專利名稱：無縫熱軋鋼管的制造方法和實(shí)施該方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1的前序部分所述的方法用以制造無縫熱軋鋼管。
背景技術(shù)：
按照Brüder Mannesmann的發(fā)明由一加熱的坯料制成一厚壁的空心管件，已提供不同的建議，將該空心管件以相同的溫度在另一熱加工階段延伸，對(duì)此關(guān)鍵詞是連續(xù)軋管法、用頂管機(jī)軋制無縫鋼管法、芯棒軋管法和皮格爾式周期軋管方法(鋼管手冊，第10版，III.制造方法，Vulkan出版社，埃森1986年)。
全部所述的方法對(duì)于不同的尺寸范圍和材料具有其優(yōu)點(diǎn)，其中也有交叉。對(duì)于中等的尺寸范圍5至18英寸采用連續(xù)和芯棒軋制方法，對(duì)于尺寸范圍達(dá)26英寸采用皮格爾式周期軋管方法。對(duì)于在＞30mm范圍內(nèi)的較厚的壁連續(xù)和芯棒軋制方法或多或少是適用的，而皮格爾式周期軋管方法雖然對(duì)壁厚不成問題，但在制造節(jié)拍方面是緩慢的。全部所述方法中不利的是在尺寸變換時(shí)或多或少長的改裝時(shí)間。
表明由一加熱的坯料制造無縫管的特征是三個(gè)步驟沖孔-延伸-縮徑軋制(H.Biller無縫管的軋制-方法選擇的問題，鋼和鐵106(1986)No.9，第431-437頁)。
較長時(shí)期以來人們已試圖節(jié)省一個(gè)步驟，以便降低制造和設(shè)備成本。這些努力至今實(shí)質(zhì)上成效不大。
DE 1 908 961 A1公開一種方法用以由在連續(xù)鑄造中制成的空心體制造無縫管。在該已知方法中將鑄錠分割并借助一內(nèi)部工具和熱輥鍛預(yù)延伸各相應(yīng)的分件。接著將預(yù)延伸的分件在一連續(xù)的軋鋼機(jī)上軋制成一預(yù)制管(管坯)并通過后續(xù)的延伸縮徑由其生產(chǎn)一成品管，該建議的方法擬在由在連續(xù)鑄錠中制成的空心體制造小直徑的管的大量生產(chǎn)中應(yīng)用。該建議應(yīng)該有助于克服預(yù)延伸時(shí)斜輥的強(qiáng)的負(fù)荷的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種用于無縫熱軋鋼管的制造方法，其對(duì)于5至30英寸外徑的尺寸范圍和對(duì)于5至＜16英寸外徑范圍壁厚≥0.1×外徑、對(duì)于16至30英寸外徑范圍壁厚≥40mm、也對(duì)于小批量生產(chǎn)在產(chǎn)量和生產(chǎn)率方面比已知的方法更優(yōu)越。
該目的根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分結(jié)合其特征部分來達(dá)到。有利的進(jìn)一步構(gòu)成是諸從屬權(quán)利要求的主題。
按照本發(fā)明的教導(dǎo)，在應(yīng)用一插入空心坯件的內(nèi)部工具和一鍛造機(jī)的至少兩個(gè)作用到空心坯件的外表面上的鍛造瓦塊的情況下，通過一徑向鍛造過程形式的成型步驟取代至今已知的第二和第三以軋制為特征的成型步驟(延伸軋制和縮徑軋制)，其中使空心坯件周期地在鍛造瓦塊的空行程的階段中旋轉(zhuǎn)和軸向移動(dòng)。根據(jù)控制的方式可以同時(shí)或時(shí)間上位錯(cuò)地實(shí)施空心坯件的旋轉(zhuǎn)和軸向推進(jìn)。
建議的方法的優(yōu)點(diǎn)是，也可最好地制造厚壁的管并且改裝時(shí)間是不長的。類似于皮格爾式的在通過鍛造的延伸過程中即使對(duì)很厚的壁的管仍可達(dá)到高的延伸作用。因此即使在厚壁的管中也可具有大的管長度。
另一優(yōu)點(diǎn)可看出在于，在絕大多數(shù)的情況下可以省去其他需要的后接的定徑軋機(jī)，因?yàn)樵谕ㄟ^鍛造的延伸過程以后這樣生產(chǎn)的熱軋管具有成品管質(zhì)量。
建議的鍛造過程在不用兩個(gè)、而用總共四個(gè)鍛造瓦塊時(shí)則是特別有效的和在質(zhì)量上有利的，它們在一平面內(nèi)同步作用到空心坯件的外表面上。為了特別是更好地分配熱負(fù)荷，可以有利的是，使內(nèi)部工具在鍛造過程中沿軸向推進(jìn)的同一方向或相反方向運(yùn)動(dòng)。
在大的延伸率(＞4)和小的壁厚(＜30mm)時(shí)可以必需的是，在鍛造之前在空心坯件內(nèi)涂覆例如磷酸鹽或石墨基的分離劑和潤滑劑。借此避免鍛造的空心坯件在內(nèi)部工具上發(fā)生固結(jié)。
第一成型步驟選擇地可以是一沖孔過程或一借助于斜輥的沖孔。在沖孔過程以后切斷或沖穿底部。可以經(jīng)由火焰切割或熱鋸實(shí)現(xiàn)切斷。將通過沖孔過程或借助于斜輥的沖孔生產(chǎn)的空心坯件在其通過鍛造得到其成品管尺寸以前可以直接鍛造或通過后接的斜輥預(yù)延伸。
在該處理方法中可以取消在沖孔過程以后切斷或沖穿底部。對(duì)于斜輥使用一兩輥機(jī)或三輥機(jī)。按照預(yù)處理清除外表面和/或內(nèi)表面的氧化皮是有利的。
鍛造的成品管在通常的校準(zhǔn)步驟，如定長切斷、肉眼檢驗(yàn)、打標(biāo)記等以后或是立即可交貨的或首先經(jīng)受熱處理和/或無損傷的試驗(yàn)。熱處理可以是正火或調(diào)質(zhì)。按照直線度要求需要校準(zhǔn)。同樣在相應(yīng)的交貨要求中需要外表面的全面磨削或另一適當(dāng)?shù)那邢骷庸?，以便消除因鍛造過程引起的小的不平度。
所使用的原坯料或者是一連續(xù)鑄造棒的一部分、優(yōu)選一連續(xù)鑄造圓棒或是一鑄錠(金屬錠)。按照應(yīng)用的沖孔過程在難于可成型的材料的情況下需要連續(xù)鑄錠通過軋制或鍛造的預(yù)成型。原坯料的加熱按已知的方式在一日轉(zhuǎn)式加熱爐中或在一步進(jìn)式爐中實(shí)現(xiàn)。對(duì)于大的重量也可設(shè)想其他的加熱爐，例如均熱爐。
實(shí)施該方法的裝置的特征在于一徑向鍛造機(jī)，其具有一鍛造機(jī)架和至少兩個(gè)在其中可更換設(shè)置的鍛造瓦塊。空心坯件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和軸向推進(jìn)通過各一個(gè)在輸入側(cè)和在輸出側(cè)設(shè)置的操作機(jī)來實(shí)現(xiàn)。為了將可能的校準(zhǔn)耗費(fèi)減至最小已證明有利的是，至少在輸出側(cè)在操作機(jī)與鍛造機(jī)架之間設(shè)置一導(dǎo)軌。這確保，將離開鍛造機(jī)架的鍛造的成品管盡可能保持在中心線上。
原則上利用直的鍛造瓦塊的鍛造過程是可能的，但當(dāng)每一鍛造瓦決在面向工件的側(cè)面上朝縱剖面看具有一逐漸變窄的入口部分與一緊接其后的平滑部分時(shí)，決定性改善表面質(zhì)量。朝橫剖面看入口區(qū)域具有一凹形的曲率，其中在相應(yīng)的橫剖面內(nèi)的半徑總是大于處于嵌接的空心坯件的實(shí)際的半徑。通過在橫剖面內(nèi)的較大的曲率避免一夾緊效應(yīng)。但不必為空心坯件的每一輸入直徑提供一單獨(dú)的鍛造瓦塊組，相反利用一組就可覆蓋一不同的輸入直徑的范圍。
內(nèi)直徑和內(nèi)輪廓沿鍛造的成品管的長度看基本上通過內(nèi)部工具的型式、優(yōu)選以圓柱形芯棒的形式來確定。
插入一輕微圓錐形的芯棒增大鍛造的成品管與內(nèi)部工具之間的間隙，從而便于從內(nèi)部工具中抽出成品管。但錐度只允許是微小的，因?yàn)榉駝t以不允許的方式沿長度改變了壁厚。
一有臺(tái)階的芯棒的應(yīng)用可以有利地用于制造具有變厚的末端的管軸。根據(jù)臺(tái)階的方式由一空心坯件制造多個(gè)管軸也是可能的。然后將各個(gè)分開。
另一應(yīng)用領(lǐng)域是制造以整體連接的形式的螺紋管。在所謂插接管中也存在可能性，即直接利用待鍛接的套管代替其單獨(dú)的制造。


借助兩個(gè)簡化的視圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明的方法。其中圖1示出按本發(fā)明的方法，包括一沖孔裝置(斜輥)；圖2示出按本發(fā)明的方法，包括一沖孔裝置(斜輥)和一后接的預(yù)延伸裝置(延伸軋機(jī))；圖3一處于嵌接的空心坯件的縱剖視圖；圖4沿圖3中的A-A方向的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1作為簡化的視圖示出本發(fā)明的方法，包括只一個(gè)沖孔裝置作為第一成型步驟。示例性地將一由連續(xù)鑄造鋼棒中分開的坯料1裝入一回轉(zhuǎn)式加熱爐2中并加熱到成型溫度例如1250℃。在加熱和離開回轉(zhuǎn)式加熱爐2以后將加熱的坯料經(jīng)由一輥道3送給一沖孔裝置。
在該實(shí)施例中沖孔裝置構(gòu)成為包括兩個(gè)斜輥5、5′的斜輥軋機(jī)4。一內(nèi)部工具屬于此裝置，其包括一沖孔芯棒6和一固定桿7。由于借助于斜輥沖孔是充分已知的，省去對(duì)其更詳細(xì)的進(jìn)一步說明。
通過沖孔由坯料1生產(chǎn)一空心坯件8，該空心坯件經(jīng)由一橫向輸送9到達(dá)鍛造機(jī)10。通過徑向鍛造的接著的延伸過程按照本發(fā)明構(gòu)成其他的通常的第二和第三成型步驟的組合而代替其他通用的軋制，它們?yōu)檫B續(xù)軋管法、芯棒軋管法或皮格爾式周期軋管法后接縮徑軋輥。
在移入一優(yōu)選圓柱形芯棒形式的內(nèi)部工具11以后，將空心坯件8通過一在輸入側(cè)設(shè)置的操作機(jī)13沿著通過鍛造機(jī)架14輸送并同時(shí)旋轉(zhuǎn)。在鍛造瓦塊的空行程的階段周期地同時(shí)或時(shí)間上位錯(cuò)地實(shí)現(xiàn)這樣的旋轉(zhuǎn)和軸向推進(jìn)。
在輸出側(cè)，一第二操作機(jī)12隨后承接成品管16，以便可以導(dǎo)致鍛造過程結(jié)束。圖中只簡化示出鍛造機(jī)并且其中具有未示出的周圍嵌接空心坯件8的各個(gè)鍛造瓦塊，其作用到外表面上，以便通過縮小外徑和壁厚延伸空心坯件8。
在通過鍛造的延伸過程以后將熱軋管16按箭頭15輸入到精整作業(yè)線，以便在那里準(zhǔn)備好裝運(yùn)。精整通常包括定長切斷、肉眼檢查、打標(biāo)記和按需要首先實(shí)施的熱處理和/或無損傷的試驗(yàn)。由于場地原因，示出的熱軋管16短于其相應(yīng)的伸長。
示例性地按圖1中所示的加工過程由一具有尺寸406mm圓的和長度2.8m的坯料1在沖孔以后制成一尺寸390外徑×123mm壁厚且長度3.5m的空心坯件8。在鍛造以后，熱軋管16具有203mm的外徑與50mm的壁厚和15m的長度。
圖2示出按圖1的方法的一個(gè)變型方案，其中相同的部件選擇相同的附圖標(biāo)記。第一成型步驟直到制成一空心坯件8與圖1中所說明的成型步驟是完全相同的。在通過鍛造的延伸過程之前設(shè)置第二成型步驟，但仍是一預(yù)延伸裝置，所謂延伸軋機(jī)。在該實(shí)施例中延伸軋機(jī)也構(gòu)成為斜輥軋機(jī)包括兩個(gè)斜輥18、18′和一內(nèi)部工具，其包括一連接于一固定桿20的塞頭19。
離開沖孔裝置的空心坯件8經(jīng)由一橫向輸送9供給延伸軋機(jī)17輸入側(cè)。通過斜輥預(yù)延伸空心坯件8并制成一縮小到壁厚的空心坯件8′。空心坯件8′的直徑在預(yù)延伸以后可以是相同的、更小的或更大的。
此后將空心坯件8′經(jīng)由一橫向輸送9′供給已在圖1中說明的鍛造機(jī)10。由于接著的步驟是完全相同的省去重復(fù)。
示例性地按圖1中所示的加工過程由一具有尺寸500mm圓的和長度4m的坯料1在沖孔以后制成一尺寸500mm外徑×180mm壁厚且長度4.3m的空心坯件8。
在通過延伸軋機(jī)以后，提供一具有尺寸480mm外徑×120mm壁厚且5.8m長度的空心坯件8′。
圖3示出一處于嵌接的待鍛造的空心坯件8的縱剖視圖，該空心坯件從左邊進(jìn)入鍛造機(jī)并且在右邊作為熱軋管16離開鍛造機(jī)。在該實(shí)施例中在鍛造區(qū)域內(nèi)在外面上四個(gè)鍛造瓦塊21、21′、21″、21和在內(nèi)面一圓柱形芯棒22配合作用。芯棒22通過一固定桿23固定位置，但也可以按選擇使其在鍛造過程中軸向前后移動(dòng)。
旋轉(zhuǎn)箭頭24和軸向箭頭25說明，在鍛造瓦塊21-21的空行程期間使空心坯件8旋轉(zhuǎn)和軸向繼續(xù)移動(dòng)。
每一鍛造瓦塊21-21的縱剖面內(nèi)具有一主要成錐形構(gòu)成的入口部分26和一緊接其后的平滑部分27。入口部分26也可以是輕微凸起彎曲的。
朝橫截面看(圖4)全部的鍛造瓦塊21-21具有一凹的曲面。通常該曲面為一圓弧，其半徑大于待鍛造的零件的實(shí)際的半徑。
圖3和4中標(biāo)出運(yùn)動(dòng)箭頭28說明相應(yīng)的鍛造瓦塊21-21的徑向行程。
附圖標(biāo)記清單1 坯料2 回轉(zhuǎn)式加熱爐3、3′ 輥道4 斜輥軋機(jī)5、5′ 斜輥6 沖孔芯棒7 固定桿8 空心坯件9、9′ 橫向輸送10 鍛造機(jī)11 內(nèi)部工具12 操作機(jī)，輸出側(cè)13 操作機(jī)，輸入側(cè)14 鍛造機(jī)架15 輸送箭頭16 熱軋管17 延伸軋機(jī)18、18′斜輥19 塞頭20 固定桿21、21′、22″、22鍛造瓦塊22 芯棒23 固定桿24 旋轉(zhuǎn)箭頭25 軸向箭頭26 入口部分27 平滑部分28 運(yùn)動(dòng)箭頭
權(quán)利要求
1.無縫熱軋鋼管的制造方法，其中從一加熱到成型溫度的坯料開始在第一成型步驟中通過沖孔制成一厚壁的空心坯件，其接著以相同的溫度在第二成型步驟中通過軋制在直徑和壁厚的改變下延伸成預(yù)制管(管坯)并且在第三成型步驟中通過縮徑軋制由其制成一成品管；其特征在于，在使用一插入空心坯件的內(nèi)部工具和一鍛造機(jī)的至少兩個(gè)作用到空心坯件的外表面上的鍛造瓦塊的情況下，通過一徑向鍛造過程形式的成型步驟取代第二和第三以軋制為特征的成型步驟，其中使空心坯件周期地在鍛造瓦塊的空行程的階段旋轉(zhuǎn)和軸向移動(dòng)。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，同時(shí)或時(shí)間上位錯(cuò)地進(jìn)行空心坯件的旋轉(zhuǎn)和軸向推進(jìn)。
3.按照權(quán)利要求1和2所述的方法，其特征在于，使用四個(gè)鍛造瓦塊，這些鍛造瓦塊在一平面內(nèi)同步作用到空心坯件的外表面上。
4.按照權(quán)利要求1-3所述的方法，其特征在于，內(nèi)部工具在鍛造過程中停止不動(dòng)。
5.按照權(quán)利要求1-3所述的方法，其特征在于，使內(nèi)部工具在鍛造過程中沿軸向推進(jìn)的同一方向運(yùn)動(dòng)。
6.按照權(quán)利要求1-3所述的方法，其特征在于，使內(nèi)部工具在鍛造過程中相反于軸向推進(jìn)的方向運(yùn)動(dòng)。
7.按照權(quán)利要求1-6之一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在開始徑向鍛造過程之前在空心坯件的內(nèi)面上涂覆一分離劑和潤滑劑。
8.按照權(quán)利要求1-7之一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，第一成型步驟為一種沖孔過程。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在沖孔過程以后沖穿底部。
10.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在沖孔過程以后切斷底部。
11.按照權(quán)利要求8-10所述的方法，其特征在于，在沖孔過程和去除空心坯件底部以后清除內(nèi)部和外部的氧化皮。
12.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在沖孔過程以后借助斜輥實(shí)現(xiàn)一預(yù)延伸。
13.按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在經(jīng)過斜輥以后清除空心坯件內(nèi)部的氧化皮。
14.按照權(quán)利要求1-7之一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，第一成型步驟為借助于斜輥的沖孔。
15.按照權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，在沖孔以后借助于斜輥實(shí)現(xiàn)預(yù)延伸。
16.按照權(quán)利要求14和15所述的方法，其特征在于，清除制成的空心坯件內(nèi)部的氧化皮。
17.按照權(quán)利要求1-16之一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使成品管經(jīng)受熱處理。
18.按照權(quán)利要求1-17之一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，校直成品管。
19.按照權(quán)利要求1-18之一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，切削加工成品管的外表面。
20.按照權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述加工是磨削。
21.實(shí)施按照權(quán)利要求1所述的方法的裝置，具有一徑向鍛造機(jī)，該徑向鍛造機(jī)包括一鍛造機(jī)架和至少兩個(gè)在其中可更換設(shè)置的鍛造瓦塊，和一操作機(jī)及一伸進(jìn)鍛造機(jī)架的可軸向移動(dòng)的芯棒；其特征在于，在輸入側(cè)和在輸出側(cè)設(shè)置各一個(gè)操作機(jī)(12、13)并且至少輸出側(cè)具有一導(dǎo)軌。
22.按照權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)軌設(shè)置在操作機(jī)(12)與鍛造機(jī)架(14)之間。
23.按照權(quán)利要求21和22所述的裝置，其特征在于，朝縱剖面看每一鍛造瓦塊(21-21)在面向工件的側(cè)面上具有一逐漸變窄的入口部分(26)與一緊接其后的平坦的平滑部分(27)并且朝橫剖面看鍛造瓦塊(21-21)具有一凹的曲面，其中在相應(yīng)的橫剖面內(nèi)的半徑總是大于處于嵌接的空心坯件(8、8′)的實(shí)際的半徑。
24.按照權(quán)利要求21-23之一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，芯棒(22)是圓柱形的。
25.按照權(quán)利要求21-23之一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，芯棒是圓錐形的。
26.按照權(quán)利要求21-23之一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，芯棒是有臺(tái)階的。
27.按照權(quán)利要求21-26之一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，輸入側(cè)也具有一導(dǎo)軌。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造無縫熱軋鋼管(16)的方法，其中從一加熱到成型溫度的坯料(1)開始在一第一成型步驟中通過沖孔制成一厚壁的空心坯件(8)，該空心坯件接著在相同的溫度在一第二成型步驟中通過軋制在直徑和壁厚的改變下延伸成預(yù)制管(管坯)并且在一第三成型步驟中通過縮徑軋制由其制成一成品管；其特征在于，在應(yīng)用一插入空心坯件(8)的內(nèi)部工具(11)和一鍛造機(jī)(10)的至少兩個(gè)作用到空心坯件(8)的表面上的鍛造瓦塊的情況下，通過一徑向鍛造為特征的成型步驟，其中使空心坯件(8)周期地在鍛造瓦塊的空行程的階段旋轉(zhuǎn)和軸向移動(dòng)。
文檔編號(hào)B21B23/00GK101068636SQ200580041393
公開日2007年11月7日 申請(qǐng)日期2005年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月25日
發(fā)明者C·普拉瑟, R·屈默爾靈, S·維登邁爾, P·萊費(fèi)布弗萊, R·維澤爾, R·科彭施泰因納 申請(qǐng)人:V&M德國有限公司