專利名稱：利用冷軋制造無縫金屬管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本 發(fā)明涉及一種無縫金屬管的冷軋方法，特別是涉及一種從抑制管內(nèi)表面褶皺缺陷的方面考慮欲保證高級特殊管的內(nèi)表面品質(zhì)的、利用冷軋制造高品質(zhì)無縫金屬管的方法。
背景技術(shù)：
無縫金屬管在熱加工的狀態(tài)下無法滿足品質(zhì)上、強(qiáng)度上或者尺寸精度上的要求的情況下要被送到冷加工工序。作為冷加工工序，通常是采用拉模和頂頭或者拉模和芯棒的冷拔法和采用皮爾格式冷軋機(jī)的冷軋法。在利用皮爾格式冷軋機(jī)的冷軋中，管材的加工度極高，通過軋制加工甚至能夠拉伸大約10倍，管的壁厚不均的矯正效果也較大，并且，不需要減徑軋制工序，具有不會產(chǎn)生成品率損失這樣的優(yōu)點(diǎn)。相反，在利用皮爾格式冷軋機(jī)的冷軋中，與冷拔法相比，也存在生產(chǎn)效率極低這樣的缺點(diǎn)，因此，利用皮爾格式冷軋機(jī)的冷軋主要適用于原料費(fèi)較高、且中間處理需要成本的不銹鋼管、高合金鋼管等的高級特殊管的冷加工。圖1是說明利用皮爾格式冷軋機(jī)的冷軋的機(jī)構(gòu)的圖。在利用皮爾格式冷軋機(jī)的冷軋法中，在具有直徑沿圓周方向逐漸縮小的錐狀孔型3的一對輥2與同樣地直徑沿長度方向逐漸縮小的錐狀芯棒4之間對管坯1進(jìn)行縮徑軋制而得到軋制管5。S卩，在皮爾格式冷軋機(jī)的一對輥2的圓周上切有孔型3，其形狀為隨著輥2旋轉(zhuǎn)而孔型縮窄。輥2在利用輥軸2s的驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的同時沿著芯棒的錐面反復(fù)前進(jìn)及后退，在輥2 與芯棒4之間對管坯1進(jìn)行縮徑軋制(非專利文獻(xiàn)1等)。圖2是表示利用皮爾格式冷軋機(jī)的冷軋的加工原理的說明圖，圖2的(a)表示往行程開始點(diǎn)的加工狀況，圖2的(b)表示返行程開始點(diǎn)的加工狀況。如圖2所示，在皮爾格式冷軋機(jī)中，與管坯1的外徑、壁厚尺寸(圖中的do、to)及制品的外徑、壁厚尺寸(圖中的 d、t)相應(yīng)地，采用具有直徑從一對輥的嚙入入口側(cè)朝向加工出口側(cè)逐漸縮小的錐狀孔型3 的輥2及同樣地直徑從嚙入入口側(cè)朝向加工出口側(cè)逐漸縮小的錐狀芯棒4，反復(fù)一邊對管坯1進(jìn)行縮徑一邊減小壁厚的往返軋制行程。在皮爾格式冷軋機(jī)往返運(yùn)動的往行程的開始點(diǎn)，對管坯1間斷地付與大約60°的旋轉(zhuǎn)角和大約5 15mm的進(jìn)給，反復(fù)軋制管坯的新部分。皮爾格式冷軋機(jī)有在往行程和返行程這兩個行程中都減小壁厚的、 "MANNESMANN-DEMAG公司”開發(fā)的軋機(jī)和僅在往行程中減小壁厚的、“BLAWKN0X公司”開發(fā)的軋機(jī)這兩種方式。通常，在軋制不銹鋼管、高合金管或者鋯管等時采用前者方式的軋機(jī)， 在軋制鋁及其合金管以及銅及其合金管時采用后者方式的軋機(jī)。非專利文獻(xiàn)1 第3版鐵鋼便覽第3卷⑵條鋼·鋼管·軋制共通設(shè)備1183 1189 頁在應(yīng)用利用皮爾格式冷軋機(jī)的冷軋的高級特殊管中，強(qiáng)烈要求高品質(zhì)的特性，必須抑制在冷軋后的制品管中產(chǎn)生由內(nèi)表面褶皺缺陷引起的內(nèi)表面缺陷。但是，以往并未提出通過利用皮爾格式冷軋機(jī)的冷軋來制造不會產(chǎn)生內(nèi)表面缺陷的高品質(zhì)無縫鋼管的方法。

發(fā)明內(nèi)容
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本發(fā)明即是鑒于上述問題而做成的，其課題在于提出一種利用皮爾格式冷軋機(jī)的冷軋制造高品質(zhì)無縫鋼管的方法。另外，在本發(fā)明中對在往返兩個行程中進(jìn)行軋制的皮爾格式冷軋機(jī) (MANNESMANN-DEMAG公司)進(jìn)行說明，但對象并不限定于此，本發(fā)明也能夠應(yīng)用于僅在往行程中減小壁厚的皮爾格式冷軋機(jī)(BLAWKN0X公司)。本發(fā)明人基于為了解決上述課題而進(jìn)行各種研究的結(jié)果，得出這樣的見解在利用皮爾格式冷軋機(jī)的無縫金屬管的冷軋中，當(dāng)外徑減少率與壁厚減少率相比過大時，對管坯施加的圓周方向壓縮應(yīng)力過大，在管內(nèi)表面易于產(chǎn)生褶皺缺陷。并且，除了利用玻璃潤滑劑高速擠壓工藝制造管坯的情況之外，在利用曼內(nèi)斯曼芯棒式無縫管軋工藝制造管坯的情況下，有可能由于定徑軋制(利用拉伸縮徑軋機(jī)或者定徑機(jī)來進(jìn)行)在管坯的階段產(chǎn)生內(nèi)表面褶皺缺陷。在管坯的階段產(chǎn)生的內(nèi)表面褶皺缺陷會對應(yīng)用皮爾格式冷軋機(jī)的冷軋的高級特殊管的品質(zhì)產(chǎn)生很大的影響。本發(fā)明即是基于上述見解而完成的，其主旨在于下述(1)和(2)的利用冷軋制造無縫金屬管的方法。(1) 一種利用冷軋制造無縫金屬管的方法，該方法是利用皮爾格式冷軋機(jī)制造無縫金屬管的方法，其特征在于，與管坯的外徑和壁厚尺寸及制品軋制管的外徑和壁厚尺寸相應(yīng)地，使用具有直徑從一對輥的嚙入入口側(cè)朝向加工出口側(cè)逐漸縮小的錐狀孔型的輥及同樣地直徑從嚙入入口側(cè)朝向加工出口側(cè)逐漸縮小的錐狀芯棒，一邊縮徑一邊減小壁厚地進(jìn)行拉伸軋制時，使外徑減少率Rd為壁厚減少率Rt的1/2以下。其中，在設(shè)為do 管坯外徑、d 加工外徑、to 管坯壁厚及t 加工壁厚的情況下， 外徑減少率Rd和壁厚減少率Rt利用如下的(a)、(b)式來計算。Rd= {l-(d/do)} X100(% )— (a)Rt= {l-(t/to)} X 100 (%)... (b)(2)在上述(1)的利用冷軋制造無縫金屬管的方法中，期望使用利用拉伸縮徑軋機(jī)在外徑減少率為77%以下的條件下熱減徑軋制而加工成的管坯。還期望使用利用定徑機(jī)在外徑減少率為33%以下的條件下熱減徑軋制而加工成的管坯。采用本發(fā)明的利用冷軋制造無縫金屬管的方法，在一邊縮徑一邊減小壁厚地進(jìn)行拉伸軋制時，通過謀求外徑減少率Rd和壁厚減少率Rt的加工平衡，能夠抑制產(chǎn)生由內(nèi)表面褶皺缺陷引起的內(nèi)表面缺陷，能夠使冷軋后的制品管為高品質(zhì)。并且，在利用曼內(nèi)斯曼芯棒式無縫管軋工藝制造管坯的情況下，通過限制定徑軋制(利用拉伸縮徑軋機(jī)或者定徑機(jī)來進(jìn)行)的外徑減少率，能夠進(jìn)一步提高冷軋后的制品品質(zhì)。


圖1是說明利用皮爾格式冷軋機(jī)的冷軋的機(jī)構(gòu)的圖。
圖2是表示利用皮爾格式 冷軋機(jī)的冷軋的加工原理的說明圖，該圖2的(a)表示往行程開始點(diǎn)的加工狀況，圖2的(b)表示返行程開始點(diǎn)的加工狀況。圖3是表示利用皮爾格式冷軋機(jī)軋制的管截面的分割模型的圖。圖4是表示利用皮爾格式冷軋機(jī)軋制的管截面的變形行為的圖。圖5是說明用于熱制造無縫鋼管的曼內(nèi)斯曼芯棒式無縫管軋工藝的制造工序的一例子的圖。
具體實(shí)施例方式圖3是表示利用皮爾格式冷軋機(jī)軋制的管截面的分割模型的圖。根據(jù)管1的內(nèi)表面是否與芯棒4相接觸，能夠?qū)⒐芙孛娣譃椴鄣讉?cè)11、14和凸緣側(cè)12、13的區(qū)域。利用輥和芯棒4對槽底側(cè)11、14進(jìn)行壁厚加工而使槽底側(cè)11、14被拉伸軋制，凸緣側(cè)12、13在槽底側(cè)的拉伸中被拉拽變形。即，槽底側(cè)11、14的材料在外壓、內(nèi)壓和軸線方向壓縮力下變形， 凸緣側(cè)12、13的材料在外壓和軸線方向張力下變形。圖4是表示利用皮爾格式冷軋機(jī)軋制的管截面的變形行為的圖，圖4的(a)表示往行程的軋制(往軋制)的變形行為，圖4的(b)表示返行程的軋制(返軋制)的變形行為。圖4所示的變形行為是基于僅在往軋制中對管1付與回轉(zhuǎn)而在返軋制中不付與回轉(zhuǎn)的加工模式的，從管材來看，輥配置為僅在往行程中與管材相對地旋轉(zhuǎn)，在返行程中并不相對地旋轉(zhuǎn)。如圖4的(a)、(b)所示，在往返兩個行程都進(jìn)行軋制的類型的皮爾格式冷軋機(jī) (MANNESMANN-DEMAG公司)中，60°回轉(zhuǎn)是基本的，因此，管截面的變形相對于孔型的水平軸線、垂直軸線并不對稱，是非對稱變形。在圖4所示的變形行為中，在第i號往軋制中剖面11和14表示槽底側(cè)，剖面12和13表示凸緣側(cè)。在圖4所示的變形行為中，外徑減少率Rd相對于壁厚減少率Rt過大時，凸緣側(cè)的圓周方向的壓縮應(yīng)變φθ變大，結(jié)果，圓周方向的壓縮應(yīng)力σ θ (未圖示)過大，產(chǎn)生內(nèi)表面褶皺缺陷，在槽底側(cè)發(fā)生折疊，重復(fù)這種狀況而發(fā)展成內(nèi)表面缺陷，使內(nèi)表面品質(zhì)劣化。在制造要求高品質(zhì)特性的特殊管時，外徑減少率Rd相對于壁厚減少率Rt的比率決定制品的品質(zhì)。而且，除了在利用熱擠壓(玻璃潤滑劑高速擠壓)工藝制造供皮爾格式冷軋機(jī)使用的管坯的情況之外，在利用曼內(nèi)斯曼芯棒式無縫管軋工藝制造的管坯上存在在熱減徑軋制工序產(chǎn)生的內(nèi)表面褶皺缺陷，該缺陷在冷軋工序中進(jìn)一步發(fā)展而顯現(xiàn)出來。圖5是說明用于熱制造無縫鋼管的曼內(nèi)斯曼芯棒式無縫管軋工藝的制造工序的一例子的圖。該工藝將加熱到規(guī)定溫度的實(shí)心的圓鋼坯21作為被軋材料，將該圓鋼坯21 送進(jìn)到穿孔軋機(jī)23，對其軸心部進(jìn)行穿孔來制造空心零件(或者中空管坯)22。接著，將制成的空心零件22保持原樣地送進(jìn)到后續(xù)的芯棒式無縫管軋機(jī)24的拉伸軋制裝置來進(jìn)行拉伸軋制，做成空心毛坯管(或者管坯)22。在用芯棒式無縫管軋機(jī)24進(jìn)行拉伸軋制時，空心毛坯管22在被芯棒24b和用于限制空心毛坯管外表面的軋輥24r拉伸時，其材料溫度會降低，其中，芯棒24b插入到空心毛坯管22的內(nèi)表面。因此，用芯棒式無縫管軋機(jī)24軋制而成的空心毛坯管22接著要被裝入到再加熱爐25中進(jìn)行再加熱。之后，經(jīng)過拉伸縮徑軋機(jī)26或者定徑機(jī)(未圖示)的定徑軋制而成為熱軋的無縫鋼管。若在芯棒式無縫管軋機(jī)中的溫度降低較小，則不需要再加熱爐。但是，在上述曼內(nèi)斯曼芯棒式無縫管軋工藝中，在進(jìn)行定徑軋制的拉伸縮徑軋機(jī)、 定徑機(jī)中，使空心毛坯管22通過軋輥26r，不使用芯棒等內(nèi)表面限制工具，利用外徑減徑軋制對中空管坯22進(jìn)行加工，因此，在熱加工后的鋼管的內(nèi)表面易于產(chǎn)生褶皺缺陷。在此，本發(fā)明人除了熱擠壓管坯之外還將利用拉伸縮徑軋機(jī)及定徑機(jī)減徑軋制而成的管坯作為試驗(yàn)材料，改變減徑軋制的外徑減少率、冷軋的外徑減少率和壁厚減少率來進(jìn)行軋制實(shí)驗(yàn)，反復(fù)觀察微組織，對抑制褶皺缺陷的條件進(jìn)行了研究。如上所述，在利用皮爾格式冷軋機(jī)的無縫金屬管的冷軋中，外徑減少率與壁厚減少率相比過大時，凸緣側(cè)的圓周方向應(yīng)變過大，結(jié)果，圓周方向壓縮應(yīng)力過大，在管內(nèi)表面產(chǎn)生褶皺缺陷，在槽底側(cè)折疊而成為折入缺陷，重復(fù)這種狀況而發(fā)展成內(nèi)表面缺陷?；谏鲜鲅芯康慕Y(jié)果，除了利用熱擠壓工藝制造管坯的情況之外，在利用曼內(nèi)斯曼芯棒工藝制造管坯的情況下，有時由于定徑軋制(利用拉伸縮徑軋機(jī)或者定徑機(jī)來進(jìn)行)在管坯的階段產(chǎn)生內(nèi)表面褶皺缺陷，在存在內(nèi)表面褶皺缺陷的情況下，經(jīng)由冷軋該缺陷會進(jìn)一步發(fā)展，因此需要注意。在本發(fā)明的利用冷軋制造無縫金屬管的方法中，若除了采用的熱擠壓管坯之外， 還考慮將熱定徑軋制后的管坯作為對象，則皮爾格式冷軋機(jī)的外徑減少率需要為壁厚減少率的1/2以下。在本發(fā)明的利用冷軋制造無縫金屬管的方法中，在利用拉伸縮徑軋機(jī)進(jìn)行定徑軋制的情況下，期望使用在外徑減少率為77%以下的條件下熱減徑軋制而加工成的管坯，而且，在利用定徑機(jī)進(jìn)行定徑軋制的情況下，期望使用在外徑減少率為33%以下的條件下熱減徑軋制而加工成的管坯。實(shí)施例將利用熱擠壓(玻璃潤滑劑高速擠壓)工藝及曼內(nèi)斯曼芯棒式無縫管軋工藝(拉伸縮徑軋機(jī)及定徑機(jī)加工)制成的管坯作為試驗(yàn)材料，以利用皮爾格式冷軋機(jī)通過冷加工進(jìn)行縮徑軋制的情況為例，評價了制品的內(nèi)表面品質(zhì)。實(shí)施例1將利用熱擠壓工藝制成的外徑為50. 8mm、壁厚為5. 5mm的25Cr-30Ni_3Mo高合金鋼管作為試驗(yàn)管坯，利用皮爾格式冷軋機(jī)將試驗(yàn)管坯縮徑軋制成外徑為38. 1mm、壁厚為 2.4mm。在往行程開始時刻付與送進(jìn)和回轉(zhuǎn)角。將實(shí)驗(yàn)條件概括如下。錐形芯棒的直徑dm = 39. 6 33. Imm (有錐面)往行程的進(jìn)給(送進(jìn))f = 8. Omm往行程的回轉(zhuǎn)角(旋轉(zhuǎn)角)θ = 60°管坯尺寸do X to = 50. 8mm X 5. 5mm加工尺寸:dXt = 38. ImmX2. 4mm縮徑比d/do= 0· 75拉伸比:to (do-to) /t (d-t) = 2. 91壁厚/ 外徑比t/d = 0. 063外徑減少率/壁厚減少率比Rd/Rt = 0. 46 < 1/2其中，外徑減少率=Rd= {l-(do/d)} X100(% )
壁厚減少率Rt= {l_(to/t)} X100(% )在擠壓制成的管坯上有時也不會產(chǎn)生褶皺缺陷，在冷軋后的制品上極輕微地產(chǎn)生由褶皺缺陷引起的內(nèi)表面缺陷，得到了應(yīng)滿足的內(nèi)表面品質(zhì)。
實(shí)施例2將利用曼內(nèi)斯曼芯棒式無縫管軋工藝由交叉穿孔機(jī)、芯棒式無縫管軋機(jī)及拉伸縮徑軋機(jī)制成的外徑為48. 6mm、壁厚為6. Omm的25Cr-30Ni_3Mo的高合金鋼管作為試驗(yàn)管坯， 利用皮爾格式冷軋機(jī)將試驗(yàn)管坯縮徑軋制成外徑為41. 0mm、壁厚為2. 2mm。拉伸縮徑軋機(jī)的外徑減少率為77%以下。將實(shí)驗(yàn)條件概括如下。錐形芯棒的直徑dm = 36. 4mm (無錐面)
往行程的進(jìn)給f = 8. Omm往行程的回轉(zhuǎn)角θ =60°管坯尺寸do X to = 48. 6mm X 6. Omm加工尺寸dXt = 41. 0mmX2. 2mm縮徑比d/do= 0· 84拉伸比to (do-to) /t (d-t) = 3. 0壁厚/ 外徑比:t/d = 0. 054外徑減少率/壁厚減少率比Rd/Rt = 0. 25 < 1/2其中，外徑減少率=Rd= {l-(do/d)} X100(% )壁厚減少率Rt= {l_(to/t)} X100(% )拉伸縮徑軋機(jī)的外徑減少率為77%以下，但由于一邊利用全拉伸模式最大限度地付與支架間張力一邊進(jìn)行縮徑軋制，因此，極力抑制了產(chǎn)生內(nèi)表面褶皺缺陷，在冷軋后的制品上輕微地產(chǎn)生由褶皺缺陷引起的內(nèi)表面缺陷，得到了應(yīng)滿足的內(nèi)表面品質(zhì)。實(shí)施例3將利用曼內(nèi)斯曼芯棒式無縫管軋工藝由交叉穿孔機(jī)、芯棒式無縫管軋機(jī)及定徑機(jī)制成的外徑為101. 6mm、壁厚為7. Omm的25Cr-30Ni_3Mo的高合金鋼管作為試驗(yàn)管坯，利用皮爾格式冷軋機(jī)將試驗(yàn)管坯縮徑軋制成外徑為88. 9mm、壁厚為2. 8mm。定徑機(jī)的外徑減少率為33%以下。將實(shí)驗(yàn)條件概括如下。錐形芯棒的直徑dm = 83. 8mm (無錐面)往行程的進(jìn)給f = 10. Omm往行程的回轉(zhuǎn)角θ =60°管坯尺寸doXto = 101. 6mmX 7. Omm加工尺寸dXt = 88. 9mmX2. 8mm縮徑比d/do= 0· 88拉伸比to (do-to) /t (d-t) = 2. 8壁厚/ 外徑比t/d = 0.032外徑減少率/壁厚減少率比Rd/Rt = 0. 21 < 1/2其中，外徑減少率=Rd= {l-(do/d)} X100(% )壁厚減少率Rt= {l_(to/t)} X100(% )定徑機(jī)的外徑減少率為33%以下，與拉伸縮徑軋機(jī)的情況下的外徑減少率相比相當(dāng)小，因此，極力抑制了產(chǎn)生內(nèi)表面褶皺缺陷，在冷軋后的制品上輕微地產(chǎn)生由褶皺缺陷引起的內(nèi)表面缺陷，得到了應(yīng)滿足的內(nèi)表面品質(zhì)。工業(yè)實(shí)用件采用本發(fā)明的利用冷軋制造無縫金屬管的方法，一邊縮徑一邊減小壁厚地進(jìn)行拉伸軋制時，通過謀求外徑減少率Rd和壁厚減少率Rt的加工平衡，能夠抑制產(chǎn)生由內(nèi)表面褶皺缺陷引起的內(nèi)表面缺陷，能夠使冷軋后的制品管為高品質(zhì)。并且，在利用曼內(nèi)斯曼芯棒式無縫管軋工藝制造管坯的情況下，通過限制定徑軋制(利用拉伸縮徑軋機(jī)或者定徑機(jī)來進(jìn)行)的外徑減少率，能夠進(jìn)一步提高冷軋后的制品品質(zhì)。由此，能夠廣泛地用作利用冷軋制造高品質(zhì)無縫金屬管的方法。附圖標(biāo)記說明1 管坯；2、孔型輥；3、錐狀孔型；4、錐狀芯棒；5、軋制管；11、14、槽底側(cè) 剖面；12、 13、凸緣側(cè)剖面；21、圓鋼坯；22、空心零件、空心毛坯管；24、芯棒式無縫管軋機(jī)；25、再加熱爐；26、定徑軋機(jī)、拉伸縮徑軋機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種利用冷軋制造無縫金屬管的方法，該方法是利用皮爾格式冷軋機(jī)制造無縫金屬管的方法，其特征在于，與管坯的外徑和壁厚尺寸及制品軋制管的外徑和壁厚尺寸相應(yīng)地，使用具有直徑從一對輥的嚙入入口側(cè)朝向加工出口側(cè)逐漸縮小的錐狀孔型的輥和同樣地直徑從嚙入入口側(cè)朝向加工出口側(cè)逐漸縮小的錐狀芯棒，一邊縮徑一邊減小壁厚地進(jìn)行拉伸軋制時，使外徑減少率Rd為壁厚減少率Rt的1/2 以下，其中，Rd= {l-(d/do)} X100(% ) Rt = {l-(t/to)} X100(% )do 管坯外徑，d 加工外徑，to 管坯壁厚，t 加工壁厚。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用冷軋制造無縫金屬管的方法，其特征在于，使用利用拉伸縮徑軋機(jī)在外徑減少率為77%以下的條件下熱減徑軋制而加工成的管坯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用冷軋制造無縫金屬管的方法，其特征在于，使用利用定徑機(jī)在外徑減少率為33%以下的條件下熱減徑軋制而加工成的管坯。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用冷軋制造無縫金屬管的方法。在利用皮爾格式冷軋機(jī)的無縫金屬管的冷軋中，外徑減少率與壁厚減少率相比過大時，凸緣側(cè)的圓周方向應(yīng)變過大，結(jié)果，圓周方向壓縮應(yīng)力過大，在管內(nèi)表面產(chǎn)生褶皺缺陷，在槽底側(cè)折疊而成為折入缺陷，重復(fù)這種狀況而發(fā)展成內(nèi)表面缺陷。除了利用擠壓工藝制造管坯的情況之外，在利用曼內(nèi)斯曼芯棒工藝制造管坯的情況下，有時由于定徑軋制(利用拉伸縮徑軋機(jī)或者定徑機(jī)來進(jìn)行)在管坯的階段存在內(nèi)表面褶皺缺陷，經(jīng)由冷軋而進(jìn)一步發(fā)展，因此需要注意。考慮到這些，使皮爾格式冷軋機(jī)的外徑減少率/壁厚減少率之比為1/2以下。由此，能夠得到抑制了冷軋的內(nèi)表面缺陷的高品質(zhì)無縫金屬管。
文檔編號B21B21/00GK102245320SQ200980149550
公開日2011年11月16日 申請日期2009年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日
發(fā)明者林千博 申請人:住友金屬工業(yè)株式會社