以下、図面を参照し、本発明の実施の形態� ��詳しく説明する。図中同一又は相当部分に� ��同一符号を付してその説明は繰り返さない� ��
1.第1の実施の形態

 [穿孔機の全体構成]

 図1及び図2を参照して、穿孔機10は、2つ� �コーン型傾斜ロール(以下、単に傾斜ロール� ��いう)1と、プラグ2とを備える。穿孔機10の� �側には、プッシャ装置3が配設され、穿孔機1 0の出側には、複数のHMD(Hot Metal Detector:熱鋼� ��知器)4が配設される。なお、図示していな� �が、穿孔機10とプッシャ装置3との間のパス� �インX-X上には、ビレット20を搬送するための トラフ又は複数の搬送ローラが配設される。

 2つの傾斜ロール1は、パスラインX-Xを挟� �で配置される。各傾斜ロール1は、パスライ� ��X-Xに対して、傾斜角δ及び交叉角γを有する 。プラグ2は2つの傾斜ロール1の間であって、 パスラインX-X上に配設され、その後端は、プ ラグ芯金21の先端に接続される。

 検知装置である2つのHMD4は、穿孔機10の出側 であって、傾斜ロール1の後端近傍に配設さ� �る。HMD4は、穿孔圧延された素管の先端が傾� ��ロール1間を通過したか否かを検知する。プ ッシャ装置3は、HMD4の検知結果に基づいて、� ��管の先端部が傾斜ロール1間を通過するまで ビレット20を押し進めることができ、かつ、� ��管先端部が傾斜ロール1間を通過した後、ビ レット20を押すのを停止することができる。
[プッシャ装置の構成]

 プッシャ装置3は、穿孔機10の入側前方に� ��パスラインX-Xに沿って配設される。プッシ� ��装置3は、シリンダ装置30と、接続部材33と� �プッシャ芯金34とを備える。シリンダ装置30� ��、シリンダ本体31と、シリンダ軸32とを備え る。シリンダ装置30は油圧式又は電動式であ� ��、シリンダ軸32を前進又は後退させる。シ� �ンダ軸32は中実の丸棒材であり、その横断面 形状は円形状である。

 プッシャ芯金34は棒状である。プッシャ� �金34の横断面形状は、たとえば、円形状又は 円環状である。つまり、プッシャ芯金34は、� ��実の棒材であってもよいし、中空の棒材で� ��ってもよい。プッシャ芯金34は、接続部材33 により、周方向に回転可能にシリンダ軸32と� ��続される。

 プッシャ装置3は、プッシャ芯金34の先端� ��ビレット20の後端に当接する。そして、シ� �ンダ軸32及びプッシャ芯金34を前進させる。� ��れにより、プッシャ装置3は、ビレット20を� ��方から押す。

 プッシャ装置3を用いたプッシャ穿孔圧延 の工程は以下のとおりである。まず、ビレッ ト20が、穿孔機10とプッシャ装置3との間のパ� ��ラインX-X上に配置される。続いて、プッシ� ��装置3がビレット20を押して、ビレット20を� �孔機10に向かって前進させる。これにより、 ビレット20は傾斜ロール1に噛み込まれる。こ のとき、プッシャ装置3はさらに、穿孔圧延� �れたビレット20の先端(すなわち、素管の先� �)が所定距離移動するまで、ビレット20を押� �進める。

 好ましくは、プッシャ装置3は、ビレット 20の先端が傾斜ロールに噛み込まれてから、� ��孔圧延されたビレット20の先端が傾斜ロー� �後端の間から抜け出るまで、つまり、穿孔� �延が定常状態になるまで、ビレット20の後端 を押し続ける。このとき、プッシャ芯金34の� ��動速度は、ビレット20の圧延方向進行速度� �上とするのが好ましい。

 このように、プッシャ穿孔圧延では、プ� ��シャ装置3によりビレット20を押し進めなが� ��穿孔圧延する。そのため、ビレット20の噛� �込み不良が抑制される。

 プッシャ装置3はさらに、ビレット20の横断� ��積(つまり、ビレット20の長手方向に垂直な� ��面)Sb(mm ² )、プッシャ芯金34の横断面積(つまり、プッ� �ャ芯金34の長手方向に垂直な断面)Sp(mm ² )、プッシャ芯金34の長さLp(mm)、シリンダ軸32� ��径Dc(mm)及びプッシャ穿孔圧延時におけるシ� ��ンダ軸先端の移動距離Lc(mm)が、以下の式(1)~ (3)を満たす。

 0.3≦Sp/Sb (1)

 Lp/Sp≦1.2 (2)

 Lc/Dc≦45 (3)

 プッシャ装置3は、上記(1)~(3)式を満たすこ� �により、上述のプッシャ穿孔圧延時におけ� �素管の偏肉の発生を抑制する。以下、各式(1 )~(3)について詳述する。
[式(1)について]

 式(1)中のプッシャ芯金34の横断面積Spは、 以下の方法で求める。プッシャ芯金34の任意1 0箇所で横断面積を求める。求めた10個の横断 面積の平均をSpとする。また、ビレット20の� �断面積Sbは以下の方法で求める。ビレット20� ��任意の10箇所で横断面積を求める。求めた10 個の横断面積の平均をSbとする。

 なお、プッシャ芯金34が中空の棒材であ� �場合、横断面形状は円環形状となるが、円� �形状の面積を横断面積として求める。

 式(1)を満たすことにより、素管の偏肉は� ��善される。その理由は定かではないが、以� ��の事項が推定される。すなわち、式(1)を満� ��すことにより、プッシャ穿孔圧延時にプッ� ��ャ芯金が偏心回転しにくくなる。そのため� ��ビレットの偏心回転が抑えられ、素管の偏� ��が抑制されると考えられる。

 図3に、Sp/Sbと素管の偏肉との関係を示す� ��図3のグラフは以下の試験により得られた。

 70mmの外径を有し、横断面積Sbが3846.5mm ² である複数の丸ビレットを準備した。準備さ れた複数のビレットは、いずれも、炭素含有 量が0.45質量%の炭素鋼である。表1に示す条件 で、各ビレットをプッシャ穿孔圧延し、素管 を製造した。

 表1を参照して、Lc及びDcは一定とし、式(3)� �満たした。また、プッシャ芯金長さLp(mm)と� �断面積Sp(mm ² )とが互いに異なるような複数のプッシャ芯� �を準備した。複数のプッシャ芯金は、いず� �もLp/Sp=1.0であり、式(2)を満たした。各プッ� �ャ芯金は、横断面形状が円環形状の中空の� �材とした。

 以上の条件で製造された素管の先端部の� ��肉を調査した。具体的には、素管の先端(ビ レットの2つの端部のうち、初めに穿孔され� �端部に相当)から長手方向に150mmの位置まで� �10mmピッチで測定位置を決定した。各測定位� ��の横断面で、周方向に等間隔の8箇所で肉厚 を測定した。測定された肉厚を用いて、式(4) に基づいて、各測定位置での偏肉率を算出し た。

 各測定位置での偏肉率=(Tmax-Tmin)/Tave×100(%)  (4)

 ここで、Tmaxは、8箇所で測定された複数� �肉厚のうち最大の肉厚、Tminは、測定された� ��数の肉厚のうち最小の肉厚、Taveは、測定さ れた8箇所の肉厚の平均である。各ビレット� �偏肉率(%)は、算出された各測定位置の偏肉� �の平均とした。

 また、プッシャ芯金の横断面積Spは以下� �方法で求めた。使用されたプッシャ芯金の� �意の10箇所で横断面積を求めた。求めた横断 面積の平均値をSpとした。ビレットの横断面� ��Sbは以下の方法で求めた。穿孔圧延される� �レットの任意の10箇所で横断面積を求めた。 求めた横断面積の平均値をSbとした。

 図3を参照して、Sp/Sbが大きくなるに従い� ��偏肉率は低下した。さらに、Sp/Sb=0.3を境に� ��曲線の傾きは大きく変化した。具体的には� ��Sp/Sbが大きくなり、Sp/Sb=0.3になるまでは、� �肉率は急速に低下した。その結果、Sp/Sb=0.3� �は偏肉率が4.5%未満にまで低下した。一方、S p/Sb=0.3より大きくなると、偏肉率の低下の度� ��いは緩やかになった。したがって、Sp/Sbは0. 3以上とした。

 なお、Sp/Sbが大きくなれば、プッシャ芯� �34の横断面積が大きくなるため、プッシャ装 置3は大型化しなければならない。プッシャ� �置の大型化は設備コストの増大につながる� �したがって、Sp/Sbの好ましい上限は1.0とする 。ただし、Sp/Sbが1.0を越えても、本発明の効� ��を得ることができる。

 図4は、Sp/Sbと素管先端の曲がりとの関係� ��示す図である。図4は、図3と同じ試験によ� �得られた各素管の曲がり量(mm)を測定した結� ��である。各素管の曲がり量は以下の方法に� ��り求めた。すなわち、素管先端から200mmの� �囲で、真直な鋼尺を素管表面に当て、鋼尺� �素管表面との間隙を周方向に測定した。測� �された間隙の最大値を曲がり量とした。

 図4を参照して、素管の曲がり量も偏肉と 同様の傾向を示した。すなわち、Sp/Sb=0.3以下 のとき、Sp/Sbが大きくなるに従い、曲がり量� ��急速に減少し、Sp/Sb=0.3において、曲がり量� ��1mm未満となった。一方、Sp/Sbが0.3を越えた� �合、曲がり量は緩やかに低下した。

 以上の結果より、Sp/Sbを0.3以上とするこ� �により、素管の偏肉及び曲がり量を抑制で� �る。具体的には、素管先端部の偏肉率を4.5%� ��満とすることができ、曲がり量を1mm未満と� ��ることができる。

 なお、上記説明では、プッシャ芯金34の� �断面形状は円形状又は円環状としたが、他� �形状であってもよい。たとえば、プッシャ� �金34は、横断面形状が矩形や多角形の中実の 棒材であってもよいし、横断面形状が矩形又 は多角形の中空の棒材であってもよい。これ らの形状であっても、式(1)を満たせば素管の 偏肉及び曲がりを抑制できる。

 [式(2)について]

 式(1)を満たすことに加え、Lp/Spを1.2以下� �することにより、素管の偏肉は改善される� �その理由は定かではないが、式(2)を満たす� �とにより、プッシャ穿孔圧延時におけるプ� �シャ芯金の偏心回転が抑制されるためと考� �られる。

 図5に、Lp/Spと素管の偏肉との関係を示す� ��図5のグラフは以下の試験方法で得られた。

 図3での試験と同様の寸法の複数のビレット を準備した。さらに、横断面が円環状であり 、横断面積Spが1963mm ² であり、長さLpが互いに異なる複数の中空プ� ��シャ芯金を準備した。準備された各プッシ� ��芯金をプッシャ装置に取り付け、表1に示す 条件でプッシャ穿孔圧延を実施した。このと き、Sp/Sb=0.51で式(1)を満たした。また、式(3)� �満たされていた。製造された各素管の偏肉� �(%)は、図3での試験の場合と同じ方法で求め� ��。

 図5を参照して、Lp/Spが小さくなるに従い� ��肉率は低下した。さらに、Lp/Sp=1.2を境に、� ��線の傾きは変化した。具体的には、Lp/Spが� �さくなり、1.2になるまで、偏肉率は急速に� �下し、4.5%未満となった。一方、Lp/Spが1.2以� �になると、偏肉率の低下の度合いは緩やか� �なった。したがって、Lp/Spは1.2以下とした。

 [式(3)について]

 式(1)及び(2)と同様に、式(3)を満たすこと� ��より素管の偏肉が改善される。その理由と� ��て、以下の事項が推定される。すなわち、� ��ッシャ穿孔圧延時におけるシリンダ軸32の� �端の移動距離Lcが長くなるほど、シリンダ本 体31から押し出されるシリンダ軸32の長さは� �きくなる。シリンダ本体31から押し出される シリンダ軸32の長さが大きいほど、シリンダ� ��32はたわみやすくなる。なぜなら、シリン� �軸32は、シリンダ本体から押されるとともに 、傾斜ロール1に噛み込まれたビレット20から も押されるからである。シリンダ軸32がたわ� ��ば、シリンダ軸32が偏心回転しやすくなる� �め、素管に偏肉が発生しやすくなると推定� �れる。

 Lc/Dcが45を越えると、素管の偏肉率が大き くなり、具体的には、偏肉率が4.5%以上とな� �。したがって、Lc/Dcは45以下とする。

 図1に示すように、プッシャ芯金34の先端� ��凸状に丸みを帯びている。先端が丸みを帯� ��ているため、プッシャ芯金34の先端がビレ� �ト20の後端と接触したときの接触面積は小さ い。そのため、プッシャ芯金34とビレット20� �の接触により生じる摩擦力を小さくするこ� �ができる。摩擦力が小さければ、プッシャ� �金34の偏心回転が抑制されるため、素管の偏 肉がより抑制される。なお、プッシャ芯金34� ��先端面が平坦であっても、式(1)~(3)を満たせ ば、本発明の効果は得られる。

 また、図1に示すように、2つの芯金ガイ� �部材5は、プッシャ芯金34を挟んで、互いに� �向して配置される。各芯金ガイド部材5とプ� ��シャ芯金34との間には、ある程度の隙間が� �けられる。芯金ガイド部材5は、プッシャ芯� ��34が偏心回転してパスラインX-Xからずれる� �とを抑制する。芯金ガイド部材5はなくても� ��いが、芯金ガイド部材5を配置すれば、プッ シャ芯金34が偏心回転することをある程度抑� ��できる。

 プッシャ芯金34及びシリンダ軸32の材質は特 に限定されず、ヤング率の大きい金属材料で あればよい。
2.第2の実施の形態

 プッシャ芯金は複数の部材から構成され� ��もよい。図6を参照して、第2の実施の形態� �よるプッシャ装置3は、プッシャ芯金34の代� �りにプッシャ芯金35を備える。

 プッシャ芯金35は、芯金先端部材36と、芯 金本体部材37とを備える。好ましくは、芯金� ��端部材36の長さは、芯金本体部材37の長さよ りも短い。

 図7を参照して、芯金先端部材36は、先端� ��361と、回動部362と、接続部363とを備える。� ��動部362は、内部にスラストローラベアリン� ��364及びニードルベアリング365を収納する。� ��動部362は、スラストローラベアリング364及� ��ニードルベアリング365により、先端部361を� ��方向に回転可能に保持する。接続部363は雄� ��じを有し、先端に雌ねじを有する芯金本体� ��材37に取り付けられる。これにより、芯金� �端部材36は、芯金本体部材37に固定される。

 図1に示したプッシャ芯金34は、接続部材3 3により周方向に回転可能に接続されている� �そのため、プッシャ穿孔圧延時に、傾斜ロ� �ル1に噛み込まれたビレット20が周方向に回� �を始めると、ビレット20に接触したプッシャ 芯金34も周方向に回転する。しかしながら、� ��ッシャ芯金34の重量が大きい場合、周方向� �回転しにくく、その回転速度が、ビレット20 の回転速度とずれる場合がある。この場合、 ビレット20の後端とプッシャ芯金34の先端と� �間に摩擦力が発生する。このような摩擦力� �プッシャ芯金34を偏心回転させるため、素管 に偏肉が発生する。

 これに対して、本実施の形態のプッシャ� ��金35は、芯金先端部材36と芯金本体部材37と� ��構成され、芯金先端部材36は周方向に回転� �能に芯金本体部材37に取り付けられる。芯金 先端部材36は、プッシャ芯金35全体よりも当� �に軽い。そのため、傾斜ロール1に噛み込ま� ��たビレット20が周方向に回転したとき、芯� �先端部材36もビレット回転方向と同じ方向に ほぼ同じ回転速度で容易に回転することがで きる。そのため、回転速度のずれに起因した 摩擦力の発生が抑制され、素管の偏肉が抑制 される。

 さらに、図7に示すように、芯金先端部361 の先端366は、凸状に丸みを帯びている。その ため、プッシャ芯金34がビレット20と当接し� �ときに生じる摩擦力を小さくすることがで� �る。なお、先端366は、凸条の丸みを帯びず� �、平坦であっても、上述の効果をある程度� �することができる。