JP4798220B2 - 継目無管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、継目無管の製造方法に関し、さらに詳しくは、穿孔機を用いてビレットを穿孔圧延して継目無管にする継目無管の製造方法に関する。

継目無管は一般的に、中実の丸ビレットを穿孔機で穿孔圧延することにより製造される。穿孔機は、その入側にパスラインに沿って配設されるプッシャと、その出側にパスラインに沿って配設されるプラグと、プラグを挟んで対向して配設される複数の傾斜ロールとを備える。

まず、加熱炉で過熱されたビレットは、パスライン上に配置される。次に、ビレットの後端がプッシャで押され、複数の傾斜ロールの間に向かってパスラインに沿って搬送される。要するに、プッシャはビレットを搬送する役割を有する。ビレットが複数の傾斜ロールに噛み込まれたとき、プッシャは動作を停止する。複数の傾斜ロールに噛み込まれたビレットは、螺旋状に前進しながら穿孔圧延され、中空素管になる。

上述の穿孔圧延では、回転鍛造効果及び付加的なせん断変形により、穿孔圧延後の中空素管の内面に葉状、ひれ状又はラップ状の疵（以下、内面に発生するこれらの疵を内面疵という）が発生するという問題がある。そのため、従来から、内面疵の発生を抑制するための対策が検討されている。

穿孔圧延において内面疵の発生を抑制する方法が、特開２０００−２４６３１１号公報（以下、特許文献１という）、特開２００１−１６２３０６号公報（以下、特許文献２という）及び特許第３５０３５５２号公報（以下、特許文献３という）に開示されている。これらの文献では、従来よりも小さい圧下率でビレットを穿孔圧延することにより、内面疵の発生を抑制するとしている。小さい圧下率で穿孔圧延すれば、ビレットの傾斜ロールへの噛み込みが不安定になるが、これらの文献では、噛み込みが不安定になった場合、プッシャでビレットを後方から押すことにより、噛み込み不良を防止するとしている。要するに、これらの文献では、圧下率を小さくすることにより発生し得るビレットの噛み込み不良を改善するために、プッシャを利用している。

具体的には、図７（特許文献１の図４及び特許文献２の図４（ｃ）に相当）に示すように、時刻ｔ１でビレットが傾斜ロール及びプラグと接触したとき、図中実線で示されたロール荷重（傾斜ロールの圧延方向に掛かる荷重）と、図中破線で示されたプラグ荷重（プラグのスラスト荷重）が増大する。しかしながら、ビレットの噛み込みが不安定であるため、時刻ｔ１〜ｔ３においてロール荷重及びプラグ荷重が低下している。すなわち、この期間は噛み込み不良が生じ、ビレットがスリップしている状態となっている。ビレットの噛み込みが不安定であるため、時刻ｔ３において、プッシャでビレットを後方から押す。これにより、ビレットが傾斜ロールに噛み込まれ、ロール荷重及びプラグ荷重が増大する。噛み込みが安定した時刻ｔ６にて、プッシャによりビレットを押すのを終了する。ビレットは既に傾斜ロールに安定して噛み込まれているため、その後徐々にロール荷重及びプラグ荷重が増大し、時刻ｔ７及びｔ８以降で、ロール荷重及びプラグ荷重はほぼ一定となり、穿孔圧延が定常状態となる。これらの文献では、プッシャの移動速度を、穿孔圧延が定常状態であるときのビレットの圧延方向速度未満にするとしている。プッシャの利用は噛み込み不良を改善するためであり、噛み込み不良によりビレットの前進効率が低いとき、つまり、噛み込み不良によりビレットの進行速度が低下又は停滞しているときに、プッシャによりビレットを押せば足りるからである。

このような穿孔圧延方法では、図８（特許文献１の図５に相当）に示すように、ビレットの圧延方向速度は、噛み込み開始時からプッシャが押し込みを開始する時刻ｔ３までの間、ほとんど上昇せず、時刻ｔ３でプッシャがビレットの押し込みを開始してから、徐々に上昇する。そして、プッシャの押し込みによりビレットが安定して噛み込まれたら、ビレットはプッシャから離れ、圧延方向速度は上昇する。そして、穿孔圧延が定常状態に至った後、圧延方向速度は一定となる。

しかしながら、これらの文献に開示された方法によりビレットを穿孔圧延して中空素管にしても、中空素管の中央部分と比較して、中空素管の先端部分で、内面疵がより多く発生するという問題が生じる。内面疵が発生した先端部分を切断装置により切り捨てれば、継目無管に残存する内面疵を減らすことができるが、切り捨てた分だけ歩留りが低下する。したがって、内面疵が発生した先端部分を切り捨てるのではなく、先端部分の内面疵の発生自体を抑制できる方が好ましい。

本発明の目的は、穿孔圧延後の中空素管先端部の内面疵の発生を抑制できる継目無管の製造方法を提供することである。

本発明者らは、中空素管の中央部分よりも先端部分で内面疵が多発する原因を検討するため、穿孔圧延時のビレットの進行速度（圧延方向速度）及び穿孔圧延時のビレットの周方向への回転速度を測定した。

試験材として、外径７０ｍｍ、Ｓ４５Ｃの中実丸ビレットを準備した。準備したビレットを１２００℃に加熱後、穿孔機により加熱されたビレットを穿孔圧延した。具体的には、傾斜ロールの傾斜角度を１０°、傾斜ロールのゴージ部のロール間隔を６１ｍｍ、傾斜ロールのゴージ部からプラグ先端までの軸方向距離であるプラグ先進量を３８ｍｍとしてビレットを穿孔圧延し、外径７５ｍｍ、肉厚６ｍｍの中空素管にした。このとき、プッシャによるビレットの押し込みは行わなかった。

穿孔圧延中のビレットの進行速度は、以下の方法で測定した。穿孔機の入側にパスラインに沿って目盛り板を設置した。穿孔圧延中、目盛り板によりビレット後端の単位時間当たりの移動距離が分かるように、ビレット後端と目盛板とをビデオカメラで撮影した。撮影された画像データに基づいて、ビレットの進行速度を算出した。

一方、穿孔圧延中のビレットの回転速度は、以下の方法で測定した。ビレット後端面の外周縁近傍に、マークとなるピンを付け、穿孔圧延中のビレット後端面におけるピンの移動をビデオカメラで撮影した。撮影された画像データに基づいて、単位時間当たりのピンの周方向への移動量を求め、ビレットの回転速度を算出した。

ビレットの進行速度の測定結果を図１に示す。横軸は、ビレットが傾斜ロールに接触した位置（噛み込み位置）からのビレットの移動距離（ｍｍ）を示す。また、縦軸は、ビレットの進行速度比を示す。進行速度比とは、穿孔圧延が定常状態であるときのビレット進行速度の平均値に対する、各移動距離でのビレット進行速度の比である。図１に示す通り、ビレット進行速度は、ビレットが傾斜ロールに接触し（ＬＥ０）、噛み込まれるにしたがい急速に低下した。そして、ビレット先端がプラグ先端に接触して穿孔され始めた距離ＬＥ１でビレット進行速度が最も低くなった。その後、ビレットが安定して噛み込まれ（つまり、ビレットがスリップすることなく進行して）、徐々に穿孔されるに従い、進行速度も徐々に増加した。そして、穿孔圧延が定常状態となった距離ＬＥ２で進行速度がほぼ一定となった。つまり、図８と同様に、傾斜ロールに噛み込まれプラグにより穿孔され始めてから定常状態に至るまでのビレットの進行速度は、定常状態での進行速度よりも低かった。

一方、ビレットの回転速度は、ビレットが傾斜ロールに接触してから、穿孔圧延が定常状態に至り、穿孔圧延が終了するまでほぼ同じであった。

以上の調査結果より、本発明者らは、次に示す知見を得た。ビレットが傾斜ロールに噛み込まれてプラグにより穿孔され始めてから穿孔圧延が定常状態に至るまでの間、つまり、図１中の距離ＬＥ１から距離ＬＥ２までの間、ビレットの進行速度は、定常状態（図１中の距離ＬＥ２以降）での進行速度よりも低い。一方、ビレット回転速度は、穿孔圧延中ほぼ一定である。そのため、ビレットの進行方向への単位移動量当たりの回転鍛造回数は、ＬＥ１〜ＬＥ２間の方がＬＥ２以降（定常状態）よりも多くなる。ビレット先端部は、ＬＥ１〜ＬＥ２の間で穿孔されるため、定常状態で穿孔されるビレット中央部及び後端部よりも、回転鍛造効果がより顕著に作用する。その結果、穿孔されたビレット先端部に相当する中空素管先端部で内面疵が多発する。

以上の知見より、本発明者らは、中空素管先端部の内面疵の発生を抑制するためには、定常状態に至るまでのビレットの進行速度を従来よりも大きくすればよいと考えた。進行速度を大きくすれば、ビレットの１回転当たりの移動量が大きくなるため、回転鍛造回数が減少する。その結果、回転鍛造効果が抑制されて、内面疵の発生を抑制できるからである。さらに、穿孔圧延が定常状態に至るまでのビレットの進行速度を定常状態での進行速度以上とすれば、中空素管先端部の内面疵の発生を中空素管中央部及び後端部と同程度又はそれ以下に抑えることができると考えた。

以上の検討に基づいて、本発明者らは以下の発明を完成させた。

本発明による継目無管の製造方法は、パスラインに沿って入側に配設されたプッシャと、パスラインに沿って出側に配設されたプラグと、プラグを挟んで対向して配設された複数の傾斜ロールとを備えた穿孔機を用いて中実の丸ビレットを穿孔圧延する。本発明による継目無管の製造方法は、ビレットをプッシャとプラグとの間のパスライン上に配置する工程と、ビレットを前進させ複数の傾斜ロールに噛み込ませる工程と、少なくとも噛み込まれたビレットがプラグに接触してから穿孔圧延が定常状態に達するまでの間、ビレットの進行速度が、定常状態においてプッシャでビレットを押し進めることなく穿孔圧延する場合のビレットの定常状態での進行速度以上となるように、プッシャによりビレットを押し進める工程とを備える。

ここで、定常状態とは、たとえば、穿孔圧延されたビレットの先端が傾斜ロール後端の間から抜け出た時からビレット後端が傾斜ロールに接触した時までの期間をいう。

本発明による継目無管の製造方法では、少なくとも、ビレットが傾斜ロールに噛み込まれてプラグに接触してから穿孔圧延が定常状態となる迄の間（以下、この期間を非定常状態という）、プッシャによりビレットを押し進める。つまり、ビレットが傾斜ロールに安定して噛み込まれた後も、少なくとも穿孔圧延が定常状態になるまでプッシャによりビレットを押し進める。このとき、非定常状態でのビレットの進行速度を、定常状態においてプッシャでビレットを押し進めることなく穿孔圧延する場合（以下、プッシャ未使用穿孔という）のビレットの定常状態での進行速度以上とする。そのため、中空素管先端部が受ける回転鍛造効果は、中空素管中央部及び後端部が受ける回転鍛造効果と同程度又はそれ以下となる。したがって、中空素管先端部の内面疵の発生を抑制できる。

ここで、非定常状態でのビレットの進行速度とは、たとえば、非定常状態でのビレットの進行速度の平均値である。また、定常状態での進行速度とは、たとえば、プッシャ未使用穿孔時のビレットの定常状態での進行速度の平均値である。

好ましくは、押し進める工程では、少なくとも噛み込まれたビレットがプラグに接触してから穿孔圧延が定常状態に至るまでの間、プラグに作用するスラスト荷重が、定常状態においてプッシャでビレットを押し進めることなく穿孔圧延する場合に定常状態でプラグに作用するスラスト荷重以上となるように、プッシャによりビレットを押し進める。

ここで、プラグのスラスト荷重とは、プラグの軸方向に掛かる作用する荷重（通称、プラグ荷重）をいう。

この場合、非定常状態でのビレットの進行速度は、プッシャ未使用穿孔時の定常状態でのビレットの進行速度以上になる。そのため、非定常状態での回転鍛造回数を従来よりも少なくすることができる。その結果、中空素管先端部の内面疵が減少する。

好ましくは、本発明による継目無管の製造方法はさらに、穿孔圧延前に、式（１）及び式（２）を満たすように傾斜ロールの位置を設定する工程を備える。

Ｄｇ／ｄ≧４．５ （１）

−０．０１０５３ＥＬ＋０．８７６８≦ＤＦＴ≦−０．０１７６５ＥＬ＋０．９７１７ （２）

ここで、Ｄｇは傾斜ロールのゴージ部のロール径（ｍｍ）、ｄは前記ビレットの外径（ｍｍ）である。式（２）中のＤＦＴはゴージドラフト比、ＥＬは穿孔圧延比であり、以下の式（３）及び（４）により定義される。

ＤＦＴ＝Ｒｇ／ｄ （３）

ＥＬ＝Ｌ１／Ｌ０ （４）

ここで、Ｒｇはゴージ部での最短距離となるロール間隔（ｍｍ）、Ｌ０はビレットの長さ（ｍｍ）、Ｌ１はビレットを穿孔圧延して製造される中空素管の長さ（ｍｍ）である。

この場合、式（２）を満たすことにより、定常状態におけるビレットの前進効率の低下を抑制できる。つまり、定常状態でビレットがスリップするのを抑制できる。そのため、穿孔圧延中にビレットがスリップして止まったり、ビレット後端部が傾斜ロール間で詰まる、いわゆる尻抜け不良が起きるのを防止できる。さらに、定常状態におけるスリップを防止できるため、スリップによる回転鍛造効果の増大を抑制でき、定常状態での内面疵の発生を抑制できる。

好ましくは、本発明による継目無管の製造方法はさらに、穿孔圧延が定常状態となったとき、プッシャでビレットを押し進めるのを停止する工程を備える。

この場合、定常状態であると判断した後、プッシャ動作を停止することにより、穿孔圧延中のプラグ及びビレットにプッシャによる過剰な荷重が継続して付与されるのを防止できる。

好ましくは、穿孔機はさらに、出側に配設され、中空素管の先端が傾斜ロール後端の間を通過したか否かを検知する検知装置を備える。停止する工程では、検知装置が傾斜ロール後端の間を通過した中空素管の先端を検知したとき、プッシャでビレットを押し進めるのを停止する。

従来の穿孔圧延では、上述の図７に示すように、穿孔圧延中のプラグのスラスト荷重を監視すれば、穿孔圧延が定常状態になったか否かを判断できる。なぜなら、プラグのスラスト荷重は、非定常状態で徐々に上昇し、定常状態でほぼ一定となるからである。したがって、定常状態時のプラグのスラスト荷重を予め測定しておけば、その測定値に基づいて定常状態か否かを判断できる。

しかしながら、本発明では上述の方法により定常状態を判断することができない。なぜなら、本発明では、非定常状態でプラグに掛かるスラスト荷重が、プッシャ未使用穿孔時の定常状態で掛かるスラスト荷重以上になるからである。

そこで、本発明では、穿孔圧延されている素材の先端部分が傾斜ロール後端を通過したか否かで判断する。素材の先端部分が傾斜ロール後端を通過すれば、穿孔圧延が既に定常状態になっているからである。定常状態であると判断した後プッシャ動作を停止することにより、穿孔圧延中のプラグ及びビレットに過剰な荷重が継続して付与されるのを防止できる。

プッシャによるビレットの押し込みを行わない穿孔圧延におけるビレット進行速度の測定結果を示す図である。 本発明の実施の形態における穿孔機の構成を示す上面図である。 図２の穿孔機の構成を示す側面図である。 図２の穿孔機の傾斜ロール間隔を説明するための図である。 本発明による継目無鋼管の製造方法における穿孔圧延時のビレット進行速度を示す図である。 実施例２で測定したゴージドラフト比と穿孔圧延比との関係を示す図である。 従来の穿孔圧延時におけるプラグ荷重の推移を示す図である。 従来の穿孔圧延時におけるビレット進行速度の推移を示す図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［穿孔機］

図２及び図３を参照して、穿孔機１０は、２つのコーン型傾斜ロール（以下、単に傾斜ロールという）１と、プラグ２と、芯金３と、プッシャ４と、穿孔機１０の出側に配設されたＨＭＤ（Hot Metal Detector：熱鋼検知器）５１とを備える。

２つの傾斜ロール１は、パスラインＸ−Ｘを挟んで互いに対向して配置される。各傾斜ロール１は、パスラインＸ−Ｘに対して、傾斜角δ及び交叉角γを有する。プラグ２は２つの傾斜ロール１の間であって、パスラインＸ−Ｘ上に配設される。芯金３は、穿孔機１０の出側のパスラインＸ−Ｘに沿って配設され、その先端はプラグ２の後端と接続される。

プッシャ４は、穿孔機１０の入側前方に、パスラインＸ−Ｘに沿って配設される。プッシャ４は、シリンダ本体４１と、シリンダ軸４２と、接続部材４３と、ビレット押し棒４４とを備える。ビレット押し棒４４は、接続部材４３により、周方向に回転可能にシリンダ軸４２と連結される。シリンダ本体４１は、油圧式又は電動式であり、シリンダ軸４２を前進及び後退させる。プッシャ４は、ビレット押し棒４４の先端面をビレット２０の後端面に当接させ、シリンダ本体４１によりシリンダ軸４２及びビレット押し棒４４を前進させることで、ビレット２０を後方から押す。

プッシャ４は、ビレット２０を圧延方向に押し進め、傾斜ロール１に噛み込ませる。プッシャ４はさらに、少なくとも噛み込まれたビレット２０がプラグ２の先端に接触してから穿孔圧延が定常状態となるまでの間、つまり、非定常状態の間、ビレット２０を押し続ける。

検知装置であるＨＭＤ５１は、穿孔機１０の出側であって、傾斜ロール１の後端近傍に配設される。ＨＭＤ５１は、穿孔圧延された中空素管の先端部が傾斜ロール１間を通過したか否かを検知する。ＨＭＤ５１の検知結果に基づいて、中空素管の先端部が傾斜ロール１間を通過したとき、プッシャ４はビレット２０を押すのを停止する。

［継目無管の製造方法］

上述した穿孔機１０を用いた継目無管の製造方法について説明する。

［第１の工程］

まず、ゴージ部のロール径が式（１）を満たす傾斜ロール１を準備する。

Ｄｇ／ｄ≧４．５ （１）

ここで、Ｄｇはゴージ部のロール径（ｍｍ）であり、ｄは穿孔圧延されるビレット２０の外径（ｍｍ）である。

Ｄｇ／ｄが４．５未満となれば、ビレット２０が傾斜ロール１に噛み込まれるときの回転方向（ビレット周方向）における噛み込み角が大きくなり、スリップが生じやすくなる。ここで、噛み込み角とは、傾斜ロール１表面上で最初にビレット２０と接触した点を含み、パスラインＸ−Ｘを法線とする横断面において、ビレット２０と接触を開始する傾斜ロール表面上の点と傾斜ロールの中心軸上の点とを結ぶ線分と、パスラインＸ−Ｘ上の点と傾斜ロールの中心軸上の点とを結ぶ線分とがなす角度である。噛み込み角の増大によるスリップの発生を抑制するため、式（１）を満たす傾斜ロール１を準備し、準備された傾斜ロール１を穿孔機１０に配設する。

［第２の工程］

次に、２つの傾斜ロール１の位置を設定する。図４を参照して、傾斜ロール１のゴージ部での最短距離となるロール間隔をＲｇとするとき、以下の（２）式を満足するように、傾斜ロール１の位置を設定する。

−０．０１０５３ＥＬ＋０．８７６８≦ＤＦＴ≦−０．０１７６５ＥＬ＋０．９７１７ （２）

式（２）中のＤＦＴはゴージドラフト比、ＥＬは穿孔圧延比であり、以下の式（３）及び（４）により定義される。

ＤＦＴ＝Ｒｇ／ｄ （３）

ＥＬ＝Ｌ１／Ｌ０ （４）

ここで、Ｌ０は、穿孔前のビレット２０の長さ（ｍｍ）である。Ｌ１は、ビレット２０を穿孔圧延して製造される中空素管の長さ（ｍｍ）である。ビレット２０の外径ｄ（ｍｍ）と長さＬ０（ｍｍ）、穿孔後の中空素管の外径及び肉厚が決まっていれば、中空素管の長さＬ１（ｍｍ）は計算により算出できる。

式（２）を満たすことにより、穿孔圧延が定常状態に達してから穿孔圧延が終了するまで、ビレット２０の前進効率が低下するのを抑制できる。そのため、定常状態において回転鍛造効果を防止でき、定常状態における内面疵の発生を抑制できる。要するに、ビレット２０の中央部及び後端部の内面疵を低減できる。以下、この点について詳述する。

ゴージドラフト比ＤＦＴが小さいほど、ロール間隔Ｒｇが小さくなる。そのため、穿孔中のビレット２０では、横断面形状の楕円率が大きくなり、傾斜ロール１への回転方向の噛み込み角度が大きくなる。噛み込み角度の増大は、ビレット２０のスリップを引き起こす。

一方、ゴージドラフト比ＤＦＴが大きいほど、ロール間隔Ｒｇが大きくなるため、傾斜ロール１とビレット２０との接触面積が小さくなり、スリップを引き起こす。したがって、ゴージドラフト比は、噛み込み角度及び接触面積を考慮して、適切な値に設定する必要がある。

また、穿孔圧延比ＥＬが大きいほど、穿孔圧延されるビレットとプラグ２との接触面積が大きくなる。接触面積が大きくなれば、プラグ２から受ける抗力が大きくなり、スリップしやすくなる。なぜなら、穿孔圧延比ＥＬを大きくするためには、プラグ２の外径を大きくして中空素管の肉厚を薄くする必要があるためである。

以上より、定常状態から穿孔圧延終了までの期間中におけるビレット２０のスリップの発生には、ゴージドラフト比ＤＦＴと穿孔圧延比ＥＬとが関係する。したがって、定常状態に達してから穿孔圧延が終了するまでの間、ビレット２０の前進効率の低下を防止するために、穿孔圧延比ＥＬを考慮しつつ、ゴージドラフト比ＤＦＴを設定する必要がある。

ＤＦＴが式（２）を満たせば、ビレット２０の前進効率の低下を抑制でき、定常状態に達してから穿孔圧延が終了するまでの間で内面疵が発生するのを抑制できる。ＤＦＴが式（２）の範囲外となれば、ビレット２０がスリップしやすくなり、前進効率が低下する。そのため、穿孔圧延中のビレット２０がスリップしたり、尻抜け不良が発生したりする。また、スリップ等の発生に起因して、内面疵も発生しやすくなる。

［第３の工程］

傾斜ロール１の配置位置を調整した後、ビレット２０が搬送され、プッシャ４とプラグ２との間に配置される。

続いて、配置されたビレット２０が穿孔圧延される。まず、プッシャ４がビレット２０を傾斜ロール１間に押し進め、ビレット２０を２つの傾斜ロール１に噛み込ませる。具体的には、プッシャ４は、ビレット押し棒４４の先端面をビレット２０の後端面と当接させ、シリンダ本体４１の駆動力によりビレット押し棒４４を穿孔機１０の入側に向かって前進させる。

［第４の工程］

ビレット２０が傾斜ロール１に噛み込まれ、穿孔圧延が開始される。ここで、噛み込まれたビレット２０の先端がプラグ２の先端と接触してから定常状態に至るまで、つまり、非定常状態において、ビレット２０の進行速度が、プッシャ未使用穿孔時のビレットの定常状態での進行速度以上となるように、プッシャ４はビレット２０を押し進める。ここで、非定常状態での進行速度は、非定常状態におけるビレット２０の進行速度の平均値であり、プッシャ未使用穿孔時のビレットの進行速度とは、ビレット２０と略同じ外径及び同じ鋼種のビレットの定常状態での進行速度の平均値である。

好ましくは、非定常状態でプラグ２に掛かるスラスト荷重が、プッシャ未使用穿孔時の定常状態でプラグ２に掛かるスラスト荷重以上となるように、プッシャ４は、ビレット２０に押力を与えてビレット２０を押し進める。

これにより、非定常状態でビレット２０がスリップするのを防止できる。また、非定常状態でのビレット２０の進行速度は、従来の非定常状態での進行速度よりも速いため、非定常状態での回転鍛造効果は従来よりも抑制される。そのため、中空素管先端部に内面疵が発生するのを抑制できる。

さらに、非定常状態でのビレット２０の進行速度が、定常状態での進行速度以上であるため、非定常状態での回転鍛造効果を、定常状態での回転鍛造効果と同程度、又は、それ以下に抑制できる。そのため、中空素管先端部に内面疵が発生するのを抑えることができる。

なお、定常状態でのプラグのスラスト荷重は、予め測定されていてもよいし、傾斜ロール回転速度やビレットの形状等の種々の条件から計算により求めてもよい。測定又は計算により求めた定常状態でのプラグのスラスト荷重に基づいて、プッシャ４がビレットに与える押力（プッシャ圧力）及びビレット押し棒４４の進行速度を設定する。

また、プラグ未使用穿孔での定常状態におけるビレット進行速度は、予め測定されていてもよいし、傾斜ロール回転速度やビレットの形状等の種々の条件から計算により求めてもよい。非定常状態でのビレット２０の進行速度が、定常状態での進行速度以上となるように、プッシャ４でビレット２０を押し進める場合、予め測定又は算出された定常状態でのビレット２０の進行速度に基づいて、プッシャ圧力及びビレット押し棒４４の進行速度を設定する。

［第５の工程］

穿孔圧延が定常状態へと移行した後、傾斜ロール１の後方に配設されたＨＭＤ５１が、傾斜ロール１の後端を通過した中空素管の先端を検知したとき、プッシャ４はビレット２０を押し進めるのを終了する。中空素管の先端が傾斜ロールの後端を通過したとき、穿孔圧延は定常状態へと移行しているため、プッシャ４の動作を停止しても、ビレットは一定の速度で穿孔圧延される。

以上の方法により、本発明による継目無管の製造方法では、少なくとも、噛み込まれたビレット２０がプラグ２の先端に接触してから穿孔圧延が定常状態に至るまでの間（非定常状態）、プッシャ４がビレット２０を押し進める。そのため、非定常状態でビレット２０がスリップするのを抑制でき、回転鍛造効果を抑制できる。その結果、中空素管先端部の内面疵の発生を抑制できる。

図５に、本発明の一例として、プッシャ４で、非定常状態においてプラグ２に掛かるスラスト荷重が、プッシャ未使用穿孔時の定常状態でプラグ２に掛かるスラスト荷重以上となるように、ビレット２０を押し進めたときのビレット２０の進行速度の推移を示す。図５を得るための試験では、距離ＬＥ２以降もプッシャにより押し進めた。その他の条件は図１と同じとした。

図５の縦軸のビレット進行速度比は、プッシャ未使用穿孔時の定常状態での進行速度の平均値に対する、各移動距離でのビレット進行速度の比である。図５中の距離ＬＥ１〜距離ＬＥ２の間のほぼ全区間で、ビレット進行速度は、図１中の距離ＬＥ２以降、つまりプッシャ未使用穿孔時の定常状態での進行速度以上となっており、図５の非定常状態でのビレット進行速度の平均値は、図１のプッシャ未使用穿孔時の定常状態でのビレット進行速度の平均値以上となっている。つまり、図５の非定常状態でのビレット進行速度は、図１と比較して、非定常状態での進行速度が速くなっている。このように、本発明は、非定常状態での進行速度を従来よりも速くできるため、非定常状態での回転鍛造効果を抑制でき、中空素管先端部の内面疵の発生を抑制できる。

さらに、式（１）及び式（２）を満たすことで、定常状態中のビレット２０の前進効率の低下を抑制でき、定常状態におけるスリップの発生を防止できる。また、スリップの発生を防止できるため、穿孔圧延が定常域に達してから穿孔圧延が終了するまでの期間中に、穿孔圧延される中空素管中央部及び後端部で内面疵が発生するのを抑制できる。

さらに、定常状態へと移行した後、プッシャ４がビレット２０を押し込むのを停止すれば、プラグ２や傾斜ロール１に過剰な負荷が継続して付与されるのを防止できる。一般的に、穿孔圧延中にプラグ２に掛かるスラスト荷重を監視すれば、穿孔圧延が定常状態になったか否かを判断できる。なぜなら、図７に示すように、従来の穿孔圧延では、プラグ２のスラスト荷重は、非定常状態で徐々に上昇し、定常状態でほぼ一定となるからである。したがって、従来の穿孔圧延では、定常状態でのプラグ２のスラスト荷重を予め測定しておけば、その測定値に基づいて定常状態か否かを判断できる。しかしながら、本発明では、この方法により定常状態を判断できない。なぜなら、本発明では、非定常状態のプラグ２のスラスト荷重が定常状態のスラスト荷重以上となるためである。

そこで、本発明では、穿孔機１０の出側であって傾斜ロール１の後端近傍に検知装置であるＨＭＤ５１が設置される。そして、ＨＭＤ５１により、穿孔圧延された中空素管の先端部分が傾斜ロール１の後端を通過したか否かが判断される。中空素管の先端部分が傾斜ロール１を通過すれば、穿孔圧延が既に定常状態になっているからである。

なお、本実施の形態では、検知装置をＨＭＤとしたが、フォトセンサやレーザセンサ等、他の検知装置であってもよい。傾斜ロール１の後端を通過した中空素管の先端を検知できるものであればよい。

本実施の形態では、第１の工程〜第５の工程まで実施したが、中空素管先端部の内面疵を抑制するためには、少なくとも第３及び第４の工程を実施すればよい。また、第５の工程で、定常状態において、プッシャ４の動作を停止するとしたが、図５に示すように、定常状態においてもプッシャでビレット２０を押し続けてもよい。この場合、非定常状態及び定常状態の回転鍛造効果を抑制できる。

また、ビレット２０が傾斜ロール１に噛み込まれる前からプッシャ４によりビレット２０を押し進めてもよいし、ビレット２０が傾斜ロールに噛み込まれてからプッシャ４によりビレット２を押し進めてもよい。要するに、少なくとも非定常状態を含む期間中、プッシャ４によりビレット２０を押し進めれば、中空素管先端部の内面疵の発生を抑制できる。

プッシャ４は、高さを調整できる図示しない架台上に配設され、ビレット押し棒４４の中心軸をビレットの中心軸と略一致させるようにプッシャ４の位置（垂直方向位置及び水平方向位置）が調整されてもよい。この場合、プッシャ圧力が大きく設定され、ビレットを押し込む力が強くなっても、ビレットに曲がりが発生するのを防止できる。

穿孔機１０はさらに、ビレットの中心軸がパスラインＸ−Ｘからずれないように、ビレットを拘束する押さえローラを入側に備えてもよい。

本発明の実施の形態では、傾斜ロール１をコーン型としたが、バレル型であってもよい。

なお、変形能の低い鋼種のビレットや、連続鋳造法により製造させたビレット（いわゆるラウンドＣＣビレット）等、中心軸に沿ってポロシティが残存するビレットを穿孔圧延する場合、本実施の形態による継目無管の製造方法が実施されれば、非定常状態での進行速度の向上と同時に噛み込み性が向上される。

好ましくは、以下の式（５）で示す設定回転鍛造回数が１．５以下となるように穿孔機の傾斜ロール間隔等を設定し、穿孔圧延を実施する。この場合、ビレット２０が傾斜ロール１に噛み込まれてからプラグ２先端に接触するまでの間の回転鍛造回数を低減できるため、中空素管先端部の内面疵の発生がより抑制される。なお、式（５）を満たさなくても、本発明の効果はある程度得られる。

Ｎ＝Ｌｄ／（０．５×Ｖｆ×π×ｄ／Ｖｒ） （５）

ここで、Ｌｄは、ビレット２０の先端が傾斜ロール表面に接触した位置から、ビレット２０の先端がプラグ２の先端に到達するまでのパスラインＸ−Ｘ方向の距離（ｍｍ）である。また、Ｖｆはビレット２０の回転方向速度（ｍｍ／ｓ）であり、Ｖｒはビレット２０の進行方向速度（ｍｍ／ｓ）である。

プラグに掛かるスラスト荷重が異なる種々の条件で、穿孔圧延を実施し、中空素管先端部の内面疵の発生率を調査した。

連続鋳造法により製造され０．２質量％のＣ（炭素）を含有する外径２２５ｍｍの中実丸ビレットの中心軸に沿って、外径７０ｍｍの中実丸ビレットを切り出した。切り出したビレットを加熱炉で１２００℃に加熱した。

加熱したビレットを、図２に示した穿孔機を用いて穿孔圧延し、中空素管にした。具体的には、表１に示す各試験番号の条件で、試験番号ごとに１００本のビレットをプッシャを用いて穿孔圧延した。表１中のプラグ荷重比は、以下の式（Ａ）により求めた。

プラグ荷重比＝非定常状態でのプラグに掛かるスラスト荷重ＰＡ（ｔ）／プッシャ未使用穿孔時の定常状態でのプラグに掛かるスラスト荷重ＰＢ（ｔ） （Ａ）

本実施例では、非定常状態でプラグに作用したスラスト荷重の平均値をスラスト荷重ＰＡとした。また、上述のビレットをプッシャ未使用穿孔により予め数本穿孔圧延し、定常状態でプラグに作用したスラスト荷重の平均値をスラスト荷重ＰＢとした。

表１中のプッシャ押力（ｔ）は、設定されたプッシャ押力である。非定常状態速度（ｍｍ／ｓ）は、非定常状態でのビレットの進行速度の平均値であり、定常状態速度（ｍｍ／ｓ）は、プッシャ未使用時の定常状態でのビレットの進行速度の平均値である。

表１以外の条件は表２のとおりであり、各試験番号で同じ条件とした。なお、表２に示すとおり、本実施例では、式（１）及び式（２）を満たした。

製造された中空素管の先端から２００ｍｍの範囲内で内面を目視観察し、内面疵の有無を調査した。内面疵が１つでも発生している場合、そのビレットに内面疵が発生したと判断した。各試験番号の試験について、以下の式（Ｂ）に基づいて内面疵発生率を求めた。

内面疵発生率＝内面疵の発生したビレット本数／ビレット総数 （Ｂ）

ここで、ビレット総数とは、各試験番号で穿孔圧延されたビレット総数であり、本実施例では、上述のとおり１００本である。本実施例では、内面発生率が５％未満のとき、内面疵を抑制できたと評価した。

求めた内面疵発生率を表１に示す。

表１を参照して、試験番号１〜４は、非定常状態の進行速度が定常状態の進行速度未満であり、本発明の範囲外であった。また、プラグ荷重比が１．０未満であり、本発明の範囲外であった。そのため、内面疵発生率が５％を超えた。

これに対し、試験番号５〜９は、プラグ荷重比が１．０以上であり、非定常状態の進行速度が定常状態の進行速度以上となった。そのため、試験番号１〜４と比較して、内面疵発生率が顕著に低くなった。なお、プラグ荷重比を１．０８以上に上げ、かつ、設定鍛造回数を１．０回以下とすれば、内面疵の発生率は０％となった。

プラグ荷重比を一定とし、ゴージドラフト比ＤＦＴと、穿孔圧延比ＥＬとが異なる種々の条件で穿孔圧延を実施し、穿孔圧延中のビレットがスリップするか否かを調査した。

鋼種がＪＩＳ規格でＳ４５Ｃであり、外径７０ｍｍの中実丸ビレットを準備した。準備した中実丸ビレットを加熱炉で１２００℃に加熱した後、図２に示した穿孔機を用いて穿孔圧延し、中空素管にした。このとき、ゴージドラフト比ＤＦＴ及び穿孔圧延比ＥＬを、ビレットごとに異なる値とした。ゴージドラフト比ＤＦＴ及び穿孔圧延比ＥＬ以外の条件は、いずれのビレットについても表３に示すとおりとした。なお、表３に示すとおり、プラグ荷重比は１．２０であり、非定常状態のビレット進行速度は、プッシャ未使用時の定常状態でのビレット進行速度以上であった。

穿孔圧延時、プッシャによりビレットを押して傾斜ロールに噛み込ませ、穿孔圧延が定常状態になるまで押し続けた。ビレットが噛み込んだ位置から３００ｍｍビレットを押し込んだ後、プッシャの動作を停止した。

プッシャを停止した後、穿孔圧延中にスリップが発生するか否かを調査した。穿孔圧延中のビレットの進行が途中で止まった場合、又は、ビレット後端を穿孔圧延中に、ビレットの進行が止まった場合（いわゆる尻抜け不良）、スリップによるミスロールが発生したと判断した。

調査結果を図６に示す。図６中の横軸は穿孔圧延比ＥＬであり、縦軸はゴージドラフト比ＤＦＴである。図６中、「○」印はスリップによるミスロールが発生せず、安定した穿孔圧延が行えたことを示し、「●」印は穿孔圧延中にスリップが増加してミスロールとなったことを示す。図６を参照して、ゴージドラフト比ＤＦＴ及び穿孔圧延比ＥＬが式（２）を満足した場合、ミスロールが発生しなかった。一方、ゴージドラフト比ＤＦＴ及び穿孔圧延比ＥＬが式（２）を満足しなかった場合、ミスロールが発生した。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

本発明による継目無管の製造方法は、穿孔機を用いて素材を穿孔圧延し中空素管とする継目無管の製造方法に利用可能である。

Claims (4)

1. パスラインに沿って入側に配設されたプッシャと、パスラインに沿って出側に配設されたプラグと、プラグを挟んで対向して配設された複数の傾斜ロールとを備えた穿孔機を用いてビレットを穿孔圧延する継目無管の製造方法であって、
   前記ビレットを前記プッシャと前記プラグとの間のパスライン上に配置する工程と、
   前記ビレットを前進させ前記複数の傾斜ロールに噛み込ませる工程と、
   少なくとも前記噛み込まれたビレットが前記プラグに接触してから穿孔圧延が定常状態に至るまでの間、ビレットの進行速度が、定常状態においてプッシャでビレットを押し進めることなく穿孔圧延する場合のビレットの定常状態での進行速度以上となるように、前記プッシャにより前記ビレットを押し進める工程と、
   穿孔圧延前に、式（１）及び式（２）を満たすように前記傾斜ロールの位置を設定する工程とを備えることを特徴とする継目無管の製造方法。
   Ｄｇ／ｄ≧４．５ （１）
   −０．０１０５３ＥＬ＋０．８７６８≦ＤＦＴ≦−０．０１７６５ＥＬ＋０．９７１７ （２）
   ここで、Ｄｇは傾斜ロールのゴージ部のロール径（ｍｍ）、ｄは前記ビレットの外径（ｍｍ）である。式（２）中のＤＦＴはゴージドラフト比、ＥＬは穿孔圧延比であり、以下の式（３）及び（４）により定義される。
   ＤＦＴ＝Ｒｇ／ｄ （３）
   ＥＬ＝Ｌ１／Ｌ０ （４）
   ここで、Ｒｇは前記ゴージ部での最短距離となるロール間隔（ｍｍ）、Ｌ０は前記ビレットの長さ（ｍｍ）、Ｌ１は穿孔後の中空素管の長さ（ｍｍ）である。
2. 請求項１に記載の継目無管の製造方法であって、
   前記押し進める工程では、少なくとも前記噛み込まれたビレットが前記プラグに接触してから穿孔圧延が定常状態に至るまでの間、前記プラグに作用するスラスト荷重が、定常状態においてプッシャでビレットを押し進めることなく穿孔圧延する場合に前記定常状態で前記プラグに作用するスラスト荷重以上となるように、前記プッシャにより前記ビレットを押し進める工程とを備えることを特徴とする継目無管の製造方法。
3. 請求項１に記載の継目無管の製造方法であってさらに、
   穿孔圧延が定常状態となったとき、前記プッシャで前記ビレットを押し進めるのを停止する工程を備えることを特徴とする継目無管の製造方法。
4. 請求項３の記載の継目無管の製造方法であって、
   前記穿孔機はさらに、前記出側に配設され、中空素管の先端が前記傾斜ロール後端の間を通過したか否かを検知する検知装置を備え、
   前記停止する工程では、前記検知装置が前記傾斜ロール後端の間を通過した中空素管の先端を検知したとき、前記プッシャで前記ビレットを押し進めるのを停止することを特徴とする継目無管の製造方法。

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