WO2018230450A1 - 継目無金属管の製造方法 - Google Patents

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WO2018230450A1
WO2018230450A1 PCT/JP2018/021960 JP2018021960W WO2018230450A1 WO 2018230450 A1 WO2018230450 A1 WO 2018230450A1 JP 2018021960 W JP2018021960 W JP 2018021960W WO 2018230450 A1 WO2018230450 A1 WO 2018230450A1
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WO
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billet
groove
rear end
hole
burrs
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PCT/JP2018/021960
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康嗣 山根
一宗 下田
祐二 井上
秀輔 下岡
雄一 山成
Original Assignee
新日鐵住金株式会社
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Priority to JP2019525373A priority patent/JP6819782B2/ja
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/02—Making uncoated products
    • B21C23/04—Making uncoated products by direct extrusion
    • B21C23/08—Making wire, bars, tubes
    • B21C23/085—Making tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B19/00—Tube-rolling by rollers arranged outside the work and having their axes not perpendicular to the axis of the work
    • B21B19/02—Tube-rolling by rollers arranged outside the work and having their axes not perpendicular to the axis of the work the axes of the rollers being arranged essentially diagonally to the axis of the work, e.g. "cross" tube-rolling ; Diescher mills, Stiefel disc piercers or Stiefel rotary piercers
    • B21B19/04—Rolling basic material of solid, i.e. non-hollow, structure; Piercing, e.g. rotary piercing mills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B23/00—Tube-rolling not restricted to methods provided for in only one of groups B21B17/00, B21B19/00, B21B21/00, e.g. combined processes planetary tube rolling, auxiliary arrangements, e.g. lubricating, special tube blanks, continuous casting combined with tube rolling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C25/00—Profiling tools for metal extruding
    • B21C25/08—Dies or mandrels with section variable during extruding, e.g. for making tapered work; Controlling variation

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a seamless metal pipe. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a seamless metal pipe using a punch.
  • One method for producing seamless metal pipes is to use a perforator.
  • the drilling machine includes a plurality of inclined rolls arranged at equal intervals around the pass line, and a plug arranged on the pass line between the plurality of inclined rolls.
  • the manufacturing method of the seamless metal pipe using a punching machine is as follows. First, a heated round billet is prepared and placed on the pass line. A round billet is pushed between a plurality of inclined rolls using a pusher arranged in front of the drilling machine. When a round billet is bitten by a plurality of inclined rolls, the round billet is pierced and rolled by an inclined roll and a plug while rotating in a spiral shape to form a hollow shell.
  • the plug pierces a round billet.
  • a portion (hereinafter referred to as “contact portion”) that is in contact with the plug tip until the plug tip is pulled out of the rear end of the round billet is broken through.
  • the pierced contact portion becomes a burr and remains on the inner surface or the rear end of the hollow shell.
  • ⁇ Burr may drop and accumulate in the punch after piercing and rolling. In this case, it is necessary to periodically clean the inside of the drilling machine. In addition, if large burrs remain on the inner surface or the rear end of the hollow shell, wrinkles are generated on the inner surface of the hollow shell, the mandrel bar, and the like during the subsequent drawing and rolling.
  • Patent Document 1 Methods for suppressing the generation of burrs are disclosed in WO2009 / 122620 (Patent Document 1), JP2001-219205 (Patent Document 2), JP2015-167960 (Patent Document 3) and JP 7-214113 (Patent Document 4).
  • Patent Document 1 a hole having a predetermined depth and a plurality of grooves on the inner surface is formed at the center of the rear end of the round billet before piercing and rolling. A part of the shape of the pilot hole appears between the adjacent grooves.
  • the round billet in which holes having a plurality of grooves are formed is pierced and rolled.
  • the contact portion of the broken rear end surface tends to form a protrusion that can be a starting point of a burr.
  • the groove formed in the inner surface of the hole absorbs a contact portion that can be a protrusion. Further, by forming the hole, the excess wall that can increase the size of the protrusion is removed. Thus, Patent Document 1 describes that the generation of burrs can be suppressed.
  • Patent Document 2 and Patent Document 3 a hole having no groove of a predetermined depth is formed in the center of the rear end of the round billet before piercing and rolling.
  • a round billet having holes formed therein is pierced and rolled.
  • Patent Document 4 In the method disclosed in Patent Document 4, a round billet having a ⁇ (minus) -shaped or + (plus) -shaped streak groove formed on the rear end face is pierced and rolled. Patent Document 4 describes that generation of burrs can be suppressed because there is no surplus in the center region of the end surface or there is little surplus because a minus or plus shaped streak groove is formed on the rear end surface. Yes.
  • An object of the present invention is to provide a method for producing a seamless metal pipe capable of suppressing burrs and rashes generated at the rear end of a hollow shell after piercing and rolling even in an alloy steel having low deformability. .
  • the method for manufacturing a seamless metal pipe uses a drilling machine including a plurality of inclined rolls and a plug disposed between the plurality of inclined rolls.
  • the manufacturing method includes a step of preparing a billet having a diameter B (mm), a step of heating the billet, and a groove width D (mm) satisfying the formula (1) at the center of the rear end of the heated billet, A step of forming a hole including four grooves extending in the axial direction of the billet having a groove height H (mm) satisfying (2) and a groove depth L1 (mm) satisfying Formula (3); And piercing and rolling the billet in which the hole is formed from the tip. 0.12 ⁇ D / B ⁇ 0.25 (1) 0.10 ⁇ H / B ⁇ 0.20 (2) 0.05 ⁇ L1 / B ⁇ 0.10 (3)
  • burrs and rashes generated at the rear end of the hollow shell after piercing and rolling can be suppressed even with alloy steel having low deformability.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the generation of burrs.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the generation of large burrs.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view when a billet having a conical hole formed at the rear end is pierced and rolled.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view when a billet having a cylindrical hole formed at the rear end is pierced and rolled.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a billet having a deep groove at the rear end during piercing and rolling.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a billet having a shallow groove at the rear end during piercing and rolling.
  • FIG. 7 is a perspective view of the billet of the present embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the generation of burrs.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the generation of large burrs.
  • FIG. 3 is a cross-section
  • FIG. 8 is a front view of the billet of the present embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the billet of the present embodiment.
  • FIG. 10 is a front view of a billet in which a hole having a general groove is formed.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a process of forming a hole at the center of the rear end of the billet.
  • FIG. 12 is a diagram showing a piercing and rolling process.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the temperature and the drawing value of steels having different compositions.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the occurrence of burrs.
  • FIG. 1 shows a case where a billet having no hole at the rear end is pierced and rolled.
  • a portion (contact portion) 3 that has been in contact with the tip of plug 1 until just before the tip of plug 1 comes off is It is pierced.
  • This contact portion 3 is extra for the hollow shell 4. Therefore, the contact portion 3 pierced by the plug 1 remains as a burr 5 on the inner surface or the rear end of the hollow shell 4.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the occurrence of large burrs.
  • FIG. 2 shows a case in which a billet having no hole at the rear end is pierced and rolled.
  • the billet 2 is pierced and rolled by the plug 1 having a flat tip.
  • the plug 1 having a flat tip has a larger volume of the contact portion 3 than a plug having a sharp tip or a round tip (see FIG. 1). Therefore, the contact portion 3 pierced by the plug 1 remains as a burr 5 having a larger volume than the burr shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view when a billet having a conical hole formed at the rear end is pierced and rolled.
  • the surplus wall that causes the burr is removed by the volume of the hole 7. Therefore, burrs are unlikely to occur.
  • a rash 6 may occur on the inner surface of the hollow shell 4.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view when a billet having a cylindrical hole formed at the rear end is pierced and rolled.
  • the surplus portion of the volume of the hole 7 is removed. Therefore, burrs are unlikely to occur.
  • the contact portion 3 at the tip of the plug 1 is easily separated from the hollow shell 4. Since the separated contact portion 3 is deposited on the drilling machine, periodic cleaning is required.
  • the present inventors examined the detailed shape of the hole having a groove formed at the rear end of the billet in order to suppress both burrs and rashes.
  • a groove that absorbs the contact portion that causes burrs is important. Therefore, it is conceivable to increase the depth of the groove in order to easily absorb burrs. However, it was found that if the depth of the groove is increased, rashes are likely to occur on the inner surface of the hollow shell after piercing and rolling, as shown in the examples described later.
  • the “groove depth” means the length of the groove along the billet axial direction.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a billet having a deep groove at the rear end during piercing and rolling.
  • the depth L ⁇ b> 1 of the groove 8 is deeper than the diameter B of the billet 2, the contact portion 3 is pierced before reaching the vicinity of the rear end face 14.
  • the plug 1 further advances toward the rear end of the billet 2, the pierced contact portion 3 is rolled by the plug 1. For this reason, a rash is likely to occur on the inner surface of the hollow shell after piercing and rolling.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a billet having a shallow groove at the rear end during piercing and rolling.
  • the contact portion 3 is pierced in the vicinity of the rear end face 14 of the billet 2.
  • the pierced contact portion 3 is not easily rolled by the plug 1.
  • a rash is hardly generated on the inner surface of the hollow shell after piercing and rolling.
  • the depth L1 of the groove 8 is too shallow, burrs are generated because the contact portion 3 is difficult to fit in the groove 8 (see FIG. 1).
  • the present inventors conducted extensive studies on a method for suppressing both generation of rashes and burrs. As a result, it was found that even when the groove is shallow, the contact portion 3 in which the groove 8 is pierced by the plug 1 can be absorbed by devising the groove shape. More specifically, it has been found that the generation of burrs can be suppressed if the groove width and height are appropriate. It was also found that the generation of rashes can be suppressed if the groove depth is moderately shallow. Furthermore, it has been found from the above findings that the occurrence of burrs and rashes can be suppressed not only with carbon steel but also with alloy steel.
  • the manufacturing method of the seamless metal pipe of the present invention has been completed based on the above findings.
  • the method for manufacturing a seamless metal pipe according to the present embodiment uses a drilling machine including a plurality of inclined rolls and a plug disposed between the plurality of inclined rolls.
  • the manufacturing method includes a step of preparing a billet having a diameter B (mm), a step of heating the billet, and a groove width D (mm) satisfying the formula (1) at the center of the rear end of the heated billet, A step of forming a hole including four grooves extending in the axial direction of the billet having a groove height H (mm) satisfying (2) and a groove depth L1 (mm) satisfying Formula (3); And piercing and rolling the billet in which the hole is formed from the tip. 0.12 ⁇ D / B ⁇ 0.25 (1) 0.10 ⁇ H / B ⁇ 0.20 (2) 0.05 ⁇ L1 / B ⁇ 0.10 (3)
  • a billet in which a hole having a groove is formed at the center of the rear end is pierced and rolled.
  • the shape of the hole is a cross when viewed in the axial direction.
  • channel can absorb the contact part pierced by the plug. Thereby, a burr
  • the shape of the groove satisfies the formula (3).
  • the groove satisfying the formula (3) has a contact portion pierced near the billet rear end face. That is, the contact portion is broken through at a shallow position of the billet hole. Therefore, the pierced contact portion is difficult to be rolled into the plug, or the time for rolling with the plug is short. Thereby, a rash is hardly generated on the inner surface of the hollow shell. By suppressing the generation of burrs, burrs are less likely to accumulate on the drilling machine. Further, by stretching and rolling the hollow shell tube in which the generation of burrs and rashes is suppressed, wrinkles are unlikely to occur on the inner surface of the seamless metal tube and the tool (eg, mandrel bar) of the rolling mill.
  • the tool eg, mandrel bar
  • L2 (mm) which is twice the maximum distance from the center of the rear end of the billet to the bottom of the groove on the rear end surface of the billet satisfies the formula (4). 0.30 ⁇ L2 / B ⁇ 0.60 (4)
  • L2 / B means the ratio of the maximum hole width to the billet diameter at the billet rear end face. Therefore, if L2 / B is small, it means a small hole, and if L2 / B is large, it means a large hole. If L2 / B is small, the contact portion pierced by the plug is hardly absorbed by the groove. If L2 / B is large, the groove is excessively large, so that the time spent for processing the hole increases. Further, when a hole is formed by press working, the press load increases. Therefore, L2 / B is preferably within a predetermined range (formula (4)), as will be shown in the examples described later.
  • the four grooves are provided in a cross shape, and the four grooves extend from the rear end face of the billet.
  • four grooves are cross-shaped means that the grooves are arranged at equal intervals around the billet axis and the two grooves adjacent in the circumferential direction are orthogonal to each other when viewed from the billet axial direction.
  • the fact that the four cross-shaped grooves extend from the rear end face of the billet means that the cross-sectional shape of the hole is constant from the rear end face. In this case, the hole can be easily formed.
  • the manufacturing method of the present embodiment can be applied to, for example, alloy steel containing 1% to 12% by mass in Cr. Moreover, since carbon steel is less likely to generate burrs than alloy steel, naturally, the production method of this embodiment can also suppress the occurrence of burrs and rashes in carbon steel.
  • the hole has an appropriate shape, even a billet made of alloy steel heated to less than 1300 ° C. can be pierced and rolled while suppressing the occurrence of burrs and rashes. Thereby, the fall of the energy basic unit in a heating process can be suppressed.
  • the manufacturing method includes a preparation process, a heating process, a forming process, and a piercing and rolling process.
  • a billet having a diameter B (mm) is prepared.
  • the billet material is, for example, steel.
  • the billet is manufactured, for example, by a continuous casting method or an ingot forming method.
  • the diameter of the billet is not particularly limited. However, generally, the diameter of the billet produced in the seamless metal pipe is 20 to 400 (mm).
  • the billet is heated in a heating furnace.
  • the heating temperature is not particularly limited. However, from the viewpoint of suppressing a decrease in energy intensity, the heating temperature is preferably less than 1300 ° C. Further, from the viewpoint of billet deformability, the heating temperature is preferably 1100 ° C. or higher.
  • FIG. 7 is a perspective view of the billet of the present embodiment.
  • hole 7 is formed at the center of the rear end of billet 2.
  • the hole 7 extends from the rear end surface 14 in the axial direction of the billet 2.
  • the hole 7 includes four grooves 8 extending from the rear end surface 14 in the axial direction of the billet 2.
  • Each of the four grooves 8 is arranged at equal intervals around the axis of the billet 2.
  • Each of the four grooves 8 has the same shape. Therefore, hereinafter, one of the four grooves 8 will be described.
  • the groove 8 has a groove width D (mm) that satisfies Expression (1), a groove height H (mm) that satisfies Expression (2), and a groove depth L1 (mm) that satisfies Expression (3).
  • the groove width D means the distance between the two groove side surfaces 9.
  • the groove height H means the distance from the end of the groove side surface 9 to the groove bottom surface 10.
  • the groove depth L1 means the distance of the groove 8 in the billet axis direction. 0.12 ⁇ D / B ⁇ 0.25 (1) 0.10 ⁇ H / B ⁇ 0.20 (2) 0.05 ⁇ L1 / B ⁇ 0.10 (3)
  • the lower limit of D / B is 0.12.
  • the lower limit of D / B is 0.15, and more preferably 0.17.
  • the upper limit of D / B is 0.25.
  • the upper limit of D / B is 0.23.
  • H / B is less than 0.10, since the groove height H is low, the groove hardly absorbs the contact portion pierced by the plug. Therefore, the lower limit of H / B is 0.10. Preferably, the lower limit of H / B is 0.12. If H / B is larger than 0.20, since the groove height H is high, excessive voids are rolled, and folds and cracks are likely to occur. Therefore, the upper limit of H / B is 0.20. Preferably, the upper limit of H / B is 0.16.
  • the lower limit of L1 / B is 0.05.
  • the lower limit of L1 / B is 0.07.
  • the upper limit of L1 / B is 0.10.
  • the upper limit of L1 / B is 0.09.
  • FIG. 8 is a front view of the billet of the present embodiment.
  • the shape of the hole seen from the axial direction of billet 2 is demonstrated. Since the groove 8 satisfies the expressions (1) and (2), the shape of the hole 7 of the billet 2 is a cross.
  • the groove side surface 9 of the groove 8 is parallel to the radial direction of the billet 2, and the end closer to the rear end center C of the groove side surface 9 is closer to the rear end center C of the groove side surface 9 of another adjacent groove 8. Connected to the end of That is, a part 100 of the pilot hole shape does not appear between the adjacent grooves 8 (see FIG. 10).
  • the groove bottom surface 10 has an R shape. However, the shape of the groove bottom surface 10 is not limited to this. The shape of the groove bottom surface 10 may be flat, for example.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the billet of the present embodiment.
  • the groove 8 satisfies the formula (3) and is shallower than the conventional groove.
  • the front end surface 24 of the groove 8 has an R shape.
  • the shape of the front end surface 24 of the groove 8 is not limited to this.
  • the shape of the front end surface 24 of the groove 8 may be flat.
  • the groove 8 extends in parallel with the axial direction of the billet 2.
  • the extending direction of the groove 8 may not be parallel to the axial direction of the billet 2.
  • the groove 8 may gradually become smaller toward the distal end surface 24. Even in this case, the groove 8 satisfies the expressions (1) and (2) in the cross section at an arbitrary position viewed from the axial direction.
  • FIG. 11 is a diagram showing a process of forming a hole at the center of the rear end of the billet.
  • the clamp die 11 includes a die 12 having a circular hole shape, and a driving device 13 that raises and lowers the die 12.
  • a punch attached to the front end of a hydraulic cylinder (not shown) is pushed into the center of the rear end surface 14 of the constrained billet 2.
  • the hole 7 is formed.
  • the hole 7 may be formed by machining or may be formed by pressing.
  • the hole 7 may be formed by melting the center of the rear end of the billet 2 with plasma gas or the like.
  • FIG. 12 is a diagram showing a piercing and rolling process.
  • billet 2 is pierced and rolled using piercing machine 15.
  • the punching machine 15 includes two cone-type inclined rolls (hereinafter simply referred to as “inclined rolls”) 16, the plug 1, and a cored bar 17.
  • the two inclined rolls 16 are arranged to face each other across the pass line PL. Each inclined roll 16 has an inclination angle and a crossing angle with respect to the pass line PL.
  • the plug 1 is disposed between the two inclined rolls 16 and on the pass line PL.
  • the cored bar 17 is arranged along a path line PL on the exit side of the punching machine 15. The front end of the core metal 17 is connected to the rear end of the plug 1.
  • the pusher 18 is arranged along the pass line PL in front of the entrance side of the punching machine 15.
  • the pusher 18 includes a cylinder body 19, a cylinder shaft 20, a connection member 21, and a billet push rod 22.
  • the billet push rod 22 is connected to the cylinder shaft 20 by the connecting member 21 so as to be rotatable in the circumferential direction.
  • the connection member 21 includes a bearing for allowing the billet push rod 22 to rotate in the circumferential direction.
  • the cylinder body 19 that is a drive device is hydraulic or electric and moves the cylinder shaft 20 forward and backward.
  • the pusher 18 brings the front end surface of the billet push rod 22 into contact with the rear end surface of the billet 2 and advances the cylinder shaft 20 and the billet push rod 22 by the cylinder body 19 to push the billet 2 from the rear.
  • An entrance guide 23 is disposed on the pass line PL between the pusher 18 and the inclined roll 16.
  • the inlet guide 23 prevents the billet 2 from being displaced from the pass line PL while the billet 2 is pushed forward by the pusher 18.
  • the billet 2 in which a hole having a groove is formed is disposed on the pass line PL between the inclined roll 16 and the pusher 18. At this time, the rear end surface of the billet 2 faces the pusher 18, and the front end surface of the billet 2 faces the plug 1.
  • the pusher 18 pushes the billet 2 along the pass line PL and pushes it between the two inclined rolls 16.
  • the billet 2 is bitten by the two inclined rolls 16.
  • the billet 2 moves forward while rotating spirally by the inclined roll 16.
  • the plug 1 is pushed into the axis of the billet 2. Thereby, the plug 1 and the inclined roll 16 pierce-roll the billet 2.
  • a hollow shell can be obtained by piercing and rolling the billet 2.
  • the hollow shell is rolled by a mandrel mill, an elongator, a sizing mill or the like to produce a seamless metal pipe.
  • L2 (mm) which is twice the maximum distance from the center C of the rear end of the billet 2 to the groove bottom surface 10, on the rear end surface 14 of the billet 2 satisfies the formula (4). preferable.
  • the rear end center C of the billet 2 means the axis of the billet 2 on the rear end surface 14 of the billet 2. 0.30 ⁇ L2 / B ⁇ 0.60 (4)
  • L2 / B indicates the ratio of the maximum width of the hole 7 to the billet diameter B on the rear end face 14 of the billet 2. If L2 / B is small, the contact portion pierced by the plug is hardly absorbed by the groove. If L2 / B is large, the groove 8 becomes excessively large, and the time spent processing the hole 7 increases. Further, when the hole 7 is formed by press working, the press load increases. Therefore, L2 / B is preferably within a predetermined range, as shown in Examples described later.
  • the billet 2 may be, for example, steel (hereinafter also referred to as “alloy steel”) containing Cr: 1 to 12% by mass. Seamless metal pipes used in oil wells are required to have strength and corrosion resistance. Alloy steel is suitable as a material for seamless metal pipes used in oil wells and the like because of its high strength and corrosion resistance. On the other hand, alloy steel has low deformability. If the deformability of the billet is low, large burrs are likely to occur, and the entire burr may not fit in the groove. However, as shown in the examples described later, according to the manufacturing method of this embodiment, not only carbon steel but also a billet made of alloy steel suppresses the generation of burrs and manufactures a seamless metal tube. it can.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the temperature and the drawing value of steels having different compositions. More specifically, FIG. 13 shows the results of various steels heated to various temperatures and subjected to tensile tests on the various steels.
  • the vertical axis indicates the aperture value (%)
  • the horizontal axis indicates the temperature (° C.) of the steel.
  • circles indicate the results for carbon steel (S45C)
  • square marks indicate the results for alloy steel (2Cr steel).
  • the “aperture value” is calculated by the following equation.
  • the drawing value shown in FIG. 13 is less than 95%, it is known that burrs are likely to occur after piercing and rolling due to the low deformability of the billet.
  • carbon steel has a drawing value of 95% or more in the temperature range of 1000 ° C. or higher, whereas alloy steel has an extremely small drawing value when the temperature is lower than 1200 ° C. I understand that. That is, it is clear that alloy steel has a lower deformability than carbon steel.
  • the temperature at which the drawing value becomes 95% or more is about 1200 ° C. Therefore, when the billet made of alloy steel is pierced and rolled, the temperature of the billet is desirably 1200 ° C. or higher.
  • a billet including a hole having a groove is used.
  • the hole has an appropriate shape, the occurrence of burrs is suppressed regardless of the billet heating temperature, that is, even billets made of alloy steel with a heating temperature of less than 1300 ° C. Can be pierced and rolled. Thereby, in manufacture of a seamless metal pipe, the fall of an energy basic unit can be suppressed.
  • the present inventors changed the shape of the hole formed in the central part of the billet rear end, and manufactured a hollow shell by piercing and rolling. More specifically, the billet was heated to form various holes having grooves shown in Table 2 at the center of the rear end of the billet. Each billet hole had four grooves. The four grooves of each billet were arranged at equal intervals in the billet circumferential direction. The heating temperature of the billet was 1245 ° C. The heated billet was pierced and rolled with a piercing machine to produce a hollow shell. The hollow shell had a diameter of 82 mm and a wall thickness of 11 mm. About the manufactured hollow shell, the present inventors evaluated generation
  • Table 1 shows the billet composition used in this example.
  • Table 2 shows the shape of the hole formed in the center of the rear end of the billet and the evaluation result of the presence or absence of burrs and rashes.
  • the letter “NG” indicates that burrs or rashes have occurred
  • the letter “A” indicates that a slight allowable burr or rash has occurred
  • the letter “G” This shows that no burrs or rashes occurred.
  • test numbers 1 and 5 large burrs occurred at the rear end of the hollow shell.
  • test numbers 2 and 3 a rash occurred on the inner surface of the hollow shell.
  • test numbers 6 to 8 burrs were generated at the rear end of the hollow shell, and rashes were generated on the inner surface.
  • test numbers 10 and 13 a small burr allowed at the rear end of the hollow shell was generated.
  • the present inventors concluded from the present example as follows. From Test Nos. 1 to 8, as the groove depth L1 / B formed at the center of the rear end of the billet is shallower, the occurrence of rash is suppressed. Further, from the test number 10, when the groove width D / B is small, the contact portion pierced by the plug is not easily absorbed by the groove, and burrs are easily generated.

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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

継目無金属管の製造方法
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　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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