(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分割されたプラグ前部とプラグ後部を、プラグ後部を貫通する芯金により一体のプラグとして保持して傾斜ロール式穿孔圧延で使用されるプラグにおいて、前記プラグ前部とプラグ後部とは互いに着脱可能且つ中心軸の周りに独立に回転可能であり、前記プラグ前部は一体構造であって、少なくとも前記プラグ前部は低合金鋼からなり、前記プラグ前部およびプラグ後部の表面には酸化皮膜が形成されていることを特徴とする継目無管の穿孔圧延用プラグ。
【請求項２】
前記プラグ前部に形成される酸化皮膜の厚さが２００μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の継目無管の穿孔圧延用プラグ。
【請求項３】
前記プラグ前部に形成される酸化皮膜の厚さが前記プラグ後部に形成される酸化皮膜の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項１または２に記載の継目無管の穿孔圧延用プラグ。
【請求項４】
前記プラグ前部の１１００℃における引張強度が５０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の継目無管の穿孔圧延用プラグ。
【請求項５】
傾斜ロール式穿孔圧延機を用いて、請求項１〜４のいずれかに記載のプラグを穿孔工具とし、所定の温度に加熱された中実のビレットを中空素管に穿孔圧延することを特徴とする継目無管の製造方法。
【請求項６】
分割されたプラグ前部およびプラグ後部を一体のプラグとして保持し、かつ前記プラグ前部または／およびプラグ後部を着脱可能且つ中心軸の周りに独立に回転可能に構成し、傾斜ロール式穿孔圧延に用いられる継目無管の製造装置であって、前記プラグ前部は一体構造であり、前記プラグを保持する芯金は前記プラグ後部を貫通し、前記プラグ前部と前記プラグ後部とを連結しており、前記プラグ前部に形成される酸化皮膜の厚さが２００μｍ以上であることを特徴とする継目無管の製造装置。
【請求項７】
分割されたプラグ前部およびプラグ後部を一体のプラグとして保持し、かつ前記プラグ前部または／およびプラグ後部を着脱可能且つ中心軸の周りに独立に回転可能に構成し、傾斜ロール式穿孔圧延に用いられる継目無管の製造装置であって、前記プラグ前部は一体構造であり、前記プラグを保持する芯金は前記プラグ後部を貫通し、前記プラグ前部と前記プラグ後部とを連結しており、前記プラグ前部のスケール厚さが前記プラグ後部のスケール厚さよりも厚いことを特徴とする継目無管の製造装置。
【請求項８】
分割されたプラグ前部およびプラグ後部を一体のプラグとして保持し、かつ前記プラグ前部または／およびプラグ後部を着脱可能且つ中心軸の周りに独立に回転可能に構成し、傾斜ロール式穿孔圧延に用いられる継目無管の製造装置であって、前記プラグ前部は一体構造であり、前記プラグを保持する芯金は前記プラグ後部を貫通し、前記プラグ前部と前記プラグ後部とを連結しており、前記プラグ前部の１１００℃における引張強度が５０ＭＰａ以上であることを特徴とする継目無管の製造装置。
【請求項９】
分割されたプラグ前部およびプラグ後部を一体のプラグとして保持し、かつ前記プラグ前部または／およびプラグ後部を着脱可能とする継目無管の製造装置であって、前記プラグを保持する芯金は前記プラグ後部を貫通し、前記プラグ前部と連結されており、前記プラグ前部に形成される酸化皮膜の厚さが２００μｍ以上であることを特徴とする継目無管の製造装置。
【請求項１０】
分割されたプラグ前部およびプラグ後部を一体のプラグとして保持し、かつ前記プラグ前部または／およびプラグ後部を着脱可能とする継目無管の製造装置であって、前記プラグを保持する芯金は前記プラグ後部を貫通し、前記プラグ前部と連結されており、前記プラグ前部のスケール厚さが前記プラグ後部のスケール厚さよりも厚いことを特徴とする継目無管の製造装置。
【請求項１１】
前記プラグ前部のスケール厚さが前記プラグ後部のスケール厚さよりも厚いことを特徴とする請求項６、８または９に記載の継目無管の製造装置。
【請求項１２】
前記プラグ前部の１１００℃における引張強度が５０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項６、７、９、１０または１１に記載の継目無管の製造装置。
【請求項１３】
請求項６〜１２のいずれかに記載の製造装置を用いて、製造ラインにおいて前記プラグ前部または／およびプラグ後部を取り替えることを特徴とする継目無管の製造方法。
【請求項１４】
分割されたプラグ前部およびプラグ後部を一体のプラグとして保持し、かつ前記プラグ前部または／およびプラグ後部を着脱可能且つ中心軸の周りに独立に回転可能に構成し、傾斜ロール式穿孔圧延に用いられる継目無管の製造装置であって、前記プラグ前部は一体構造であり、前記プラグを保持する芯金は前記プラグ後部を貫通し、前記プラグ前部と前記プラグ後部とを連結している継目無管の製造装置を用いて、製造ラインにおいて前記プラグ前部または／およびプラグ後部を取り替え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、継目無管の代表的な製造方法である傾斜ロール式穿孔圧延法に最適な穿孔圧延用プラグ、およびこれを用いた継目無管の製造装置と製造方法に関し、さらに詳しくは、穿孔圧延に際し、優れた耐久性を発揮し、管内面疵の発生を防止できる穿孔圧延用プラグと、プラグ前部または／およびプラグ後部を取り替え可能な分割プラグ、およびこれを用いた製造装置と製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
継目無管の代表的な製造方法として用いられる、いわゆるマンネスマン製管法は、所定温度に加熱された中実のビレットを穿孔圧延機（ピアサー）に送給して、その軸心部を穿孔することにより中空素管を製造する。次いで、穿孔された中空素管を５スタンドから８スタンドよりなる延伸圧延機（マンドレミル）に通して肉厚加工を施し、再加熱後、または直接に、ストレッチレデューサ若しくはサイザミルによって形状修正およびサイジングを行って、さらに精整工程を経て、製品となる継目無管を製造する方法である。【０００３】
穿孔圧延機による圧延では、被圧延材であるビレットがパスラインに沿って圧延方向に移動するように、このパスラインに対して傾斜ロールが対向配置されている。さらに、これらの傾斜ロール間にパスライン上に配された芯金に保持されたプラグを位置させる。【０００４】
図１は、穿孔圧延に用いられる傾斜ロールの配置を模式的に説明する図である。さらに、図２は、前記図１のＡ−Ａ矢視で示される傾斜ロールの配置を説明する図である。【０００５】
図１に示すように、傾斜ロール１は、パスラインＸ−Ｘに対してロール軸心線がそれぞれ交叉角γをなすように軸対称に配置されている。さらに、図２に示すように、傾斜ロール１はパスラインＸ−Ｘに対して傾斜角βとなるように配置される。一方、図２に示されない他方の傾斜ロール１も、パスラインＸ−Ｘを挟んで互いに傾斜角βで逆方向に傾斜させて対向する位置に配置される。【０００６】
ビレット３に螺進運動を加える傾斜ロール１は、それぞれの駆動装置４に直接連結され、これにより、単独に交叉角γおよび傾斜角βを確保しながらロール軸心線を中心に回転できる。また、対向する傾斜ロール１、１間に位相を９０°違えてパスラインＸ―Ｘを挟んで対向位置された管材案内ガイドであるディスクロール５が配置される。図２では、ディスクロール５を仮想線の一点鎖線で示す。さらに、プラグ２は、その端部を芯金Ｍの先端に支持され、パスラインＸ―Ｘ上に穿孔圧延用工具として配置されている。
上記のように構成されたピアサーにおいて、パスラインＸ−Ｘ上を白抜き矢符方向に送給されたビレット３は、傾斜ロールの間隙を通過している間に傾斜ロール１とプラグ２により肉厚加工が施されながら穿孔圧延され、旋回しつつパスラインＸ−Ｘ上を移動し、プラグ２によりその軸心部に孔を空けられて中空素管となる。【０００７】
図３は、穿孔圧延用工具として採用されるプラグの長手方向の外郭形状を示す図である。通常、プラグ２は、圧延部と、リーリング部および逃げ部から構成されており、圧延部の最先端部が細く尖頭化した砲弾形状になっている。【０００８】
穿孔圧延用工具のプラグ材質としては、Ｃｒ―Ｎｉ系の低合金鋼が一般的に用いられる。さらに、プラグは、穿孔圧延中の断熱効果と潤滑効果を得るため、その使用前に酸化雰囲気中で熱処理を施し、その表面に厚さ１００〜１０００μｍの酸化鉄を主成分とする酸化皮膜を形成している。【０００９】
ところが、穿孔圧延用工具として用いられるプラグ２の圧延部の先端部は、図３に示すように、尖頭化されてその体積は小さく、さらに穿孔圧延にともなう被圧延材の加工発熱によって、急速に温度が上昇する。プラグの母材強度がこの熱負荷耐えられない場合に、プラグの先端部に溶損が発生する。【００１０】
先端部に溶損が発生したプラグを用いて穿孔圧延を行うと、中空素管に内面疵が発生し、品質上大きな問題となる。また、発生した溶損の程度が大きくなると、穿孔圧延の途中工程で圧延を中断せざるを得ず、生産性が著しく低下することになる。【００１１】
また、プラグの耐久性に関しては下記のとおりである。すなわち、被圧延材が炭素鋼である場合には、プラグは１００パスを超える穿孔圧延に耐えることができる。しかし、被圧延材がステンレス鋼や高合金になると、数パスでプラグを廃却せざるを得なくなる。通常、プラグの寿命がつきたと判断される損傷は、プラグ前部に集中する。寿命に達したプラグは、プラグを保持する芯金に支障が生じない範囲まで改削することによって再生される。そして、改削可能な範囲を超えたプラグは廃却される。【００１２】
このため、プラグ寿命は、継目無管の製造コストに大きな影響を与える。特に、近年では油井の大深度化や海底油井の開発にともない、穿孔圧延時にプラグの負担が大きくなるステンレス鋼や高合金の需要が増加することにより、継目無管の製造コストに占めるプラグ工具費用の割合が益々高まっている。【００１３】
このような状況に鑑み、プラグ寿命の延長を図るため、種々の提案がなされている。例えば、特開平７−６０３１４号公報では、プラグ表面に地金との密着性に優れた酸化皮膜を形成させるため、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、ＴｉおよびＮｂなどの元素を添加したＣｒ−Ｎｉ系の低合金鋼で構成し、その表面に酸化皮膜を厚く形成したプラグが提案されている。【００１４】
しかし、このようなプラグを用いて穿孔圧延を行うと、プラグの酸化皮膜が部分的に脱落して、プラグの表面性状が悪化する。この性状の悪化したプラグを用いて穿孔圧延すると、プラグの表面性状が被圧延材の内面にプリントされ、圧延後の素管内面の表面性状を悪化させる。さらに、この素管を後続するミルで仕上げ圧延を行うと、最終仕上げ後の管の内表面に米粒状の被れ疵が多発することになる。【００１５】
また、特開平１０−２４９４１２号公報において、プラグのリーリング部の酸化皮膜の厚さを圧延部のそれより薄くした穿孔圧延用プラグが提案されている。
上記公報にて提案されたプラグは、まず、プラグ表面に均一な厚い皮膜を形成し、その後、機械的にリーリング部の皮膜を研磨して皮膜厚さを薄くすることによって製造される。このリーリング部の皮膜を研磨する際に、その研磨量を厳しく管理しなければならない。【００１６】
しかし、皮膜形成前のプラグの形状は、真円でないことが多いため、プラグの円周方向に皮膜厚さを厳しく調整することは困難であり、皮膜厚さが必要な厚さ以下となるプラグ部位では、損傷を発生することになる。【００１７】
さらに、特開２００２−１１３５０７号公報では、外表面にＴｉ含有量が７〜４５質量％で、所定の圧縮変形抵抗を有するニオブ基合金からなる被覆層を備える圧延用プラグが提案されている。また、特開平６−３２８１０５号公報では、肉盛溶接によりＭｏ、ＮｉおよびＣｒからなる被覆層を形成する圧延用工具が提案されている。さらに、特開平２−６３６０４号公報には、被圧延材との接触部分がＭｏ基合金の粉末を成形した多孔質の分散層とこれより低融点の連続相から構成されるプラグが開示されている。【００１８】
しかしながら、上述の３つの文献にて提案されたプラグを採用すれば、後述するとおり、その単価は、前述のＣｒ−Ｎｉ系の低合金鋼に比べて高くなり、継目無管の製造コストに占めるプラグ工具費用の割合が一層増加することになる。
【発明の開示】
【００１９】
前記の背景技術の説明から理解されるとおり、一体型プラグ表面に酸化皮膜を形成する方法のみでは、充分な効果を発揮することができないため、新たな改善が必要になる。
一方、最近では、従来の一体型プラグに替えて、プラグの前部と後部とを分割した、分割プラグに関する提案が多くなされるようになっている。
【００２０】
例えば、特開平１０−１８０３１５号公報では、プラグ前部がセラミックからなる分割プラグが提案されている。しかし、セラミックは高温下での圧縮強度が大きく耐摩耗性も高いが、耐衝撃性に劣るため、過酷な条件である穿孔圧延では、プラグの尖端部から破壊するおそれがある。
【００２１】
また、特開昭６３−２０３２０５号公報では、プラグ前部に高温強度の高いＭｏ合金を接合したプラグが提案されており、さらに、特開平１０−１５６４１０号公報では、その前部をＮｂ合金で構成し、その表面に珪化物を有するプラグが提案されている。しかし、本発明者らの検討によれば、分割プラグの前部にＭｏ合金やＮｂ合金等の高合金を使用すれば、摩擦係数が大きいことから、穿孔効率が大幅に低下する。このため、被圧延材が傾斜ロールに噛み込んでからプラグ先端に到達するまでの回転鍛造回数が多くなり、マンネスマン破壊により内面疵を発生し易くなることが明らかになった。
【００２２】
さらに、セラミック、Ｍｏ合金およびＮｂ合金は、前述のＣｒ−Ｎｉ系の低合金鋼に比べ単価が１０倍以上高い。このため、前述の特開２００２−１１３５０７号公報、特開平６−３２８１０５号公報および特開平２−６３６０４号公報にて提案されたプラグ、ならびに特開平１０−１８０３１５号公報および特開昭６３−２０３２０５号公報にて提案された分割プラグのいずれを採用したとしても、製管スケジュールに応じた寸法と種類のプラグを準備しなければならないことを考慮すると、莫大な費用を要することになる。
【００２３】
次に、「分割プラグ」の機構の面から検討してみる。従来から、プラグをプラグ前部とプラグ後部とに分割して個別に製造し、その後、プラグ前部とプラグ後部とを結合して一体化させたプラグ（以下、「従来型の分割プラグ」と記す）が提案されている。これは、プラグ前部に発生する溶損がプラグ寿命を決定する要因になることから、プラグ前部のみを高強度材にすれば、プラグ寿命を延長できるとする発想に基づくものである。
【００２４】
ところが、本発明者らの検討によれば、従来型の分割プラグでは、いずれも前部の取り付け方法に問題があり、さらに実用化が困難なものもある。以下に、このことを例示しながら説明する。
【００２５】
特許第２５８１１５４号公報（特開平１−２８９５０４号公報）には、前部がＮｂ合金であるプラグが提案されており、前部と後部を接合する手段として、焼き嵌め、圧入、圧接等の方法があるとされている。また、特開昭６２−２０７５０３号公報には、前部にＭｏ合金を取り付けたプラグが開示されており、その接合は螺合式の外焼き嵌め方式や接着方式などが採用できるとされている。さらに、特開昭６０−１３７５１１号公報では、接合部は、焼き嵌めまたは接着剤によることが記載されている。
【００２６】
一方、特開昭５８−１６７００４号公報では、前部が軸心線方向に複数に分割され、各分割部分が軸心線回りに回転可能なベアリングにより保持されたプラグが提案されている。提案されたプラグは、前部がベアリングにより回転可能となるが、その回転構造から、前部の着脱は容易に行えるものではない。
【００２７】
また、実開昭６３−９５６０４号公報には、前部を高融点および高温強度を有する耐熱合金によって構成し、後部をスケール生成の容易な合金鋼によって形成したプラグが開示されており、前部と後部の接合は螺合方式であることが示されている。
【００２８】
そして、特開２０００−１６７６０６号公報では、抜け止め作用をなす異径部を有する保持材を用いて前部と後部を接続するプラグが提案されている。しかし、前記特開昭５８−１６７００４号公報に開示されたプラグと同様に、前部は回転可能であるものの、その着脱は容易ではない。
【００２９】
上述したとおり、従来型の分割プラグは、プラグ前部とプラグ後部とを互いに固定している形式と回転可能にしている形式との２種類に大別できる。プラグ前部が固定されている形式では、穿孔圧延中に負荷される捩りによって接合部が破損し易い。一方、プラグ前部が回転可能な形式では、接合構造が煩雑となり、穿孔圧延中に破損し易くなる。
【００３０】
本発明は、上述した従来の一体型プラグおよび分割プラグが有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、下記の２点である。すなわち、その第１は、ステンレス鋼や高合金を穿孔圧延する場合であっても、プラグ表面の酸化皮膜に起因する米粒状の被れ疵をなくし、同時に被圧延材の噛み込みによる回転鍛造効果（マンネスマン破壊）による内面疵の発生を防止するとともに、プラグ寿命の延長および優れたプラグ原単位を達成することができる継目無管の穿孔圧延用プラグ、およびこのプラグを用いた継目無管の製造方法を提供することである。
【００３１】
また、その第２は、プラグ前部とプラグ後部とに分割されたプラグであっても、操業中の継目無管の製造ラインにおいて、分割したプラグの接合に不具合を生ずることなく、プラグ前部または／およびプラグ後部を取り替え可能とすることにより、プラグ寿命の延長および優れたプラグ原単位を達成することができる継目無管の製造装置、およびこれを用いた製造方法を提供することである。
【００３２】
そこで、上記の第１の目的を達成するために、主として、（Ａ）分割プラグにおける酸化皮膜厚さの適正化の面から、そして、第２の目的を達成するために、主として、（Ｂ）分割プラグの構造の適正化の面から、それぞれ検討を進めた。
【００３３】
（Ａ）分割プラグにおける酸化皮膜厚さの適正化
従来の分割プラグは、プラグの前部に発生する溶損がプラグ寿命を決定する要因になることから、前部のみを高強度材にすれば、プラグ寿命を延長できるとする発想に基づくものでしかない。
そこで、本発明者らは、従来、検討されていなかった、分割プラグにおける前部の機能および後部の機能、さらに酸化皮膜の作用に着目し、プラグの部位毎に材質や酸化皮膜の厚さを変化させ、プラグ寿命や内面疵の発生状況について検討を行った。
【００３４】
その結果、プラグ表面に適正な厚さの酸化皮膜を形成することによって、分割プラグの前部と後部の機能を有効に発揮できることを見出した。なお、「プラグ前部」とは、その長手方向の範囲を限定するものではないが、望ましくは、プラグ先端からリーリング開始点までの範囲内の部分をいう。
【００３５】
上記の検討は、前記図１で示した傾斜穿孔機と同様の構造のモデル圧延機を用いた実験により行った。図４は、上記の検討に用いた分割プラグの構成を示す長さ方向の正面断面図である。使用した分割プラグ２は、前部２１と後部２２とを接合して構成しており、全体として砲弾形状を示している。
【００３６】
上記実験で用いた前部２１の材質は、（１）ＳｉＣセラミックおよびＳｉＮセラミック、（２）Ｍｏ合金（Ｍｏ−０．５％Ｔｉ−０．０８％Ｚｒ）、（３）Ｎｂ合金（Ｎｂ−１０％Ｗ−２．５％Ｚｒ）、ならびに（４）Ｃｒ−Ｎｉ系低合金鋼とした。
準備したＣｒ−Ｎｉ系低合金鋼は、Ａ鋼種およびＢ鋼種の２種類とし、それらの化学成分を表１に示す。さらに、上記実験で用いた後部２２の材質も、Ａ鋼種およびＢ鋼種の２種類のＣｒ−Ｎｉ系低合金鋼を用いた。
【００３７】
【表１】
0004462265.tif 000002
【００３８】
Ｃｒ−Ｎｉ系低合金鋼で構成するプラグ２は、酸化性雰囲気の加熱炉に投入して熱処理を施し、前部の表面に厚さが１５０μｍ、３５０μｍ、４００μｍおよび５００μｍの酸化被膜を形成させ、後部の表面には厚さが２００μｍの酸化被膜を形成させた。
いずれの分割プラグ２も前部２１と後部２２との接合は、ねじ方式を用い、プラグの後部２２の最大径Ｐｄが５４ｍｍとなるように製作した。供試材としてＳＵＳ３１６の材質を用い、外径７０ｍｍ×長さ５００ｍｍのビレットを準備し、加熱温度１２６０℃で加熱し、準備した分割プラグを用いて穿孔圧延を行い、外径７４ｍｍの素管を得た。
【００３９】
穿孔圧延の条件は、傾斜ロール径Ｄを４００ｍｍ、交叉角γを１５°および傾斜角βを１０°とした。穿孔圧延した後に、プラグ寿命、穿孔効率（スリップ率）および内面疵を調査した。この圧延実験で用いたプラグの条件および圧延後の調査結果を表２に示す。
【００４０】
【表２】
0004462265.tif 000003
【００４１】
表２に示す低合金鋼製プラグの寿命は、再熱処理によるスケール付けで再生使用することを考慮して評価した。すなわち、再熱処理で再生使用し、最終的にプラグ前部に焼き付きや溶損が発生し、またはプラグ表面が損傷し、被圧延材の内面にプラグ疵がプリントされ、これ以上使用できないと判断されるときの穿孔本数をプラグ寿命とした。
【００４２】
表２に示す穿孔効率ηは、下記（１）式で表される。
η ＝ Ｖｆ／Ｖｒ×１００（％）    ・・・・        （１）
ただし、Ｖｒ ＝ π・Ｄ・Ｎ／６０×ｓｉｎβ
ここで、Ｖｆ：出口材料速度（ｍ／ｓ）
Ｖｒ：ロールゴージ部でのロール周速の軸方向成分（ｍ／ｓ）
Ｄ：ロールゴージ径（ｍ）
Ｎ：ロール回転数（ｒｐｍ）
β：傾斜角（°）
【００４３】
内面疵の発生は、穿孔効率ηの低下に起因するものであり、噛み込んでからプラグ前までの回転鍛造効果（マンネスマン破壊）により、被圧延材の内部にもみ割れが生じ、これが穿孔圧延後に内面疵として残存することによる。例えば、プラグの摩擦係数が大きくなり、ビレットがロールに噛み込まれてプラグ先端に到達するまで、ビレットの回転鍛造回数が大きくなると、回転鍛造効果（マンネスマン破壊）が大きくなり、内面疵を発生し易くなる。
【００４４】
上記表２に示す結果から、分割プラグの前部にＭｏ合金やＮｂ合金等の高合金を使用すれば、プラグ寿命を大幅に延長することができる。しかし、摩擦係数が大きくなるため、穿孔効率が大幅に低下する。このため、ビレットがロールに噛み込まれてからプラグ先端に到達するまでの回転鍛造回数が多くなり、内面疵を発生し易くなることがわかる。
このことは、特に、連続鋳造丸鋳片などでビレットの中心部に偏析やポロシティなど変形能が悪く、欠陥のある材料を穿孔する場合に、顕著に現れる。
【００４５】
一方、分割プラグの前部にセラミックを使用する場合は、耐衝撃性に劣るため、穿孔圧延時にプラグの尖端部から破損したため、穿孔圧延後に調査を行うことができなかった。
さらに、同表に示す結果から、Ｃｒ−Ｎｉ系の低合金鋼製プラグであっても、表面に酸化皮膜を形成することによって、穿孔圧延中の断熱効果と潤滑効果を確保することができるので、穿孔効率の低下を回避して、回転鍛造効果を抑制することで内面疵の発生を抑制できることがわかる。
【００４６】
換言すれば、表２に示す分割プラグにおいて、Ｃｒ−Ｎｉ系の低合金製プラグの前部に形成される酸化皮膜を厚くすれば、プラグ寿命は大幅に延長できる。これと同時に、穿孔効率もＭｏ合金やＮｂ合金に比べ大幅に向上できることから、回転鍛造効果を抑制して、内面疵の発生を防止できる。
しかし、試験Ｎｏ．８で示すように、前部に形成される酸化皮膜の厚さが比較的薄くなると、潤滑性能が低下し、内面疵が発生する場合がある。したがって、分割プラグの前部に形成する酸化皮膜の厚さは、適正に管理するのが望ましい。
【００４７】
（Ｂ）分割プラグの構造の適正化
本発明者らは従来型の分割プラグについて、その構造面から、種々の検討を加えた。その結果、従来型の分割プラグの場合、プラグの前部または後部を取り替えることが極めて困難であることが判明した。
【００４８】
すなわち、従来型の分割プラグでは、プラグ前部のみを高強度の材質にするため、まずプラグ前部とプラグ後部とを分割して製造し、その後、プラグ前部とプラグ後部とを焼き嵌め、圧入、圧接等の接合手段を用いて組み立てられる。したがって、プラグ前部とプラグ後部とが剛体接合され、操業中の継目無管の製造ラインにおいては、実質的に一体型プラグと同様の構造になっており、プラグ取り替えのタイミングや方法、および寿命管理方法は一体型プラグのそれらと変わらないのが実態である。
【００４９】
そこで、本発明者らは、操業中の継目無管の製造ラインでプラグ前部または／およびプラグ後部を取り替えることが可能になれば、プラグ前部またはプラグ後部の耐久性を個別に管理でき、プラグ原単位を低減できることに着目した。例えば、溶損を発生したプラグ前部を取り替えたとしても、プラグ後部はそのまま使用可能であり、結果として、トータルのプラグ原単位を低減することができる。
そのためのプラグの構造としては、プラグを保持する芯金がプラグ後部を貫通して、プラグ前部と連結されている構造であって、分割されたプラグ前部およびプラグ後部を一体のプラグとして保持でき、しかも、プラグ前部または／およびプラグ後部を容易に着脱可能な構造とすればよい。
【００５０】
本発明は、上記（Ａ）および（Ｂ）において得られた知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記の（１）〜（４）の継目無管の穿孔圧延用プラグ、（６）〜（９）の継目無管の製造装置ならびに（５）および（１０）の継目無管の製造方法にある。
【００５１】
（１）分割されたプラグ前部とプラグ後部を、プラグ後部を貫通する芯金により一体のプラグとして保持して傾斜ロール式穿孔圧延で使用されるプラグにおいて、前記プラグ前部とプラグ後部とは互いに着脱可能且つ中心軸の周りに独立に回転可能であり、前記プラグ前部は一体構造であって、少なくとも前記プラグ前部は低合金鋼からなり、前記プラグ前部およびプラグ後部の表面には酸化皮膜が形成されていることを特徴とする継目無管の穿孔圧延用プラグである。
【００５２】
（２）前記プラグ前部に形成される酸化皮膜の厚さは、２００μｍ以上であることが望ましい。
【００５３】
（３）前記（１）または（２）に記載のプラグ前部に形成される酸化皮膜の厚さは、前記プラグ後部に形成される酸化皮膜の厚さよりも厚いことが望ましい。
【００５４】
（４）前記（１）〜（３）に記載のプラグ前部の１１００℃における引張強度は、５０ＭＰａ以上であることが望ましい。
【００５５】
（５）前記（１）〜（４）に記載のプラグを穿孔圧延用工具とし、傾斜ロール式穿孔圧延機を用いて、所定の温度に加熱された中実のビレットを中空素管に穿孔圧延することを特徴とする継目無管の製造方法である。
【００５６】
（６）分割されたプラグ前部およびプラグ後部を一体のプラグとして保持し、かつ前記プラグ前部または／およびプラグ後部を着脱可能且つ中心軸の周りに独立に回転可能に構成し、傾斜ロール式穿孔圧延に用いられる継目無管の製造装置であって、前記プラグ前部は一体構造であり、前記プラグを保持する芯金は前記プラグ後部を貫通し、前記プラグ前部と前記プラグ後部とを連結していることを特徴とする継目無管の製造装置である。
【００５７】
（７）前記（６）記載の継目無管の製造装置において、プラグ前部に形成される酸化皮膜の厚さは、２００μｍ以上であることが望ましい。
分割されたプラグ前部およびプラグ後部を一体のプラグとして保持し、かつ前記プラグ前部または／およびプラグ後部を着脱可能とする継目無管の製造装置であって、前記プラグを保持する芯金は前記プラグ後部を貫通し、前記プラグ前部と連結されており、前記プラグ前部に形成される酸化皮膜の厚さが２００μｍ以上であることを特徴とする継目無管の製造装置であってもよい。
【００５８】
（８）前記（６）または（７）に記載の継目無管の製造装置において、プラグ前部のスケール厚さは、前記プラグ後部のスケール厚さよりも厚いことが望ましい。
分割されたプラグ前部およびプラグ後部を一体のプラグとして保持し、かつ前記プラグ前部または／およびプラグ後部を着脱可能とする継目無管の製造装置であって、前記プラグを保持する芯金は前記プラグ後部を貫通し、前記プラグ前部と連結されており、前記プラグ前部のスケール厚さが前記プラグ後部のスケール厚さよりも厚いことを特徴とする継目無管の製造装置であってもよい。
【００５９】
（９）前記（６）〜（８）に記載の継目無管の製造装置において、プラグ前部の１１００℃における引張強度は、５０ＭＰａ以上であることが望ましい。
【００６０】
（１０）前記（６）〜（９）に記載の製造装置を用いて、製造ラインにおいて前記プラグ前部または／およびプラグ後部を取り替えることを特徴とする継目無管の製造方法である。
【００６１】
本発明の製造方法において、「傾斜ロール式穿孔圧延機」を用いることとしているのは、代表的なマンネスマン製管法に用いられる圧延機であり、圧延後の素管品質に優れるとともに、生産性を一段と向上させることができることによる。
【００６２】
「製造ラインにおいて・・・取り替える」とは、継目無管の穿孔圧延に際し、プラグを支持する芯金を循環使用（バーサーキュレーション）する場合に、プラグの取り替えを芯金の循環ライン上で実施することをいう。また、芯金の循環使用を想定しない場合であっても、プラグの取り替えを製管設備の停機をともなうことなく行うか、または製管操業中に実施することを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
図１は、穿孔圧延に用いられるコーン形状の傾斜ロールの配置を模式的に説明する図である。
図２は、前記図１のＡ−Ａ矢視で示されるコーン形状の傾斜ロールの配置を説明する図である。
図３は、穿孔圧延用工具として採用されるプラグの長手方向の外郭形状を示す図である。
図４は、本発明で採用した分割プラグの構成を示す長さ方向の正面断面図である。
図５は、実施例で用いた分割プラグの構成を示す長さ方向の正面断面図である。
図６は、本発明の製造装置が採用したプラグ支持部の構造例を示す図であり、同図（ａ）は芯金が一体のプラグとして支持している状態を示しており、同図（ｂ）は芯金がプラグの支持を解除した状態を示している。
図７は、ビレットを穿孔圧延するため対向配置された一対の穿孔ロールとプラグの配置を説明する図である。
図８は、実施例に用いたプラグ支持の装置構成を説明する図であり、同図（ａ）は本発明例を示し、同図（ｂ）および同図（ｃ）は比較例を示す。
図９は、実施例に用いたプラグの構成を説明する図であり、同図（ａ）は本発明例を示し、同図（ｂ）は比較例を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
前記発明のうち、主として前記（１）〜（５）に示される酸化皮膜を備えた分割プラグに関する発明を発明Ａとし、また、主として前記（６）〜（１０）に示される分割プラグの構造を有する継目無管の製造装置に関する発明を発明Ｂとして、それぞれの発明を実施するための最良の形態について下記に説明する。【００６５】
１．発明Ａを実施するための形態
（１）発明Ａの最良の形態
発明Ａの穿孔圧延用プラグは、前記図４に示すように、分割された前部２１と後部２２を接合して使用される分割プラグ２であって、少なくとも前部２１は低合金鋼からなり、前部２１および後部２２の表面には酸化皮膜が形成されていることを特徴としている。
すなわち、分割プラグの前部を低合金鋼で構成し、前部および後部の表面には酸化皮膜を形成することにより、穿孔圧延での酸化皮膜が発揮する断熱効果と潤滑性能を最大限に利用し、必要なプラグ寿命およびプラグ原単位を確保するとともに、品質の優れた素管を高い生産性で製造することができる。【００６６】
具体的には、プラグ表面に形成された酸化皮膜の断熱効果を利用し、特に、前部の温度上昇を抑えることにより、有効に溶損の発生を抑制するとともに、プラグ全体の変形を防止することができる。さらに、酸化皮膜の潤滑性能を利用することにより、ビレットがロールに噛み込まれた後の穿孔効率の低下を回避し、回転鍛造効果（マンネスマン破壊）を抑制することにより内面疵の発生を防止できる。【００６７】
これにより、材料単価の低廉な低合金鋼製のプラグであっても、所期のプラグ寿命を達成するだけでなく、Ｍｏ合金やＮｂ合金に比べ、穿孔効率を大幅に向上させることができ、素管に発生する内面疵を防止できる。【００６８】
本発明が対象とする低合金鋼は、その表面に密着性のよい酸化皮膜を形成するのが望ましいことから、３％Ｃｒ−１％Ｎｉ鋼などが例示されるが、これに限定されない。例えば、分割プラグの前部と後部の材質が質量割合でＣｒ：０．２〜５．０％または／およびＮｉ：０．２〜７．０％を含有する低合金鋼であってもよいが、プラグ後部ではその表面に所定の酸化皮膜が形成される限りにおいて、ＣｒおよびＮｉを含有せず、その他の合金成分を含有する低合金鋼であってもよい。【００６９】
本発明の穿孔圧延用プラグは、前部の材質を低合金鋼に限定するものであり、後部については限定していない。したがって、後部の表面に所定の酸化皮膜が形成される限りにおいて、穿孔圧延条件に応じて、後部の材質を選択することができる。
プラグ表面の酸化皮膜は、酸化性雰囲気の加熱炉に投入して熱処理を施すことにより形成することができる。このとき、熱処理の条件によって形成できる酸化皮膜の厚さを調整できるので、分割プラグを採用する場合には、前部および後部に個別に熱処理を施すことにより、それぞれ所定の厚さで均一に皮膜を形成できる。【００７０】
前述のとおり、プラグ前部の表面に形成された酸化皮膜は、穿孔圧延において断熱効果と潤滑性能を発揮できるので、低廉なプラグであっても高寿命化が可能となる。しかし、酸化皮膜の厚さが薄すぎると、所期の潤滑性能が発揮されない場合があるので、前部に形成される酸化皮膜の厚さは２００μｍ以上にすることが望ましい。【００７１】
一方、プラグの後部の酸化皮膜が厚いままで穿孔圧延を行うと、酸化皮膜の部分的な脱落が起こり、プラグの表面性状が悪化し、それにより圧延後の素管内面の表面性状を悪化させ、さらに、最終仕上げ後の管の内表面に米粒状の被れ疵が多発することになる。
このため、本発明の穿孔圧延用プラグは、前部に形成される酸化皮膜の厚さを後部に形成される酸化皮膜の厚さよりも厚くするのが望ましい。これにより、プラグの寿命を低下させることなく、仕上げ圧延後に発生する米粒状の被れ疵を抑制できるからである。【００７２】
従来の一体型プラグでは、プラグ全表面に厚めに形成した酸化皮膜を後部のみ薄くするために、多大な研磨作業を必要としていた。これに対して、本発明では、分割プラグを採用しているので、前部および後部に別個に均一な酸化皮膜を形成でき、効率的にプラグ表面に酸化皮膜を形成できる。【００７３】
本発明で採用する分割プラグにおいては、前部および後部の接合方法は限定されるものではなく、慣用される方法を用いることができる。例えば、焼き嵌め、圧入、圧接、接着のいずれの方式でもよく、さらに螺合による接合であってもよい。
本発明の穿孔圧延用プラグを採用すれば、分割プラグの前部の機能および後部の機能に応じ、それぞれの材質を選択でき、適宜、組み合わせることができる。さらに、酸化皮膜の熱処理の条件を調整することにより、機能に応じた皮膜厚さを均一に形成することができる。これらのことから、分割プラグにおける各部の材質設計上の自由度が格段に広がることになる。【００７４】
上述のとおり、本発明の穿孔圧延用プラグによれば、分割プラグの前部および後部のそれぞれの表面毎に、適切で均一な厚みの酸化皮膜を形成できる。したがって、前部に発生する溶損を抑制し、圧延後の素管内表面の性状の悪化を抑制することができ、その結果、仕上げ圧延後において、米粒状の被れ疵の発生を抑制できる。さらに、穿孔圧延時において、穿孔効率の低下を回避し、回転鍛造効果（マンネスマン破壊）を抑制することで内面疵の発生を防止できる。【００７５】
それと同時に、本発明の穿孔圧延用プラグを穿孔圧延用工具に用いれば、プラグ寿命の大幅な向上とともに、品質に優れた素管を高い効率のもとに製造することができる。
さらに、本発明の穿孔圧延用プラグの前部は、低合金鋼を対象とするため、大気中の鋳造で製造することが可能であり、プラグを廃却する場合であっても、材料コストを低く抑えることができる。また、廃却部位も専ら体積の小さい前部のみに限定されるので、プラグ原単位を著しく向上させることができる。【００７６】
（２）発明Ａに関する実施例
発明Ａの効果を確認するため、発明Ａの穿孔圧延用プラグを用いて穿孔圧延試験を行った。前記図１で示した傾斜穿孔圧延機を用いて、交叉角γを１０°および傾斜角βを１０°として試験した。
図５は、実施例で用いた分割プラグの構成を示す長さ方向の正面断面図である。分割プラグの前部２１と後部２２は、表３に化学成分を示したＣ〜Ｅ鋼種の３種の材質を組み合わせて構成した。【００７７】
【表３】
0004462265.tif 000004
【００７８】
さらに、プラグ表面に形成する酸化皮膜の厚さを１５０〜５００μｍの範囲で変えるため、前部および後部を別個に、酸化性雰囲気の加熱炉に投入して熱処理を施した。具体的には、水蒸気濃度が１４体積％以上の酸化性雰囲気の加熱炉に挿入し、９８０〜１１００℃の範囲で６時間均熱保持した後、５０℃／ｈｒの冷却速度で８００℃まで徐冷する熱処理を施した。したがって、酸化皮膜の厚さの調整は、加熱温度を変更して行った。【００７９】
図５に示すように、酸化皮膜を形成した前部２１と後部２２とをねじ方式で接合し、プラグ前部長さがプラグ全長の２４％となる砲弾形状の分割プラグを製作した。
供試材は材質がＳＵＳ３０４のステンレス鋼とし、外径１８７ｍｍ×長さ１５００ｍｍのビレットを１２５０℃に加熱し、後述する表４に示す各種の分割プラグを用いて穿孔圧延を行い、外径１９６ｍｍの素管を得た。そして、まず、プラグ寿命を調査した。【００８０】
引き続き、マンドレルミルで延伸圧延した後、レデューサで外径７３ｍｍ×肉厚６．２ｍｍの管に仕上げた。その後、管の内面疵の発生率を調査した。
この実施例で用いたプラグの条件、ならびに穿孔圧延後のプラグ寿命および管の内面疵の発生率を調査した結果を表４に示す。【００８１】
【表４】
0004462265.tif 000005
【００８２】
表４に示す内面疵は、回転鍛造効果に起因する内面疵およびプラグの表面粗さに起因する米粒状の被れ疵の両者を包含するものであり、その発生率は、穿孔圧延を行った１００本の管当たりの内面疵を発生した本数比率である。
表４に示すように、本実施例で使用した分割プラグは、いずれも前部は低合金鋼からなり、前部および後部のプラグ表面には酸化皮膜が形成されていることから、全て本発明例の穿孔圧延用プラグである。【００８３】
本発明例のうちでも、製造Ｎｏ．２〜５に示すように、前部に形成される酸化皮膜の厚さが２００μｍ以上とした穿孔圧延用プラグによれば、仕上げ圧延後に発生する内面疵をなくすことができる。【００８４】
２．発明Ｂを実施するための形態
（１）発明Ｂの最良の形態
発明Ｂの継目無管の製造装置は、物理的に分離されたプラグ前部およびプラグ後部を一体のプラグとして保持し、かつ前記プラグ前部または／およびプラグ後部を着脱可能とし、前記プラグを保持する芯金は前記プラグ後部を貫通し、前記プラグ前部と連結されていることを特徴としている。【００８５】
前述のとおり、従来型の分割プラグでは、溶損を発生しやすいプラグ前部を取り替えることや、単独でプラグ後部だけを交換することができない。このため、プラグ前部とプラグ後部とを分割して製造されているが、プラグ取り替えのタイミングや方法、および寿命管理は一体型プラグのそれらと変わらないことになる。【００８６】
そこで、本発明の継目無管の製造装置では、プラグ前部またはプラグ後部をそれぞれ単独に、またはプラグ前部およびプラグ後部を同時に着脱可能とするため、プラグ前部とプラグ後部とを焼き嵌め、圧入、圧接等の接合手段を用いることなく組み立てられる構造とし、芯金をプラグ後部に貫通させ、プラグ前部と連結させることにする。このとき、分離されたプラグ前部およびプラグ後部は一体のプラグとして保持されるとともに、プラグ前部とプラグ後部が独立して回転できるように構成している。【００８７】
しかも、上記の構成を採用することによって、従来型の分割プラグのように、プラグ前部とプラグ後部の接合部が破損することを防止できる。さらに、芯金による支持機構も比較的単純な構造でよく、継目無管の製造コストを押し上げる要因にならない。
さらに、本発明の継目無管の製造装置は、操業中の製造ラインにおいてプラグ前部または／およびプラグ後部を取り替え可能にするものであり、プラグの取り替えにともなって製管設備を停機させることもない。【００８８】
そして、プラグ前部の取り替えに際し、プラグ前部を必ずしも高強度材を選択しなければならないとするものではない。例えば、プラグ前部をＣｒ−Ｎｉ系の低合金鋼として、適宜、プラグ前部を取り替えることによって、プラグ費用を低減してもよく、また、プラグ前部を高強度材で構成して、プラグ寿命の延長や製管能率の向上を図るようにしてもよい。【００８９】
図６は、本発明の製造装置が採用したプラグ支持部の構造例を示す図であり、同図（ａ）は芯金がプラグ前部およびプラグ後部を一体のプラグとして支持している状態を示しており、同図（ｂ）は芯金がプラグの支持を解除した状態を示している。ただし、図６に示すプラグ支持部の構造は、単にその支持構造を例示したものであり、本発明の装置構造を限定するものではない。【００９０】
本発明が対象とするプラグ１０１は、プラグ前部１０１ａおよびプラグ後部１０１ｂに物理的に分離されており、穿孔圧延に際しては芯金１０２によって一体のプラグ１０１として保持される。さらに、プラグ前部１０１ａおよびプラグ後部１０１ｂをそれぞれ回転可能で、かつ着脱可能とするため、芯金１０２の先端はプラグ後部１０１ｂを貫通し、プラグ前部１０１ａと連結するように構成されている。【００９１】
芯金１０２の先端は芯金小径部１０２ａと芯金大径部１０２ｂの２段構造となっており、芯金大径部１０２ｂでプラグ後部１０１ｂを貫通し、芯金小径部１０２ａがプラグ前部１０１ａの内周孔１０５に装着し、回転可能に連結している。さらに、芯金小径部１０２ａには通し孔１０２ｃが設けられており、この通し孔１０２ｃにはプラグ前部１０１ａが芯金１０２から離脱するのを防止するため、鋼球１０４が芯金１０２の外周面から突出するように収納される。この鋼球１０４が最も突出した状態になると、芯金の外周面より一部が出現し、プラグ前部１０１ａの内周孔１０５に設けられた凹部に勘合し、プラグ前部１０１ａは確実に支持される。【００９２】
芯金１０２の先端内面には摺動ロッド１０３が挿入されており、大径平行部１０３ｂ、テーパー部１０３ｔおよびこれに続く小径平行部１０３ａで構成される。図６（ａ）に示すように、摺動ロッド１０３が前進限の位置にあるとき、鋼球１０４は大径平行部１０３ｂに押し上げられ、芯金１０２の外周面より最も突出した状態になる。一方、図６（ｂ）に示すように、摺動ロッド１０３が後退限の位置になると、鋼球１０４は小径平行部１０３ａで支持され、芯金１０２の先端内面に収容される状態になる。【００９３】
摺動ロッド１０３の後端にはピストン１０６が設けられており、芯金の内部に設けられた摺動孔１０７に内装されている。このピストン１０６は摺動孔１０７内でその後方に設けられたスプリング１０８によって、芯金１０２の先端方向に押し付けられ、摺動ロッド１０３は前進限に位置する。
上記のプラグ支持部の構造において、プラグ１０１を装着、支持する場合には、エアー供給口１０９から高圧エアーを供給し、ピストン１０６をスプリング１０８の押し付け力に抗して後方に移動させ、摺動ロッド１０３を後退させる。【００９４】
摺動ロッド１０３が後退限まで移動すれば、鋼球１０４が芯金１０２の先端内面に収容され、プラグ前部１０１ａおよびプラグ後部１０１ｂの装着が可能になる。摺動ロッド１０３が後退限まで移動した場合でも、鋼球１０４は小径平行部１０３ａで保持され、芯金１０２の内面に落下することがない。【００９５】
プラグ前部１０１ａおよびプラグ後部１０１ｂが装着されると、高圧エアーの供給が停止され、これにともなって摺動ロッド１０３が前進限まで移動する。摺動ロッド１０３の前進にともなって、テーパー部１０３ｔによって鋼球１０４が徐々に押し上げられ、芯金１０２の外側に押し出される。押し出された鋼球１０４の一部は、プラグ前部１０１ａの内周孔１０５に設けられた凹部に勘合される。その後は、摺動ロッド１０３は前進限に位置し、大径平行部１０３ｂに鋼球１０４が支持された状態でプラグ１０１は芯金１０２に支持される。【００９６】
プラグ１０１を取り替える場合には、プラグ１０１を装着、支持する場合と同様に、エアー供給口１０９から高圧エアーを供給し、ピストン１０６をスプリング１０８の押し付け力に抗して後方に移動させ、摺動ロッド１０３を後退限まで後退させる。これにより、鋼球１０４が芯金１０２の先端内面に収容され、プラグ前部１０１ａおよびプラグ後部１０１ｂの取り外しが可能になり、適宜、プラグ前部１０１ａまたは／およびプラグ後部１０１ｂの着脱が可能になる。【００９７】
図６に示す構成例では、鋼球１０４は１個のみ示している。この構成でもプラグ１０１の装着、支持の目的を十分に達成できるが、さらに円周方向に等間隔に複数個の鋼球を配置するのが望ましい。【００９８】
前述のとおり、穿孔圧延中の断熱効果と潤滑効果を得るため、プラグ表面に２００〜１０００μｍのスケールを生成させることが望ましい。このとき、プラグ寿命を低下させることなく、穿孔圧延後に発生する素管内面疵を低減するには、プラグ全表面に均一厚さのスケール皮膜を形成させるのではなく、プラグ前部に形成させるスケール皮膜厚さをプラグ後部のそれよりも厚くすることが望ましいことが認識されている。【００９９】
したがって、本発明の継目無管の製造装置においても、プラグ前部のスケール厚さをプラグ後部のスケールより厚くするのが望ましい。特に、一体型プラグであれば、プラグ全表面に厚めに形成したスケールをプラグ後部のみ研磨し、薄くする作業工数を要していたが、本発明が対象とするプラグであれば、プラグ前部およびプラグ後部に別個にスケールを形成できるので有効である。【０１００】
ところで、プラグ前部を尖頭化すると、噛み込み性が改善されるが、熱容量の低下をともないプラグ前部が溶損し易くなる。しかし、プラグ前部に所定の高温強度が確保できれば、溶損することなく、効率的な穿孔圧延が可能になる。【０１０１】
具体的には、本発明の継目無管の製造装置では、プラグ前部の１１００℃における引張強度を５０ＭＰａ以上にするのが望ましい。ここで、目標とする温度を１１００℃としているのは、穿孔圧延にともなって、プラグ前部が上昇し得る最高温度である。
このとき必要とされる強度を５０ＭＰa以上としたのは、一般的にプラグ材料として使用される３％Ｃｒ−１％Ｎｉ鋼の１１００℃における引張強度と比較して、１．２〜２倍以上の強度を有することが必要としたためである。【０１０２】
（２）発明Ｂに関する実施例
発明Ｂの効果を確認するため、発明Ｂの製造装置を用いて穿孔圧延試験を行った。材質は１３％Ｃｒを含有するマルテンサイトステンレス鋼で外径１８７ｍｍのビレットを１２２０℃に加熱し、穿孔圧延に供して外径１９６ｍｍの素管を得た。【０１０３】
図７は、ビレットを穿孔圧延するため対向配置された一対の穿孔ロールとプラグの配置を説明する図である。穿孔ロール１１０のゴージ部１１０ａは、穿孔ロール１１０の入口面と出口面とが交叉する位置であり、一対の穿孔ロール１１０、１１０の間隙が最小となる位置である。ゴージ部１１０ａの位置における前記間隙がロール開度Ｒｇ（ｍｍ）となる。【０１０４】
また、穿孔ロールは傾斜角β（°）をなして配置されている。本実施例では、次の条件で穿孔圧延した。
ロール開度Ｒｇ：１６２ｍｍ、  傾斜角β：１２°【０１０５】
図８は、実施例に用いたプラグ支持の装置構成を説明する図である。図８（ａ）は本発明例を示しており、芯金１０２はプラグ後部１０１ｂを貫通して、分離されたプラグ前部１０１ａおよびプラグ後部１０１ｂを一体のプラグ１０１として保持している。プラグ後部１０１ｂは、３．０％Ｃｒ−１．０％Ｎｉ鋼とし、表面に５００μｍのスケールを生成させた。プラグ前部１０１ａの材質を変化させるとともに、プラグ前部１０１ａの長さを２水準に変えた。なお、内周孔の孔径ｄｉも同時に２０〜３０ｍｍの範囲で変更した。【０１０６】
図８（ｂ）は比較例１を示しており、プラグ前部１０１ａおよびプラグ後部１０１ｂは焼き嵌めで接合し、芯金１０２はプラグ後部１０１ｂの内周孔に内装されて、プラグ１０１全体を支持している。プラグ後部１０１ｂは、３．０％Ｃｒ−１．０％Ｎｉ鋼とし、表面に５００μｍのスケールを生成させ、プラグ前部１０１ａはＮｂ合金で構成した。
図８（ｃ）は比較例２を示しており、一体型プラグ１０１が用いられ、芯金１０２はプラグ後部の内周孔に内装されてプラグ１０１全体を支持している。プラグ１０１は３．０％Ｃｒ−１．０％Ｎｉ鋼とし、表面に５００μｍのスケールを生成させた。【０１０７】
本実施例では、使用したプラグの外郭寸法はいずれも同じとし、各プラグとも圧延に不具合を発生するまで、最高１０パスまで穿孔圧延を行い、プラグの表面状況を観察した。その結果を表５に示す。【０１０８】
【表５】
0004462265.tif 000006
【０１０９】
表５に示すように、比較例１のＮｏ．１０６プラグでは、４パスでプラグ前部と後部の接合が外れ、圧延を停止せざるを得ず、プラグ前部を高強度材で構成した分割プラグ本来の性能が発揮されなかった。一方、比較例２のＮｏ．１０７プラグでは、１パスでプラグ前部に溶損が発生しプラグ寿命を来した。【０１１０】
本発明例のＮｏ．１０１プラグは、上記Ｎｏ．１０７プラグと同じ材質であり、同様に、１パスでプラグ前部に溶損が発生したが、プラグ前部のみの取り替えができるので、廃却重量比率は１／４以下となった。【０１１１】
本発明例のＮｏ．１０２プラグは、プラグ前部のスケールを厚くしているので、上記Ｎｏ．１０１プラグに比べ寿命は２倍に延びた。スケール形成に際しては、プラグ熱処理の時間を長くするか、または処理温度を数１０℃上げれば、Ｎｏ．１０２プラグ程度の厚スケールを形成することができる。さらに、大量に処理すればプラグ熱処理にともなうコスト増加を吸収できる。このため、本発明例のＮｏ．１０２プラグの原単位は、Ｎｏ．１０１プラグの１／２程度、比較例２のＮｏ．１０７プラグに対しては１／８程度に向上した。【０１１２】
本発明例のＮｏ．１０３プラグは、プラグ前部に０．５％Ｃｒ−１．５％Ｍｏ−３．０％Ｗ鋼の高強度材を用いることによって、Ｎｏ．１０１プラグに比べ、プラグ単価は１．５倍程度になるが、プラグ寿命は２倍に向上した。すなわち、プラグ前部に高強度材を用いることによって、プラグ単価が増加しても、取り替えるのはプラグ前部だけであり、さらに、殆ど損傷しないプラグ後部を低価格の材料とすることで、一層プラグ原単位を低減できる。【０１１３】
本発明例のＮｏ．１０４プラグでは、上記Ｎｏ．１０３プラグで溶損箇所がプラグ前部からゴージ部相当位置（すなわち、プラグをミルにセッティングした際にロールゴージ部に相当するプラグ長手方向の位置）に移行しているため、プラグ前部の長さをゴージ部相当位置まで拡大することによってゴージ部相当位置の溶損を抑制し、プラグ寿命をさらに向上した。
本発明例のＮｏ．１０５プラグでは、上記Ｎｏ．１０４プラグに比較して、スケールを厚く形成したため、プラグ寿命が向上した。【０１１４】
さらに、発明Ｂの効果を確認するため、発明Ｂの製造装置を用いて、別の穿孔圧延試験を行った。材質がＳＵＳ３０４で外径６５ｍｍのビレットを１２００℃に加熱し、穿孔圧延に供して外径８７ｍｍの素管を得た。
本実施例では、以下の条件で穿孔圧延を行った。
ロール開度Ｒｇ：５７．２ｍｍ、  傾斜角β：１０°【０１１５】
図９は、実施例に用いたプラグの構成を説明する図である。図９（ａ）は本発明例を示しており、プラグ前部１０１ａの長さはプラグ全長の２４％とし、プラグ後部１０１ｂは、３．０％Ｃｒ−１．０％Ｎｉ鋼として、表面に５００μｍのスケールを生成させた。図９（ｂ）は、比較例の一体型プラグを示しており、その材質は、３．０％Ｃｒ−１．０％Ｎｉ鋼とし、表面に５００μｍのスケールを生成させた。【０１１６】
本実施例では、最高２０パスまで穿孔圧延を行い、プラグの表面状況を観察した。その結果を表６に示す。【０１１７】
【表６】
0004462265.tif 000007
【０１１８】
表６に示すように、プラグ前部１０１ａに比較例のプラグＮｏ．１１５と同じ材質を用いた本発明例のプラグＮｏ．１１１の場合、比較例と同じ１パスでプラグ寿命となる溶損が生じた。しかし、プラグＮｏ．１１１はプラグ前部のみの取り替えができるので、廃却重量の比率は約１／１０であった。【０１１９】
本発明例のプラグＮｏ．１１２は、プラグＮｏ．１１１よりもスケール厚さを厚くしているため、プラグ寿命は２倍となった。また、プラグＮｏ．１１３は、プラグＮｏ．１１１よりも高温強度の高い材質を用いているため、プラグＮｏ．１１１と同じスケール厚さであっても、プラグ寿命は２倍となった。さらに、プラグＮｏ．１１３と同じ材質を用い、スケール厚さをプラグＮｏ．１１３よりも厚くしたプラグＮｏ．１１４では、プラグＮｏ．１１３に比較して寿命が１．５倍となった。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明の継目無管の穿孔圧延用プラグによれば、ステンレス鋼や高合金を穿孔圧延する場合であっても、プラグ表面の酸化皮膜に起因する米粒状の被れ疵をなくし、被圧延材の穿孔効率を低下させることなく、噛み込みによる回転鍛造効果に起因する内面疵の発生を防止することができる。また、本発明の継目無管の製造装置によれば、操業中の継目無管の製造ラインにおいて、分割プラグの接合に不具合を生ずることなく、プラグ前部または／およびプラグ後部の取り替えを行うことができる。【０１２１】
したがって、本発明を用いることにより、プラグ寿命の延長および優れたプラグ原単位を達成することができ、さらに、プラグ前部の取り替えに際し、プラグ前部の低合金鋼としてプラグ費用を低減すること、および、プラグ前部を高強度材で構成してプラグ寿命の延長や製管能率の向上を図ることも可能である。
しかも、傾斜ロール式穿孔圧延機に適用することによって、品質の優れた素管を効率的に生産することができるので、本発明は、実操業における最適な継目無管の製造用として、広く採用することができる。
【図１】
0004462265.tif 000008
【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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