专利名称：芯棒的镀Cr处理方法、芯棒及使用该芯棒的无缝管的制造方法
技术领域：
本发明涉及曼内斯曼式制管法中的芯棒式无缝管轧机轧制所使用的芯棒的镀Cr 处理方法、芯棒以及使用该芯棒的无缝管的制造方法。
背景技术：
作为利用了热加工的无缝管的制造方法，广泛采用曼内斯曼芯棒式无缝管轧机制 管法。在该制管法中，利用穿孔机对加热后的圆钢片(钢坯)进行穿孔而将该圆钢片形成 为厚壁的空心管坯(hollow shell)，然后在将作为用于约束该空心管坯的内表面的轧制工 具的芯棒插入到该空心管坯中的状态下，使该空心管坯通过由多个轧机构成的芯棒式无缝 管轧机，从而将该空心管坯轧制成薄壁的管坯，上述多个轧机由相对的孔型辊构成。在依据 需要对利用芯棒式无缝管轧机轧制得到的管坯进行了再加热后，利用拉伸缩径轧机或定径 机对该管坯进行定径轧制，从而将该管坯的外径精加工成最终成品的直径。通常，芯棒式无缝管轧机轧制所使用的芯棒以由JIS规格所规定的SKD6、SKD 61 等热模具钢(hot working tool steel)构成的圆棒钢为原料，通过对该圆棒钢进行适当的 机械加工、淬火处理和回火处理而制作成无缝管。通常，为了减小在轧制过程中因芯棒表面 与空心管坯的内表面接触而产生的摩擦力，在芯棒表面预先形成以固体润滑剂为主要成分 的润滑被膜。但是，由于轧制中的芯棒的表面承受很大的表面压力和热负荷，因此即使在芯棒 的表面上形成有润滑被膜，也难以确保稳定的润滑状态。因此，芯棒在被反复使用的过程 中，表面、母材容易磨损、划痕、粗糙以及发生龟裂，从而经不住反复使用，工具的耐用期限 缩短。根据上述情况，在近年来的芯棒式无缝管轧机轧制中，采用对芯棒的母材实施镀 Cr处理而在母材表面上形成有硬质的镀Cr被膜的芯棒(以下也称作“镀Cr芯棒”)。由于 利用耐磨损性优异的镀Cr被膜保护镀Cr芯棒，因此即使镀Cr芯棒在芯棒式无缝管轧机压 制中被反复使用，也能发挥优异的耐久性，不易损伤。但是，根据使用条件的不同，有时镀Cr芯棒的镀Cr被膜会发生剥离，在该情况下， 母材在剥离部分露出而受损，因此该镀Cr芯棒不能再被反复使用。为了防止发生上述的随 着镀Cr被膜的剥离而产生的芯棒受损，提出了各种谋求延长芯棒的耐用期限的方法。例如，在日本特开平8-71618号公报中提出了在母材表面具有平均厚度1 100 μ m的镀Cr被膜、并且在该镀Cr被膜的表面上具有厚度0. 1 10 μ m的以Cr为主体的 氧化皮层的芯棒。在该文献中，通过规定镀Cr被膜的厚度，既能够抑制因被膜本身的内部 残余应力产生的被膜的剥离，又能够防止芯棒划痕，在此基础上，通过在镀Cr被膜上形成 氧化皮并规定该氧化皮的厚度，能够提高润滑性，并且能够利用随着形成氧化皮时的加热 产生的Cr的相互扩散的作用提高镀Cr被膜的密合力，从而能够延长芯棒的耐用期限。在日本特开2001-1016号公报中，提出了一种在母材的表面上具有厚度60 200 μ m的镀Cr被膜的芯棒。在该文献中，通过规定镀Cr被膜的厚度，既能够抑制因被膜内 部的残余应力产生的被膜的剥离，又能够防止因被膜磨损产生的芯棒划痕，从而能够延长 芯棒的耐用期限。在日本再公表W02004/108311号公报中提出了形成在母材表面上的镀Cr被膜的 轴向和圆周方向的中心线平均粗糙度Ra为1.0 5.0 μ m、且轴向和圆周方向的最大深度 Rv为10 μ m以上的芯棒。在该文献中，通过在轴向和圆周方向这两个方向上规定镀Cr被膜 的表面状态，能够在轧制过程中使被膜的表面上残留有足够的润滑剂，从而能够防止芯棒 划痕，延长芯棒的耐用期限。但是，在曼内斯曼芯棒式无缝制管法中的无缝管的制造成本中，芯棒所需的工具 费用所占的比例较高，近年来，出于降低无缝管的制造成本的要求，强烈希望降低芯棒的工 具费用。特别是，在制造近年来越来越需要的含有9重量％以上的Cr的高合金钢(例如、 13Cr钢等)的无缝管时，由于轧制的是变形阻力较大的高合金钢的空心管坯，所以会缩短 芯棒的耐用期限，非常希望能够降低制造成本。因此，虽然上述的文献都能够延长镀Cr芯 棒的耐用期限，但希望能够进一步改善。
发明内容
本发明是为了应对上述的降低成本的要求而做成的，其目的在于提供通过使镀Cr 处理的条件适当而能够实现在芯棒式无缝管轧机轧制时抑制镀Cr被膜剥离、延长芯棒的 耐用期限的镀Cr芯棒的镀Cr处理方法、芯棒及无缝管的制造方法。为了达到上述目的，本发明人针对由镀Cr芯棒的反复使用产生的母材受损引起 的镀Cr被膜的剥离的情况，对在形成镀Cr被膜的阶段存在于该被膜上的许多龟裂(以下 称作“被膜裂纹”)进行了研究。随着芯棒的反复使用，被膜裂纹有时会到达芯棒的母材表 面。本发明人认为，在该情况下，当进行芯棒式无缝管轧机轧制时，通过被膜裂纹而到达芯 棒母材的润滑剂、水会腐蚀母材，由于该腐蚀会降低镀Cr被膜和母材的界面的密合力，从 而镀Cr被膜会发生剥离。为了证明该推测，本发明人进行了用于调查被膜裂纹对镀Cr被 膜的剥离的影响的基础试验。在该基础试验中，假设由热模具钢构成的板状原料为芯棒母材，利用对Cr酸、硫 酸根(H2SO4)和催化剂的浓度进行了各种改变后得到的电镀液对上述母材实施电镀的镀Cr 处理，将由此形成有镀Cr被膜的母材作为试验片。首先对各试验片的镀Cr被膜的表面进 行了显微观察，调查了被膜裂纹的密度(条数/cm)。
图1是用于说明被膜裂纹密度的计算方法的示意图。如图1所示，在镀Cr被膜的 表面显微观察组织上任意地引直线，数出在该直线的长度X的范围内直线与被膜裂纹的交 叉点的数量。在图1中，例示的是在长度X的范围内直线与被膜裂纹在PI、P2、... P7的7 个点处交叉的情况。然后，将数出的交叉点的数量换算成在每Icm直线内交叉的数量，将该 值视作被膜裂纹密度。即，被膜裂纹密度是指在镀Cr被膜的表面显微观察组织上任意地 引直线时，在该直线的每Icm的范围内与该直线交叉的被膜裂纹的条数。图2是表示镀Cr被膜的表面显微观察组织的一例的图。在图2所示的镀Cr被膜 中，存在不规则的网眼状的被膜裂纹，其被膜裂纹密度为756 (条数/cm)左右。接下来，对各试验片进行了盐水喷雾试验，作为镀Cr被膜的剥离程度的指标调查
4了红锈产生面积率(％)。红锈产生面积率是指产生了红锈的面积占镀Cr被膜的整个面积 的比率，红锈产生面积率越大，表示母材的腐蚀范围越大。图3是表示盐水喷雾试验中的被膜裂纹密度和红锈产生面积率的关系。从图3可 明确得知，随着被膜裂纹密度的增大，红锈产生面积率变小。即，可以推测出被膜裂纹密度 越增大，被膜裂纹的数量越增加，但是该被膜裂纹深度较浅，能到达母材的被膜裂纹减少。 还能推测出在随着镀Cr被膜的被膜裂纹密度的增大、被膜裂纹的数量增多的情况下，随 着芯棒式无缝管轧机轧制时的反复使用，镀Cr被膜受到的负荷因分散到许多被膜裂纹中 而变小，因此能够抑制被膜裂纹的进一步扩展。另一方面，可以推测出在被膜裂纹密度较小的情况下，能够到达芯棒母材的较深 的被膜裂纹增加，并且被膜裂纹的数量变少，因此，在芯棒式无缝管轧机轧制时，负荷集中 在被膜裂纹处而使被膜裂纹进一步发展。本发明人根据上述推测发现通过增加镀Cr被膜的被膜裂纹密度，能够形成较浅 的被膜裂纹，并且能够抑制被膜裂纹随着芯棒的反复使用而进一步发展，从而能够抑制芯 棒母材被通过了被膜裂纹的润滑剂、水腐蚀。并且，本发明人得出下述见解由于能够抑制 母材随着芯棒的反复使用而被腐蚀，因此能够防止镀Cr被膜的密合力下降，能够抑制镀Cr 被膜的剥离，从而能够延长芯棒的耐用期限。接下来，为了明确能充分地形成镀Cr被膜、且能够增大镀Cr被膜的被膜裂纹密度 的条件，在制作各试验片时所用的各电镀液中都评价了被膜裂纹密度和镀Cr处理时的电 流效率。结果如下述表1所示。表权利要求
一种芯棒的镀Cr处理方法，该芯棒用在曼内斯曼式制管法中的芯棒式无缝管轧机轧制中，其特征在于，使用含有Cr酸100～250g/L(升)、硫酸根3.0～5.5g/L(升)以及催化剂100～200％(相对于Cr酸含量的重量比)的电镀液进行电镀，在芯棒母材的表面上形成镀Cr被膜。
2.—种芯棒，该芯棒用在曼内斯曼式制管法中的芯棒式无缝管轧机轧制中，其特征在于，使用含有Cr酸100 250g/L(升)、硫酸根3. 0 5. 5g/L(升)以及催化剂100 200% (相对于Cr酸含量的重量比)的电镀液进行电镀，从而在母材的表面上形成镀Cr被膜。
3.一种无缝管的制造方法，其特征在于，在制造无缝管时，使用权利要求2所述的芯棒对穿孔轧制而成的空心管坯进行芯棒式 无缝管轧机轧制。
全文摘要
本发明提供芯棒的镀Cr处理方法、芯棒以及使用该芯棒的无缝管的制造方法。通过使用含有Cr酸100～250g/L(升)、硫酸根3.0～5.5g/L(升)以及催化剂100～200％(相对于Cr酸含量的重量比)的电镀液进行电镀，在芯棒母材的表面上形成被膜裂纹密度增加了的镀Cr被膜，由此能够在进行芯棒式无缝管轧机轧制时抑制镀Cr被膜的剥离，从而能够延长芯棒的耐用期限。
文档编号B21B25/00GK101977704SQ20098010983
公开日2011年2月16日 申请日期2009年3月18日 优先权日2008年3月28日
发明者平濑直也, 木本雅也 申请人:住友金属工业株式会社