JP6380562B2 - プラグの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、継目無鋼管を製造する際に穿孔圧延機で使用されるプラグの製造方法に関する。

継目無鋼管は、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、例えば、次のステップからなる。
（１）穿孔圧延機（ピアサ）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（例えばマンドレルミル）により、中空素管を延伸圧延する。
（３）定径圧延機（例えばストレッチレデューサ）により、延伸圧延した中空素管を所定の外径と肉厚に定径圧延する。

穿孔圧延機は、パスラインに対してそれぞれ傾斜した一対の傾斜ロールと、パスライン上に配置される砲弾形状のプラグと、プラグの後端に結合される芯金とを備える。穿孔圧延では、パスラインとビレットの軸方向とが一致した状態で、傾斜ロールにより、ビレットを周方向に回転させながら軸方向に搬送する。これに伴い、ビレットの中心部がプラグに押し込まれ、その結果、ビレットが穿孔圧延されて中空素管に成形される。

この穿孔圧延では、高温（例えば１２００℃）に加熱されたビレットをプラグで穿孔することから、プラグには、高熱で高面圧が負荷される。このような過酷な状況にさらされるプラグを保護するため、プラグ（母材）の表面にアーク溶射による皮膜（以下、「アーク溶射皮膜」ともいう）を形成する場合がある。このアーク溶射皮膜により、ビレットからプラグ母材への熱伝達を遮るとともに、ビレットとプラグの焼き付きを防止できる。その結果、プラグ１本あたりで素材を穿孔圧延可能な回数（パス数）を増加でき、すなわち、プラグ寿命を向上できる。

穿孔圧延機で使用されるプラグは、例えば特許文献１〜３に開示される。特許文献１では、プラグの母材表面をプラグの軸方向に複数の領域に区分し、順次、領域ごとにアーク溶射を行うことが提案されている。また、アーク溶射の際に、アーク溶射機の吹き出し中心線とプラグの母材表面との交差角度を３５°〜９０°の範囲に維持することも提案されている。これらにより、プラグ表面に形成されたアーク溶射皮膜の密着性を強固にでき、その結果、プラグ寿命をさらに向上できるとしている。

特許文献２で提案されるプラグは、先端圧延部と、ワーク部と、リーリング部とを有する。また、そのプラグでは、外径等の諸寸法が、所定の関係式を満足する。先端圧延部は、円柱状部と、その円柱状部の先端に設けられた半球面状部からなる。また、ワーク部は、先端圧延部の後端と繋がり、ワーク部の断面形状は円弧状である。リーリング部は、ワーク部の後端と繋がり、リーリング部の断面形状は線形テーパー状である。

特許文献２では、上述のプラグを用いて穿孔圧延を行うことにより、ビレットの噛み込み不良を防止できるとともに、内面疵を抑制できるとしている。

特許文献３で提案されるプラグは、圧延部と、リーリング部と、逃げ部とを有する。圧延部は、前段圧延部と後段圧延部とに区分される。前段圧延部の外周面の断面形状は円弧状であり、前段圧延部の先端は半球面状である。後段圧延部は前段圧延部の外周面の後端と繋がり、後段圧延部の断面形状は線形テーパー状である。リーリング部は後段圧延部の後端と繋がり、リーリング部の断面形状は線形テーパー状である。逃げ部は、リーリング部の後端と繋がり、逃げ部の直径は、先端から遠ざかるのに従って小さくなる。このような形状のプラグにおいて、先端の曲率半径等の寸法が所定の関係式を満足する。

特許文献３では、１．１５以上の高拡管比で、かつ、２．０未満の低穿孔比とした穿孔圧延においても、上述のプラグを用いることにより、噛み込み不良、尻詰まり、および、素管の偏肉悪化を防止できるとしている。

特許５３６５７２３号公報 特許３８２３７６２号公報 特許３１１９１６０号公報 特許５３３９０１６号公報

前述の通り、特許文献１には、プラグの母材表面をプラグの軸方向に複数の領域に区分し、順次、領域ごとにアーク溶射を行うことが提案されている。このように領域ごとにアーク溶射を行うと、領域の境界で皮膜同士が接続される。

図１は、領域ごとにアーク溶射を行った場合の領域の境界におけるアーク溶射皮膜を示すＳＥＭ像である。図１には、プラグ母材１０と、アーク溶射皮膜２０ａおよび２０ｂとが示され、アーク溶射皮膜は、先端側の皮膜２０ｂと、後端側の皮膜２０ａとで構成される。ここで、「先端側」は、プラグの先端側を意味し、「後端側」はプラグの後端側を意味する。先端側の皮膜２０ｂと後端側の皮膜２０ａとは図１の二点鎖線で囲む部分で接続する。この場合、先端側の皮膜２０ｂの一部は、プラグ母材１０と接することなく、後端側の皮膜２０ａ上に形成される。

また、図１のアーク溶射皮膜２０ａおよび２０ｂの形成では、アーク溶射機を往復運動させることによって薄い層を積み重ねる。この場合、先端側の皮膜２０ｂと後端側の皮膜２０ａでは、皮膜の積み重なる層とプラグ母材１０の表面がなす角度が異なる。これは、先端側の皮膜２０ｂと後端側の皮膜２０ａで、溶射方向（アーク溶射機による吹き付け方向）が異なることによる。図１には、先端側の皮膜２０ｂと後端側の皮膜２０ａの溶射方向を実線矢印でそれぞれ示す。

アーク溶射皮膜同士が接続された部分（以下、単に「接続部」ともいう）では、皮膜上に別の皮膜が形成されることから、皮膜の密着力が他の部分と比べて低下する。また、皮膜上に別の皮膜が形成される範囲および各皮膜の厚み等はプラグの周方向で変化し、これによっても接続部の皮膜の密着力が低下する。このため、接続部では、皮膜の剥離が発生し易い（後述の実施例の図９参照）。皮膜が剥離したプラグは、再び穿孔圧延に使用されることなく、プラグ寿命となる。このため、領域ごとにアーク溶射を行った場合に、接続部での皮膜の剥離を抑制し、プラグ寿命を向上させることが望まれる。

接続部での皮膜の剥離は、高合金鋼からなるビレットの穿孔圧延で、特に発生し易い。これは、高合金鋼が高強度であることによる。なお、高合金鋼とは、例えば、Ｃｒを９％以上含有する高Ｃｒ含有鋼、Ｎｉ基合金、ステンレス鋼等が該当する。

特許文献２および３では、所定の形状を有し、所定の関係式を満足するプラグを用いることが提案されているが、皮膜の形成および剥離については記載されていない。

本発明の目的は、接続部での皮膜の剥離を防止し、プラグ寿命を向上できるプラグの製造方法を提供することにある。

本発明の一実施形態によるプラグの製造方法は、継目無鋼管を製造する際に穿孔圧延機で使用されるプラグの製造方法である。当該製造方法は、外周面に周方向に沿って凹部を有するプラグ母材を準備する工程と、アーク溶射によって溶射線材を前記プラグ母材の外周面に吹き付け、ＦｅおよびＦｅ酸化物を含有する皮膜を前記プラグ母材の外周面に形成するアーク溶射工程と、を含む。前記アーク溶射工程は、前記プラグ母材の外周面を軸方向に沿って複数の領域に区分する区分工程と、前記領域ごとにアーク溶射を施す工程と、を含む。前記区分工程では、前記領域の境界を前記凹部に設定する。

前記プラグ母材は、前記外周面が複数の分割面を軸方向に順に繋いで形成され、かつ、前記分割面の繋ぎ目に前記凹部を有してもよい。この場合、前記凹部となる前記繋ぎ目において、前記プラグの先端側に位置する分割面の勾配θ１（°）および前記プラグの後端側に位置する分割面の勾配θ２（°）が、下記（１）式を満足する。
θ１＜θ２ ・・・（１）

本発明のプラグの製造方法は、外周面に周方向に沿って凹部を有するプラグ母材を用いる。また、凹部に領域の境界を設定して複数の領域に区分し、領域ごとにアーク溶射皮膜を形成する。この場合、皮膜の接続部が凹部に位置し、その凹部では、穿孔圧延の際にビレットの肉厚圧下量が比較的低い。このため、皮膜の剥離が抑制され、プラグ寿命を向上できる。

図１は、領域ごとにアーク溶射を行った場合の領域の境界におけるアーク溶射皮膜を示すＳＥＭ像である。 図２は、本発明のプラグの製造方法による処理フロー例を示す模式図であり、図２（ａ）はプラグ母材の形状を示す図、図２（ｂ）は第１領域の皮膜形成の終了後を示す断面図、図２（ｃ）は第２領域の皮膜形成の終了後を示す断面図である。 図３は、外周面の先端が平面状の先端面と繋がるプラグを用いる場合の本発明による処理フロー例を示す模式図であり、図３（ａ）はプラグ母材の形状を示す図、図３（ｂ）は第１領域の皮膜形成の終了後を示す断面図、図３（ｃ）は第２領域の皮膜形成の終了後を示す断面図、図３（ｄ）は先端面の皮膜形成の終了後を示す断面図である。 図４は、試験Ｎｏ．１（比較例）の処理フローを示す模式図であり、図４（ａ）はプラグ母材の形状を示す図、図４（ｂ）は第１領域の皮膜形成の終了後を示す断面図、図４（ｃ）は第２領域の皮膜形成の終了後を示す断面図である。 図５は、試験Ｎｏ．３（比較例）の処理フローを模式的に示す断面図であり、図５（ａ）は第１領域の皮膜形成の終了後、図５（ｂ）は第２領域の皮膜形成の終了後をそれぞれ示す。 図６は、試験Ｎｏ．５（比較例）の処理フローを模式的に示す断面図であり、図６（ａ）は第１領域の皮膜形成の終了後、図６（ｂ）は第２領域の皮膜形成の終了後、図６（ｃ）は先端面の皮膜形成の終了後をそれぞれ示す。 図７は、試験Ｎｏ．６（本発明例）の処理フローを示す模式図であり、図７（ａ）はプラグ母材の形状を示す図、図７（ｂ）は第１領域の皮膜形成の終了後を示す断面図、図７（ｃ）は第２領域の皮膜形成の終了後を示す断面図、図７（ｄ）は先端面の皮膜形成の終了後を示す断面図である。 図８は、試験Ｎｏ．７（比較例）の処理フローを示す断面図であり、図８（ａ）は第１領域の皮膜形成の終了後、図８（ｂ）は第２領域の皮膜形成の終了後、図８（ｃ）は先端面の皮膜形成の終了後をそれぞれ示す。 図９は、皮膜の剥離を示す写真である。

以下に、本実施形態のプラグの製造方法について、図面を参照しながら説明する。

図２は、本発明のプラグの製造方法による処理フロー例を示す模式図であり、図２（ａ）はプラグ母材の形状を示す図、図２（ｂ）は第１領域の皮膜形成の終了後を示す断面図、図２（ｃ）は第２領域の皮膜形成の終了後を示す断面図である。図２には、プラグ母材１０と、アーク溶射皮膜２０ａおよび２０ｂとを示す。また、プラグの先端側を符号Ｔ、後端側を符号Ｂで示す。

図２（ａ）に示すプラグ母材１０の外周面１１は、第１〜第５の分割面１１ａ〜１１ｅを軸方向に順に繋いで形成される。換言すると、外周面１１は、軸方向と垂直な面で複数に分割される。第１の分割面１１ａおよび第２の分割面１１ｂにおいて、断面形状は曲線状であり、勾配が軸方向で変化する。なお、勾配は、分割面とプラグ母材の中心線とがなす角度である（図２（ａ）のθ１およびθ２参照）。また、第３の分割面１１ｃにおいて、断面形状は直線状であり、勾配が一定である。このような第１〜第３の分割面１１ａ〜１１ｃの外径は、いずれも、先端側Ｔから後端側Ｂに向かって次第に大きくなる。

第４の分割面１１ｄは、外径が一定の円筒部である。また、第５の分割面１１ｅの外径は、後端に近づくのに伴って小さくなる。第５の分割面１１ｅは、逃げ部と呼ばれる。このようなプラグを用いる穿孔圧延では、第１〜第３の分割面１１ａ〜１１ｃの外径が次第に大きくなることから、主に第１〜第３の分割面１１ａ〜１１ｃが穿孔圧延に寄与する。換言すると、第１〜第３の分割面１１ａ〜１１ｃは、ビレットと強く接触し、高熱で高面圧がそれらの分割面に負荷される。

分割面１１ａ〜１１ｅの繋ぎ目のうちで、第１の分割面１１ａと第２の分割面１１ｂとの繋ぎ目が、凹部１１ｚとなる。本実施形態のプラグの製造方法は、図２（ａ）に示すような、周方向に沿って凹部を有するプラグ母材を準備する。

また、本実施形態のプラグの製造方法は、上述のプラグ母材を準備する工程と、アーク溶射工程と、を含む。そのアーク溶射工程では、アーク溶射によって溶射線材（例えば鉄線材）を加熱してＦｅ粒子とし、そのＦｅ粒子をプラグの母材外周面１１に吹き付ける。これにより、プラグの母材外周面１１には、Ｆｅ粒子が積み重なり、皮膜２０ａおよび２０ｂが形成される。その過程でＦｅ粒子の一部が雰囲気と酸化反応してＦｅ酸化物となる。このため、皮膜２０ａおよび２０ｂはＦｅおよびＦｅ酸化物を含有する。

アーク溶射工程では、プラグの母材外周面１１を軸方向に複数の領域に区分し、領域ごとに皮膜を形成する。これにより、前述の特許文献１と同様に、プラグ表面に形成されたアーク溶射皮膜の密着性を強固にできる。図２に示す処理フロー例では、プラグの母材外周面１１が、後端側Ｂの第１領域Ｓ１と、先端側Ｔの第２領域Ｓ２に区分され、第１領域Ｓ１に皮膜を形成した後、第２領域Ｓ２に皮膜を形成する。

加えて、本実施形態のプラグの製造方法は、複数の領域Ｓ１およびＳ２に区分する際に、領域の境界を凹部１１ｚに設定する。この場合、得られるプラグにおいて、前記図１に示すようなアーク溶射皮膜の接続部が、凹部１１ｚに位置する。

穿孔圧延の際に、凹部１１ｚでは、ビレットの肉厚圧下量が他の部分と比べて低くなり、凹部１１ｚに負荷される面圧も部分的に低くなる。これにより、皮膜の接続部２０ｚに負荷される面圧も緩和される。接続部が凹部１１ｚに位置する場合、前述したように接続部では従来と同様に皮膜の密着力が低下しているが、皮膜の接続部２０ｚに負荷される面圧の緩和により、皮膜の剥離を抑制でき、プラグ寿命を向上できる。

本発明において、「凹部」とは、プラグ母材の外周面のうちで、ビレットの肉厚圧下量が他の部分と比べて低くなる部分を意味する。換言すると、下記点Ａによって周方向に沿って形成される閉曲線、および、その閉曲線の近傍が凹部となる。点Ａは、プラグ母材の外周面上の点であって、点の先端側の勾配θ１（°）、および、点の後端側の勾配θ２（°）が、下記（１）式の関係を満足する。点Ａによって形成される閉曲線では、先端側の勾配が小さくなることから、ビレットの肉厚圧下量が他の部分と比べて低くなる。
θ１＜θ２ ・・・（１）
ここで、点の先端側の勾配θ１は、当該点における外周面の接線のうちで当該点より先端側の外周面の接線とプラグ母材の中心線とがなす角度とし、点の後端側の勾配θ２は、当該点における外周面の接線のうちで当該点より後端側の外周面の接線とプラグ母材の中心線とがなす角度とする。

プラグ母材として、前記図２に示すような外周面１１が複数の分割面を軸方向に順に繋いで形成されるプラグ母材を採用できる。この場合、凹部１１ｚを、先端側Ｔの分割面の勾配θ１（図２参照、単位：°）、および、後端側Ｂの分割面の勾配θ２（図２参照、単位：°）が、前記（１）式の関係を満足する繋ぎ目とすることができる。ただし、分割面の勾配θ１およびθは、分割面とプラグ母材の中心線とがなす角度とする。また、分割面の勾配θ１およびθ２は、勾配が軸方向で変化する場合、当該繋ぎ目における接線の勾配とする。

分割面の繋ぎ目に凹部を有する場合、領域の境界を設定する凹部１１ｚは、ｄθが０．５°以上であるのが好ましい。ここで、ｄθは、θ２とθ１の差（θ２−θ１）である。ｄθが０．５°以上であれば、凹部におけるビレットの肉厚圧下量がより低くなり、皮膜の剥離をより抑制できる。一方、ｄθが２０°を超えると、肉厚圧下量の変化も大きくなることから、得られる素管の精度が悪化するおそれがある。このため、ｄθは２０°以下とするのが好ましい。

アーク溶射を行う領域の順序に特に制限はなく、領域の境界を凹部に設定すれば、皮膜の剥離を抑制できる。皮膜の剥離をより抑制する観点から、領域ごとのアーク溶射は、先に凹部の後端側の領域に行い、その後、凹部の先端側の領域に施すのが好ましい。これは、接続部において、後端側の皮膜上に先端側の皮膜が形成されるので、後端側の皮膜が先端側の皮膜に覆われることによる。

領域の区分は、前記図２に示すように、２つに区分する場合に限定されず、３つ以上の領域に区分してもよい。この場合、複数の領域の境界を、いずれも凹部に設定するのが好ましい。

プラグ母材は、前記図２に示すプラグ母材に限定されず、外周面に周方向に沿って凹部を有する限り、種々のプラグ母材を用いることができる。例えば、プラグ母材として、前述の特許文献２および３に記載されるプラグを採用してもよい。前述の特許文献２に記載されるプラグは、先端圧延部とワーク部との繋ぎ目に凹部を有する。また、前述の特許文献３に記載されるプラグは、前段圧延部と後段圧延部との繋ぎ目に凹部を有する。

前記図２に示すプラグ母材は、外径が一定である円筒部１１ｄを有するが、円筒部を有さないプラグ母材を採用してもよい。この場合、穿孔圧延に主に寄与する部分１１ａ〜１１ｃの後端側は、逃げ部１１ｅと繋がる。

プラグ母材の外周面１１の先端１１ｔは、前記図２に示すプラグ母材のように中心線まで伸びる場合に限定されず、平面状の先端面と繋げてもよい。

図３は、外周面の先端が平面状の先端面と繋がるプラグを用いる場合の本発明による処理フロー例を示す模式図であり、図３（ａ）はプラグ母材の形状を示す図、図３（ｂ）は第１領域の皮膜形成の終了後を示す断面図、図３（ｃ）は第２領域の皮膜形成の終了後を示す断面図、図３（ｄ）は先端面の皮膜形成の終了後を示す断面図である。図３には、プラグ母材１０と、アーク溶射皮膜２０ａおよび２０ｂとを示す。

図３（ａ）に示すプラグ母材では、外周面１１の先端１１ｔが平面状の先端面１２と繋がる。また、外周面１１は、第１〜第５の分割面１１ａ〜１１ｅを軸方向に順に繋いで形成される。また、第１〜第３の分割面１１ａ〜１１ｃにおいて、先端側Ｔから後端側Ｂに向かって外径が次第に大きくなる。そのうちの第１の分割面１１ａにおいて、断面形状は曲線状であり、勾配が軸方向で変化する。また、第２の分割面１１ｂおよび第３の分割面１１ｃの勾配は一定であり、それらの分割面の断面形状は線形テーパー状である。第４の分割面１１ｄは円筒部であり、第５の分割面１１ｅは逃げ部である。

このような分割面のうちで主に第１〜第３の分割面１１ａ〜１１ｃが穿孔圧延に寄与する。また、分割面の繋ぎ目のうちで、第２の分割面１１ｂと第３の分割面１１ｃとの繋ぎ目は、周方向に沿う凹部１１ｚとなる。

図３（ｂ）〜図３（ｄ）に示す処理フロー例では、プラグ母材の外周面を、後端側Ｂの第１領域Ｓ１と先端側Ｔの第２領域Ｓ２に区分する。その際、第１領域Ｓ１と第２領域Ｓ２の境界を凹部１１ｚに設定する。アーク溶射では、第１領域Ｓ１に皮膜２０ａを形成した後に第２領域Ｓ２に皮膜２０ｂを形成し、その後、先端面１２に皮膜２０ｃを形成する。

このようにアーク溶射工程で領域の境界を凹部に設定すれば、外周面の先端１１ｔが平面状の先端面１２と繋がる場合でも、接続部２０ｚでの皮膜の剥離を抑制でき、プラグ寿命を向上できる。

凹部１１ｚは、プラグ母材の外周面のうち、穿孔圧延に主に寄与する部分、換言すると、円筒部および逃げ部を除いて配置するのが好ましい。これは、穿孔圧延に主に寄与する部分に皮膜の接続部が位置する場合に、皮膜の剥離が発生し易いことによる。

溶射線材として、例えば、鉄線材(steel wire)を用いることができる。また、特許文献４に記載されるようなコアードワイヤを用いることもでき、そのコアードワイヤは、鉄製チューブ(steel sheath tube)と、その内部に充填される粉末とを備える。チューブの内部に充填される粉末は、例えば、ＺｒＯ_２粉末、または、ＢＮ粉末とすることができる。また、酸化鉄粉末(iron oxide powder)とすることができ、この場合、鉄粉末(steel powder)をさらに充填してもよい。

ここで、鉄線材は、例えば、炭素鋼（普通鋼）の線材であり、鉄製チューブは、例えば、炭素鋼（普通鋼）のチューブであり、鉄粉末は、例えば、炭素鋼（普通鋼）の粉末である。その炭素鋼は、典型的には、Ｆｅを主成分とし、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）および不純物からなる。炭素鋼は、普通鋼とも呼ばれ、タングステン（Ｗ）等の任意元素を含有していてもよい。

本発明のプラグの製造方法による効果を確認するため、プラグを作製し、そのプラグを用いて穿孔圧延を行った。

［プラグの作製］
プラグの作製では、先ず、ＪＩＳ規定の熱間工具鋼からなるプラグ母材を準備した。そのプラグ母材の外周面に、アーク溶射機によって鉄線材を粒子化して吹き付け、ＦｅおよびＦｅ酸化物からなる皮膜を形成した。その際、プラグ母材の外周面を後端側の領域と先端側の領域に区分し、後端側の領域に皮膜を形成した後、先端側の領域に皮膜を形成した。

本試験では、試験Ｎｏ．１〜７を設け、プラグ母材の形状と、第１領域と第２領域の境界位置とを変化させた。

図４は、試験Ｎｏ．１（比較例）の処理フローを示す模式図であり、図４（ａ）はプラグ母材の形状を示す図、図４（ｂ）は第１領域の皮膜形成の終了後を示す断面図、図４（ｃ）は第２領域の皮膜形成の終了後を示す断面図である。試験Ｎｏ．１では、プラグ母材の外周面１１を第１〜第３の分割面１１ａ〜１１ｃで構成した。第１の分割面１１ａの断面形状は曲線状であった。第２の分割面１１ｂは円筒部であり、第３の分割面１１ｃは逃げ部であった。これらの分割面のうちで主に第１の分割面１１ａが穿孔圧延に寄与する。

このように試験Ｎｏ．１では、凹部を有さないプラグ母材を用い、領域Ｓ１およびＳ２の境界を第１の分割面１１ａに設定した。皮膜の厚みの狙い値は、第１領域Ｓ１で３００μｍとし、第２領域Ｓ２で８００μｍとした。

試験Ｎｏ．２（本発明例）では、前記図２に示す処理フロー例に従って皮膜を形成した。具体的には、第１の分割面１１ａと第２の分割面１１ｂの繋ぎ目に凹部１１ｚを有するプラグ母材を用い、領域Ｓ１およびＳ２の境界を凹部１１ｚに設定した。凹部１１ｚにおいて、第１の分割面１１ａの勾配θ１は１０°、第２の分割面１１ｂの勾配θ２は２３．５°であった。皮膜の厚みの狙い値は、第１領域Ｓ１で３００μｍとし、第２領域Ｓ２で８００μｍとした。

図５は、試験Ｎｏ．３（比較例）の処理フローを模式的に示す断面図であり、図５（ａ）は第１領域の皮膜形成の終了後、図５（ｂ）は第２領域の皮膜形成の終了後をそれぞれ示す。図５に示すように、試験Ｎｏ．３のプラグ母材は、試験Ｎｏ．２と同様に凹部１１ｚを有する。試験Ｎｏ．３では、領域Ｓ１およびＳ２の境界を、試験Ｎｏ．２と異なり、凹部１１ｚに設定することなく、第２の分割面１１ｂに設定した。皮膜の厚みの狙い値は、試験Ｎｏ．２と同じとした。

試験Ｎｏ．４（本発明例）では、前記図３に示す処理フロー例に従って皮膜を形成した。具体的には、プラグ母材は、第１の分割面１１ａと第２の分割面１１ｂの繋ぎ目に凹部１１ｚを有し、外周面の先端１１ｔは平面状の先端面１２と繋げた。試験Ｎｏ．４では、領域Ｓ１およびＳ２の境界を凹部１１ｚに設定した。凹部１１ｚにおいて、第１の分割面１１ａの勾配θ１は６．５°、第２の分割面１１ｂの勾配θ２は７．５°であった。皮膜の厚みの狙い値は、第１領域Ｓ１で３００μｍとし、第２領域Ｓ２で６００μｍとし、先端面１２で８００μｍとした。

図６は、試験Ｎｏ．５（比較例）の処理フローを模式的に示す断面図であり、図６（ａ）は第１領域の皮膜形成の終了後、図６（ｂ）は第２領域の皮膜形成の終了後、図６（ｃ）は先端面の皮膜形成の終了後をそれぞれ示す。図６に示すように、試験Ｎｏ．５のプラグ母材は、試験Ｎｏ．４と同様に凹部１１ｚを有した。試験Ｎｏ．５では、領域Ｓ１およびＳ２の境界を、試験Ｎｏ．４と異なり、凹部１１ｚに設定することなく、第１の分割面１１ａに設定した。皮膜の厚みの狙い値は、試験Ｎｏ．４と同じとした。

図７は、試験Ｎｏ．６（本発明例）の処理フローを示す模式図であり、図７（ａ）はプラグ母材の形状を示す図、図７（ｂ）は第１領域の皮膜形成の終了後を示す断面図、図７（ｃ）は第２領域の皮膜形成の終了後を示す断面図、図７（ｄ）は先端面の皮膜形成の終了後を示す断面図である。試験Ｎｏ．６では、外周面１１が第１〜第６の分割面１１ａ〜１１ｆで構成されたプラグ母材を用いた。外周面１１の先端１１ｔは平面状の先端面１２と繋げた。主に第１〜第４の分割面１１ａ〜１１ｄが穿孔圧延に寄与し、第５の分割面１１ｅは円筒部、第６の分割面１１ｆは逃げ部であった。これらの分割面の繋ぎ目のうちで第２の分割面１１ｂと第３の分割面１１ｃの繋ぎ目が凹部１１ｚであった。第２の分割面１１ｂの勾配θ１は５°、第３の分割面１１ｃの勾配θ２は８°であった。

試験Ｎｏ．６では、アーク溶射の領域Ｓ１、Ｓ２の境界を凹部１１ｚに設定した。皮膜の厚みの狙い値は、第１領域Ｓ１で３００μｍとし、第２領域Ｓ２で６００μｍとし、先端面１２で８００μｍとした。

図８は、試験Ｎｏ．７（比較例）の処理フローを示す断面図であり、図８（ａ）は第１領域の皮膜形成の終了後、図８（ｂ）は第２領域の皮膜形成の終了後、図８（ｃ）は先端面の皮膜形成の終了後をそれぞれ示す。図８に示すように、試験Ｎｏ．７のプラグ母材は、試験Ｎｏ．６と同様に凹部１１ｚを有した。試験Ｎｏ．７では、試験Ｎｏ．６と異なり、領域Ｓ１およびＳ２の境界を凹部１１ｚに設定することなく、第１の分割面１１ａと第２の分割面１１ｂとの繋ぎ目に設定した。皮膜の厚みの狙い値は、試験Ｎｏ．６と同じとした。

いずれの試験でも、プラグの最大径は５７ｍｍとし、プラグの長さは、主に穿孔圧延に寄与する分割面の合計で１１４ｍｍとした。

［穿孔圧延］
各プラグをモデルミルによる穿孔圧延に繰り返して３回用いた。ビレットは、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼製とした。表１に、穿孔圧延の条件と、ビレットの寸法と、得られた素管の寸法を示す。

［評価指標］
３回の穿孔圧延の終了後に、プラグの皮膜の状態を目視で確認した。下記表２の「皮膜の状態」欄における記号の意味は次の通りである。
○：接続部での皮膜の剥離がなく、良好であったことを示す。
×：接続部での皮膜の剥離があり、不可であったことを示す。

［試験結果］
表２に試験Ｎｏ．と、試験区分と、皮膜の状態を示す。

表２より、試験Ｎｏ．１（比較例）では、凹部を有さないプラグを用い、皮膜の剥離が発生した。また、比較例の試験Ｎｏ．３、５および７では、いずれも、凹部を有するプラグを用いるとともに、領域の境界を凹部とすることなく、領域ごとにアーク溶射を行った。その結果、皮膜の剥離が発生した。

図９は、皮膜の剥離を示す写真である。図９には、試験Ｎｏ．１（比較例）で３回穿孔圧延を行った後のプラグを示し、皮膜が剥離した部位の一部を二点鎖線で囲んで示す。図９に示すように、後端側の皮膜２０ａと先端側の皮膜２０ｂとの接続部２０ｚを起点に、後端側の皮膜２０ａが部分的に剥離した。

一方、本発明例の試験Ｎｏ．２、４および６は、いずれも、凹部を有するプラグを用いるとともに、境界を凹部にして領域ごとにアーク溶射を行った。その結果、皮膜の剥離が発生しなかった。これらから、周方向に沿って凹部を有する母材を用いるとともに、領域の境界を凹部に設定して領域ごとにアーク溶射を行えば、接続部での皮膜の剥離を抑制できることが明らかになった。

本発明は、高合金鋼の継目無鋼管の製造に有効に利用できる。

１０：プラグ母材、 １１：外周面、 １１ａ〜１１ｆ：分割面、
１１ｔ：外周面の先端、 １１ｚ：凹部、 １２：先端面、
２０ａ〜２０ｃ：皮膜、 ２０ｚ：接続部、
Ｓ１、Ｓ２：区分された領域、 θ１、θ２：分割面の勾配、

Claims (2)

1. 継目無鋼管を製造する際に穿孔圧延機で使用されるプラグの製造方法であって、
   当該製造方法は、
   外周面に周方向に沿って凹部を有するプラグ母材を準備する工程と、
   アーク溶射によって溶射線材を前記プラグ母材の外周面に吹き付け、ＦｅおよびＦｅ酸化物を含有する皮膜を前記プラグ母材の外周面に形成するアーク溶射工程と、を含み、
   前記アーク溶射工程は、
   前記プラグ母材の外周面を軸方向に沿って複数の領域に区分し、前記領域の境界を前記凹部に設定する区分工程と、
   前記領域ごとにアーク溶射を施してアーク溶射皮膜の接続部を前記凹部に配置する工程と、を含む、プラグの製造方法。
2. 請求項１に記載のプラグの製造方法であって、
   前記プラグ母材は、前記外周面が複数の分割面を軸方向に順に繋いで形成され、かつ、前記分割面の繋ぎ目に前記凹部を有し、
   前記凹部となる前記繋ぎ目において、前記プラグの先端側に位置する分割面の勾配θ１（°）および前記プラグの後端側に位置する分割面の勾配θ２（°）が、下記（１）式を満足する、プラグの製造方法。
   θ１＜θ２ ・・・（１）

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