JPWO2018230450A1 - 継目無金属管の製造方法 - Google Patents

Abstract

継目無金属管の製造方法は、直径（Ｂ）を有するビレット（２）を準備する工程と、ビレット（２）を加熱する工程と、加熱されたビレット（２）の後端中央部に、式（１）を満たす溝幅（Ｄ）、式（２）を満たす溝高さ（Ｈ）及び式（３）を満たす溝深さ（Ｌ１）を有し、ビレット（２）の軸方向に延びる４つの溝（８）を含む穴（７）を形成する工程と、穿孔機により、穴（７）が形成されたビレット（２）を先端から穿孔圧延する工程とを備える。これにより、穿孔圧延後の中空素管の後端にバリ及びかぶれ疵が発生するのを抑制できる。０．１２ ≦ Ｄ／Ｂ ≦ ０．２５ （１）０．１０ ≦ Ｈ／Ｂ ≦ ０．２０ （２）０．０５ ≦ Ｌ１／Ｂ ＜ ０．１０ （３）

Description

本発明は、継目無金属管の製造方法に関する。さらに詳しくは、穿孔機を用いた継目無金属管の製造方法に関する。

継目無金属管の製造方法の１つに、穿孔機を用いる方法がある。穿孔機は、パスラインの周りに等間隔に配置された複数の傾斜ロールと、複数の傾斜ロールの間のパスライン上に配置されるプラグとを備える。

穿孔機を用いた継目無金属管の製造方法は次のとおりである。初めに、加熱された丸ビレットを準備し、パスライン上に配置する。穿孔機の前方に配置されたプッシャを用いて、丸ビレットを複数の傾斜ロールの間に押し込む。丸ビレットが複数の傾斜ロールに噛み込まれると、丸ビレットは螺旋状に回転しながら傾斜ロール及びプラグにより穿孔圧延され、中空素管となる。

穿孔圧延中、プラグは丸ビレットを穿孔する。プラグ先端が丸ビレットの後端から抜け出るとき、丸ビレットの後端部のうち、プラグ先端が抜け出る直前までプラグ先端と接触していた部分（以下、「接触部分」という）が突き破られる。突き破られた接触部分は、バリとなって中空素管内面又は後端に残存する。

バリは、穿孔圧延後、穿孔機内に落下して堆積することがある。この場合、定期的に穿孔機内の清掃が必要となる。その他にも、大きなバリが中空素管内面又は後端に残存すると、後続工程の延伸圧延時に、中空素管内面及びマンドレルバー等に疵を発生させる。

バリの発生を抑制する方法が、国際公開第２００９／１２２６２０号（特許文献１）、特開２００１−２１９２０５号公報（特許文献２）、特開２０１５−１６７９６０号公報（特許文献３）及び特開平７−２１４１１３号公報（特許文献４）に開示されている。

特許文献１に開示された方法では、穿孔圧延前に丸ビレットの後端中央部に、所定の深さを有し、内面に複数の溝を有する穴を形成する。隣合う溝の間には、下穴の形状の一部が現れる。この複数の溝を有する穴が形成された丸ビレットを穿孔圧延する。プラグの先端が丸ビレットの後端を突き破るとき、突き破られた後端面の接触部分は、バリの起点となり得る突起部を形成しようとする。しかしながら、穴の内面に形成された溝が、突起部となり得る接触部分を吸収する。また、穴を形成することにより、突起部のサイズを増大させ得る余肉が除去されている。これにより、バリの発生を抑制できる、と特許文献１には記載されている。

特許文献２及び特許文献３に開示された方法では、穿孔圧延前に丸ビレットの後端中央部に、所定の深さの溝を有しない穴を形成する。穴が形成された丸ビレットを穿孔圧延する。これらの文献には、丸ビレットの後端中央部に穴を形成することにより、バリとなり得る余肉が除去され、バリの発生を抑制できる、と記載されている。

特許文献４に開示された方法では、後端面に−（マイナス）形状又は＋（プラス）形状のすじ溝が形成された丸ビレットを穿孔圧延する。後端面にマイナス形状又はプラス形状のすじ溝が形成されるために端面中央領域に余肉が存在しないかあるいは余肉が少ないので、バリの発生を抑制できる、と特許文献４には記載されている。

国際公開第２００９／１２２６２０号 特開２００１−２１９２０５号公報 特開２０１５−１６７９６０号公報 特開平７−２１４１１３号公報

しかしながら、継目無金属管の製造においては、さらなるバリの発生の抑制が望まれている。また、特許文献１〜特許文献４の方法は、変形能が低い合金鋼に適用できるかは不明である。さらに、本発明者らは、従来技術によるバリ抑制対策では、中空素管内面にかぶれ疵が発生する場合があることを知見した。そのため、バリとかぶれ疵の両方を同時に抑制する手法の開発が望まれるようになった。

本発明の目的は、変形能が低い合金鋼であっても、穿孔圧延後の中空素管の後端に発生するバリ及びかぶれ疵を抑制できる継目無金属管の製造方法を提供することである。

本実施形態による継目無金属管の製造方法は、複数の傾斜ロールと複数の傾斜ロールの間に配設されたプラグとを備えた穿孔機を用いる。製造方法は、直径Ｂ（ｍｍ）を有するビレットを準備する工程と、ビレットを加熱する工程と、加熱されたビレットの後端中央部に、式（１）を満たす溝幅Ｄ（ｍｍ）、式（２）を満たす溝高さＨ（ｍｍ）及び式（３）を満たす溝深さＬ１（ｍｍ）を有し、ビレットの軸方向に延びる４つの溝を含む穴を形成する工程と、穿孔機により、穴が形成されたビレットを先端から穿孔圧延する工程とを備える。
０．１２ ≦ Ｄ／Ｂ ≦ ０．２５ （１）
０．１０ ≦ Ｈ／Ｂ ≦ ０．２０ （２）
０．０５ ≦ Ｌ１／Ｂ ＜ ０．１０ （３）

本発明によれば、変形能が低い合金鋼であっても、穿孔圧延後の中空素管の後端に発生するバリ及びかぶれ疵を抑制できる。

図１は、バリの発生を示す断面図である。 図２は、大きなバリの発生を示す断面図である。 図３は、後端部に円錐形状の穴が形成されたビレットを穿孔圧延する場合の断面図である。 図４は、後端部に円柱形状の穴が形成されたビレットを穿孔圧延する場合の断面図である。 図５は、後端部に深い溝を有するビレットの穿孔圧延中の断面図である。 図６は、後端部に浅い溝を有するビレットの穿孔圧延中の断面図である。 図７は、本実施形態のビレットの斜視図である。 図８は、本実施形態のビレットの正面図である。 図９は、本実施形態のビレットの断面図である。 図１０は、一般的な溝を有する穴が形成されたビレットの正面図である。 図１１は、ビレットの後端中央部に穴を形成する工程を示す図である。 図１２は、穿孔圧延工程を示す図である。 図１３は、組成の異なる鋼の温度と絞り値との関係を示す図である。

以下、本実施形態について詳述する。図中同一又は相当部分には、同一符号を付してその説明を援用する。以下では、鋼からなる丸ビレット（以下、単に「ビレット」という）を穿孔圧延し、継目無鋼管を製造することを前提に説明する。

［バリの発生］
穿孔圧延後の中空素管の後端に発生するバリ及びかぶれ疵について説明する。

図１は、バリの発生を示す断面図である。図１では、後端部に穴が形成されていないビレットを穿孔圧延する場合を示す。図１を参照して、穿孔圧延において、プラグ１の先端がビレット２の後端面１４から抜け出るとき、プラグ１の先端が抜け出る直前までプラグ１の先端と接触していた部分（接触部分）３が突き破られる。この接触部分３は、中空素管４にとって余肉である。したがって、プラグ１によって突き破られた接触部分３は、中空素管４の内面又は後端にバリ５として残存する。

図２は、大きなバリの発生を示す断面図である。図２では、後端部に穴が形成されていないビレットを穿孔圧延する場合を示す。図２では、先端が平坦なプラグ１によってビレット２を穿孔圧延する。図２を参照して、先端が平坦なプラグ１は、先端が尖った又は丸まったプラグ（図１参照）と比較して、接触部分３の体積が大きい。そのため、プラグ１によって突き破られた接触部分３は、図１に示すバリよりも体積の大きいバリ５として残存する。

このようなバリの発生は、ビレットの後端部に余肉があることに起因する。バリの発生を抑制するため、後端部に穴が形成されたビレットを用いる方法がある。しかしながら、単に穴を設けただけでは、かぶれ疵や堆積物が生じる可能性がある。

［かぶれ疵の発生］
図３は、後端部に円錐形状の穴が形成されたビレットを穿孔圧延する場合の断面図である。図３を参照して、後端部に円錐形状の穴７が形成されたビレット２では、バリの原因となる余肉が穴７の容積分だけ除去されている。そのため、バリは発生しにくい。しかしながら、後端部に円錐形状の穴７が形成されたビレット２を穿孔圧延すると、中空素管４の内面にかぶれ疵６が生じることがある。

［堆積物の発生］
図４は、後端部に円柱形状の穴が形成されたビレットを穿孔圧延する場合の断面図である。図４を参照して、後端部に円柱形状の穴７が形成されたビレット２では、穴７の容積分の余肉が除去されている。そのため、バリは発生しにくい。しかしながら、たとえば、先端が平坦なプラグ１によってビレット２を穿孔圧延した場合、プラグ１の先端の接触部分３が中空素管４から切り離されやすい。切り離された接触部分３は、穿孔機に堆積するため、定期的な清掃が必要となる。

この点、特許文献１に開示されるように、後端部に溝を有する穴が形成されたビレットを穿孔圧延すれば、バリの起因となる接触部分が溝に吸収されるため、基本的にはバリの発生は抑制される。しかしながら、穴の形状、ビレットの変形能等によっては、バリ又はかぶれ疵が残存することがある。したがって、バリ及びかぶれ疵の両方の発生をより確実に抑制することが望まれている。また、油井等で使用される継目無金属管では強度、耐食性等が要求される。そのため、継目無金属管の製造には高い強度及び耐食性を有する合金鋼からなるビレットが用いられることがある。しかしながら、合金鋼は炭素鋼に比べて変形能が低い。ビレットの変形能が低ければ大きなバリが発生しやすく、バリ全体が溝に収まりきらない場合がある。したがって、合金鋼からなる継目無金属管をバリ及びかぶれ疵を発生させることなく製造することが望まれている。

そこで本発明者らは、バリ及びかぶれ疵の両方の抑制を実現するため、ビレットの後端部に形成される溝を有する穴の詳細な形状について検討した。

バリの発生を抑制するには、バリの起因となる接触部分を吸収する溝が重要となる。したがって、バリを吸収しやすくするために、溝の深さを深くすることが考えられる。しかしながら、溝の深さを深くすれば、後述する実施例に示すように穿孔圧延後の中空素管の内面にかぶれ疵が発生しやすいことが分かった。本明細書において、「溝の深さ」とは、ビレットの軸方向に沿った溝の長さを意味する。

図５は、後端部に深い溝を有するビレットの穿孔圧延中の断面図である。図５を参照して、ビレット２の直径Ｂに対して溝８の深さＬ１が深い場合、接触部分３が後端面１４近傍に達する前に突き破られる。プラグ１がビレット２の後端に向かってさらに進むと、突き破られた接触部分３がプラグ１によって圧延される。このため、穿孔圧延後の中空素管の内面にかぶれ疵が発生しやすい。

図６は、後端部に浅い溝を有するビレットの穿孔圧延中の断面図である。図６を参照して、ビレット２の直径Ｂに対して溝８の深さＬ１が浅い場合、接触部分３はビレット２の後端面１４近傍で突き破られる。この場合、突き破られた接触部分３はプラグ１によって圧延されにくい。このため、穿孔圧延後の中空素管の内面にかぶれ疵が発生しにくい。ただし、溝８の深さＬ１が浅すぎれば、接触部分３が溝８に収まりにくいためバリが発生する（図１参照）。

そこで、本発明者らはかぶれ疵及びバリの発生の双方を抑制する方法について鋭意検討を重ねた。その結果、溝が浅い場合であっても、溝形状を工夫することで、溝８がプラグ１によって突き破られた接触部分３を吸収できることが分かった。より具体的には、溝幅及び溝高さが適切な形状であればバリの発生を抑制できることを見出した。また、溝深さが適度に浅ければかぶれ疵の発生も抑制できることを見出した。さらに、上記の知見により、炭素鋼だけでなく、合金鋼であってもバリ及びかぶれ疵の発生を抑制できることを見出した。

本発明の継目無金属管の製造方法は、以上の知見に基づいて完成されたものである。本実施形態による継目無金属管の製造方法は、複数の傾斜ロールと複数の傾斜ロールの間に配設されたプラグとを備えた穿孔機を用いる。製造方法は、直径Ｂ（ｍｍ）を有するビレットを準備する工程と、ビレットを加熱する工程と、加熱されたビレットの後端中央部に、式（１）を満たす溝幅Ｄ（ｍｍ）、式（２）を満たす溝高さＨ（ｍｍ）及び式（３）を満たす溝深さＬ１（ｍｍ）を有し、ビレットの軸方向に延びる４つの溝を含む穴を形成する工程と、穿孔機により、穴が形成されたビレットを先端から穿孔圧延する工程とを備える。
０．１２ ≦ Ｄ／Ｂ ≦ ０．２５ （１）
０．１０ ≦ Ｈ／Ｂ ≦ ０．２０ （２）
０．０５ ≦ Ｌ１／Ｂ ＜ ０．１０ （３）

本実施形態の製造方法では、溝を有する穴が後端中央部に形成されたビレットを穿孔圧延する。式（１）及び式（２）を満たすため、穴の形状は軸方向視で十字である。また、後述する実施例に示すように、式（１）及び式（２）を満たす溝は適度な大きさであるため、溝はプラグにより突き破られた接触部分を吸収できる。これにより、穿孔圧延後の中空素管にバリが発生しにくい。また、溝の形状は式（３）を満たす。後述する実施例に示すように、式（３）を満たす溝は、接触部分がビレット後端面近傍で突き破られる。すなわち、ビレットの穴の浅い位置で接触部分が突き破られる。そのため、突き破られた接触部分がプラグに圧延されにくい又はプラグにより圧延される時間が短い。これにより、中空素管の内面にかぶれ疵が発生しにくい。バリの発生が抑制されることにより、穿孔機にバリが堆積しにくい。また、バリ及びかぶれ疵の発生が抑制された中空素管を延伸圧延することで継目無金属管の内面及び圧延機の工具（例：マンドレルバー）に疵が発生しにくい。

好ましくは、ビレットの後端面上において、ビレットの後端中央から溝底面までの最大距離の２倍であるＬ２（ｍｍ）は、式（４）を満たす。
０．３０ ≦ Ｌ２／Ｂ ≦ ０．６０ （４）

Ｌ２／Ｂは、ビレット後端面において、ビレット直径に対する穴の最大幅の比率を意味する。したがって、Ｌ２／Ｂが小さければ小さな穴を意味し、Ｌ２／Ｂが大きければ大きな穴を意味する。Ｌ２／Ｂが小さければ、プラグによって突き破られた接触部分が溝に吸収されにくい。Ｌ２／Ｂが大きければ、過剰に溝が大きいため、穴の加工に費やす時間が増える。また、プレス加工により穴を形成する場合ではプレス荷重が増大する。したがって、後述する実施例にも示されるように、Ｌ２／Ｂは所定の範囲内（式（４））であるのが好ましい。

好ましくは、ビレットの軸方向から見て、４つの溝は十字形状に設けられ、４つの溝は、ビレットの後端面から延びる。

本明細書において「４つの溝は十字形状」とは、ビレットの軸方向から見て、溝がビレットの軸心周りに等間隔に配置され、周方向に隣接する２つの溝同士が直交することを意味する。このような十字形状の４つの溝がビレットの後端面から延びるということは、穴の断面形状が後端面から一定であることを意味する。この場合、穴の形成が容易にできる。

本実施形態の製造方法は、たとえば、質量％で、Ｃｒ：１〜１２％を含有する合金鋼に適用できる。また炭素鋼は合金鋼よりもバリが発生しにくいので、当然、本実施形態の製造方法にて炭素鋼におけるバリ及びかぶれ疵の発生も抑制できる。

後述する実施例に示されるように、穴を適正な形状にすれば、１３００℃未満に加熱された合金鋼からなるビレットであってもバリ及びかぶれ疵の発生を抑制して穿孔圧延できる。これにより、加熱工程でのエネルギー原単位の低下を抑制できる。

［製造方法］
以下、本実施形態の継目無金属管の製造方法について説明する。製造方法は、準備工程と、加熱工程と、形成工程と、穿孔圧延工程と、を備える。

［準備工程］
準備工程では、直径Ｂ（ｍｍ）を有するビレットを準備する。ビレットの材質はたとえば、鋼である。ビレットはたとえば、連続鋳造法や造塊法によって製造される。ビレットの直径は、特に限定されない。しかしながら、一般に、継目無金属管に製造されるビレットの直径は、２０〜４００（ｍｍ）である。

［加熱工程］
加熱工程では、ビレットを加熱炉で加熱する。加熱温度は特に限定されない。しかしながら、エネルギー原単位の低下を抑制する観点から、加熱温度は１３００℃未満であるのが好ましい。また、ビレットの変形能の観点から、加熱温度は１１００℃以上であるのが好ましい。

［形成工程］
図７は、本実施形態のビレットの斜視図である。図７を参照して、形成工程では、ビレット２の後端中央部に穴７を形成する。穴７は、後端面１４からビレット２の軸方向に延びる。また、穴７は、後端面１４からビレット２の軸方向に延びる４つの溝８を含む。４つの溝８はそれぞれ、ビレット２の軸心の周りに等間隔に配置されている。４つの溝８それぞれの形状は、同一である。したがって、以下では、４つの溝８のうちの１つの溝について説明する。

［穴形状］
溝８は、式（１）を満たす溝幅Ｄ（ｍｍ）、式（２）を満たす溝高さＨ（ｍｍ）及び式（３）を満たす溝深さＬ１（ｍｍ）を有する。ここで、溝幅Ｄは、２つの溝側面９の間の距離を意味する。溝高さＨは、溝側面９の端から溝底面１０までの距離を意味する。溝深さＬ１は、溝８のビレット軸方向の距離を意味する。
０．１２ ≦ Ｄ／Ｂ ≦ ０．２５ （１）
０．１０ ≦ Ｈ／Ｂ ≦ ０．２０ （２）
０．０５ ≦ Ｌ１／Ｂ ＜ ０．１０ （３）

式（１）について説明する。後述する実施例に示すように、Ｄ／Ｂが０．１２未満であれば、溝幅Ｄが小さいためプラグによって突き破られた接触部分を溝が吸収しにくい。したがって、Ｄ／Ｂの下限は０．１２である。好ましくは、Ｄ／Ｂの下限は０．１５であり、さらに好ましくは、０．１７である。Ｄ／Ｂが０．２５よりも大きければ、溝幅Ｄが大きいため、軸方向視で、溝を有する穴の形状が円に近づく。そのため、溝による接触部分を吸収する効果が得られにくい。したがって、Ｄ／Ｂの上限は０．２５である。好ましくは、Ｄ／Ｂの上限は０．２３である。

式（２）について説明する。Ｈ／Ｂが０．１０未満であれば、溝高さＨが低いためプラグによって突き破られた接触部分を溝が吸収しにくい。したがって、Ｈ／Ｂの下限は０．１０である。好ましくは、Ｈ／Ｂの下限は０．１２である。Ｈ／Ｂが０．２０よりも大きければ、溝高さＨが高いため、過大な空隙を圧延することとなり、折れ込み疵や割れが発生しやすい。したがって、Ｈ／Ｂの上限は０．２０である。好ましくは、Ｈ／Ｂの上限は０．１６である。

式（３）について説明する。Ｌ１／Ｂが０．０５未満であれば、溝深さＬ１が浅いためプラグによって突き破られた接触部分を吸収する十分な溝の容積がない。したがって、Ｌ１／Ｂの下限は０．０５である。好ましくは、Ｌ１／Ｂの下限は０．０７である。Ｌ１／Ｂが０．１０以上であれば、後述する実施例に示すように、溝深さＬ１が深いため穿孔圧延後の中空素管の内面にかぶれ疵が発生しやすい。したがって、Ｌ１／Ｂの上限は０．１０である。好ましくは、Ｌ１／Ｂの上限は０．０９である。

図８は、本実施形態のビレットの正面図である。図８を参照して、ビレット２の軸方向から見た穴の形状について説明する。溝８は式（１）及び式（２）を満たすため、ビレット２の穴７の形状は十字となる。溝８の溝側面９はビレット２の径方向に平行であり、溝側面９の後端中央Ｃに近い方の端は、隣接する他の溝８の溝側面９の後端中央Ｃに近い方の端と繋がる。つまり、隣接する溝８の間に下穴の形状の一部１００は現れない（図１０参照）。溝底面１０はＲ形状である。しかしながら、溝底面１０の形状はこれに限定されない。溝底面１０の形状はたとえば、平坦であってもよい。

図９は、本実施形態のビレットの断面図である。図９を参照して、ビレット２の穴の深さ方向の形状について説明する。溝８は式（３）を満たすため、従来技術の溝と比べて浅い。溝８の先端面２４は、Ｒ形状である。しかしながら、溝８の先端面２４の形状はこれに限定されない。溝８の先端面２４の形状は平坦であってもよい。また、溝８はビレット２の軸方向と平行に延びている。しかしながら、溝８の延びる方向はビレット２の軸方向と平行でなくてもよい。たとえば、溝８は先端面２４に向かって徐々に小さくなってもよい。この場合であっても、軸方向から見た任意の位置の断面において、溝８は式（１）及び式（２）を満たす。

図１１は、ビレットの後端中央部に穴を形成する工程を示す図である。図１１を参照して、加熱炉からビレット２を抽出後、クランプダイス１１でビレット２を拘束する。クランプダイス１１は、円形の孔型を有するダイス１２と、ダイス１２を昇降する駆動装置１３とを含む。拘束されたビレット２の後端面１４の中央部に、図示しない油圧シリンダの先端に取り付けたポンチを押し込む。これにより、穴７が形成される。穴７は、機械加工で形成されてもよいし、プレス加工で形成されてもよい。その他にも、穴７はビレット２の後端中央部をプラズマガス等で溶融することにより形成されてもよい。

［穿孔圧延工程］
図１２は、穿孔圧延工程を示す図である。図１２を参照して、ビレット２に穴を形成した後、ビレット２を穿孔機１５を用いて穿孔圧延する。穿孔機１５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）１６と、プラグ１と、芯金１７とを含む。

２つの傾斜ロール１６は、パスラインＰＬを挟んで互いに対向して配置される。各傾斜ロール１６は、パスラインＰＬに対して、傾斜角及び交叉角を有する。プラグ１は２つの傾斜ロール１６の間であって、パスラインＰＬ上に配置される。芯金１７は、穿孔機１５の出側のパスラインＰＬに沿って配置される。芯金１７の先端は、プラグ１の後端と接続される。

プッシャ１８は、穿孔機１５の入側前方に、パスラインＰＬに沿って配置される。プッシャ１８は、シリンダ本体１９と、シリンダ軸２０と、接続部材２１と、ビレット押し棒２２とを含む。ビレット押し棒２２は接続部材２１により、周方向に回転可能にシリンダ軸２０と連結される。接続部材２１は、ビレット押し棒２２を周方向に回転可能にするためのベアリングを含む。

駆動装置であるシリンダ本体１９は、油圧式又は電動式であり、シリンダ軸２０を前進及び後退させる。プッシャ１８は、ビレット押し棒２２の先端面をビレット２の後端面に当接させ、シリンダ本体１９によりシリンダ軸２０及びビレット押し棒２２を前進させることで、ビレット２を後方から推し進める。

プッシャ１８と傾斜ロール１６との間のパスラインＰＬ上には、入口ガイド２３が配設される。入口ガイド２３は、ビレット２がプッシャ１８に押されて前進している間、ビレット２がパスラインＰＬからずれるのを抑制する。

溝を有する穴が形成されたビレット２を、傾斜ロール１６とプッシャ１８との間のパスラインＰＬ上に配置する。このとき、ビレット２の後端面はプッシャ１８と対向し、ビレット２の先端面はプラグ１と対向する。

プッシャ１８は、ビレット２をパスラインＰＬに沿って推し進め、２つの傾斜ロール１６の間に押し込む。ビレット２は、２つの傾斜ロール１６に噛み込まれる。ビレット２は、傾斜ロール１６により螺旋状に回転しながら前進する。ビレット２の軸心にプラグ１が押し込まれる。これにより、プラグ１及び傾斜ロール１６は、ビレット２を穿孔圧延する。ビレット２を穿孔圧延することで、中空素管が得られる。

穿孔圧延工程後、中空素管はマンドレルミル、エロンゲータ、サイジングミル等により圧延され、継目無金属管が製造される。

図８を参照して、ビレット２の後端面１４上において、ビレット２の後端中央Ｃから溝底面１０までの最大距離の２倍であるＬ２（ｍｍ）は、式（４）を満たすのが好ましい。ビレット２の後端中央Ｃとは、ビレット２の後端面１４上におけるビレット２の軸心を意味する。
０．３０ ≦ Ｌ２／Ｂ ≦ ０．６０ （４）

Ｌ２／Ｂは、ビレット２の後端面１４において、ビレット直径Ｂに対する穴７の最大幅の比率を示す。Ｌ２／Ｂが小さければ、プラグによって突き破られた接触部分が溝に吸収されにくい。Ｌ２／Ｂが大きければ、過剰に溝８が大きくなり、穴７の加工に費やす時間が増える。またプレス加工により穴７を形成する場合はプレス荷重が増大する。したがって、後述する実施例に示されるように、Ｌ２／Ｂは所定の範囲内であるのが好ましい。

ビレット２は、たとえば、質量％で、Ｃｒ：１〜１２％を含有する鋼（以下、「合金鋼」ともいう）であってもよい。油井等で使用される継目無金属管では強度、耐食性等が要求される。合金鋼は、強度、耐食性等が高いため、油井等で使用される継目無金属管の材料に適する。一方で、合金鋼は変形能が低い。ビレットの変形能が低ければ大きなバリが発生し易く、バリ全体が溝に収まりきらない場合がある。しかしながら、後述する実施例に示されるように、本実施形態の製造方法によれば、炭素鋼だけでなく、合金鋼からなるビレットであってもバリの発生を抑制して継目無金属管を製造できる。

図１３は、組成の異なる鋼の温度と絞り値との関係を示す図である。より具体的には、図１３は、各種鋼を様々な温度に加熱し、各種鋼に対し引張試験を行った結果を示す。図１３において、縦軸は絞り値（％）を示し、横軸は鋼の温度（℃）を示す。図１３において、丸印は炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）の結果を示し、四角印は合金鋼（２Ｃｒ鋼）の結果を示す。なお、「絞り値」とは以下の式により算出される。
（絞り値［％］）＝（（破断した部分の引張試験前の断面積）−（引張試験において破断した部分の断面積））／（破断した部分の引張試験前の断面積）×１００

図１３に示す絞り値が９５％未満であれば、ビレットの変形能が低いことにより、穿孔圧延後にバリが発生しやすいことが分かっている。図１３を参照すると、炭素鋼では、温度が１０００℃以上の範囲で絞り値が９５％以上であるのに対して、合金鋼では、温度が１２００℃よりも低くなると極端に絞り値が小さくなることが分かる。つまり、合金鋼では炭素鋼に比べて変形能が低いことが明らかである。合金鋼の場合、絞り値が９５％以上となる温度は約１２００℃である。したがって、合金鋼からなるビレットを穿孔圧延する際、ビレットの温度は１２００℃以上であるのが望ましい。これを実現するには、加熱工程において、ビレットを１３００℃以上に加熱する必要がある。その理由は、加熱炉から穿孔機までビレットを搬送する間、ビレットの端面の温度は約１００〜２００℃低下するからである。ビレットを１３００℃以上に加熱することは、エネルギー原単位を低下させる。

しかしながら、本実施形態の製造方法では、溝を有する穴を含むビレットを用いる。後述する実施例に示されるように、穴を適正な形状にすれば、ビレットの加熱温度によらず、つまり加熱温度が１３００℃未満の合金鋼からなるビレットであってもバリの発生を抑制して穿孔圧延できる。これにより、継目無金属管の製造において、エネルギー原単位の低下を抑制できる。

本発明者らは、ビレット後端中央部に形成された穴の形状を種々変更し、穿孔圧延によって中空素管を製造した。より具体的には、ビレットを加熱し、ビレットの後端中央部に表２に示す溝を有する種々の穴を形成した。各ビレットの穴は４つの溝を有した。各ビレットの４つの溝は、ビレット周方向に等間隔に配置された。ビレットの加熱温度は、１２４５℃であった。加熱されたビレットを穿孔機で穿孔圧延し中空素管を製造した。中空素管の直径は８２ｍｍであり、肉厚は１１ｍｍであった。製造された中空素管について、本発明者らは、目視によりバリ及びかぶれ疵の発生について評価した。

表１は、本実施例で用いたビレットの組成を示す。

表２は、ビレットの後端中央部に形成された穴の形状と、バリ及びかぶれ疵の発生の有無の評価結果を示す。表２中の「溝深さＬ１／Ｂ」、「最大穴径Ｌ２／Ｂ」、「溝幅Ｄ／Ｂ」及び「溝高さＨ／Ｂ」はそれぞれ、ビレット直径（Ｂ＝７０ｍｍ）で無次元化した値を示す。表２中の評価欄において、文字「ＮＧ」はバリ又はかぶれ疵が発生したことを示し、文字「Ａ」は許容される僅かなバリ又はかぶれ疵が発生したことを示し、文字「Ｇ」は、バリ及びかぶれ疵が発生しなかったことを示す。

試験番号１、４及び５では、中空素管の後端に大きなバリが発生した。
試験番号２及び３では、中空素管の内面にかぶれ疵が発生した。
試験番号６〜８では、中空素管の後端にバリが発生し、内面にかぶれ疵が発生した。
試験番号１０及び１３では、中空素管の後端に許容される小さなバリが発生した。
試験番号９、１１、１２、１４及び１５では、中空素管にバリ、かぶれ疵はほとんど発生しなかった。

本発明者らは、本実施例より、以下のように結論づけた。試験番号１〜８より、ビレットの後端中央部に形成された溝深さＬ１／Ｂが浅いほど、かぶれ疵の発生は抑制される。また、試験番号１０より、溝幅Ｄ／Ｂが小さいとプラグによって突き破られた接触部分が溝に吸収されにくく、バリが発生しやすかった。

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、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。したがって、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更して実施することができる。

１：プラグ
２：ビレット
３：接触部分
４：中空素管
５：バリ
６：かぶれ疵
７：穴
８：溝
９：溝側面
１０：溝底面
１１：クランプダイス
１２：ダイス
１３：駆動装置
１４：後端面
１５：穿孔機
１６：傾斜ロール
１７：芯金
１８：プッシャ
１９：シリンダ本体
２０：シリンダ軸
２１：接続部材
２２：ビレット押し棒
２３：入口ガイド
２４：先端面

Claims (3)

1. 複数の傾斜ロールと前記複数の傾斜ロールの間に配設されたプラグとを備えた穿孔機を用いた継目無金属管の製造方法であって、
   直径Ｂ（ｍｍ）を有するビレットを準備する工程と、
   前記ビレットを加熱する工程と、
   加熱された前記ビレットの後端中央部に、式（１）を満たす溝幅Ｄ（ｍｍ）、式（２）を満たす溝高さＨ（ｍｍ）及び式（３）を満たす溝深さＬ１（ｍｍ）を有し、前記ビレットの軸方向に延びる４つの溝を含む穴を形成する工程と、
   前記穿孔機により、前記穴が形成されたビレットを先端から穿孔圧延する工程とを備える、継目無金属管の製造方法。
   ０．１２ ≦ Ｄ／Ｂ ≦ ０．２５ （１）
   ０．１０ ≦ Ｈ／Ｂ ≦ ０．２０ （２）
   ０．０５ ≦ Ｌ１／Ｂ ＜ ０．１０ （３）
2. 請求項１に記載の継目無金属管の製造方法であって、
   前記ビレットの後端面上において、前記ビレットの後端中央から溝底面までの最大距離の２倍であるＬ２（ｍｍ）は、式（４）を満たす、継目無金属管の製造方法。
   ０．３０ ≦ Ｌ２／Ｂ ≦ ０．６０ （４）
3. 請求項１又は請求項２に記載の継目無金属管の製造方法であって、
   前記ビレットの軸方向から見て、前記４つの溝は十字形状に設けられ、
   前記４つの溝は、前記ビレットの後端面から延びる、継目無金属管の製造方法。
   

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