專利名稱：無縫管的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無縫管的制造方法。
背景技術：
作為無縫管的制造方法，公知有曼內斯曼制管法，即通過穿孔機對加熱的圓鋼坯 進行穿孔軋制之后，通過芯棒式無縫管軋機、芯棒軋管機等進行延伸軋制，再通過定徑機等 進行定徑軋制得到無縫管。穿孔機通常是具有如下部件的穿孔機由筒型或錐型的一對主輥(也稱作“傾斜 輥”)構成的軋制輥；導塊、盤形輥、輥式導向件等導向部件；稱作頂頭的內表面限制工具。圖1是表示使用錐型傾斜輥的斜軋式穿孔機的例子的示意圖，圖2是表示圖1的 A-A線剖面圖的示意圖。圖3是示意性地表示頂頭形狀的圖。如圖1所示，在穿孔機中，例如一對主輥1以輥軸心線相對于作為被軋制材料的圓 鋼坯B的軋制線X-X分別形成交叉角、的方式相對配置。而且，如圖2所示，主輥1以相 對于軋制線X-X成傾斜角β的方式配置。圖2中未示出的另一個主輥1隔著軋制線X-X 向彼此相反的方向傾斜傾斜角β相對配置。對圓鋼坯B施加螺旋行進運動的主輥1與各 自的驅動裝置4直接連結，由此，主輥1能夠以輥軸心線為中線旋轉。另外，如圖2所示，圍繞軋制線相對配置有與主輥1錯開相位90°配置的一對盤形 輥2。一對盤形輥2被沿與被軋制材料的行進方向相同的方向以規(guī)定的速度旋轉驅動，對抑 制壁厚加工時的被軋制材料的外周長鼓出而形成圓形狀發(fā)揮重要的作用。頂頭3具有炮彈形狀，其基端部被支承在芯棒M的前端，并配置在軋制線X-X上。 至于頂頭3的材質，通常使用Cr-Ni系的低合金鋼，為了提高耐久性在使用前通過熱處理形 成有氧化皮膜。而且，如圖3所示，頂頭3例如主要由軋制部31、均整部32和退讓部33構成，均整 部32和退讓部33的交界成為最大直徑Pd。在軋制部31中，主要發(fā)揮對實心鋼材開孔的作 用，在均整部中，發(fā)揮使空心管坯的壁厚尺寸均勻、并且使空心管坯內表面平滑的作用。而 且，均整部32相對于頂頭軸心即圓鋼坯的軋制線具有半角θ ρ的角度(參照圖5)。在這樣構成的穿孔機中，加熱的圓鋼坯B在軋制線X-X上向圖中右方向供應，在通 過傾斜輥的間隙的期間通過主輥1和頂頭3 —邊施加壁厚加工一邊軋制。此時，圓鋼坯B 在軋制線X-X上螺旋行進移動，并通過頂頭3在其軸心部開孔，從而制成空心管坯。在通過穿孔機進行穿孔軋制時在空心管坯的內表面產生的凹凸部被下一工序的 延伸軋機的頂頭、芯棒式無縫管軋機的棒或芯棒軋管機的頂頭等內表面限制工具擠壓，發(fā) 展為褶皺缺陷(斑痕缺陷)。即，可以說在最終產品上產生微小的內表面缺陷的原因是起因 于穿孔機穿孔后的管坯內表面特性(粗糙度)。尤其，在燃料噴射管等內表面承受高壓力的無縫鋼管中，如果存在微小米粒狀的 缺陷，則管就會以缺陷為起點破裂，存在引發(fā)大事故等的危險性。雖然在管內徑大的情況下 能夠使用研磨機等機械去除內表面的缺陷，但是在管內徑小的情況下完全去除是困難的。即使假設能夠去除，增加修正工作量也是必然的，作為產品也有時留有去除部分的壁厚變
薄等問題。為了解決這種問題，本申請人在專利文獻1中公開了一種使用使頂頭的均整部的 氧化皮膜比軋制部的氧化皮膜薄的頂頭來制造無縫鋼管的方法。專利文獻1 日本特開平10-249412根據(jù)專利文獻1所述的發(fā)明，能夠防止產生米粒斑痕。但是，必須嚴密地調整氧化 皮膜的去除量，一旦放松管理皮膜厚度，使皮膜厚度過薄，則有時會引起均整部的燒結、頂 頭使用壽命降低等問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠通過提高穿孔軋制后的空心管坯的內表面特性 來抑制無縫管的褶皺缺陷的無縫管的制造方法。本發(fā)明人為了解決這種問題進行了專心研究，其結果發(fā)現(xiàn)了下述見解。圖4是表示與軋制線垂直的截面中的穿孔軋制過程的例子的示意圖。如圖4所示， 在穿孔軋制中，例如通過將被軋制材料5壓入由一對主輥1和頂頭3形成的空間中來對其 施加壁厚加工。之后，在錯開90°相位的位置通過盤形輥12抑制外徑凸起，再次實施由一 對主輥1和頂頭3進行的壁厚加工。通過反復操作，在被軋制材料5上開孔，并且限制其壁 厚。在此，有時在到達了圖4的用“a”表示的區(qū)域的被軋制材料5的內表面上，沿其周 向作用有壓縮力，產生褶皺。之后，被軋制材料5螺旋行進移動，當?shù)竭_了圖4的用“b”表 示的區(qū)域時，其外表面與主輥1接觸。此時，被軋制材料5受到外徑加工，因此在用“a”表 示的區(qū)域形成的內表面的褶皺加深。之后，當?shù)竭_圖4的用“C”表示的區(qū)域時，被軋制材料 5的內表面與頂頭3接觸。此時，褶皺沿周向被拉伸，發(fā)展為微小缺陷。本發(fā)明人調查完使被軋制材料的內表面特性變差的因素后，關于產生管內粗糙 化、尾端堵塞(意指在穿孔軋制結束時被軋制材料未從主輥脫離的狀態(tài)或者頂頭留在被軋 制材料后部的狀態(tài))等穿孔不良，得到了下述見解。(a)如果頂頭的均整次數(shù)Rn變多，則朝向被軋制材料的前進方向的推進力降低。其 結果，穿孔軋制結束時的速度下降，容易產生尾端堵塞等穿孔不良。但是，Δ θ (= θ ρ- θ r, 其中，θ"主輥的傾斜角為零的狀態(tài)下的軋制線和主輥表面所成的半角；θρ 軋制線和頂 頭的均整部所成的半角。)越大，在圓鑿輸出側的壓下量就越大，表面壓力變大難以產生穿 孔不良。其結果，增加了頂頭的均整次數(shù)Rn的自由度(主要是上限的自由度)。(b)如果頂頭的均整次數(shù)&變多，則對被軋制材料的軋制次數(shù)也相應變多，因此容 易降低穿孔管的內表面的粗糙度。Δ θ ( = θ ρ- θ r)越大，其粗糙度降低效果越大。其結 果，增加了頂頭的均整次數(shù)Rn的自由度(主要是下限的自由度)。(C)D2ZiD1越大，圓鑿輸出側的輥圓周速度就越增大，因此能夠抑制外徑在上述圖4 的“b”中示出的區(qū)域凸起。其結果，即使減少了頂頭均整次數(shù)Rn，也能夠抑制褶皺的產生， 從而增加了頂頭的均整次數(shù)Rn的自由度(主要是下限的自由度)。上述θ r是指主輥的傾斜角為零的狀態(tài)下的軋制線和主輥表面所成的半角(參照 圖5的“ θ /’)，θ ρ是指軋制線和頂頭的均整部所成的半角(參照圖5的“ θ /’)。另外，頂
4頭的均整次數(shù)Rn是通過下式求出。Rn = Lp/ ( π X d X tan β /2)其中，Lp是指均整部的長度(mm)，d是指通過下式求出的值，β是指主輥的傾斜角 )。d =(屯+幻 /2另外，上式的Cl1是指圓鋼坯的外徑(mm)，d2是指空心管坯的外徑。本發(fā)明是根據(jù)這種見解而成的，以下述〔1〕 〔4〕所示的無縫管的制造方法為主
匕
曰°〔1〕一種無縫管的制造方法，通過穿孔機對加熱到1300°C以下的圓鋼坯進行穿孔 軋制來制造無縫管，上述穿孔機在一對傾斜輥和一對導向部件之間沿軋制線配置有頂頭， 上述一對傾斜輥圍繞上述軋制線相對配置，上述一對導向部件圍繞上述軋制線相對配置， 上述無縫管的制造方法的特征在于，以滿足下式⑴ (3)的條件進行穿孔軋制-1. 0 < Δ θ . . . (1)Δ θ = θ ρ- θ r . · · (2)-0. 37 X Δ θ +1. 47 ^ Rn ^ 0. 37 X Δ θ +2. 67. . . (3)其中，上式中的各符號的意思如下θ “主輥的傾斜角為零的狀態(tài)下的軋制線和主輥表面所成的半角(° )；θ ρ:軋制線和頂頭的均整部所成的半角(° )；Rn 頂頭的均整次數(shù)(次)?！?〕一種無縫管的制造方法，通過穿孔機對加熱到1300°C以下的圓鋼坯進行穿孔 軋制來制造無縫管，上述穿孔機在一對傾斜輥和一對導向部件之間沿軋制線配置有頂頭， 上述一對傾斜輥圍繞上述軋制線相對配置，上述一對導向部件圍繞上述軋制線相對配置， 上述無縫管的制造方法的特征在于，以滿足下式⑴、⑵和(4)的條件進行穿孔軋制-1. 0 < Δ θ . . . (1)Δ θ = θ ρ- θ r ... (2)-0· 24 X Δ θ +1. 73 ^ Rn ^ 0. 37 X Δ θ +2. 67. . . (4)其中，上式中的各符號的意思如下θ “主輥的傾斜角為零的狀態(tài)下的軋制線和主輥表面所成的半角(° )；θ ρ:軋制線和頂頭的均整部所成的半角(° )；Rn 頂頭的均整次數(shù)(次)?！?〕根據(jù)上述〔1〕或〔2〕所述的無縫管的制造方法，其特征在于，進一步以滿足下式(5)的條件進行穿孔軋制-1. 37XD2/D1+2. 74 ^ Rn · · · (5)其中，上式中的各符號的意思如下D1 主輥圓鑿部的輥直徑(mm)；D2 頂頭最大徑部處的主輥外徑(mm)；Rn 頂頭的均整次數(shù)(次)。
〔4〕根據(jù)上述〔1〕或〔2〕所述的無縫管的制造方法，其特征在于，進一步以滿足下式(6)的條件進行穿孔軋制-1. 25XD2/D1+2. 88 ^ Rn · · · (6)其中，上式中的各符號的意思如下D1 主輥圓鑿部的輥直徑(mm)；D2 頂頭最大徑部處的主輥外徑(mm)；Rn 頂頭的均整次數(shù)(次)。另外，在本發(fā)明中，均整部是指滿足下述(A) (C)中任一條件的部位。(A)根據(jù)下式求出的壁厚加工度為5%以下的部位壁厚加工度=(G1-G2)/G1X 100 (% )其中，式中的各符號的意思如下G1 與頂頭相應的部位開始處的頂頭和輥的距離(mm)；G2 與頂頭相應的部位結束處的頂頭和輥的距離(mm)。(B)頂頭的最大徑部的進入側附近的部位。(C)在與均整部相當?shù)牟糠譀]有曲率的情況下，根據(jù)下式求出的面角差為2°以 下的部位面角差=與頂頭相應的部位的面角-輥輸出側面角(° )其中，“與頂頭相應的部位開始處”例如是指圖3的標號31和標號32的交界線的 位置，“與頂頭相應的部位結束處”例如是指圖3的標號32和標號33的交界線的位置。根據(jù)本發(fā)明，能夠改善穿孔軋制后的空心管坯的內表面特性，從而能夠抑制穿孔 軋制后實施延伸軋制和定徑軋制得到的無縫管的褶皺缺陷。


圖1是表示使用錐型傾斜輥的斜軋式穿孔機的例子的示意圖；圖2是表示圖1的A-A線剖面圖的示意圖；圖3是示意性地表示頂頭形狀的圖；圖4是表示與軋制線垂直的截面中的穿孔軋制過程的例子的示意圖；圖5是表示傾斜角β為零的狀態(tài)下的主輥和頂頭的示意圖；圖6是表示Δ θ和Rn的關系的圖；圖7是表示D2ZiD1和Rn的關系的圖。標號說明1、主輥；2、盤形輥；3、頂頭；31、軋制部；32、均整部；33、退讓部；4、驅動裝置；5、 被軋制材料；B、圓鋼坯(鋼坯)。
具體實施例方式至于在本發(fā)明所涉及的無縫鋼管的制造方法中所使用的穿軋機，可以使用以往所 用的穿孔機。即，能夠使用圍繞軋制線相對配置的一對傾斜輥和一對導向部件之間沿軋制 線配置頂頭并具有導塊、盤形輥、輥式導向件等普通導向部件的穿孔機。另外，對于頂頭的 形狀也沒有特別的限制，例如可使用如上述圖3所示那樣具有軋制部31、均整部32和退讓部33并均整部32和退讓部33的交界成為最大直徑的頂頭。另外，至于導向部件，盤形輥能夠在軸向上提高材料速度因此優(yōu)選使用盤形輥。另 外，至于主輥，優(yōu)選使用錐型形狀的輥。供穿孔軋制的圓鋼坯需要加熱到1300°C以下。一旦超過1300°C，就會產生由圓鋼 坯內表面的熔融引起的內表面缺陷，因此管的內表面特性變差。一旦圓鋼坯的溫度過低，則 變形阻力過度變大，從而不能實施穿孔軋制，或者頂頭等其他制造設備的使用壽命顯著下 降。因而，圓鋼坯的溫度優(yōu)選設為1150°C以上。在此，在下式(a)中定義的Δ θ需要設為-1. 0以上。Δ θ = θ ρ- θ r . . . (a)其中，上式中的各符號的意思如下。θ “主輥的傾斜角為零的狀態(tài)下的軋制線和主輥表面所成的半角(° )；θ ρ:軋制線和頂頭的均整部所成的半角(° )。S卩，關于穿孔軋制后的空心管坯的內表面，雖然通過增加頂頭均整次數(shù)Rn而變得 平滑，但是根據(jù)頂頭面角θ ρ對主輥的出口面角θ ^的組合，在平滑度不夠充分的情況下， 有時會產生尾端堵塞、壁厚偏差率大等不良情況。上述Δ θ越小該傾向越強，在Δ θ小 于-1. 0的情況下，即使增加頂頭均整次數(shù)Rn，也不能使穿孔軋制后的空心管坯的內表面變 得平滑。因而，將Δ θ設為-1.0以上。另一方面，如果頂頭均整次數(shù)Rn過小則穿孔軋制后的空心管坯的內表面的表面粗 糙度變大，但是如果頂頭均整次數(shù)Rn過大則容易產生尾端堵塞的問題。不過，如果Δ θ變 大，則不容易產生上述的任何問題。這是因為如果△ θ變大，則由于在圓鑿輸出側的壓下 量變大，表面壓力變高，從而不容易產生穿孔不良。即，能夠使在均整部下的加工集中在后 半部，從而即使是相同的頂頭均整次數(shù)，也能夠得到內表面特性良好的空心管坯。因而，頂 頭均整次數(shù)Rn與△ θ的關系需要滿足下式(b)的關系。更優(yōu)選的是滿足下式(bl)的關 系。-0. 37 X Δ θ +1. 47 ^ Rn ^ 0. 37 X Δ θ +2. 67. . . (b)-0· 24X Δ θ +1. 73 ^ Rn ^ 0. 37X Δ θ +2. 67. . . (bl)優(yōu)選的是，頂頭均整次數(shù)Rn進一步滿足下式(c)。更優(yōu)選的是滿足下式(d)。-1. 37XD2/D1+2. 74 ^ Rn. . . (c)-1. 25XD2/D1+2. 88 ^ Rn. . . (d)其中，上式中的各符號的意思如下。D1 主輥圓鑿部的輥直徑(mm)；D2 頂頭最大徑部處的主輥外徑(mm)。穿孔軋制后的空心管坯的內表面粗糙度容易受到主輥輸出側處的輥徑的影響。如 果設定為頂頭最大徑部處的主輥外徑D1大于主輥圓鑿部的輥直徑D2,則容易緩和作用于被 軋制材料的內表面的周向的壓縮變形，其結果，容易抑制管內表面的褶皺。如上所述，雖然 如果△ θ變小則難以使管內表面平滑，但是通過將D2ZiD1和Rn的關系設定為滿足上式(c) 所示的條件，能夠改善管內表面的表面粗糙度。通過將D2ZiD1和Rn的關系設定為滿足上式 (d)所示的條件，能夠進一步改善管內表面的表面粗糙度。本發(fā)明所涉及的無縫管的制造方法，也可以應用于金屬管、普通鋼管、低合金鋼管、高合金鋼管等任意管的制造，尤其適于制造對內表面的褶皺缺陷的規(guī)格嚴的汽車構件 用鋼管等。實施例1關于具有表1所示的化學組成的鋼種，自通過開坯軋制將連續(xù)鑄造制造的鋼坯加 工成Φ225的圓鋼坯的中心部切削出Φ70的圓鋼坯，作為試驗材。至于導向部件，使用盤 形輥，改變主輥形狀和頂頭形狀以表2或表3所示的制造條件進行穿孔軋制，并測量空心管 坯內表面的粗糙度(JIS-0601標準中所定義的最大高度Rz)。[表1]表 權利要求
一種無縫管的制造方法，通過穿孔機對加熱到1300℃以下的圓鋼坯進行穿孔軋制來制造無縫管，上述穿孔機在一對傾斜輥和一對導向部件之間沿軋制線配置有頂頭，上述一對傾斜輥圍繞上述軋制線相對配置，上述一對導向部件圍繞上述軋制線相對配置，上述無縫管的制造方法的特征在于，以滿足下式(1)～(3)的條件進行穿孔軋制 1.0＜Δθ...(1)Δθ＝θp θr...(2) 0.37×Δθ+1.47≤Rn≤0.37×Δθ+2.67...(3)其中，上式中的各符號的意思如下θr主輥的傾斜角為零的狀態(tài)下的軋制線和主輥表面所成的半角(°)；θp軋制線和頂頭的均整部所成的半角(°)；Rn頂頭的均整次數(shù)(次)。
2.一種無縫管的制造方法，通過穿孔機對加熱到1300°C以下的圓鋼坯進行穿孔軋制 來制造無縫管，上述穿孔機在一對傾斜輥和一對導向部件之間沿軋制線配置有頂頭，上述 一對傾斜輥圍繞上述軋制線相對配置，上述一對導向部件圍繞上述軋制線相對配置，上述 無縫管的制造方法的特征在于，以滿足下式⑴、⑵和⑷的條件進行穿孔軋制 -1. 0 < Δ θ ... (1) Δ θ = θ ρ- θ r ... (2)-0· 24 X Δ θ +1. 73 ^ Rn ^ 0. 37 X Δ θ +2. 67. . . (4) 其中，上式中的各符號的意思如下θ “主輥的傾斜角為零的狀態(tài)下的軋制線和主輥表面所成的半角(° )； θ ρ:軋制線和頂頭的均整部所成的半角(° )； Rn:頂頭的均整次數(shù)(次)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的無縫管的制造方法，其特征在于， 進一步以滿足下式(5)的條件進行穿孔軋制-1. STXD2ZD^. 74 ^ Rn …(5) 其中，上式中的各符號的意思如下 D1 主輥圓鑿部的輥直徑(mm)； D2 頂頭最大徑部處的主輥外徑(mm)； Rn:頂頭的均整次數(shù)(次)。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的無縫管的制造方法，其特征在于， 進一步以滿足下式(6)的條件進行穿孔軋制-1. 25 X D2ZD^. 88 ^ Rn · · · (6) 其中，上式中的各符號的意思如下 D1 主輥圓鑿部的輥直徑(mm)； D2 頂頭最大徑部處的主輥外徑(mm)； Rn:頂頭的均整次數(shù)(次)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種無縫管的制造方法。通過穿孔機對加熱到1250℃以下的圓鋼坯進行穿孔軋制來制造無縫管，上述穿孔機在一對傾斜輥和一對導向部件之間沿軋制線配置有頂頭，上述一對傾斜輥圍繞上述軋制線相對配置，上述一對導向部件圍繞上述軋制線相對配置，以滿足下式(1)～(3)的條件進行穿孔軋制-1.0＜Δθ...(1)，Δθ＝θp-θr...(2)，-0.37×Δθ+1.47≤Rn≤0.37×Δθ+2.67...(3)，其中，上式中的各符號的意思如下θr主輥的傾斜角為零的狀態(tài)下的軋制線和主輥表面所成的半角(°)；θp軋制線和頂頭的均整部所成的半角(°)；Rn頂頭的均整次數(shù)(次)。由此，能夠抑制無縫管的褶皺缺陷。
文檔編號B21B19/04GK101980802SQ200980110780
公開日2011年2月23日 申請日期2009年2月27日 優(yōu)先權日2008年3月27日
發(fā)明者下田一宗, 山川富夫, 稻毛孝光 申請人:住友金屬工業(yè)株式會社