかかわらず、1回の引抜加工によっても、内面平滑性に優れた冷間仕上の継目無鋼管を製造できる。
【0044】
【実施例】
本発明の効果を確かめるために、マンネスマン・マンドレルミルによって製管した各種の素管(材質および寸法)を用いて、それぞれ、1回の冷間引抜加工を施した。引抜加工を行う際には、ストレート型ダイスと円筒プラグを使用し、潤滑はオイル潤滑と化成皮膜潤滑に区分した。オイル潤滑は、20℃での粘度が590CSTの硫化油脂に油性向上剤および増粘剤を添加したものを使用した。また、化成皮膜潤滑は、下地処理に燐酸亜鉛、燐酸および亜硝酸ソーダで鋼管表面に燐酸亜鉛被膜を形成した後、ステアリン酸ソーダにより石鹸処理を行い、金属石鹸潤滑層を形成した。
【0045】
これらの加工条件によって、同条件で50〜80回の引抜加工した後、管内面のシワ疵の深さを測定した。表1に素管の材質および寸法、加工鋼管の仕上寸法、加工条件ならびにシワ疵深さの測定結果を示した。
【0046】
【表1】
表1の結果から明らかなように、本発明に規定した条件に適合する場合(No.1〜9)には、全て引抜加工した後のシワ疵の深さが0.05mm以下となり、優れた内面平滑性を有する継目無鋼管が得られた。これに対し、本発明の規定を満たさない条件の場合(No.10)には、シワ疵の深さが0.06mmを超え、自動車の駆動部品に適用することができない継目無鋼管もあった。
【0047】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、素管の製管種別にかかわらず、1回の引抜加工によっても、内面平滑性に優れた冷間仕上の継目無鋼管を製造できるので、製造上、必要な工程数を増やすことがなく、製造コストが上昇することもない。これにより、自動車用のパワーステアリングやドライブシャフト等の駆動部品に最適な継目無鋼管を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ストレート型ダイスの断面形状を示す図である。
【図2】試験1で用いた試験用鋼管の引抜加工の前後の形状を模式的に示した図である。
【図3】ダイス角度が15°〜25°で引抜加工した場合の六角形穴の頂角位置における肉厚加工度と角張り底深さとの関係を示す図である。
【図4】空引き加工したときの、外径加工度と増肉率の関係を示した図であり、(a)は、ダイス角度25°のときの外径加工度と増肉率の関係を、(b)は、肉厚/外径の比(T/D)が30%のときの外径加工度と増肉率の関係を示している。
【図5】ストレート型ダイスおよび円筒プラグを用いた引抜加工の状況を模式的に示した図であり、(a)はダイス角度が大きい場合を、(b)はダイス角度が小さい場合を示している。
【図6】ダイス角度が10°〜30°で引抜加工した場合の肉厚加工度とシワ疵の深さとの関係を示す図である。
【図7】上記図5の結果から、ダイス角度(°)と引抜加工後の管内面のシワ疵の深さが0.05mm以下となる肉厚加工度(%)との関係を示した図である。
【図8】引抜加工を化成皮膜潤滑またはオイル潤滑油で行った場合の肉厚加工度とシワ疵の深さとの関係を示したものである。
【符号の説明】
1 ダイス
2 プラグ
3 素管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a seamless steel pipe that is cold-finished by drawing a base pipe that has been hot-formed, and more specifically for a chemical plant, a power plant pipe, a machine structure, or an automobile. The present invention relates to a method for producing a cold-finished seamless steel pipe excellent in inner surface smoothness suitable for various applications such as parts.
[0002]
[Prior art]
Seamless steel pipes that are cold-finished are mainly used for special purposes, for example, steel pipes for chemical and power plant piping, steel pipes for machine structures, and the like. The seamless steel pipe used for these applications is obtained by hot pipe making by Mannesmann pipe method or Eugene pipe method, but in general, Mannesmann drills a steel piece by Mannesman pipe method, Manufactured by rolling with a constant or reduced diameter with a sizer or reducer. Next, the manufactured raw pipe is finished by cold drawing for the purpose of improving the dimensional accuracy of the outer diameter, inner diameter, and thickness, improving the smoothness of the surface, and ensuring the mechanical strength.
[0003]
In recent years, with the increasing awareness of environmental protection, the adoption of seamless steel pipes as auto parts has attracted attention. In other words, the automobile industry is currently developing technology to improve fuel economy by reducing the weight of the vehicle body, and it has been jointly used for driving parts such as power steering parts and drive shafts of automobiles that have been manufactured from steel bars. Attempts have been made to reduce the weight by hollowing parts using steelless pipes.
[0004]
However, there is a technical problem in adopting seamless steel pipes instead of steel bars. Since these parts are used in a harsh environment, the surface property of the inner surface of the pipe becomes a problem. If there are surface wrinkles such as wrinkles on the inner surface of the tube, cracks due to stress concentration may occur in the use environment starting from the surface and being mounted on the body.
[0005]
When using seamless steel pipes for power steering parts and drive shafts such as the above-mentioned automobiles, the thickness of the steel pipe must be 20% or more. It is used a lot. Furthermore, the allowable wrinkle on the inner surface of the steel pipe is preferably as shallow as possible due to the processing restrictions for use from the steel pipe to the part or the restrictions on use, and in the above-mentioned automotive drive part, the wrinkles generated on the inner surface of the pipe are preferable. The depth needs to be 0.05mm or less.
[0006]
In order to reduce the wrinkles generated on the inner surface of the pipe, it is only necessary to correct the angularity generated in the raw pipe during hot pipe making and prevent the wrinkles from remaining as wrinkles. Here, angularity is caused by irregularities in the inner and outer surfaces of pipes produced in the process of shrinking and sizing, such as reducers or sizers, in seamless steel pipes manufactured by roll rolling such as the Mannesmann pipe method. This means the non-circularity of the inner surface of the pipe. In addition, wrinkle refers to a streak defect with a depth of 0.005 to 0.5 mm that exists on the inner and outer surfaces of a seamless steel pipe. If wrinkles occur due to angling, even after cold working It may remain in the thin-walled portion of the angular corner portion.
[0007]
Conventionally, in order to reduce surface wrinkles such as wrinkles on the inner surface of a pipe, a method of performing many drawing processes in cold working and further improving by machining such as grinding has been adopted. Japanese Patent No. 3085980 discloses a method of manufacturing a stainless steel pipe in which the roughness of the inner surface of the tube is R max of 1.0 μm or less in order to improve the surface properties of the inner surface of the tube. According to this manufacturing method, a plug having a ring-shaped protrusion or recess is used as a plug for drawing, and the inner surface of the tube is ironed to concentrate shear plastic deformation, thereby reducing the roughness of the inner surface of the tube. You can do that. However, these methods have a problem that the manufacturing man-hours for cold-finished steel pipes are increased and the manufacturing cost is significantly increased.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, many of the cold-working raw pipes are pierced and rolled by the Mannesmann pipe manufacturing method, which is more efficient than the Eugene pipe manufacturing method, which is hot extrusion. However, with the sizer and reducer in the Mannesmann tube method, the inner diameter of the inner tube is not constrained and the outer diameter is constant or reduced, so the inner tube is less round than the outer diameter. Thickness tends to be uneven, and uneven thickness such as inner hexagonal tension tends to increase.
[0009]
Therefore, drawing is performed to improve the surface properties of the inner surface of the tube, but the inner surface of the tube is squared and the like, and with a single drawing, it is possible to ensure good roundness and reduce wrinkles. It becomes difficult to plan. Therefore, usually, the drawing process is performed twice or more, and further, cutting or electrochemical polishing is performed to improve the properties of the inner surface of the pipe. In particular, when processing a thick steel pipe having a T / D of 20% or more, the surface properties of the inner surface of the pipe are not good, and angulation is likely to occur, so that a number of drawing processes must be performed. For this reason, improvement of the inner surface property of a thick steel pipe having a T / D of 20% or more causes an increase in manufacturing steps and an increase in manufacturing cost.
[0010]
The present invention has been made in view of the above problems, and when performing a cold finish by drawing using a straight die or a cylindrical plug, the die angle (°) of the die and the raw tube By appropriately selecting the processing conditions specified by the thickness processing degree (%), it is guaranteed that the inner surface wrinkles will be reduced by one drawing process, especially that the depth of wrinkles on the inner surface of the pipe will be 0.05 mm or less. An object of the present invention is to provide a method for producing a seamless steel pipe excellent in inner surface smoothness.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to find out the processing conditions for applying the cold drawn steel pipe to driving parts such as automobile power steering parts and drive shafts, the present inventor specifically, In order to examine the processing conditions for the wrinkle depth to be 0.05 mm or less, trial and error of the following (Test 1) to (Test 3) were repeated.
[0012]
(Test 1)
In
[0013]
FIG. 2 is a diagram schematically showing the shape before and after the drawing of the test steel pipe used in
[0014]
In the cold-worked steel pipe, since the angularity remains in the portion corresponding to the apex angle of the hexagonal hole, draw the squared bottom depth and draw the inner surface circumference curve with a contact-type roundness meter after drawing. Measured by. The square bottom depth originally means the square corner depth from the inner diameter, and here, when a plurality of square corners remain, the deepest square corner depth is arranged as the square bottom depth.
[0015]
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the thickness processing degree and the angled bottom depth at the apex position of the hexagonal hole when the die angle is drawn at 15 ° to 25 °. The square bottom depth becomes shallower as the thickness processing degree becomes larger, and becomes shallower as the die angle becomes smaller. From this, it can be seen that the angled bottom depth generated on the inner surface of the pipe at the time of drawing is related to the thickness processing degree and the die angle.
[0016]
Furthermore, in order to confirm the effect of the die angle of the straight die on the actual wall thickness processing, the wall thickness behavior of the steel pipe drawn by the empty drawing without plug was investigated.
[0017]
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the outer diameter processing degree and the wall thickness increase rate when blanking is performed, and FIG. 4 (a) shows the outer diameter processing degree and the wall thickness increasing rate when the die angle is 25 °. FIG. 4 (b) shows the relationship between the outer diameter processing degree and the thickness increase rate when the thickness / outer diameter ratio (T / D) is 30%. Here, the outer diameter processing degree (%) is expressed as (dd ′) / d × 100 (%) where d is the outer diameter before drawing and d ′ is the outer diameter after drawing. Refers to the value to be set. The thickness increase rate (%) is expressed as (t′−t) / t × 100 (%) where t is the thickness before empty drawing and t ′ is the thickness after empty drawing. Refers to the value to be set.
[0018]
FIG. 4 (a) shows that when a thick steel pipe having a T / D of 20% or more is machined in the blanking process, the thickness of the steel pipe generally tends to decrease after machining. . This means that the substantial thickness reduction is reduced in the plug drawing. Further, from FIG. 4B, it can be seen that this thinning tendency can be reduced by reducing the die angle. This means that by reducing the die angle, it is possible to minimize a reduction in the thickness processing degree.
[0019]
To summarize the above, when drawing a thick steel pipe with a T / D of 20% or more with a straight die, it is possible to suppress the tendency of thinning in the machining process by reducing the die angle. Therefore, reducing the die angle is effective for correcting the angulation of the inner surface of the tube and improving wrinkles. This can be explained as follows.
[0020]
FIG. 5 is a diagram schematically showing a drawing process using a straight die and a cylindrical plug. (A) shows a case where the die angle is large, and (b) shows a case where the die angle is small. Yes. In the drawing process, as the die angle becomes smaller, the processing area of the
[0021]
From the above (Test 1), the die angle greatly contributes to straightening and wrinkle improvement. Therefore, in (Test 2) and after, the processing conditions were examined focusing on the die angle.
[0022]
(Test 2)
In order to clarify the relationship between the thickness of the actual machine, the die angle, and the wrinkle depth, pipes were manufactured under the same conditions as the actual steel pipe production and a series of tests were conducted. The raw material was prepared by subjecting a material of S45C to a hot mandrel mill made of Mannesmann tube, descaling with sulfuric acid without annealing, and applying a rust prevention treatment. At this time, the raw tube had an outer diameter of 31.8 mm, an average thickness of 6.7 to 7.5 mm, and an uneven thickness due to angulation was about 0.5 mm.
[0023]
The drawing process uses five straight dies with a die angle of 10 °, 15 °, 20 °, 25 °, and 30 ° and one cylindrical plug, and lubrication is oil (grease) lubrication, and viscosity at 20 ° C. Used was a 590CST sulfurized oil and fat added with an oiliness improver and a thickener. It was processed into a steel pipe with an outer diameter of 22.49mm and a wall thickness of 6.22mm by a single drawing process. At this time, the thickness processing degree is 7 to 17% as calculated by the average thickness. The depth of the inner wrinkle after drawing was measured by observing the inner surface by cross-sectional microphotographing.
[0024]
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the thickness processing degree and the wrinkle depth when the die angle is drawn at 10 ° to 30 °. The horizontal line in the figure shows the wrinkle depth (0.05 mm), which is the standard for superiority or inferiority of the inner surface smoothness in the present invention, and the vertical line in the figure shows the meat where the wrinkle depth is 0.05 mm or less. Indicates the thickness processing degree. Since the vertical line in the figure moves closer to the right as the die angle increases, it turns out that the greater the die angle, the greater the depth of wrinkles can be made without increasing the wall thickness processing degree. It was.
[0025]
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the die angle (°) and the wall thickness working degree (%) at which the depth of the wrinkle on the inner surface of the pipe after drawing is 0.05 mm or less based on the result of FIG. is there. From FIG. 7, the relationship between the die angle X (°) and the wall thickness processing degree Y (%) can be expressed by an exponential function, and can be approximately expressed by the following equation (a).
[0026]
Y ≧ 5.5 · exp (0.036 · X) (a)
(Test 3)
In the lubrication treatment used in cold drawing of steel pipes, in addition to the oil lubrication used in
[0027]
As in the case of
[0028]
For drawing, a straight die with a die angle of 20 ° and a cylindrical plug were used. Lubrication was performed with a chemical conversion coating. The soap was treated with soda to form a metal soap lubrication layer and processed into a steel pipe having an outer diameter of 22.49 mm and a wall thickness of 6.22 mm by a single drawing process. For comparison, the same die and plug were used to perform a drawing process by oil lubrication with a sulfurized fat having a viscosity at 20 ° C. of 590 CST.
[0029]
FIG. 8 shows the relationship between the thickness processing degree and the wrinkle depth when the drawing process is performed with chemical film lubrication (a) or oil lubricant (b). In both cases, the same blank tube was drawn under the same processing conditions. However, when oil-lubricated, the wrinkle depth is 0.02 mm overall, which is smoother than oil-lubricated. High tube inner surface. In other words, it is difficult to make the wrinkle depth 0.05mm or less when lubricated with a chemical film, compared with oil (grease) lubrication. The thickness of 0.05mm or less is 11.5% and 13%, respectively. When lubricated with a chemical conversion film, a wall thickness workability of 1.5% or more is required compared with oil (grease) lubrication. . In addition, the wrinkle depth is 0.05 mm or less in both cases when the thickness processing degree is 10% or more, but in order to ensure that the wrinkle depth is 0.05 mm or less, the wrinkle depth is Based on the maximum thickness processing degree of 0.05 mm, the thickness processing degree at which the wrinkle depth was 0.05 mm or less was judged.
[0030]
Therefore, from the result of FIG. 8 and the relationship of the above formula (a), when lubricated with a chemical conversion film, the relationship between the die angle X (°) and the thickness processing degree Y (%) is approximately the following (b) It is expressed by an expression.
[0031]
Y ≧ 1.5 + 5.5 · exp (0.036 · X) (b)
The present invention has been completed based on the examination results of
[0032]
(1) A method of manufacturing a seamless steel pipe in which the ratio of the thickness / outer diameter (T / D) of the steel pipe that has been cold-finished is 20% or more. A method for producing a seamless steel pipe having excellent inner surface smoothness, characterized by performing cold drawing using a die and a plug under conditions satisfying the following expression (a).
[0033]
Y ≧ 5.5 · exp (0.036 · X) (a)
However, Y indicates the thickness processing degree (%), and X indicates the die angle (°) .
(2) A method for producing a seamless steel pipe having a wall thickness / outer diameter (T / D) ratio of 20% or more of the cold-finished steel pipe, wherein b) A method for producing a seamless steel pipe having excellent inner surface smoothness, characterized by performing cold drawing using a die and a plug under conditions satisfying the formula.
[0034]
Y ≧ 1.5 + 5.5 · exp (0.036 · X) (b)
However, Y is the thickness processing degree (%) and X is the die angle (°). (3) Manufactured by the method for producing a seamless steel pipe according to (1) 1 or (2) above, Seamless steel pipe with a depth of 0.05mm or less.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a seamless steel pipe excellent in inner surface smoothness. The raw tube targeted by the method of the present invention may be produced by hot roll rolling using the Mannesmann production method, or may be produced by hot extrusion using the Eugene production method. It may be. Usually, the raw tube produced by the Mannesmann tube method has a lower roundness of the inner diameter and the thickness tends to be uneven compared to the Eugene tube method. However, if the method of the present invention is used, 1 Even with a single cold drawing process, it is possible to produce a seamless steel pipe with excellent inner surface smoothness.
[0036]
Here, as described above, the excellent smoothness of the inner surface is considered to be applied to driving parts such as power steering parts and drive shafts. Means 0.05 mm or less. In the method of the present invention, it is assumed that cold drawing of a seamless steel pipe having a T / D of 20% or more is assumed. However, when a seamless steel pipe is used as a driving part of an automobile, the thickness of the same T / D dimension is used. This is because meat steel pipes are frequently used.
[0037]
In the production method of the present invention, the die used is preferably a straight type. This is because the straight die is more stably supplied with oil lubricant to the processing interface than other dies, for example, the R die.
[0038]
On the other hand, the plug used for the drawing process is not limited, and any of a cylindrical plug, a float plug, and a semi-float plug may be used.
[0039]
In the method of the present invention, the processing conditions differ depending on the lubrication treatment applied to the inner and outer surfaces of the raw tube during cold drawing. That is, when oil (oil) lubrication is performed, it is necessary to satisfy the following formula (a), where Y is the thickness processing degree (%) and X is the die angle (°).
[0040]
Y ≧ 5.5 · exp (0.036 · X) (a)
Here, the oil lubrication may be a commonly used one, and for example, an oil (oil / fat) lubricant having a viscosity of 20 to 3000 CST at 20 ° C. may be used, which is prepared based on natural fats and oils, synthetic oils or mineral oils. At this time, you may contain extreme pressure additives, such as S, P, and Cl.
[0041]
On the other hand, when chemical conversion film lubrication is performed, it is necessary to satisfy the following formula (b), where Y is the thickness processing degree (%) and X is the die angle (°).
[0042]
Y ≧ 1.5 + 5.5 · exp (0.036 · X) (b)
In the chemical conversion film lubrication, in addition to the surface treatment with the exemplified zinc phosphate film, a surface treatment for generating a crystal film of oxalate on the surface of the raw tube may be used. After the base treatment, sodium stearate or the like is reacted as a soap treatment to form a metal soap lubricating layer on the boundary surface with the base.
[0043]
If cold drawing is performed in accordance with the above processing conditions, a cold-finished seamless steel pipe having excellent inner surface smoothness can be manufactured by one drawing regardless of the type of pipe making.
[0044]
【Example】
In order to confirm the effect of the present invention, each of the raw pipes (materials and dimensions) produced by the Mannesmann mandrel mill was each subjected to one cold drawing process. When drawing, straight type dies and cylindrical plugs were used, and lubrication was divided into oil lubrication and chemical film lubrication. The oil lubrication used was obtained by adding an oiliness improver and a thickener to a sulfurized fat having a viscosity at 20 ° C. of 590 CST. For chemical conversion film lubrication, a zinc phosphate film was formed on the surface of the steel pipe with zinc phosphate, phosphoric acid and sodium nitrite as a base treatment, followed by soap treatment with sodium stearate to form a metal soap lubrication layer.
[0045]
Under these conditions, after drawing 50 to 80 times under the same conditions, the depth of wrinkles on the inner surface of the tube was measured. Table 1 shows the measurement results of the material and dimensions of the raw pipe, the finished dimensions of the processed steel pipe, the processing conditions, and the wrinkle depth.
[0046]
[Table 1]
As is clear from the results in Table 1, when the conditions specified in the present invention are met (No. 1 to 9), the depth of the wrinkle after drawing all becomes 0.05 mm or less, and the excellent inner surface A seamless steel pipe having smoothness was obtained. On the other hand, in the case where the conditions of the present invention were not satisfied (No. 10), there were also seamless steel pipes in which the depth of the wrinkles exceeded 0.06 mm and could not be applied to automobile driving parts.
[0047]
【The invention's effect】
According to the production method of the present invention, a cold-finished seamless steel pipe having excellent inner surface smoothness can be produced by a single drawing process regardless of the pipe making type of the raw pipe. The number of processes is not increased, and the manufacturing cost does not increase. As a result, it is possible to provide a seamless steel pipe that is optimal for driving components such as power steering and drive shafts for automobiles.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a cross-sectional shape of a straight die.
FIG. 2 is a diagram schematically showing the shape of a test steel pipe used in
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a thickness processing degree and a square bottom depth at a vertex angle position of a hexagonal hole when a die angle is drawn at 15 ° to 25 °.
[4] sinking processed when a view showing the relationship between the outer diameter working ratio and thickness increase rate, (a) represents the
FIGS. 5A and 5B are diagrams schematically showing a drawing process using a straight die and a cylindrical plug. FIG. 5A shows a case where the die angle is large, and FIG. 5B shows a case where the die angle is small. Yes.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the thickness processing degree and the wrinkle depth when the die angle is 10 ° to 30 ° and the drawing is performed.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the die angle (°) and the wall thickness working degree (%) at which the depth of the wrinkle on the inner surface of the pipe after drawing is 0.05 mm or less based on the result of FIG. is there.
FIG. 8 shows the relationship between the thickness processing degree and the wrinkle depth when drawing is performed with chemical film lubrication or oil lubricant.
[Explanation of symbols]
1
Claims (3)
Y≧5.5・exp(0.036・X) … (a)
但し、Yは肉厚加工度(%)、Xはダイス角度(°)を示す。 A method of manufacturing a seamless steel pipe having a wall thickness / outer diameter (T / D) ratio of 20% or more of a cold-finished steel pipe, wherein the raw pipe subjected to oil (oil) lubrication is represented by the following (a ) A method for producing a seamless steel pipe with excellent inner surface smoothness, characterized by performing cold drawing using a die and a plug under a condition satisfying the formula.
Y ≧ 5.5 · exp (0.036 · X) (a)
However, Y indicates the thickness processing degree (%), and X indicates the die angle (°) .
Y≧1.5+5.5・exp(0.036・X) … (b)
但し、Yは肉厚加工度(%)、Xはダイス角度(°)を示す。 A method for producing a seamless steel pipe having a wall thickness / outer diameter (T / D) ratio of 20% or more of a cold-finished steel pipe, wherein a raw pipe subjected to chemical conversion film lubrication is represented by the following formula (b) A method for producing a seamless steel pipe with excellent inner surface smoothness, characterized by performing cold drawing using a die and a plug under conditions satisfying
Y ≧ 1.5 + 5.5 · exp (0.036 · X) (b)
However, Y indicates the thickness processing degree (%), and X indicates the die angle (°) .
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