JP4910693B2 - マンドレルバーへの潤滑剤の塗布方法、マンドレルバーへの潤滑剤の膜厚管理方法および継目無鋼管の製造方法。 - Google Patents
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Description
本発明は、継目無鋼管、特にステンレス製の継目無鋼管の製造に用いられるマンドレルバーへの潤滑剤の塗布方法、マンドレルバーへの潤滑剤の膜厚管理方法および継目無鋼管の製造方法に関する。
一般に、継目無鋼管の熱間製管は、摩擦条件が厳しい。特に、マンドレルバーの表面温度が高いため、使用可能な潤滑剤が制限される。このため、従来、粉末状の黒鉛に食塩等の無機質材料を混合するなどした黒鉛系の潤滑剤が用いられてきた。しかし、現在では、被加工材への浸炭の問題、作業環境の悪化の問題などの理由から、様々な非黒鉛系の潤滑剤が用いられている。
例えば、出願人は、特許文献１において、カリウム四珪素マイカ、ナトリウム四珪素マイカ、天然金マイカ、ベントナイト、およびバーミキュライトから選ばれた１種または２種以上の粒子状の酸化物系層状物質１０重量部と、酸化硼素、硼酸およびアルカリ金属硼酸塩から選ばれた１種または２種以上の結合剤１〜５重量部とからなる、熱間加工用固体潤滑剤に関する発明を開示した。
また、出願人は、特許文献２において、酸化物系層状化合物１０〜４０質量％、硼酸のアルカリ金属塩又はアミン塩の１種以上を５〜３０質量％、この硼酸のアルカリ金属塩又はアミン塩の１種以上の水溶液に可溶な水溶性高分子１種以上を０．１１〜３．０質量％、残部水からなる継目無鋼管加工潤滑剤組成物に関する発明を開示した。
特許文献１および２に記載される発明は、いずれも非黒鉛系の潤滑剤であるので、上述した黒鉛系潤滑剤の問題点を解消することができる。しかし、潤滑剤の付着量が少ない場合、つまり潤滑剤の膜厚が薄い場合には製品内面に焼き付き疵が発生するおそれがある。また、酸化物系層状化合物は燃焼しないため、潤滑剤の付着量が多い場合、つまり潤滑剤の膜厚が厚い場合には、繰り返しの圧延によりバー表面に潤滑剤が堆積し、これによって製品内面にすり疵が発生する。従って、潤滑剤の組成を調整しただけで、その潤滑剤の付着量を適正な範囲に設定しなければ、安定的に高品質の継目無鋼管を得ることはできない。
本発明者らは、このような観点で鋭意研究を行った結果、上記の焼き付き疵および内面疵の発生の問題に関して、マンドレルバーに塗布した潤滑剤のマイカ量と膜厚との間に一定の対応関係があることを見出し、本発明を完成させた。
本発明は、マンドレルバーに塗布した潤滑剤のマイカ量および膜厚を管理することにより、焼き付き疵および内面疵の発生を防止して、安定的に高品質の継目無鋼管を得ることができるマンドレルバーへの潤滑剤の塗布方法、マンドレルバーへの潤滑剤の膜厚管理方法および継目無鋼管の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、下記の（１）に示すマンドレルバーへの潤滑剤の塗布方法、下記の（２）に示すマンドレルバーへの潤滑剤の膜厚管理方法および下記の（３）に示す継目無鋼管の製造方法を要旨とする。
（１）質量％で、１０〜７０％の天然または人工のマイカからなる酸化物系層状化合物および３０〜９０％の硼酸からなる非黒鉛系潤滑剤をマンドレルバーに塗布するに際し、予め求めておいたマイカ量および潤滑剤の膜厚のマスターカーブから潤滑剤の膜厚を決定することを特徴とするマンドレルバーへの潤滑剤の塗布方法。
上記のマスターカーブは下記の（１）式および（２）式を満たす範囲にあるのが好ましい。
ｔ≦−５４ｌｎ（ｑ）＋３２４ ・・・（１）
ｔ≧−２８ｌｎ（ｑ）＋１２４ ・・・（２）
但し、（１）式および（２）式中の各記号の意味は下記の通りである。
ｔ：潤滑剤の膜厚（ｍｍ）
ｑ：潤滑剤のマイカ量（％）
ｔ≦−５４ｌｎ（ｑ）＋３２４ ・・・（１）
ｔ≧−２８ｌｎ（ｑ）＋１２４ ・・・（２）
但し、（１）式および（２）式中の各記号の意味は下記の通りである。
ｔ：潤滑剤の膜厚（ｍｍ）
ｑ：潤滑剤のマイカ量（％）
潤滑剤の膜厚の調整は、潤滑剤の吐出条件およびバー送り速度を調整することにより行うことができる。
（２）潤滑剤のマイカ量を検出した後、上記（１）記載の方法により、そのマイカ量に対応する膜厚となるよう潤滑剤の吐出条件および／またはバー送り速度を調整して潤滑剤の塗布を行った後、実際の膜厚を測定し、その結果により潤滑剤の吐出条件および／またはバー送り速度を調整することを特徴とするマンドレルバーへの潤滑剤の膜厚管理方法。
（３）上記（１）に記載の方法により潤滑剤を塗布したマンドレルバーを用いて、継目無鋼管を製造することを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
この継目無鋼管の製造方法は、特に、ステンレス製継目無鋼管の製造に適している。
本発明により、マンドレルバーに塗布した潤滑剤のマイカ量および膜厚を管理すれば、焼き付き疵および内面疵の発生を防止して、安定的に高品質の継目無鋼管を得ることができる。本発明は、特にステンレス製継目無鋼管の製造に有用である。
本発明のマンドレルバーへの潤滑剤の塗布方法においては、質量％で、１０〜７０％の酸化物系層状化合物および３０〜９０％の硼酸からなる非黒鉛系潤滑剤を用いる。
上記の酸化物系層状化合物は、天然または人工のマイカである。マイカとしては、カリウム四珪素マイカ ｛ＫＭｇ２．５（Ｓｉ４Ｏ１０）Ｆ２}、ナトリウム四珪素マイカ （ＮａＭｇ２．５（Ｓｉ４Ｏ１０）Ｆ２）、天然金マイカ
｛ＫＭｇ３（ＡｌＳｉ２Ｏ１０）（ＯＨ）２｝などがある。酸化物系層状化合物には、これらの一種以上を使用することができる。但し、最も好ましいのは、ナトリウム四珪素マイカである。
｛ＫＭｇ３（ＡｌＳｉ２Ｏ１０）（ＯＨ）２｝などがある。酸化物系層状化合物には、これらの一種以上を使用することができる。但し、最も好ましいのは、ナトリウム四珪素マイカである。
組成物中の酸化物系層状化合物の含有量が少なすぎると、耐焼き付き性が低くなり、潤滑性に問題が出る。一方、酸化物系層状化合物の含有量が多すぎると、組成物の粘度が高くなり過ぎて、作業性に問題が生じる。従って、組成物中の酸化物系層状化合物の含有量は、１０〜７０質量％とした。好ましい下限は、１５質量％である。また、好ましい上限は、５０質量％である。
酸化物系層状化合物の平均粒径には、特に制限はないが、１〜４０μｍとするのがよい。好ましいのは５〜３０μｍである。これは、平均粒径が小さすぎると、層間すべりの効果が少なくなり、平均粒径が大きすぎると、スプレー時のノズル閉塞などの問題が生じるおそれがあるからである。
組成物中の硼酸は、主剤となる酸化物系層状化合物に沿って高温マンドレルバーにおけるその展着性を助け、また自ら補助潤滑剤として働く。硼酸は、硼酸リチウム、硼酸ナトリウム、硼酸カリウム等のアルカリ金属塩の形で含有させる。また、硼砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７・１０Ｈ２Ｏ）のように、メタ硼酸塩もしくはピロ硼酸塩単体、またはこれらの水和物を使用してもよい。
硼酸の含有量は、多すぎると、主剤の潤滑性を妨害し、少なすぎると、マンドレルバーにおける展着効果を劣化させ、潤滑不足が生じる。従って、組成物中における硼酸含有量は、３０〜９０質量％とした。好ましい下限は、３０質量％である。また、好ましい上限は、７０質量％である。
本発明のマンドレルバーへの潤滑剤の塗布方法においては、上記非黒鉛系潤滑剤をマンドレルバーに塗布するに際し、予め求めておいたマイカ量および潤滑剤の膜厚のマスターカーブから潤滑剤の膜厚を決定する。本発明者らは、マイカ量および潤滑剤の膜厚の相関関係について、以下の実験を行った。
まず、酸化物系層状化合物として、カリウム四珪素マイカ ｛ＫＭｇ２．５（Ｓｉ４Ｏ１０）Ｆ２}およびナトリウム四珪素マイカ （ＮａＭｇ２．５（Ｓｉ４Ｏ１０）Ｆ２）を用い、これらの酸化物系層状化合物に様々な量の硼酸を混ぜ合わせ、マイカ量が異なる潤滑剤を用意した。
潤滑剤の吐出圧力、ノズル口径、潤滑剤粘度等の吐出条件およびバー送り速度を調整することにより、膜厚を調整しつつマンドレルバーに潤滑剤を塗布した。各種の潤滑剤を塗布したマンドレルバーを用いて、ステンレス製継目無鋼管を製造し、焼き付きの有無、ならびに、１パス目、５パス目および１０パス目における製品内面のスリ疵の有無を調査した。これらの条件を表１に示す。
なお、表１の「焼付き」の○は、焼付きが発生しなかったものを、△は、一部の焼き付きが生じたものを、×は、焼付きが発生したものを、それぞれ意味する。
表１の「スリ疵」の○は、スリ疵が発生しなかったことを、△は、０．２ｍｍ以下の小さいスリ疵が発生したことを、×は、０．２ｍｍを超える大きいスリ疵が発生したことを、それぞれ意味する。
表１の「評価」の○は、焼付きおよび１０パス目のスリ疵の両方が○であったものを、△は、焼付きまたは１０パス目のスリ疵のいずれか一方が○で、他方が△であったものを×は、焼付きまたは１０パス目のスリ疵のいずれか一方が×であったものをそれぞれ意味する。
図１は、表１の実験結果を整理した図である。
図１に示すように、例えば、マイカ量が５％の場合、膜厚を約２００〜１２０μｍの範囲（中心値は１６０μｍ程度）に制限しなければ、焼付きまたはスリ疵が発生しやすいが、マイカ量が５５％の場合、膜厚を約１００〜２０μｍの範囲（中心値は６０μｍ程度）に制限しなければならない。即ち、潤滑剤の化学組成、具体的にはマイカ量に応じて、膜厚を変更しなければならないことがわかる。
本発明は、このような実験結果から見出されたものである。従って、例えば、それぞれのマイカ量に対応する望ましい膜厚の範囲にあるマスターカーブを用意しておけば、マンドレルバーに塗布する潤滑剤のマイカ量に対応した膜厚を設定することができるのである。
マスターカーブとしては、図１の良好な範囲の中心値を結んだ曲線、また、図１の○のプロットの近似曲線を用いてもよい。そのほか、バラツキを考慮しても、△の領域を外れない近似曲線などを用いてもよい。いずれの場合においても、図１の点線で囲まれる範囲、即ち、潤滑剤の膜厚（ｍｍ）をｔ、潤滑剤のマイカ量（％）をｑとするとき、下記の（１）および（２）式を満足する範囲でマスターカーブを決定するのが望ましい。
ｔ≦−５４ｌｎ（ｑ）＋３２４ ・・・（１）
ｔ≧−２８ｌｎ（ｑ）＋１２４ ・・・（２）
ｔ≦−５４ｌｎ（ｑ）＋３２４ ・・・（１）
ｔ≧−２８ｌｎ（ｑ）＋１２４ ・・・（２）
マスターカーブとしては、例えば、図１の実線で表される曲線、即ち、下記（ａ）式を満足する曲線を用いることができる。また、バラツキを考慮して、下記（ｂ）式の範囲で管理することもできる。（ｂ）式のＣとしては、４０以下の値を採用するのが適当であるが、好ましいのは２０、より好ましいのは１０である。
ｔ＝−４３．２２２ｌｎ（ｑ）＋２２４．３３ ・・・（ａ）
ｔ＝−４３．２２２ｌｎ（ｑ）＋２２４．３３±Ｃ ・・・（ｂ）
ｔ＝−４３．２２２ｌｎ（ｑ）＋２２４．３３ ・・・（ａ）
ｔ＝−４３．２２２ｌｎ（ｑ）＋２２４．３３±Ｃ ・・・（ｂ）
図２は、本発明に係るマンドレルバーへの潤滑剤の膜厚管理方法を説明する図である。図２に示すように、実際にマンドレルバーへの潤滑剤の塗布に際しては、潤滑剤のマイカ量を検出した後、上記のマスターカーブを用いてマイカ量に対応する膜厚（目標膜厚）を算出し、そのような膜厚となるように潤滑剤の吐出条件および／またはバー送り速度を調整して潤滑剤の塗布を行う。
そして、マンドレルバーへの潤滑剤の塗布後、マンドレルバーを停止させた状態で実際の膜厚を膜厚計により測定する。その結果、予定した膜厚になっておれば、そのままの条件でマンドレルバーへの潤滑剤を塗布する。一方、予定した膜厚になっていなければ、潤滑剤の吐出条件および／またはバー送り速度を調整するのがよい。
本発明により、マンドレルバーに塗布した潤滑剤のマイカ量および膜厚を管理すれば、焼き付き疵および内面疵の発生を防止して、安定的に高品質の継目無鋼管を得ることができる。本発明は、特にステンレス製継目無鋼管の製造に有用である。
Claims (6)
- 質量％で、１０〜７０％の天然または人工のマイカからなる酸化物系層状化合物および３０〜９０％の硼酸からなる非黒鉛系潤滑剤をマンドレルバーに塗布するに際し、予め求めておいたマイカ量および潤滑剤の膜厚のマスターカーブから潤滑剤の膜厚を決定することを特徴とするマンドレルバーへの潤滑剤の塗布方法。
- マスターカーブは下記の（１）式および（２）式を満たす範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のマンドレルバーへの潤滑剤の塗布方法。
ｔ≦−５４ｌｎ（ｑ）＋３２４ ・・・（１）
ｔ≧−２８ｌｎ（ｑ）＋１２４ ・・・（２）
但し、（１）式および（２）式中の各記号の意味は下記の通りである。
ｔ：潤滑剤の膜厚（ｍｍ）
ｑ：潤滑剤のマイカ量（％） - 潤滑剤の膜厚の調整は、潤滑剤の吐出条件およびバー送り速度を調整することにより行うことを特徴とする請求項１または２に記載のマンドレルバーへの潤滑剤の塗布方法。
- 潤滑剤のマイカ量を検出した後、請求項１または２に記載の方法により、そのマイカ量に対応する膜厚となるよう潤滑剤の吐出条件および／またはバー送り速度を調整して潤滑剤の塗布を行った後、実際の膜厚を測定し、その結果により潤滑剤の吐出条件および／またはバー送り速度を調整することを特徴とするマンドレルバーへの潤滑剤の膜厚管理方法。
- 請求項１から３までのいずれかに記載の方法により潤滑剤を塗布したマンドレルバーを用いて、継目無鋼管を製造することを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
- 継目無鋼管は、ステンレス製継目無鋼管であることを特徴とする請求項５に記載の継目無鋼管の製造方法。
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