JP7435652B2

JP7435652B2 - マンドレルバー、管材の圧延方法および継目無管の製造方法

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Publication number: JP7435652B2
Application number: JP2022049829A
Authority: JP
Inventors: 俊輔佐々木; 政広原田; 俊郎岡▲崎▼; 龍郎勝村; 秀夫木島
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2021-04-28
Filing date: 2022-03-25
Publication date: 2024-02-21
Anticipated expiration: 2042-03-25
Also published as: JP2022170688A

Description

本発明は、マンドレル圧延用のマンドレルバーの長寿命化を実現し、マンドレルバーを利用して製造される鋼管製品の内表面品質を良好に保つ技術に関する。

管材の肉厚圧下プロセスの一つにマンドレル圧延がある。このプロセスは、管材の肉厚部を管の内面から圧延するためにマンドレルバーを管内に挿入し、管材とマンドレルバー両方を孔型ロール間に引き込み、管材を減肉したり、延伸したりするプロセスである。また、孔型ロールは複数スタンドであることが多く、管の外周長を均一に圧下できるように管周方向に位相差を設けて各スタンドに設置され、製造する管長やスタンド数に応じて、内面工具であるマンドレルバーは、数メートルから数十メートルの長尺形状を有し得る。

マンドレル圧延では、孔型ロールギャップと管材を内面から圧下するマンドレルバーの外径で肉厚を決定するため、全長に渡り寸法精度の高いマンドレルバーが必要となる。また、管材の内表面はマンドレルバーの表面が転写されるため、良好なマンドレルバーの表面品質が必要となる。マンドレル圧延後のマンドレルバーは、端部の被つかみ部を引き抜き装置でつかみ、管材から抜き取る。そして、このマンドレルバーは、再度マンドレル圧延に使用される。

マンドレルバーは、圧延する管内面との接触により高い圧力がかかり、熱間の場合は高温にさらされ、さらに管内面挿入後は潤滑剤の供給も難しい。このような厳しい使用条件により、マンドレルバーには、圧延での使用回数に応じて縮径が発生したり、表面に焼き付きが発生したりする。縮径や焼き付きが発生すると、製造する管の肉厚や内表面品質に悪影響を与えるため、縮径量や焼き付き状況を管理し、製品品質に悪影響を与える場合は廃却される。しかしながら、マンドレルバーは、長尺であり、また、製造する肉厚に応じて様々な外径サイズを有する必要があり、工具コストは高い。そのため、マンドレルバーの損傷抑制と寿命の延長により工具コストを低減させることが求められる。そこで、例えば、特許文献１には、マンドレルバーの両端に管から引き抜くためのつかみ部を設け、反転させて圧延できるマンドレルバーが開示されている。また、特許文献２にはマンドレルバーの軸方向にネジを設け、損傷部を取り換えることで工具コストを低減させる方法も開示されている。

実開昭６０－１７１６０３号公報特許第３５０３３９８号公報

特許文献１に記載のマンドレルバーは、反転利用により工具の寿命の向上に効果がある。しかしながら、マンドレルバーを管内から抜くときに、軸方向両端部に形成されたつかみ部により、圧延後の管内表面にひっかき疵が形成されるという問題があり、また、つかみ部に管がひっかかり圧延が停止するという問題があった。

また、特許文献２に記載のネジによるマンドレルバーの連結は、圧延回数と共に連結部の隙間が拡大し、そこを起点として焼き付きが発生したり、管内表面に擦り疵が発生したりするという問題があった。このような問題が発生した場合には、良好な管内面肌品質を実現するためにも、マンドレルバーは交換する必要があり、より寿命を向上させたマンドレルバーの技術の確立が希求されていた。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、圧延後の良好な管内面肌品質を実現しつつ、寿命を向上させることが可能なマンドレルバー、このマンドレルバーを用いた管材の圧延方法、継目無管の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題に対し、本発明者らは、まず、特許文献１、２に記載の技術についてより詳細に検討した。
特許文献１に記載のマンドレルバーは、管材に挿入させる側を変更（以下、単に、反転とも記す。）して利用することで寿命を向上させられる。この反転利用のために、特許文献１に記載のマンドレルバーでは、被つかみ部が両端に設けられている。この被つかみ部と係合可能な引き抜き装置を用い、マンドレルバーは管圧延後に管内から引き抜かれる。
マンドレルバーの引き抜きには大きな引き抜き力が必要となり、それに耐えられるように、被つかみ部は引き抜き装置と噛み合うように設計される。特許文献１の図１、図２に示す被つかみ部もそのような形状を有し、安定した引き抜きが可能である。
一方で、マンドレル圧延では管の内面肌品質を良好にすることが重要であるが、特許文献１に記載のマンドレルバーでは、端部につかみ部が形成されており、管内面に疵を発生させるという問題がある。
具体的には、マンドレル圧延では、マンドレルバーの圧延方向先端部（被つかみ部）よりも管内面の圧延方向への進行の方が速い。図２（ｂ）に示すような返りＸがマンドレルバーの圧延方向先端部（被つかみ部）に形成されていると、圧延時、管内面が返りＸを追い越す際に管内面に疵が発生する。そのため、マンドレルバーと管内面は摺動する際、マンドレルバー両端に形成された被つかみ部が管内面に擦り疵を形成し、それが過大になると焼き付きになり圧延が困難になる。
また、マンドレルバーは、圧延前において圧延方向先端部（被つかみ部）が管よりも突き出していることが多く、圧延の進行とともに管先端がマンドレルバー先端を追い越す。このとき、マンドレルバー先端に形成された被つかみ部に管の先端が引っ掛かり、圧延を止めてしまうという問題もある。

特許文献１に記載の技術における上記の問題は、マンドレルバーの両端部に被つかみ部を設けることにより発生する。この問題に対しては、特許文献２に記載の方法を適用して、マンドレルバーの両端部にネジを形成し、反転利用の際に端部を入れ替えるという方法が適用できる。特許文献２に記載の方法では、ネジ形状を適宜選択することで、管内からマンドレルバーを引き抜く際の高い引き抜き荷重に耐えられるようにすることができる。しかしながら、この方法では、ネジを形成する部位のマンドレルバー径（以下、軸方向垂直断面外径とも記す）がマンドレル圧延に利用される本体部のマンドレルバー径（軸方向垂直断面外径）と同じである。そのため、圧延時の管内面とネジ連結部が摺動し、圧延回数が増加すると、連結部に焼き付きが発生し、管内面肌にも擦り疵が発生するため、工具寿命の向上効果や管内表面肌の高い品質は得られない。

本発明者らはこれらの問題に対して鋭意検討した結果、マンドレルバーの先後端領域にネジを形成し、そのネジを形成する部位のマンドレルバー径（ネジ結合部におけるバー外表面の軸方向垂直断面外径）を、マンドレル圧延で管内面を圧延する本体部の軸方向垂直断面外径よりも小さくすることで、上記の問題を解決できることを知見した。

本発明は以上の知見に基づきなされたものであり、その要旨は次のとおりである。
［１］マンドレル圧延に用いるマンドレルバーであって、
軸方向に圧延を行う本体部と、
該本体部の軸方向両端にネジ結合により連結した一対の端部と、
前記本体部および前記端部を連結するネジ結合部と、
を備え、
前記一対の端部のうち、圧延方向後端部にマンドレル圧延後に管内から引き抜くための被つかみ部が形成されており、
前記ネジ結合部におけるバー外表面の軸方向垂直断面外径が、前記本体部の軸方向垂直断面外径よりも小さい、マンドレルバー。
［２］前記一対の端部夫々が雄ネジを有し、
前記本体部が軸方向両端夫々に雌ネジを有し、
前記雄ネジおよび前記雌ネジにより前記ネジ結合部が形成される、前記［１］に記載のマンドレルバー。
［３］前記ネジ結合部を形成するネジは、軸方向垂直断面外径が前記本体部側に向けて漸次小さくなるテーパーネジである、前記［１］または［２］に記載のマンドレルバー。
［４］前記ネジ結合部におけるバー外表面の軸方向垂直断面外径が、前記本体部の軸方向垂直断面外径に対して５０％以上である、前記［１］～［３］のいずれかに記載のマンドレルバー。
［５］前記［１］～［４］のいずれかに記載のマンドレルバーを用いて管材を圧延する、管材の圧延方法。
［６］前記［５］に記載の管材の圧延方法により得られた管材を用いて継目無管を製造する、継目無管の製造方法。

本発明によれば、圧延後の良好な管内面肌品質を実現しつつ、寿命を向上させることが可能なマンドレルバー、このマンドレルバーを用いた管材の圧延方法、継目無管の製造方法が提供される。

本発明のマンドレルバーの模式図である。関連技術のマンドレルバーにおいてマンドレル圧延中に被つかみ部の形状が変化する様子を説明するための図である。本発明のマンドレルバーの形状の一例を示す図である。本発明のマンドレルバーに形成されるネジ結合の一例を示す図である。本発明のマンドレルバーに形成されるネジ結合の一例を示す図である。

以下に、本発明の実施形態について図面に基づき説明する。

＜マンドレルバー＞
図１は、本発明のマンドレルバーの模式図である。
本発明のマンドレルバー１は、マンドレル圧延に用いるマンドレルバーであって、管内部に接触しつつ軸方向（Ｘ方向）に圧延を行う本体部２と、該本体部２の軸方向両端にネジ結合により連結した一対の端部３、４と、本体部２および端部３、４を連結するネジ結合部３Ａ、４Ａと、を備え、一対の端部３、４のうち、圧延方向後端部にマンドレル圧延後に管内から引き抜くための被つかみ部が形成されており、ネジ結合部３Ａ、４Ａにおけるバー外表面の軸方向垂直断面外径が、本体部２の軸方向垂直断面外径よりも小さい。

ここで、まず、関連技術のマンドレルバーに関し、図２を参照しながら説明する。図２は、関連技術のマンドレルバーにおいて、マンドレル圧延中に被つかみ部の形状が変化する様子を説明するための図である。

図２（ａ）に示すように、この関連技術では、引き抜き装置１５によりマンドレルバー１０を引き抜く際、外径（軸方向垂直断面円の半径。以下同じである。）がＤ_ＴＢとなる被つかみ部１４の本体部側の端部であって、凹部１４Ｂの軸方向端部側でもある部位（以下、単にＤ_ＴＢ側端部とも記す。）が引き抜き装置１５のつかみ部１５Ａと接触する。これにより、Ｄ_ＴＢ側端部に変形が生じて返りＸが発生する。図２（ａ）に示すマンドレルバーと同様の構成を有する特許文献１に示すマンドレルバーにおいても、同様にして返りが発生しうる。

この返りＸが発生したＤ_ＴＢ側端部を有する被つかみ部１４を、圧延方向後端部としている間は圧延において問題とはならないが、マンドレルバー１０を反転させてこの被つかみ部１４を圧延方向先端部とする際、問題が発生する（図２（ｂ）参照）。
具体的には、図２（ｂ）に示す返りＸが発生したＤ_ＴＢ側端部を有する被つかみ部１４を圧延方向先端部として、管内にマンドレルバー１０を挿入することで、管内面に擦り疵が形成される。また、マンドレル圧延中の管先端が、この被つかみ部１４にあたり圧延が停止してしまうという可能性もある。

この点については、本発明者らの検討により、外径Ｄ_ＴＢ（返りＸの長さを含む）が本体部の外径（圧延部径、半径）Ｄ_ｍａｘよりも小さくても上記の問題が発生することを確認した。
従来、特許文献１にも記載されているように、マンドレルバー１０の被つかみ部１４の先端部の外径Ｄ_Ｅや被つかみ部の外径Ｄ_ＴＢは、本体部の外径Ｄ_ｍａｘよりも小さく設計されており、この構成により管内に挿入された際に、管内面には接触しないと考えられてきた。しかしながら、上記の問題の発生原因を調査し、マンドレルバーの管内での挙動を精緻に解析した結果、重力によるしなりや、マンドレル圧延時の振動の影響により、上記の構成によっても、マンドレルバー１０の先端等が管内面に接触することを知見した。
このとき、返りＸのような凸状の欠陥が発生していると、マンドレルバー１０と管材との接触により接触面圧が発生し、管内面では食込みが発生し、圧延の進行により擦り疵が形成されることになる。

また、マンドレル圧延では、マンドレルバー１０の先端部が管材の先端部から突き出した状態で圧延が開始する。そのため、マンドレルバー１０が振動した際に、返りＸが管の先端部端面に接触する場合があり、この場合、管材は圧延方向へ延伸できず、圧延が停止するという問題が発生する。

これに対し、本発明者らは、上記の問題をさらに検討した結果、引き抜き装置１５による負荷によって発生する返りＸを、管内面を通過させない方法を着想した。その結果、図３に示すように、マンドレルバーの反転後に被つかみ部が圧延方向先端にならないように、ネジ結合により、本体部２に軸方向に螺合することで連結した先端部３と後端部４を付け替える方法を知見した。また、さらに、これらのネジ結合部３Ａ、４Ａにおけるバー外表面の軸方向垂直断面外径（半径）Ｄ_ＪＴ、Ｄ_ＪＢと、本体部２の軸方向垂直断面外径Ｄ_ｍａｘとの関係として、Ｄ_ＪＴ＜Ｄ_ｍａｘとＤ_ＪＢ＜Ｄ_ｍａｘを満たすことで、ネジ結合部位に起因する管内面肌の疵の生成を抑制できることを知見した。

ここで、図３、図４、図５を参照しながら、本発明の構成およびその機能を説明する。
図３は、本発明のマンドレルバーとマンドレルバー引き抜き装置の形状の一例を示す図であり、図１の領域（ａ）を示している。図４、図５は、本発明のマンドレルバーに形成されるネジ結合部の一例を示す図である。

図３に示すように、本発明のマンドレルバー１の一対の端部（以下、先端部３（圧延方向先端部３）と記す。）３、端部４（以下、後端部４（圧延方向後端部４）と記す。）は、ネジ結合により、軸方向に螺合することで本体部２に連結される。また、ネジ結合部３Ａ、４Ａにおけるバー外表面の軸方向垂直断面外径が、本体部２の軸方向垂直断面外径よりも小さい。すなわち、図３中、端部３側のネジ結合部３Ａの外径Ｄ_ＪＴは、本体部２の外径（圧延部径、半径）Ｄ_ｍａｘよりも小さい。また、端部４側のネジ結合部４Ａの外径Ｄ_ＪＢは、本体部２の外径（圧延部径、半径）Ｄ_ｍａｘよりも小さい。これにより、ネジ結合部４に起因する管内面肌の疵の生成を抑制できる。

また、マンドレルバー１を反転して利用する際に、先端部３、後端部４の本体部２への取り付ける側を変更することができ、寿命の向上を実現できる。
このとき、先端部３は、これまで後端部４と本体部２を連結してきたネジ結合部４Ａで連結させることになるため、ネジ結合部４Ａで連結可能な先端部３を必要に応じて別途用意すればよい。また、後端部４は、これまで先端部３と本体部２を連結してきたネジ結合部３Ａで連結させることになるため、ネジ結合部３Ａで連結可能な後端部４を必要に応じて別途用意すればよい。

また、後述のように、ネジ結合部３Ａとネジ結合部４Ａとが同一形状（同一サイズを含む）である場合には、これまで使用してきた先端部３、後端部４の連結位置を入れ替えるだけでマンドレルバー１を反転して利用することができる。

先端部３は、マンドレルバー１の圧延方向（図３中、Ｘ軸正方向）最先端部に向けて軸方向垂直断面が漸次小さくなるテーパー形状を有していてよく、最先端外径Ｄ_Ｔは本体部２の外径（圧延部径）Ｄ_ｍａｘよりも小さい。圧延時に最初に管内に挿入される先端部３がこのような構成を有することにより安定した圧延を実現できる。上記の先端部３のテーパー形状領域にネジ結合部３Ａにおけるバー外表面（外径がＤ_ＪＴとなる部位（Ｄ_ＪＴ部））が位置するようにし、バー外表面（Ｄ_ＪＴ部）の軸方向垂直断面外径Ｄ_ＪＴを、本体部２の軸方向垂直断面外径Ｄ_ｍａｘよりも小さくすることができる。

また、後端部４には、マンドレル圧延後に管内からマンドレルバー１を引き抜くための被つかみ部が形成されている。
被つかみ部４は、最後端側（Ｘ軸負方向側）に向けて、凹部４Ｂ、凸部４Ｃを有する。この構成により、引き抜き装置５のつかみ部５Ａを凹部４Ｂに嵌合させて、バー１を管内から引き抜くことができる。
凹部４Ｂは、引き抜き装置５のつかみ部５Ａを嵌合させることを可能にする部位であれば、形状等は特に限定されないが、バー周方向に形成された溝部とすることができる。
また、凹部４Ｂにおいて、凸部４Ｃが形成される側と反対側（Ｘ軸正方向側、圧延方向側）がテーパー形状に形成されていてよく、このテーパー形状領域にネジ結合部４Ａにおけるバー外表面（外径がＤ_ＪＢとなる部位（Ｄ_ＪＢ部））が位置するようにし、バー外表面の軸方向垂直断面外径Ｄ_ＪＢを、本体部２の軸方向垂直断面外径Ｄ_ｍａｘよりも小さくすることができる。

ネジ結合部３Ａ、４Ａ
ここで、図４、５を参照しながら、ネジ結合部３Ａ、４Ａを形成する雌ネジおよび雄ネジについて説明する。
先端部３、後端部４夫々が雄ネジ３Ａ１、４Ａ１を有し、本体部２が軸方向両端夫々に雌ネジ３Ａ２、４Ａ２を有し、雄ネジ３Ａ１、４Ａ１および雌ネジ３Ａ２、４Ａ２によりネジ結合部３Ａ、４Ａが形成されることが好ましい。この構成により、雄ネジ３Ａ１、４Ａ１の軸方向長さをより長く設計することができ、先端部３、後端部４と本体部２との連結強度の向上効果が得られる。

また、図４、５に示すように、ネジ結合部３Ａ、４Ａを形成するネジはテーパーネジであることが好ましい。すなわち、雄ネジ３Ａ１の雌ネジ３Ａ２と螺合接触する外表面において、軸方向垂直断面外径が、本体部２側（Ｘ軸負方向側）に向けて漸次小さくなることが好ましい。また、雄ネジ４Ａ１の雌ネジ４Ａ２と螺合接触する外表面において、軸方向垂直断面外径が、本体部２側（Ｘ軸正方向側）に向けて漸次小さくなることが好ましい。これにより、先端部３、後端部４と本体部２との連結強度の向上効果が得られる。
本発明において、ネジ結合部３Ａ、４Ａの具体的な形状は特に限定されないが、三角ネジ、台形ネジ、角ネジ、丸ネジなど、ＩＳＯで規格されたネジを適用することができる。より強い締結を得るためには、台形ネジを適用することが好ましい。また、高い締結力を持続させるために、歯の数は３個以上であることが好ましく、加工時間が長時間になりすぎないようにするために、歯の数は３０個以下であることが好ましい。

また、ネジ結合部３Ａと、ネジ結合部４Ａとは同一形状（同一サイズであることも含む）であることが好ましい。すなわち、図３におけるバー外表面における外径（半径）Ｄ_ＪＴと外径（半径）Ｄ_ＪＢとが同じであることが好ましい。これにより、雄ネジ３Ａ１は、雌ネジ３Ａ２のみでなく、雌ネジ４Ａ２とも螺合させることができる。また、雄ネジ４Ａ１は、雌ネジ４Ａ２のみでなく、雌ネジ３Ａ２とも螺合させることができる。そのため、マンドレルバー１の反転利用時において、先後端部の連結位置を入れ替えるだけでマンドレル圧延を実施することが可能となり、マンドレルバー１の寿命を向上させることができる。

外径Ｄ_ＪＴ
本発明のマンドレルバー１は、先端部３から管内に挿入され、マンドレル圧延が行われる。先端部３は、安定な圧延を実現するために、マンドレルバー１の圧延方向最先端に向けて軸方向垂直断面が漸次小さくなるテーパー形状を有する。
前述のように、本発明のマンドレルバー１の圧延方向先端では、ネジ結合により本体部２に対して先端部３が取り付けられている。
ネジ結合部３Ａにおけるバー外表面（Ｄ_ＪＴ部）の軸方向垂直断面外径Ｄ_ＪＴは、本体部２の軸方向垂直断面外径Ｄ_ｍａｘよりも小さい（Ｄ_ＪＴ＜Ｄ_ｍａｘ）。Ｄ_ＪＴ＜Ｄ_ｍａｘであることにより、本体部２で圧延された管内面がマンドレルバー１のネジ結合部３Ａに接触することを防止でき、高い管内面肌品質が得られる。
Ｄ_ＪＴが小さすぎるとネジ結合部３Ａでの十分な結合強度が得られなくなるため、Ｄ_ＪＴはＤ_ｍａｘの５０％以上であることが好ましく、Ｄ_ｍａｘの６０～９０％であることがより好ましい。また、前述したように、マンドレルバー１の反転利用時において、先後端部の連結位置の入れ替え（ネジ結合部の共用）を可能にするためにも、Ｄ_ＪＴは、後述のＤ_ＪＢと同一であることが好ましい。

外径Ｄ_ＪＢ
本発明のマンドレルバー１は、後端部（被つかみ部）４に引き抜き装置５のつかみ部５Ａを係合させて、管内から引き抜くことができる。
前述のように、本発明のマンドレルバー１の圧延方向後端では、ネジ結合により本体部２に対して後端部４が取り付けられている。
ネジ結合部４Ａが形成される領域は、圧延方向後端に向けて軸方向垂直断面が漸次小さくなるテーパー形状を有する。
ネジ結合部４Ａにおけるバー外表面（Ｄ_ＪＢ部）の軸方向垂直断面外径Ｄ_ＪＢは、本体部２の軸方向垂直断面外径Ｄ_ｍａｘよりも小さい（Ｄ_ＪＢ＜Ｄ_ｍａｘ）。Ｄ_ＪＢ＜Ｄ_ｍａｘであることにより、本体部２で圧延された管内面がマンドレルバー１のネジ結合部４Ａに接触することを防止でき、高い管内面肌品質が得られる。
Ｄ_ＪＢは小さすぎるとネジ結合部４Ａでの十分な結合強度が得られない。
また、後端部４はマンドレル圧延後に管内から引き抜くときに高い引き抜き力が作用する。Ｄ_ＪＢはＤ_ｍａｘの５０％以上であることが好ましく、Ｄ_ｍａｘの６０～９０％であることがより好ましい。また、前述したように、マンドレルバー１の反転利用時において、先後端部の連結位置の入れ替え（ネジ結合部の共用）を可能にするためにも、Ｄ_ＪＢは、前述のＤ_ＪＴと同一であることが好ましい。

以下では、本発明のマンドレルバーの上述した構成以外の好適な構成について説明する。前述のように、マンドレルバー１は、管内に挿入されるため、軸方向先端は端部に端部テーパー部を有することが好ましい。端部テーパー部にテーパー角度を適宜設けることで、最先端径（半径）Ｄ_Ｔを調整することができ、下限は特に限定されず、０となっても引き抜き作業およびマンドレル圧延には問題はない。また、先端と同様に後端部にも端部テーパーを適宜設けても良く、最後端径（半径）Ｄ_Ｅについても下限は特に限定されない。

また、管内からマンドレルバー１を引き抜くための被つかみ部４におけるＤ_ＴＢ部（凹部４Ｂに対して端部側に形成される凸部４Ｃ）の外径Ｄ_ＴＢは、特に制限されないが、本体部２の外径（圧延部径）Ｄ_ｍａｘ以下とすることが好ましい。マンドレル圧延時に、圧延方向へマンドレルバー１が移動するときのパスラインへの引っかかりを抑制できるためである。

また、マンドレルバー１の被つかみ部４において、凹部４Ｂの外径Ｄ_Ｎは、外径Ｄ_ＴＢより小さい必要があり、Ｄ_ＴＢとＤ_Ｎの径差を利用して引き抜き装置５のつかみ部５Ａをひっかけて引き抜く。外径Ｄ_Ｎは、外径Ｄ_ＴＢに対し９５％以下であることが好ましく、引き抜き荷重に耐えるために５０％以上であることがより好ましい。

Ｄ_ＴＢ部（凹部４Ｂに対して端部側に形成される凸部４Ｃ）の軸方向長さは特に制限はないが、圧延に使用する部分ではなく、被つかみ部４の機能を発揮するための部位であり、長すぎる必要はない。Ｄ_ＴＢ部の軸方向長さは、外径Ｄ_ＴＢの３倍以下であることが好ましい。凹部４Ｂの軸方向長さも特に制限はなく、引き抜き装置５のつかみ部５Ａを嵌合させられればよい。凹部４Ｂの軸方向長さについても、圧延に利用するものではなく、長い必要はないため、外径Ｄ_Ｎの１０倍以下であることが好ましい。

また、本体部２については、マンドレル圧延を行うことができれば特に限定されず、円柱形状等、軸方向に延伸した柱状とすることができる。
本体部２は、マンドレル圧延前に管材の中に先端が突き出すように挿入し、管と共に圧延機に挿入され管を内面から圧延する。そのため、本体部２の軸方向長さは、マンドレル圧延前の管材の長さに応じて設定することが好ましい。本体部２の長さは、圧延される管材の長さより長い必要があり、対象とする管材の長さの１．２倍以上であることが好ましい。

引き抜き装置５の構成については特に限定されず、多様な外径を有するマンドレルバー１をつかむことができるように、マンドレルバー１の外径や形状等に応じて適宜変更することができる。また、つかみ部５Ａは、多様な外径を有するマンドレルバーに対応できるように取り換え式としてもよい。引き抜き装置５は、例えば、高速度鋼等の各種工具鋼から製造することができる。

＜マンドレル圧延方法および管の製造方法＞
本発明のマンドレル圧延方法（管材の圧延方法）は、前述したマンドレルバー１を用いて管材を圧延する圧延方法（マンドレル圧延方法）である。本体部２の一端側のネジ結合部３Ａに連結した先端部３を圧延方向先端部として管材に挿入させることで、マンドレルバー１を軸方向（圧延方向）に進行させて圧延を行うことができる。また、このとき、本体部２の他端側（圧延方向後端側）のネジ結合部４Ａに連結した後端部４には、被つかみ部が形成されていてよく、各圧延終了毎に引き抜き装置５により、管内に挿入したマンドレルバー１を管内部から管外に引き抜くことができる。

そして、上記のネジ結合部４Ａに先端部３を連結させることができ、これにより、マンドレルバー１の軸方向両端部のうち、管材に挿入させる側を変更（反転）することができる。反転のタイミングについては、特に限定されないが、例えば、マンドレルバー１の軸方向端部一方の側からの連続した圧延が予め設定された圧延回数に達した場合に変更することができる。この圧延回数を鋼種毎に制御すること等により、長尺であるマンドレルバー１の頻繁な反転による作業負荷を抑えつつ、マンドレルバー１の寿命を向上させることができる。

一例として、用いるマンドレルバー１の軸方向両端部のうちの同一方向からの連続圧延可能回数が予め予測できている場合に、その連続圧延可能回数に達する前に、１回以上反転することができる。この場合、例えば、上記連続圧延可能回数の８０％の回数（圧延本数）まで圧延してから、マンドレルバー１を反転してよい。

また、圧延回数が増えてから反転を行うと、マンドレルバー１の軸方向の摩擦係数などの特性が変化し、圧延する管材の外径や内面肌品質に影響する場合がある。そのため、高い寸法精度が求められる場合は、上記連続圧延可能回数の５０％以下の圧延回数で反転を繰り返し行うことが好ましい。

また、上記連続圧延可能回数が予測できていない場合においても、同一方向からの圧延回数（例えば、１０００回（１０００本の管材の圧延））を予め設定しておき、この圧延回数に達するまでに１回以上反転を行うことで寿命向上効果が得られる。また、より少ない圧延回数（例えば、３００回）で反転を行うことで、圧延後の管の歩留まり向上効果も合わせて得られる。

本発明のマンドレル圧延方法は、熱間、冷間のいずれの形態でもよい。また、マンドレル圧延は、管内に挿入したマンドレルバー１の管軸方向変位を制御する方式（リストレインド式）や、管軸方向の変位を固定せずに、管の圧延方向への移動に追従させる方式（フルフロート式）が挙げられるが、いずれでも適用できる。

また、本発明では、上記の管材の圧延方法により得られた管材を用いて継目無管を製造する継目無管の製造方法が提供される。

以上、本発明について説明した。本発明では、マンドレルバーの軸方向両端部にネジ結合部を設けており、マンドレルバーを反転利用することで寿命を向上させることができる。また、ネジ結合部を形成する部分の外径を圧延に利用する本体部の外径（マンドレルバー径）よりも小さくすることで、製造される管内面への擦り疵の発生も抑制し、管内面肌品質を良好に保つことができる。

以下に、継目無管の熱間マンドレル圧延プロセスについての実施例を示し、本発明の説明を行う。

表１に示す化学成分を有する鋼材を真空溶解炉で溶製し、丸ビレットに成形後、マンネスマン穿孔方式でΦ１３０から２３０ｍｍ、肉厚１３～３５ｍｍの管材を製造し、１０００～１１５０℃の温度範囲でマンドレル圧延を行い、肉厚を４～２０ｍｍに成形する圧延を数千本行った。

マンドレル圧延に用いたマンドレルバーは、５質量％のＣｒを含有する熱間工具鋼（ＳＫＤ６１（ＪＩＳＧ４４０４（２００６）））から得られており、表２に示す種々の形状を有するものを用いた。
具体的には、マンドレルバーは、図３に示すように、本体部２の軸方向両端にネジ結合により連結した一対の端部（先端部３、後端部４）が形成されており、本体部２の外径（圧延部径（半径））Ｄ_ｍａｘ、本体部に後端部（被つかみ部）の凹部４Ｂの外径（半径）Ｄ_Ｎ、被つかみ部におけるＤ_ＴＢ部（凹部４Ｂに対して端部側に形成される凸部）の外径（半径）Ｄ_ＴＢ、ネジ結合部３Ａにおける先端部３側のバー外表面（Ｄ_ＪＴ部）の軸方向垂直断面外径Ｄ_ＪＴ、ネジ結合部４Ａにおける後端部４側のバー外表面（Ｄ_ＪＢ部）の軸方向垂直断面外径Ｄ_ＪＢ、最先端径（半径）Ｄ_Ｔ、最先端径（半径）Ｄ_Ｅは表２に示す通りである。
表２中、テーパーネジ長さは、テーパーネジのバー軸方向（圧延方向）の長さである。
また、表２中、例えば、Ｎｏ．３において、先端部３の最も本体部２側（Ｘ軸負方向側）に位置する部位にＤ_ＪＴ部が形成されており、Ｄ_ｍａｘ＝Ｄ_ＪＴとなっている。
また、引き抜き装置としては、図３に示すようなつかみ部５Ａを有する装置を用い、Ｓ４５Ｃ（ＪＩＳＧ４０５１（２００９））を機械加工したものを用いた。
比較例の中で、Ｎｏ．１、２、８、９、１３、１４では、ネジ結合部を有さないマンドレルバーを利用した。
なお、Ｎｏ．２、９、１４では、バー両端部に被つかみ部が形成されており、両端の最先端径および最後端径が共にＤ_Ｅであり、Ｄ_Ｔについては、「－」と示している。

なお、先端部と後端部のネジ形状及びサイズが同じである場合は、反転時に先後端部を交換して使用した。具体的には、Ｎｏ．３、６、１０、１１、１６、１７については、反転利用時、反転前に使用した先端部、後端部の取り付け位置を変更して使用した。一方、Ｎｏ．４、５、７、１５については、反転利用時、別途用意した先後端部として、Ｄ_ＪＴ部に螺合可能な後端部と、Ｄ_ＪＢ部に螺合可能な先端部とに取り替えて圧延を行った。

Ｎｏ．１～１７の夫々において、マンドレルバーは１０本一組でマンドレル圧延へ供給した。なお、１０本のセットで使用するマンドレルバーは同じ使用履歴とした。また、表中の結果は、１０本のマンドレルバーでの結果の平均値である。

反転回数０回で、表面の焼き付き、割れ、縮径により、寿命になる圧延本数（連続圧延可能回数）まで使用したＮｏ．１、８、１３に対し、表２に示す同一方向での連続圧延本数、反転回数の条件で圧延を行ったＮｏ．２～７、９～１２、１４～１７を相対比較し、工具寿命の向上効果を確認した。なお、Ｎｏ．２～７はＮｏ．１と対比し、Ｎｏ．９～１２はＮｏ．８と対比し、Ｎｏ．１４～１７はＮｏ．１３と対比した。また、上記のマンドレルバーの表面の焼き付き、割れは、目視で判断し、縮径はマンドレルバーの直径が０．５％以上変化した場合を指す。

例えば、Ｎｏ．６において、寿命となる圧延本数が５１００本であり、反転回数が１９回であることから、同一方向での平均連続圧延本数は２５５本（＝５１００／（１９＋１）本）となるが、実際には反転毎に圧延回数は異なり、同一方向での最大連続圧延本数は、２６７本であった。

また、工具寿命については、具体的には、例えば、Ｎｏ．６において、Ｎｏ．１と対比するため、（５１００－２８００）／２８００×１００＝８２％と算出した。

また、得られた管について超音波検出により内面肌品質調査を行った。内面肌品質が悪く研磨などの手入れが必要な部分が各鋼管の軸方向に１か所以上検出された場合、不良と判定した。同じマンドレルバーで圧延された鋼管の内、不良と判定された鋼管の割合を不良率とした。得られた不良率については、Ｎｏ．１、３～７は、Ｎｏ．２と対比し、Ｎｏ．８、１０～１２はＮｏ．９と対比し、Ｎｏ．１３、１５～１７はＮｏ．１２と対比して不良率の増減として算出し、鋼管の品質（内面肌品質）を評価した。
具体的に、例えば、Ｎｏ．１では、１０本のマンドレルバー夫々に関し、寿命となる圧延本数の２８００本について、計２８０００本（＝２８００×１０本）の圧延された鋼管中の不良率を算出し、Ｎｏ．２については、寿命となる圧延本数の３５００本について、計３５０００本（＝３５００×１０本）の圧延された鋼管中の不良率を算出し、対比した。

不良率については、具体的には、例えば、Ｎｏ．３において、３５０００本中、２２７５０本が不良（６５％）であると判定した。一方、Ｎｏ．２においては、３５０００本中、１０５００本が不良（３０％）であると判定した。これらより、不良率を基準としたＮｏ２に対してＮｏ．３は不良率３５％（＝６５％－３０％）と算出した。
また、他の例として、Ｎｏ．６において、５１０００本中、０本が不良（０％）であると判定した。一方、Ｎｏ．２においては、上記同様に、３５０００本中、１０５００本が不良（３０％）であると判定した。これらより、不良率を－３０％（＝０％－３０％）と算出した。

表２の結果から、本発明例において先後端部にＤ_ＪＴ＜Ｄ_ｍａｘ、Ｄ_ＪＢ＜Ｄ_ｍａｘを満たす適切な位置にネジを設け、適正に反転して圧延を行ったマンドレルバーは、工具寿命の顕著な向上と優れた内面肌品質による不良率の低下の両立が確認された。

１マンドレルバー
２本体部
３先端部
３Ａネジ結合部
３Ａ１雄ネジ
３Ａ２雌ネジ
４後端部（被つかみ部）
４Ａネジ結合部
４Ａ１雄ネジ
４Ａ２雌ネジ
４Ｂ凹部
４Ｃ凸部
５引き抜き装置
５Ａつかみ部

Claims

マンドレル圧延に用いるマンドレルバーであって、
軸方向に圧延を行う本体部と、
該本体部の軸方向両端にネジ結合により連結した一対の端部と、
前記本体部および前記端部を連結するネジ結合部と、
を備え、
前記一対の端部のうち、圧延方向後端部にマンドレル圧延後に管内から引き抜くための被つかみ部が形成されており、
前記ネジ結合部におけるバー外表面の軸方向垂直断面外径が、前記本体部の軸方向垂直断面外径よりも小さく、かつ前記本体部の軸方向垂直断面外径に対して５０％以上である、マンドレルバー。
前記一対の端部夫々が雄ネジを有し、
前記本体部が軸方向両端夫々に雌ネジを有し、
前記雄ネジおよび前記雌ネジにより前記ネジ結合部が形成される、請求項１に記載のマンドレルバー。
前記ネジ結合部を形成するネジは、軸方向垂直断面外径が前記本体部側に向けて漸次小さくなるテーパーネジである、請求項１または２に記載のマンドレルバー。
請求項１～３のいずれかに記載のマンドレルバーを用いて管材を圧延する、管材の圧延方法。
請求項４に記載の管材の圧延方法により得られた管材を用いて継目無管を製造する、継目無管の製造方法。