穿孔軋制用芯棒的制造方法
【專利摘要】本發明涉及在用于制造無縫鋼管的穿孔軋制機中使用的芯棒的制造方法，其包括：對芯棒的表面實施噴丸的噴丸工序，對實施了噴丸的芯棒的母材表面電弧噴鍍噴鍍線材而形成覆膜的電弧噴鍍工序，在電弧噴鍍工序中，使用鐵顆粒以及氧化鐵顆粒(FeO顆粒、Fe3O4顆粒以及Fe2O3顆粒中的一種或兩種以上)中至少氧化鐵顆粒填充鐵制管的內部而成的藥芯焊絲來作為噴鍍線材進行電弧噴鍍，形成由氧化鐵和Fe構成的覆膜。由此，可提高芯棒的制造效率，能夠制造且在穿孔軋制時穩定從而能夠提高芯棒壽命的穿孔軋制用芯棒。
【專利說明】穿孔軋制用芯棒的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及用于制造無縫鋼管的穿孔軋制機（以下，僅稱為"穿孔機（Piercer) "） 中使用的穿孔軋制用芯棒（以下，僅稱為"芯棒"）的制造方法，特別是涉及通過對芯棒的母 材表面電弧噴鍍以鐵作為主要成分的噴鍍線材而形成覆膜的穿孔軋制用芯棒的制造方法。
【背景技術】
[0002] 無縫鋼管可以通過曼內斯曼制管法而制造。該制管法包括如下步驟：
[0003] (1)通過穿孔機，將加熱到規定溫度的原材料（圓鋼坯）進行穿孔軋制，成形為空 心管述（hollow shell);
[0004] (2)通過拉伸軋制機（例如芯棒式無縫管軋機）對空心管坯進行拉伸軋制；
[0005] (3)通過定徑軋制機（例如拉伸縮徑軋機），將拉伸軋制后的空心管坯定徑軋制為 規定的外徑和壁厚。
[0006] 在利用穿孔機的穿孔軋制中，可以使用芯棒作為穿孔用工具。該芯棒安裝于芯軸 的ill端，對加熱到1200 °C左右商溫的鋼述進行穿孔而暴露于商熱且負荷商面壓的惡劣的情 況下。一般而言，芯棒以熱作工具鋼作為母材，為了保護該母材，通過預先熱處理從而在母 材表面形成氧化皮的覆膜，隨即在穿孔軋制中使用。穿孔軋制時芯棒表面的氧化皮覆膜阻 斷從鋼坯向芯棒母材的熱傳導，并且還起到防止鋼坯與芯棒的燒結的作用。
[0007] 這樣的附氧化皮覆膜的芯棒隨著重復進行穿孔軋制，氧化皮覆膜會逐步地磨耗。 氧化皮覆膜發生磨耗時，由覆膜起到的隔熱效果下降，因此在穿孔時芯棒的溫度升高，容易 發生芯棒母材的熔損、熱變形。另外，氧化皮覆膜消失、芯棒母材與鋼坯直接接觸時，產生燒 結，在鋼管的內面產生瑕疵。因此，芯棒在失去覆膜時就不能使用了，從而達到壽命。
[0008] 尤其在制造含有9%以上的Cr的含高Cr鋼、Ni基合金、不銹鋼這類由高合金鋼構 成的無縫鋼管的情況下，在穿孔軋制時顯著地引起芯棒表面的氧化皮覆膜的磨耗，芯棒壽 命的下降變得顯著。例如，不銹鋼的穿孔中，芯棒表面的氧化皮覆膜經過2、3道次（連續穿 孔次數）而發生磨耗，該芯棒達到壽命。因此，產生頻繁更換芯棒的狀況，鋼管的制造效率 低。因而，在制造高合金鋼的無縫鋼管的情況下，特別要求在穿孔軋制時提高芯棒壽命，由 此使鋼管的制造效率提高。
[0009] 對于這樣的要求，例如專利文獻1中公開了一種芯棒，其中，作為在芯棒母材的表 面所形成的覆膜，對芯棒母材的表面電弧噴鍍鐵線材而形成由Fe氧化物以及Fe構成的覆 膜，從而代替利用熱處理得到的氧化皮覆膜。該附電弧噴鍍覆膜的芯棒由于芯棒表面的覆 膜由Fe氧化物以及Fe構成，因此隔熱性以及防燒結性優異，能夠期待芯棒壽命的提高。 [0010] 另外，在同一文獻所公開的附電弧噴鍍覆膜的芯棒中，覆膜中的Fe氧化物是通過 由電弧噴鍍使鐵線材熔融且該熔融材料（Fe)在到達芯棒母材表面之前的飛行中發生氧化 而生成的。因此，在電弧噴鍍時，需要將自噴鍍機至芯棒母材表面的噴鍍距離增大至某種程 度，從而充分地確保熔融材料飛行的時間（氧化的時間），然而如果噴鍍距離大的話，可產 生未到達芯棒母材表面的熔融材料。其結果是時常有覆膜的形成時間變長，無法謀求芯棒 的制造效率的提商。
[0011] 另外，覆膜中的Fe氧化物的量有賴于熔融材料的氧化進行程度，因此存在無法成 為所希望的量的擔心，其結果是存在芯棒壽命變得不穩定的擔心。從這些可見，在使芯棒的 制造效率提高的同時穩定地得到芯棒壽命的提高的方面，尚有改善的余地，強烈尋求制造 能夠改善這些方面的穿孔軋制用芯棒。
[0012] 現有技術文獻
[0013] 專利文獻
[0014] 專利文獻1 :日本專利第4279350號公報
【發明內容】
[0015] 發明要解決的問是頁
[0016] 本發明是鑒于上述問題而作出的，以在芯棒的母材表面電弧噴鍍以鐵作為主要成 分的噴鍍線材形成覆膜作為前提，其目的在于提供具有如下特性的穿孔軋制用芯棒的制造 方法：
[0017] (1)能夠提商芯棒的制造效率；
[0018] (2)能夠穩定地提高芯棒壽命。
[0019] 用于解決問題的方案
[0020] 本發明的主旨如下。
[0021] 一種穿孔軋制用芯棒的制造方法，其特征在于，所述芯棒在用于制造無縫鋼管的 穿孔軋制機中使用，
[0022] 該穿孔軋制用芯棒的制造方法包括：
[0023] 對芯棒的表面實施噴丸的噴丸工序，
[0024] 對實施了噴丸的芯棒的母材表面電弧噴鍍噴鍍線材而形成覆膜的電弧噴鍍工 序；
[0025] 在電弧噴鍍工序中，使用鐵顆粒以及氧化鐵顆粒中至少氧化鐵顆粒填充鐵制管的 內部而成的藥芯焊絲作為噴鍍線材進行電弧噴鍍，形成由氧化鐵和Fe構成的覆膜。
[0026] 該制造方法中，優選前述氧化鐵顆粒為FeO顆粒、Fe3O4顆粒以及Fe 2O3顆粒中的一 種或兩種以上。
[0027] 發明的效果
[0028] 本發明的穿孔軋制用芯棒的制造方法具有下述顯著的效果：
[0029] (1)能夠提商芯棒的制造效率；
[0030] (2)能夠穩定地提高芯棒壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031] 圖1是本發明的穿孔軋制用芯棒的制造方法的電弧噴鍍中所使用的噴鍍線材的 橫截面圖。
【具體實施方式】
[0032] 本發明人等為了達成上述目的，以在芯棒的母材表面電弧噴鍍以鐵作為主要成分 的噴鍍線材形成覆膜作為前提，對于形成該覆膜的方法實施各種試驗，進行反復深入地研 究。結果得到以下的見解。
[0033] 電弧噴鍍為如下技術：例如在作為電極的兩根噴鍍線材的前端之間產生電弧，從 而使噴鍍線材熔融，同時，向噴鍍線材的前端之間供給壓縮空氣、氮氣等的噴氣，吹飛熔融 材料，由此，將熔融材料吹送到對象物而形成覆膜。前述專利文獻1所公開的電弧噴鍍中使 用鐵線材作為噴鍍線材，因此形成于芯棒的母材表面的覆膜由Fe氧化物（氧化鐵）以及Fe 構成。該覆膜中的Fe氧化物是由于在電弧噴鍍時鐵線材熔融、該熔融鐵在到達芯棒母材表 面之前的飛行中發生氧化而生成的。覆膜中的Fe是熔融鐵未在飛行中發生氧化就到達芯 棒母材表面而得到的。
[0034] 與此相對，采用藥芯焊絲作為噴鍍線材，所述藥芯焊絲以與鐵線材同樣材質的鐵 制管作為外殼、且該鐵制管內填充有氧化鐵顆粒、根據情況還填充有鐵顆粒而成，如果使用 該藥芯焊絲進行電弧噴鍍，則與前述專利文獻1公開的一樣，可以在芯棒的母材表面形成 由Fe氧化物（氧化鐵）以及Fe構成的覆膜。該覆膜中的Fe氧化物是在電弧噴鍍時構成 藥芯焊絲的鐵制管以及鐵顆粒熔融，該熔融鐵在到達芯棒母材表面之前的飛行中發生氧化 而生成的物質，以及構成藥芯焊絲的氧化鐵顆粒到達芯棒母材表面而得到的物質。覆膜中 的Fe是熔融鐵在飛行中未發生氧化就到達芯棒母材表面而得到的。
[0035] 對于這樣通過使用了藥芯焊絲的電弧噴鍍而形成的覆膜中的Fe氧化物，預先減 小自噴鍍機至芯棒母材表面的噴鍍距離而進行電弧噴鍍，由此，該Fe氧化物的大部分來源 于構成藥芯焊絲的氧化鐵顆粒。因此，如果適當地控制氧化鐵顆粒的填充量，則覆膜中的Fe 氧化物成為所希望的量。于是，這樣的附電弧噴鍍覆膜的芯棒在重復的穿孔軋制時覆膜中 的Fe氧化物為所希望的量，因此芯棒壽命得以穩定地提高。而且，在電弧噴鍍時以構成藥 芯焊絲的鐵制管以及鐵顆粒作為來源而即使不使它們在電弧噴鍍中積極氧化生成Fe氧化 物也可以，因此能夠縮小噴鍍距離。于是，能夠縮短覆膜的形成時間，芯棒的制造效率的提 高成為可能。
[0036] 本發明是基于上述見解而完成的。以下，對于本發明的芯棒的制造方法的實施方 式進行說明。
[0037] 本發明的芯棒的制造方法中，在電弧噴鍍的施工之前，對芯棒的表面實施噴丸。由 此，在將被重復用于穿孔軋制而達到壽命后再生的芯棒作為對象的情況下，去除殘留于芯 棒表面的穿孔軋制狀態的覆膜，從而露出芯棒的母材表面，并且將芯棒母材表面粗化為適 度的凹凸。此外，在以新制造的芯棒作為對象的情況下，也將芯棒母材表面粗化為適度的凹 凸。實施這樣的噴丸的理由是，在沒有殘留覆膜且具有適度的凹凸的芯棒母材表面實施電 弧噴鍍時，芯棒母材與覆膜的密合性提高。
[0038] 接著，在本發明的芯棒的制造方法中，將以鐵作為主要成分的藥芯焊絲作為噴鍍 線材在實施了噴丸的芯棒的母材表面進行電弧噴鍍，形成覆膜。
[0039] 圖1是本發明的穿孔軋制用芯棒的制造方法的電弧噴鍍中所使用的噴鍍線材的 橫截面圖。如同圖所示，本發明中作為噴鍍線材使用藥芯焊絲1。該藥芯焊絲1中，其外殼 由鐵制管2構成。
[0040] 在鐵制管2的內部填充有氧化鐵顆粒3。氧化鐵顆粒3可以為氧化鐵（II) (FeO) 的顆粒、氧化鐵（III) (Fe2O3)的顆粒以及氧化鐵（II、III) (Fe3O4)的顆粒中的任一種。也 可混合這些氧化鐵的兩種以上。另外，氧化鐵顆粒3不限于單純為顆粒狀，也包括粉狀、短 纖維狀。
[0041] 在鐵制管2的內部除了氧化鐵顆粒3以外，也可以填充鐵顆粒4。鐵顆粒4也不限 于單純為顆粒狀，也包括粉狀、短纖維狀。
[0042] 通過使用這樣構成的藥芯焊絲（噴鍍線材）1的電弧噴鍍，能夠在芯棒的母材表面 形成由Fe氧化物（氧化鐵）以及Fe構成的覆膜。此時，通過預先減小噴鍍距離，由此，覆 膜中的Fe氧化物的大部分來源于構成藥芯焊絲1的氧化鐵顆粒3。因此，如果事先適當地 管理氧化鐵顆粒3的填充量，則覆膜中的Fe氧化物成為所希望的量。而且，以構成藥芯焊 絲1的鐵制管2以及鐵顆粒4作為來源而即使不使它們在電弧噴鍍中積極氧化而生成Fe 氧化物也可以，所以能夠縮小噴鍍距離。由此，能夠縮短覆膜的形成時間，芯棒的制造效率 提高。對于這樣制造得到的附電弧噴鍍覆膜的芯棒，覆膜中的Fe氧化物的量成為所希望的 量。于是，在重復的穿孔軋制時芯棒壽命提高。
[0043] 此處，作為氧化鐵顆粒3,在使用FeO顆粒、Fe3O4顆粒以及Fe 2O3顆粒中的一種或 兩種以上的情況下，包含鐵制管2以及氧化鐵顆粒3乃至鐵顆粒4的藥芯焊絲1整體中，優 選氧化鐵顆粒3所占的比例為45?75體積％。更優選為50?70體積％。這是基于以下 的理由。
[0044] 如前述專利文獻1公開的那樣，對于由Fe氧化物以及Fe構成的覆膜中Fe氧化 物所占區域的比率（以下稱為"氧化物比率"），從謀求芯棒壽命的提高的觀點出發，優選為 55?80%，更優選為60?75%。此處，在使用上述藥芯焊絲1進行電弧噴鍍的情況下，也 略微生成了一些以鐵制管2、以及鐵顆粒3作為來源的Fe氧化物，且被包含于覆膜中。預料 這樣生成的Fe氧化物的量，將藥芯焊絲1中氧化鐵顆粒3所占比例控制為前述優選范圍， 從而使覆膜中的氧化物比率為上述優選范圍。
[0045] 另外，本發明的芯棒的制造方法中，在利用電弧噴鍍形成覆膜時，可以邊移動噴鍍 機使其緩慢地遠離芯棒的母材表面以緩慢地增大噴鍍距離邊進行電弧噴鍍。由此，芯棒母 材上形成越接近表層側氧化物比率越逐步增加的覆膜。這樣，在形成與芯棒母材的相鄰部 的氧化物比率低、表層部的氧化物比率高的覆膜的情況下，不但能夠確保覆膜的表層部的 隔熱性以及防燒結性，而且在能夠確保與芯棒母材的相鄰部的密合性方面是有用的。
[0046] 實施例
[0047] 為了確認本發明的效果，制造穿孔軋制用芯棒，將制造得到的芯棒安裝于穿孔機 進行穿孔軋制的試驗。試驗條件如下所述。
[0048] [試驗方法]
[0049] (1)芯棒的制造
[0050] 以JIS規定的熱作工具鋼作為母材，準備多個最大直徑為147mm的炮彈形狀的芯 棒。對各芯棒的表面實施噴丸之后，在各芯棒的母材表面進行使用如前述圖1所示的藥芯 焊絲的電弧噴鍍，形成覆膜，從而制造附電弧噴鍍覆膜的芯棒。
[0051] 此時，作為藥芯焊絲中的氧化鐵顆粒，如下述表1所示，使用采用了 FeO顆粒（試 驗No. I)、Fe3O4顆粒（試驗No. 2)和Fe2O3顆粒（試驗No. 3)、以及混合它們而得到的顆粒 (試驗No. 4)的藥芯焊絲。藥芯焊絲中，氧化鐵顆粒所占比例均設為60體積％。需要說明 的是，在藥芯焊絲的鐵制管內，對應氧化鐵顆粒的所占比例，除了氧化鐵顆粒外，還填充了 鐵顆粒。此外，在形成電弧噴鍍覆膜時，將自噴鍍機至芯棒母材表面的噴鍍距離設為恒定的 IOOmm進行電弧噴鍍。另外，為了比較，使用如前述專利文獻1所示的鐵線材，將噴鍍距離設 為比使用了藥芯焊絲時更大的恒定的600mm來進行電弧噴鍍（試驗No. 5)。
[0052] 表 1
[0053]
【權利要求】
1. 一種穿孔軋制用芯棒的制造方法，其特征在于，所述芯棒在用于制造無縫鋼管的穿 孔軋制機中使用， 該穿孔軋制用芯棒的制造方法包括： 對芯棒的表面實施噴丸的噴丸工序， 對實施了噴丸的芯棒的母材表面電弧噴鍍噴鍍線材而形成覆膜的電弧噴鍍工序； 在電弧噴鍍工序中，使用鐵顆粒以及氧化鐵顆粒中的至少氧化鐵顆粒填充鐵制管的內 部而成的藥芯焊絲作為噴鍍線材進行電弧噴鍍，形成由氧化鐵和Fe構成的覆膜。
2. 根據權利要求1所述的穿孔軋制用芯棒的制造方法，其特征在于，所述氧化鐵顆粒 為FeO顆粒、Fe30 4顆粒以及Fe203顆粒中的一種或兩種以上。
【文檔編號】C23C4/02GK104271274SQ201380021837
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年3月19日 優先權日:2012年4月25日
【發明者】山本知央, 東田泰斗, 日高康善 申請人:新日鐵住金株式會社