專利名稱：芯棒的鍍Cr處理方法、芯棒及使用該芯棒的無(wú)縫管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及曼內(nèi)斯曼式制管法中的芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)軋制所使用的芯棒的鍍Cr 處理方法、芯棒以及使用該芯棒的無(wú)縫管的制造方法。
背景技術(shù)：
作為利用了熱加工的無(wú)縫管的制造方法，廣泛采用曼內(nèi)斯曼芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)制 管法。在該制管法中，利用穿孔機(jī)對(duì)加熱后的圓鋼片(鋼坯)進(jìn)行穿孔而將該圓鋼片形成 為厚壁的空心管坯(hollow shell)，然后在將作為用于約束該空心管坯的內(nèi)表面的軋制工 具的芯棒插入到該空心管坯中的狀態(tài)下，使該空心管坯通過(guò)由多個(gè)軋機(jī)構(gòu)成的芯棒式無(wú)縫 管軋機(jī)，從而將該空心管坯軋制成薄壁的管坯，上述多個(gè)軋機(jī)由相對(duì)的孔型輥構(gòu)成。在依據(jù) 需要對(duì)利用芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)軋制得到的管坯進(jìn)行了再加熱后，利用拉伸縮徑軋機(jī)或定徑 機(jī)對(duì)該管坯進(jìn)行定徑軋制，從而將該管坯的外徑精加工成最終成品的直徑。通常，芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)軋制所使用的芯棒以由JIS規(guī)格所規(guī)定的SKD6、SKD 61 等熱模具鋼(hot working tool steel)構(gòu)成的圓棒鋼為原料，通過(guò)對(duì)該圓棒鋼進(jìn)行適當(dāng)?shù)?機(jī)械加工、淬火處理和回火處理而制作成無(wú)縫管。通常，為了減小在軋制過(guò)程中因芯棒表面 與空心管坯的內(nèi)表面接觸而產(chǎn)生的摩擦力，在芯棒表面預(yù)先形成以固體潤(rùn)滑劑為主要成分 的潤(rùn)滑被膜。但是，由于軋制中的芯棒的表面承受很大的表面壓力和熱負(fù)荷，因此即使在芯棒 的表面上形成有潤(rùn)滑被膜，也難以確保穩(wěn)定的潤(rùn)滑狀態(tài)。因此，芯棒在被反復(fù)使用的過(guò)程 中，表面、母材容易磨損、劃痕、粗糙以及發(fā)生龜裂，從而經(jīng)不住反復(fù)使用，工具的耐用期限 縮短。根據(jù)上述情況，在近年來(lái)的芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)軋制中，采用對(duì)芯棒的母材實(shí)施鍍 Cr處理而在母材表面上形成有硬質(zhì)的鍍Cr被膜的芯棒(以下也稱作“鍍Cr芯棒”)。由于 利用耐磨損性優(yōu)異的鍍Cr被膜保護(hù)鍍Cr芯棒，因此即使鍍Cr芯棒在芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)壓 制中被反復(fù)使用，也能發(fā)揮優(yōu)異的耐久性，不易損傷。但是，根據(jù)使用條件的不同，有時(shí)鍍Cr芯棒的鍍Cr被膜會(huì)發(fā)生剝離，在該情況下， 母材在剝離部分露出而受損，因此該鍍Cr芯棒不能再被反復(fù)使用。為了防止發(fā)生上述的隨 著鍍Cr被膜的剝離而產(chǎn)生的芯棒受損，提出了各種謀求延長(zhǎng)芯棒的耐用期限的方法。例如，在日本特開(kāi)平8-71618號(hào)公報(bào)中提出了在母材表面具有平均厚度1 100 μ m的鍍Cr被膜、并且在該鍍Cr被膜的表面上具有厚度0. 1 10 μ m的以Cr為主體的 氧化皮層的芯棒。在該文獻(xiàn)中，通過(guò)規(guī)定鍍Cr被膜的厚度，既能夠抑制因被膜本身的內(nèi)部 殘余應(yīng)力產(chǎn)生的被膜的剝離，又能夠防止芯棒劃痕，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)在鍍Cr被膜上形成 氧化皮并規(guī)定該氧化皮的厚度，能夠提高潤(rùn)滑性，并且能夠利用隨著形成氧化皮時(shí)的加熱 產(chǎn)生的Cr的相互擴(kuò)散的作用提高鍍Cr被膜的密合力，從而能夠延長(zhǎng)芯棒的耐用期限。在日本特開(kāi)2001-1016號(hào)公報(bào)中，提出了一種在母材的表面上具有厚度60 200 μ m的鍍Cr被膜的芯棒。在該文獻(xiàn)中，通過(guò)規(guī)定鍍Cr被膜的厚度，既能夠抑制因被膜內(nèi) 部的殘余應(yīng)力產(chǎn)生的被膜的剝離，又能夠防止因被膜磨損產(chǎn)生的芯棒劃痕，從而能夠延長(zhǎng) 芯棒的耐用期限。在日本再公表W02004/108311號(hào)公報(bào)中提出了形成在母材表面上的鍍Cr被膜的 軸向和圓周方向的中心線平均粗糙度Ra為1.0 5.0 μ m、且軸向和圓周方向的最大深度 Rv為10 μ m以上的芯棒。在該文獻(xiàn)中，通過(guò)在軸向和圓周方向這兩個(gè)方向上規(guī)定鍍Cr被膜 的表面狀態(tài)，能夠在軋制過(guò)程中使被膜的表面上殘留有足夠的潤(rùn)滑劑，從而能夠防止芯棒 劃痕，延長(zhǎng)芯棒的耐用期限。但是，在曼內(nèi)斯曼芯棒式無(wú)縫制管法中的無(wú)縫管的制造成本中，芯棒所需的工具 費(fèi)用所占的比例較高，近年來(lái)，出于降低無(wú)縫管的制造成本的要求，強(qiáng)烈希望降低芯棒的工 具費(fèi)用。特別是，在制造近年來(lái)越來(lái)越需要的含有9重量％以上的Cr的高合金鋼(例如、 13Cr鋼等)的無(wú)縫管時(shí)，由于軋制的是變形阻力較大的高合金鋼的空心管坯，所以會(huì)縮短 芯棒的耐用期限，非常希望能夠降低制造成本。因此，雖然上述的文獻(xiàn)都能夠延長(zhǎng)鍍Cr芯 棒的耐用期限，但希望能夠進(jìn)一步改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了應(yīng)對(duì)上述的降低成本的要求而做成的，其目的在于提供通過(guò)使鍍Cr 處理的條件適當(dāng)而能夠?qū)崿F(xiàn)在芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)軋制時(shí)抑制鍍Cr被膜剝離、延長(zhǎng)芯棒的 耐用期限的鍍Cr芯棒的鍍Cr處理方法、芯棒及無(wú)縫管的制造方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明人針對(duì)由鍍Cr芯棒的反復(fù)使用產(chǎn)生的母材受損引起 的鍍Cr被膜的剝離的情況，對(duì)在形成鍍Cr被膜的階段存在于該被膜上的許多龜裂(以下 稱作“被膜裂紋”)進(jìn)行了研究。隨著芯棒的反復(fù)使用，被膜裂紋有時(shí)會(huì)到達(dá)芯棒的母材表 面。本發(fā)明人認(rèn)為，在該情況下，當(dāng)進(jìn)行芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)軋制時(shí)，通過(guò)被膜裂紋而到達(dá)芯 棒母材的潤(rùn)滑劑、水會(huì)腐蝕母材，由于該腐蝕會(huì)降低鍍Cr被膜和母材的界面的密合力，從 而鍍Cr被膜會(huì)發(fā)生剝離。為了證明該推測(cè)，本發(fā)明人進(jìn)行了用于調(diào)查被膜裂紋對(duì)鍍Cr被 膜的剝離的影響的基礎(chǔ)試驗(yàn)。在該基礎(chǔ)試驗(yàn)中，假設(shè)由熱模具鋼構(gòu)成的板狀原料為芯棒母材，利用對(duì)Cr酸、硫 酸根(H2SO4)和催化劑的濃度進(jìn)行了各種改變后得到的電鍍液對(duì)上述母材實(shí)施電鍍的鍍Cr 處理，將由此形成有鍍Cr被膜的母材作為試驗(yàn)片。首先對(duì)各試驗(yàn)片的鍍Cr被膜的表面進(jìn) 行了顯微觀察，調(diào)查了被膜裂紋的密度(條數(shù)/cm)。

圖1是用于說(shuō)明被膜裂紋密度的計(jì)算方法的示意圖。如圖1所示，在鍍Cr被膜的 表面顯微觀察組織上任意地引直線，數(shù)出在該直線的長(zhǎng)度X的范圍內(nèi)直線與被膜裂紋的交 叉點(diǎn)的數(shù)量。在圖1中，例示的是在長(zhǎng)度X的范圍內(nèi)直線與被膜裂紋在PI、P2、... P7的7 個(gè)點(diǎn)處交叉的情況。然后，將數(shù)出的交叉點(diǎn)的數(shù)量換算成在每Icm直線內(nèi)交叉的數(shù)量，將該 值視作被膜裂紋密度。即，被膜裂紋密度是指在鍍Cr被膜的表面顯微觀察組織上任意地 引直線時(shí)，在該直線的每Icm的范圍內(nèi)與該直線交叉的被膜裂紋的條數(shù)。圖2是表示鍍Cr被膜的表面顯微觀察組織的一例的圖。在圖2所示的鍍Cr被膜 中，存在不規(guī)則的網(wǎng)眼狀的被膜裂紋，其被膜裂紋密度為756 (條數(shù)/cm)左右。接下來(lái)，對(duì)各試驗(yàn)片進(jìn)行了鹽水噴霧試驗(yàn)，作為鍍Cr被膜的剝離程度的指標(biāo)調(diào)查
4了紅銹產(chǎn)生面積率(％)。紅銹產(chǎn)生面積率是指產(chǎn)生了紅銹的面積占鍍Cr被膜的整個(gè)面積 的比率，紅銹產(chǎn)生面積率越大，表示母材的腐蝕范圍越大。圖3是表示鹽水噴霧試驗(yàn)中的被膜裂紋密度和紅銹產(chǎn)生面積率的關(guān)系。從圖3可 明確得知，隨著被膜裂紋密度的增大，紅銹產(chǎn)生面積率變小。即，可以推測(cè)出被膜裂紋密度 越增大，被膜裂紋的數(shù)量越增加，但是該被膜裂紋深度較淺，能到達(dá)母材的被膜裂紋減少。 還能推測(cè)出在隨著鍍Cr被膜的被膜裂紋密度的增大、被膜裂紋的數(shù)量增多的情況下，隨 著芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)軋制時(shí)的反復(fù)使用，鍍Cr被膜受到的負(fù)荷因分散到許多被膜裂紋中 而變小，因此能夠抑制被膜裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展。另一方面，可以推測(cè)出在被膜裂紋密度較小的情況下，能夠到達(dá)芯棒母材的較深 的被膜裂紋增加，并且被膜裂紋的數(shù)量變少，因此，在芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)軋制時(shí)，負(fù)荷集中 在被膜裂紋處而使被膜裂紋進(jìn)一步發(fā)展。本發(fā)明人根據(jù)上述推測(cè)發(fā)現(xiàn)通過(guò)增加鍍Cr被膜的被膜裂紋密度，能夠形成較淺 的被膜裂紋，并且能夠抑制被膜裂紋隨著芯棒的反復(fù)使用而進(jìn)一步發(fā)展，從而能夠抑制芯 棒母材被通過(guò)了被膜裂紋的潤(rùn)滑劑、水腐蝕。并且，本發(fā)明人得出下述見(jiàn)解由于能夠抑制 母材隨著芯棒的反復(fù)使用而被腐蝕，因此能夠防止鍍Cr被膜的密合力下降，能夠抑制鍍Cr 被膜的剝離，從而能夠延長(zhǎng)芯棒的耐用期限。接下來(lái)，為了明確能充分地形成鍍Cr被膜、且能夠增大鍍Cr被膜的被膜裂紋密度 的條件，在制作各試驗(yàn)片時(shí)所用的各電鍍液中都評(píng)價(jià)了被膜裂紋密度和鍍Cr處理時(shí)的電 流效率。結(jié)果如下述表1所示。表權(quán)利要求
一種芯棒的鍍Cr處理方法，該芯棒用在曼內(nèi)斯曼式制管法中的芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)軋制中，其特征在于，使用含有Cr酸100～250g/L(升)、硫酸根3.0～5.5g/L(升)以及催化劑100～200％(相對(duì)于Cr酸含量的重量比)的電鍍液進(jìn)行電鍍，在芯棒母材的表面上形成鍍Cr被膜。
2.—種芯棒，該芯棒用在曼內(nèi)斯曼式制管法中的芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)軋制中，其特征在于，使用含有Cr酸100 250g/L(升)、硫酸根3. 0 5. 5g/L(升)以及催化劑100 200% (相對(duì)于Cr酸含量的重量比)的電鍍液進(jìn)行電鍍，從而在母材的表面上形成鍍Cr被膜。
3.一種無(wú)縫管的制造方法，其特征在于，在制造無(wú)縫管時(shí)，使用權(quán)利要求2所述的芯棒對(duì)穿孔軋制而成的空心管坯進(jìn)行芯棒式 無(wú)縫管軋機(jī)軋制。
全文摘要
本發(fā)明提供芯棒的鍍Cr處理方法、芯棒以及使用該芯棒的無(wú)縫管的制造方法。通過(guò)使用含有Cr酸100～250g/L(升)、硫酸根3.0～5.5g/L(升)以及催化劑100～200％(相對(duì)于Cr酸含量的重量比)的電鍍液進(jìn)行電鍍，在芯棒母材的表面上形成被膜裂紋密度增加了的鍍Cr被膜，由此能夠在進(jìn)行芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)軋制時(shí)抑制鍍Cr被膜的剝離，從而能夠延長(zhǎng)芯棒的耐用期限。
文檔編號(hào)B21B25/00GK101977704SQ20098010983
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2009年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者平瀨直也, 木本雅也 申請(qǐng)人:住友金屬工業(yè)株式會(huì)社