(57)【要約】      （修正有）【課題】熱間製管された素管を引抜加工によって小径薄肉の継目無鋼管を製造する方法であって、内面筋疵を有さない小径薄肉管の製造方法を提供する。【解決手段】加工用ダイスとしてテーパー状のアプローチ部１ａと、引抜き外径を決定するベアリング部１ｂとを具備するテーパーダイス１と、テーパーダイスによって縮径されながら引抜加工される管３の内面に挿入されるプラグ２とを用いて小径薄肉管を引抜加工する継目無鋼管の製造方法であって、アプローチ部１ａの両角αが１５〜２０°のテーパーダイス１を用いることを特徴とする小径薄肉管の製造方法である。本発明の小径薄肉管の製造方法では、使用するプラグは、管の仕上げ内径を規定する仕上げ部２ｂとこれに連設されるテーパー部２ａとを具備するセミフローティングプラグ２を用いるのが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工用ダイスとしてテーパー状のアプローチ部と引抜き外径を決定するベアリング部とを具備するテーパーダイスと、
前記テーパーダイスによって縮径されながら引抜加工される管の内面に挿入されるプラグとを用いて小径薄肉管を引抜加工する継目無鋼管の製造方法であって、
前記アプローチ部の両角が１５〜２０°のテーパーダイスを用いることを特徴とする小径薄肉管の製造方法。
【請求項２】
使用するプラグが管の仕上げ内径を規定する仕上げ部とこれに連設されるテーパー部とを具備するセミフローティングプラグであることを特徴とする請求項１に記載の小径薄肉管の製造方法。
【請求項３】
得られる小径薄肉管が内面筋疵を有さないことを特徴とする請求項１または２に記載の小径薄肉管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間製管された素管を引抜加工によって小径薄肉の継目無鋼管を製造する方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、内面筋疵を有さない小径薄肉管を製造する方法に関する。
【０００２】
なお、別に記載がない限り、本明細書における用語の定義は次のとおりである。
「小径薄肉管」：熱間製管により得られる素管を、引抜加工により所定の寸法に仕上げた継目無鋼管であって、引抜加工後の肉厚／外径（Ｔ／Ｄ）の比が５〜１５％、外径が２０〜３０ｍｍ、肉厚が１．０〜３．５ｍｍのものをいう。
【背景技術】
【０００３】
冷間仕上げされる継目無鋼管は、中実の鋼片をマンネスマン製管法やユジーン製管法による熱間製管によって中空の素管とした後、素管を冷間で引抜加工することにより製造される。マンネスマン製管法では、鋼片をマンネスマン穿孔し、サイザまたはレデューサーで定径または縮径圧延して素管とする。得られた素管に冷間による引抜加工を施す。冷間での引抜加工の主な目的は、外径・内径・肉厚の寸法精度向上、機械的強度の確保、および内面平滑性の向上である。すなわち、鋼管内表面の疵の低減も冷間引抜加工処理の大きな目的の１つである。
【０００４】
引抜加工により仕上げられた継目無鋼管は、プラントの配管用、機械構造用等の用途があり、自動車用鋼管としてエアバッグに用いられることがある。エアバッグの用途では、継目無鋼管は圧力容器として用いられ、高圧のガスが封入された状態で使用されるため、継目無管内表面の疵は好ましくない。
【０００５】
そこで、熱間製管で得られた素管の内表面に筋状の疵が形成（以下、単に「内面筋疵」ともいう）された場合には、引抜加工により内面に筋疵を低減または除去する必要がある。
【０００６】
また、エアバッグの圧力容器は、小型で軽量であることが求められるので、エアバッグ用鋼管は小径薄肉管が用いられる。
【０００７】
ところで、引抜加工による内面筋疵を低減・除去する場合、以下の（１）式で表される肉厚加工度が大きいほど、内面筋疵の除去効果が大きい。
ＴＤ＝（Ｔ'−Ｔ）／Ｔ'×１００  ・・・（１）
ただし、肉厚加工度をＴＤ（％）、引抜加工前の鋼管の肉厚をＴ'（ｍｍ）、引抜加工後の鋼管の肉厚をＴ（ｍｍ）とする。
【０００８】
図１は、テーパーダイスとセミフローティングプラグとを用いた引抜加工を示す模式図である。同図では、テーパーダイス１と、素管（引抜加工前の鋼管）の内面に挿入されるプラグ２と、引抜加工される素管３を示し、素管が黒塗り矢印で示す方向に移動することにより、引抜加工される。テーパーダイス１は、管材をダイス出側に案内するため、入側のダイス内径が縮小するテーパー状のアプローチ部１ａと、一定の内径を有し管材の加工形状を決定するベアリング部１ｂと、出側の逃げ部１ｃとを備えている。テーパーダイスのアプローチ部１ａの形状は、両角α（°）で規定される。
【０００９】
セミフローティングプラグ２は、図示されない固定端に保持された支持棒２ｃにより加工位置に固定され、素管の肉厚加工にともなってプラグの位置ずれを防止するテーパー部２ａと、管の仕上げ内径を規定する仕上げ部２ｂとを備えている。セミフローティングプラのテーパー部の形状は、両角β（°）で規定される。
【００１０】
テーパーダイス１とセミフローティングプラグ２を用いた引抜加工では、素管３はテーパーダイスのアプローチ部１ａとの接触にともない縮径した後、さらにセミフローティングプラグのテーパー部２ａと接触して肉厚加工される。その後、素管３は、テーパーダイスのベアリング部１ｂと、セミフローティングプラグの仕上げ部２ｂにより、肉厚加工されて所定の外径および内径寸法の継目無鋼管に仕上げられる。
【００１１】
セミフローティングプラグ２には、引抜加工の際に素管の加工にともない引抜き方向に摩擦力が作用する。また、セミフローティングプラグ２には、テーパー部２ａとテーパーダイスのアプローチ部１ａとにより素管を肉厚加工する際に、同図の白抜き矢印で示す方向に反力が作用する。
【００１２】
セミフローティングプラグ２は支持棒２ｃにより加工位置に固定されているが、反力の引抜き方向の成分が小さいと、摩擦力により支持棒２ｃが弾性変形し、フローティングプラグが加工位置からずれ、振動の発生や素管の破断といった抽伸不良を引き起こす。このため、安定して引抜加工を行うためには、反力の引抜き方向の成分と摩擦力とを等しくし、支持棒２ｃが弾性変形を抑制するのが好ましい。
【００１３】
従来から、テーパーダイスとセミフローティングプラグとを用いた引抜加工に関し、種々の提案がなされている。例えば、特許文献１では、プラグ位置を安定化することができる引抜き方法が提案されている。特許文献１で提案されている引抜き方法では、ダイスのアプローチ部の両角（ダイス両角）α（°）と、プラグのテーパー部の両角（プラグ両角）β（°）が下記（２）および（３）式を満たすことにより、上述の反力の引抜き方向成分と摩擦力とが均衡して、プラグの位置が引抜き方向にずれるのを防止できるとともに、素管のダイスへの焼き付きおよび素管の破断を防止できるとしている。
１５≦α≦３０        ・・・（２）
α−１０≦β≦α−３  ・・・（３）
【００１４】
特許文献１で提案されている引抜き方法を小径薄肉の継目無鋼管の製造に用いた場合、上記（２）式を満足していてもダイス両角によっては、得られる小径薄肉管には内面筋疵が残存することがある。
【００１５】
前述のとおり、内面筋疵の除去効果は、肉厚加工度が大きいほど高いため、内面筋疵の残存を防ぐためには、素管の肉厚を厚くすることが考えられるが、素管の肉厚と引抜加工後の鋼管肉厚の肉厚比が大きすぎると、引抜加工の際に振動や素管の破断が発生し、安定して引抜加工することができない。このため、小径薄肉管の引抜加工処理においては、素管の肉厚をそれほど厚くできない。
【００１６】
特許文献２は、肉厚／外径（Ｔ／Ｄ）の比が２０％以上である厚肉の継目無鋼管における内面筋疵の低減に関するものであり、オイル潤滑または化成皮膜潤滑された素管を、肉厚加工度とダイス角度により規定される条件式を満たす加工条件により引抜加工する方法を提案している。
【００１７】
特許文献２で提案される引抜き方法の対象は、厚肉の鋼管であるため、素管の肉厚を厚くしても、引抜加工前後の肉厚比がさほど大きくならないので、特許文献２に記載の条件式を満たせば、良好な結果を得ることができる。しかしながら、小径薄肉管の場合は、前述のとおり素管の肉厚をそれほど厚くできないため、特許文献２に記載の条件式を満たしても、ダイス角度によっては、内面筋疵が残存する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００６−２７２３９６号公報
【特許文献２】特開２００２−３６１３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
前述の通り、従来から提案されている引抜き方法を用いて、熱間製管された素管を引抜加工して小径薄肉の継目無鋼管を製造すると、従来提案されている条件を満たしてもダイス角度によっては、熱間製管で形成された内面筋疵を除去することができないという問題がある。本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、内面筋疵を残存させない小径薄肉管の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記問題を解決するため、プラグを用いることなくテーパーダイスのみにより素管を引抜加工する、「空引き」による引抜き試験を行い、テーパーダイスのアプローチ部の両角が素管の肉厚に与える影響を確認した。本試験ではアプローチ部の両角αが２０°、２５°および３０°における、肉厚／外径（Ｔ／Ｄ）の比と増肉率との関係を調査した。ここで、増肉率ＴＷ（％）は、素管の肉厚をＴ’（ｍｍ）、空引きによる引抜き後の肉厚をＴ（ｍｍ）とした場合、下記（４）式で算出できる。
ＴＷ＝（Ｔ−Ｔ’）／Ｔ’×１００      ・・・（４）
【００２１】
本試験での試験条件は下記の通りとした。
素管の仕様：肉厚／外径＝７％〜９％、
材質  Ｃｒ−Ｍｏ鋼（Ｃ  ０．１〜０．２％、
Ｃｒ  ０．５〜０．７％、
Ｍｏ  ０．３〜０．４％を含有）
引抜管仕様：肉厚／外径＝８％〜１０％
【００２２】
図２は、テーパーダイスのみによる空引きにより小径薄肉管を得た場合の、肉厚／外径（Ｔ／Ｄ）の比（％）と増肉率ＴＷ（％）の関係を示す図である。同図より、増肉率ＴＷ（％）が正の値であることが確認できる。本試験によって、小径薄肉管をテーパーダイスを用いて引抜くこと（空引きすること）により、肉厚が増加（増肉）することが分かった。また、アプローチ部の両角αを小さくすることにより、増肉率ＴＷ（％）が増加することが分かった。
【００２３】
本発明者らは、上述の試験結果に基づいて以下の（ａ）〜（ｃ）の知見を得た。
（ａ）小径薄肉管にダイスおよびプラグを用いた引抜加工を施す場合、テーパーダイスのアプローチ部において、被処理管の肉厚が一旦増加し（増肉し）、その後、ベアリング部において（対向するプラグの仕上げ部とに挟まれて引き抜かれることで）肉厚が減少して（減肉して）、最終的な加工後の肉厚（目的とする肉厚）となること。
【００２４】
（ｂ）また、テーパーダイスのアプローチ部の両角を小さくすると、該アプローチ部における増肉量は増すこと（より肉厚が厚くなること）。
【００２５】
（ｃ）従って、引抜加工前の鋼管（素管）の肉厚および引抜加工後の鋼管の肉厚が一定であっても、テーパーダイスのアプローチ部の両角を小さくすることで、該アプローチ部において、鋼管の肉厚が一旦増加するため、実質的な肉厚加工度を増加できること。それゆえ、内面筋疵の除去効果を高められそうであること。
【００２６】
本発明は、上記の知見および後述する確認試験の結果に基づいて完成したものであり、下記（１）〜（３）の小径薄肉管の製造方法を要旨としている：
【００２７】
（１）加工用ダイスとしてテーパー状のアプローチ部と引抜き外径を決定するベアリング部とを具備するテーパーダイスと、
前記テーパーダイスによって縮径されながら引抜加工される管の内面に挿入されるプラグとを用いて小径薄肉管を引抜加工する継目無鋼管の製造方法であって、
前記アプローチ部の両角が１５〜２０°のテーパーダイスを用いることを特徴とする小径薄肉管の製造方法。
【００２８】
（２）使用するプラグが管の仕上げ内径を規定する仕上げ部とこれに連設されるテーパー部とを具備するセミフローティングプラグであることを特徴とする上記（１）に記載の小径薄肉管の製造方法。
【００２９】
（３）得られる小径薄肉管が内面筋疵を有さないことを特徴とする上記（１）または（２）に記載の小径薄肉管の製造方法。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の小径薄肉管の製造方法は、下記の顕著な効果を有する。
（１）テーパーダイスとプラグとを用いた引抜加工により、素管肉厚を増加させることなく、熱間製管の際に発生した内面筋疵を低減し、内面品質に優れた小径薄肉管を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】テーパーダイスとセミフローティングプラグとを用いた引抜加工を示す模式図である。
【図２】テーパーダイスのみによる空引きにより小径薄肉管を得た場合の、肉厚／外径（Ｔ／Ｄ）の比（％）と増肉率ＴＷ（％）の関係を示す図である。
【図３】管の引抜加工を途中過程で停止し、その管を切断したものの内面性状を撮影した写真であり、同図（ａ）はテーパーダイスのアプローチ部の両角が２５°である比較例を、同図（ｂ）は両角が２０°である本発明例を示す。
【図４】管の引抜加工を途中過程で停止し、その管を切断したものについて、管の引抜き方向の各位置における肉厚比および内面筋深さ比を示す図であり、同図（ａ）は各位置での肉厚比を、同図（ｂ）は各位置での内面筋深さ比をそれぞれ示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下に、本発明の小径薄肉管の製造方法について説明する。
【００３３】
本発明の対象となる鋼管は、小径薄肉管である。ここで、小径薄肉管とは、熱間製管により得られる素管を、引抜加工により所定の寸法に仕上げた継目無鋼管であって、引抜加工後の肉厚／外径（Ｔ／Ｄ）の比が５〜１５％、外径が２０〜３０ｍｍ、肉厚が１．０〜３．５ｍｍのものをいう。
【００３４】
引抜加工後の肉厚／外径（Ｔ／Ｄ）の比が１５％または肉厚が３．５ｍｍを超えると、従来の引抜加工により内面筋疵を低減することができ、本発明の小径薄肉管の製造方法を用いる必要がない。一方、引抜加工後の肉厚／外径（Ｔ／Ｄ）の比を５％または肉厚を１．０ｍｍ未満とすると、エアバッグの圧力容器として充分な強度を確保することができない。引抜加工後の外径を２０〜３０ｍｍとするのは、エアバッグ用鋼管の用途に基づくものである。
【００３５】
小径薄肉管は、Ｃｒ−Ｍｏ鋼、炭素鋼等の各鋼種が用いられるが、Ｃｒ−Ｍｏ鋼を用いる場合は、素管に内面筋疵が発生し易いとともに、引抜加工後も内面筋疵が残存し易い。したがって、Ｃｒ−Ｍｏ鋼からなる小径薄肉管の引抜加工に、本発明の小径薄肉管の製造方法を用いるのが好ましい。
【００３６】
本発明の小径薄肉管の製造方法は、加工用ダイスとしてテーパー状のアプローチ部と、引抜き外径を決定するベアリング部とを具備するテーパーダイスと、前記テーパーダイスによって縮径されながら引抜加工される管の内面に挿入されるプラグとを用いて小径薄肉管を引抜加工する継目無鋼管の製造方法であって、アプローチ部の両角が１５〜２０°のテーパーダイスを用いることを特徴とする。
【００３７】
本発明の小径薄肉管の製造方法は、テーパーダイスのアプローチ部の両角は１５〜２０°にする。前記図２に示す結果から、小径薄肉管の空引きではアプローチ部の両角を小さくすると増肉率ＴＷ（％）が増加することが分る。このため、プラグを用いた引抜加工において、アプローチ部の両角を小さくすることにより、アプローチ部で素管（被引抜加工管）の増肉が図れ、ベアリング部での加工において実質的に肉厚加工度を増加できる。すなわち、引抜加工前の鋼管（素管）の肉厚および引抜加工後の鋼管の肉厚が一定であっても（換言すれば、素管の肉厚を厚くしなくても）、該アプローチ部において、肉厚が一旦増加するため、ベアリング部での加工において実質的に肉厚加工度が確保でき、得られる継目無鋼管の内面筋疵を低減できる。
【００３８】
テーパーダイスのアプローチ部の両角が２０°を超えると、テーパーダイスによる増肉率ＴＷが減少するので、ベアリング部での加工において肉厚加工度が確保できず、得られる継目無鋼管に内面筋疵が残存する。一方、アプローチ部の両角を１５°未満とすると、アプローチ部と素管の接触距離が増加することから、潤滑不良による振動が発生し易い。この場合、得られる継目無鋼管の内面品質は悪化する。
【００３９】
本発明の小径薄肉管の製造方法では、プラグは、円筒形プラグ、セミフローティングプラグ、フローティングプラグ等の種々のプラグを用いることができるが、セミフローティングプラグを用いるのが好ましい。プラグとしてセミフローティングプラグを用いることにより、プラグを加工位置に安定して配置でき、抽伸不良を抑制することが可能である。
【００４０】
本発明の小径薄肉管の製造方法では、セミフローティングプラグを用いる場合、テーパー部の両角は下記（３）式を満たす値とするのが好ましい。
α−１０≦β≦α−３  ・・・（３）
ここで、テーパーダイスのアプローチ部の両角α（°）とし、プラグのテーパー部の両角β（°）とする。
【００４１】
アプローチ部の両角αとテーパー部の両角βとの差を１０°より大きくした場合、すなわち、β＜α−１０の場合、引抜加工の際にプラグに作用する反力は引抜き方向の成分が減少する。このため、素管の引抜きにともないプラグの位置が引抜方向にずれるので、抽伸不良が発生する場合がある。一方、アプローチ部の両角αとテーパー部の両角βとの差を３°よりも小さくした場合、すなわち、β＞α−３の場合、テーパー部の後端が素管の内面に噛み込むことにより、プラグの位置が引抜方向にずれるので、抽伸不良が発生し易くなる。
【００４２】
前述の通り、エアバッグに用いられる小径薄肉管は、高圧のガスが封入された状態で使用されるので、内面筋疵は好ましくない。本発明の小径薄肉管の製造方法では、素管の肉厚をそれほど厚くしなくても、実質的に肉厚加工度を確保することができるので、安定して引抜加工でき、かつ小径薄肉管の内面筋疵を除去することができる。
【実施例】
【００４３】
本発明の小径薄肉管の製造方法により、熱間製管された素管に引抜加工して小径薄肉管を得る試験を行い、本発明の効果を検証した。
【００４４】
［試験方法］
前記図１に示すテーパーダイスおよびセミフローティングプラグを用いて、素管に引抜加工を施して引抜管とした。その条件は下記の通りである。
素管の仕様：外径３１．８０ｍｍ、  肉厚２．９０ｍｍ、
材質  Ｃｒ−Ｍｏ鋼（Ｃ  ０．１〜０．２％、
Ｃｒ  ０．５〜０．７％、
Ｍｏ  ０．３〜０．４％を含有）
引抜管仕様：外径２５．０５ｍｍ、  肉厚２．０２ｍｍ
【００４５】
テーパーダイスのアプローチ部の両角は、本発明例１では１５°、本発明例２では２０°、比較例１では２５°とした。また、フローティングプラグのテーパー部の両角は、本発明例１では１０°、本発明例２では１５°、比較例１では２０°とした。
【００４６】
［評価指標］
本発明例および比較例ともに引抜加工された管の内面性状を目視により確認した。さらに、本発明例２および比較例１では、管の引抜加工を途中過程で停止し、その管を切断した後、管の肉厚および内面筋疵の深さを引抜き方向の複数位置で測定し、肉厚比および内面筋疵の深さ比を算出した。ここで、肉厚比は、測定された管の肉厚をＴ、素管の肉厚をＴ’とした場合、Ｔ／Ｔ’で表される値のことをいう。また、内面筋疵の深さ比とは、測定された内面筋疵の深さをＡ、素管の内面筋疵の深さをＡ’とした場合、Ａ／Ａ’で表される値のことをいう。
【００４７】
［試験結果］
引抜加工された管の内面を目視により確認したところ、本発明例１および本発明例２では、内面筋疵は観察されなかった。一方、比較例１では、内面筋疵の深さは低減されたが、内面筋疵が残存した。
【００４８】
図３は、管の引抜加工を途中過程で停止し、その管を切断したものの内面性状を撮影した写真であり、同図（ａ）はテーパーダイスのアプローチ部の両角が２５°である比較例を、同図（ｂ）は両角が２０°である本発明例を示す。同図では、引抜管の切断面３ａと、管内面３ｂとを示し、テーパーダイスのアプローチ部との接触開始位置３ｄと、フローティングプラグの仕上げ部との接触開始位置３ｅを白抜きの点線で示す。同図において、白抜き想像線で囲った部分が内面筋疵である。
【００４９】
比較例１では、アプローチ部の両角が２５°であるテーパーダイスを用い、同図（ａ）より、素管に形成された内面筋疵が引抜加工後も残存していることが確認できた。一方、本発明例２では、アプローチ部の両角が２０°であるテーパーダイスを用い、同図（ｂ）より、引抜加工後の内面３ｂに筋疵が存在しないことが確認できた。
【００５０】
図４は、図３と同じく管の引抜加工を途中過程で停止し、その管を切断したものについて、管の引抜き方向の各位置における肉厚比および内面筋深さ比を示す図であり、同図（ａ）は各位置での肉厚比を、同図（ｂ）は各位置での内面筋深さ比をそれぞれ示す。同図（ａ）および（ｂ）の横軸はプラグの接触位置から測定位置までの距離を示し、テーパーダイスのアプローチ部側を負（−）、テーパーダイスの逃げ部側を正（＋）で表す。
【００５１】
同図（ａ）より、テーパーダイスのアプローチ部の両角が２５°である比較例１に比べ、アプローチ部の両角が２０°である本発明例２の方が、ベアリング部前の肉厚比が大きいこと、すなわち、アプローチ部でより増肉していることが確認できた。従って、ベアリング部における実質的な肉厚加工度が大きくなっていることが確認できた。
【００５２】
また、同図（ｂ）より、アプローチ部の両角が２５°である比較例１では、引抜加工により内面筋疵の深さは低減するが、引抜加工後も内面筋疵が残存しているのが確認できた。一方、アプローチ部の両角が２０°である本発明例２では、引抜加工後、内面筋疵が除去されていることが確認できた。
【００５３】
これらより、本発明の小径薄肉管の製造方法により、アプローチ部で素管の増肉量を増加させ、その後の肉厚加工において、アプローチ部での増肉量の増加に応じて肉厚加工度を大きくできることから、引抜管の内面筋疵が低減でき、得られる管の内面品質を向上できることが明らかになった。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の小径薄肉管の製造方法は、下記の顕著な効果を有する。
（１）テーパーダイスとプラグとを用いた引抜加工により、素管肉厚を増加させることなく、熱間製管の際に発生した内面筋疵を低減し、内面品質に優れた小径薄肉管を得ることができる。
（２）得られる小径薄肉管をエアバッグを構成する圧力容器に適用した場合、内面筋疵を有さないことから、耐バースト性に優れる。
したがって、本発明の製造方法によれば、自動車のエアバッグに用いる圧力容器に好適な小径薄肉管を提供できる。
【符号の説明】
【００５５】
１．テーパーダイス、  １ａ．アプローチ部、  １ｂ．ベアリング部、
１ｃ．逃げ部、  ２．セミフローティングプラグ、  ２ａ．テーパー部、
２ｂ．仕上げ部、  ２ｃ．支持棒、  ３．素管、  ３ａ．素管切断面、
３ｂ．素管内面、  ３ｃ．内面筋疵、
３ｄ．テーパーダイスとの接触開始位置、
３ｅ．フローティングプラグとの接触開始位置、
α．アプローチ部の両角、  β．テーパー部の両角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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