JP2000042608A - 継ぎ目無し鋼管穿孔用プラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 継ぎ目無し鋼管製造工程の中の穿孔工程にお
ける、被穿孔材の内面品質改善ならびにプラグ寿命向上
のための継ぎ目無し鋼管穿孔用プラグを提供する。 【解決手段】 直径が先端から後端に向かって漸増する
先端部と、直径が一定の後端部、および先端部と後端部
とを直径が先端部から後端部へ漸次変化して接続する接
続部を有し、さらに先端部に下記形状の潤滑剤を保持す
るための空洞を設けた継ぎ目無し鋼管用プラグにおい
て、プラグ先端部から後端部へ漸次変化する部分に先端
空洞穴に対して同心円状に、プラグ表面部に巾および深
さが０．１ｍｍ〜３．０ｍｍ、ピッチが下記範囲のＶ形
状あるいは逆台形状の溝を加工したのち、熱処理による
表層スケール処理あるいは硼化処理を施したことを特徴
とする継ぎ目無し鋼管用プラグ。 空洞の径ｄ：０．１０＜ｄ／Ｄ＜０．７５ 空洞の深さｈ：０．０５＜ｈ／Ｄ 表面溝加工ピッチｐ：０．００２≦ｐ／Ｄ＜０．１ （ここで、Ｄ：プラグ後端部の直径）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、継ぎ目無し鋼管製
造工程の中の穿孔工程における、被穿孔材内面品質の改
善およびプラグ寿命向上のためのプラグ改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】継ぎ目無し鋼管製造工程の中の穿孔方法
は、日本鉄鋼協会編「第３版鉄鋼便覧ＩＩＩ（２）分
冊」の９２１頁に記述されているマンネスマン穿孔法
と、同書の９４０頁に記述されているプレスロール穿孔
法の２つの方法に大別される。マンネスマン穿孔法で
は、穿孔中のプラグは回転しながら周方向のせん断変形
を受ける。これに対して、プレスロール穿孔法は押し込
み穿孔であり、穿孔中のプラグは回転することなく、主
として圧縮変形を受ける。

【０００３】両穿孔法において使用されるプラグの形状
は、一般的に軸対称形状をなしており、さらに、特開昭
５５−４８１４２号公報に述べられているように、図７
に示されるような、プラグ１の対称軸６を含む平面での
プラグ断面において、主として穿孔を行うプラグ１の先
端から後端にかけてプラグの直径が漸増する略円弧状の
先端部Ａ、穿孔の最終段階で被穿孔材の内面の平滑化の
ために磨管を行う直径が穿孔後の円筒状の被圧延材の内
面の直径と同一かつ一定の後端部Ｂ、および先端部Ａと
後端部Ｂとを滑らかに接続する略円弧状の接続部Ｙとで
構成される。

【０００４】図８は、プレスロール穿孔装置の概要をロ
ールの圧下方向に平行かつパスラインを含む平面内で示
した断面図である。図８のプレスロール穿孔法を例に、
穿孔工程におけるプラグの機能を説明する。被穿孔材５
は、その軸方向の一方からプッシャー８で圧され、上下
ロール７により挟圧されるとともに、他方からマンドレ
ルバー８の先端に装着されたプラグ１が圧入される。こ
の際、プラグ形状に応じて被穿孔材内部に空孔が形成さ
れることにより、中実の被穿孔材が中空材に穿孔され
る。

【０００５】プラグの材質としては、一般に、前述の日
本鉄鋼協会編、「第３版鉄鋼便覧ＩＩＩ（２）分冊」の
９３５頁に記述されているような数％のＣｒ、Ｎｉを含
有する低合金鋼を、鋳造、さらに必要に応じて鍛造、機
械加工し、所定の形状とした後、炉中で９００〜１２０
０℃の温度で数時間熱処理を行い、その表面に断熱およ
び潤滑効果を有する酸化スケール付けを行った上で使用
する。さらに、熱処理中に蒸気を導入し短時間での酸化
スケール生成、スケール量の増加が図られ、通常１００
〜３００μｍのスケールが生成する。

【０００６】プレスロール穿孔法では、穿孔中のプラグ
先端にデッドメタルが形成され、プラグを保護しながら
穿孔が行われることにより、マンネスマン穿孔法よりも
プラグ寿命は良好とされている。

【０００７】しかしながら、近年生産量が増加してい
る、１３Ｃｒ鋼やステンレス鋼等の高合金鋼を穿孔する
場合は、炭素鋼と比較して、穿孔負荷が高いこと、摩擦
係数が高いこと、被穿孔材からプラグへのスケールの移
着がほとんどないためプラグ表面の酸化スケールの消耗
が著しいこと、穿孔材中にプラグ素材にも含有されるＣ
ｒが含まれるため、被穿孔材とプラグとの焼き付きが生
じやすいこと等から、プラグが早期に損傷し、製品内面
疵の原因となる。

【０００８】図９は、プラグの損傷形態の説明図であ
る。プラグの損傷は、図９に示すプラグ先端部の溶損６
や、接続部から後端部に生じるプラグと被穿孔材との焼
付きによりプラグ表面がえぐられたような形態を示す凹
み疵１１に大別される。穿孔工程で発生した内面疵は、
後工程での疵の助長につながるため、製品内面品質を良
好に保つためには、プラグに損傷が生じる前に、プラグ
を交換する必要がある。

【０００９】以上のように、高合金鋼を穿孔する場合
は、炭素鋼を穿孔する場合と比較して、プラグ寿命が著
しく低下するため、製造コスト増やプラグ交換のための
圧延作業停止による生産能率低下等の問題が生じ、プラ
グ損傷抑制による被穿孔材の内面疵発生の防止や、プラ
グ寿命の改善が望まれている。

【００１０】プラグの損傷を防止するためには、プラグ
潤滑の適用が有効であるが、中実素材を中空素材に加工
する穿孔工程においては、穿孔中のプラグ表面に潤滑剤
を供給することは難しい。このような問題に対し、特開
平２−２８４７０８号公報では、砲弾型のプラグ先端を
欠除させ、その欠除部に対応する形状の潤滑剤を装着し
てプラグを形成し、このプラグを用いて穿孔することに
よって、穿孔中のプラグ表面に安定して潤滑剤を供給す
る方法が開示されている。

【００１１】しかしながら、この場合、潤滑剤はプラグ
先端の欠除部に対応した形状となっていることから、潤
滑剤自体もプラグの一部として穿孔に寄与することとな
るが、潤滑剤が消耗し、消失するため、穿孔中にプラグ
形状が変化することとなり、穿孔途中の荷重変動などが
生じ、穿孔が不安定になり、潤滑剤を装着したプラグは
プラグとしての機能を有しなくなる。これを防止するた
めに、高硬度の潤滑剤を用いる場合は、穿孔中のプラグ
表面への潤滑剤供給が不十分となることが懸念される。
また、潤滑剤はプラグ先端に汎用の接着剤を用いて装着
するとあるが、実操業においてプラグは穿孔中には数百
℃から表面近傍は１０００℃もしくはそれ以上の温度に
上昇し、穿孔１本終了毎に水冷により数十℃にまで冷却
される。また、穿孔中のプラグ先端には高温化で数百Ｍ
Ｐａ程度の高負荷が加わる。このような昇温・降温の繰
り返しや高温化での高負荷の中で、接着剤により安定し
た接着強度を維持することは実用上困難であると考えら
れる。

【００１２】このような問題は、穿孔１本毎にオフライ
ンで潤滑剤をプラグ先端に接着すれば回避できるが、そ
の場合は、穿孔１本毎にプラグを脱着する作業が必要と
なり、生産能率低下の問題は回避できない。

【００１３】特開平１−２８９５０４号公報では、プラ
グ先端部を特定量のニオブを含有するニオブ合金で構成
する方法が開示されているが、この方法ではプラグ先端
部の溶損は防止できるものの、通常のプラグ材質で構成
される接続部から後端部ではプラグと被穿孔材との焼付
きによる凹み疵を防止することはできない。

【００１４】実開昭６０−７１４０２号公報において
は、プラグ先端内部にプラグ保護膜発生液を溜めるため
の空洞部と、プラグ先端表面に開口し且つ空洞部に連通
する細連通孔とからなるプラグ保護膜発生部をプラグ先
端に設けた穿孔用プラグが開示されている。この方法で
は、細連通孔は、プラグの一部として穿孔機能をあわせ
もつことから、穿孔中の高負荷によって細連通孔が変形
し閉塞した場合，保護膜発生液の流出が不可能となるこ
と、また１本の穿孔終了後、次材の穿孔前に保護膜発生
液を空洞部に供給することが難しいことが考えられる。
また、この方法では適用可能な潤滑剤は液状のものに限
定され、特に、一般に継ぎ目無し鋼管の穿孔や圧延用プ
ラグの熱間潤滑剤として用いられる、黒鉛や酸化鉄ある
いはガラスのような室温では固体状の潤滑剤を用いるこ
とはできない。さらに、細連通孔が閉塞した場合、オン
ライン上で細連通孔の部分を交換することは困難であ
り、プラグ表面は健全であっても細連通孔の部分を交換
するためにプラグをラインオフすることが必要となり、
生産性を低下させることとなる。

【００１５】また該公報第５図には、保護膜発生部を含
油焼結合金またはセラミックスからなる充填プラグで構
成させた場合について例示されている。保護膜発生部を
含油焼結合金で充填した場合は、焼結合金内に含有され
る油脂が潤滑剤の機能を有すると考えられるが、この場
合は保護膜発生液の場合と同様にプラグ潤滑剤として一
般に用いられる黒鉛等の固体潤滑剤を用いることが不可
能となる。

【００１６】また、含油焼結金属を充填した場合は、充
填物の潤滑性能が消費され交換が必要となった場合、充
填物の残部を除去し、含油焼結金属を再度充填すること
が必要となるが、穿孔中の高負荷によって充填物が変形
し、充填物の残部が容易に除去できなくなることが予想
される。この場合も、前述の細連通孔の交換の場合と同
様に、プラグ表面は健全であっても充填物である含油焼
結金属の部分を交換するためにプラグをラインオフする
ことが必要となり、生産性を低下させることとなる。

【００１７】また、セラミックスを充填した場合は、含
油焼結金属を充填した場合と同様に充填物の潤滑性能が
消費された場合の交換の問題がある他に、セラミックス
は脆弱であるために、穿孔中に破損し、その破片がプラ
グと被圧延材との間で挟圧され、プラグ表面および被穿
孔材内面の疵の原因となることが懸念される。

【００１８】

【発明が改善しようとする課題】本発明は、継ぎ目無し
鋼管製造工程の中の穿孔工程における、被加工材の内面
品質ならびにプラグ寿命向上のための、継ぎ目無し鋼管
穿孔用プラグを提供しようとするものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、直径が先端か
ら後端に向かって漸増する先端部と、直径が一定の後端
部、および先端部と後端部とを直径が先端部から後端部
へ漸次変化して接続する接続部を有する継ぎ目無し鋼管
のプレスロール穿孔用プラグにおいて、先端部に下記の
形状の潤滑剤を保持するための空洞を有する継ぎ目無し
鋼管穿孔用プラグであって、プラグ先端部から後端部へ
漸次変化する部分に先端空洞穴に対して同心円状に、プ
ラグ表面部に巾および深さが０．１ｍｍ〜３．０ｍｍ、
ピッチのプラグ後端部の直径に対する比が０．００２以
上、０．１未満のＶ形状あるいは逆台形状の溝を有する
ことを特徴とする継ぎ目無し鋼管用プラグである。ま
た、前記の溝を加工したのち、熱処理による表層スケー
ル処理あるいは硼化処理を施したことを特徴とする継ぎ
目無し鋼管用プラグである。

【００２０】 空洞の径ｄ ０．１０＜ｄ／Ｄ＜０．７５ 空洞の深さｈ ０．０５＜ｈ／Ｄ ここで、Ｄ：プラグ後端部の直径 これによって、穿孔中を通じてプラグ表面に潤滑剤を安
定供給することが可能となり、溶損や凹み疵等のプラグ
損傷を防止し、高合金鋼の穿孔における被穿孔材の内面
品質改善ならびにプラグ寿命向上が可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に、図を用いて本発明を詳細
に説明する。

【００２２】本発明者らは、プラグ先端に空洞を１個設
け、潤滑剤を充填して穿孔することにより、プラグ寿命
を向上可能なことを既に特許出願しているが、さらに，
穿孔中を通じて安定に潤滑剤を供給する方法を検討し、
プラグ先端部に潤滑を保持しながら、徐々に潤滑効果を
引き出す方法として、先端の空洞穴に対して同心円状の
溝加工を施す方法を発明した。

【００２３】図１に本発明のプラグの（ａ）は正面図、
（ｂ）は（ａ）のＭ−Ｍ側断面図を、図２に穿孔中のプ
ラグ先端の空洞からプラグ表面に潤滑剤が供給される機
構を示す側断面図を示した。

【００２４】穿孔中、プラグ１が被穿孔材５に押し込ま
れることにより、プラグ１先端の空洞２には被穿孔材５
が侵入する。このとき、潤滑剤４が被穿孔材５の侵入に
伴い空洞２の外に排出され、プラグ１表面に沿ってプラ
グ１と被穿孔材５との間に流入することにより、プラグ
寿命が向上する。このとき、プラグ先端の空洞穴から漸
次径が大きくなる部分に溝加工を施すことにより、潤滑
穴から排出された潤滑剤が溝に保持されかつ穿孔の進行
に従い、徐々に排出され、穿孔中を通じて常に潤滑剤を
供給可能な状態にすることができる。

【００２５】表面溝加工の巾および深さとしては、０．
１ｍｍ〜３．０ｍｍが必要である。巾を小さく、深さを
極端に大きくしても出口の巾が小さいと先端に充填の潤
滑剤を溝中に保持できないため、通常、表面溝の深さは
巾に対して同程度量以下が望ましい。０．１ｍｍより小
さいと加工後の熱処理によるスケール厚が１００μｍ以
上生成するため潤滑保持効果を期待できない。一方、幅
および深さが３．０ｍｍを越えるとメタルフローのスム
ーズな進行に悪影響し、穿孔中、プラグを支持するマン
ドレルバーにかかる力が増加するため好ましくない。

【００２６】表面加工溝のプラグ長手方向の加工ピッチ
ｐはピッチが短いほど潤滑保持効果を発揮する。プラグ
径Ｄが約４９ｍｍφのモデルミルプラグで各種ピッチで
加工を施し必要ピッチを調査したところ、ピッチが５．
０ｍｍ以下であれば溝と溝の間での損傷を潤滑剤の保持
と適量の漏出により防止できることが明らかとなった。
プラグ径が大きくなった場合を考慮すれば、ｐ／Ｄが
０．００２以上、０．１未満となるピッチが必要であ
る。溝加工の範囲は、プラグ先端の空洞端部からプラグ
の平行部の間の漸次径が変化する部分（図１におけるＡ
部およびＹ部）の先端側の少なくとも１／４以上の長さ
に適用する。

【００２７】これより少ない場合には急激にメタルフロ
ーが変化する部分をカバーできなくなり、十分な潤滑保
持効果を期待できなくなる。この場合、ピッチが大きく
なるとより潤滑保持効果が必要になり、溝加工の巾、深
さを十分に取ることが重要である。

【００２８】以上、加工後スケール処理する場合につい
て、述べてきたが、表面に硼化物を析出させる硼化処理
においてもスケール処理と同様な効果を期待できる。は
「熱処理」３０巻６号Ｐ３１５〜３１９にあるように種
々の方法があるが、一般には粉末ボロン法で処理され、
プラグ材である３％Ｃｒ−１％Ｎｉ低合金鋼では、一般
的な硼化処理によりＣｒ硼化物が約〜１５０μｍ生成す
る。

【００２９】また、本発明は、図５に示すような潤滑剤
を充填するための空洞２の先端の開口部にテーパを有す
るプラグあるいは、図６に示すようなプラグ先端の空洞
部が先端に向かって径が漸増する円錐台形状を有するプ
ラグ、図１０に示すような空洞２を設けたプラグ先端部
のプラグ対称軸を含む平面内での断面形状が空洞２とプ
ラグ表面とを接続する略円弧形状であるプラグについも
適用可能である。

【００３０】また、当発明のプラグは穿孔使用に先立
ち、予め溝加工部分にも潤滑剤を塗布してもよい。

【００３１】

【実施例】（実施例１）図１に示した、先端に空洞を有
する３％Ｃｒ−１％Ｎｉ低合金鋼プラグを製作し、表１
に示す溝加工を図１の先端側よりＡ＋Ｙの２／３の部分
に施し、そのままあるいは熱処理により表面にスケール
付けあるいは硼化処理を施した上で、空洞に潤滑剤を充
填し、以下の条件でＳＵＳ３０４鋼の穿孔を行った。

【００３２】表１に潤滑剤、空洞形状および穿孔結果を
示す。なお、寿命評価は先端空洞形状が円筒形状の場合
を１．０として比較した。プラグを支持するマンドレル
にかかる力についても先端空洞形状が円筒形状の場合を
１．０として比較した。マンドレルにかかる力について
は、溝加工無しに比べて２割以上大きくなる場合は不可
とした。

【００３３】実施の条件は以下の通りである。 穿孔素材：寸法 ８０ｍｍ×８０ｍｍ×１０００ｍｍ 穿孔素材加熱温度：１２００℃ ロール孔型径：φ９６．０ プラグ径（後端部のプラグ直径）：４９．０ｍｍ プラグ材質：３％Ｃｒ−１％Ｎｉ合金（スケール処理材、硼化処理材） 表面熱処理：スケール処理材〜９５０℃×３時間（水蒸気中） 硼化処理材〜９５０℃×５時間（ボロン粉末中） 先端空洞形状：円筒形状〜ｄ／Ｄ＝０．２，ｈ／Ｄ＝０．３ 先端テーパ付き〜ｄｏ／Ｄ＝０．３，ｄ／Ｄ＝０．２， ｈ／Ｄ＝０．３，θ＝４５゜ 先端円錐台形状〜ｄｏ／Ｄ＝０．３，ｄ／Ｄ＝０．２， ｈ／Ｄ＝０．３ 先端略円弧形状〜ｄ／Ｄ＝０．２，ｈ／Ｄ＝０．３ 潤滑剤：黒鉛４０％＋グリース６０％

【００３４】

【表１】 表１より、先端空洞潤滑時に比べて、さらに本発明によ
るプラグを適用した場合、高合金鋼を穿孔した際の、プ
ラグ損傷が防止され、寿命が２〜３割向上するとともに
被穿孔材の内面品質の改善やプラグ寿命の向上が期待で
きる。

【００３５】

【発明の効果】本発明により、継ぎ目無し鋼管製造工程
の中の穿孔工程における高合金鋼の穿孔でのプラグの溶
損や凹み疵等のプラグ損傷を防止することにより、被穿
孔材の内面品質改善やプラグ寿命向上が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の、プラグを示す図で、（ａ）は正面
図、（ｂ）はそのＭ−Ｍ断面図である。

【図２】本発明における穿孔中のプラグ先端の空洞から
プラグ表面に潤滑剤が供給される機構を示す概念図で、
（ａ）は被穿孔材と接触する前のプラグと潤滑剤充填の
状態を、（ｂ）は被穿孔材と接触中のプラグと潤滑剤の
状態を示す断面図である。

【図３】本発明における溝加工時の形状を示すプラグ表
層断面の模式図で、（ａ）はＶ形状、（ｂ）は逆台形形
状、（Ｃ）は円弧状形状を示す模式図である。図の左側
がプラグ先端側に相当する。

【図４】本発明による溝加工時の形状で潤滑剤の流出を
積極ならしめる場合の形状例を示すプラグ表層断面の模
式図であり、（ａ）がＶ形状で出側（図中右側）の傾斜
が緩やかな例、（ｂ）が逆台形形状で出側の傾斜が緩や
かな場合の例を示す模式図である。

【図５】先端の空洞の開口部がテーパを有するプラグを
説明する図で、（ａ）は正面図、（ｂ）はそのＭ−Ｍ断
面図である。

【図６】先端の空洞が円錐台形状であるプラグを説明す
る図で、（ａ）は正面図、（ｂ）はそのＮ−Ｎ断面図で
ある。

【図７】継ぎ目無し鋼管の穿孔において用いられるプラ
グ形状を説明する図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面
図である。

【図８】プレスロール穿孔装置の概要を説明する断面図
である。

【図９】プラグ損傷を説明する概念図である。

【図１０】プラグの対称軸を含む平面内におけるプラグ
先端部の断面形状が、プラグ先端部の空洞とプラグ表面
とを滑らかに接続する連続する略円弧形状であるプラグ
を示す図で、（ａ）はその正面図、（ｂ）はそのＮ−Ｎ
断面図である。

【符号の説明】

１ プラグ ２ プラグ先端の空洞 ３ 溝加工部 ４ 潤滑剤 ５ 被穿孔材 ６ プラグの対称軸 ７ ロール ８ マンドレルバー ９ プッシャー ｄ プラグ先端の空洞の径 ｈ プラグ先端の空洞の深さ ｋ プラグ先端の空洞への被穿孔材の食い込み深さ ｄｏ 開口部がテーパを有するプラグ先端の空洞の最大
径 θ 開口部がテーパを有するプラグ先端の空洞のテーパ
角度 Ａ プラグの先端部 Ｙ プラグの接続部 Ｂ プラグの後端部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直径が先端から後端に向かって漸増する
   先端部と、直径が一定の後端部、および先端部と後端部
   とを直径が先端部から後端部へ漸次変化して接続する接
   続部を有し、さらに先端部に下記形状の潤滑剤を保持す
   るための空洞を設けた継ぎ目無し鋼管用プラグにおい
   て、プラグ先端部から後端部へ漸次変化する部分のプラ
   グ表面部に先端空洞穴に対して同心円状に、巾および深
   さが０．１ｍｍ〜３．０ｍｍ、ピッチのプラグ後端部の
   直径に対する比が０．００２以上、０．１未満のＶ形状
   あるいは逆台形状の溝を有することを特徴とする継ぎ目
   無し鋼管用プラグ。 空洞の径ｄ ０．１０＜ｄ／Ｄ＜０．７５ 空洞の深さｈ ０．０５＜ｈ／Ｄ ここで、Ｄ：プラグ後端部の直径
2. 【請求項２】 直径が先端から後端に向かって漸増する
   先端部と、直径が一定の後端部、および先端部と後端部
   とを直径が先端部から後端部へ漸次変化して接続する接
   続部を有し、さらに先端部に下記形状の潤滑剤を保持す
   るための空洞を設けた継ぎ目無し鋼管用プラグにおい
   て、プラグ先端部から後端部へ漸次変化する部分のプラ
   グ表面部に先端空洞穴に対して同心円状に、巾および深
   さが０．１ｍｍ〜３．０ｍｍ、ピッチのプラグ後端部の
   直径に対する比が０．００２以上、０．１未満のＶ形状
   あるいは逆台形状の溝を加工したのち、熱処理による表
   層スケール処理あるいは硼化処理を施したことを特徴と
   する継ぎ目無し鋼管用プラグ。 空洞の径ｄ ０．１０＜ｄ／Ｄ＜０．７５ 空洞の深さｈ ０．０５＜ｈ／Ｄ ここで、Ｄ：プラグ後端部の直径