CN102921732B - 穿轧用顶头的制造方法及穿轧用顶头的再生方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种穿轧用顶头的制造方法及穿轧用顶头的再生方法。穿轧用顶头在母材的表面上通过电弧喷镀主要成分是Fe的铁线材而形成有由Fe₃O₄、FeO等氧化物和Fe（金属）构成的保护膜，因此能够利用该保护膜实现优异的隔热性以及防烧结性，获得使用寿命长的顶头。另外，在再生该顶头时，通过使穿轧后未进行任何处理的顶头依次经历喷丸处理以及电弧喷镀，能够在顶头表面上重新形成保护膜，从而能够以低成本且在短时间内再生顶头。

Description

穿轧用顶头的制造方法及穿轧用顶头的再生方法

本申请是申请日为2008年10月20日、申请号为2008801145617、发明名称为“穿轧用顶头、该穿轧用顶头的再生方法以及该穿轧用顶头的再生设备列”的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种能够循环使用在用于制造无缝钢管的穿轧机中的穿轧用顶头（以下简称为“顶头”）的制造方法、该顶头的再生方法。

背景技术

广泛采用满乃斯曼式制管法作为以热加工方式制造无缝钢管的方法。在满乃斯曼式制管法中，将被加热到规定温度的圆钢坯输送到穿轧机（piercer）中，然后对该圆钢坯的轴心部进行穿孔从而获得被称为“hollow shell”的空心管坯。

然后，将该空心管坯保持原样地直接输送到顶头式管轧机（plug mill）、芯棒式无缝管轧机（mandrel mill）等后续的延伸轧制机中来进行延伸轧制、或者在依据需要使该空心管坯通过与上述穿轧机相同结构的延伸轧机（elongator）而被扩径、变薄之后将该空心管坯输送到上述后续的延伸轧制机中来进行延伸轧制。然后，使该空心管坯经过拉伸缩径轧机（stretchreducer）、均整机（reeler）、定径机（sizer）等而对该空心管坯进行研磨、形状修整以及定径（sizing），从而制造出作为产品的无缝钢管。

在利用穿轧机进行的穿轧中，使用炮弹形状的顶头作为穿孔用工具。该顶头安装在心轴的顶端，由于对被加热到1200℃左右高温的钢坯进行穿孔，因此该顶头处于在高温条件下承受高表面压力的状态。因此，在顶头的表面上形成有用于保护顶头母材的氧化皮保护膜。氧化皮保护膜起到阻挡来自钢坯的热、并且防止该顶头与钢坯发生烧结的作用。

通常，以900℃～1000℃左右的高温对由热加工工具钢构成的顶头进行数小时～数十小时的热处理，从而形成顶头表面上的氧化皮保护膜。

近年来，对无缝钢管的需求显著增加，尤其对能用在严酷环境中的无缝钢管的需求明显增加。在严酷的环境中，适合使用不锈钢、Ni基合金钢、含有9％以上的Cr的高Cr钢这样的高合金钢的无缝钢管。

在制造高合金钢的无缝钢管时，当在穿轧中使用带氧化皮保护膜的顶头时，由于是对变形阻力较大的钢坯进行穿孔，因此顶头上的氧化皮保护膜容易发生磨损、剥离。当顶头上的氧化皮保护膜发生磨损、剥离时，隔热效果下降，因此顶头母材的温度上升，顶头有可能产生熔损。

通常，在将带氧化皮保护膜的顶头用在制造高合金钢的无缝钢管时的穿轧中的情况下，因多次循环而使氧化皮保护膜磨损，顶头的使用寿命变得极短。

另外，在使用氧化皮保护膜已经被损耗了的顶头而继续进行穿轧时，由于顶头母材与钢坯直接接触，所以两者发生烧结，并且在空心管坯的内表面上产生缺陷而有损产品品质。

因而，在制造高合金钢的无缝钢管时，必须频繁更换顶头，结果导致穿轧机的制造效率下降。特别在像近年这样希望高效地生产无缝钢管、推进满乃斯曼式制管设备的连续化的情况下，穿轧机的制造效率的下降会影响无缝钢管的整体制造效率。

为了自心轴卸下在穿轧中用过的顶头来进行再生并重新使用于穿轧，必须重新形成氧化皮保护膜，为此所要进行的热处理耗费大量时间和工时。因此，为了不降低穿轧机的制造效率、即使非常频繁地更换顶头也不会出现顶头不够的情况，需要确保巨大数量的顶头。

考虑到上述情况，为了尽量减少要确保的顶头的数量，进行了各种谋求提高顶头使用寿命的研究。例如，在日本特公平4-8498号公报（以下称作“文献1”）中提出了一种通过减少Cr且添加Mo、W等来提高顶头母材的高温强度、并且在顶头的表面上生成并附着有密合性优异的氧化皮的顶头。

该文献1所提出的顶头在钢坯的穿孔长度很长的情况下，顶头母材的高温强度以及氧化皮保护膜的密合性均不足，存在不能确保足够长的使用寿命这样的缺点。

在日本特开平4-74848号公报（以下称作“文献2”）以及日本特开4-270003号公报（以下称作“文献3”）中，提出了一种采用具有能提高高温变形阻力以及耐裂纹性的成分组成的顶头母材、且在顶头的表面上形成有氧化皮保护膜的顶头。但是，上述文献2以及文献3所提出的顶头在穿孔时，氧化皮保护膜在表面压力最大且温度上升的顶头顶端部发生熔化而丧失隔热性以及耐磨损性，因此存在顶头的顶端部容易发生熔损、变形这样的缺点。

在日本特公昭64-7147号公报（以下称作“文献4”）中提出了一种采用添加了Cr和Cu的顶头母材、且在顶头的表面上形成有氧化皮保护膜的顶头。但是，该文献4所提出的顶头也具有在穿孔时容易在顶头顶端部发生熔损、变形这样的缺点。

总之，上述文献1～4所提出的顶头虽然都调整了顶头母材的成分组成，但是在将上述顶头应用在高合金钢的无缝钢管的穿轧中的情况下，只通过设计顶头母材的成分，无法期待充分提高顶头的使用寿命。

另外，当在穿轧中重新使用上述文献1～4所提出的顶头的情况下，为了再生氧化皮保护膜，仍然需要进行长时间的热处理。因此，还需要进行将顶头表面的保护膜换成氧化皮之外的保护膜来谋求提高顶头的使用寿命的研究。

例如，在日本特开平10-180315号公报（以下称作“文献5”）中提出了一种利用SiC、Al₂O₃、ZrO₂或Si₃N₄这样的陶瓷构成表面的一部分来代替氧化皮、从而提高了高温弯曲强度的顶头。在日本特公昭59-13924号公报（以下称作“文献6”）中提出了一种在表面上等离子喷镀Fe的氧化物粉末而形成有保护膜的顶头。

但是，在文献5所提出的顶头中，穿孔时的撞击可能使陶瓷部分产生缺损，所以需要在更换、搬运顶头时谨慎处理。此外，由陶瓷构成的顶头本身比较昂贵，也很难再生。另外，在文献6所提出的顶头中，为了制作以及再生顶头，需要设置用于等离子喷镀粉末的大规模装置，需要花费巨大的成本。

如上所述，为了不会使穿轧的制造效率下降，一直在研究能够提高顶头的使用寿命的对策，在将顶头用在高合金钢的无缝钢管的穿轧中的情况下，只通过设计顶头母材的成分，无法期待充分提高顶头的使用寿命。

另外，当在穿轧中重新使用顶头的情况下，为了再生氧化皮保护膜而需要进行长时间的热处理。因此，虽然开发出了利用陶瓷构成顶头的表面、或在表面上等离子喷镀Fe的氧化物粉末而形成保护膜来替代氧化皮，但都不是提高顶头的使用寿命的有效的对策。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而做成的，目的在于提供一种在循环使用时使用寿命优异、以低成本且能够在短时间内再生的穿轧用顶头的制造方法、该穿轧用顶头的再生方法以及能够在一连串的用于循环使用顶头的设备列（online）中再生顶头的穿轧用顶头的再生设备列。

为了解决上述问题，本发明人针对能够用在制造无缝钢管的穿轧中的顶头，以提高顶头的使用寿命以及为了顺利地循环使用而以低成本且在短时间内实现再生为目的，反复进行了潜心研究，完成了本发明。

提供一种穿轧用顶头的制造方法，其能够循环使用在用于制造无缝钢管的穿轧机中，其特征在于，该穿轧用顶头的制造方法包括以下步骤：对上述穿轧用顶头的表面实施喷丸处理；以及对实施了喷丸处理的上述穿轧用顶头的表面，一边使喷镀喷嘴逐渐远离该穿轧用顶头的表面一边利用铁线材对该穿轧用顶头的表面进行电弧喷镀，从而形成由氧化物和Fe构成并且氧化物所占的区域的比率在表层侧比母材侧高的保护。

提供一种穿轧用顶头的再生方法，其用于循环使用上述的穿轧用顶头，其特征在于，该穿轧用顶头的再生方法包括以下步骤：对上述穿轧用顶头的表面实施喷丸处理而将穿轧后残留的保护膜去除；以及对去除了穿轧后残留的保护膜的上述穿轧用顶头的表面，一边使喷镀喷嘴逐渐远离该穿轧用顶头的表面一边利用铁线材对该穿轧用顶头的表面进行电弧喷镀，从而形成由氧化物和Fe构成并且氧化物所占的区域的比率在表层侧比母材侧高的保护膜。

本发明的主旨在于，提供下述（1）的穿轧用顶头、（2）的穿轧用顶头的再生方法、以及（3）的穿轧用顶头的再生设备列。

（1）一种穿轧用顶头，其能够循环使用在用于制造无缝钢管的穿轧机中，其特征在于，利用铁线材对喷丸处理（shotblast）后的该顶头的母材表面进行电弧喷镀，从而形成由氧化物和Fe构成的保护膜。

优选在上述（1）的顶头中，上述保护膜中的上述氧化物所占的区域的比率为55～80％。另外，优选上述保护膜中的上述氧化物所占的区域的比率在表层侧比母材侧高，在这种情况下，优选上述保护膜中的上述氧化物所占的区域的比率在保护膜与母材的相邻部为40％以下，在表层部为55～80％。另外，优选该顶头为炮弹形状，且上述保护膜的厚度在顶端部比主体部厚。另外，优选在上述保护膜的表面上层叠有润滑剂。另外，优选上述铁线材含有W。

（2）一种用于循环使用上述（1）所述的穿轧用顶头的再生方法，在对上述顶头的表面实施喷丸处理而将穿轧后残留的保护膜去除之后，利用铁线材对该表面进行电弧喷镀，从而形成由氧化物和Fe构成的保护膜。

优选在上述（2）的再生方法中，只在炮弹形状的上述顶头的顶端部进行利用上述喷丸处理去除上述保护膜的操作以及利用上述电弧喷镀形成上述保护膜的操作。

（3）一种能够循环使用在用于制造无缝钢管的穿轧机中的穿轧用顶头的再生设备列，其特征在于，该设备排列有以下装置：心轴交接装置，其用于将安装有上述顶头的心轴供给到穿轧机中，然后再回收穿轧后的心轴；顶头更换装置，其用于自该心轴交接装置接收穿轧后的心轴，然后将穿轧后未进行任何处理的顶头更换为再生顶头的心轴供给到上述心轴交接装置中；喷丸装置，其用于自该顶头更换装置接收穿轧后未进行任何处理的顶头，然后对该穿轧后未进行任何处理的顶头的表面实施喷丸处理；电弧喷镀装置，其用于接收被该喷丸装置处理了的顶头，然后利用铁线材对该顶头的表面进行电弧喷镀而形成有由氧化物和Fe构成的保护膜的再生顶头供给到上述顶头更换装置中，在上述装置的排列中，依次将穿轧后未进行任何处理的顶头更换成再生顶头并安装在心轴上，然后将安装有上述再生顶头的心轴反复供给到穿轧机中。

优选在上述（3）的再生设备列中，在将安装有上述再生顶头的心轴自上述心轴交接装置供给到上述穿轧机的路径上设置用于在上述再生顶头的表面上层叠润滑剂的润滑剂喷射装置。

采用本发明的穿轧用顶头，由于形成在顶头表面上的保护膜由氧化物和Fe构成，因此具有优异的隔热性和防烧结性，并且能够提高顶头的使用寿命，而且由于利用电弧喷镀形成保护膜，因此能够以低成本且在短时间内制作以及再生顶头。

另外，采用本发明的穿轧用顶头的再生方法，通过使穿轧后未进行任何处理的顶头依次经历喷丸处理以及电弧喷镀，能够在顶头的表面上重新形成由氧化物和Fe构成的保护膜，因此能够以低成本且在短时间内再生顶头。

此外，采用本发明的穿轧用顶头的再生设备列，能够构成在短时间内再生且更换顶头的自动化的一连串的用于循环使用顶头的再生生产线，从而能够不影响无缝钢管的整体制造效率而在生产线上再生顶头。

附图说明

图1是表示顶头上的与电弧喷镀距离相对应的表面保护膜的X射线解析测量结果的图。

图2是表示顶头上的与电弧喷镀距离相对应的表面保护膜的截面微观组织的图。

图3是表示顶头的保护膜中的氧化物比率与保护膜的密合力之间的相关性的图。

图4是表示顶头的保护膜中的氧化物比率与保护膜的磨损量之间的相关性的图。

图5是表示顶头的保护膜中的氧化物比率与连续穿轧次数（循次次数）之间的相关性的图。

图6是表示逐渐增加喷镀距离来进行电弧喷镀时的顶头上的表面保护膜的截面微观组织的图。

图7是表示在使用含有W的铁线材而形成电弧喷镀保护膜的顶头中W含量与穿孔效率之间的关系的图。

图8是表示在使用含有W的铁线材而形成电弧喷镀保护膜的顶头中穿孔效率与顶头顶端的变形量之间的关系的图。

图9是示意性地表示带电弧喷镀保护膜顶头的顶端部及其附近部在进行10次穿孔后的状态的剖视图。

图10是表示连续穿孔次数与残留在顶头主体部上的保护膜的厚度之间的相关性的图。

图11是示意性地表示用于循环使用本发明的穿轧用顶头的再生设备列的整体结构的图。

图12是表示顶头更换装置的整体结构的侧视图。

图13是用于说明顶头更换装置中的顶头的装卸机构的一例的主要部分剖视图。

图14是表示喷丸装置的整体结构的侧视图。

图15是表示电弧喷镀装置的整体结构的侧视图。

图16是示意性地表示在配置有润滑剂喷射装置时的顶头再生设备列的整体结构的图。

图17是表示润滑剂喷射装置的整体结构的侧视图。

图18是示意性地表示在配置有润滑剂喷射装置时的顶头再生设备列的整体结构的另一例的图。

具体实施方式

本发明的穿轧用顶头的特征在于，当在顶头母材的表面上形成保护膜时，使用电弧喷镀装置利用主要成分是Fe的铁线材对顶头母材的表面进行电弧喷镀，从而在顶头母材的表面上形成由Fe₃O₄、FeO等氧化物以及Fe（金属）构成的保护膜。

通过采用上述结构，与以往利用热处理形成氧化皮保护膜的操作相比，能够在极短的时间内利用电弧喷镀在新制作的顶头的表面和再生顶头的表面上形成保护膜。而且，与以往的等离子喷镀装置相比，电弧喷镀装置能够形成为相当简化的结构，此外与以往作为等离子喷镀的喷镀材料的粉末相比，能够廉价地采购到作为电弧喷镀的喷镀材料的铁线材。

另外，形成在本发明的穿轧用顶头的表面上的混合有氧化物和Fe的保护膜具有优异的隔热性以及防烧结性。下面，说明本发明的穿轧用顶头所具有的特性。

图1是表示顶头上的与电弧喷镀距离相对应的表面保护膜的X射线解析测量结果的图。图2是表示顶头上的与电弧喷镀距离相对应的表面保护膜的截面微观组织的图。所谓喷镀距离是指从电弧喷镀装置的喷镀喷嘴到作为保护膜对象物的顶头母材的表面的距离。在图1和图2中，表示的是将喷镀距离设为200mm、400mm、600mm、800mm、1000mm、1200mm以及1400mm时的利用电弧喷镀形成的各保护膜的测量结果以及截面微观组织。

从图1可知，在利用电弧喷镀形成在顶头母材的表面上的保护膜中，喷镀距离越大，氧化物即Fe₃O₄和FeO的含量越多而Fe的含量越少。这是因为自喷镀喷嘴喷出的融化了的喷镀材料（Fe）的氧化是与喷镀距离相对应地进行的。

另外，在图2所示的保护膜的截面中，如图中的区域所示，看起来呈浅灰色的区域表示Fe，看起来呈深灰色的区域表示氧化物，看起来呈黑色的区域表示空隙。从图2得知，例如在喷镀距离为200mm时，氧化物占保护膜的20％～30％的区域，Fe占剩余的70％～80％的区域。在喷镀距离为1000mm时，氧化物占保护膜的80％左右的区域，Fe占剩余的20％左右的区域。从图2的微观组织同样可知，喷镀距离越大，氧化物越多而Fe越少。

这样，氧化物在保护膜中所占的区域的比率（以下称作“氧化物比率”）依据喷镀距离的变化而变化。因而，通过调整喷镀距离能够控制保护膜中的氧化物比率。

图3是表示顶头的保护膜中的氧化物比率与保护膜的密合力之间的相关性的图。保护膜的密合力用于表示保护膜与顶头母材的表面之间的密合性能，是穿轧中的耐剥离性的指标。即、若密合力较高，保护膜不易剥离，若密合力较低，保护膜容易剥离。如图3所示，保护膜的耐剥离性随着保护膜中的氧化物比率的增加而下降，在氧化物比率为80％以上时而急剧下降。

图4是表示顶头的保护膜中的氧化物比率与保护膜的磨损量之间的相关性的图。保护膜的磨损量用于表示表面保护膜在被摩擦了1600次时的重量减少量，是穿轧中的耐磨损性的指标。即、若磨损量较小，则保护膜不易被磨损，若磨损量较大，则保护膜容易被磨损。如图4所示，保护膜的耐磨损性随着保护膜中的氧化物比率的增加而下降，在氧化物比率为80％以上时急剧下降。

在上述图3和图4中，保护膜的耐剥离性和耐磨损性之所以随着保护膜中的氧化物比率的增加而下降，是因为介于氧化物彼此之间而有助于两者结合的Fe（金属）变少。

不过，从上述图3和图4可知，保护膜中的氧化物比率越低越能够确保保护膜的耐剥离性和耐磨损性，但在氧化物比率过低时，Fe占了保护膜的大部分，导热系数相对地变高，隔热性下降。因此，在进行穿轧时，顶头的顶端部容易发生熔损、变形。

图5是表示顶头的保护膜中的氧化物比率与连续穿轧次数（循环次数）之间的相关性的图。在进行导出了图5所示的结果的试验时，准备母材是JIS规定的热加工工具钢的试验用顶头，利用铁线材对各个顶头母材的表面进行电弧喷镀，从而形成400μm左右的保护膜。

在进行电弧喷镀时，为了使保护膜中的氧化物比率达到25％、45％、60％、75％以及85％，将喷镀喷嘴的位置调整成与各氧化物比率对应的喷镀距离。另外，为了进行比较，在顶头母材的表面上等离子喷镀Fe₃O₄的粉末，从而形成保护膜。该等离子喷镀顶头相当于上述文献6所提出的顶头，该顶头上的保护膜全部由氧化物构成。

使用所获得的试验用顶头进行了反复穿轧被轧制材料的试验。使用材质为SUS304（JIS规定的奥氏体系不锈钢）的高合金钢且外径为70mm、长度为1000mm的圆钢坯作为被轧制材料。在将该被轧制材料加热到1200℃之后，使用上述试验用顶头实施了将该被轧制材料成形成外径为74mm、壁厚为8.6mm、长度为2200mm的空心管坯的穿孔试验。

此时，对于试验用顶头，每次结束穿轧就检查外观，根据在顶头的顶端部发生了熔损或变形时的循环次数、即能够连续反复地进行穿轧的最大循环次数（连续穿轧次数）评价了顶头的使用寿命。

如图5中空心圆所示，在保护膜中的氧化物比率为25％的顶头中，连续穿孔次数为0（零），在氧化物比率为45％和85％的顶头中，连续穿孔次数为1次，在氧化物比率为60％和75％的顶头中，连续穿孔次数为3次。

在用于比较的等离子喷镀顶头中，如图5中黑色实心圆所示，连续穿孔次数为1次。另外，在保护膜中的氧化物比率为25％和45％的顶头中，发现顶头的顶端部发生了熔损、变形。

根据图5所示的结果可清楚得知，利用电弧喷镀将保护膜中的氧化物比率调整成55～80％的带保护膜的顶头具有等离子喷镀顶头的2倍以上的顶头使用寿命，此外，将保护膜中的氧化物比率调整成60～75％的带保护膜的顶头具有等离子喷镀顶头的3倍以上的顶头使用寿命。

因而，在将本发明的顶头用在制造高合金钢的无缝钢管时的穿轧中的情况下，在将保护膜中的氧化物比率设为55～80％时，能够成为使用寿命比以往的等离子喷镀顶头长的顶头。此外，从谋求进一步提高顶头的使用寿命的观点出发，优选将保护膜中的氧化物比率设为60～75％。

接下来，进一步研究了根据上述图5所示的结果清楚得知的保护膜中的氧化物比率的有效性。在导出上述图5所示的结果的试验所用的顶头中，为了使保护膜中的氧化物比率在从保护膜与母材的相邻部到表层部的整个区域上均匀，在恒定地保持喷镀距离的状态下进行电弧喷镀而形成保护膜，在此，还对为了使保护膜中的氧化物比率随着靠近表层侧而逐渐增加、一边逐渐增加喷镀距离一边进行电弧喷镀而形成保护膜的顶头实施了试验。

即、在形成保护膜时，以喷镀喷嘴接近顶头母材的表面的状态、即以喷镀距离较短的状态下开始进行电弧喷镀，之后逐渐拉远喷镀喷嘴而以喷镀距离变长的状态结束电弧喷镀。由此，在顶头母材的表面上形成氧化物比率随着靠近表层侧而逐渐增加的保护膜。该保护膜的氧化物比率在保护膜与母材的相邻部上较低，在表层部上较高。

图6是表示逐渐增加喷镀距离来进行电弧喷镀时的顶头中的表面保护膜的截面微观组织的图。与上述图2相同，在图6所示的保护膜的截面中，看起来呈浅灰色的区域表示Fe，看起来呈深灰色的区域表示氧化物，看起来呈黑色的区域表示空隙。如图6所示，形成在顶头母材的表面上的保护膜的氧化物比率在保护膜与母材的相邻部上较低，在表层部上较高。

使用上述带保护膜的试验用顶头实施了与上述穿孔试验相同的试验。根据上述由连续穿轧次数（循次次数）决定的顶头使用寿命进行了评价。另外，为了进行比较，针对以恒定地保持喷镀距离的状态进行电弧喷镀而在顶头母材的表面上形成有氧化物比率在整个区域上均匀的保护膜的顶头，也实施了相同的试验。该试验结果如下述表1所示。

表1

如表1所示，试验编号1的顶头将喷镀距离恒定为1000mm而进行了电弧喷镀来形成保护膜，保护膜中的氧化物比率在整个表面上均匀地达到80％左右。

另一方面，试验编号2的顶头将喷镀距离从200mm逐渐变化到1000mm而进行了电弧喷镀来形成保护膜，试验编号3的顶头将喷镀距离从400mm逐渐变化到1000mm而进行了电弧喷镀来形成保护膜，试验编号4的顶头将喷镀距离从500mm逐渐变化到1000mm而进行了电弧喷镀来形成保护膜。因此，试验编号2的顶头的保护膜中的氧化物比率在保护膜与母材的相邻部为25％左右、在表层部为80％左右，试验编号3的顶头的保护膜中的氧化物比率在保护膜与母材的相邻部为40％左右、在表层部为80％左右，试验编号4的顶头的保护膜中的氧化物比率在保护膜与母材的相邻部为50％左右、在表层部位80％左右。

另外，试验编号1～4中的顶头的保护膜的厚度均为400μm左右。

如表1所示，在保护膜中的氧化物比率均匀的试验编号1的顶头中，连续穿孔次数为2次。另一方面，在保护膜中的氧化物比率在表层侧比母材侧高的试验编号2～4中的试验编号2的顶头中，连续穿孔次数为4次，在试验编号3的顶头中，连续穿孔次数为3次，连续穿孔次数都比试验编号1的顶头多。在试验编号4的顶头中连续穿孔次数为2次，与试验编号1的顶头相同。

根据表1所示的结果可清楚得知，保护膜中的氧化物比率在表层侧比母材侧高的顶头具有与保护膜中的氧化物比率在整个表面区域上均匀的顶头同等以上的顶头使用寿命，此外，保护膜中的氧化物比率在保护膜与母材的相邻部为40％以下的顶头的使用寿命较长。这是因为，在保护膜的与顶头母材的相邻部上，由于氧化物比率低、且Fe（金属）丰富，因此保护膜与顶头母材的密合程度比较牢固，由此能够缓和所受到的应力从而使保护膜不易发生剥离。

因此，优选使本发明的顶头的保护膜中的氧化物比率在表层侧比母材侧高，尤其更优选将保护膜与母材的相邻部的氧化物比率设为40％以下，将表层部的氧化物比率设为55～80％。

接下来，对形成在顶头母材的表面上的保护膜的厚度进行研究。上述顶头的外形是炮弹形状，且在自顶头的主体部到顶端部的整个区域上形成有厚度均匀的保护膜，但在此，为了明确主体部与顶端部的保护膜厚度的影响，对顶头主体部与顶头顶端部的各自的保护膜的厚度进行了各种变化。对该带保护膜的试验用顶头实施了与上述穿孔试验相同的试验。与上述表1所示的评价相同，根据上述由连续穿轧次数（循次次数）决定的顶头使用寿命进行了评价。该试验结果如下述表2所示。

表2

如表2所示，试验编号11的顶头将从主体部到顶端部的整个区域上的保护膜厚度形成为400μm左右。试验编号12的顶头将主体部的保护膜厚度形成为400μm左右，将顶端部的保护膜厚度形成为600μm左右，试验编号13的顶头将主体部的保护膜厚度形成为400μm左右，将顶端部的保护膜厚度形成为800μm左右，试验编号14的顶头将主体部的保护膜厚度形成为600μm左右，将顶端部的保护膜厚度形成为800μm左右。试验编号15的顶头将从主体部到顶端部的整个区域上的保护膜厚度形成为800μm左右。试验编号16的顶头将主体部的保护膜厚度形成为与试验编号11～13的顶头相同的400μm左右，将顶端部的保护膜厚度形成为比所有顶头都厚的1200μm左右。

另外，试验编号11～16中的顶头都是将喷镀距离从200mm逐渐变化到1000mm而进行了电弧喷镀来形成保护膜，且保护膜中的氧化物比率在表层侧都比母材侧高。

如表2所示，在保护膜厚度较薄且在整个区域上均匀的试验编号11的顶头中，连续穿孔次数为4次。在保护膜厚度在顶端部比主体部厚的试验编号12、13、14以及16的顶头中，连续穿孔次数分别为5次、6次、6次以及10次，连续穿孔次数随着顶头顶端部的保护膜厚度的增加而增加。在保护膜厚度较厚且在整个区域上均匀的试验编号15的顶头中，在进行了1次穿孔后，顶头主体部的保护膜发生剥离，连续穿孔次数止于1次。

根据表2所示的结果可清楚得知，顶头顶端部的保护膜厚度越厚，顶头的使用寿命越长。另外，在顶头的主体部的保护膜厚度过厚时，保护膜会在穿孔时发生剥离而使顶头的使用寿命变差。因此，优选使顶端部的保护膜厚度比主体部厚，且使顶头主体部的保护膜厚度小于800μm，此外更优选将顶头主体部的保护膜厚度设在400μm～600μm的范围内。

不过，在利用穿轧机穿轧钢坯时，利用设在被加热到高温的钢坯的周围的多个旋转辊（piercer roll：穿轧辊）使该钢坯边旋转边以恒定的速度沿钢坯的轴线方向输送。在钢坯的前进目的地处，将顶头设在钢坯的轴心上，从而钢坯的顶端面被顶在顶头的顶端时，开始进行穿轧。然后，在输送钢坯直到使顶头完全贯穿钢坯时，结束穿轧。

此时，根据穿轧辊的转速决定沿轴线方向输送钢坯的速度（以下称作“输送速度”），但穿孔时的实际输送速度受彼此接触的顶头与钢坯的摩擦阻力等影响，因此实际输送速度比根据所设定的穿轧辊的转速算出的理论上的输送速度慢。通常将它们的速度比（=（实际的输送速度）/（理论上的输送速度）×100[％]）称作“穿孔效率”。

在穿孔效率较高时，不仅能够提高穿轧机的制造效率，还能缩短顶头与钢坯的接触时间，所以能够延长顶头的使用寿命。因此，提高穿孔效率在穿轧中极其重要。

因此，为了提高上述顶头的穿孔效率，进行了下述研究。首先，在利用电弧喷镀而形成有保护膜的顶头的表面上层叠在高温环境中惯用的润滑剂，对该试验用顶头实施了与上述穿孔试验相同的试验。另外，为了进行比较，对未层叠有润滑剂的顶头也实施了相同的试验。求出顶头达到使用寿命时的每次穿孔操作的穿孔效率、然后根据利用该穿孔效率求得的平均穿孔效率进行了评价。其试验结果如下述表3所示。

表3

如表3所示，试验编号21～23的顶头并未在保护膜的表面上层叠有润滑剂，而是使保护膜暴露在外。另一方面，试验编号24～26的顶头在保护膜的表面上涂敷层叠有润滑剂，作为润滑剂，在试验编号24的顶头中使用硼酸（H₃BO₃），在试验编号25的顶头中使用水玻璃（硅酸钠（Na₂SiO₃）较浓的水溶液），在试验编号26的顶头中使用氮化硼（BN）。

另外，试验编号21、22、24以及25的顶头使喷镀距离恒定而进行了电弧喷镀来形成保护膜，且保护膜中的氧化物比率在整个区域上均匀。试验编号23和26的顶头将喷镀距离从200mm逐渐变化到1000mm而进行了电弧喷镀来形成保护膜，且保护膜中的氧化物比率在表层侧比母材侧高。

如表3所示，在保护膜表面未层叠有润滑剂的试验编号21、22以及23的顶头中，平均穿孔效率分别为59.0％、59.9％以及73.8％。相对于此，在保护膜表面层叠有润滑剂的试验编号24、25以及26的顶头中，平均穿孔效率分别为80.3％、82.1％以及85.8％，与未层叠润滑剂的试验编号21～23的顶头相比，平均穿孔效率提高了10％～20％左右。

根据表3所示的结果可清楚得知，通过在保护膜的表面上层叠润滑剂能够提高穿孔效率。因此，优选本发明的顶头在保护膜的表面上层叠有润滑剂。作为润滑剂，除了能够使用硼酸、水玻璃、氮化硅之外，还能使用石墨等。

接下来，还对用于在顶头母材的表面上形成保护膜的电弧喷镀所用的铁线材的有效性进行研究。即、使用于进行电弧喷镀的铁线材进行各种变化而在顶头母材的表面上形成保护膜，对该带保护膜的试验用顶头实施了与上述穿孔试验相同的试验。与上述表3所示的评价相同，根据上述平均穿孔效率进行了评价。其试验结果如下述表4所示。

表4

如表4所示，试验编号31的顶头使用只含有金属元素Fe（即使含有Fe以外的金属元素也是不可避免地含有的程度）的Fe系铁线材进行电弧喷镀来形成了保护膜。另外，对上述各试验编号的顶头进行的电弧喷镀均采用该种Fe系铁线材。

试验编号32的顶头使用含有4质量％的W的Fe-W系铁线材进行电弧喷镀来形成了保护膜。试验编号33的顶头采用还含有3质量％的Mn的Fe-Mn-W系铁线材进行电弧喷镀来形成了保护膜。

另外，试验编号31～33的顶头均将喷镀距离从200mm逐渐变化到1000mm而进行了电弧喷镀来形成保护膜，且保护膜中的氧化物比率在表层侧比母材侧高。

如表4所示，在使用Fe系铁线材进行电弧喷镀来形成了保护膜的试验编号31的顶头中，平均穿孔效率是73.8％。相对于此，在使用含有W的铁线材进行电弧喷镀来形成了保护膜的试验编号32和33的顶头中，平均穿孔效率分别为81.4％和79.6％，与使用Fe系铁线材的试验编号31的顶头相比，平均穿孔效率提高了10％左右。

根据表4所示的结果可清楚得知，通过使用含有W的铁线材进行用于形成保护膜的电弧喷镀，能够提高穿孔效率。这是因为，作为保护膜中的氧化物，还会生成低熔点氧化物即WO₃，该WO₃在穿孔时熔化而表现出液体润滑效果。因此，优选本发明的顶头使用含有W的铁线材进行电弧喷镀来形成保护膜。

接下来，研究了含有W的电弧喷镀用铁线材中的W的适当的含量。这里，使用W含量（质量％）各不相同的铁线材在顶头母材的表面上形成电弧喷镀保护膜，对各试验用顶头实施了与上述穿孔试验相同的试验。

图7是表示在使用含有W的铁线材来形成有电弧喷镀保护膜的顶头中W含量与穿孔效率之间的关系的图。如图7所示，得知电弧喷镀用铁线材中的W含量越多，穿孔效率越高。这是因为，通过使用W含量高的铁线材进行电弧喷镀，在保护膜中生成的WO₃的量会增加，所以能够提高穿孔时的液体润滑效果。因而，为了提高穿孔效率，增加电弧喷镀用铁线材中的W含量是有效的。

图8是表示在使用含有W的铁线材来形成有电弧喷镀保护膜的顶头中穿孔效率与顶头顶端的变形量之间的关系的图。如图8所示，得知存在穿孔效率越高、顶头顶端的变形量越大的倾向。这是因为，根据上述图7所示的结果可知，使用W含量高的铁线材进行电弧喷镀能够获得穿孔效率高的带保护膜顶头，相反，在穿孔效率高的顶头中，保护膜中的WO₃在穿孔时熔化而使保护膜本身减少，结果导致保护膜的隔热性下降。

通常，在顶头顶端的变形量大于2.5mm时，穿孔时发生烧结的频率变高。因此，根据图8所示的结果可知，为了使顶头顶端的变形量为2.5mm以下，优选使用穿孔效率停留在90％以下的顶头，为了实现上述目标，如上述图7所示，优选将用于形成电弧喷镀保护膜的铁线材中的W含量规定在10质量％以下。立足于实用性，更优选将上述W含量设在2～5质量％的范围内。

如上所述，明确了形成在顶头母材的表面上的利用电弧喷镀形成的保护膜的有效性，但在实际操作中，优选在再生该带电弧喷镀保护膜的顶头时也要考虑经济性。因此，使用电弧喷镀保护膜的厚度在顶头顶端部为800μm左右、在顶头主体部为400μm左右的试验用顶头，以与上述穿孔试验相同的条件实施了连续穿孔次数为1～10次的穿孔试验，调查了每次的顶头上的保护膜的磨损情况。另外，为了进行比较，对利用热处理在顶头表面上的从顶端部到主体部的整个区域形成厚度为300μm和500μm的氧化皮保护膜的顶头也进行了相同调查。

图9是示意性地表示带电弧喷镀保护膜顶头的顶端部及其附近部在穿孔10次后的状态的剖视图。图10是表示连续穿孔次数与残留在顶头主体部上的保护膜的厚度之间的相关性的图。

如图9所示，在带电弧喷镀保护膜的顶头中，当进行了10次穿孔后，虽然顶头顶端部的保护膜由于磨损、剥离而消失，但并未在主体部的保护膜上发现明显的磨损、剥离。另外，如图10所示，即使反复进行了达10次穿孔，带电弧喷镀保护膜的顶头中的主体部上的保护膜厚度也没有发生变化。另一方面，在带氧化皮保护膜的顶头中，随着穿孔次数的增加，不但顶端部而且主体部上的保护膜厚度也急剧变薄，如图10所示，经过了3、4次穿孔后，顶头主体部上的保护膜厚度减少到100μm左右，从而达到使用寿命。

根据上述情况可知，穿孔不会损坏带电弧喷镀保护膜顶头的主体部上的保护膜，因此不必对主体部实施再生处理，只对保护膜受损的顶端部实施再生处理可能就能够重新使用该顶头。

接下来，为了检验只对顶头顶端部实施再生处理是否能够重新使用该顶头，进行了下述试验。首先，以与上述试验相同的条件准备3个带电弧喷镀保护膜的试验用顶头，该顶头的电弧喷镀保护膜厚度在顶头顶端部为800μm左右、在顶头主体部为400μm左右，将连续穿孔次数设为5次而进行了预备穿孔。对进行了该预备穿孔的各顶头实施了下述表5所示的A、B以及C的再生处理，之后以与上述试验相同的条件对各顶头实施穿孔试验，根据由连续穿孔次数决定的顶头使用寿命进行了评价。

另外，为了进行比较，如下述表5中的D所示，对利用热处理在顶头的整个表面上形成有厚度为600μm的氧化皮保护膜的顶头，进行了相同的试验以及评价。上述试验结果如表5所示。

表5

如表5所示，再生处理A的顶头在进行了预备穿孔之后，对该顶头的整个表面实施喷丸处理从而将穿轧后残留的保护膜全部去除，并且利用电弧喷镀在整个表面上重新形成保护膜。再生处理B的顶头在进行了预备穿孔之后，不实施喷丸处理，而是利用电弧喷镀只在顶头的顶端部上重新形成保护膜。在该种再生处理B的顶头中，主体部上的保护膜处于在穿轧后未进行任何处理的状态。

再生处理C的顶头在进行了预备穿孔之后，只对该顶头的顶端部实施喷丸处理从而只将顶端部上的保护膜去除，并且利用电弧喷镀只在该顶端部上重新形成保护膜。在该种再生处理C的顶头中，主体部上的保护膜也处于在穿轧后未进行任何处理的状态。

如表5所示，在对顶头的整个表面实施了喷丸处理以及电弧喷镀的再生处理A的顶头中，连续穿孔次数为6次。另外，在只对顶头的顶端部进行了喷丸处理和电弧喷镀的再生处理C的顶头中，连续穿孔次数也为6次，能够获得与再生处理A的顶头相同的使用寿命。

另一方面，在不实施喷丸处理而是只对顶头的顶端部进行了电弧喷镀的再生处理B的顶头中，由于在再生处理中省略了喷丸处理，因此顶头顶端部上的保护膜的密合力下降，连续穿孔次数止于2次。另外，在带氧化皮保护膜的D的顶头中，连续穿孔次数只不过是3次。

根据上述结果可清楚得知，针对带电弧喷镀保护膜的顶头，在只对顶头的顶端部实施喷丸处理以及电弧喷镀而重新形成保护膜时，能够再生具有较长使用寿命的顶头。并且，在上述那样的局部的再生处理中，能够抑制喷丸处理所用的喷丸材料以及电弧喷镀所用的铁线材的消耗量，因此具有经济性优异的这一优点。因而，优选当在实际操作中再生带电弧喷镀保护膜的顶头时，只对顶头的顶端部实施喷丸处理以及电弧喷镀。

下面，对适用于再生本发明的穿轧用顶头的再生方法以及再生设备列进行如下说明。

图11是示意性地表示用于循环使用本发明的穿轧用顶头的再生设备列的整体结构的图。如图11所示，顶头再生设备列包括心轴交接装置20、顶头更换装置30、喷丸装置40和电弧喷镀装置50，由此形成一连串的顶头再生生产线。

与连续设置的满乃斯曼式制管设备中的穿轧机10靠近地配置心轴交接装置20，将安装有利用电弧喷镀来形成的带保护膜的顶头1的心轴2供给到穿轧机10中。这里的心轴交接装置20具有与穿轧机10相连的2条平行的生产线21、22。其中1条生产线21是用于自穿轧机10将在穿轧机10中被用于穿孔的穿轧后未进行任何处理的顶头1连同心轴2一起引出的引出生产线，另一条生产线22是用于将安装有再生后的顶头1的心轴2送出到穿轧机10中的送出生产线。

与心轴交接装置20的引出生产线21相邻地配置顶头更换装置30，自引出生产线21接收安装有穿轧后未进行任何处理的顶头1的心轴2，然后使所接收的心轴2的顶头1经过喷丸装置40以及电弧喷镀装置50从而将该顶头1更换成再生后的顶头1，之后再将安装有再生后的顶头1的更换后的心轴2供给到送出生产线22上。

利用喷射抛掷器（kicker）、传送带（conveyer）、机械手（manipulator）等在上述各装置之间输送心轴2。这里的顶头更换装置30能够自动更换顶头，根据后述的图12以及图13说明其具体的构造。

喷丸装置40是接收利用顶头更换装置30自心轴2卸下的穿轧后未进行任何处理的顶头1而对该顶头1的表面实施喷丸处理的装置。作为再生处理的第1阶段，对穿轧后未进行任何处理的顶头1实施喷丸处理，从而将残留在顶头表面上的保护膜去除。这里的喷丸装置40能够自动进行喷丸处理，根据后述的图14说明其具体的构造。

电弧喷镀装置50是接收利用喷丸装置40去除了保护膜的顶头1、然后利用铁线材对该顶头1的露出的表面进行电弧喷镀从而重新形成保护膜、将该再生后的顶头1供给到顶头更换装置30中的装置。作为再生处理的第2阶段，对实施了喷丸处理的顶头1实施电弧喷镀，从而在顶头的表面上重新形成保护膜，由此将该顶头再生为利用电弧喷镀形成的带保护膜的顶头。这里的电弧喷镀装置50能够自动进行电弧喷镀，根据后述的图15说明其具体的构造。

利用传送带等在顶头更换装置30与喷丸装置40之间、喷丸装置40与电弧喷镀装置50之间以及电弧喷镀装置50与顶头更换装置30之间输送顶头1。

图12是表示顶头更换装置的整体结构的侧视图。在安装有顶头1的心轴2的前方配置有顶头机械手31和顶头更换台32。顶头机械手31起到如下作用，即、将在顶头更换台32上被卸下的穿轧后未进行任何处理的顶头1输送到顶头更换装置30与喷丸装置40之间的传送带上，并且自电弧喷镀装置50与顶头更换装置30之间的传送带将再生后的顶头1输送到顶头更换台32上（参照上述图11）。

另一方面，在心轴2的下方配置有顶头更换辊35，该顶头更换辊35在心轴2的整个长度上能升降地支承该心轴2，并且能够使心轴2前进或后退地支承该心轴2。另外，在心轴2的后方配置有用于使心轴2前进或后退的顶头更换台车36，在该顶头更换台车36上配置有顶头推进器（plug pusher）37以执行顶头1的装卸操作，该顶头推进器37用于使设在心轴2内部的内杆（inner load）38移动。

图13是用于说明顶头更换装置中的顶头的装卸机构的一例的主要部分剖视图。该图表示将自引出生产线21接收的穿轧后未进行任何处理的顶头1卸下时的情况。如图13的（a）所示，在顶头更换台32上利用顶头限动构件（plug stopper）33定位安装有穿轧后未进行任何处理的顶头1的心轴2，将该心轴2配置在用于更换顶头的规定位置上。此时，顶头1被卡座（cassette）34支承在顶头更换台32上，顶头1在内部受到被内杆38顶起的销39的推压力而被固定在心轴2上。

然后，如图13的（b）所示，使顶头推进器37前进而使内杆38的锥形部自销39的位置脱离，从而作用在心轴2上的销39的推压力变小，形成能够卸下顶头1的状态。之后，如图13的（c）所示，使内杆38与顶头1内部的底面抵接，从而利用顶头限动构件33和内杆38来定位顶头1。

然后，如图13的（d）所示，使心轴2开始进行后退到由心轴2和内杆38决定的冲程末端（stroke end）的移动，之后如图13的（e）所示，使心轴2和内杆38一齐后退到后退位置。然后如图13的（f）所示，使内杆38进一步后退到不会推起销39的中间位置上，以准备进行接下来的顶头安装操作。到此，完成了穿轧后未进行任何处理的顶头1的拆卸操作。

通过以相反的次序进行上述图13的（a）～（f）能够将再生后的顶头1安装到心轴2上。

图14是表示喷丸装置的整体结构的侧视图。该喷丸装置配置有以铅垂轴线为中心旋转的喷丸旋转台41，在该喷丸旋转台41的中心竖立地载置有穿轧后未进行任何处理的顶头1。此时，开设在顶头1的后端面上的未图示的心轴插入孔与自喷丸旋转台41的中心突出的未图示的突起嵌合，从而定位该顶头1。另外，在喷丸旋转台41的周围设有利用压缩空气朝向顶头1喷出作为喷丸材料的钢球、氧化铝粒子等的喷射喷嘴42。在图14中，表示的是朝向顶头1的顶端部、主体部的前半部以及主体部的后半部（均整部）设有3个喷射喷嘴42的状态。

于是，一边使载置有顶头1的喷丸旋转台41旋转一边自喷射喷嘴42喷出喷丸材料，从而能够将喷丸材料高速地投射到顶头1的表面上，由此能够将残留在顶头1的表面上的保护膜全部去除。

这里，利用喷丸处理去除穿轧后残留的保护膜的时间基本上取决于喷射喷嘴42的设置数量，例如在设置1个喷射喷嘴42时，上述时间为2分钟左右，在设置2个喷射喷嘴42时，上述时间为设置1个喷射喷嘴42时的一半即1分钟左右，在设置3个喷射喷嘴42时，上述时间为设置1个喷射喷嘴42时的1/3（三分之一）即40秒左右足矣。

为了缩短喷丸处理所需要的时间，优选增加喷射喷嘴42的设置数量。另外，提高自各喷射喷嘴42喷出喷丸材料的喷出压力、或增加喷丸装置本身的设置台数也能够有效地缩短喷丸处理所需要的时间。

在图14所示的喷丸装置中，能够利用多关节输送机器人将顶头1安装在喷丸旋转台41上或自喷丸旋转台41卸下顶头1。

另外，在图14中，表示的是利用压缩空气投射喷丸材料的方式的喷丸装置，也可以使用利用旋转叶轮的离心力来投射喷丸材料的方式的装置。

图15是表示电弧喷镀装置的整体结构的侧视图。该电弧喷镀装置配置有以铅垂轴线为中心旋转的喷镀旋转台51，在该喷镀旋转台51的中心竖立地载置有喷丸处理后的顶头1。此时，顶头1的后端面上的心轴插入孔与自喷镀旋转台51的中心突出的未图示的突起嵌合，从而定位该顶头1。

另外，在喷镀旋转台51的周围设有喷镀喷嘴52，该喷镀喷嘴52利用压缩空气、氮气朝向顶头1喷出利用电弧熔化了的喷镀材料（在Fe系铁线材的情况下为Fe、在含有W的铁线材的情况下为Fe和W）。在图15中，表示的是朝向顶头1的顶端部、主体部的前半部以及主体部的后半部（均整部）设有3个喷镀喷嘴52的状态。

于是，一边使载置有顶头1的喷镀旋转台51旋转一边自喷镀喷嘴52喷出喷镀材料，从而能够将喷镀材料喷出到顶头1的表面上。此时，能够利用多关节臂适当移动喷镀喷嘴52，从而在顶头1的整个表面上重新形成由氧化物和Fe构成的保护膜。此外，喷镀喷嘴52还能够以一边喷出喷镀材料一边逐渐远离顶头1的方式分别移动。

在此，利用电弧喷镀形成保护膜的时间基本上取决于喷镀喷嘴52的设置数量，例如在设置1个喷镀喷嘴52时，上述时间为3分钟左右，在设置2个喷镀喷嘴52时，上述时间为设置1个喷镀喷嘴52时的一半即1.5分钟左右，在设置3个喷镀喷嘴52时，上述时间为设置1个喷镀喷嘴52时的1/3（三分之一）即1分钟左右足矣，与利用热处理形成氧化皮保护膜的时间相比，能够缩短处理时间。

为了缩短电弧喷镀所需要的时间，优选增加喷镀喷嘴52的设置数量。另外，增加电弧喷镀装置本身的设置台数也能够有效地缩短电弧喷镀所需要的时间。

在图15所示的电弧喷镀装置中，能够利用多关节输送机器人将顶头1安装在喷镀旋转台51上或自喷镀旋转台51卸下顶头1。

采用上述结构的顶头再生设备列，在再生顶头时，通过对顶头的表面实施喷丸处理而将残留的保护膜去除、之后利用铁线材对该顶头的露出的表面进行电弧喷镀，能够重新形成保护膜。

此时，为了再生顶头，虽然需要花费用于去除保护膜的喷丸处理的时间以及用于重新形成保护膜的电弧喷镀的时间，但是与利用热处理形成氧化皮保护膜的这一操作所需的时间相比，能够大幅缩短处理时间。

因此，能够在短时间内再生穿轧后未进行任何处理的顶头而将该顶头循环使用于穿轧，从而即使顶头的数量少，也能够充分确保穿轧机的制造效率。而且，电弧喷镀装置的结构简单，喷镀材料的线材廉价，因此能够以低成本进行再生。

另外，上述顶头再生设备列自连续的满乃斯曼式制管设备中的穿轧机、与供被轧制材料移动的轧制生产线分开地构成为在短时间内再生且更换顶头的自动化的顶头再生生产线。因此，采用上述顶头再生设备列，能够与无缝钢管的整体制造效率相对应地再生穿轧用顶头，从而循环使用该顶头。

另外，当采用在重新形成有保护膜的顶头的表面上层叠润滑剂的结构的情况下，在上述顶头再生设备列中，能够在电弧喷镀装置50与顶头更换装置30之间的顶头输送路径上配置润滑剂喷射装置。

图16是示意性地表示在配置润滑剂喷射装置的情况下的顶头再生设备列的整体结构的图。如图16所示，润滑剂喷射装置60是接收在电弧喷镀装置50中重新形成了保护膜的顶头1而在该顶头1的保护膜表面上层叠润滑剂、然后将该顶头1供给到顶头更换装置30中的装置。

图17是表示润滑剂喷射装置的整体结构的侧视图。润滑剂喷射装置60配置有以铅垂轴线为中心旋转的喷射旋转台61，在该喷射旋转台61的中心竖立地载置有电弧喷镀后的顶头1。此时，顶头1的后端面上的心轴插入孔与自喷射旋转台61的中心突出的未图示的突起嵌合，从而定位该顶头1。另外，在喷射旋转台61的周围设有利用压缩气体将润滑剂呈雾状喷向顶头1的喷射喷嘴62。在图17中，表示的是朝向顶头1的顶端部设有1个喷射喷嘴62的状态。

于是，一边使载置有顶头1的喷射旋转台61旋转一边自喷射喷嘴62喷射润滑剂，从而能够在顶头1的保护膜表面上层叠润滑剂。优选在润滑剂含有水分的情况下，在喷射后利用热风等使润滑剂干燥。

图18是示意性地表示在配置有润滑剂喷射装置时的顶头再生设备列的整体结构的另一例的图。在图18所示的顶头再生设备列中，在自心轴交接装置20向穿轧机10移动的送出生产线22上配置有润滑剂喷射装置60。在这种情况下，当在送出生产线22内输送安装了重新形成有保护膜的顶头1的心轴2的过程中能够利用润滑剂喷射装置60（图17的喷射喷嘴62）向与心轴2一体的顶头1上喷射润滑剂，从而在顶头1的保护膜表面上层叠润滑剂。

本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变更。例如，在上述说明中说明了再生以及循环使用穿轧后未进行任何处理的顶头，但同样也可以将新制作的顶头循环使用于穿轧。此外，喷镀方法也不限定于电弧喷镀，还可以采用熔线式火焰喷镀。

另外，在上述实施方式中，在循环使用穿轧用顶头的再生设备列中，形成为自心轴卸下顶头然后对单个顶头实施喷丸处理、电弧喷镀、且依据情况的不同还实施润滑剂喷雾处理这样的心轴的再生处理的结构，但是也可以形成为不将顶头自心轴卸下而对与心轴一体的顶头进行再生处理的结构。

工业实用性

采用本发明的穿轧用顶头，由于形成在顶头表面上的保护膜由氧化物和Fe构成，因此具有优异的隔热性以及防烧结性，并且能够提高顶头的使用寿命，而且由于利用电弧喷镀形成保护膜，因此能够以低成本且在短时间内制作以及再生该穿轧用顶头。

另外，采用本发明的穿轧用顶头的再生方法，通过使穿轧后未进行任何处理的顶头依次经历喷丸处理以及电弧喷镀，能够在顶头表面上重新形成由氧化物和Fe构成的保护膜，因此能够以低成本且在短时间内再生顶头。

此外，采用本发明的穿轧用顶头的再生设备列，能够构成在短时间内再生并更换顶头的自动化的一连串的用于循环使用顶头的再生生产线，从而能够不影响无缝钢管的整体制造效率而在生产线上再生顶头。由此，对制造高合金钢的无缝钢管是极其有用的。

Claims (7)

1.一种穿轧用顶头的制造方法，该穿轧用顶头能够循环使用在用于制造无缝钢管的穿轧机中，其特征在于，该穿轧用顶头的制造方法包括以下步骤：

对上述穿轧用顶头的表面实施喷丸处理；以及

对实施了喷丸处理的上述穿轧用顶头的表面，一边使喷镀喷嘴逐渐远离该穿轧用顶头的表面一边利用铁线材对该穿轧用顶头的表面进行电弧喷镀，从而形成由氧化物和Fe构成并且氧化物所占的区域的比率在表层侧比母材侧高、与母材的相邻部为40％以下且在表层部为55～80％的保护膜。

2.根据权利要求1所述的穿轧用顶头的制造方法，其特征在于，

该穿轧用顶头为炮弹形状，上述保护膜的厚度在顶端部比主体部厚。

3.根据权利要求1或2所述的穿轧用顶头的制造方法，其特征在于，

该穿轧用顶头的制造方法包括在上述保护膜的表面上层叠润滑剂的步骤。

4.根据权利要求1或2所述的穿轧用顶头的制造方法，其特征在于，

上述铁线材含有W。

5.根据权利要求3所述的穿轧用顶头的制造方法，其特征在于，

上述铁线材含有W。

6.一种穿轧用顶头的再生方法，其用于循环使用权利要求1～5中任一项所述的穿轧用顶头，其特征在于，该穿轧用顶头的再生方法包括以下步骤：

对上述穿轧用顶头的表面实施喷丸处理而将穿轧后残留的保护膜去除；以及

对去除了穿轧后残留的保护膜的上述穿轧用顶头的表面，一边使喷镀喷嘴逐渐远离该穿轧用顶头的表面一边利用铁线材对该穿轧用顶头的表面进行电弧喷镀，从而形成由氧化物和Fe构成并且氧化物所占的区域的比率在表层侧比母材侧高、与母材的相邻部为40％以下且在表层部为55～80％的保护膜。

7.根据权利要求6所述的穿轧用顶头的再生方法，其特征在于，

上述穿轧用顶头为炮弹形状，只在该炮弹形状的上述穿轧用顶头的顶端部进行利用上述喷丸处理去除上述保护膜的操作以及利用上述电弧喷镀形成上述保护膜的操作。