JP4849194B1 - 金属管の引抜加工方法およびそれを用いる金属管の製造方法 - Google Patents

Abstract

素管を挿入した高圧容器に潤滑油を充満させた後、当該潤滑油を増圧機により昇圧し、素管をその内外面を強制潤滑した状態で引き抜く金属管の引抜加工方法において、潤滑油として、４０℃かつ常圧での動粘度が１００〜２０００ｍｍ^２／ｓであって、４０℃での粘度圧力係数が１５〜２４ＧＰａ^−１である潤滑油を使用することにより、素管に引抜加工を施す際に発生する焼き付きや振動を防止することができるとともに、得られる金属管でオイルピットの生成による内面粗度の低下を抑制できる。この場合、潤滑油が、極圧添加剤として、所定の成分を含有する硫黄系極圧添加剤、塩素系極圧添加剤、有機カルシウム金属塩、リン系極圧添加剤、有機亜鉛系極圧添加剤および有機モリブデン系極圧添加剤のうちの１種または２種以上を合計で１０質量％以上含むものを使用するのが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、金属管をその内外面を強制潤滑した状態で引き抜く金属管の引抜加工方法、およびそれを用いる金属管の製造方法に関する。さらに詳しくは、素管に引抜加工を施す際に発生する焼き付きや振動を抑制することができる金属管の引抜加工方法、およびそれを用いる金属管の製造方法に関する。

なお、別に記載がない限り、本明細書における用語の定義は次のとおりである。
「粘度圧力係数」：高圧下での動粘度である高圧粘度を、常圧での動粘度である常圧粘度および高圧粘度を算出する圧力から算出する下記（１）式に用いられる係数である。
η＝η_０ｅｘｐ（αＰ） ・・・（１）
ここで、ηは４０℃での高圧粘度（ｍｍ^２／ｓ）、η_０は４０℃での常圧粘度（ｍｍ^２／ｓ）、αは粘度圧力係数（ＧＰａ^−１）、Ｐは高圧粘度ηを算出する圧力（ＧＰａ）とする。

金属管の冷間引抜加工では、被加工材である素管とダイスやプラグといった工具が接触して生ずる摩擦を低減させ、焼き付きや振動が発生するのを防止するために潤滑処理が施される。潤滑処理は、一般的に、素管の内外面に化成処理潤滑被膜を形成する方法が用いられる。しかし、小径長尺管を引抜加工により得る場合は素管も長尺であるので、素管に化成処理潤滑被膜を形成する際は、素管の内面まで充分に処理することに留意しなければならない。このため、その処理に多大の工数を要するとともに、使用する薬剤が比較的高価であり、作業コストが高くなるという面がある。

また、Ｎｉ基高合金からなる金属管は、原子力発電所の蒸気発生器に伝熱管として多用される。Ｎｉ基高合金からなる素管は表面に化成処理潤滑被膜が形成されにくいことから、冷間引抜加工によりＮｉ基高合金からなる金属管を製造する場合、化成処理潤滑皮膜の形成処理に要する作業コストがさらに高くなる。

そこで、強制潤滑引抜き法（高圧抽伸法）が開発されている。強制潤滑引抜き法は、潤滑処理を油潤滑被膜により行う冷間引抜加工の一種であり、冷間引抜加工の安定化を図るとともに、引き抜いた金属管の品質向上に大きな効果を発揮する。

強制潤滑引抜き法による金属管の引抜加工は、通常、以下の手順で行われる：
（１）被加工材である素管を挿入した高圧容器に潤滑油を充満させた後、潤滑油を増圧機により昇圧する、
（２）昇圧された潤滑油が素管と高圧容器の開放端に密着するダイスおよび加工位置で固定されたプラグの間に潤滑油膜を形成する、
（３）形成された潤滑油膜により素管の内外面を強制潤滑した状態で、素管を引き抜いて工具により所定の寸法に仕上げ、金属管を得る。

このような強制潤滑引抜き法による引抜加工に関し、従来から種々の提案がなされており、例えば特許文献１および２がある。特許文献１は、強制潤滑引抜き法に用いる強制潤滑引抜装置に関する。特許文献１で提案されている強制潤滑引抜装置は、先端がダイス背面に密着し、素管を収納する高圧容器と、高圧容器内で軸方向に移動可能に内蔵されたプラグ支持棒と、高圧容器内に潤滑油を供給する装置とを備える。

このような構成の強制潤滑引抜装置は、高圧容器先端部が軸方向に伸縮可能なテレスコピック構造とするとともに、高圧容器先端の可動部分を前部が後部の内径より小さい外径の構造として可動部分が高圧容器内の潤滑油圧力によりダイス背面を押圧するよう構成され、高圧容器全体を引抜ライン外にある素管の挿入位置へ退避できるよう構成されている。このため、特許文献１に記載の強制潤滑引抜装置を用いた引抜加工方法では、簡単で確実に強制潤滑引抜き法による引抜加工を金属管に行えるとしている。

特許文献２は、強制潤滑引抜き法を用いて小径長尺管を冷間加工にて製造する方法であって、減肉加工を伴う少なくとも最終の冷間加工を、５００ｋｇｆ／ｃｍ^３以上の高圧潤滑油によるプラグ引き抽伸とする金属管の引抜加工方法が提案されている。特許文献２では、減肉加工を伴う少なくとも最終の冷間加工を、高圧潤滑油による強制潤滑引抜きとすることにより、得られる金属管で焼き付きが発生することなく、管軸方向の寸法変動を少なくできるとしている。

ここで、蒸気発生器で伝熱管として使用される金属管を製造する場合、一般的に、金属管の内面欠陥について内面渦流探傷による検査が行われる。特許文献２に記載の金属管の引抜加工方法では、得られる金属管の管軸方向の寸法変動が少ないことから、内面渦流探傷で金属管の寸法変動に伴うノイズが抑制され、内面欠陥が探傷装置の出力に基づいて正確に検出できるとしている。

特許文献１または２に記載された強制潤滑引抜き法による引抜加工方法を用い、素管と工具との間に強制的に潤滑油膜を形成して潤滑することにより、多くの場合は工具と金属管の焼き付きを防止することができる。しかしながら、特許文献１または２に記載された強制潤滑引抜き法による引抜加工方法を用いても、焼き付きが発生する場合がある。また、Ｎｉ基合金からなる素管に引抜加工を施す場合、プラグと素管の間に生じる摩擦に起因して振動が発生する場合がある。

さらに、強制潤滑引抜き法による引抜加工では、素管の内面に潤滑油が封じ込まれて凹部が形成され、オイルピットと呼ばれる欠陥が発生する場合がある。このようなオイルピットが引抜加工で生成されると、得られる金属管の内面粗度が低下する。

一方、冷間引抜加工で使用される潤滑油に関しても、従来から種々の提案がなされており、例えば特許文献３がある。特許文献３には、炭素鋼または合金鋼からなる線、棒または管材を酸洗処理した後、潤滑油を塗油して冷間引抜きする潤滑方法が記載されている。この際、潤滑油として、硫黄分を３０重量％以上含むジアルキルポリサルファイド５〜４０部と、硫黄分を１５重量％以上含む有機化合物の中から選ばれた１種または２種以上の２０〜７０部とを混合し、粘度が２０℃で１００〜３０００センチポイズになるように増粘剤等で調整したものを用いる。

特許文献３に記載の冷間引抜加工の潤滑方法では、上述の潤滑油を用いることにより、被加工材に化成処理潤滑皮膜を形成することなく引抜加工を行え、潤滑処理に要する作業コストを低減できるとともに、引抜加工後の被加工材の表面仕上がりが極めて優れるとしている。しかし、特許文献３は、常圧の潤滑油を塗油する冷間引抜加工に関するものであり、潤滑油を昇圧して用いる強制潤滑引抜き法による冷間引抜加工については検討されていない。

特公昭６２−３９０４５号公報 特開平３−１８４１９号公報 特開昭６３−２１５７９７号公報 実開平１−２０２３１３号公報

前述の通り、従来の強制潤滑引抜き法による引抜加工では、金属管を引き抜く際に焼き付きや振動が発生したり、オイルピットの生成により内面粗度が低下したりする問題がある。また、従来の冷間引抜加工に用いる潤滑油は、潤滑油を昇圧して用いる強制潤滑引抜き法による引抜加工については検討されていない。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、強制潤滑引抜き法による引抜加工において、金属管を引き抜く際に発生する焼き付きや振動を防止できるとともに、オイルピットの生成による内面粗度の低下を抑制することができる金属管の引抜加工方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記問題を解決するため、種々の試験を行い、鋭意検討を重ねた結果、下記（ａ）〜（ｄ）の知見を得た。
（ａ）強制潤滑引抜き法では、高圧容器に充満させた潤滑油を増圧機で昇圧させ、工具と素管の界面に潤滑油を強制的に流入させることで、工具と素管の間に形成される潤滑油膜を厚くする効果がある。
（ｂ）形成された潤滑油膜の厚さは、潤滑油の動粘度に依存する。
（ｃ）工具と素管の間に存在する潤滑油は、増圧機により昇圧されて高圧であることから、高圧下での動粘度を考慮する必要がある。
（ｄ）高圧下での動粘度である高圧粘度は、常圧での動粘度である常圧粘度と粘度圧力係数により規定される。

本発明者らは、上記の知見を基にさらに検討を重ねた結果、常圧粘度および粘度圧力係数を適正な範囲に調整した潤滑油を強制潤滑引抜き法による引抜加工に使用することにより、Ｎｉ基合金といった高合金からなる素管に引抜加工を施す場合でも潤滑油膜の厚さを適切な値に保つことができ、焼き付きや振動を防止できるとともに、オイルピットの生成による内面粗度の低下を抑制できることを見出した。

本発明は、上記の知見に基づいて完成したものであり、下記（１）〜（５）の金属管の引抜加工方法、下記（６）の金属管の製造方法を要旨としている：

（１）素管を挿入した高圧容器に潤滑油を充満させた後、当該潤滑油を増圧機により昇圧し、前記素管をその内外面を強制潤滑した状態で引き抜く金属管の引抜加工方法において、前記潤滑油として、４０℃かつ常圧での動粘度が１００〜２０００ｍｍ^２／ｓであって、４０℃での粘度圧力係数が１５〜２４ＧＰａ^−１である潤滑油を使用することを特徴とする金属管の引抜加工方法。

（２）前記潤滑油が、極圧添加剤として、硫黄分を２質量％以上含有する硫黄系極圧添加剤、塩素分を５質量％以上含有する塩素系極圧添加剤、カルシウム分を５質量％以上含有する有機カルシウム金属塩、リン分を２質量％以上含有するリン系極圧添加剤、Ｚｎ分を２質量％以上含有する有機亜鉛系極圧添加剤およびＭｏ分を２質量％以上含有する有機モリブデン系極圧添加剤のうちの１種または２種以上を合計で１０質量％以上含むことを特徴とする上記（１）記載の金属管の引抜加工方法。

（３）前記硫黄系極圧添加剤として硫化油脂、硫化エステル、硫化オレフィンまたはポリサルファイドを用い、前記塩素系極圧添加剤として塩素化エステル、塩素化油脂、炭素数１２以上の塩素化パラフィン、または有機カルシウム金属塩が全塩基度１００ｍｇ／ｇＫＯＨ以上のカルシウムスルフォネートを用いることを特徴とする上記（２）記載の金属管の引抜き加工方法。

（４）前記潤滑油を昇圧する際に、前記潤滑油の圧力を４０〜１５０ＭＰａとすることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の金属管の引抜加工方法。

（５）前記素管の化学組成が、質量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１０．０〜４０．０％、Ｎｉ：８．０〜８０．０％、Ｔｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．６％以下、Ａｌ：０．５％以下およびＮ：０．２０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなることを特徴とする請求項上記（１）〜（４）のいずれかに記載の金属管の引抜加工方法。

（６）上記（１）〜（５）のいずれかに記載の金属管の引抜加工方法により最終仕上げの引抜加工を行うことを特徴とする金属管の製造方法。

本発明の金属管の引抜加工方法は、下記の顕著な効果を有する。
（１）４０℃かつ常圧での動粘度を１００〜２０００ｍｍ^２／ｓの範囲に、粘度圧力係数を１５〜２４ＧＰａ^−１の範囲に調整した潤滑油を使用することにより、素管に引抜加工を施す際に工具と素管の間に適切な厚さの潤滑油膜が形成できる。
（２）上記（１）により、素管に引抜加工を施す際に、発生する焼き付きおよび振動を防止することができる。
（３）上記（１）により、得られる金属管でオイルピットの生成による内面粗度の低下を抑制できる。

本発明の金属管の製造方法は、本発明の引抜加工方法により最終仕上げの引抜加工を行うので、引抜加工での焼き付きや振動に起因する疵がなく、優れた内面粗度を有する金属管を製造することができる。

以下に、本発明の金属管の引抜加工方法、およびそれを用いた金属管の製造方法について説明する。

［金属管の引抜加工方法］
本発明の金属管の引抜加工方法は、素管を挿入した高圧容器に潤滑油を充満させた後、当該潤滑油を増圧機により昇圧し、素管をその内外面を強制潤滑した状態で引き抜く金属管の引抜加工方法において、潤滑油として、４０℃かつ常圧での動粘度が１００〜２０００ｍｍ^２／ｓであって、４０℃での粘度圧力係数が１５〜２４ＧＰａ^−１である潤滑油を使用することを特徴とする。

引抜加工に使用する潤滑油の４０℃かつ常圧での動粘度（４０℃での常圧粘度）が１００ｍｍ^２／ｓ未満であると、粘度圧力係数を高くしても高圧粘度が低くなることから、充分な厚さの潤滑油膜を工具と素管の間に形成することができない。

一方、４０℃かつ常圧での動粘度が２０００ｍｍ^２／ｓを超えると、動粘度が高すぎて常圧での取り扱いが困難となる。このため、潤滑油を供給・回収してタンクから高圧容器の間を循環させる際に支障をきたすことがあるとともに、高圧粘度が高くなりすぎ、得られる金属管でオイルピットの生成による内面粗度の低下が顕著になることがある。さらに、引抜加工された金属管の内外面から脱脂により潤滑油を除去する場合に、残存する油分が増えて脱脂性が悪化する。

引抜加工に使用する潤滑油の粘度圧力係数が１５ＧＰａ^−１未満であると、４０℃かつ常圧での動粘度を１００〜２０００ｍｍ^２／ｓに調整しても高圧粘度が低くなることから、充分な厚さの潤滑油膜を工具と素管の間に形成することができず、焼き付きや振動が発生することがある。一方、粘度圧力係数が２４ＧＰａ^−１を超えると、４０℃かつ常圧での動粘度を１００〜２０００ｍｍ^２／ｓに調整しても高圧粘度が高くなることから、得られる金属管に多量のオイルピットが生成されて内面粗度が低下する。

本発明の金属管の引抜加工方法は、潤滑油を４０℃かつ常圧での動粘度が１００〜２０００ｍｍ^２／ｓ、４０℃での粘度圧力係数が１５〜２４ＧＰａ^−１に調整して使用することにより、引抜加工の際に適切な厚さの潤滑油膜が工具と素管の間に形成される。これにより、本発明の金属管の引抜加工方法は、引抜加工の際に焼き付きおよび振動の発生を防止できる。さらに、本発明の金属管の引抜加工方法は、得られる金属管でオイルピットの生成による内面粗度の低下を抑制できるとともに、脱脂性を確保することができる。

ここで、引抜加工に使用する潤滑油の常圧粘度または高圧粘度を上述の範囲を超えて高め、引抜加工の際に形成される潤滑油膜を過度に厚くした場合でも、界面を完全に隔てるような潤滑油膜は実質的に得られない。この場合、局部的に深いオイルピットが生成され、得られる金属管の内面粗度が低下する事態となる。したがって、引抜加工の際に形成される潤滑油膜の厚さ、すなわち高圧粘度にも上限が存在する。

言い換えると、潤滑油膜を厚くしても局所的な工具と素管の直接接触が生じる。この直接接触する部位は、工具または素管の表面に潤滑油に含まれる極圧添加剤が吸着や反応により形成する被膜のみを介して接触している。この直接接触した部位は、境界潤滑部位などと呼ばれる。

したがって、この境界潤滑部位により発生する焼き付きを防止するためには、潤滑油の常圧粘度および粘度圧力係数を上述の本発明で規定する範囲に調整し、引抜加工の際に形成される潤滑油膜を適切な厚さにした上で、吸着または反応により工具や素管の表面に皮膜を形成しやすい極圧添加剤を活用することが好ましい。

本発明の金属管の引抜加工方法では、潤滑油が、極圧添加剤として、（１）硫黄分を２質量％以上含有する硫黄系極圧添加剤、（２）塩素分を５質量％以上含有する塩素系極圧添加剤、（３）カルシウム分を５質量％以上含有する有機カルシウム金属塩、（４）リン分を２質量％以上含有するリン系極圧添加剤、（５）Ｚｎ分を２質量％以上含有する有機亜鉛系極圧添加剤、および（６）Ｍｏ分を２質量％以上含有する有機モリブデン系極圧添加剤のうちの１種または２種以上を合計で１０質量％以上含むのが好ましい。

上記（１）〜（６）の極圧添加剤は、吸着や反応によりＮｉ基合金などの合金鋼の表面に被膜を形成し易い。このため、上記（１）〜（６）の極圧添加剤のうちの１種または２種以上を合計で１０質量％以上含む潤滑油を使用して金属管に引抜加工を施すことにより、境界潤滑部位により発生する焼き付きを防止することができる。本発明の金属管の引抜加工方法は、後述する実施例に示すように、上記（１）〜（６）の極圧添加剤のうちの１種または２種以上を合計で１００質量％含む潤滑油を使用することもできる。

上記（１）〜（６）の極圧添加剤は、具体例として以下のものを採用できる。
（１）硫黄分を２質量％以上含有する硫黄系極圧添加剤は、硫化油脂、硫化エステル、硫化オレフィン、ポリサルファイド、チオカーボネート類、ジチアゾール類、ポリチアゾール類、チオール類、チオカルボン酸類、チオコール類、硫黄または（多）硫化ナトリウムを採用できる。本発明の金属管の引抜加工方法では、焼き付き防止効果の大きい、硫化油脂、硫化エステル、硫化オレフィンまたはポリサルファイドを用いるのが好ましい。

（２）塩素分を５質量％以上含有する塩素系極圧添加剤は、塩素化エステル、塩素化油脂、炭素数１２以上の塩素化パラフィン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニルまたは塩化ビニリデン−アクリル共重合物を採用できる。本発明の金属管の引抜加工方法では、焼き付き防止効果の大きい、塩素化エステル、塩素化油脂、炭素数１２以上の塩素化パラフィン、または有機カルシウム金属塩が全塩基度１００ｍｇ／ｇＫＯＨ以上のカルシウムスルフォネートを用いるのが好ましい。

（３）カルシウム分を５質量％以上含有する有機カルシウム金属塩は、有機カルシウム金属塩が全塩基度１００ｍｇ／ｇＫＯＨ以上のカルシウムスルフォネート、カルシウムフェネート、カルシウムサリシレートまたはカルシウムカルボキシレートを採用できる。
（４）リン分を２質量％以上含有するリン系極圧添加剤は、トリポリリン酸ナトリウム等の縮合リン酸塩、またはリン酸トリクレジル等の（亜）リン酸エステルを採用できる。

（５）Ｚｎ分を２質量％以上含有する有機亜鉛系極圧添加剤は、ジアルキルジチオリン酸亜鉛またはジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛を採用できる。
（６）Ｍｏ分を２質量％以上含有する有機モリブデン系極圧添加剤は、ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデン、またはジアルキルジチオリン酸モリブデンを採用できる。

本発明の金属管の引抜加工方法は、潤滑油を昇圧する際に、潤滑油の圧力を４０〜１５０ＭＰａとするのが好ましい。高圧容器に充満させた潤滑油の圧力が４０ＭＰａ未満であると、工具と素管の間に充分な厚さの潤滑油膜が形成されず、焼き付きおよび振動が発生する懸念がある。一方、潤滑油の圧力が１５０ＭＰａを超えると引抜装置に過剰な負荷を与えるだけでなく、得られる金属管が、オイルピットの生成により内面粗度が低下するおそれがある。また、潤滑油の圧力は５０ＭＰａ以上とするのがより好ましい。

［素管の化学組成］
本発明の金属管の引抜加工方法では、素管の化学組成が、質量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１０．０〜４０．０％、Ｎｉ：８．０〜８０．０％、Ｔｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．６％以下、Ａｌ：０．５％以下およびＮ：０．２０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなるものを用いるのが好ましい。

ここで、不純物とは、素管を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等から混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。以下、各成分について説明する。

Ｃ：０．１５％以下
Ｃは、０．１５％を超えて含有させると、耐応力腐食割れ性が劣化するおそれがある。したがって、Ｃを含有させる場合には、その含有量を０．１５％以下にするのが好ましく、さらに好ましいのは、０．０６％以下である。なお、Ｃは、合金の粒界強度を高める効果を有する。この効果を得るためには、Ｃの含有量は０．０１％以上とするのが好ましい。

Ｓｉ：１．００％以下
Ｓｉは製錬時の脱酸材として使用され、合金中に不純物として残存する。このとき、１．００％以下に制限するのが好ましい。その含有量が０．５０％を超えると合金の清浄度が低下することがあるため、Ｓｉ含有量は０．５０％以下に制限するのがさらに好ましい。

Ｍｎ：２．０％以下
Ｍｎは、不純物元素であるＳをＭｎＳとして固定し、熱間加工性を改善すると共に、脱酸剤として有効な元素である。その含有量が２．０％を超えると合金の清浄性を低下させるので、２．０％以下とするのが好ましい。さらに好ましいのは１．０％以下である。また、Ｍｎによる熱間加工性の改善効果を得たい場合は０．１％以上含有させるのが好ましい。

Ｐ：０．０３０％以下
Ｐは合金中に不純物として存在する元素であり、その含有量が０．０３０％を超えると耐食性に悪影響を及ぼすことがある。したがって、Ｐ含有量は０．０３０％以下に制限するのが好ましい。

Ｓ：０．０３０％以下
Ｓは合金中に不純物として存在する元素であり、その含有量が０．０３０％を超えると耐食性に悪影響を及ぼすことがある。したがって、Ｓ含有量は０．０３０％以下に制限するのが好ましい。

Ｃｒ：１０．０〜４０．０％
Ｃｒは、合金の耐食性を維持するのに必要な元素であり、１０．０％以上含有させるのが好ましい。しかし、４０．０％を超えると相対的にＮｉ含有量が少なくなり、合金の耐食性や熱間加工性が低下するおそれがある。したがって、Ｃｒの含有量は１０．０〜４０．０％が好ましい。特に、Ｃｒを１４．０〜１７．０％含有する場合には、塩化物を含む環境での耐食性に優れ、Ｃｒを２７．０〜３１．０％含有する場合には、さらに、高温における純水やアルカリ環境での耐食性にも優れる。

Ｎｉ：８．０〜８０．０％
Ｎｉは、合金の耐食性を確保するために必要な元素であり、８．０％以上含有させるのが好ましい。一方、Ｎｉは高価であるため、用途に応じて必要最小限含有させれば良く、８０．０％以下とするのが好ましい。

Ｔｉ：０．５％以下
Ｔｉは、その含有量が０．５％を超えると、合金の清浄性を劣化させるおそれがあるので、その含有量は０．５％以下とするのが好ましく、さらに好ましいのは０．４％以下である。ただし、合金の加工性向上および溶接時における粒成長の抑制の観点からは、０．１％以上の含有させることが好ましい。

Ｃｕ：０．６％以下
Ｃｕは合金中に不純物として存在する元素であり、その含有量が０．６％を超えると合金の耐食性が低下することがある。したがって、Ｃｕ含有量は０．６％以下に制限するのが好ましい。

Ａｌ：０．５％以下
Ａｌは製鋼時の脱酸材として使用され、合金中に不純物として残存する。残存したＡｌは、合金中で酸化物系介在物となり、合金の清浄度を劣化させ、合金の耐食性および機械的性質に悪影響を及ぼすおそれがある。したがって、Ａｌ含有量は０．５％以下に制限するのが好ましい。

Ｎ：０．２０％以下
Ｎは、添加しなくてもよいが、本発明で素管に用いるのが好ましいＮｉ基合金中には、通常、０．０１％程度のＮが不純物として含有されている。しかし、Ｎを積極的に添加すれば、耐食性を劣化させることなく、強度を高めることができる。ただし、０．２０％を超えて含有させると耐食性が低下するので、含有させる場合の上限は０．２０％とするのが好ましい。

本発明の金属管の引抜加工方法では、素管に用いるＮｉ基合金を、特に、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１０．０〜４０．０％、Ｆｅ：１５．０％以下、Ｔｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．６％以下およびＡｌ：０．５％以下を含有し、残部がＮｉおよび不純物からなる化学組成を有するＮｉ基合金とするのが、耐食性により優れるため好ましい。

上記化学組成からなり、素管に用いるのが好ましいＮｉ基合金は、代表的なものとして以下の二種類が挙げられる。

（ａ）Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１４．０〜１７．０％、Ｆｅ：６．０〜１０．０％、Ｔｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．６％以下およびＡｌ：０．５％以下を含有し、残部がＮｉおよび不純物からなるＮｉ基合金。

（ｂ）Ｃ：０．０６％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：２７．０〜３１．０％、 Ｆｅ：７．０〜１１．０％、Ｔｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．６％以下およびＡｌ：０．５％以下を含有し、残部がＮｉおよび不純物からなるＮｉ基合金。

上記（ａ）の合金は、Ｃｒを１４．０〜１７．０％含み、Ｎｉを７５％程度含むため塩化物を含む環境での耐食性に優れる合金である。この合金においては、Ｎｉ含有量とＣｒ含有量のバランスの観点からＦｅの含有量は６．０〜１０．０％とするのが好ましい。

上記（ｂ）の合金は、Ｃｒを２７．０〜３１．０％含み、Ｎｉを６０％程度含むため、塩化物を含む環境のほか、高温における純水やアルカリ環境での耐食性にも優れる合金である。この合金においてもＮｉ含有量とＣｒ含有量のバランスの観点からＦｅの含有量は７．０〜１１．０％とするのが好ましい。

［金属管の製造方法］
金属管の製造では、一般的に、素管に複数回の引抜加工を施して所定の寸法および表面性状の金属管を製造する。本発明の金属管の製造方法は、最終仕上げの引抜加工を本発明の引抜加工方法により行うことを特徴とする。これにより、最終仕上げの引抜加工で焼き付きや振動が発生するのが防止されるとともに、オイルピットの生成による内面粗度の低下が抑制される。したがって、本発明の金属管の製造方法は、引抜加工での焼き付きや振動に起因する疵がなく、優れた内面粗度を有する金属管を製造できる。

本発明の金属管の引抜加工方法およびそれを用いる金属管の製造方法により、素管に冷間引抜加工を施す試験を行い、本発明の効果を検証した。

［試験方法］
素管を挿入した高圧容器に潤滑油を充満させた後、潤滑油を増圧機により昇圧し、素管をその内外面を強制潤滑した状態で引き抜いて素管に引抜加工を施し、金属管を得た。得られた金属管を、７０℃で保持された水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）および界面活性剤からなるアルカリ脱脂液に３０分間浸漬して脱脂した。引抜加工は、特許文献４に開示された高圧抽伸装置と同じ機構を有する強制潤滑装置を用いて行った。

試験条件は下記の通りである。
素管の仕様：
引抜加工前の寸法 外径２５ｍｍ、肉厚１．６５ｍｍ、長さ１０ｍ、
引抜加工前の内外面の粗度 Ｒａ０．３μｍ、
（Ｒａ：算術平均粗さ（ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１））
材質 ＡＳＭＥ ＳＢ−１６３ ＵＮＳ Ｎ０６６９０のＮｉ基合金
（代表組成：３０質量％Ｃｒ−６０質量％Ｎｉ−１０質量％Ｆｅ）
引抜加工：ダイスの材質 超硬合金、
プラグの材質 アルミナコーティングが施された超硬合金、
引抜き速度 １５ｍ／ｍｉｎ、
潤滑油の温度 ５０℃
金属管の仕様：引抜加工後の寸法 外径１９ｍｍ、肉厚１．１３ｍｍ
上記のダイスとプラグの超硬合金は、ＪＩＳ Ｂ４０５３の表１で材料記号ＨＷに分類される、炭化タングステンと金属からなる合金である。

表１に本試験に使用した潤滑油の代表組成、４０℃かつ常圧での動粘度、粘度圧力係数を示す。表１に示す４０℃かつ常圧での動粘度は、ＪＩＳ Ｋ ２２８３に準拠して測定した。また、粘度圧力係数は、落球式の高圧粘度計を用いて測定した高圧粘度と、上述の４０℃かつ常圧での動粘度とから前記（１）式を用いて求めた。

表１に示す潤滑油Ａ〜Ｇは、４０℃かつ常圧での動粘度および粘度圧力係数が本発明で規定する範囲内であり、潤滑油Ｈ〜Ｌは、４０℃かつ常圧での動粘度および粘度圧力係数のいずれか一方または両方が本発明で規定する範囲を外れる。

表２に各試験で使用した潤滑油、高圧容器に充満させた潤滑油を増圧機で昇圧する圧力、並びに焼き付き、振動、内面粗度および脱脂性の評価結果を示す。

［評価基準］
各試験で、引抜加工の際の焼き付きおよび振動の発生と、引抜加工後に得られた金属管の内面粗度および脱脂性とを評価した。

焼き付きの評価は、引抜加工後に得られた金属管および用いた工具を目視により観察して行った。表２の試験結果の「焼き付き」欄の記号の意味は次の通りである：
◎：金属管に筋疵および工具に僅かな曇り痕が認められなかったことを示す。
○：工具に僅かな曇り痕が認められたことを示す。
△：金属管に軽微な筋疵が認められたことを示す。
×：焼き付きによる筋疵が金属管に認められ、金属管が製品不良となったことを示す。

振動の評価は、引抜加工の際に異音発生の有無を確認して行った。また、表２の試験結果の「振動」欄の記号の意味は次の通りである：
◎：引抜加工の際、振動の発生が認められなかったことを示す。
△：引抜加工の際、部分的に振動の発生が認められたことを示す。
×：引抜加工の際、全体的に振動の発生が認められたことを示す。

内面粗度の評価は、金属管内面の算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１）を測定して行った。表２の試験結果の「内面粗度」欄の記号の意味は次の通りである：
◎：Ｒａが０．５μｍ未満であることを示す。
○：Ｒａが０．５μｍ以上かつ１．０μｍ未満であることを示す。
△：Ｒａが１．０μｍ以上かつ１．６μｍ未満であることを示す。
×：Ｒａが１．６μｍ以上であることを示す。

脱脂性の評価は、脱脂した金属管の内面に残存した油分を抵抗加熱炉−赤外線吸収法（ＬＥＣＯ社製 ＲＣ６１２）で測定し、付着炭素量として評価した。表２の試験結果の「脱脂性」欄の記号の意味は次の通りである：
◎：付着炭素量が２０ｍｇ／ｍ^２未満であることを示す。
○：付着炭素量が２０ｍｇ／ｍ^２以上かつ５０ｍｇ／ｍ^２未満であることを示す。
△：付着炭素量が５０ｍｇ／ｍ^２以上かつ１００ｍｇ／ｍ^２未満であることを示す。
×：付着炭素量が１００ｍｇ／ｍ^２以上であることを示す。

［試験結果］
表２に示す試験結果より、本発明例１〜１１では、いずれの試験でも使用した潤滑油は４０℃かつ常圧での動粘度が１００〜２０００ｍｍ^２／ｓの範囲であって、粘度圧力係数が１５〜２４ＧＰａ^−１の範囲であり、焼き付き、振動、内面粗度および脱脂性の評価が◎または○と良好であった。

一方、比較例１２、１４および１５では、使用した潤滑油は４０℃かつ常圧での動粘度および粘度圧力係数のいずれか一方または両方が本発明で規定する範囲より小さく、引抜加工の際に工具と素管の間に充分な厚さの潤滑油膜を形成することができず、焼き付きおよび振動の評価が×に下がった。

比較例１６では、使用した潤滑油は粘度圧力係数が本発明で規定する範囲より大きく、引抜加工の際に工具と素管の間に充分な厚さの潤滑油膜を形成でき、焼き付きおよび振動の評価は◎となったが、オイルビットの生成により内面粗度の評価が×に、脱脂性の評価は○に下がった。比較例１３では、使用した潤滑油は粘度圧力係数に加えて４０℃かつ常圧での動粘度も本発明で規定する範囲より大きく、内面粗度の評価が△に下がったのに加え、脱脂性の評価も×に下がった。

したがって、４０℃かつ常圧での動粘度および粘度圧力係数が本発明で規定する範囲を満足することにより、引抜加工の際に工具と素管の間に充分な厚さの潤滑油膜を形成され、焼き付きおよび振動の発生が低減されるとともに、得られる金属管においてオイルビットの生成による内面粗度の低下が抑制され、脱脂性が確保されることが確認できた。

本発明例１および２では、使用した潤滑油ＡおよびＢが本発明で規定する極圧添加剤を含まず、焼き付き、振動、内面粗度および脱脂性の評価が◎または○であった。一方、本発明例３〜６では、使用した潤滑油Ｃ〜Ｆが本発明で規定する極圧添加剤を合計で１０質量％以上含み、焼き付き、振動、内面粗度および脱脂性の評価がいずれも◎であった。また、本発明例６は、使用した潤滑油Ｆが極圧添加剤を合計で１００質量％含有し、焼き付き、振動、内面粗度および脱脂性の評価がいずれも◎であった。これらから、本発明の金属管の引抜き方法では、本発明で規定する極圧添加剤を合計で１０質量％以上含む潤滑油を使用するのが好ましいことが確認できた。

本発明例３および８〜１０は、試験条件の中で、高圧容器に充満させた潤滑油を増圧機で昇圧する圧力のみをそれぞれ変更した。本発明例３、７および８では、潤滑油の圧力を４０〜１５０ＭＰａとし、焼き付き、振動、内面粗度および脱脂性の評価がいずれも◎であった。

一方、本発明例９では、潤滑油の圧力を４０ＭＰａ未満の２０Ｍｐａと小さくし、焼き付きの評価が○に下がった。また、本発明例１０では、潤滑油の圧力を１５０ＭＰａを超える１６０ＭＰａと大きくし、内面粗度および脱脂性の評価が○に下がった。このことから、本発明の金属管の引抜き方法では、高圧容器に充満させた潤滑油を昇圧する際に、潤滑油の圧力を４０〜１５０ＭＰａにするのが好ましいことが確認できた。

また、潤滑油Ｇは、本発明で規定する極圧添加剤を潤滑油Ｃ〜Ｆと同様に合計で１０質量％以上含むが、常圧での動粘度および圧力粘度係数が潤滑油Ｃ〜Ｆと比較して高い。その結果、潤滑油Ｃ〜Ｆを使用した本発明例３〜６では、前述の通り、焼き付き、振動、内面粗度および脱脂性の評価がいずれも◎となったのに対し、潤滑油Ｇを使用した本発明例１１では、焼き付きおよび振動の評価は◎となり，内面粗度および脱脂性の評価は○となった。

以上より、本発明の金属管の引抜加工方法は、４０℃かつ常圧での動粘度を１００〜２０００ｍｍ^２／ｓの範囲に、粘度圧力係数を１５〜２４ＧＰａ^−１の範囲に調整した潤滑油を使用することにより、素管に引抜加工を施す際に工具と素管の間に適切な厚さの潤滑油膜が形成され、焼き付きおよび振動の発生を低減でき、得られる金属管においてオイルビットの生成による内面粗度の低下を抑制できるとともに、脱脂性を確保できることが明らかになった。

本発明の金属管の引抜加工方法は、下記の顕著な効果を有する。
（１）４０℃かつ常圧での動粘度を１００〜２０００ｍｍ^２／ｓの範囲に、粘度圧力係数を１５〜２４ＧＰａ^−１の範囲に調整した潤滑油を使用することにより、素管に引抜加工を施す際に工具と素管の間に適切な厚さの潤滑油膜が形成できる。
（２）上記（１）により、素管に引抜加工を施す際に、発生する焼き付きおよび振動を防止することができる。
（３）上記（１）により、得られる金属管でオイルピットの生成による内面粗度の低下を抑制できる。

本発明の金属管の製造方法は、本発明の引抜加工方法により最終仕上げの引抜加工を行うので、引抜加工での焼き付きや振動に起因する疵がなく、優れた内面粗度を有する金属管を製造することができる。

したがって、本発明の金属管の引抜加工方法、およびそれに用いる金属管の製造方法を金属管の製造に適用すれば、原子力プラントにおける蒸気発生器の伝熱管に好適な金属管を提供できる。

Claims (6)

1. 素管を挿入した高圧容器に潤滑油を充満させた後、当該潤滑油を増圧機により昇圧し、前記素管をその内外面を強制潤滑した状態で引き抜く金属管の引抜加工方法において、
   前記潤滑油として、４０℃かつ常圧での動粘度が１００〜２０００ｍｍ^２／ｓであって、４０℃での粘度圧力係数が１５〜２４ＧＰａ^−１である潤滑油を使用することを特徴とする金属管の引抜加工方法。
2. 前記潤滑油が、極圧添加剤として、硫黄分を２質量％以上含有する硫黄系極圧添加剤、塩素分を５質量％以上含有する塩素系極圧添加剤、カルシウム分を５質量％以上含有する有機カルシウム金属塩、リン分を２質量％以上含有するリン系極圧添加剤、Ｚｎ分を２質量％以上含有する有機亜鉛系極圧添加剤およびＭｏ分を２質量％以上含有する有機モリブデン系極圧添加剤のうちの１種または２種以上を合計で１０質量％以上含むことを特徴とする請求項１記載の金属管の引抜加工方法。
3. 前記硫黄系極圧添加剤として硫化油脂、硫化エステル、硫化オレフィンまたはポリサルファイドを用い、前記塩素系極圧添加剤として塩素化エステル、塩素化油脂、炭素数１２以上の塩素化パラフィン、または有機カルシウム金属塩が全塩基度１００ｍｇ／ｇＫＯＨ以上のカルシウムスルフォネートを用いることを特徴とする請求項２記載の金属管の引抜き加工方法。
4. 前記潤滑油を昇圧する際に、前記潤滑油の圧力を４０〜１５０ＭＰａとすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金属管の引抜加工方法。
5. 前記素管の化学組成が、質量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１０．０〜４０．０％、Ｎｉ：８．０〜８０．０％、Ｔｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．６％以下、Ａｌ：０．５％以下およびＮ：０．２０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金属管の引抜加工方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の金属管の引抜加工方法により最終仕上げの引抜加工を行うことを特徴とする金属管の製造方法。