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特開2022-55384継目無鋼管の製造方法並びに製造設備およびビレット加工用工具
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022055384
(43)【公開日】2022-04-08
(54)【発明の名称】継目無鋼管の製造方法並びに製造設備およびビレット加工用工具
(51)【国際特許分類】
B21B 19/04 20060101AFI20220401BHJP
B21B 23/00 20060101ALI20220401BHJP
【ＦＩ】
B21B19/04
B21B23/00 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】17
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020162785
(22)【出願日】2020-09-29
(71)【出願人】
【識別番号】000001258
【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100083253
【弁理士】
【氏名又は名称】苫米地 正敏
(72)【発明者】
【氏名】八窪 隆幸
(72)【発明者】
【氏名】石井 一真
(72)【発明者】
【氏名】石川 和俊
(72)【発明者】
【氏名】小川 晃弘
(72)【発明者】
【氏名】趙 笑宇
(57)【要約】
【課題】ビレットの穿孔圧延において素管に管周方向での偏肉が発生することを抑え、高精度な肉厚寸法を有する継目無鋼管を製造する。
【解決手段】ビレットの穿孔圧延に先立って熱間のビレットの先端面の中央部に凸型のポンチを押し込んで窪みｘを形成し、ビレットの穿孔圧延では、この窪みｘ内に穿孔プラグの先端部を位置させた状態で穿孔圧延を開始する。これにより、穿孔プラグ中心とビレット中心を一致させることができるため、素管の管周方向での偏肉が抑えられ、高精度な肉厚寸法を有する継目無鋼管を製造することができる。
【選択図】図２
【解決手段】ビレットの穿孔圧延に先立って熱間のビレットの先端面の中央部に凸型のポンチを押し込んで窪みｘを形成し、ビレットの穿孔圧延では、この窪みｘ内に穿孔プラグの先端部を位置させた状態で穿孔圧延を開始する。これにより、穿孔プラグ中心とビレット中心を一致させることができるため、素管の管周方向での偏肉が抑えられ、高精度な肉厚寸法を有する継目無鋼管を製造することができる。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ビレットの穿孔圧延工程前の予備工程として、熱間のビレットの先端面の中央部に凸型のポンチ（１）を押し込んで窪み（ｘ）を形成する加工工程を有し、
ビレットの穿孔圧延工程では、窪み（ｘ）内に穿孔プラグの先端部を位置させた状態で穿孔圧延を開始することを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
ビレットの穿孔圧延工程では、窪み（ｘ）内に穿孔プラグの先端部を位置させた状態で穿孔圧延を開始することを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
【請求項2】
窪み（ｘ）の深さが５０ｍｍ超であることを特徴とする請求項１に記載の継目無鋼管の製造方法。
【請求項3】
ビレット先端面における窪み（ｘ）の径ｄとビレット径Ｄの比率ｄ／Ｄが０．３～０．８を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の継目無鋼管の製造方法。
【請求項4】
穿孔圧延工程では、穿孔圧延開始時における穿孔プラグの先端と窪み（ｘ）の底部との距離Ｌを５０ｍｍ以上とす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鋼管の製造方法。
【請求項5】
ポンチ（１）の本体部（１０）は、略円錐形または略円錐台形であって先端が凸曲面状であることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の継目無鋼管の製造方法。
【請求項6】
ポンチ（１）の本体部（１０）は、先端が凸曲面状のポンチ頭部（１０a）と、該ポンチ頭部（１０a）に連なるテーパー状基体部（１０b）からなり、
ポンチ頭部（１０a）とテーパー状基体部（１０b）の境界は谷状の折曲部（１０c）を構成し、
テーパー状基体部（１０b）の斜面傾斜角度θが５０～６０°であることを特徴とする請求項５に記載の継目無鋼管の製造方法。
ポンチ頭部（１０a）とテーパー状基体部（１０b）の境界は谷状の折曲部（１０c）を構成し、
テーパー状基体部（１０b）の斜面傾斜角度θが５０～６０°であることを特徴とする請求項５に記載の継目無鋼管の製造方法。
【請求項7】
ポンチ頭部（１０a）の先端の凸曲面は曲率半径Ｒが３０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項６に記載の継目無鋼管の製造方法。
【請求項8】
ビレットの穿孔圧延工程前の予備工程において熱間のビレットの先端面の中央部に窪み（ｘ）を形成するための加工装置（Ａ）を備え、
該加工装置（Ａ）は、ビレットの先端面に押し込まれることで窪み（ｘ）を形成するための凸型のポンチ（１）と、該ポンチ（１）を進退可能に保持し、ポンチ（１）をビレット先端面の中央部に押し込むポンチ保持手段（２）と、ポンチ（１）によるビレット先端面の加工時にビレットをクランプして拘束するクランプ手段（３）を備えることを特徴とする継目無鋼管の製造設備。
該加工装置（Ａ）は、ビレットの先端面に押し込まれることで窪み（ｘ）を形成するための凸型のポンチ（１）と、該ポンチ（１）を進退可能に保持し、ポンチ（１）をビレット先端面の中央部に押し込むポンチ保持手段（２）と、ポンチ（１）によるビレット先端面の加工時にビレットをクランプして拘束するクランプ手段（３）を備えることを特徴とする継目無鋼管の製造設備。
【請求項9】
ポンチ（１）の本体部（１０）は、略円錐形または略円錐台形であって先端が凸曲面状であることを特徴とする請求項８に記載の継目無鋼管の製造設備。
【請求項10】
ポンチ（１）の本体部（１０）は、先端が凸曲面状のポンチ頭部（１０a）と、該ポンチ頭部（１０a）に連なるテーパー状基体部（１０b）からなり、
ポンチ頭部（１０a）とテーパー状基体部（１０b）の境界は谷状の折曲部（１０c）を構成し、
テーパー状基体部（１０b）の斜面傾斜角度θが５０～６０°であることを特徴とする請求項９に記載の継目無鋼管の製造設備。
ポンチ頭部（１０a）とテーパー状基体部（１０b）の境界は谷状の折曲部（１０c）を構成し、
テーパー状基体部（１０b）の斜面傾斜角度θが５０～６０°であることを特徴とする請求項９に記載の継目無鋼管の製造設備。
【請求項11】
ポンチ頭部（１０a）の先端の凸曲面は曲率半径Ｒが３０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１０に記載の継目無鋼管の製造設備。
【請求項12】
さらに、設備内に搬入されたビレットを保持するビレット保持手段（４）と、該ビレット保持手段（４）に保持されたビレットの後端を押して、ビレットを加工装置（Ａ）による加工位置までスライド移動させるビレット移動手段（５）を備えることを特徴とする請求項８～１１のいずれかに記載の継目無鋼管の製造設備。
【請求項13】
加工装置（Ａ）は、さらに、ビレット移動手段（５）に押されて移動してきたビレットの先端部が突き当たることでビレットを加工位置に停止させるリング状のビレットストッパ（６）を備え、
加工装置（Ａ）によるビレット先端面の加工時には、ビレットストッパ（６）のリングの穴を通してポンチ（１）の先端部がビレット先端面に押し込まれるようにしたことを特徴とする請求項１２に記載の継目無鋼管の製造設備。
加工装置（Ａ）によるビレット先端面の加工時には、ビレットストッパ（６）のリングの穴を通してポンチ（１）の先端部がビレット先端面に押し込まれるようにしたことを特徴とする請求項１２に記載の継目無鋼管の製造設備。
【請求項14】
ポンチ保持手段（２）はシリンダ装置（２０）で構成され、該シリンダ装置（２０）の作動ロッド（２２）の先端に、ポンチホルダ（２３）を介してポンチ（１）が脱着可能に保持され、
クランプ手段（３）は、長手方向の中間部を介して支持フレーム（９）に回動可能に支持され、先端にビレットを両側から挟んでクランプするためのクランプ金具（３２a），（３２b）を備えた１対のクランプアーム（３０a），（３０b）と、該１対のクランプアーム（３０a），（３０b）の後端間に連結され、その伸縮によりクランプアーム（３０a），（３０b）を開閉動作させる油圧シリンダ（３３）を備えることを特徴とする請求項８～１３のいずれかに記載の継目無鋼管の製造設備。
クランプ手段（３）は、長手方向の中間部を介して支持フレーム（９）に回動可能に支持され、先端にビレットを両側から挟んでクランプするためのクランプ金具（３２a），（３２b）を備えた１対のクランプアーム（３０a），（３０b）と、該１対のクランプアーム（３０a），（３０b）の後端間に連結され、その伸縮によりクランプアーム（３０a），（３０b）を開閉動作させる油圧シリンダ（３３）を備えることを特徴とする請求項８～１３のいずれかに記載の継目無鋼管の製造設備。
【請求項15】
熱間のビレットの端面に押し込んで窪みを形成するためのポンチであって、
その本体部（１０）は、略円錐形または略円錐台形であって先端が凸曲面状であることを特徴とするビレット加工用工具。
その本体部（１０）は、略円錐形または略円錐台形であって先端が凸曲面状であることを特徴とするビレット加工用工具。
【請求項16】
本体部（１０）は、先端が凸曲面状のポンチ頭部（１０a）と、該ポンチ頭部（１０a）に連なるテーパー状基体部（１０b）からなり、
ポンチ頭部（１０a）とテーパー状基体部（１０b）の境界は谷状の折曲部（１０c）を構成し、
テーパー状基体部（１０b）の斜面傾斜角度θが５０～６０°であることを特徴とする請求項１５に記載のビレット加工用工具。
ポンチ頭部（１０a）とテーパー状基体部（１０b）の境界は谷状の折曲部（１０c）を構成し、
テーパー状基体部（１０b）の斜面傾斜角度θが５０～６０°であることを特徴とする請求項１５に記載のビレット加工用工具。
【請求項17】
ポンチ頭部（１０a）の先端の凸曲面は曲率半径Ｒが３０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１６に記載のビレット加工用工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ビレットの穿孔圧延に先立って行われる予備工程を有する点に特徴がある継目無鋼管の製造方法並びにその実施に供される製造設備およびビレット加工用工具に関する。
【背景技術】
【0002】
油井管などに使用される継目無鋼管は、ビレットと呼ばれる鋼鋳片（断面が丸形又は角形鋼鋳片）を素材にして製造される。継目無鋼管の製造工程では、加熱炉で加熱されたビレット（例えば丸ビレット）を、ピアサーミル（穿孔圧延機）で傾斜圧延ロールと穿孔プラグを用いて穿孔圧延して素管とし、引き続き、この素管をエロンゲータ、プラグミルおよびリーラで構成される圧延機群またはマンドレルミルなどで管体形状にまで延伸圧延する。このようにして得られた管体を、再加熱炉で加熱した後、サイジングミルまたはストレッチレデューサーで外径と肉厚を所定寸法まで絞り込む加工をし、製品鋼管とする（例えば、特許文献１）。
ピアサーミルによるビレットの穿孔圧延では、傾斜圧延ロールにより熱間のビレットに先進力を与えながら、ビレットの進行方向に穿孔プラグと呼ばれる専用の圧延工具を配置し、傾斜圧延ロールと穿孔プラグの空隙でビレットに塑性変形に至るような歪を導入し、ビレットを貫通させることで素管の形状に加工する。
ピアサーミルによるビレットの穿孔圧延では、傾斜圧延ロールにより熱間のビレットに先進力を与えながら、ビレットの進行方向に穿孔プラグと呼ばれる専用の圧延工具を配置し、傾斜圧延ロールと穿孔プラグの空隙でビレットに塑性変形に至るような歪を導入し、ビレットを貫通させることで素管の形状に加工する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１６－１８５５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ピアサーミル（穿孔圧延機）によるビレットの穿孔圧延では、穿孔圧延の直前に穿孔プラグとビレットが接触し始める際に、穿孔プラグの中心とビレットの中心が不一致であると、素管に製品肉厚に影響を及ぼすような偏肉（管周方向での偏肉）が発生するという問題があり、高精度な肉厚寸法を有する製品鋼管の製造を阻害する要因となる。
【0005】
したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、ビレットの穿孔圧延における素管の偏肉を低減させ、高精度な肉厚寸法を有する鋼管を製造することができる継目無鋼管の製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、そのような継目無鋼管の製造方法の実施に好適な製造設備およびビレット加工用工具（ポンチ）を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、そのような継目無鋼管の製造方法の実施に好適な製造設備およびビレット加工用工具（ポンチ）を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、ビレットの穿孔圧延に先立ってビレット先端面の中央部にポンチを押し込んで窪みを形成しておき、この窪みに穿孔プラグの先端部を位置させた状態で穿孔圧延を開始することにより、穿孔プラグの中心とビレットの中心を一致させることができ、これにより素管の管周方向での偏肉を効果的に低減できることが判った。さらに、窪みを形成するためのポンチの形状を最適化することにより、そのポンチによる窪みの加工を特に適正化・効率化でき、ポンチの寿命も向上することが判った。
【0007】
本発明は、以上のような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
［1］ビレットの穿孔圧延工程前の予備工程として、熱間のビレットの先端面の中央部に凸型のポンチ（１）を押し込んで窪み（ｘ）を形成する加工工程を有し、
ビレットの穿孔圧延工程では、窪み（ｘ）内に穿孔プラグの先端部を位置させた状態で穿孔圧延を開始することを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
［2］上記［1］の製造方法において、窪み（ｘ）の深さが５０ｍｍ超であることを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
［3］上記［1］または［2］の製造方法において、ビレット先端面における窪み（ｘ）の径ｄとビレット径Ｄの比率ｄ／Ｄが０．３～０．８を満足することを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
［1］ビレットの穿孔圧延工程前の予備工程として、熱間のビレットの先端面の中央部に凸型のポンチ（１）を押し込んで窪み（ｘ）を形成する加工工程を有し、
ビレットの穿孔圧延工程では、窪み（ｘ）内に穿孔プラグの先端部を位置させた状態で穿孔圧延を開始することを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
［2］上記［1］の製造方法において、窪み（ｘ）の深さが５０ｍｍ超であることを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
［3］上記［1］または［2］の製造方法において、ビレット先端面における窪み（ｘ）の径ｄとビレット径Ｄの比率ｄ／Ｄが０．３～０．８を満足することを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
【0008】
［4］上記［1］～［3］のいずれかの製造方法において、穿孔圧延工程では、穿孔圧延開始時における穿孔プラグの先端と窪み（ｘ）の底部との距離Ｌを５０ｍｍ以上とすることを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
［5］上記［1］～［4］のいずれかの製造方法において、ポンチ（１）の本体部（１０）は、略円錐形または略円錐台形であって先端が凸曲面状であることを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
［6］上記［5］の製造方法において、ポンチ（１）の本体部（１０）は、先端が凸曲面状のポンチ頭部（１０a）と、該ポンチ頭部（１０a）に連なるテーパー状基体部（１０b）からなり、
ポンチ頭部（１０a）とテーパー状基体部（１０b）の境界は谷状の折曲部（１０c）を構成し、
テーパー状基体部（１０b）の斜面傾斜角度θが５０～６０°であることを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
［7］上記［6］の製造方法において、ポンチ頭部（１０a）の先端の凸曲面は曲率半径Ｒが３０ｍｍ以上であることを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
［5］上記［1］～［4］のいずれかの製造方法において、ポンチ（１）の本体部（１０）は、略円錐形または略円錐台形であって先端が凸曲面状であることを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
［6］上記［5］の製造方法において、ポンチ（１）の本体部（１０）は、先端が凸曲面状のポンチ頭部（１０a）と、該ポンチ頭部（１０a）に連なるテーパー状基体部（１０b）からなり、
ポンチ頭部（１０a）とテーパー状基体部（１０b）の境界は谷状の折曲部（１０c）を構成し、
テーパー状基体部（１０b）の斜面傾斜角度θが５０～６０°であることを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
［7］上記［6］の製造方法において、ポンチ頭部（１０a）の先端の凸曲面は曲率半径Ｒが３０ｍｍ以上であることを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
【0009】
［8］ビレットの穿孔圧延工程前の予備工程において熱間のビレットの先端面の中央部に窪み（ｘ）を形成するための加工装置（Ａ）を備え、
該加工装置（Ａ）は、ビレットの先端面に押し込まれることで窪み（ｘ）を形成するための凸型のポンチ（１）と、該ポンチ（１）を進退可能に保持し、ポンチ（１）をビレット先端面の中央部に押し込むポンチ保持手段（２）と、ポンチ（１）によるビレット先端面の加工時にビレットをクランプして拘束するクランプ手段（３）を備えることを特徴とする継目無鋼管の製造設備。
［9］上記［8］の製造設備において、ポンチ（１）の本体部（１０）は、略円錐形または略円錐台形であって先端が凸曲面状であることを特徴とする継目無鋼管の製造設備。
該加工装置（Ａ）は、ビレットの先端面に押し込まれることで窪み（ｘ）を形成するための凸型のポンチ（１）と、該ポンチ（１）を進退可能に保持し、ポンチ（１）をビレット先端面の中央部に押し込むポンチ保持手段（２）と、ポンチ（１）によるビレット先端面の加工時にビレットをクランプして拘束するクランプ手段（３）を備えることを特徴とする継目無鋼管の製造設備。
［9］上記［8］の製造設備において、ポンチ（１）の本体部（１０）は、略円錐形または略円錐台形であって先端が凸曲面状であることを特徴とする継目無鋼管の製造設備。
【0010】
［10］上記［9］の製造設備において、ポンチ（１）の本体部（１０）は、先端が凸曲面状のポンチ頭部（１０a）と、該ポンチ頭部（１０a）に連なるテーパー状基体部（１０b）からなり、
ポンチ頭部（１０a）とテーパー状基体部（１０b）の境界は谷状の折曲部（１０c）を構成し、
テーパー状基体部（１０b）の斜面傾斜角度θが５０～６０°であることを特徴とする継目無鋼管の製造設備。
［11］上記［10］の製造設備において、ポンチ頭部（１０a）の先端の凸曲面は曲率半径Ｒが３０ｍｍ以上であることを特徴とする継目無鋼管の製造設備。
ポンチ頭部（１０a）とテーパー状基体部（１０b）の境界は谷状の折曲部（１０c）を構成し、
テーパー状基体部（１０b）の斜面傾斜角度θが５０～６０°であることを特徴とする継目無鋼管の製造設備。
［11］上記［10］の製造設備において、ポンチ頭部（１０a）の先端の凸曲面は曲率半径Ｒが３０ｍｍ以上であることを特徴とする継目無鋼管の製造設備。
【0011】
［12］上記［8］～［11］のいずれかの製造設備において、さらに、設備内に搬入されたビレットを保持するビレット保持手段（４）と、該ビレット保持手段（４）に保持されたビレットの後端を押して、ビレットを加工装置（Ａ）による加工位置までスライド移動させるビレット移動手段（５）を備えることを特徴とする継目無鋼管の製造設備。
［13］上記［12］の製造設備において、加工装置（Ａ）は、さらに、ビレット移動手段（５）に押されて移動してきたビレットの先端部が突き当たることでビレットを加工位置に停止させるリング状のビレットストッパ（６）を備え、
加工装置（Ａ）によるビレット先端面の加工時には、ビレットストッパ（６）のリングの穴を通してポンチ（１）の先端部がビレット先端面に押し込まれるようにしたことを特徴とする継目無鋼管の製造設備。
［13］上記［12］の製造設備において、加工装置（Ａ）は、さらに、ビレット移動手段（５）に押されて移動してきたビレットの先端部が突き当たることでビレットを加工位置に停止させるリング状のビレットストッパ（６）を備え、
加工装置（Ａ）によるビレット先端面の加工時には、ビレットストッパ（６）のリングの穴を通してポンチ（１）の先端部がビレット先端面に押し込まれるようにしたことを特徴とする継目無鋼管の製造設備。
【0012】
［14］上記［8］～［13］のいずれかの製造設備において、ポンチ保持手段（２）はシリンダ装置（２０）で構成され、該シリンダ装置（２０）の作動ロッド（２２）の先端に、ポンチホルダ（２３）を介してポンチ（１）が脱着可能に保持され、
クランプ手段（３）は、長手方向の中間部を介して支持フレーム（９）に回動可能に支持され、先端にビレットを両側から挟んでクランプするためのクランプ金具（３２a），（３２b）を備えた１対のクランプアーム（３０a），（３０b）と、該１対のクランプアーム（３０a），（３０b）の後端間に連結され、その伸縮によりクランプアーム（３０a），（３０b）を開閉動作させる油圧シリンダ（３３）を備えることを特徴とする継目無鋼管の製造設備。
クランプ手段（３）は、長手方向の中間部を介して支持フレーム（９）に回動可能に支持され、先端にビレットを両側から挟んでクランプするためのクランプ金具（３２a），（３２b）を備えた１対のクランプアーム（３０a），（３０b）と、該１対のクランプアーム（３０a），（３０b）の後端間に連結され、その伸縮によりクランプアーム（３０a），（３０b）を開閉動作させる油圧シリンダ（３３）を備えることを特徴とする継目無鋼管の製造設備。
【0013】
［15］熱間のビレットの端面に押し込んで窪みを形成するためのポンチであって、
その本体部（１０）は、略円錐形または略円錐台形であって先端が凸曲面状であることを特徴とするビレット加工用工具。
［16］上記［15］のビレット加工用工具において、本体部（１０）は、先端が凸曲面状のポンチ頭部（１０a）と、該ポンチ頭部（１０a）に連なるテーパー状基体部（１０b）からなり、
ポンチ頭部（１０a）とテーパー状基体部（１０b）の境界は谷状の折曲部（１０c）を構成し、
テーパー状基体部（１０b）の斜面傾斜角度θが５０～６０°であることを特徴とするビレット加工用工具。
［17］上記［16］のビレット加工用工具において、ポンチ頭部（１０a）の先端の凸曲面は曲率半径Ｒが３０ｍｍ以上であることを特徴とするビレット加工用工具。
その本体部（１０）は、略円錐形または略円錐台形であって先端が凸曲面状であることを特徴とするビレット加工用工具。
［16］上記［15］のビレット加工用工具において、本体部（１０）は、先端が凸曲面状のポンチ頭部（１０a）と、該ポンチ頭部（１０a）に連なるテーパー状基体部（１０b）からなり、
ポンチ頭部（１０a）とテーパー状基体部（１０b）の境界は谷状の折曲部（１０c）を構成し、
テーパー状基体部（１０b）の斜面傾斜角度θが５０～６０°であることを特徴とするビレット加工用工具。
［17］上記［16］のビレット加工用工具において、ポンチ頭部（１０a）の先端の凸曲面は曲率半径Ｒが３０ｍｍ以上であることを特徴とするビレット加工用工具。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、ビレットの穿孔圧延に先立ってビレット先端面の中央部にポンチを押し込んで窪みｘを形成しておき、この窪みｘ内に穿孔プラグの先端部を位置させた状態で穿孔圧延を開始することにより、穿孔圧延で得られる素管の管周方向での偏肉を低減させることができ、これにより偏肉の少ない高精度な肉厚寸法を有する継目無鋼管を製造することができる。
また、ビレット先端面に窪みを形成するためのポンチの形状を最適化することにより、そのポンチによる窪みの加工を、トラブルを生じさせることなく特に適正かつ効率的に実施でき、ポンチの寿命も向上させることができる。このため、特に高い生産性で低コストに本発明を実施することができる。
また、ビレット先端面に窪みを形成するためのポンチの形状を最適化することにより、そのポンチによる窪みの加工を、トラブルを生じさせることなく特に適正かつ効率的に実施でき、ポンチの寿命も向上させることができる。このため、特に高い生産性で低コストに本発明を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の製造方法のフロー図
【図2】本発明の製造方法における穿孔圧延工程前の予備工程（ビレット先端面に窪みｘを形成する加工工程）の実施状況を模式的に示す説明図
【図3】本発明の製造方法において、穿孔圧延開始時におけるビレットに対する穿孔プラグの位置を模式的に示す説明図
【図5】本発明の製造方法において、窪みｘの径ｄとビレット径Ｄの比率ｄ／Ｄと製品鋼管の偏肉率との関係（一例）を示すグラフ
【図6】本発明の製造方法の実施に供される製造設備の一実施形態と、この製造設備における本発明の製造方法の実施状況を模式的に示すもので、製造設備全体を示す側面図
【図13】本発明の製造方法を実施した場合における、１本目のビレットの加工後と２本目のビレットの加工後のポンチのサーモグラフィ
【図14】本発明の製造方法を実施した場合において、ポンチ表面に発生する皺や割れを模式的に示す説明図
【図15】本発明の製造方法で使用する最適形状のポンチの一実施形態を示す説明図
【図16】本発明の製造方法で使用する他の形状のポンチの実施形態を示す説明図
【図17】本発明の製造方法の一実施形態における加工装置Ａでのビレットの加工手順を示す説明図
【図18】実施例において製造された鋼管の偏肉率を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【0016】
本発明の継目無鋼管の製造方法は、図１のフロー図に示すように、ビレットの穿孔圧延工程前の予備工程として、熱間のビレットの先端面（ビレットの穿孔圧延工程における穿孔開始側の端面）の中央部に凸型のポンチ（工具）を押し込んで窪みｘを形成する加工工程を有し、ビレットの穿孔圧延工程では、その窪みｘ内に穿孔プラグの先端部を位置させた状態で穿孔圧延を開始するものである。
図２は、前記予備工程（ビレット先端面に窪みｘを形成する加工工程）の実施状況を模式的に示すものであり、この予備工程では、同図（ａ）,（ｂ）に示すように、熱間のビレット１００を所定の加工位置で拘束した状態で、その先端面ｆ（ビレット１００の穿孔圧延工程における穿孔開始側の端面）の中央部に凸型のポンチ１（主にポンチ先端部）を押し込んで窪みｘを形成する。しかる後、同図（ｃ）に示すようにポンチ１を後退させて窪みｘから引き抜き、予備工程を完了する。
図２は、前記予備工程（ビレット先端面に窪みｘを形成する加工工程）の実施状況を模式的に示すものであり、この予備工程では、同図（ａ）,（ｂ）に示すように、熱間のビレット１００を所定の加工位置で拘束した状態で、その先端面ｆ（ビレット１００の穿孔圧延工程における穿孔開始側の端面）の中央部に凸型のポンチ１（主にポンチ先端部）を押し込んで窪みｘを形成する。しかる後、同図（ｃ）に示すようにポンチ１を後退させて窪みｘから引き抜き、予備工程を完了する。
【0017】
この予備工程（加工工程）を経た熱間ビレットは、そのまま穿孔圧延工程に送られ、ピアサーミル（穿孔圧延機）により穿孔圧延されるが、この穿孔圧延では、ビレット１００の先端面ｆに形成された窪みｘ内に穿孔プラグの先端部を位置させた状態で圧延が開始される。これにより、穿孔プラグの中心とビレットの中心を一致させることができ、穿孔プラグの先端中心がビレット中心に位置した状態で穿孔圧延が行われることになるため、素管の管周方向での偏肉の発生が抑えられ、最終的に高精度な肉厚寸法を有する継目無鋼管を製造することができる。
【0018】
図３は、穿孔圧延工程の圧延開始時における、ビレット１００に対する穿孔プラグ２００の位置を模式的に示したものである。
穿孔圧延開始時にビレット１００の先端面ｆの窪みｘ内に穿孔プラグ２００の先端部を位置させる態様としては、穿孔プラグ２００の一部が窪みｘの内面の一部に係合（接触）した状態でもよいし、図３のように穿孔プラグ２００が窪みｘの内面と係合（接触）しない状態であってもよい。
ここで、穿孔圧延工程では、穿孔圧延開始時における穿孔プラグ２００の先端と窪みｘの底部との距離Ｌ（図３）を５０ｍｍ以上とすることが好ましい。穿孔圧延では、ビレット１００の中央部に割れが生成することで穿孔が進行するが、距離Ｌを５０ｍｍ以上とすることにより、そのようなビレット１００の中央部の割れが適切に生じ、穿孔が円滑に進行する。
穿孔圧延開始時にビレット１００の先端面ｆの窪みｘ内に穿孔プラグ２００の先端部を位置させる態様としては、穿孔プラグ２００の一部が窪みｘの内面の一部に係合（接触）した状態でもよいし、図３のように穿孔プラグ２００が窪みｘの内面と係合（接触）しない状態であってもよい。
ここで、穿孔圧延工程では、穿孔圧延開始時における穿孔プラグ２００の先端と窪みｘの底部との距離Ｌ（図３）を５０ｍｍ以上とすることが好ましい。穿孔圧延では、ビレット１００の中央部に割れが生成することで穿孔が進行するが、距離Ｌを５０ｍｍ以上とすることにより、そのようなビレット１００の中央部の割れが適切に生じ、穿孔が円滑に進行する。
【0019】
図４は窪みｘが形成されたビレット先端部を示すものであり、図４（Ａ）は縦断面、図４（Ｂ）は正面図である。図において、ｔは窪みｘの深さ（ビレット１００の先端面ｆを起点としてポンチ先端が到達する最大距離）、ｄはビレット１００の先端面ｆにおける窪みｘの径、Ｄはビレット径である。
ここで、窪みｘの深さｔが小さすぎると穿孔圧延における偏肉抑制効果が低下し、しかも穿孔圧延における噛み込み性も悪化しやすく、また、穿孔圧延時に穿孔プラグ先端と被圧延材が接触しやすくなるので、穿孔しにくくなるにおそれがある。このため、窪みｘの深さｔはある程度の大きさが必要であり、特に、上記のように穿孔圧延開始時における穿孔プラグ先端と窪みｘの底部との距離Ｌを５０ｍｍ以上確保することが好ましいことから、窪みｘの深さｔは５０ｍｍ超であることが好ましい。ここで、穿孔圧延において噛み込み性が悪化するとは、ビレットが上下の圧延ロールに駆動されて前進し始め、プラグに接触する際に、負荷が過大となり穿孔が進まない状態となることを指す。窪みｘの深さｔが小さすぎるとビレット先端のマンネスマン割れの進展が十分ではなく、穿孔するための負荷が過大となってしまう。一方、窪みｘの深さｔが大きすぎると、穿孔圧延時に管端部に内面疵（カブレ疵）が発生するおそれがあり、このような内面疵が発生した管端部は切断除去しなければならず、製品歩留が低下するので、窪みｘの深さｔは１２０ｍｍ以下とすることが好ましい。
ここで、窪みｘの深さｔが小さすぎると穿孔圧延における偏肉抑制効果が低下し、しかも穿孔圧延における噛み込み性も悪化しやすく、また、穿孔圧延時に穿孔プラグ先端と被圧延材が接触しやすくなるので、穿孔しにくくなるにおそれがある。このため、窪みｘの深さｔはある程度の大きさが必要であり、特に、上記のように穿孔圧延開始時における穿孔プラグ先端と窪みｘの底部との距離Ｌを５０ｍｍ以上確保することが好ましいことから、窪みｘの深さｔは５０ｍｍ超であることが好ましい。ここで、穿孔圧延において噛み込み性が悪化するとは、ビレットが上下の圧延ロールに駆動されて前進し始め、プラグに接触する際に、負荷が過大となり穿孔が進まない状態となることを指す。窪みｘの深さｔが小さすぎるとビレット先端のマンネスマン割れの進展が十分ではなく、穿孔するための負荷が過大となってしまう。一方、窪みｘの深さｔが大きすぎると、穿孔圧延時に管端部に内面疵（カブレ疵）が発生するおそれがあり、このような内面疵が発生した管端部は切断除去しなければならず、製品歩留が低下するので、窪みｘの深さｔは１２０ｍｍ以下とすることが好ましい。
【0020】
窪みｘの形状は、ビレット先端面に押し込まれるポンチ部分の形状で決まるが、後述するようにポンチ１の本体部１０（ポンチ保持手段２に対する取付部１１よりも先端側の部分）は、先端が凸曲面状の略円錐形状または略円錐台形状であることが好ましいことから、通常、窪みｘは底部が凹曲面状のすり鉢形状となる。
また、ビレット先端面における窪みｘの径ｄは、ビレット径Ｄに対して小さすぎても、大きすぎても穿孔圧延における偏肉防止効果が低下するので、ビレット径Ｄに応じた大きさにすることが好ましい。図５は、窪みｘの径ｄとビレット径Ｄの比率ｄ／Ｄと製品鋼管の偏肉率との関係（一例）を示したもので、偏肉率とは後述する実施例に記載の通りのものである。この図５の試験（製造）条件は、ビレット材質：炭素鋼、ビレット径：３００～３５０ｍｍ、ビレット加熱温度：１２３０～１２９０℃、製品径：３１６～４３２ｍｍである。
図５の結果からして、比率ｄ／Ｄは０．３～０．８程度を満足することが好ましく、０．４～０．６程度を満足することがより好ましい。
なお、ポンチ１で窪みｘを加工することによる肉の移動によって、ビレット先端面が若干盛り上がるなどの変形を生じる場合もあるが、上述した窪みｘの深さｔや径ｄは、その加工後のビレット先端面を基準としたものである。
また、ビレット先端面における窪みｘの径ｄは、ビレット径Ｄに対して小さすぎても、大きすぎても穿孔圧延における偏肉防止効果が低下するので、ビレット径Ｄに応じた大きさにすることが好ましい。図５は、窪みｘの径ｄとビレット径Ｄの比率ｄ／Ｄと製品鋼管の偏肉率との関係（一例）を示したもので、偏肉率とは後述する実施例に記載の通りのものである。この図５の試験（製造）条件は、ビレット材質：炭素鋼、ビレット径：３００～３５０ｍｍ、ビレット加熱温度：１２３０～１２９０℃、製品径：３１６～４３２ｍｍである。
図５の結果からして、比率ｄ／Ｄは０．３～０．８程度を満足することが好ましく、０．４～０．６程度を満足することがより好ましい。
なお、ポンチ１で窪みｘを加工することによる肉の移動によって、ビレット先端面が若干盛り上がるなどの変形を生じる場合もあるが、上述した窪みｘの深さｔや径ｄは、その加工後のビレット先端面を基準としたものである。
【0021】
図６～図１２は、本発明の製造方法の実施に供される製造設備の一実施形態と、この製造設備における本発明の製造方法の実施状況を模式的に示したものであり、図６は製造設備全体を示す側面図、図７はビレット移動手段５の一部（台車５０など）を部分的に示す側面図、図８は同じく平面図である。また、図９～図１２は製造設備の一部を構成する加工装置Ａ（ビレットの先端面ｆに窪みｘを形成するための加工装置）を部分的に示したものであり、図９は加工装置全体を示す側面図、図１０は加工装置の一部（ポンチ１、ポンチストッパ６など）を部分的に示す側面図、図１１は同じく加工装置の一部（ポンチ１、クランプ手段３、ポンチストッパ６など）を部分的に示す斜視図、図１２は図９中のX－X線に沿う断面図である。なお、図６は加工装置Ａの構成の一部（ポンチ１、ポンチ保持手段２、アーム１３a，１３b、油圧シリンダ５３、アーム保持体５５など）を省略して表わしており、図１１はビレットストッパ６の支持部材１２を省略して表わしている。
【0022】
この製造設備は、ビレット１００の穿孔圧延工程前の予備工程において熱間のビレット１００の先端面ｆの中央部に窪みｘを形成するための加工装置Ａと、設備内に搬入されたビレット１００を保持するビレット保持手段４と、このビレット保持手段４に保持されたビレット１００の後端を押して、ビレット１００を加工装置Ａによる加工位置までスライド移動させるビレット移動手段５などを備えている。
加工装置Ａは、ビレット１００の先端面ｆに押し込まれることで窪みｘを形成するための凸型のポンチ１と、このポンチ１を進退可能に保持し、ポンチ１をビレット先端面の中央部に押し込むポンチ保持手段２と、ポンチ１によるビレットの加工時にビレット１００をクランプして拘束するクランプ手段３などで構成されており、装置全体が支持構造部である支持フレーム９に支持されている。この加工装置Ａの具体的な構造については、後に詳述する。
加工装置Ａは、ビレット１００の先端面ｆに押し込まれることで窪みｘを形成するための凸型のポンチ１と、このポンチ１を進退可能に保持し、ポンチ１をビレット先端面の中央部に押し込むポンチ保持手段２と、ポンチ１によるビレットの加工時にビレット１００をクランプして拘束するクランプ手段３などで構成されており、装置全体が支持構造部である支持フレーム９に支持されている。この加工装置Ａの具体的な構造については、後に詳述する。
【0023】
ビレット保持手段４は、本実施形態では昇降トラフ４０で構成されており、この昇降トラフ４０は、ビレット１００を保持した状態で昇降可能であり、加熱炉から搬送手段（例えば、Ｖ字型のコンベアやチェーンドッグ、キッカーなど）で搬送され、設備内に搬入（装入）されたビレット１００を受け取って保持し、ビレット１００を加工装置Ａで加工できる高さまで持ち上げる。
ビレット移動手段５は、ビレット保持手段４の上方に架設されたガイドレール８（加工装置Ａ方向に架設されたガイドレール）に沿って移動（走行）可能な台車５０と、この台車５０を移動させる駆動機構５２と、台車５０から垂下したビレット押圧用のプッシャーアーム５１と、このプッシャーアーム５１を台車５０に対してスライド移動させることでビレット方向に移動させる油圧シリンダ５３などで構成されており、台車５０を移動させることにより、ビレット保持手段４（昇降トラフ４０）に保持されたビレット１００の後端にプッシャーアーム５１を当接させ、この状態から油圧シリンダ５３を作動させることにより、プッシャーアーム５１がビレット１００を押し、ビレット１００を昇降トラフ４０上で加工装置Ａ方向にスライド移動させることができるようにしている。
ビレット移動手段５は、ビレット保持手段４の上方に架設されたガイドレール８（加工装置Ａ方向に架設されたガイドレール）に沿って移動（走行）可能な台車５０と、この台車５０を移動させる駆動機構５２と、台車５０から垂下したビレット押圧用のプッシャーアーム５１と、このプッシャーアーム５１を台車５０に対してスライド移動させることでビレット方向に移動させる油圧シリンダ５３などで構成されており、台車５０を移動させることにより、ビレット保持手段４（昇降トラフ４０）に保持されたビレット１００の後端にプッシャーアーム５１を当接させ、この状態から油圧シリンダ５３を作動させることにより、プッシャーアーム５１がビレット１００を押し、ビレット１００を昇降トラフ４０上で加工装置Ａ方向にスライド移動させることができるようにしている。
【0024】
ビレット移動手段５の構成をより詳細に説明すると、ビレット保持手段４の上方には架台フレーム７が架設され、この架台フレーム７に加工装置Ａ方向に向かってガイドレール８が設置され、このガイドレール８に沿って台車５０（５７は台車５０の車輪）が移動できるようになっている。台車５０の駆動機構５２は、本実施形態ではボールねじ（スライドスクリュー）機構で構成されている。すなわち、この駆動機構５２は、架台フレーム７上にガイドレール８と平行に配置され、支持部材５２４に回転可能に支持されたネジ軸５２０と、台車５０に固定されるとともに、ネジ軸５２０のネジ部に外装されるナット部材５２１と、ネジ軸５２０を回転させるモータ５２２および減速機５２３などで構成され、モータ５２２および減速機５２３でネジ軸５２０を回転させることにより、台車５０に固定されたナット部材５２１がネジ軸５２０の長手方向で移動することにより、台車５０がガイドレール８に沿って移動できるようになっている。
【0025】
台車５０は、スライドガイド５４（例えば、被ガイド体がスライド移動できる溝状のガイドレール）と、プッシャーアーム５１を保持し、スライドガイド５４に沿って台車移動方向にスライド移動可能なアーム保持体５５と、このアーム保持体５５をスライド移動させる油圧シリンダ５３などを備えている。
油圧シリンダ５３は、その作動ロッド５６がアーム保持体５に連結５８され、アーム保持体５５を台車移動方向（加工装置Ａ方向）にスライド移動させる。
アーム保持体５５にプッシャーアーム５１の上端が固定され、アーム保持体５５の上記スライド移動により、プッシャーアーム５１がビレット１００を押し、ビレット１００を加工装置Ａ方向にスライド移動させることができる。
油圧シリンダ５３は、その作動ロッド５６がアーム保持体５に連結５８され、アーム保持体５５を台車移動方向（加工装置Ａ方向）にスライド移動させる。
アーム保持体５５にプッシャーアーム５１の上端が固定され、アーム保持体５５の上記スライド移動により、プッシャーアーム５１がビレット１００を押し、ビレット１００を加工装置Ａ方向にスライド移動させることができる。
【0026】
次に、加工装置Ａについて説明する。
この加工装置Ａが備える凸型のポンチ１の構成については、後に詳述する。
ポンチ保持手段２は、油圧シリンダなどのシリンダ装置２０で構成され、そのシリンダ本体２１が支持フレーム９に水平状態に支持されている。このシリンダ装置２０の作動ロッド２２の先端には、ポンチホルダ２３を介してポンチ１が脱着可能に保持される。そして、このシリンダ装置２０（ポンチ保持手段２）に保持されたポンチ１は、図１０および図１１に示すように、昇降トラフ４０（ビレット保持手段４）に保持されたビレット１００の先端面ｆに相対することになる。
この加工装置Ａが備える凸型のポンチ１の構成については、後に詳述する。
ポンチ保持手段２は、油圧シリンダなどのシリンダ装置２０で構成され、そのシリンダ本体２１が支持フレーム９に水平状態に支持されている。このシリンダ装置２０の作動ロッド２２の先端には、ポンチホルダ２３を介してポンチ１が脱着可能に保持される。そして、このシリンダ装置２０（ポンチ保持手段２）に保持されたポンチ１は、図１０および図１１に示すように、昇降トラフ４０（ビレット保持手段４）に保持されたビレット１００の先端面ｆに相対することになる。
【0027】
クランプ手段３は、ビレット先端面に窪みｘを形成する加工中にビレット１００をしっかりとクランプして動かないように拘束できるものであればその構成は問わないが、本実施形態では、上下からビレット１００の先端部をクランプする上下１対のクランプアーム３０a，３０bを備えている。クランプアーム３０a，３０bは、その中間部を介して支持フレーム９に上下回動可能に枢支３１されている。各クランプアーム３０a，３０bは、その先端にクランプ金具３２a，３２bを備えている。各クランプ金具３２a，３２bは半割円筒状のクランプ面３２０を有している。一方、両クランプアーム３０a，３０bの後端は、クランプアーム３０a，３０bを開閉動作させるための油圧シリンダ３３で連結されている。すなわち、油圧シリンダ３３のシリンダ本体３４の端部がクランプアーム３０bの後端に、油圧シリンダ３３の作動ロッド３５の先端がクランプアーム３０aの後端に、それぞれ連結（枢着）３６され、この油圧シリンダ３３が伸縮することでクランプアーム３０a，３０bが上下に開閉し、クランプ金具３２a，３２bにより上下からビレット１００の先端部をクランプできるようにしている。
【0028】
加工装置Ａは、さらに、ビレット移動手段５に押されて移動してきたビレット１００の先端部が突き当たることでビレット１００を加工位置に停止させるリング状のビレットストッパ６を備えている。このリング状のビレットストッパ６は、ポンチ１の先端部に相対するように配置され、支持部材１２により支持フレーム９の側部に支持されている。ポンチ１によるビレット先端面の加工時には、このビレットストッパ６のリングの穴６０を通してポンチ１の先端部がビレット１００の先端面ｆに押し込まれるようにしてある。
【0029】
加工装置Ａは、さらに、クランプアーム３０a，３０bの開閉（回動）範囲を規制するとともに、油圧シリンダ３３の負荷を軽減するために、クランプアーム３０a，３０bが閉じた状態（ビレット１００をクランプした状態）で機械的に保持されるようにした機構を備えている。
すなわち、上下のクランプアーム３０a，３０bの枢支部３１には、２方向に延出したアーム部１３０，１３１を有する平面略Ｌ字形の板状のアーム１３a，１３bが、そのアーム部１３０，１３１の基端部（付け根）の部分で枢支されている。これらのアーム１３a，１３bは、それぞれクランプアーム３０a，３０bに係止（固定）され、クランプアーム３０a，３０bと一体で回動するように構成されている。なお、板状のアーム１３a，１３bは、クランプアーム３０a，３０bの両側に設けられている。
すなわち、上下のクランプアーム３０a，３０bの枢支部３１には、２方向に延出したアーム部１３０，１３１を有する平面略Ｌ字形の板状のアーム１３a，１３bが、そのアーム部１３０，１３１の基端部（付け根）の部分で枢支されている。これらのアーム１３a，１３bは、それぞれクランプアーム３０a，３０bに係止（固定）され、クランプアーム３０a，３０bと一体で回動するように構成されている。なお、板状のアーム１３a，１３bは、クランプアーム３０a，３０bの両側に設けられている。
【0030】
支持フレーム９には、クランプアーム３０a，３０bと一体に回動するアーム１３a，１３bの各アーム部１３０をガイドするための長さの短いガイド穴１４（短い円弧形状のガイド穴）が設けられている。アーム１３a，１３bの各アーム部１３０の先端にはピン１５が支持され、このピン１５がガイド穴１４内に挿入され、アーム部１３０の回動に伴ってガイド穴１４内を移動できるようにしてある。そして、ガイド穴１４の両端がピン１５のストッパとなり、アーム１３a，１３bと一体に回動するクランプアーム３０a，３０bの開閉範囲を規制している。すなわち、ピン１５がガイド穴１４の一端に係合する（図９の状態）ことにより、クランプアーム３０a，３０bは閉じた状態（ビレット１００のクランプ状態）での所定回動位置に停止し、一方、ピン１５がガイド穴１４の他端に係合することにより、クランプアーム３０a，３０bは開いた状態（ビレットの非クランプ状態）での所定回動位置に停止する。また、上記のようにピン１５がガイド穴１４の一端に係合する（図９の状態）ことにより、クランプアーム３０a，３０bが閉じた状態（ビレットのクランプ状態）での所定回動位置に停止した際に、アーム１３a，１３bの両アーム部１３１が上下で縦一直線になるように、ガイド穴１４の一端側の位置が決められている。このようにアーム１３a，１３bの両アーム部１３１が上下で縦一直線になることにより、油圧シリンダ３３の駆動力で閉じた状態にあるクランプアーム３０a，３０bをその状態に機械的に保持する作用が得られるため、油圧シリンダ３３の負荷を軽減することができる。
【0031】
一方、両アーム１３a，１３bのアーム部１３１の先端どうしはピン１６で連結されているが、各アーム１３a，１３bがクランプアーム３０a，３０bと一体で回動（ガイド穴１４の短い長さ範囲で回動）できるようにするため、図１２に示されるように、アーム１３aのアーム部１３１の端部には、アーム１３bのアーム部１３１の端部を挿入し、ピン１６で軸支するための１対の板状部１７０からなるブラケット部１７が設けられ、このブラケット部１７にピン１６が固定されている。アーム１３bのアーム部１３１の端部には、長孔状のピン挿通孔１８（上下方向に長いピン挿通孔）が設けられており、アーム１３bのアーム部１３１の端部をブラケット部１７に挿入した状態で、そのピン挿通孔１８にピン１６が挿通することで、アーム１３a，１３bの両アーム部１３１が連結されている。そして、アーム１３bのアーム部１３１のピン挿通孔１８内をアーム１３aのアーム部１３１のピン１６が移動できることにより、各アーム１３a，１３bはクランプアーム３０a，３０bと一体で回動（ガイド穴１４の短い長さ範囲で回動）することができる。
なお、ビレット保持手段４やビレット移動手段５、加工装置Ａを構成するポンチ保持手段２やクランプ手段３などは、本実施形態のものに限定されるものではなく、それぞれの機能を果たすことができる適宜な具体的手段で構成することができる。
なお、ビレット保持手段４やビレット移動手段５、加工装置Ａを構成するポンチ保持手段２やクランプ手段３などは、本実施形態のものに限定されるものではなく、それぞれの機能を果たすことができる適宜な具体的手段で構成することができる。
【0032】
次に、ビレット加工用工具であるポンチ１の構成について説明する。
ポンチ１は、ビレット加工を担う本体部１０と、ポンチ保持手段２（ポンチホルダ２３）と連結するために本体部１０の端部に連成される取付部１１で構成される。
ポンチ１は、基本的に凸型の形状であればよく、そのなかでも特に、ポンチ１の本体部１０が略円錐形または略円錐台形であって、先端が凸曲面状であることが好ましい。ここで、略円錐形または略円錐台形とは、本発明で使用するポンチ１の本体部１０は、円錐形または円錐台形の傾斜面（テーパー面）の軸方向の途中に谷状の折曲部（谷状凹部）を有する場合や、傾斜面の一部または全部が軸方向で湾曲している場合などがあることから、通常の円錐形や円錐台形以外に、そのような形状のものも含まれることを意味する。
さらに、本発明者らによる検討の結果、ポンチの本体部１０をより限定的な形状に最適化することにより、そのポンチによる窪みｘの加工を特に適正化・効率化でき、ポンチの寿命も向上できることが判った。
ポンチ１は、ビレット加工を担う本体部１０と、ポンチ保持手段２（ポンチホルダ２３）と連結するために本体部１０の端部に連成される取付部１１で構成される。
ポンチ１は、基本的に凸型の形状であればよく、そのなかでも特に、ポンチ１の本体部１０が略円錐形または略円錐台形であって、先端が凸曲面状であることが好ましい。ここで、略円錐形または略円錐台形とは、本発明で使用するポンチ１の本体部１０は、円錐形または円錐台形の傾斜面（テーパー面）の軸方向の途中に谷状の折曲部（谷状凹部）を有する場合や、傾斜面の一部または全部が軸方向で湾曲している場合などがあることから、通常の円錐形や円錐台形以外に、そのような形状のものも含まれることを意味する。
さらに、本発明者らによる検討の結果、ポンチの本体部１０をより限定的な形状に最適化することにより、そのポンチによる窪みｘの加工を特に適正化・効率化でき、ポンチの寿命も向上できることが判った。
【0033】
本発明を実施する場合、加工装置Ａのポンチ１によるビレット先端面の加工（窪みｘを形成する加工）は、短い時間間隔で何本ものビレットに対して連続して行われるが、このように連続的に行われる加工中、ポンチ１の先端温度は５００℃前後にまで上昇する。図１３は、１本目（１回目）のビレットの加工後と２本目（２回目）のビレットの加工後のポンチ１のサーモグラフィであり、２本目のビレットの加工後のポンチ１の先端温度は、ビレット側からの入熱により５００℃前後にまで上昇していることが判る。一方、ポンチの基端部（根元部分）の温度は２００℃程度であり、先端部と大きな温度差を生じていることが判る。なお、図１３において、上部画像のポンチ１の上下に、また下部画像のポンチ１の右側に、それぞれ写っている上下１対の部材は、クランプアーム３０a，３０bである。
【0034】
そして、このように高温状態でビレットを連続加工すると、ポンチによっては、その表面に図１４に示すような皺や割れが発生して比較的早期に交換する必要が生じ（寿命が比較的短い）、また、この皺や割れが起点となってポンチ表面に凹凸が生じ、このポンチ表面の凹凸によって、ビレット先端面に押し込んだポンチ先端が引き抜けなくなる現象（その結果、ポンチ１がビレット１００を加工装置Ａ側に引き込むことになるので、以下、この現象を「ビレット引き込み」という）が生じてしまうことが判った。このようなビレット引き込みが生じると、操作を手動に切り替えてオペレーターによる手作業によりポンチを前進・後退させ、引き込みが解消するための操作を行う必要があり、その時間が長引くと当該ビレットや待機している次の熱間ビレットの温度低下が避けられず、予定していた圧延が不可能になるなど、生産性を大幅に低下させる事態となる。
【0035】
ポンチ表面に上記のような皺や割れが生じる理由は必ずしも明らかではないが、ポンチ１の先端部がビレット先端面に押し込まれたときに、図１３に示されるように、ビレット側からの入熱によりポンチ１の最先端近傍のみが昇温し、その部分が膨張すること、ビレットと接触していないポンチ部分との間で大きな温度差を生じること、ビレットに押し込まれたポンチ部分についても窪みｘの深さ方向で温度勾配生じること、操業中は連続使用で高温状態になる一方で、ツール替えなどが発生した場合はその間操業が止まってポンチ先端が冷えてしまい、このような熱膨張と収縮が繰り返し作用すること、などが関係している可能性がある。
このような課題を解決すべく検討を重ねた結果、ポンチ１を特定の形状とすることにより、連続加工しても表面の皺や割れが生じにくく、高い耐用性（高寿命）が得られ、ビレット引き込みの発生も抑えられることが判った。
このような課題を解決すべく検討を重ねた結果、ポンチ１を特定の形状とすることにより、連続加工しても表面の皺や割れが生じにくく、高い耐用性（高寿命）が得られ、ビレット引き込みの発生も抑えられることが判った。
【0036】
図１５は、そのような形状を有するポンチの一実施形態を示している。この最適形状のポンチ１の本体部１０は、先端が凸曲面状（好ましくは球面状）のポンチ頭部１０aと、このポンチ頭部１０aに連なるテーパー状基体部１０bからなる２段型であり、ポンチ頭部１０aとテーパー状基体部１０bの境界は谷状の折曲部１０c（谷状凹部）を構成する。また、テーパー状基体部１０bの斜面傾斜角度θが５０～６０°である構成を有する（図１５の実施形態は約５６°）。
本発明者らによる試験の結果では、ビレット引き込みは特にビレット径３００～３５０ｍｍのビレットを加工した場合に生じやすく、したがって、上記のような最適形状のポンチ１は、そのようなサイズのビレットを加工する場合に特に有用である。
本発明者らによる試験の結果では、ビレット引き込みは特にビレット径３００～３５０ｍｍのビレットを加工した場合に生じやすく、したがって、上記のような最適形状のポンチ１は、そのようなサイズのビレットを加工する場合に特に有用である。
【0037】
ポンチ頭部１０aの先端部は凸曲面状であればよいが、一般には球面状に構成するのが好ましい。本実施形態のポンチ頭部１０aは、先端側の曲面部a1とこれに連なるテーパー部a2からなるが、テーパー部a2は無くてもよい。
また、溶損や損耗を抑えるためにポンチ頭部１０aはある程度のボリュームを有することが好ましく、この観点から、ポンチ頭部１０aの先端の凸曲面（好ましくは球面）は曲率半径Ｒが３０ｍｍ以上であることが好ましい。
ポンチの硬度や材質（成分組成）は特に制限はないが、熱間で使用される加工工具に適した硬度や材質が用いられる。具体的には、硬度（ＨＳ）は６５以上が好ましく、材質としては、例えばＳＣＭ４３５、ＳＫＤ６１などが用いられる。
また、溶損や損耗を抑えるためにポンチ頭部１０aはある程度のボリュームを有することが好ましく、この観点から、ポンチ頭部１０aの先端の凸曲面（好ましくは球面）は曲率半径Ｒが３０ｍｍ以上であることが好ましい。
ポンチの硬度や材質（成分組成）は特に制限はないが、熱間で使用される加工工具に適した硬度や材質が用いられる。具体的には、硬度（ＨＳ）は６５以上が好ましく、材質としては、例えばＳＣＭ４３５、ＳＫＤ６１などが用いられる。
【0038】
図１５に示すポンチ１と他の形状のポンチ１を用いて本発明法を実施し、ポンチ１の平均寿命とビレット引き込みの有無を調べた結果を表１に示す。表１において、ポンチ（iv）が図１５に示す最適形状のポンチであり、ポンチ（i）～（iii）が図１６に示す形状のポンチである。
ポンチ（iv）は、テーパー状基体部１０bの斜面傾斜角度θが約５６°である。
ポンチ（i）～（iii）は、ポンチ（iv）のようなポンチ頭部１０a・テーパー状基体部１０bという区別がなく（したがって谷状の折曲部１０cも無い）、そのテーパー部の斜面傾斜角度は、ポンチ（i）は約７０°、ポンチ（ii）およびポンチ（iii）は約６５°である。また、ポンチ（i）～（iii）によって、テーパー部の下側部分の形状がそれぞれ異なっている。
この製造試験では、ビレット径が２６０～３５０ｍｍのビレット（炭素鋼）を対象とし、ポンチ１の打ち込み時間を５秒とした。また、窪みｘの深さｔは６７ｍｍとした。
ポンチ（iv）は、テーパー状基体部１０bの斜面傾斜角度θが約５６°である。
ポンチ（i）～（iii）は、ポンチ（iv）のようなポンチ頭部１０a・テーパー状基体部１０bという区別がなく（したがって谷状の折曲部１０cも無い）、そのテーパー部の斜面傾斜角度は、ポンチ（i）は約７０°、ポンチ（ii）およびポンチ（iii）は約６５°である。また、ポンチ（i）～（iii）によって、テーパー部の下側部分の形状がそれぞれ異なっている。
この製造試験では、ビレット径が２６０～３５０ｍｍのビレット（炭素鋼）を対象とし、ポンチ１の打ち込み時間を５秒とした。また、窪みｘの深さｔは６７ｍｍとした。
【0039】
【表1】
【0040】
表１によれば、ポンチ（i）～（iii）は、表面に生じた皺や割れによりビレット引き込みが生じ、平均寿命（交換までに１つのポンチで加工できたビレット本数の１年間当たりの平均値）は最大でも約８０００本強である。これに対して、ポンチ（iv）は平均寿命が８３００本以上であり、ビレット引き込みも生じていない。
この結果、ポンチ（i）～（iii）は損傷（皺や割れなど）により平均１５日程度が使用限界であったのに対して、ポンチ（iv）では使用限界を平均７０日にまで向上させることができた。また、ポンチ（iv）では、ポンチ先端の皺や割れの発生が生じにくいことから、ビレット引き込みの発生頻度も、ポンチ（i）～（iii）が２０回／年であったのに対して、０回／年にまで改善することができた。このようにトラブルの発生回数を低減できることで、生産性を１Ｈｒ／月向上することができた。また、工具寿命の向上により、工具コストも低減することができた。
この結果、ポンチ（i）～（iii）は損傷（皺や割れなど）により平均１５日程度が使用限界であったのに対して、ポンチ（iv）では使用限界を平均７０日にまで向上させることができた。また、ポンチ（iv）では、ポンチ先端の皺や割れの発生が生じにくいことから、ビレット引き込みの発生頻度も、ポンチ（i）～（iii）が２０回／年であったのに対して、０回／年にまで改善することができた。このようにトラブルの発生回数を低減できることで、生産性を１Ｈｒ／月向上することができた。また、工具寿命の向上により、工具コストも低減することができた。
【0041】
次に、図６～図１２の製造設備の使用方法（本発明法の一実施形態）を説明する。図１７（ａ）～（ｆ）は加工装置Ａによるビレット１００の加工手順を示す説明図である。
熱間（通常、１２００～１３００℃程度）のビレット１００は製造設備の側方から設備内に搬入され、昇降トラフ４０（ビレット保持手段４）の上に載せられる。この昇降トラフ４０を上昇させて、ビレット１００を加工装置Ａ（ポンチ１）による加工位置の高さまで持ち上げ（上昇させ）た後、プッシャーアーム５１でビレット後端を押してビレット１００を加工装置Ａ方向に移動させる（図１７（ａ））。移動したビレット１００の先端がビレットストッパ６に突き当たることでビレット１００が停止し（図１７（ｂ））、この位置でビレット１００の加工が行われる。
熱間（通常、１２００～１３００℃程度）のビレット１００は製造設備の側方から設備内に搬入され、昇降トラフ４０（ビレット保持手段４）の上に載せられる。この昇降トラフ４０を上昇させて、ビレット１００を加工装置Ａ（ポンチ１）による加工位置の高さまで持ち上げ（上昇させ）た後、プッシャーアーム５１でビレット後端を押してビレット１００を加工装置Ａ方向に移動させる（図１７（ａ））。移動したビレット１００の先端がビレットストッパ６に突き当たることでビレット１００が停止し（図１７（ｂ））、この位置でビレット１００の加工が行われる。
【0042】
開放した状態にあるクランプアーム３０a，３０bを油圧シリンダ３３で閉じ、クランプ金具３２a，３２bによりビレット１００の先端側部分をクランプする（図１７（ｃ））。この状態でシリンダ装置２０（ポンチ保持手段２）を駆動させてポンチ１を前進させ、ポンチ１の先端部をビレットストッパ６の内側（リングの穴６０）を通過させてビレット１００の先端面ｆに押し込むことで窪みｘを形成（加工）する（図１７（ｄ））。ビレット１００の先端面ｆへのポンチ１の押込み（打ち込み）は、例えば、０．４～０．７ｍ／sec程度の速度でなされる。その後、ポンチ１を後退させ、ポンチ１の先端部をビレット１００の先端面ｆ（形成された窪みｘ）から引き抜き（図１７（ｅ））、さらに、クランプ金具３２a，３２bによるビレット１００のクランプ状態を解除する（図１７（ｆ））ことで加工が完了する。この加工されたビレット１００を保持する昇降トラフ４０を下降させた後、ビレット１００を設備外に搬出する。このビレット１００は穿孔圧延工程に送られて穿孔圧延されるが、その際、図３に示すようにビレット１００の先端面ｆに形成された窪みｘ内に穿孔プラグ２００の先端を位置させた状態で圧延を開始する。ビレット１００は穿孔圧延で素管に加工され、その後、この素管は延伸圧延工程などの一連の工程を経て製品鋼管となる。
【実施例0043】
図６～図１２に示すような設備において本発明法によりビレットを加工し、次いで穿孔圧延した後、一連の工程を経て継目無鋼管を製造した。このようにして製造された鋼管と、従来法（ビレット先端端面に窪みｘを形成する予備工程なし穿孔圧延を行う方法）で製造された鋼管の偏肉率を測定した。その結果を図１８に示す。なお、偏肉率とは、製品鋼管の周方向での最大肉厚、最小肉厚、平均肉厚に基づき、下式で求められるものである。
偏肉率＝［（最大肉厚－最小肉厚）／平均肉厚］×100
図１８は製品鋼管の先端位置と、管長手方向で管先端から１５ｍｍ、３０ｍｍ、４５ｍｍの各位置での偏肉率を示している。
偏肉率＝［（最大肉厚－最小肉厚）／平均肉厚］×100
図１８は製品鋼管の先端位置と、管長手方向で管先端から１５ｍｍ、３０ｍｍ、４５ｍｍの各位置での偏肉率を示している。
【0044】
本発明法（本発明例）では、加工装置Ａのポンチ１として図１５に示す形状のもの（テーパー状基体部１０bの斜面傾斜角度θ：５６°）を使用し、このポンチ１により深さが６７ｍｍの窪みｘを形成し、穿孔圧延時には、穿孔プラグ２００の先端を図１８の（ａ）に示すような態様で窪みｘ内に位置させた状態で圧延を開始した。一方、従来法（従来例）では、穿孔プラグ２００の先端を図１８の（ｂ）に示すような態様で位置させた状態で圧延を開始した。
ビレットの材質は炭素鋼、ビレット径は３００～３５０ｍｍ、ビレット加熱温度は１２３０～１２９０℃であり、製品径は３１６～４３２ｍｍであった。
図１８に示されるように、本発明例では従来例に較べて製品鋼管の偏肉が効果的に低減されていることが判る。
なお、本発明法（本発明例）ではｄ／Ｄ＝０．２４で試験したが、図５に示す通りｄ／Ｄを０．３～０．８、好ましくは０．４～０．６とすれば、偏肉率はより低減するものと考えられる。
ビレットの材質は炭素鋼、ビレット径は３００～３５０ｍｍ、ビレット加熱温度は１２３０～１２９０℃であり、製品径は３１６～４３２ｍｍであった。
図１８に示されるように、本発明例では従来例に較べて製品鋼管の偏肉が効果的に低減されていることが判る。
なお、本発明法（本発明例）ではｄ／Ｄ＝０．２４で試験したが、図５に示す通りｄ／Ｄを０．３～０．８、好ましくは０．４～０．６とすれば、偏肉率はより低減するものと考えられる。
【符号の説明】
【0045】
１ ポンチ
２ ポンチ保持手段
３ クランプ手段
４ ビレット保持手段
５ ビレット移動手段
６ ビレットストッパ
７ 架台フレーム
８ ガイドレール
９ 支持フレーム
１０ 本体部
１０a ポンチ頭部
１０b テーパー状基体部
１０c 折曲部
１１ 取付部
１２ 支持部材
１３a，１３b アーム
１４ ガイド穴
１５ ピン
１６ ピン
１７ ブラケット部
１８ ピン挿通孔
２０ シリンダ装置
２１ シリンダ本体
２２ 作動ロッド
２３ ポンチホルダ
３０a，３０b クランプアーム
３１ 枢支部
３２a，３２b クランプ金具
３３ 油圧シリンダ
３４ シリンダ本体
３５ 作動ロッド
３６ 連結部
４０ 昇降トラフ
５０ 台車
５１ プッシャーアーム
５２ 駆動機構
５３ 油圧シリンダ
５４ スライドガイド
５５ アーム保持体
５６ 作動ロッド
５７ 車輪
５８ 連結部
６０ 穴
１００ ビレット
１３０，１３１ アーム部
１７０ 板状部
２００ 穿孔プラグ
３２０ クランプ面
５２０ ネジ軸
５２１ ナット部材
５２２ モータ
５２３ 減速機
５２４ 支持部材
ｘ 窪み
ｆ 先端面
Ａ 加工装置
ａ1 曲面部
ａ2 テーパー部
２ ポンチ保持手段
３ クランプ手段
４ ビレット保持手段
５ ビレット移動手段
６ ビレットストッパ
７ 架台フレーム
８ ガイドレール
９ 支持フレーム
１０ 本体部
１０a ポンチ頭部
１０b テーパー状基体部
１０c 折曲部
１１ 取付部
１２ 支持部材
１３a，１３b アーム
１４ ガイド穴
１５ ピン
１６ ピン
１７ ブラケット部
１８ ピン挿通孔
２０ シリンダ装置
２１ シリンダ本体
２２ 作動ロッド
２３ ポンチホルダ
３０a，３０b クランプアーム
３１ 枢支部
３２a，３２b クランプ金具
３３ 油圧シリンダ
３４ シリンダ本体
３５ 作動ロッド
３６ 連結部
４０ 昇降トラフ
５０ 台車
５１ プッシャーアーム
５２ 駆動機構
５３ 油圧シリンダ
５４ スライドガイド
５５ アーム保持体
５６ 作動ロッド
５７ 車輪
５８ 連結部
６０ 穴
１００ ビレット
１３０，１３１ アーム部
１７０ 板状部
２００ 穿孔プラグ
３２０ クランプ面
５２０ ネジ軸
５２１ ナット部材
５２２ モータ
５２３ 減速機
５２４ 支持部材
ｘ 窪み
ｆ 先端面
Ａ 加工装置
ａ1 曲面部
ａ2 テーパー部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】