JP7265131B2 - 金属管及び金属管の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、金属管に関し、より詳細には、引抜加工に供される金属管及びその製造方法、並びに当該金属管を素材として新たな金属管を製造する方法に関する。

ある種の金属管の製造プロセスでは、引抜加工が実施されることがある。すなわち、マンネスマン製管法、又はユジーン・セジェルネ製管法等によって熱間で素管を成形した後、冷間での引抜加工によって素管を最終製品の寸法に整える。

引抜加工では、口絞り加工が施された金属管（口絞り金属管）をダイスに通し、小径の管端部をグリッパで把持する。この状態でグリッパをダイスから相対的に遠ざけて、ダイスから口絞り金属管を引き抜く。これにより、管本体の外径が減少して最終製品の外径に整えられる。管本体の肉厚を整える場合は、ダイスに通された金属管にプラグ及びマンドレルを挿入する。

引抜加工を行う際、口絞り金属管の管端部に対して、グリッパが軸方向に滑ることがある。これにより、グリッパの歯に摩耗や欠けが発生する。この摩耗や欠けが進行してグリッパの歯が鈍くなると、グリッパは、管端部を把持することができなくなり、寿命に達する。グリッパと管端部との滑りが頻繁に発生する場合、少ない引抜回数でグリッパの歯が鈍ってしまい、グリッパの寿命が短くなる。

例えば、特許文献１は、グリッパと管端部との滑りを防止するための技術を開示する。特許文献１では、口絞り金属管の管端部にフランジ状の凸部が設けられる。特許文献１によれば、フランジ状の凸部により、グリッパと管端部との滑りによるグリップミスを減少させることができる。また、特許文献１によれば、グリッパが管端部に対して滑ってもグリップミスが発生しないよう、管端部に余分な長さを持たせる必要がない。

特開平７－３２０２９号公報

特許文献１では、口絞り金属管の管端部に設けられたフランジ状の凸部によって、管端部に対するグリッパの滑りを低減することができる。しかしながら、特許文献１では、口絞り加工工程とは別工程で管端部に凸部を形成する必要がある。そのため、金属管の製造プロセスにおいて工程数が増加する。また、特許文献１では、凸部の高さによって口絞り加工の必要長さが変化する。すなわち、凸部の高さを考慮して、縮径加工する管端部の長さを決定する必要がある。

本開示は、金属管の引抜加工時において管端部に対するグリッパの滑りを低減するとともに、引抜加工に供される金属管をより簡易に製造することを課題とする。

本開示に係る金属管は、引抜加工に供される。金属管は、管本体と、管端部と、テーパ部と、を備える。管端部は、管本体の外径よりも小さい外径を有する。テーパ部は、管本体と管端部とを接続する。テーパ部は、管端部に向かって縮径する。管端部は、溝を有する。溝は、管端部の外面に形成される。溝は、金属管の周方向に延びる。溝は、管端部の基端から、金属管の軸方向に、管端部の外径の０．１４倍以上離れて配置される。

本開示によれば、金属管の引抜加工時において管端部に対するグリッパの滑りを低減することができるとともに、引抜加工に供される金属管をより簡易に製造するこことができる。

図１は、実施形態に係る金属管の斜視図である。 図２は、図１に示す金属管の縦断面図である。 図３Ａは、実施形態に係る金属管の製造方法を説明するための模式図である。 図３Ｂは、実施形態に係る金属管の製造方法を説明するための模式図である。 図３Ｃは、実施形態に係る金属管の製造方法を説明するための模式図である。 図３Ｄは、実施形態に係る金属管の製造方法を説明するための模式図である。 図３Ｅは、実施形態に係る金属管の製造方法を説明するための模式図である。 図４は、実施形態に係る金属管の引抜加工に用いられる引抜装置の模式図である。 図５は、図４に示す引抜装置の部分拡大図である。 図６は、引抜加工に供される金属管のパラメータ：Ｌ／ｄ１３と引抜加工時の最大引張応力との関係を示すグラフである。

実施形態に係る金属管は、引抜加工に供される。金属管は、管本体と、管端部と、テーパ部と、を備える。管端部は、管本体の外径よりも小さい外径を有する。テーパ部は、管本体と管端部とを接続する。テーパ部は、管端部に向かって縮径する。管端部は、溝を有する。溝は、管端部の外面に形成される。溝は、金属管の周方向に延びる。溝は、管端部の基端から、金属管の軸方向に、管端部の外径の０．１４倍以上離れて配置される（第１の構成）。

第１の構成に係る金属管は、小径の管端部の外面において、周方向に延びる溝を有する。そのため、金属管の引抜加工時に管端部をグリッパが把持したとき、グリッパの歯が溝に引っ掛かり、金属管の軸方向におけるグリッパの移動が規制される。よって、管端部に対するグリッパの滑りを低減することができる。その結果、グリッパの歯の鈍りが抑制され、グリッパを長寿命化することができる。

引抜加工に供される金属管では、管端部とテーパ部との境界、つまり管端部の基端において外径が比較的急激に変化する。そのため、引抜加工時には、金属管の外面側のうち管端部の基端において軸方向の引張応力が大きくなる。そこで、第１の構成では、管端部の基端から所定距離以上離れた位置に、グリッパの移動を規制する溝を設ける。これにより、管端部の基端に溝が重ならず、当該基端における応力集中を抑制することができる。よって、引抜加工の際に管端部が基端から破断するのを防止することができる。

小径の管端部の長さは、グリッパの移動を規制する溝に応じて調整する必要はない。よって、第１の構成に係る金属管は、製造プロセスを煩雑にすることなく、簡易に製造することができる。

管端部は、複数の上記溝を有していてもよい。これらの溝は、管端部の外面において平行に配置されていることが好ましい（第２の構成）。

第２の構成によれば、管端部の外面には、周方向に延びる溝が複数形成されている。これにより、引抜加工時においてグリッパの歯の移動をより確実に規制することができる。よって、管端部に対するグリッパの滑りをさらに低減することができる。

金属管は、二相ステンレス鋼管であってもよい。この二相ステンレス鋼管は、質量％で、Ｃ：０．００８～０．０３％、Ｓｉ：０～１％、Ｍｎ：０．１～２％、Ｃｒ：２０～３５％、Ｎｉ：３～１０％、Ｍｏ：０～５％、Ｗ：０～６％、Ｃｕ：０～３％、及び、Ｎ：０．１５～０．４０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を有することができる（第３の構成）。

実施形態に係る製造方法は、引抜加工に供される金属管の製造方法である。製造方法は、工程ａ）と、工程ｂ）と、工程ｃ）と、を備える。工程ａ）では、金属の素管を準備する。工程ｂ）では、素管の管端部を、金属のσ相析出温度域未満の温度に加熱する。工程ｃ）では、加熱された管端部を外周側から加圧することにより、管端部を縮径させるとともに、管端部の外面に素管の周方向に延びる溝を形成する。工程ｃ）では、素管の軸方向において管端部の基端から縮径後の管端部の外径の０．１４倍以上離れた位置に、溝を形成する（第４の構成）。

第４の構成に係る製造方法では、工程ｃ）で素管の管端部を加圧して縮径する際、管端部の外面に対し、周方向に延びる溝が付与される。この製造方法で製造された金属管が引抜加工に供された際、管端部の溝にグリッパの歯が引っ掛かり、金属管の軸方向におけるグリッパの移動が規制される。よって、管端部に対するグリッパの滑りを低減することができる。その結果、グリッパの歯の鈍りが抑制され、グリッパを長寿命化することができる。

第４の構成において、グリッパの移動を規制する溝は、縮径された管端部の基端から所定距離以上離れた位置に設けられる。そのため、管端部の基端に溝が重ならず、管端部の基端における応力集中を抑制することができる。よって、引抜加工の際に管端部が基端から破断するのを防止することができる。

第４の構成では、工程ｃ）において、管端部が縮径されると同時に、その外面に溝が形成される。すなわち、グリッパの移動を規制する溝を口絞り加工の工程ｃ）で形成することができるため、溝を形成するための工程を別途設ける必要がない。よって、第４の構成によれば、引抜加工に供される金属管を簡易に製造することができる。

第４の構成によれば、工程ｂ）では、素管を構成する金属のσ相析出温度域未満の温度に管端部が加熱される。このため、素管にσ相が析出しない。よって、この素管から製造された金属管について、σ相を消去するための熱処理を省略することができる。

工程ｃ）では、管端部の外面に、複数の上記溝を平行に形成してもよい（第５の構成）。

第５の構成によれば、管端部の外面には、周方向に延びる溝が複数形成される。これにより、引抜加工時においてグリッパの歯の移動をより確実に規制することができる。よって、管端部に対するグリッパの滑りをさらに低減することができる。

素管は、二相ステンレス鋼管であってもよい。この二相ステンレス鋼管は、質量％で、Ｃ：０．００８～０．０３％、Ｓｉ：０～１％、Ｍｎ：０．１～２％、Ｃｒ：２０～３５％、Ｎｉ：３～１０％、Ｍｏ：０～５％、Ｗ：０～６％、Ｃｕ：０～３％、及び、Ｎ：０．１５～０．４０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を有することができる。この場合、工程ｂ）では、管端部を５６０℃以上、７３０℃以下の温度に加熱する（第６の構成）。

二相ステンレス鋼では、通常の熱間温度域よりも低い温度域でσ相が析出する。このため、口絞り加工を施す素管が二相ステンレス鋼管である場合には、σ相の析出を抑制する目的で、通常よりも低い温度に管端部が加熱される場合がある。例えば、一般的な口絞り加工では管端部が１２００℃程度に加熱されるのに対し、二相ステンレス鋼の素管の場合、管端部が７００℃程度に加熱される。しかしながら、管端部の温度が低い状態で管端部を縮径加工すると、加工硬化が発生して管端部の硬度が高くなるとともに、管端部の延性が低下する。管端部の硬度が高い場合、管端部にグリッパが噛み込みにくくなり、引抜加工時において管端部に対するグリッパの滑りが発生する。管端部の延性が低い場合、引抜加工時に管端部が基端から破断することがある。

これに対して、第６の構成によれば、素管が二相ステンレス鋼管であっても、引抜加工時におけるグリッパの滑り及び管端部の破断を抑制することができる。すなわち、第６の構成では、二相ステンレス鋼管の管端部を比較的低い温度で縮径加工するため、加工硬化が生じ得る。ただし、引抜加工時には管端部の溝にグリッパの歯を引っ掛けることができるため、グリッパの滑りが抑制される。また、管端部の基端及びその近傍には溝が形成されず、引抜加工時において管端部の基端で応力が増大しないため、管端部の破断を抑制することができる。

第６の構成において、二相ステンレス鋼の素管の管端部は、５６０℃以上、７３０℃以下の温度に加熱される。この温度は、上記化学組成を有する二相ステンレス鋼のσ相析出温度域未満の温度である。このため、σ相を実質的に析出させずに、引抜加工に供するための金属管を製造することができる。

実施形態に係る金属管の製造方法は、第１～第３の構成のいずれかを有する金属管を準備する工程と、金属管をダイスに通し、内面に複数の歯を有するグリッパで管端部を把持して、金属管をダイスから引き抜く工程と、を備える（第７の構成）。

第７の構成では、金属管に引抜加工が施される。引抜加工の素材としての金属管は、管端部の外面において、周方向に延びる溝を有する。この溝にグリッパの歯を引っ掛けることができるため、管端部に対し、金属管の軸方向にグリッパが滑るのを低減することができる。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。各図において同一又は相当の構成については同一符号を付し、同じ説明を繰り返さない。

［口絞り金属管］
図１は、実施形態に係る金属管１０の斜視図である。図２は、金属管１０の縦断面図である。金属管１０の縦断面とは、金属管１０の中心軸Ｘ１を含む平面で金属管１０を切断した断面をいう。中心軸Ｘ１に対して垂直な断面は横断面である。以下、中心軸Ｘ１が延びる方向を軸方向といい、金属管１０の半径方向及び周方向を単に半径方向及び周方向という。

図１及び図２を参照して、金属管１０は、引抜加工に供される口絞り金属管である。金属管１０は、管本体１１と、テーパ部１２と、管端部１３と、を備える。管本体１１、テーパ部１２、及び管端部１３は、軸方向においてこの順で配置されている。

図２を参照して、管本体１１は、金属管１０の主要部である。管本体１１は、実質的に中心軸Ｘ１を軸心とする円筒形をなす。管本体１１は、外径ｄ１１［ｍｍ］を有する。

テーパ部１２は、管本体１１と管端部１３とを接続する。テーパ部１２の形状は、実質的に、中心軸Ｘ１を軸心とする中空円すい台状である。テーパ部１２は、管端部１３に向かって縮径する。

金属管１０の縦断面視で、テーパ部１２の外面１２１は、中心軸Ｘ１に対して傾斜する傾斜面である。中心軸Ｘ１に対する外面１２１の角度は、引抜加工の条件等に応じ、適宜決定することができる。外面１２１の両端は、それぞれ、管本体１１の外面１１１及び管端部１３の外面１３１に接続される。外面１２１は、外面１１１及び／又は外面１３１に対し、直接接続されていてもよいし、曲面を介して接続されていてもよい。

管端部１３は、金属管１０において軸方向の一端部を構成する。管端部１３は、中心軸Ｘ１を軸心とする概略円筒形をなす。管端部１３は、その外面１３１において、ストレート部１３２と、複数の溝１３３と、を有する。

ストレート部１３２は、テーパ部１２に隣接して配置される。ストレート部１３２は、管端部１３の外面１３１のうち、実質的に凹凸が存在しない部分である。ストレート部１３２は、金属管１０の縦断面視で概ね直線状をなす。ストレート部１３２は、直径ｄ１３［ｍｍ］を有する。本実施形態では、このストレート部１３２の直径ｄ１３を管端部１３の外径として取り扱う。管端部１３の外径ｄ１３は、管本体１１の外径ｄ１１よりも小さい。

本実施形態において、管端部１３の形状は、実質的に円筒形状である。ただし、管端部１３の形状は、これに限定されるものではない。管端部１３が円筒形状をなさず、ストレート部１３２の直径を定義することが難しい場合、中心軸Ｘ１に対して垂直な方向におけるストレート部１３２の最大長さを、管端部１３の外径ｄ１３とする。

複数の溝１３３は、管端部１３の外面１３１に形成され、半径方向の内側に向かって凹の形状をなす。溝１３３の各々は、周方向に延びている。より具体的には、溝１３３の各々は、管端部１３の全周にわたって延びる環状溝である。本実施形態において、各溝１３３は、管端部１３の全周にわたり連続する。ただし、各溝１３３は、一箇所以上で途切れていてもよい。すなわち、各溝１３３は、管端部１３を断続的に周回することもできる。

複数の溝１３３は、略平行に配置されている。溝１３３は、概ね一定のピッチｐ１３［ｍｍ］で軸方向に配列される。溝１３３の深さｚ１３［ｍｍ］は、特に限定されるものではないが、例えば、０．５ｍｍ以上、４ｍｍ以下である。

複数の溝１３３とテーパ部１２との間には、ストレート部１３２が介在する。溝１３３は、管端部１３の基端から軸方向に所定の距離Ｌ［ｍｍ］だけ離れて配置されている。距離Ｌは、管端部１３の外径ｄ１３の０．１４倍以上に設定される（Ｌ≧０．１４×ｄ１３）。より好ましくは、距離Ｌは、外径ｄ１３の０．１８倍以上である（Ｌ≧０．１８×ｄ１３）。

管端部１３の基端は、金属管１０の縦断面視において、テーパ部１２の外面１２１の延長線ｅ１２と、ストレート部１３２の延長線ｅ１３との交点を通り、中心軸Ｘ１に直交する仮想的な直線ｂ１３で表すことができる。管端部１３の基端ｂ１３は、テーパ部１２と管端部１３との境界ともいえる。距離Ｌは、金属管１０の縦断面視で、基端ｂ１３から、複数の溝１３３のうち最もテーパ部１２に近い溝１３３までの軸方向の長さである。

金属管１０の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、二相ステンレス鋼であってもよい。金属管１０が二相ステンレス鋼管である場合、金属管１０は、以下の元素を含有する。本実施形態において、元素の含有量の単位：％は、質量％を意味する。

Ｃ：０．００８～０．０３％
炭素（Ｃ）は、鋼中のオーステナイト相を安定化する。ただし、Ｃ含有量が多すぎる場合、粗大な炭化物が析出しやすくなり、鋼の耐食性、特に耐ＳＣＣ性が低下する。したがって、Ｃ含有量は、０．００８～０．０３％である。

Ｓｉ：０～１％
シリコン（Ｓｉ）は、任意元素である。Ｓｉは、鋼を脱酸し、鋼の耐食性を高める。ただし、Ｓｉ含有量が多すぎる場合、オーステナイト相の安定性が低下し、延性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は、０～１％である。

Ｍｎ：０．１～２％
マンガン（Ｍｎ）は、鋼を脱酸するとともに、オーステナイト相を安定化する。また、Ｍｎは、σ相の析出を抑制しつつ、鋼の強度を高める。ただし、Ｍｎ含有量が多すぎる場合、鋼の耐食性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は、０．１～２％である。

Ｃｒ：２０～３５％
クロム（Ｃｒ）は、鋼の耐食性を高める。ただし、Ｃｒ含有量が多すぎる場合、σ相に代表される金属間化合物が顕著に析出し、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は、２０～３５％である。

Ｎｉ：３～１０％
ニッケル（Ｎｉ）は、オーステナイト相を安定化し、鋼の耐食性を高める。ただし、Ｎｉ含有量が多すぎる場合、二相ステンレス鋼中のフェライト相の割合が減少する。さらに、σ相に代表される金属間化合物が顕著に析出する。したがって、Ｎｉ含有量は、３～１０％である。

Ｍｏ：０～５％
モリブデン（Ｍｏ）は、任意元素である。Ｍｏは、鋼の耐食性及び強度を高める。ただし、Ｍｏ含有量が多すぎる場合、σ相に代表される金属間化合物が顕著に析出する。したがって、Ｍｏ含有量は、０～５％である。

Ｗ：０～６％
タングステン（Ｗ）は、任意元素である。Ｗは、鋼の耐食性を高める。ただし、Ｗ含有量が多すぎる場合、σ相に代表される金属間化合物が顕著に析出する。したがって、Ｗ含有量は、０～６％である。

Ｃｕ：０～３％
銅（Ｃｕ）は、任意元素である。Ｃｕは、オーステナイト相を安定化する。また、Ｃｕは、フェライト相及びオーステナイト相の境界におけるσ相の生成を抑制する。Ｃｕはさらに、鋼の強度を高める。ただし、Ｃｕ含有量が多すぎれば、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｕ含有量は、０～３％である。

Ｎ：０．１５～０．４０％
窒素（Ｎ）は、オーステナイト相を安定化する。Ｎは、二相ステンレス鋼の熱的安定性、強度及び耐食性を高める。ただし、Ｎ含有量が多すぎる場合、溶接欠陥であるブローホールが発生しやすくなる。さらに、溶接時の熱影響により粗大な窒化物が生成され、鋼の靭性及び耐食性が低下する。したがって、Ｎ含有量は、０．１５～０．４０％である。

二相ステンレス鋼管である金属管１０の残部は、鉄（Ｆｅ）及び不純物からなる。不純物とは、意図せず金属管１０に含まれた元素を意味し、金属管１０に悪影響を与えない範囲で許容される。不純物は、鋼の原料として利用される鉱石、スクラップ、又は製造の環境等から金属管１０に混入する。不純物は、例えば、燐（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、アルミニウム（Ａｌ）等である。

［口絞り金属管の製造方法］
次に、金属管１０を製造する方法について説明する。金属管１０の製造方法は、素管を準備する工程ａ）と、素管の管端部を加熱する工程ｂ）と、素管の口絞り加工を行う工程ｃ）とを備える。図３Ａ～図３Ｅは、工程ａ）～工程ｃ）を説明するための模式図である。

工程ａ）
図３Ａを参照して、工程ａ）では、金属の素管２０を準備する。素管２０は、例えば、マンネスマン製管法、又はユジーン・セジェルネ製管法等といった公知の製管法で継目無金属管を成形し、所定の長さに切断することで得られる。

素管２０は、例えば、二相ステンレス鋼管である。この場合、素管２０の化学組成は、Ｃ：０．００８～０．０３％、Ｓｉ：０～１％、Ｍｎ：０．１～２％、Ｃｒ：２０～３５％、Ｎｉ：３～１０％、Ｍｏ：０～５％、Ｗ：０～６％、Ｃｕ：０～３％、及び、Ｎ：０．１５～０．４０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる。

工程ｂ）
工程ｂ）では、素管２０の管端部２３を加熱する。素管２０の管端部２３は、金属管１０の管端部１３（図２）に相当する部分である。管端部２３は、公知の加熱炉又は加熱装置を用い、σ相析出温度域未満の温度に加熱される。σ相析出温度域は、素管２０においてσ相が析出する温度の範囲であり、素管２０の材質及び温度保持時間に応じて定まる。工程ｂ）では、素管２０の材質と、管端部２３が高温に保持される時間（金属管１０の製造に要する時間）とに基づいてσ相析出温度域を導出し、このσ相析出温度域の下限値よりも低い温度に管端部２３を加熱する。

素管２０が上記化学組成を有する二相ステンレス鋼管である場合、工程ｂ）では、管端部２３を５６０℃以上、７３０℃以下の温度に加熱する。管端部２３の温度を７３０℃以下とすれば、管端部２３におけるσ相の析出を抑制することができる。管端部２３の温度を５６０℃以上とすれば、次工程ｃ）における管端部２３の加工性を確保することができる。

工程ｃ）
工程ｃ）では、素管２０に対して口絞り加工を施して金属管１０（図２）に成形する。

図３Ｂ及び図３Ｃを参照して、まず、口絞り加工に用いられる加工装置３０について説明する。図３Ｂ及び図３Ｃでは、加工装置３０とともに素管２０を示す。図３Ｂは、素管２０の中心軸Ｘ２に沿って素管２０及び加工装置３０を見た図である。図３Ｃは、素管２０及び加工装置３０の縦断面図である。ここでの縦断面とは、中心軸Ｘ２を含む平面で切断したときの断面をいう。

図３Ｂに示すように、加工装置３０は、複数のダイス３１を有する。ダイス３１は、素管２０の周方向において、実質的に等間隔に配置される。ダイス３１は、素管２０の半径方向において、往復動可能に構成されている。これらのダイス３１の内側に、加熱された管端部２３が配置される。

図３Ｃに示すように、ダイス３１の各々は、加圧面３１１と、テーパ面３１２と、を有する。加圧面３１１は、素管２０の管端部２３を加圧するための面であり、管端部２３の外面２３１に対向する。テーパ面３１２は、加圧面３１１に直接、又は曲面を介して接続される。テーパ面３１２は、加圧面３１１から素管２０の入り側に向かって拡径する。

加圧面３１１には、複数の突起３１３が形成されている。突起３１３の各々は、加圧面３１１から管端部２３の外面２３１に向かって突出し、高さｚ３１［ｍｍ］を有する。各突起３１３は、素管２０の周方向に延びている。複数の突起３１３は、略平行に配置される。突起３１３は、概ね一定のピッチｐ３１［ｍｍ］で素管２０の軸方向に沿って配列されている。

加圧面３１１において、テーパ面３１２の近傍部分には、突起３１３が形成されていない。すなわち、加圧面３１１のうちテーパ面３１２の近傍部分は、実質的にフラットな形状を有する。

引き続き図３Ｃを参照して、加工装置３０の動作を説明する。加工装置３０によって口絞り加工を行う際、素管２０の管端部２３は、テーパ面３１２側から複数のダイス３１の内側に挿入される。管端部２３が所定の位置に配置されたら、素管２０に各ダイス３１を接近させる。これにより、各ダイス３１の加圧面３１１が管端部２３を外周側から加圧し、管端部２３を縮径させる。これと同時に、加圧面３１１に形成された突起３１３の形状が管端部２３の外面２３１に転写される。

工程ｃ）において、互いに隣り合うダイス３１の間から素管２０の材料が噛み出す場合には、ダイス３１又は素管２０を中心軸Ｘ２周りに回転させてもよい。すなわち、ダイス３１によって素管２０の管端部２３を加圧した後、ダイス３１を管端部２３から一旦後退させる。次に、ダイス３１又は素管２０を中心軸Ｘ２周りに若干回転させ、管端部２３において材料が噛み出している部分をダイス３１の加圧面３１１に対向させる。この状態で、ダイス３１を管端部２３に再度接近させ、管端部２３を加圧する。これにより、管端部２３の外面２３１の形状を矯正することができる。この矯正作業は、必要に応じ、複数回実施してもよい。

図３Ｄを参照して、工程ｃ）では、ダイス３１及び素管２０を軸方向に相対移動させてもよい。例えば、素管２０の軸方向において、縮径を要する管端部２３の長さがダイス３１の長さよりも長い場合、ダイス３１又は素管２０を軸方向に移動させる。すなわち、ダイス３１によって管端部２３の一部を加圧して縮径させた後、ダイス３１を管端部２３から一旦後退させる。次に、ダイス３１又は素管２０を中心軸Ｘ２に沿って移動させ、管端部２３の残りの部分をダイス３１によって加圧する。このとき、管端部２３において、先の加圧の際にダイス３１の突起３１３が形成した溝１３３を後の加圧で潰さないように、ダイス３１及び素管２０の相対移動量Ｆ［ｍｍ］を制御することが好ましい。ダイス３１及び素管２０を軸方向に相対移動させる回数は、縮径させるべき管端部２３の長さに応じ、適宜決定することができる。

管端部２３を所定の外径まで圧縮したら、各ダイス３１を後退させる。これにより、図３Ｅに示すように、引抜加工に供される金属管１０が成形される。

ダイス３１の加圧面３１１及びテーパ面３１２により、金属管１０には、小径の管端部１３、及び管端部１３に続くテーパ部１２が形成される。管端部１３の外面１３１には、加圧面３１１の突起３１３により、溝１３３が形成される。ただし、加圧面３１１のうちテーパ面３１２の近傍部分には突起３１３が存在しないため、管端部１３の外面１３１のうちテーパ部１２の近傍部分は、溝１３３が存在しないストレート部１３２となる。

溝１３３は、突起３１３のピッチｐ３１と概ね等しいピッチｐ１３で、管端部１３の外面１３１に形成されている。溝１３３の深さｚ１３は、ダイス３１の突起３１３の高さｚ３１以下である。管端部１３の基端ｂ１３と溝１３３との軸方向の距離Ｌは、縮径後の管端部１３の外径ｄ１３の０．１４倍以上であり、好ましくは０．１８倍以上である。

工程ａ）～工程ｃ）を経て製造された金属管１０は、例えば放冷により、常温まで冷却される。その後、金属管１０は、引抜加工に供される。

［金属管の製造方法］
次に、金属管１０を素材として新たな金属管を製造する方法について説明する。この製造方法は、口絞り金属管１０を準備する工程と、準備された金属管１０を引抜加工する工程と、を備える。図４は、金属管１０の引抜加工に用いられる引抜装置４０の模式図である。図５は、引抜装置４０の部分拡大図である。

引抜装置４０は、金属管の引抜加工に一般に用いられる引抜装置と同様である。このため、引抜装置４０の構成及び動作については簡単に説明する。図４を参照して、引抜装置４０は、一般的な引抜装置と同様、ダイス４１と、グリッパ４２と、キャリッジ４３と、移動機構４４と、を備える。

引抜加工に際し、金属管１０は、ダイス４１に通される。この金属管１０内には、図示しないプラグが挿入されている。グリッパ４２は、ダイス４１に通された金属管１０の管端部１３を把持する。

図５において、グリッパ４２及び管端部１３の縦断面を拡大して示す。図５に示すように、グリッパ４２は、その内面に複数の歯４２１を有する。歯４２１の各々は、管端部１３の周方向に沿って延びている。複数の歯４２１は、概ね一定のピッチｐ４２で配列されている。複数の歯４２１のうち、少なくとも一部の歯４２１の先端は、管端部１３の溝１３３内に配置される。

図４に戻り、グリッパ４２は、キャリッジ４３に取り付けられている。移動機構４４は、例えば無端チェーンであり、キャリッジ４３を移動させる。キャリッジ４３は、移動機構４４上を走行して、グリッパ４２とともにダイス４１から遠ざかる。金属管１０の管端部１３を把持したグリッパ４２がダイス４１から遠ざかることにより、ダイス４１から金属管１０が引き抜かれる。金属管１０の管本体１１は、ダイス４１及びプラグ（図示略）により、最終製品の外径及び肉厚に整えられる。これにより、実質的に最終製品の形状を有する金属管が製造される。

［実施形態の効果］
本実施形態では、口絞り金属管１０の管端部１３の外面１３１に、周方向に延びる溝１３３が設けられている。このため、金属管１０が引抜加工に供され、管端部１３がグリッパ４２によって把持されたとき、グリッパ４２の歯４２１を溝１３３に引っ掛けることができる。これにより、引抜加工の際、管端部１３に対してグリッパ４２が軸方向に滑るのを抑制することができる。その結果、グリッパ４２の歯４２１に摩耗や欠け等が生じにくくなり、グリッパ４２を長寿命化することができる。

本実施形態では、管端部１３の外面１３１に複数の溝１３３が形成される。引抜加工の際には、これらの溝１３３に対し、グリッパ４２の歯４２１を確実に引っ掛けることができる。ただし、管端部１３の外面１３１には、単一の溝１３３が設けられていてもよい。溝１３３の数は、金属管１０の材質やグリッパ４２の構成等を考慮して、適宜決定することができる。

本実施形態において、溝１３３は、管端部１３の基端ｂ１３及びその近傍には設けられていない。溝１３３は、管端部１３の基端ｂ１３から軸方向に距離Ｌだけ離れた位置に配置される。距離Ｌは、管端部１３の外径ｄ１３の０．１４倍以上である。これにより、元々応力集中が生じやすい管端部１３の基端ｂ１３に溝１３３が重ならないため、引抜加工の際、金属管１０の外面において基端ｂ１３及びその近傍で引張応力が増大するのを抑制することができる。よって、管端部１３が基端ｂ１３から破断するのを防止することができる。

本実施形態では、口絞り加工の工程ｃ）において、小径の管端部１３を成形すると同時に溝１３３を形成する。このため、管端部１３に溝１３３を付与するにもかかわらず、工程数が増加しない。また、溝１３３に応じて管端部１３の長さ等を調整する必要がないため、金属管１０の製造プロセスが煩雑になりにくい。よって、引抜加工に供される金属管１０を簡易に製造することが可能である。

本実施形態において、素管２０から口絞り金属管１０を製造する際、素管２０の管端部２３はσ相析出温度域未満の温度に加熱される。これにより、管端部２３におけるσ相の析出を抑制することができる。よって、σ相を消去するための熱処理工程を省略することができ、金属管１０の製造プロセスが簡易になる。

本実施形態では、金属管１０の素材である素管２０を二相ステンレス鋼管とすることができる。この場合、素管２０の管端部２３は、σ相を析出させないよう、５６０℃以上、７３０℃以下の温度に加熱される。このように、管端部２３の温度が低い場合、工程ｃ）では、縮径加工される管端部２３において加工硬化が発生し得る。ただし、この加工硬化が金属管１０の管端部１３に承継されていたとしても、引抜加工では、管端部１３に存在する溝１３３により、グリッパ４２が管端部１３を把持することができる。すなわち、管端部１３が高硬度である場合にも、管端部１３に対するグリッパ４２の滑りを抑制することができる。

二相ステンレス鋼の素管２０の管端部２３が５６０℃以上、７３０℃以下の温度に加熱され、口絞り加工が行われる場合、素管２０の延性も低下する。よって、素管２０から製造された金属管１０を引抜加工する際、管端部１３の破断が生じやすい。ただし、本実施形態では、管端部１３の基端ｂ１３及びその近傍に溝１３３を形成せず、基端ｂ１３及びその近傍での応力集中を抑制している。そのため、溝１３３が設けられない従来の口絞り金属管と比較して、管端部１３の破断が特別生じやすくなることもない。

工程ｃ）において、ダイス３１又は素管２０を軸方向に移動させながらダイス３１の突起３１３で溝１３３を形成する場合、ダイス３１及び素管２０の軸方向の相対移動量Ｆは、グリッパ４２の歯４２１のピッチｐ４２の自然数倍であることが好ましい（Ｆ＝ｎ×ｐ４２（ｎ＝１，２，３・・・））。これにより、グリッパ４２の歯４２１と管端部１３の溝１３３との位相ずれが防止される。よって、引抜加工時において、より確実にグリッパ４２の歯４２１を管端部１３の溝１３３内に配置することができる。その結果、管端部１３に対するグリッパ４２の滑りをさらに低減することが可能となる。

以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

以下、実施例によって本開示をさらに詳しく説明する。ただし、本開示は、以下の実施例に限定されるものではない。

［第１実施例］
グリッパの滑りを低減する溝の適切な位置を検証するため、有限要素法（ＦＥＭ）による数値解析を実施した。ＦＥＭ解析では、上記実施形態で説明した口絞り金属管１０と同一形状を有する解析モデルを作成し、溝１３３の位置を変更しながら、引抜加工時の応力状態を調査した。ＦＥＭ解析では、金属管１０の引張強さを１１００［ＭＰａ］とした。比較のため、管端部１３に溝１３３が存在しない場合についても、引抜加工時の応力状態を調査した。

解析モデルは、対称性を考慮し、周方向１／１６モデルとした。この解析モデルにおいて、管端部１３の基端ｂ１３を固定した状態で管端部１３の先端に３５０トン（ｔ）の引抜荷重を付与し、軸方向における引張応力の最大値（最大引張応力）を計算した。ＦＥＭ解析の条件及び結果を表１に示す。

表１に示すように、管端部１３の基端ｂ１３から溝１３３までの距離（溝１３３の開始位置）Ｌ［ｍｍ］を管端部１３の外径ｄ１３［ｍｍ］で除し、パラメータ：Ｌ／ｄ１３と最大引張応力との関係を整理した。図６は、Ｌ／ｄ１３と最大引張応力との関係を示すグラフである。

表１及び図６からわかるように、Ｌ／ｄ１３が０．１４以上であれば、最大引張応力が金属管１０の引張強さ未満となる。Ｌ／ｄ１３が０．１８以上の場合、最大引張応力は、溝１３３が設けられない場合の最大引張応力とほぼ同程度まで低下する。

この結果より、管端部１３の基端ｂ１３から溝１３３までの距離Ｌを管端部１３の外径ｄ１３の０．１４倍以上とすることで（Ｌ≧０．１４×ｄ１３）、引抜加工時の管端部１３の破断を抑制することができるといえる。管端部１３の破断をより確実に抑制するためには、距離Ｌが外径ｄ１３の０．１８倍以上であることが好ましい（Ｌ≧０．１８×ｄ１３）。

［第２実施例］
本開示による効果を確認するため、口絞り金属管の引抜試験を実施した。すなわち、複数種類の口絞り金属管を準備し、実際の引抜装置でこれらの金属管を引抜加工して管端部における破断の発生を調査した。また、金属管の種類ごとに引抜可能な本数を調査した。具体的には、金属管の種類ごとに、何らかの問題が発生して引抜試験を中断又は中止せざるを得なくなるまで引抜加工を実施し、引抜不能となった時点までの引抜本数を寿命本数とした。引抜試験の条件及び結果を表２に示す。

表２に示すように、実施例２－１及び実施例２－２の引抜試験で用いた金属管は、上記実施形態に係る口絞り金属管１０と同様、管端部１３に溝１３３を有し、Ｌ≧０．１４×ｄ１３の条件を満たす。実施例２－１の金属管の材質は、二相ステンレス鋼である。実施例２－２の金属管の材質は、オーステナイト系ステンレス鋼（単相）である。

比較例２－１の引抜試験で用いた金属管は、管端部１３に溝１３３を有するが、Ｌがｄ１３の０．０６倍であり、Ｌ≧０．１４×ｄ１３の条件を満たさない。比較例２－２の引抜試験で用いた金属管は、管端部１３に溝１３３を有しない。比較例２－１及び比較例２－２の金属管の材質は、実施例２－１と同様、二相ステンレス鋼である。

実施例２－１及び実施例２－２では、管端部１３に溝１３３を有する金属管を用いて引抜試験を実施した。実施例２－１では、準備した５４本の金属管全てについて引抜加工を実施することができた。また、実施例２－２では、準備した８１本の金属管全てについて引抜加工を実施することができた。よって、実施例２－１の寿命本数は５４本以上、実施例２－２の寿命本数は８１本以上である。一方、管端部１３に溝１３３が存在しない金属管を用いた比較例２－２では、最短で４本目、平均で２０本目の金属管でグリッパが管端部１３に対して滑り、引抜不能となった。すなわち、比較例２－２の寿命本数は４～２０本であった。

このように、管端部１３に溝１３３を有する金属管を用いた実施例２－１及び実施例２－２では、管端部１３に溝１３３が存在しない金属管を用いた比較例２－２と比較して、グリッパが寿命に到達するまでの引抜本数（寿命本数）が有意に増加した。よって、口絞り金属管の管端部１３に溝１３３を設けることにより、グリッパを長寿命化することができることがわかる。

実施例２－１及び実施例２－２では、溝１３３が適切な位置に配置された金属管、すなわち、Ｌ≧０．１４×ｄ１３を満たす金属管を用いて引抜試験を実施した。一方、比較例２－１の引抜試験では、Ｌ＜０．１４×ｄ１３である金属管が用いられている。この比較例２－１の引抜試験では、１２本目の金属管において管端部１３が根本から割れたのに対し、実施例２－１及び実施例２－２の引抜試験では、そのような割れは発生しなかった。この結果から、Ｌ≧０．１４×ｄ１３を満たすように溝１３３を配置することで、引抜加工時における管端部１３の破断を防止することができるといえる。

１０：金属管
１１：管本体
１２：テーパ部
１３：管端部
１３１：外面
１３３：溝
２０：素管
２３：管端部
２３１：外面
４１：ダイス
４２：グリッパ
４２１：歯

Claims (7)

1. 引抜加工に供される金属管であって、
   管本体と、
   前記管本体の外径よりも小さい外径を有する管端部と、
   前記管本体と前記管端部とを接続し、前記管端部に向かって縮径するテーパ部と、
   を備え、
   前記管端部は、
   前記管端部の外面に形成され、前記金属管の周方向に延びる溝であって、前記管端部の基端から前記金属管の軸方向に前記管端部の前記外径の０．１４倍以上離れて配置される前記溝、
   を有する、金属管。
2. 請求項１に記載の金属管であって、
   前記管端部は、前記外面において平行に配置された複数の前記溝を有する、金属管。
3. 請求項１又は２に記載の金属管であって、
   前記金属管は、
   質量％で、
   Ｃ：０．００８～０．０３％、
   Ｓｉ：０～１％、
   Ｍｎ：０．１～２％、
   Ｃｒ：２０～３５％、
   Ｎｉ：３～１０％、
   Ｍｏ：０～５％、
   Ｗ：０～６％、
   Ｃｕ：０～３％、及び、
   Ｎ：０．１５～０．４０％を含有し、
   残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する二相ステンレス鋼管である、金属管。
4. 引抜加工に供される金属管の製造方法であって、
   ａ）金属の素管を準備する工程と、
   ｂ）前記素管の管端部を、前記金属のσ相析出温度域未満の温度に加熱する工程と、
   ｃ）加熱された前記管端部を外周側から加圧することにより、前記管端部を縮径させるとともに、前記管端部の外面に前記素管の周方向に延びる溝を形成する工程と、
   を備え、
   前記工程ｃ）では、前記素管の軸方向において前記管端部の基端から縮径後の前記管端部の外径の０．１４倍以上離れた位置に、前記溝を形成する、製造方法。
5. 請求項４に記載の製造方法であって、
   前記工程ｃ）では、前記管端部の前記外面に、複数の前記溝を平行に形成する、製造方法。
6. 請求項４又は５に記載の製造方法であって、
   前記素管は、
   質量％で、
   Ｃ：０．００８～０．０３％、
   Ｓｉ：０～１％、
   Ｍｎ：０．１～２％、
   Ｃｒ：２０～３５％、
   Ｎｉ：３～１０％、
   Ｍｏ：０～５％、
   Ｗ：０～６％、
   Ｃｕ：０～３％、及び、
   Ｎ：０．１５～０．４０％を含有し、
   残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する二相ステンレス鋼管であり、
   前記工程ｂ）では、前記管端部を５６０℃以上、７３０℃以下の温度に加熱する、製造方法。
7. 金属管の製造方法であって、
   請求項１～３のいずれか１項に記載の金属管を準備する工程と、
   前記金属管をダイスに通し、内面に複数の歯を有するグリッパで前記管端部を把持して、前記金属管を前記ダイスから引き抜く工程と、
   を備える、製造方法。
   

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