(57)【要約】【課題】穿孔圧延で成形された中空素管の内面疵を防止でき、製作に長時間を要することなく、寿命の向上が可能なプラグを提供する。【解決手段】プラグ２は、凸の曲率を有する先端部２１と、略円柱状の円柱部２２と、後端に向かって徐々に拡大する外径を有する胴部２３と、プラグ２の後端部に設けられた芯金結合部２６と、芯金結合部２６から胴部２３を貫通して円柱部２２の表面に開口する潤滑剤噴射孔２４と、を備え、先端部２１および胴部２３の母材の表面に、鉄線材を用いたアーク溶射により、酸化物およびＦｅで構成される被膜２７が形成されている。穿孔圧延の際、プラグ２は噴射孔２４から潤滑剤を噴射しながら素材を穿孔する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素材を穿孔圧延して中空素管に成形する穿孔圧延機に用いられ、芯金の先端に結合されて潤滑剤を噴射しながら素材を穿孔するプラグであって、
当該プラグは、
凸の曲率を有する先端部と、
この先端部に隣接する略円柱状の円柱部と、
この円柱部に隣接し後端に向かって徐々に拡大する外径を有する胴部と、
当該プラグの後端部に設けられた芯金結合部と、
この芯金結合部から前記胴部を貫通して前記円柱部の表面に開口する潤滑剤噴射孔と、を備え、
前記先端部および前記胴部の母材の表面に、鉄線材を用いたアーク溶射により、酸化物およびＦｅで構成される被膜が形成されていること、
を特徴とするプラグ。
【請求項２】
素材を穿孔圧延して中空素管に成形する穿孔圧延機に用いられ、芯金の先端に結合されて素材を穿孔するプラグであって、
当該プラグは、
凸の曲率を有する先端部と、
この先端部に直接または略円柱状の円柱部を介して隣接し後端に向かって徐々に拡大する外径を有する胴部と、
当該プラグの後端部に設けられた芯金結合部と、を備え、
少なくとも前記先端部および前記胴部の母材の表面に、鉄線材を用いたアーク溶射により、酸化物およびＦｅで構成される被膜が形成されていること、
を特徴とするプラグ。
【請求項３】
前記被膜における前記酸化物の占める領域の比率が５５〜８０％であること、
を特徴とする請求項１または２に記載のプラグ。
【請求項４】
前記被膜における前記酸化物の占める領域の比率が、母材との隣接部で４０％以下であり、表層部で５５〜８０％であること、
を特徴とする請求項１または２に記載のプラグ。
【請求項５】
前記被膜の厚みが前記胴部よりも前記先端部で厚いこと、
を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプラグ。
【請求項６】
芯金の先端に結合されたプラグから潤滑剤を噴射しながら素材を穿孔圧延して中空素管に成形する穿孔圧延機であって、
当該穿孔圧延機は、
軸方向に貫通孔を有する芯金と、
前記貫通孔に前記潤滑剤を供給する潤滑剤供給装置と、
前記貫通孔に連通する潤滑剤噴射孔を有するプラグと、を備え、
前記プラグが、凸の曲率を有する先端部、略円柱状の円柱部、および後端に向かって徐々に拡大する外径を有する胴部からなり、
前記潤滑剤噴射孔が前記円柱部の表面に開口し、
前記先端部および前記胴部の母材の表面に、鉄線材を用いたアーク溶射により、酸化物およびＦｅで構成される被膜が形成されていること、
を特徴とする穿孔圧延機。
【請求項７】
前記被膜における前記酸化物の占める領域の比率が５５〜８０％であること、
を特徴とする請求項６に記載の穿孔圧延機。
【請求項８】
前記被膜における前記酸化物の占める領域の比率が、母材との隣接部で４０％以下であり、表層部で５５〜８０％であること、
を特徴とする請求項７に記載の穿孔圧延機。
【請求項９】
前記被膜の厚みが前記胴部よりも前記先端部で厚いこと、
を特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の穿孔圧延機。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれかに記載の穿孔圧延機を用い、
前記素材を穿孔圧延している間、前記プラグの前記噴射孔から前記潤滑剤を噴射させながら中空素管に成形すること、
を特徴とする継目無管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、継目無管の製造で用いられる穿孔圧延機（以下、「穿孔機（ピアサ）」ともいう）に使用されるプラグに関する。また、本発明は、そのプラグを用いた穿孔機、およびその穿孔機を用いた継目無管の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
継目無管は、マンネスマン製管法により製造することができる。この製管法は、次のステップからなる：
（１）穿孔機により、所定温度に加熱された素材（丸ビレット）を穿孔圧延し、中空素管（ホローシェル）に成形する；
（２）延伸圧延機（例：マンドレルミル）により、中空素管を延伸圧延する；
（３）定径圧延機（例：ストレッチレデューサ）により、延伸圧延した中空素管を定径圧延する。
【０００３】
図１は、従来の穿孔機による素材の穿孔圧延を説明するための模式図である。同図に示すように、穿孔機は、各々がパスラインＰＬに対して傾斜した一対の傾斜ロール４と、穿孔用工具として砲弾形状のプラグ１００と、プラグ１００の後端に結合される芯金３とを備える。素材７は、傾斜ロール４により周方向に回転させられながら軸方向に搬送され、これに伴いプラグ１００により中心部を穿孔され、中空素管８に成形される。
【０００４】
穿孔機による穿孔圧延の際、中空素管の内表面に疵（以下、「内面疵」という）が発生する場合がある。内面疵の主な発生メカニズムは次の通りである。穿孔時の回転鍛造効果により、プラグ先端よりも上流側の素材中心部にマンネスマン破壊が発生する。発生したマンネスマン破壊は、傾斜ロールおよびプラグにより周方向の剪断歪みを受ける。その結果、マンネスマン破壊が周方向に進展し、内面疵となる。
【０００５】
マンネスマン破壊に起因した内面疵の発生を抑制するには、プラグ表面の摩擦係数を低減することが有効である。これは以下の理由による。プラグ表面の摩擦係数を低減すれば、穿孔される素材の搬送速度が増し、回転鍛造効果が抑制される。また、プラグ表面の摩擦係数を低減すれば、周方向の剪断歪みが抑制される。回転鍛造効果の抑制および剪断歪みの抑制により、マンネスマン破壊が拡大するのを防止することができ、内面疵の発生を抑制することが可能になる。
【０００６】
プラグ表面の摩擦係数の低減は、プラグの摩耗や溶損の防止にも寄与する。そのため、プラグ表面に凹凸が形成するのを防止することができ、その凹凸に起因した内面疵の発生を抑制することも可能になる。
【０００７】
プラグ表面の摩擦係数を低減する従来技術は、下記のものがある。
【０００８】
特許文献１、２には、プラグの先端に開口する噴射孔を設け、噴射孔から潤滑剤を噴射しながら穿孔圧延する方法が開示されている。しかし、これらの特許文献１、２に開示されたプラグの先端は、素材と高面圧で接触する。そのため、プラグ先端に開口する噴射孔から潤滑剤を噴射するには、プラグ先端に接触する素材の変形抵抗以上の高い圧力で潤滑剤を噴射する必要がある。さらに、噴射孔の開口部が素材との接触により変形し閉塞する可能性もある。
【０００９】
特許文献３には、潤滑剤に高い圧力を付加することなく、プラグから潤滑剤を噴射する方法が開示されている。
【００１０】
図２は、特許文献３に開示されたプラグの縦断面図である。同図に示すように、特許文献３に開示されたプラグ１０１は、凸の曲率を有する先端部１０２と、外径が一定である円柱部１０３と、外径が後端に向かって徐々に拡大する胴部１０４とを備える。噴射孔１０５は、胴部１０４のうちで円柱部１０３と隣接する部分の表面に開口している。このプラグ１０１を用いた穿孔圧延の際、円柱部１０３の表面と素材７との間に隙間６０が形成される。特許文献３では、その隙間６０により、噴射孔１０５の開口部が塞がれることなく、一定量の潤滑油の供給が可能であるとしている。しかし、このプラグ１０１では、以下の問題がある。
【００１１】
穿孔時に、素材７が噴射孔１０５の開口部１０５ａの上部に接触する場合がある。噴射孔１０５が胴部１０４のうちで円柱部１０３と隣接する部分の表面に開口しているからである。素材７が噴射孔１０５の開口部１０５ａに接触した場合、中空素管８に内面疵が生じたり、その開口部１０５ａが溶損して閉塞する可能性がある。
【００１２】
穿孔時に、素材７は胴部１０４のうちで噴射孔１０５の開口部１０５ａの近傍部分に接触する。この接触に伴い、噴射孔１０５の開口部１０５ａの温度は、素材７が保有する熱により上昇し高温になる。そのため、ガラス系の潤滑剤を使用すると、穿孔時に開口部１０５ａの付近で潤滑剤が高温となって、水分が揮発するとともにガラス成分を生成することとなり、穿孔後にプラグが冷却される際、そのガラス成分が開口部１０５ａ付近で固化し、噴射孔１０５を閉塞させる場合がある。
【００１３】
特許文献４には、前記特許文献３に開示されたプラグの問題を解消する方法が開示されている。
【００１４】
図３は、特許文献４に開示されたプラグを説明する図であり、同図（ａ）はプラグの縦断面図、同図（ｂ）は穿孔圧延状態を示す縦断面図である。同図（ａ）、（ｂ）に示すように、特許文献４に開示されたプラグ１２０は、先端部１２１と胴部１２３との間に円柱部１２２が設けられ、この円柱部１２２の表面に噴射孔１２４が開口している。このプラグ１２０を用いた穿孔圧延の際、図３（ｂ）に示すように、素材７と円柱部１２２の表面との間に隙間６０が形成される。その隙間６０により、穿孔時に、噴射孔１２４の開口部１２４ａは素材７と接触しない。そのため、素材７と噴射孔１２４の開口部１２４ａとの接触に起因して内面疵が発生するのを防止することができ、開口部１２４ａが溶損して閉塞することも防止できる。
【００１５】
穿孔時に、噴射孔１２４の開口部１２４ａの温度上昇が抑制される。素材７と接触する先端部１２１や胴部１２３に噴射孔１２４が開口していないからである。そのため、ガラス系の潤滑剤を使用する場合であっても、噴射孔１２４の開口部１２４ａ付近で潤滑剤が固化するのを抑制することができ、固化した潤滑剤により噴射孔１２４が詰まるのを防止することが可能になる。
【００１６】
ところで、前記特許文献４に開示された潤滑剤噴射用の噴射孔を有するプラグは、穿孔に繰り返し使用されるため、長寿命であることが要求される。この要求から、プラグ表面には、プラグ母材を保護するために酸化スケールの被膜が形成されるのが一般的である（例えば、特許文献５〜８参照）。スケール被膜は、穿孔時に、ビレットからプラグ母材への熱伝達を遮断するとともに、ビレットとプラグとの焼付きを防止する役割を果たす。これにより、プラグ母材の損傷や溶損が抑制され、プラグ寿命の向上が期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平１−１８０７１２号公報
【特許文献２】特開平１０−２３５４１３号公報
【特許文献３】特開昭５１−１３３１６７号公報
【特許文献４】再公表ＷＯ２００６／１３４９５７号公報
【特許文献５】特公平４−８４９８号公報
【特許文献６】特開平４−７４８４８号公報
【特許文献７】特開平４−２７０００３号公報
【特許文献８】特公昭６４−７１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
通常、プラグ表面のスケール被膜は、熱間工具鋼から成るプラグを９００℃〜１０００℃程度の高温で数時間から数十時間にわたって熱処理することにより形成される。そのため、スケール被膜の形成は多大な時間を要する。
【００１９】
前記特許文献４に開示されたプラグは、スケール被膜を形成するための熱処理により、噴射孔でスケールが成長する。そのため、噴射孔の開口部がスケールによって狭まる。さらに、遮熱性を高めるためにスケール被膜を厚く形成すると、噴射孔の開口部がスケールによって閉塞する場合もある。いずれの場合も、スケールに起因して潤滑剤の円滑な噴射が困難になる。
【００２０】
穿孔に繰り返し使用してスケール被膜の摩耗や剥離が生じたプラグは、再使用するために再熱処理を行い、スケール被膜が再形成される。その再熱処理に際し、プラグ表面に残存するスケール被膜は、ショットブラストにより完全に除去される。このため、プラグの噴射孔の開口部は、ショットブラストの威力で変形するおそれがある。また、プラグ内部の噴射孔内に残存するスケールは、ショットブラストで除去することができない。このため、再熱処理を繰り返すのに伴って、噴射孔がスケールによって閉塞する。
【００２１】
プラグの先端部は、穿孔中に高温の素材と高面圧で長時間接触するため、プラグを構成する各部位のうちで摩耗や溶損が発生し易い。しかし、前記特許文献４に開示されたプラグを用いた穿孔圧延において、噴射孔から噴射された潤滑剤は、主としてプラグ後方へ流れることから、プラグ先端部の表面に流れ込み難い。このため、プラグ先端部では、潤滑剤の供給が不足気味となり、潤滑剤による潤滑効果が十分に得られない可能性がある。
【００２２】
従って、前記特許文献４に開示されたプラグは、先端部の摩耗や溶損を有効に抑制することが困難であり、プラグ寿命の向上が図れない。
【００２３】
また、前記特許文献４に開示されたプラグは、母材表面にスケール被膜を形成した場合であっても、プラグ寿命の向上が図れない。スケール被膜を形成するための熱処理や再熱処理の際に噴射孔がスケールで閉塞したり、再熱処理に伴うショットブラストの際に噴射孔の開口部が変形し、潤滑剤の円滑な噴射が困難になるからである。
【００２４】
さらに、前記特許文献４に開示されたプラグは、母材表面にスケール被膜を形成する場合、長時間にわたる熱処理が必要であり、製作に長時間を要する問題もある。
【００２５】
本発明の目的は、次の特性を有するプラグ、穿孔機、およびそれを用いた継目無管の製造方法を提供することである：
（１）穿孔圧延で成形された中空素管の内面疵を防止できること；
（２）プラグ寿命を向上できること；
（３）プラグの製作に長時間を要しないこと。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明の要旨は、次の通りである。
【００２７】
（Ｉ）素材を穿孔圧延して中空素管に成形する穿孔圧延機に用いられ、芯金の先端に結合されて潤滑剤を噴射しながら素材を穿孔するプラグであって、
当該プラグは、
凸の曲率を有する先端部と、
この先端部に隣接する略円柱状の円柱部と、
この円柱部に隣接し後端に向かって徐々に拡大する外径を有する胴部と、
当該プラグの後端部に設けられた芯金結合部と、
この芯金結合部から前記胴部を貫通して前記円柱部の表面に開口する潤滑剤噴射孔と、を備え、
前記先端部および前記胴部の母材の表面に、鉄線材を用いたアーク溶射により、酸化物およびＦｅで構成される被膜が形成されていること、
を特徴とするプラグ。
【００２８】
（II）素材を穿孔圧延して中空素管に成形する穿孔圧延機に用いられ、芯金の先端に結合されて素材を穿孔するプラグであって、
当該プラグは、
凸の曲率を有する先端部と、
この先端部に直接または略円柱状の円柱部を介して隣接し後端に向かって徐々に拡大する外径を有する胴部と、
当該プラグの後端部に設けられた芯金結合部と、を備え、
少なくとも前記先端部および前記胴部の母材の表面に、鉄線材を用いたアーク溶射により、酸化物およびＦｅで構成される被膜が形成されていること、
を特徴とするプラグ。
【００２９】
上記（Ｉ）、（II）のプラグは、前記被膜における前記酸化物の占める領域の比率が５５〜８０％であること、が好ましい。
【００３０】
上記（Ｉ）、（II）のプラグは、前記被膜における前記酸化物の占める領域の比率が、母材との隣接部で４０％以下であり、表層部で５５〜８０％であること、が好ましい。
【００３１】
これらのプラグは、前記被膜の厚みが前記胴部よりも前記先端部で厚いこと、が好ましい。
【００３２】
（III）芯金の先端に結合されたプラグから潤滑剤を噴射しながら素材を穿孔圧延して中空素管に成形する穿孔圧延機であって、
当該穿孔圧延機は、
軸方向に貫通孔を有する芯金と、
前記貫通孔に前記潤滑剤を供給する潤滑剤供給装置と、
前記貫通孔に連通する潤滑剤噴射孔を有するプラグと、を備え、
前記プラグが、凸の曲率を有する先端部、略円柱状の円柱部、および後端に向かって徐々に拡大する外径を有する胴部からなり、
前記潤滑剤噴射孔が前記円柱部の表面に開口し、
前記先端部および前記胴部の母材の表面に、鉄線材を用いたアーク溶射により、酸化物およびＦｅで構成される被膜が形成されていること、
を特徴とする穿孔圧延機。
【００３３】
上記（III）の穿孔圧延機は、前記被膜における前記酸化物の占める領域の比率が５５〜８０％であること、が好ましい。
【００３４】
上記（III）の穿孔圧延機は、前記被膜における前記酸化物の占める領域の比率が、母材との隣接部で４０％以下であり、表層部で５５〜８０％であること、が好ましい。
【００３５】
これらの穿孔圧延機は、前記被膜の厚みが前記胴部よりも前記先端部で厚いこと、が好ましい。
【００３６】
（IV）上記（III）の穿孔圧延機を用い、
前記素材を穿孔圧延している間、前記プラグの前記噴射孔から前記潤滑剤を噴射させながら中空素管に成形すること、
を特徴とする継目無管の製造方法。
【発明の効果】
【００３７】
本発明のプラグは、下記の顕著な効果を有する：
（１）穿孔圧延で成形された中空素管の内面疵を防止できること；
（２）プラグ寿命を向上できること；
（３）プラグの製作に長時間を要しないこと。
【００３８】
本発明のプラグの優れた特性は、本発明の穿孔機および継目無管の製造方法に適用することによって十分に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】従来の穿孔機による素材の穿孔圧延を説明するための模式図である。
【図２】特許文献３に開示されたプラグの縦断面図である。
【図３】特許文献４に開示されたプラグを説明する図であり、同図（ａ）はプラグの縦断面図、同図（ｂ）は穿孔圧延状態を示す縦断面図である。
【図４】本発明の穿孔機の構成を示す模式図である。
【図５】本発明のプラグの第１構成例を示す縦断面図である。
【図６】本発明のプラグの第２構成例を示す縦断面図である。
【図７】本発明のプラグの第２構成例の別例を示す縦断面図である。
【図８】本発明のプラグの第３構成例を示す縦断面図である。
【図９】プラグにおけるアーク溶射距離に応じた表面被膜のＸ線解析測定結果を示す図である。
【図１０】プラグにおけるアーク溶射距離に応じた表面被膜の断面ミクロ観察組織を示す図である。
【図１１】プラグにおける被膜中の酸化物比率と被膜の密着力との相関を示す図である。
【図１２】プラグにおける被膜中の酸化物比率と被膜の摩耗量との相関を示す図である。
【図１３】プラグにおける被膜中の酸化物比率と連続穿孔回数（パス回数）との相関を示す図である。
【図１４】溶射距離を徐々に長くしてアーク溶射を行ったときのプラグにおける表面被膜の断面ミクロ観察組織を示す図である。
【図１５】本発明のプラグの第１構成例の別例を示す縦断面図である。
【図１６】本発明のプラグの第２構成例のさらに別例を示す縦断面図である。
【図１７】本発明の第１構成例のプラグによる穿孔圧延状態を示す縦断面図である。
【図１８】実施例１で用いたプラグの縦断面図である。
【図１９】実施例２で用いたプラグの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
１．穿孔機の構成
図４は、本発明の穿孔機の構成を示す模式図である。同図に示すように、穿孔機１は、一対の傾斜ロール４と、プラグ２と、芯金３と、潤滑剤供給装置５とを備える。
【００４１】
プラグ２は、潤滑剤を噴射するための噴射孔２４を有する。芯金３は、その先端が、プラグ２の後端に設けられた芯金結合部２６に嵌め込まれ、プラグ２と結合される。芯金３は、その先端から後端まで軸方向に貫通した貫通孔３１を有する。芯金３がプラグ２と結合された状態において、貫通孔３１は噴射孔２４と連通する。
【００４２】
潤滑剤供給装置５は、潤滑剤５１を収容するタンク５２と、ポンプ５３とを備える。ポンプ５３は、潤滑剤５１をタンク５２から貫通孔３１および噴射孔２４に圧送し、プラグ２の表面から噴射させる。
【００４３】
傾斜ロール４は、図４に示すようなコーン型に限られず、バレル型であってもよい。また、穿孔機１は、図４に示すような傾斜ロール４を２つ設けた２ロール式に限られず、傾斜ロールを３つ設けた３ロール式であってもよい。
【００４４】
２．プラグの構成
２−１．プラグ形状
２−１−１．第１構成例
図５は、本発明のプラグの第１構成例を示す縦断面図である。同図に示すように、プラグ２は、先端部２１と、円柱部２２と、胴部２３と、逃げ部２５とを備える。
【００４５】
先端部２１は、プラグ２の前部を構成し、軸方向に凸の曲率を有する。穿孔圧延時、先端部２１は素材に押し当てられ、素材中心部を穿孔する。
【００４６】
円柱部２２は、先端部２１に隣接して設けられる。穿孔圧延時、円柱部２２の表面と素材との間に隙間が形成され、円柱部２２の表面は、素材と接触しない。円柱部２２は、外径が一定である円柱状に限られず、外径が後端に向かって僅かに拡大する円錐台状であってもよい。要するに、円柱部２２は、穿孔圧延時に素材と接触しない程度に外径が変化したものを含む略円柱状である。
【００４７】
胴部２３は、円柱部２２に隣接して設けられる。胴部２３は、横断面が円形であり、その外径が後端に向かって徐々に拡大する。穿孔圧延時、胴部２３は、先端部２１により穿孔された素材と接触しながら、素材の内径を徐々に拡長させ、傾斜ロール４との間で圧延して中空素管の肉厚を所望の厚さに形成する。
【００４８】
逃げ部２５は、プラグ２の後部を構成し、胴部２３に隣接して設けられる。逃げ部２５の外径は、後端に向かって徐々に縮小する。穿孔圧延時、逃げ部２５は、胴部２３により形成された中空素管の内表面と接触しない。このため、逃げ部２５は、プラグ２の後端が中空素管と接触して内面疵が発生するのを防止する役割を果たす。
【００４９】
プラグ２の後端部には、プラグ２を芯金３と結合するための芯金結合部２６が設けられる。芯金結合部２６は、プラグ２の後端面２５ａの中心部に所定の深さで設けられた凹部である。芯金結合部２６には、周知の方法により芯金３の先端が嵌め込まれ、プラグ２と芯金３とが結合される。
【００５０】
プラグ２は、噴射孔２４を有する。噴射孔２４は、芯金結合部２６の底面２６ａから胴部２３を貫通し、円柱部２２の表面に開口している。図５に示す噴射孔２４は、芯金結合部２６の底面２６ａからの経路が２つの経路に分岐し、分岐した各経路が円柱部２２の表面に至り、円柱部２２の周方向で等角度に配置された２つの開口部２４ａを形成している。噴射孔２４は、経路が分岐することなく、円柱部２２の表面で１つの開口部２４ａを形成してもよく、また、経路が３つ以上に分岐し、円柱部２２の表面で３つ以上の開口部２４ａを形成してもよい。
【００５１】
芯金３が芯金結合部２６に結合されると、プラグ２の噴射孔２４は芯金３の貫通孔３１とつながる。潤滑剤供給装置５から圧送された潤滑剤は、貫通孔３１を通じて噴射孔２１に供給され、開口部２４ａから噴射される。
【００５２】
プラグ２の母材の材質は、周知のプラグ母材（例：ＪＩＳ規定の熱間工具鋼）と同様である。
【００５３】
このような潤滑剤噴射用の噴射孔２４を有する本発明のプラグ２は、アーク溶射装置を用いて、開口部２４ａが形成された部分を除く先端部２１および胴部２３の母材表面に、Ｆｅを主成分とする鉄線材でアーク溶射を施すことにより、酸化物（例：Ｆｅ3Ｏ4やＦｅＯ）およびＦｅ（メタル）で構成される被膜２７が形成されている。
【００５４】
２−１−２．第２構成例
図６は、本発明のプラグの第２構成例を示す縦断面図である。同図に示すプラグ２は、前記図５に示す第１構成例のプラグ２と比較して、噴射孔を有さない点のみが相違し、潤滑剤を噴射しない構成である。
【００５５】
図７は、本発明のプラグの第２構成例の別例を示す縦断面図である。同図に示すプラグ２は、図６に示す第２構成例のプラグ２と比較して、先端部２１および胴部２３の母材表面に形成された被膜２７が、円柱部２２の母材表面にも連続して形成された構成である。
【００５６】
２−１−３．第３構成例
図８は、本発明のプラグの第３構成例を示す縦断面図である。同図に示すプラグ２は、前記図６および図７に示す第２構成例のプラグ２を変形したものであり、第２構成例のプラグの円柱部２２を省略し、胴部２３の先端から先端部２１が直接隣接し突出する構成である。
【００５７】
図６〜図８に示す第２、第３構成例のプラグ２の場合、穿孔機は、潤滑剤供給装置を要することなく、芯金に貫通孔も要しない。
【００５８】
以下に、本発明のプラグが具備するアーク溶射被膜の特性を説明する。
【００５９】
２−２．アーク溶射被膜
図９は、プラグにおけるアーク溶射距離に応じた表面被膜のＸ線解析測定結果を示す図である。図１０は、プラグにおけるアーク溶射距離に応じた表面被膜の断面ミクロ観察組織を示す図である。溶射距離は、アーク溶射装置の溶射ノズルから対象物であるプラグ母材の表面までの距離を意味する。図９および図１０では、溶射距離を２００ｍｍ、４００ｍｍ、６００ｍｍ、８００ｍｍ、１０００ｍｍ、１２００ｍｍおよび１４００ｍｍとしてアーク溶射を行い、各条件で形成した被膜の測定結果および断面ミクロ組織をそれぞれ示している。
【００６０】
図９から、アーク溶射によりプラグ母材の表面に形成された被膜は、溶射距離が長くなるほど、酸化物であるＦｅ3Ｏ4およびＦｅＯの含有量が増加する一方、Ｆｅの含有量が減少することがわかる。これは、溶射ノズルから吹き出される溶融した溶射材料（Ｆｅ）の酸化が、溶射距離に応じて進行することに起因する。
【００６１】
図１０に示す被膜の断面において、図中で領域を表示するように、薄い灰色で観察される領域はＦｅを示し、濃い灰色で観察される領域は酸化物を示し、黒色で観察される領域は空隙を示している。同図に示すように、例えば、溶射距離が２００ｍｍのときは、酸化物が被膜の２０％〜３０％の領域を占め、残りの７０％〜８０％の領域をＦｅが占める。溶射距離が１０００ｍｍのときは、酸化物が被膜の８０％程度の領域を占め、残りの２０％程度の領域をＦｅが占める。図１０のミクロ組織からも、溶射距離が長いほど、酸化物が増加する一方、Ｆｅが減少することがわかる。
【００６２】
このように、被膜中で酸化物の占める領域の比率（以下、「酸化物比率」という）は、溶射距離に応じて変動する。このことから、溶射距離を調整することにより、被膜中の酸化物比率を制御することができる。
【００６３】
図１１は、プラグにおける被膜中の酸化物比率と被膜の密着力との相関を示す図である。被膜の密着力は、被膜とプラグ母材の表面との密着性能を表し、穿孔圧延における耐剥離性の指標となる。すなわち、密着力が高ければ被膜が剥離し難く、密着力が低ければ被膜が剥離し易い。同図に示すように、被膜の耐剥離性は、被膜中の酸化物比率が高くなるのに伴って低下し、酸化物比率が８０％以上で急激に低下する。
【００６４】
図１２は、プラグにおける被膜中の酸化物比率と被膜の摩耗量との相関を示す図である。被膜の摩耗量は、表面被膜を１６００回摺擦したときの重量減少分を表し、穿孔圧延における耐摩耗性の指標となる。すなわち、摩耗量が小さければ被膜が摩耗し難く、摩耗量が大きければ被膜が摩耗し易い。同図に示すように、被膜の耐摩耗性は、被膜中の酸化物比率が高くなるのに伴って低下し、酸化物比率が８０％以上で急激に低下する。
【００６５】
被膜中の酸化物比率が高くなるのに伴い、被膜の耐剥離性および耐摩耗性が低下するのは、酸化物同士の間に介在して両者の結合に寄与するＦｅ（メタル）が減少することに起因する。
【００６６】
前記図１１および図１２から、被膜中の酸化物比率が低いほど、被膜の耐剥離性および耐摩耗性が確保されることがわかる。但し、酸化物比率が低すぎると、Ｆｅが被膜の大半を占めるため、相対的に熱伝導率が高くなり、遮熱性が低下する。そのため、穿孔圧延時に、プラグ先端部に溶損や変形が発生し易くなる。
【００６７】
図１３は、プラグにおける被膜中の酸化物比率と連続穿孔回数（パス回数）との相関を示す図である。同図は、下記の穿孔試験を行った結果である。
【００６８】
供試プラグとして、ＪＩＳ規定の熱間工具鋼を母材とし、潤滑剤噴射用の噴射孔を設けない周知の砲弾形状のプラグを複数準備した。それぞれのプラグ母材の表面に、鉄線材をアーク溶射することによって４００μｍ程度の被膜を形成した。アーク溶射の際、被膜中の酸化物比率が２５、４５、６０、７５、および８５％になるように、各酸化物比率に対応する溶射距離に溶射ノズルの位置を調整した。
【００６９】
なお、アーク溶射を行う前に、プラグ表面にショットブラストによる下地処理を施すことが溶射被膜の密着性の観点から望ましい。ショットブラストを施すことにより、プラグ母材の表面を適度に荒らすことができ、溶射被膜とプラグ母材との密着性が高まるからである。
【００７０】
また、比較のために、プラズマ溶射装置を用い、プラグ母材の表面にＦｅ3Ｏ4の粉末をプラズマ溶射することによって被膜を形成した。このプラズマ溶射による被膜は、１００％酸化物で構成される。プラズマ溶射は、アーク溶射に比べ次の点で劣る。プラズマ溶射に用いられる装置は、粉末をプラズマ溶射するために複雑な機構を有し、莫大なコストが必要である。プラズマ溶射の溶射材料である粉末は、アーク溶射の溶射材料である鉄線材よりも著しく高価である。プラズマ溶射は、被膜中の酸化物比率を調整することができない。
【００７１】
被膜を形成した供試プラグを使用し、素材を繰り返し穿孔圧延する試験を行った。素材としては、材質がＳＵＳ３０４（ＪＩＳ規定のオーステナイト系ステンレス鋼）で、外径が７０ｍｍ、長さが１０００ｍｍの丸ビレットを用いた。この素材を１２００℃に加熱し、外径が７４ｍｍ、肉厚が８．６ｍｍ、長さが２２００ｍｍの中空素管に成形する穿孔試験を実施した。
【００７２】
その際、供試プラグについて、穿孔圧延を終えるたびに外観を検査し、プラグ先端部に溶損または変形が発生したときのパス回数、すなわち連続して穿孔圧延することができた素材の本数（連続穿孔回数）を調査し、プラグ寿命を評価した。
【００７３】
図１３に白抜き丸印で示すように、被膜中の酸化物比率が２５％のプラグでは、連続穿孔回数が０（ゼロ）、酸化物比率が４５％および８５％のプラグでは、連続穿孔回数が１パス、酸化物比率が６０％および７５％のプラグでは、連続穿孔回数が３パスである。
【００７４】
比較のためのプラズマ溶射プラグでは、図１３に黒抜き丸印で示すように、連続穿孔回数が１パスである。また、被膜中の酸化物比率が２５％および４５％のプラグでは、プラグ先端部に溶損や変形が認められた。
【００７５】
図１３に示す結果から、被膜中の酸化物比率が５５〜８０％に調整されたアーク溶射被膜付きのプラグは、プラズマ溶射プラグの２倍以上のプラグ寿命を有し、さらに、被膜中の酸化物比率が６０〜７５％に調整されたアーク溶射被膜付きのプラグは、プラズマ溶射プラグの３倍以上のプラグ寿命を有することが明らかである。
【００７６】
このようなアーク溶射被膜の特性は、上述した噴射孔を有する本発明の第１構成例のプラグ、および噴射孔を有さない本発明の第２、第３構成例のプラグに、アーク溶射を適用した場合でも同様に発揮される。この場合、前記図５〜図８に示す本発明の第１、第２、第３構成例のプラグ２は、アーク溶射により先端部２１および胴部２３（第２構成例のプラグでは円柱部２２も可）の母材表面に被膜２７を形成し、被膜２７中の酸化物比率を５５〜８０％とすれば、プラズマ溶射プラグよりも長寿命となる。さらに、プラグ寿命の一層の向上を図る観点から、被膜２７中の酸化物比率を６０〜７５％とするのが好ましい。
【００７７】
本発明のプラグ２は、円柱部２２にアーク溶射による被膜を形成しない場合、円柱部２２の表面を粘着テープなどでマスキングすることにより、容易に得られる。
【００７８】
続いて、前記図１３に示す結果から明らかになった被膜中の酸化物比率に関し、更なる有効性を検討する。前記図１３に示す結果を導く試験に用いたプラグは、溶射距離を一定に保持した状態でアーク溶射を行うことにより、被膜中の酸化物比率が母材との隣接部から表層部までの全域に亘って均一となる被膜を形成したものである。ここでは、被膜中の酸化物比率が表層側ほど次第に増加するプラグについて、試験を実施した。
【００７９】
被膜を形成する際、プラグ母材の表面に溶射ノズルを近づけた状態、すなわち溶射距離が短い状態でアーク溶射を開始し、その後徐々に溶射ノズルを遠ざけ、溶射距離が長くなった状態でアーク溶射を終了した。これにより、プラグ母材の表面には、酸化物比率が表層側ほど次第に増加する被膜が形成される。この被膜は、母材との隣接部では酸化物比率が低く、表層部では酸化物比率が高くなる。
【００８０】
図１４は、溶射距離を徐々に長くしてアーク溶射を行ったときのプラグにおける表面被膜の断面ミクロ観察組織を示す図である。同図に示す被膜の断面おいて、前記図１０と同様に、薄い灰色で観察される領域がＦｅを示し、濃い灰色で観察される領域が酸化物を示し、黒色で観察される領域が空隙を示している。図１４に示すように、プラグ母材の表面に形成された被膜は、母材との隣接部で酸化物比率が低く、表層部で酸化物比率が高い。
【００８１】
このような被膜中の酸化物比率を変化させた供試プラグを使用し、上述した穿孔試験と同様の試験を実施した。その評価は、上述した連続穿孔回数（パス回数）によるプラグ寿命で行った。また、比較のために、溶射距離を一定にした状態でアーク溶射を行い、プラグ母材の表面に酸化物比率が全域に亘って均一な被膜を形成したプラグについて、同様の試験を実施した。表１にその試験結果を示す。
【００８２】
【表１】
2010227999.tif 000003
【００８３】
同表に示すように、試験番号１のプラグは、溶射距離を１０００ｍｍと一定にしてアーク溶射を行うことにより被膜を形成したものであり、被膜中の酸化物比率が全域に亘って均一に８０％程度である。
【００８４】
試験番号２のプラグは、溶射距離を２００ｍｍから１０００ｍｍまで徐々に変化させたアーク溶射を行うことにより被膜を形成したもの、試験番号３のプラグは、溶射距離を４００ｍｍから１０００ｍｍまで徐々に変化させたアーク溶射を行うことにより被膜を形成したもの、試験番号４のプラグは、溶射距離を５００ｍｍから１０００ｍｍまで徐々に変化させたアーク溶射を行うことにより被膜を形成したものである。このため、試験番号２のプラグは、被膜中の酸化物比率が、母材との隣接部で２５％程度、表層部で８０％程度であり、番号３のプラグは、被膜中の酸化物比率が、母材との隣接部で４０％程度、表層部で８０％程度であり、番号４のプラグは、被膜中の酸化物比率が、母材との隣接部で５０％程度、表層部で８０％程度である。
【００８５】
試験番号１〜４のいずれのプラグも、被膜の厚みが４００μｍ程度である。
【００８６】
表１に示すように、被膜中の酸化物比率が均一な試験番号１のプラグは、連続穿孔回数が２パスであった。一方、被膜中の酸化物比率が母材側よりも表層側で高い試験番号２〜４のうち、試験番号２のプラグは、連続穿孔回数が４パスで、試験番号３のプラグは、連続穿孔回数が３パスであり、いずれのプラグも試験番号１のプラグよりも連続穿孔回数が向上した。試験番号４のプラグは、連続穿孔回数が２パスであり、試験番号１のプラグと同等の連続穿孔回数であった。
【００８７】
表１に示す結果から、被膜中の酸化物比率が母材側よりも表層側で高いプラグは、被膜中の酸化物比率が均一なプラグと同等以上のプラグ寿命を有し、さらに、被膜中の酸化物比率が母材との隣接部で４０％以下であるプラグは、プラグ寿命が向上することが明らかである。これは、被膜におけるプラグ母材との隣接部において、酸化物比率が低い場合、Ｆｅ（メタル）が豊富であるため、被膜とプラグ母材との密着が強固になり、負荷された応力が緩和されて被膜が剥離し難くなることに起因する。
【００８８】
このような酸化物比率が変化したアーク溶射被膜の特性も、上述した噴射孔を有する本発明の第１構成例のプラグ、および噴射孔を有さない本発明の第２、第３構成例のプラグに、アーク溶射を適用した場合、同様に発揮される。この場合、被膜中の酸化物比率を母材側よりも表層側で高くするのが好ましく、特に、母材との隣接部で酸化物比率を４０％以下とし、表層部で酸化物比率を５５〜８０％とするのが好ましい。
【００８９】
次に、プラグ母材の表面に形成される被膜の厚みについて検討する。上記の供試プラグは、外形が砲弾形状であり、プラグの胴部から先端部の全域に亘って均一な厚みの被膜を形成したものである。ここでは、胴部と先端部における被膜厚さの影響を明らかにするために、プラグ胴部とプラグ先端部それぞれの被膜の厚さを種々変更した。被膜厚さを変更した供試プラグを使用し、上述した穿孔試験と同様の試験を実施した。その評価は、前記表１に示す評価と同様に、上述した連続穿孔回数（パス回数）によるプラグ寿命で行った。表２にその試験結果を示す。
【００９０】
【表２】
2010227999.tif 000004
【００９１】
同表に示すように、試験番号１１のプラグは、胴部から先端部の全域に亘って被膜厚さを４００μｍ程度に形成したものである。試験番号１２のプラグは、被膜厚さを胴部で４００μｍ程度、先端部で６００μｍ程度に形成したものであり、試験番号１３のプラグは、被膜厚さを胴部で４００μｍ程度、先端部で８００μｍ程度に形成したものであり、試験番号１４のプラグは、被膜厚さを胴部で６００μｍ程度、先端部で８００μｍ程度に形成したものである。試験番号１５のプラグは、全域に亘って被膜厚さを８００μｍ程度に形成したものである。試験番号１６のプラグは、胴部の被膜厚さを試験番号１１〜１３のプラグと同じく４００μｍ程度に形成し、先端部の被膜厚さをいずれのプラグよりも厚く１２００μｍ程度に形成したものである。
【００９２】
また、試験番号１１〜１６のいずれのプラグも、溶射距離を２００ｍｍから１０００ｍｍまで徐々に変化させたアーク溶射を行うことにより被膜を形成したものであり、被膜中の酸化物比率が母材側よりも表層側で高くなっている。
【００９３】
表２に示すように、被膜厚さが薄くて全域に亘り均一な試験番号１１のプラグは、連続穿孔回数が４パスであった。被膜厚さが胴部よりも先端部で厚い試験番号１２、１３、１４および１６のプラグは、連続穿孔回数がそれぞれ５パス、６パス、６パスおよび１０パスであり、プラグ先端部の被膜厚さが厚くなるのに伴って、連続穿孔回数が向上した。被膜厚さが厚くて全域に亘り均一な試験番号１５のプラグは、１パスの穿孔後にプラグ胴部の被膜が剥離し、連続穿孔回数が１パスにとどまった。
【００９４】
表２に示す結果から、プラグ先端部の被膜厚さが厚いほど、プラグ寿命が向上することが明らかである。また、プラグ胴部の被膜厚さが過度に厚いと、穿孔時に被膜の剥離が発生しプラグ寿命が悪化する。
【００９５】
このようなアーク溶射被膜の厚さに関する特性も、上述した噴射孔を有する本発明の第１構成例のプラグ、および噴射孔を有さない本発明の第２、第３構成例のプラグに、アーク溶射を適用した場合、同様に発揮される。
【００９６】
図１５は、本発明のプラグの第１構成例の別例を示す縦断面図である。同図に示す本発明のプラグ２は、前記表２に示す結果に基づき、アーク溶射により、先端部２１の被膜２７の厚さｔ１を胴部２３の被膜２７の厚さｔ２よりも厚く形成したものである。このプラグ２は、先端部２１の摩耗や溶損の防止に極めて有効である。穿孔時に噴射孔２４から潤滑剤を噴射させても、プラグ先端部２１は潤滑剤の供給が不足気味となり、摩耗や溶損が発生し易いからである。
【００９７】
図１６は、本発明のプラグの第２構成例のさらに別例を示す縦断面図である。同図に示す本発明のプラグ２は、図１５に示す第１構成例のプラグ２と同様に、先端部２１の摩耗や溶損の防止のため、アーク溶射により、先端部２１の被膜２７の厚さｔ１を胴部２３の被膜２７の厚さｔ２よりも厚く形成した構成である。
【００９８】
図１５および図１６に示す第１構成例および第２構成例のプラグ２は、前記表２に示す結果に基づき、プラグ胴部２３の被膜厚さｔ２を８００μｍよりも薄くするのが好ましく、６００μｍ以下にするのがより好ましい。同様に、第３構成例のプラグでも、先端部と胴部の被膜厚さを規定するのが好ましい。
【００９９】
３．継目無管の製造方法
素材（丸ビレット）を周知の加熱炉に装入し、加熱する。加熱した素材を加熱炉から抽出する。続いて、図４に示す穿孔機１を用い、抽出された素材７を穿孔圧延し、中空素管８に成形する。その際、第１構成例のプラグ２を用いる場合、素材７を穿孔圧延している間、潤滑剤供給装置５は潤滑剤５１を圧送し、プラグ２の噴射孔２４から潤滑剤を噴射させる。
【０１００】
潤滑剤５１は、素材７を穿孔圧延している間噴射され、素材７を穿孔圧延していないときは噴射されない。穿孔機１は、傾斜ロール４に負荷される荷重を検知する図示しない荷重センサを備える。潤滑剤供給装置５は、荷重センサが荷重を検知したときに出力する荷重信号に対応して、潤滑剤５１を圧送する。これにより、穿孔圧延中のみ潤滑剤５１を噴射することができる。荷重センサに代え、他のセンサを用いて穿孔圧延中か否かを判断してもよい。
【０１０１】
穿孔機１により素材７を穿孔圧延して中空素管８に成形した後、延伸圧延機（例：プラグミル、マンドレルミル）によりその中空素管８を延伸圧延する。延伸圧延後、定径圧延機（例：ストレッチレデューサ、リーラ、サイザ）により形状を修正し、継目無管が得られる。
【０１０２】
図１７は、本発明の第１構成例のプラグによる穿孔圧延状態を示す縦断面図である。同図に示すように、穿孔圧延時、素材７は、プラグ２の先端部２１に接触した後、円柱部２２および胴部２３の先端部分の表面と接触することなく、胴部２３の先端部分以降の表面と接触する。すなわち、素材７と円柱部２２の表面との間に隙間６０が形成される。その際、噴射孔２４の開口部２４ａは円柱部２２の表面に形成されているため、潤滑剤はその開口部２４ａから隙間６０に噴射される。そのため、潤滑剤を噴射するのに高い圧力を必要としない。
【０１０３】
上記の隙間６０により、噴射孔２４の開口部２４ａは素材７と接触しない。そのため、素材７と開口部２４ａとの接触に起因して内面疵が発生するのを防止することができる。しかも、開口部２４ａが素材７との接触により溶損して閉塞するのを防止することができる。
【０１０４】
噴射孔２４の開口部２４ａは、素材７と接触する先端部２１や胴部２３に形成されていないため、穿孔時に開口部２４ａの温度上昇が抑制される。そのため、ガラス系の潤滑剤を使用する場合であっても、潤滑剤が開口部２４ａ付近で固化し難く、固化した潤滑剤により噴射孔２４が詰まることはない。
【０１０５】
また、穿孔圧延時に素材７と接触するプラグ２の先端部２１および胴部２３は、その母材表面に、アーク溶射による被膜２７が形成されている。その被膜２７は、酸化物およびＦｅで構成されるため、遮熱性および焼付き防止性に優れる。このため、被膜２７により、プラグ２の先端部２１および胴部２３の摩耗や溶損を防止することができる。
【０１０６】
被膜２７は、噴射孔２４の開口部２４ａが形成された円柱部２２に形成されていない。このため、開口部２４ａが被膜で狭まったり、閉塞することはなく、潤滑剤の円滑な噴射は損なわれない。円柱部２２の母材表面に被膜が形成されなくても、素材７が円柱部２２の表面と接触しないため、円柱部２２の摩耗や溶損は発生しない。
【０１０７】
さらに、被膜２７の形成はアーク溶射によって行われるため、従来のスケール被膜を形成する熱処理のような長時間にわたる処理を必要としない。このため、アーク溶射により被膜２７を形成するプラグ２は製作に長時間を要しない。
【０１０８】
上述の通り、素材７との接触に起因した開口部２４ａの閉塞、潤滑剤の固化に起因した開口部２４ａの閉塞、ならびに、先端部２１および胴部２３の摩耗や溶損のいずれも防止することができるため、プラグ寿命の向上が可能になる。
【実施例】
【０１０９】
（実施例１）
本発明の効果を確認するため、前記図４に示す穿孔機を用いて穿孔試験を行った。その条件は、下記の通りである。
【０１１０】
［試験方法］
（１）被加工材（素材）
・寸法：外径７０ｍｍ、長さ１０００ｍｍの丸ビレット
・材質：ＪＩＳ規定のＳＵＳ３０４
【０１１１】
（２）プラグ
プラグは、噴射孔を有する上記第１構成例に相当するものを採用し、ＪＩＳ規定の熱間工具鋼を母材とし、その母材表面に、鉄線材を用いたアーク溶射により、先端部と胴部それぞれの被膜厚さを種々変更して被膜を形成した。プラグの寸法形状は図１８に示す通りであり、先端部の被膜厚さｔ１および胴部の被膜厚さｔ２は、表３に示す通りである。図１８中、数値で表示された寸法の単位はｍｍである。
【０１１２】
【表３】
2010227999.tif 000005
【０１１３】
被膜の形成に際し、溶射距離を１０００ｍｍと一定にした場合と、溶射距離を２００ｍｍから１０００ｍｍまで徐々に変化させた場合とを採用した。前者の場合、被膜中の酸化物比率は、全域に亘って均一に８０％程度となり、後者の場合、被膜中の酸化物比率は、母材との隣接部で２５％程度、表層部で８０％程度となる。
【０１１４】
また、比較のために、熱処理により母材表面の全域に亘ってスケール被膜を形成したプラグも準備した。
【０１１５】
（３）穿孔圧延
上記の各プラグを使用して、１２００℃に加熱した被加工材を繰り返し穿孔圧延し、下記寸法のホローシェルを作製した。
・ホローシェルの寸法：外径７４ｍｍ、肉厚８．６ｍｍ、長さ２２００ｍｍ
【０１１６】
穿孔圧延している間、表４に示す成分組成のガラス系潤滑剤をプラグから噴射させた。
【０１１７】
【表４】
2010227999.tif 000006
【０１１８】
［評価方法］
（１）プラグ寿命
プラグ寿命は、穿孔圧延を終えるたびにプラグの外観を検査し、プラグ先端部に溶損または変形が発生したときのパス回数、すなわち連続して穿孔圧延することができた素材の本数（連続穿孔回数）で評価した。
【０１１９】
また、プラグ寿命は、穿孔圧延を終えるたびにプラグの噴射孔から潤滑剤を噴射させ、潤滑剤の噴出状態を観察して評価した。
【０１２０】
表３の「噴射孔の状態」欄の記号の意味は次の通りである。
○：良。潤滑剤の噴出に問題が認められなかったことを示す。
△：可。潤滑剤の噴出は可能であったが、その噴出流量が減少し劣化が認められたことを示す。
×：不可。潤滑剤の噴出が不能となったことを示す。
【０１２１】
（２）内面疵
内面疵は、穿孔圧延で成形した各ホローシェルの内表面を目視で検査し、疵の有無で評価した。
【０１２２】
［試験結果］
表３に示す結果から次のことが示される。
【０１２３】
熱処理でスケール被膜を形成した比較例のプラグＨは、連続穿孔回数が２パスであり、プラグ先端部に溶損が認められた。このプラグＨの噴射孔は、２パス後に閉塞し、潤滑剤の噴出が不能となった。これは、プラグを熱処理した際に噴射孔内にもスケールが成長し、穿孔前から噴射孔が閉塞し易い状態になっていたことに起因する。
【０１２４】
アーク溶射により先端部と胴部に被膜を形成した本発明例のプラグＡ〜Ｇは、いずれも噴射孔の状態が良好であった。但し、そのうちで胴部の被膜厚さが２００μｍと薄いプラグＧは、潤滑剤の噴出流量が減少した。これは、胴部の被膜厚さが薄いことから、胴部での遮熱性が低下し、穿孔を繰り返すのに伴って噴射孔の開口部が次第に変形したことが原因と考えられる。
【０１２５】
本発明例のプラグＡは、溶射距離を１０００ｍｍと一定にし、被膜厚さを先端部と胴部でともに４００μｍとしたプラグである。このプラグＡは、連続穿孔回数が３パスであり、比較例のプラグＨよりも寿命が向上した。
【０１２６】
本発明例のプラグＢ〜Ｇは、いずれも溶射距離を変化させて、被膜中の酸化物比率を母材側よりも表層部で高くしたプラグであり、比較例のプラグＨと同等以上に寿命が向上した。
【０１２７】
そのうちで、先端部と胴部の被膜厚さをともに４００μｍとしたプラグＢは、連続穿孔回数が４パスであった。さらに、先端部の被膜厚さを８００μｍ、１２００μｍにそれぞれ増加させたプラグＣ、Ｄは、連続穿孔回数が向上し、それぞれ６パス、１０パスとなった。
【０１２８】
先端部と胴部の被膜厚さをともに８００μｍとしたプラグＥは、２パスの穿孔後に胴部の被膜が剥離して使用不能となった。これは、胴部の被膜厚さが厚すぎて、被膜が剥離し易い状態であったことに起因する。
【０１２９】
先端部の被膜厚さを１２００μｍとし、胴部の被膜厚さを４００μｍよりも薄い３００μｍ、２００μｍとしたプラグＦ、Ｇは、連続穿孔回数がそれぞれ１０パス、６パスとなった。
【０１３０】
また、いずれのプラグＡ〜Ｈでも、得られたホローシェルに内面疵の発生は認められなかった。
【０１３１】
（実施例２）
噴射孔を有さないプラグを採用して、穿孔試験を行った。その条件は、下記の通りである。
【０１３２】
［試験方法］
（１）被加工材（素材）
・寸法：外径７０ｍｍ、長さ１０００ｍｍの丸ビレット
・材質：ＪＩＳ規定のＳＵＳ３０４
【０１３３】
（２）プラグ
プラグは、噴射孔を有さない上記第２構成例に相当するものを採用し、ＪＩＳ規定の熱間工具鋼を母材とし、その母材表面に、鉄線材を用いたアーク溶射により、先端部と胴部それぞれの被膜厚さを種々変更して被膜を形成した。プラグの寸法形状は図１９に示す通りであり、先端部の被膜厚さｔ１および胴部の被膜厚さｔ２は、表５に示す通りである。図１９中、数値で表示された寸法の単位はｍｍである。
【０１３４】
【表５】
2010227999.tif 000007
【０１３５】
被膜の形成に際し、溶射距離を１０００ｍｍと一定にした場合と、溶射距離を２００ｍｍから１０００ｍｍまで徐々に変化させた場合とを採用した。前者の場合、被膜中の酸化物比率は、全域に亘って均一に８０％程度となり、後者の場合、被膜中の酸化物比率は、母材との隣接部で２５％程度、表層部で８０％程度となる。
【０１３６】
また、比較のために、熱処理により母材表面の全域に亘ってスケール被膜を形成したプラグも準備した。毎回の穿孔圧延の前に、各プラグの被膜表面に、前記表４に示す成分組成のガラス系潤滑剤を塗布し、積層させた。
【０１３７】
（３）穿孔圧延
上記の各プラグを使用して、１２００℃に加熱した被加工材を繰り返し穿孔圧延し、下記寸法のホローシェルを作製した。
・ホローシェルの寸法：外径７４ｍｍ、肉厚８．６ｍｍ、長さ２２００ｍｍ
【０１３８】
［評価方法］
（１）プラグ寿命
プラグ寿命は、穿孔圧延を終えるたびにプラグの外観を検査し、プラグ先端部に溶損または変形が発生したときのパス回数、すなわち連続して穿孔圧延することができた素材の本数（連続穿孔回数）で評価した。
【０１３９】
（２）内面疵
内面疵は、穿孔圧延で成形した各ホローシェルの内表面を目視で検査し、疵の有無で評価した。
【０１４０】
［試験結果］
表５に示す結果から次のことが示される。
【０１４１】
熱処理でスケール被膜を形成した比較例のプラグＨＨは、連続穿孔回数が１パスであり、プラグ先端部に溶損が認められた。
【０１４２】
本発明例のプラグＡＡは、溶射距離を１０００ｍｍと一定にし、被膜厚さを先端部と胴部でともに４００μｍとしたプラグである。このプラグＡＡは、連続穿孔回数が２パスであり、比較例のプラグＨＨよりも寿命が向上した。
【０１４３】
本発明例のプラグＢＢ〜ＧＧは、いずれも溶射距離を変化させて、被膜中の酸化物比率を母材側よりも表層部で高くしたプラグであり、比較例のプラグＨＨと同等以上に寿命が向上した。
【０１４４】
そのうちで、先端部と胴部の被膜厚さをともに４００μｍとしたプラグＢＢは、連続穿孔回数が３パスであった。さらに、先端部の被膜厚さを８００μｍ、１２００μｍにそれぞれ増加させたプラグＣＣ、ＤＤは、連続穿孔回数が向上し、それぞれ５パス、９パスとなった。
【０１４５】
先端部と胴部の被膜厚さをともに８００μｍとしたプラグＥＥは、１パスの穿孔後に胴部の被膜が剥離して使用不能となった。これは、胴部の被膜厚さが厚すぎて、被膜が剥離し易い状態であったことに起因する。
【０１４６】
先端部の被膜厚さを１２００μｍとし、胴部の被膜厚さを４００μｍよりも薄い３００μｍ、２００μｍとしたプラグＦＦ、ＧＧは、連続穿孔回数がそれぞれ９パス、５パスとなった。
【０１４７】
また、いずれのプラグＡＡ〜ＨＨでも、得られたホローシェルに内面疵の発生は認められなかった。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
本発明は、熱間加工の継目無管の製造に有効に利用できる。
【符号の説明】
【０１４９】
１：穿孔機、    ２：プラグ、    ３：芯金、    ４：傾斜ロール、
５：潤滑剤供給装置、    ７：素材、    ８：中空素管、
２１：先端部、    ２２：円柱部、    ２３：胴部、    ２４：潤滑剤噴射孔、
２４ａ：開口部、    ２５：逃げ部、    ２５ａ：後端面、    ２６：芯金結合部、
２６ａ：底面、    ２７：被膜、    ３１：貫通孔、
５１：潤滑剤、    ５２：タンク、    ５３：ポンプ、    ６０：隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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