JPH0313545A - 熱間押出機用インナーライナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、キュプロＮｉ、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｆｅなどの
熱間押出機用コンテナの内径に嵌合するインナーライナ
に関するものである。

〔従来の技術〕

熱間押出機用インナーライナは、従来マルテンサイト系
ダイス鋼が使用されてきた。しかし、マルテンサイト系
ダイス鋼からなるインナーライナでは、被押出材の温度
が６００℃を越える銅合金などの押出においては、イン
ナーライナの内面が使用に際し高温の被押出材と接触し
、かつ高い押出圧力を受けるため、内面のへタリ、摩耗
などが激しく、かつ高温焼戻しを受は強度低下を生じ、
場合によっては、インナーライナが押出方向の割れを生
じ、短時間で寿命に至ってしまうものであった。

このため、最近はいわゆる超耐熱合金が使用されるよう
になったが、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系の超耐熱合金製のイン
ナーライナにおいては、使用初期の段階で被押出材が焼
き付きを生じたり、ヒートクラックの発生および進展に
より内面が肌荒れを生じ、あるいは砿損を生ずることに
より早期に寿命となるものであった。

このため、本願出願人は特開昭６３−６３５２６号公報
に示されるように、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系超耐熱合金製の
インナーライナの被押出材を接触する面が酸化被膜を有
すること、および粒子衝撃加工処理表面に酸化被膜処理
を施す技術を提案、出願した。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系の超耐熱合金からなるインナ
ーライナは、焼き付き、ヒートクラックの進展に対する
抵抗が弱いため、押出工具の寿命が低下するという問題
点があった。

本発明は、押出工具の寿命を向上することができる熱間
押出機用インナーライナを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は、前記目的を達成するために種々検討した結
果、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系超耐熱合金からなるインナーラ
イナにおいて、Ｃ，Ｔｉの含有量、さらにＳ、Ｂおよび
Ｎの含有量を特定の範囲とすることにより、熱間押出機
用インナーライナに要求される耐ヒートクラツク性が改
善されることを見出し、またインナーライナ表面が酸化
被膜を有することにより、さらに耐焼付き性が改善でき
ることを見出し、本発明を完成するに至ったものである
。

すなわち、本発明は重量％で、Ｃ０．０１〜０．０２％
、Ｓｉ１．０％以下、Ｍｎ２．０％以下、　　Ｐ　０．
０２５％以下、Ｓ　０．００３％以下、Ｎｆ　２４−２
７％、Ｃｒ　１３．５〜１６％、Ｍ。

１．０〜１６５％、Ｖ　０．１〜０．５％、Ａ　ｌ　０
．２０〜０，３５％、Ｔｉ２．１５〜２．３５％、Ｂ　
０．００５〜０．１０％、Ｎ　０．０１％以下、残部実
質的にＦｅからなり、その被押出材との接触表面に酸化
被膜を有することを特徴とする熱間押出機用インナーラ
イナである。

また、本発明の熱間押出機用インナーライナににおいて
、被押出材と接触するインナーライナ表面に酸化被膜を
生成させることにより、耐焼付性が大幅に向上するとい
うことを確認した結果に基づくものである。

本発明のインナーライナが従来のものに比べ、高い耐焼
付性を実現する理由は十分解明されていないが、−数的
に摩擦面において焼付き発生の要因として、 （１）摩擦面の温度、 （２）相対すべり量、面圧、表面あらさ、表面保護膜（
窒化処理等）の性質、摩擦材の材質、などが考えられる
。

実際の熱間押出における焼付現象には、上記の各因子が
相互に関連し合って影響を及ぼしている。

本発明の熱間押出機用インナーライナの酸化被膜は、イ
ンナーライナと被押出材との直接接触を防げる役割をし
ており、またこの酸化被膜は熱伝導性が低く、インナー
ライナの昇温軟化を防ぐ効果もあるため、長寿命を実現
するものと思われる。

なお本発明において、酸化被膜生成前のインナーライナ
ーの表面は、サンドブラスト、ビーズブラスト等の粒子
で衝撃する処理（粒子衝撃加工処理）を施した面とする
ことが望ましい。

この粒子衝撃加工処理は、 （１）インナーライナ表面に活性表面をつくる。

（２）加工硬化を生じさせる、 （３）表面を均等にし、無方向性の梨地肌をつくる、な
どの効果を相乗して、耐焼付性、耐ヒートクラツク性を
得る目的で行なうものである。

本発明は、根本的には酸化被膜を生成せしめることによ
り、熱間押出機用インナーライナの寿命を向上させるも
のであるが、酸化被膜の厚さは１μｍ以下ではその効果
が十分ではないので１μｍ以上とすることが望ましい。

以下、各成分の限定理由を説明する。

Ｃは、合金内に固溶し強度向上を図るので０．０１％以
上が必要であるが、一方で炭化物を形成し、炭化物が過
剰に存在する場合はインナーライナ使用時の熱サイクル
によるヒートクラックを助長する。さらに、過剰のＣは
、Ｔｉと結び付き易く、後述するＴｉのＮｉおよびＡ１
との化合物形成による析出強化に基づくインナーライナ
への高温強度の付与を阻害する。そこで、Ｃは０．０１
〜０．０２％に限定する。

Ｓｉは脱酸剤として添加されるものである。しかし、多
量に添加すると靭性等に悪影響を及ぼすため１．０％以
下とする。

Ｍｎは、ＳＬと同様に脱酸剤としての効果を有するとと
もに、熱間加工性を改善する。しかし、２．０％を越え
て添加すると高温で使用時の耐酸化性を劣化するので２
．０％以下に限定する。

Ｐは、合金中に不可避的に存在する元素であり、少量で
あることが望ましく、０．０２５％以下とした。

Ｓは、主にチタニウム硫化物を形成し、インナーライナ
にクラックが生じた場合、チタニウム硫化物を伝播路と
するクラックの進展を助長する。

このため、Ｓを最小限にすることにより、クラック進展
を抑えることができる。そこで本発明では、Ｓ　ｔｉ〜
０．００３％以下に厳しく規制する。

Ｎｉは、オーステナイトを安定化することにより高温強
度を付与し、靭性を向上するのに重要な元素である。２
４％未溝では、その効果が不十分であり、２７％を越え
ると強度が低下するとともにコスト高になってしまうの
で２４〜２７％に限定する。

Ｃｒは、インナーライナーとしての耐酸化性、高温強度
を得るために重要な元素であり、少なくとも１３．５％
以上の添加を必要とする。しかし、多量に添加するとオ
ーステナイト組織の安定性を阻害し、また靭性を劣化さ
せるので１６％以下に限定する。

Ｍｏは、インナーライナの耐力、硬さその他の機械的特
性を改善するのみでなく、耐熱性も向上させる。この効
果を得るためには最低１．０％が必要であるが、１．５
％を越えるとインナーライナを製造する際の素材の熱間
加工性を害するようになるので１．５％以下とする。

■は、インナーライナの高温強度を向上させる元素であ
り、０．１％以上必要であるが、逆に多すぎると耐酸化
性を害するので、０．５％以下に限定した。

Ａｌは、インナーライナを構成する合金内に固溶しＴｉ
とともに、析出強化の作用を有する。ただし、０．３５
％を越えると逆に強度低下を引き起こすので０．２０〜
０．３５％に限定した。

Ｔｉは析出強化に働くのみならず、含有量が多いほど高
温強度を高めヒートクラックの発生を抑制するので多く
含有させたいが、一方でＣと給金してＴｉ炭化物を形成
し、未固溶炭化物として分布する。この炭化物は過剰に
存在する場合、クラックの進展を助長するので、できる
だけ少ない方が望ましい。

このため、本願出瀬人の出願による特願昭６３−９９３
９号では、Ｔｉの炭化物を極力少なくするため、Ｔｉ量
を必要最小限に止めて、Ｃ：０．０１〜０．０３％、’
ｒｔ：１．９〜２．１％に限定するロールの発明を行な
った。

本願発明者は、高温強度を高め、ヒートクラックの発生
を抑制するインナーライナの最適成分を検討した結果、
インナーライナーの成分としては、Ｔｉはできるだけ多
く含有させることが必要であること、およびＣを０．０
１〜０．０２％に抑えることにより、Ｔｉを２．１％以
上含有しても、Ｔｆ炭化物の生成量は少ないのでクラッ
クの発生進展を助長しないことを見出し、ＴＬは２，１
５〜２．３５％とした。

またＢは、本発明のインナーライナを構成する鋼の粒界
を強化する元素であり、十分な添加によりクラックの進
展を抑える作用を有する。しかし、多量に含有し過ぎる
とインナーライナ製造時の熱間加工性を害するので、０
．００５〜０．１０％に限定する。

Ｎは、Ｔｉと結びつき易い。Ｎが微量でも存在すると、
Ｔｉの窒化物を形成し、これを核として、クラックの進
展に有害な炭化物を生じ易くする。

このため、Ｎは０．０１％以下とする。

〔実施例〕

次に実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。

第１表に、本発明における熱間押出機用インナーライナ
（各表のＡ、Ｂ）の成分と従来のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系超
耐熱合金製インナーライナ（各表のＣ９Ｄ）の化学成分
を示す。また、第２表にそれらのインナーライナの炭化
物の量および機械的性質を示す、第１表および第２表か
ら本願発明のインナーライナにおいては、従来のインナ
ーライナに比べ炭化物量が少なく、かつ高温強度および
シャルピー衝撃値が高くなっていることがわかる。

第２表 第３表 さらに、試料Ａと試料Ｂを比較してみると、試料Ｂは試
料ＡよりもＴｉ量が多いにもかかわらず、Ｃ量が少ない
ため、炭化物量が少なくなっており、この傾向は試料Ｃ
と試料りの比較においても表われている。

第３表に、第１表にあげたインナーライナの素材のヒー
トチエツク試験の結果を示す。

ヒートチエツク試験は、１５ｍφＸ２５ｍｎ＋Ｑの試験
片の表面を８００℃に急熱し、２０℃の水中に急冷する
操作を５００回および１０００回繰り返した後、試験片
を縦断して試験片の外周に発生したクラックの個数とク
ラック最大深さ（ｍｍ　）を測定する方法で行なった。

本発明のインナーライナと比べて、従来のインナーライ
ナＣは、ヒートクラックが最も深く進展しており、従来
のインナーライナＤは、ヒートクラックの発生が早く、
またその発生数も多い。また、前述の機械的性質の試験
結果と同じようにＴｉ量とＣ量の差による炭化物量の違
いがヒートチエツク試験にも表われていることがわかる
。

第１表に示す組成のインナーライナの素材を９００℃Ｘ
２ＨＲ油冷で固溶化処理後、１回目７２０℃×１６ＨＲ
空冷、２回目６８０℃Ｘ　１６ＨＲ空冷の時効処理を行
ない、硬さＨＲＣ３５を得た。

これを外径φ２７７ａｍ、内径φ９３ａｎ、厚さ９２ｍ
ｍのインナーライナ形状に旋盤加工を行なった後、−部
は酸化被膜処理を行ない、他の一部は内径及び両端面に
粒子衝撃加工処理の１つの手段であるサンドブラストを
施して６５０℃Ｘ　１０Ｈｒ加熱する酸化被膜処理を施
した。この時の酸化被膜の膜厚をテストピースで確認し
たところ約３μｍであった。

以上の工程によって作られたインナーライナを用いて銅
パイプの押出を行なった。その結果を第４表に示す。従
来のインナーライナの素材ＣおよびＤで作られたインナ
ーライナ７．８はそれぞれ３５０シヨツトおよび３６２
シヨツトで、被押出材とインナーライナの表面が焼き付
いて押出が行なえなかった。本発明のインナーライナの
素材であるＡおよびＢで作ったＮｏ、１．Ｎｏ、２は従
来のインナーライナの２倍近い６１４および６７５シヨ
ツトの高寿命が得られた。さらにこれに３μｍ厚さの酸
化被膜をつけると３４２０シヨツトまで寿命が伸びたが
、酸化被膜が０．８μｍの厚さしかないＮＯ６６は寿命
の伸びは極くわずかであった。

また、粒子衝撃加工処理を施した後、酸化被膜を３ＩＬ
ｆｆｌ厚さに施したＮ００４とＮｏ、５ののインナーラ
ライナは焼き付きを生ぜず、それぞれ２０，０００．２
１．０００シヨツト押出後もさらに継続して使用してい
る。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明は、熱間押出機用インナーラ
イナを組成的に改良し、さらに必要に応じてその使用面
に酸化被膜処理を施すか、または粒子衝撃加工処理を施
した後酸化被膜処理を施すことにより、早期に、焼付き
による稼働停止がなくなり、またヒートクラックの発生
、進展に基づく肌荒れによる工具寿命を大幅に向上させ
ることができ、その工業的価値は極めて大きい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　重量％で、Ｃ０．０１〜０．０２％，Ｓｉ１．０％
   以下、Ｍｎ２．０％以下、Ｐ０．０２５％以下、Ｓ０．
   ００３％以下、Ｎｉ２４〜２７％、Ｃｒ１３．５〜１６
   ％，Ｍｏ１．０〜１．５％、Ｖ０．１〜０．５％、Ａｌ
   ０．２０〜０．３５％、Ｔｉ２．１５〜２．３５％、Ｂ
   ０．００５〜０．１０％、Ｎ０．０１％以下、残部実質
   的にＦｅからなることを特徴とする熱間押出機用インナ
   ーライナ。 ２　被押出材と接触する表面が酸化被膜を有することを
   特徴とする請求項１に記載の熱間押出機用インナーライ
   ナ。 ３　酸化被膜の厚さが１μｍ以上であることを特徴とす
   る請求項１または２に記載の熱間押出機用インナーライ
   ナ。 ４　粒子衝撃加工処理した表面に酸化被膜処理を施すこ
   とを特徴とする請求項１ないし３に記載の熱間押出機用
   インナーライナ。