JP4692650B2 - 継目無管の製造方法 - Google Patents
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Description
d0<200の場合:
T≦1250+1.1487×A−7.838×ln(t0/t)−10.135×ln(d0/d) ・・・(1)
d0≧200の場合:
T≦1219+1.1487×A−7.838×ln(t0/t)−10.135×ln(d0/d) ・・・(2)
A=L/Vav×1000 ・・・(3)
上記(3)式中のVavは、下記(4)式により求められる。
Vav=(V0+V0×ρ)/2 ・・・(4)
上記(4)式中のρは、下記(5)式により求められる。
ρ=(t0×(d0−t0)×π)/(t×(d−t)×π) ・・・(5)
ここで、上記(1)式〜(5)式中の各記号は、下記の諸量を意味する。
d0:被押出素材の外径[mm]、
t0:被押出素材の肉厚[mm]、
d:押出管の外径[mm]、
t:押出管の肉厚[mm]、
A:ダイス通過時間[msec(ミリセカンド)]、
L:ダイスにおけるアプローチ部の入口端からベアリング部の入口端までの押出方向の長さ[mm]、
Vav:被押出素材の平均押出速度[mm/sec]、
V0:ラム速度[mm/sec]、
ρ:押出比
管トップ部の外表面における横切れ疵の発生要因を究明するため、二次元FEM解析を用いて、ユジーンセジュルネ製管法による被押出素材の変形挙動、およびこれに基づく押出加工時の被押出素材の温度分布を調査した。FEM解析では、被押出素材として、高温での変形能が低い材料例としてオーステナイト系ステンレス鋼(JIS規格のSUS347H)を採用し、被押出素材の外径とその肉厚、被押出素材の加熱温度、およびラム速度の各条件を種々変更して解析を行った。
図2は、ユジーンセジュルネ製管法における被押出素材の変形挙動を模式的に示す図であり、同図(a)は押出開始直前の状態を示し、同図(b)は押出初期の状態を示す。同図(b)には、被押出素材(ビレット)の押出方向を白抜き矢印で示している。
上記の変形挙動に基づき、押出加工時の被押出素材の温度分布をFEM解析した結果、下記の知見を得た。
上述の通り、横切れ疵の発生要因が非定常部での表面温度の過剰な上昇にあるが、これはガラスディスクの断熱作用に起因する。そこで、ガラスディスク、すなわち被押出素材とダイスの間に設ける固形潤滑ガラスについて、その好ましい厚みを検討する。
以下の記述において、成分含有量の「%」は「質量%」を意味する。
本発明の製造方法では、上記組成を有する被押出素材を対象とするのが好ましい。上記組成を有する被押出素材は、高温での変形能が低いため、それを用いて熱間押出を行った場合、押出初期の非定常部において、押出管の外表面温度が上昇することに起因し、外表面に横切れ疵が発生し易いからである。
本発明の製造方法は、上記組成を満たす被押出素材として、高温での変形能が低いオーステナイト系合金や二相ステンレス鋼を用いるのが好ましい。
オーステナイト系合金、例えばJIS規格のSUS347Hは、一般的な炭素鋼S45Cと比較して、同一温度での変形抵抗が1.5倍以上と高く、押出加工に伴う発熱量が高くなり、押出初期の非定常部において管外表面の温度が高くなり易い。このような特性から、本発明の製造方法では、被押出素材としてオーステナイト系合金を適用するのが、より好ましい。
Cは、強度およびクリープ強度を確保するのに有効な元素である。その効果を得るためには0.01%以上の含有が好ましい。しかし、その含有量が0.2%を超えると、固溶化処理状態で未固溶の炭化物が残存して、高温強度の向上に寄与しなくなるばかりでなく、靭性等の機械的性質に悪影響を及ぼす。従って、C含有量は0.2%以下とする。なお、熱間加工性低下および靭性劣化を防止するためには、その含有量を0.12%以下とするのが望ましい。
Siは、脱酸剤として用いられる元素であり、しかも耐水蒸気酸化性を向上させるのに有効な元素であるので、0.1%以上含有させるのが好ましい。一方、含有量が多くなると溶接性または熱間加工性が劣化するため、2.0%以下とする。Siの望ましい含有量は0.8%以下である。
Mnは、Siと同様に脱酸剤として有効な元素である。また、Mnは、不純物として含有されるSに起因する熱間加工性の劣化を抑止する作用がある。脱酸効果および熱間加工性の改善を図るために、Mnは0.1%以上含有させる。ただし、過度の含有は脆化を招くため、含有量の上限は3.0%とする。より望ましい上限は2.0%である。
Crは、高温強度、耐酸化性および耐食性を確保するために必要な元素であり、その効果を十分に発揮させるためには、15%以上含有させる必要がある。しかし、過剰に含有させると靭性および熱間加工性が劣化するため、上限は30%とする。
Niは、オーステナイト組織を安定化させ、かつクリープ強度の向上に必要な元素であり、6%以上の含有が必要である。しかし、多量の含有は効果が飽和し、コストの増大を招くため、上限は50%とする。好ましい上限は35%、より好ましい上限は25%である。なお、より高温、長時間での組織の安定性を確保したい場合は、Niを15%以上含有させるのが好ましい。
Mo、WおよびCuは、合金の高温強度を高める元素である。その効果を必要とする場合は、いずれか一種を0.1%以上含有させるのが好ましい。また、多量の含有では溶接性や加工性を損なうため、MoおよびCuの上限はそれぞれ5%、Wの上限は10%とする。
Nは、合金の固溶強化に寄与し、また他の元素と結合して析出強化作用により合金を強化する効果がある。その効果を必要とする場合には、0.005%以上含有させるのが好ましい。しかし、その含有量が0.3%を超えると延性および溶接性が劣化する場合がある。
V、NbおよびTiは、いずれも炭素および窒素と結合して炭窒化物を形成し、析出強化に寄与する。従って、その効果を必要とする場合は、これらの1種以上を0.01%以上含有させるのが好ましい。一方、これらの含有量が過多になると合金の加工性が損なわれるので、Vは1.0%、Nbは1.5%、Tiは0.5%をそれぞれ上限とする。
2a:アプローチ部、 2b:ベアリング部、 3:マンドレルバー、
4:ダイホルダ、 5:ダイバッカー、 6:コンテナ、
7:ダミーブロック、 8:ビレット(被押出素材)
Claims (2)
- 質量%で、C:0.2%以下、Si:2.0%以下、Mn:0.1〜3.0%、Cr:15〜30%およびNi:6〜50%を含有し、必要に応じ、さらに、Mo:5%以下、W:10%以下、Cu:5%以下、N:0.3%以下、V:1.0%以下、Nb:1.5%以下、Ti:0.5%以下、Ca:0.2%以下、Mg:0.2%以下、Al:0.2%以下、B:0.2%以下および希土類元素:0.2%以下の中から選んだ1種以上を含有し、残部がFeおよび不純物からなる化学組成を有する中空の被押出素材を加熱した後、被押出素材とダイスの間に固形潤滑ガラスを設けて熱間押出する際、被押出素材を、その外径d0[mm]に応じて、下記(1)式または(2)式の関係を満足する加熱温度T[℃]に加熱して熱間押出することを特徴とする継目無管の製造方法。
d0<200の場合:
T≦1250+1.1487×A−7.838×ln(t0/t)−10.135×ln(d0/d) ・・・(1)
d0≧200の場合:
T≦1219+1.1487×A−7.838×ln(t0/t)−10.135×ln(d0/d) ・・・(2)
但し、上記(1)式および(2)式は、下記(3)式〜(5)式により求められる
A=L/Vav×1000 ・・・(3)
Vav=(V0+V0×ρ)/2 ・・・(4)
ρ=(t0×(d0−t0)×π)/(t×(d−t)×π) ・・・(5)
ここで、d0:被押出素材の外径[mm]、t0:被押出素材の肉厚[mm]、
d:押出管の外径[mm]、t:押出管の肉厚[mm]、
A:ダイス通過時間[msec(ミリセカンド)]、
L:ダイスにおけるアプローチ部の入口端からベアリング部の入口端までの
押出方向の長さ[mm]、
Vav:被押出素材の平均押出速度[mm/sec]、
V0:ラム速度[mm/sec]、ρ:押出比 - 前記固形潤滑ガラスの平均厚みが6mm以上であることを特徴とする請求項1記載の継目無管の製造方法。
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