專利名稱：頂頭、穿孔軋機及采用該穿孔軋機的無縫管的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在無縫管的制造中采用的穿孔軋機(以下也稱作“穿孔機(穿軋機)”)所使用的頂頭。本發(fā)明還涉及采用該頂頭的穿孔機以及采用該穿孔機的無縫管的制
造方法。
背景技術：
無縫管能夠利用曼內斯曼制管法來制造。該制管法由如下的步驟構成(1)利用穿孔機對加熱到規(guī)定溫度的原料(圓鋼坯)進行穿孔軋制，將該原料成形為空心管坯(hollow shell)；(2)利用延伸軋機(例如芯棒式無縫管軋機)對空心管坯進行延伸軋制；(3)利用定徑軋機(例如延伸縮徑軋機)對延伸軋制后的空心管坯進行定徑軋制。圖1是用于說明利用以往的穿孔機對原料進行穿孔軋制的示意圖。如該圖所示， 穿孔機包括分別相對于軋制線PL傾斜的一對傾斜輥4、作為穿孔用工具的炮彈形狀的頂頭 100和結合在頂頭100的后端的心軸3。原料7 —邊利用傾斜輥4繞周向旋轉一邊被沿軸向輸送，隨之利用頂頭100對原料7的中心部進行穿孔，將其成形為空心管坯8。在利用穿孔機進行穿孔軋制時，有可能在空心管坯的內表面產生缺陷(以下稱作 “內表面缺陷”)。內表面缺陷的主要產生機理如下。由于穿孔時的旋轉鍛造效果，在頂頭前端的上游側的原料中心部會產生曼內斯曼破壞。產生的曼內斯曼破壞在傾斜輥及頂頭的作用下受到周向的剪切應變。結果，曼內斯曼破壞沿周向發(fā)展，成為內表面缺陷。為了抑制由曼內斯曼破壞引起的內表面缺陷的產生，降低頂頭表面的摩擦系數(shù)是有效的。其理由如下。若降低頂頭表面的摩擦系數(shù)，則被穿孔的原料的輸送速度就會增加， 能夠抑制旋轉鍛造效果。另外，若降低頂頭表面的摩擦系數(shù)，則能夠抑制周向的剪切應變。 通過抑制旋轉鍛造效果并抑制剪切應變，能夠防止曼內斯曼破壞擴大，從而能夠抑制內表面缺陷的產生。降低頂頭表面的摩擦系數(shù)也有助于防止頂頭的磨損、熔損。因此，能夠防止在頂頭表面形成凹凸，也能夠抑制由該凹凸引起的內表面缺陷的產生。降低頂頭表面的摩擦系數(shù)的以往技術如下所述。在專利文獻1、2中公開有設置在頂頭前端開口的噴射孔、一邊自噴射孔噴射潤滑劑一邊進行穿孔軋制的方法。但是，這些專利文獻1、2所公開的頂頭的前端與原料以高表面壓力接觸。因此，在自開口于頂頭前端的噴射孔噴射潤滑劑時，需要以與頂頭前端相接觸的原料的變形阻力以上的較高壓力噴射潤滑劑。并且，噴射孔的開口部也有可能因與原料的接觸發(fā)生變形而堵塞。在專利文獻3中公開有不對潤滑劑施加較高的壓力而自頂頭噴射潤滑劑的方法。圖2是專利文獻3所公開的頂頭的縱剖視圖。如該圖所示，專利文獻3所公開的頂頭101包括具有凸的曲率的前端部102、外徑恒定的圓柱部103及外徑朝向后端漸漸擴大的胴部104。噴射孔105在胴部104的與圓柱部103相鄰的部分的表面開口。在采用該頂頭101進行穿孔軋制時，在圓柱部103的表面與原料7之間形成有間隙60。在專利文獻 3中，利用該間隙60，不會堵塞噴射孔105的開口部，而能夠供給恒定量的潤滑油。但是，在該頂頭101中存在以下問題。在穿孔時，有時原料7會與噴射孔105的開口部10 的上部相接觸。這是由于噴射孔105是在胴部104中的與圓柱部103相鄰的部分的表面開口。在原料7與噴射孔105 的開口部10 相接觸的情況下，有可能在空心管坯8上產生內表面缺陷或者其開口部10 發(fā)生熔損而堵塞。在穿孔時，原料7與胴部104中的噴射孔105的開口部10 的附近部分相接觸。 隨著該接觸，噴射孔105的開口部10 的溫度由于原料7所具有的熱量上升而成為高溫。 因此，若使用玻璃系的潤滑劑，則在穿孔時，潤滑劑在開口部10 的附近成為高溫，水分揮發(fā)并生成玻璃成分，在穿孔之后頂頭冷卻時，該玻璃成分在開口部10 附近固化，有時會堵塞噴射孔105。在專利文獻4中公開有解決上述專利文獻3所公開的頂頭的問題的方法。圖3是說明專利文獻4所公開的頂頭的圖，該圖的(a)是頂頭的縱剖視圖，該圖的 (b)是表示穿孔軋制狀態(tài)的縱剖視圖。如該圖的(a)、(b)所示，專利文獻4所公開的頂頭 120在前端部121與胴部123之間設有圓柱部122，在該圓柱部122的表面開設噴射孔124。 在采用該頂頭120進行穿孔軋制時，如圖3的(b)所示，在原料7與圓柱部122的表面之間形成有間隙60。利用該間隙60，在穿孔時，噴射孔124的開口部12 不會與原料7接觸。 因此，能夠防止由原料7和噴射孔124的開口部12 的接觸引起的內表面缺陷的產生，也能夠防止開口部12 熔損而堵塞。在穿孔時，能夠抑制噴射孔124的開口部12 的溫度上升。這是由于不是在與原料7接觸的前端部121、胴部123上開設噴射孔124。因此，即使在使用玻璃系的潤滑劑的情況下，也能夠抑制潤滑劑在噴射孔124的開口部12 附近固化，從而能夠防止由固化的潤滑劑堵塞噴射孔124。但是，由于上述專利文獻4所公開的具有潤滑劑噴射用的噴射孔的頂頭反復用于穿孔，因此要求其具有長壽命。鑒于該要求，為了保護頂頭母材，通常在頂頭表面形成有氧化皮的被膜(例如參照專利文獻5 8)。氧化皮被膜在穿孔時起到將從鋼坯向頂頭母材的導熱截斷、并防止鋼坯和頂頭熱粘的作用。由此，能抑制頂頭母材的損傷、熔損，能夠期待延長頂頭壽命。專利文獻1 日本特開平1-180712號公報專利文獻2 日本特開平10-235413號公報專利文獻3 日本特開昭51-133167號公報專利文獻4 日本再公表W02006/i;34957號公報專利文獻5 日本特公平4-8498號公報專利文獻6 日本特開平4-74848號公報專利文獻7 日本特開平4-270003號公報專利文獻8 日本特公昭64-7147號公報通常，頂頭表面的氧化皮被膜通過對由熱工具鋼構成的頂頭以900°C 1000°C左右的高溫熱處理幾小時 幾十小時而形成。因此，形成氧化皮被膜需要很多時間。
在上述專利文獻4所公開的頂頭中，由于用于形成氧化皮被膜的熱處理而在噴射孔處生長氧化皮。因此，噴射孔的開口部因氧化皮而縮窄。并且，在為了提高隔熱性而將氧化皮被膜形成得較厚時，也存在噴射孔的開口部被氧化皮堵塞的情況。在任一種情況下，都會由氧化皮引起難以順暢地噴射潤滑劑。反復用于穿孔而氧化皮被膜發(fā)生磨損、剝離的頂頭為了再次使用而進行再次熱處理，再次形成氧化皮被膜。在該再次熱處理時，殘留在頂頭表面的氧化皮被膜通過噴丸而被完全除去。因此，頂頭的噴射孔的開口部有可能因噴丸的威力而變形。另外，殘留在頂頭內部的噴射孔內的氧化皮無法通過噴丸除去。因此，隨著重復再次熱處理，噴射孔被氧化皮堵塞。由于頂頭的前端部在穿孔過程中與高溫的原料以高表面壓力長時間接觸，因此， 在構成頂頭的各部位易于發(fā)生磨損、熔損。但是，在采用上述專利文獻4所公開的頂頭進行的穿孔軋制中，自噴射孔噴射來的潤滑劑主要向頂頭后方流動，因此，難以流入到頂頭前端部的表面。因此，在頂頭前端部，存在潤滑劑的供給不足的傾向，有可能無法充分地獲得潤滑劑的潤滑效果。因而，上述專利文獻4所公開的頂頭難以有效地抑制前端部的磨損、熔損，無法謀求延長頂頭壽命。另外，上述專利文獻4所公開的頂頭即使在母材表面形成有氧化皮被膜的情況下，也無法延長頂頭壽命。其原因在于在用于形成氧化皮被膜的熱處理、再次熱處理時，噴射孔會被氧化皮堵塞或者在隨著再次熱處理進行的噴丸時噴射孔的開口部會變形，難以順暢地噴射潤滑劑。并且，上述專利文獻4所公開的頂頭在母材表面形成有氧化皮被膜的情況下需要經過長時間的熱處理，也存在制作頂頭需要長時間的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供具有以下特性的頂頭、穿孔機以及采用該穿孔機的無縫管的制造方法。(1)能夠防止利用穿孔軋制成形的空心管坯的內表面缺陷；(2)能夠延長頂頭壽命；(3)制作頂頭不需要很長時間。用于解決問題的方案本發(fā)明的主旨如下所述。( I ) 一種頂頭，其應用于對原料進行穿孔軋制而將該原料成形為空心管坯的穿孔軋機，該頂頭與心軸的前端相結合，一邊噴射潤滑劑一邊對原料進行穿孔，其特征在于， 該頂頭包括前端部，其具有凸的曲率；圓柱部，其為大致圓柱狀，與該前端部相鄰；胴部， 其與該圓柱部相鄰，具有朝向后端逐漸擴大的外徑；心軸結合部，其設置在該頂頭的后端部；潤滑劑噴射孔，其自該心軸結合部開始貫穿上述胴部地開口于上述圓柱部的表面；通過采用鐵線材進行的電弧噴鍍，在上述前端部及上述胴部的母材表面形成由氧化物和狗構成的被膜。( II ) 一種頂頭，其應用于對原料進行穿孔軋制而將該原料成形為空心管坯的穿孔軋機，該頂頭與心軸的前端相結合后對原料進行穿孔，其特征在于，該頂頭包括前端部， 其具有凸的曲率；胴部，其直接或者隔著大致圓柱狀的圓柱部地與該前端部相鄰，具有朝向后端逐漸擴大的外徑；心軸結合部，其設置在該頂頭的后端部；通過采用鐵線材進行的電弧噴鍍，至少在上述前端部及上述胴部的母材表面形成由氧化物和狗構成的被膜。上述(I )、( II )的頂頭優(yōu)選為，上述被膜中的上述氧化物所占有的區(qū)域的比率為 55% 80%。上述(I )、( II )的頂頭優(yōu)選為，上述被膜中的上述氧化物所占有的區(qū)域的比率在與母材相鄰的相鄰部為40%以下，在表層部為55% 80%。這些頂頭優(yōu)選為，上述被膜的厚度在上述前端部厚于上述胴部。(III ) 一種穿孔軋機，該穿孔軋機一邊自結合于心軸前端的頂頭噴射潤滑劑一邊對原料進行穿孔軋制而將該原料成形為空心管坯，其特征在于，該穿孔軋機包括心軸，其在軸向上具有通孔；潤滑劑供給裝置，其用于向上述通孔供給上述潤滑劑；頂頭，其具有與上述通孔相連通的潤滑劑噴射孔；上述頂頭由具有凸的曲率的前端部、大致圓柱狀的圓柱部及具有朝向后端逐漸擴大的外徑的胴部構成，上述潤滑劑噴射孔開口于上述圓柱部的表面，通過采用鐵線材進行的電弧噴鍍，在上述前端部及上述胴部的母材表面形成由氧化物和狗構成的被膜。上述(III)的穿孔軋機優(yōu)選為，上述被膜中的上述氧化物所占有的區(qū)域的比率為 55% 80%。上述(III)的穿孔軋機優(yōu)選為，上述被膜中的上述氧化物所占有的區(qū)域的比率在與母材相鄰的相鄰部為40%以下，在表層部為55% 80%。這些穿孔軋機優(yōu)選為，上述被膜的厚度在上述前端部厚于上述胴部。(IV) —種無縫管的制造方法，其特征在于，采用上述(III)的穿孔軋機，在對上述原料進行穿孔軋制的期間內，一邊自上述頂頭的上述噴射孔噴射上述潤滑劑一邊將上述原料成形為空心管坯。發(fā)明的效果本發(fā)明的頂頭具有下述顯著的效果。(1)能夠防止利用穿孔軋制成形的空心管坯的內表面缺陷；(2)能夠延長頂頭壽命；(3)制作頂頭不需要很長時間。本發(fā)明的頂頭的優(yōu)良的特性能夠通過應用于本發(fā)明的穿孔機及無縫管的制造方法來充分地發(fā)揮。


圖1是用于說明利用以往的穿孔機對原料進行穿孔軋制的示意圖。圖2是專利文獻3所公開的頂頭的縱剖視圖。圖3是說明專利文獻4所公開的頂頭的圖，圖3的(a)是頂頭的縱剖視圖，圖3的 (b)是表示穿孔軋制狀態(tài)的縱剖視圖。圖4是表示本發(fā)明的穿孔機結構的示意圖。圖5是表示本發(fā)明的頂頭的第1結構例的縱剖視圖。
圖6是表示本發(fā)明的頂頭的第2結構例的縱剖視圖。圖7是表示本發(fā)明的頂頭的第2結構例的另一例子的縱剖視圖。圖8是表示本發(fā)明的頂頭的第3結構例的縱剖視圖。圖9是表示頂頭上的與電弧噴鍍距離相應的表面被膜的X射線解析測定結果的圖。圖10是表示頂頭上的與電弧噴鍍距離相應的表面被膜的截面微觀組織的圖。圖11是表示頂頭上的被膜中的氧化物比率與被膜的密合力的相互關系的圖。圖12是表示頂頭上的被膜中的氧化物比率與被膜的磨損量的相互關系的圖。圖13是表示頂頭上的被膜中的氧化物比率與連續(xù)穿孔次數(shù)(軋制次數(shù))的相互關系的圖。圖14是表示逐漸加長噴鍍距離地進行電弧噴鍍后的頂頭上的表面被膜的截面微觀組織的圖。圖15是表示本發(fā)明的頂頭的第1結構例的另一例子的縱剖視圖。圖16是表示本發(fā)明的頂頭的第2結構例的又一例子的縱剖視圖。圖17是表示本發(fā)明的第1結構例的頂頭的穿孔軋制狀態(tài)的縱剖視圖。圖18是在實施例1中采用的頂頭的縱剖視圖。圖19是在實施例2中采用的頂頭的縱剖視圖。
具體實施例方式1.穿孔機的結構圖4是表示本發(fā)明的穿孔機結構的示意圖。如該圖所示，穿孔機1包括一對傾斜輥4、頂頭2、心軸3和潤滑劑供給裝置5。頂頭2具有用于噴射潤滑劑的噴射孔M。心軸3通過其前端嵌入到設置在頂頭2 后端的心軸結合部沈中而與頂頭2相結合。心軸3具有從其前端到后端地沿軸向貫穿的通孔31。在心軸3與頂頭2相結合的狀態(tài)下，通孔31與噴射孔M相連通。潤滑劑供給裝置5包括泵53和用于收容潤滑劑51的容器52。泵53將潤滑劑51 從容器52加壓輸送到通孔31和噴射孔24，自頂頭2的表面噴射潤滑劑51。傾斜輥4并不限定于圖4所示那樣的圓錐型，也可以是圓筒型。另外，穿孔機1并不限定于圖4所示那樣的設有兩個傾斜輥4的雙輥式，也可以是設有3個傾斜輥的3輥式。2.頂頭的結構2-1.頂頭形狀2-1-1.第 1 結構例圖5是表示本發(fā)明的頂頭的第1結構例的縱剖視圖。如該圖所示，頂頭2包括前端部21、圓柱部22、胴部23和避讓部25。前端部21構成頂頭2的前部，沿軸向具有凸的曲率。在穿孔軋制時，前端部21壓在原料上，將原料中心部穿孔。圓柱部22與前端部21相鄰地設置。在穿孔軋制時，在圓柱部22的表面與原料之間形成有間隙，圓柱部22的表面不與原料接觸。圓柱部22并不限定于外徑恒定的圓柱狀， 也可以是外徑朝向后端稍稍擴大的圓臺狀?？偠灾?，圓柱部22是包括外徑以穿孔軋制時不與原料接觸那樣的程度變化的部分的大致圓柱狀。胴部23與圓柱部22相鄰地設置。胴部23的橫截面為圓形，其外徑朝向后端漸漸擴大。在穿孔軋制時，胴部23 —邊與被前端部21穿孔后的原料接觸一邊使原料的內徑漸漸擴張，在胴部23與傾斜輥4之間進行軋制而將空心管坯的壁厚形成為目標厚度。避讓部25構成頂頭2的后部，與胴部23相鄰地設置。避讓部25的外徑朝向后端漸漸縮小。在穿孔軋制時，避讓部25不與利用胴部23形成的空心管坯的內表面接觸。因此，避讓部25起到防止頂頭2的后端與空心管坯接觸而產生內表面缺陷的作用。在頂頭2的后端部設有用于將頂頭2與心軸3結合的心軸結合部26。心軸結合部沈是以規(guī)定的深度設置在頂頭2的后端面25a的中心部的凹部。利用眾所周知的方法將心軸3的前端嵌入心軸結合部沈中，從而將頂頭2和心軸3結合。頂頭2具有噴射孔24。噴射孔M自心軸結合部沈的底面26a開始貫穿胴部23， 開口于圓柱部22的表面。圖5所示的噴射孔M將來自心軸結合部沈的底面^a的路徑分支成兩個路徑，分支的各路經到達圓柱部22的表面，形成在圓柱部22的周向以等角度配置的兩個開口部Ma。噴射孔M也可以不將路徑分支，而在圓柱部22的表面形成1個開口部Ma，也可以將路徑分支成3個以上，在圓柱部22的表面形成3個以上開口部Ma。在心軸3結合于心軸結合部沈時，頂頭2的噴射孔M與心軸3的通孔31相連。 從潤滑劑供給裝置5加壓輸送來的潤滑劑通過通孔31被供給到噴射孔24，自開口部2 噴射出。頂頭2的母材的材質與眾所周知的頂頭母材(例如日本JIS規(guī)定的熱工具鋼)相同。對于該具有潤滑劑噴射用的噴射孔M的本發(fā)明的頂頭2，使用電弧噴鍍裝置，利用以狗為主要成分的鐵線材對除了形成有開口部Ma的部分之外的前端部21和胴部23 的母材表面實施電弧噴鍍，從而形成由氧化物(例如狗304、FeO)及!^e (金屬)構成的被膜 27。2-1-2.第 2 結構例圖6是表示本發(fā)明的頂頭的第2結構例的縱剖視圖。與上述圖5所示的第1結構例的頂頭2相比，該圖所示的頂頭2僅是不具有噴射孔這一點有所不同，是不噴射潤滑劑的構造。圖7是表示本發(fā)明的頂頭的第2結構例的另一例子的縱剖視圖。圖6所示的第2 結構例的頂頭2相比，該圖所示的頂頭2是形成在前端部21和胴部23的母材表面上的被膜27也連續(xù)地形成在圓柱部22的母材表面上的構造。2-1-3.第 3 結構例圖8是表示本發(fā)明的頂頭的第3結構例的縱剖視圖。該圖所示的頂頭2是將上述圖6及圖7所示的第2結構例的頂頭2變形而成的，是省略第2結構例的頂頭的圓柱部22、 前端部21直接與胴部23相鄰而從胴部23的前端突出的構造。在圖6 圖8所示的第2、第3結構例的頂頭2的情況下，穿孔機不需要潤滑劑供給裝置，心軸中也不需要通孔。下面，對本發(fā)明的頂頭所具有的電弧噴鍍被膜的特性進行說明。2-2.電弧噴鍍被膜
圖9是表示頂頭上的與電弧噴鍍距離相應的表面被膜的X射線解析測定結果的圖。圖10是表示頂頭上的與電弧噴鍍距離相應的表面被膜的截面微觀組織的圖。噴鍍距離的意思是指從電弧噴鍍裝置的噴鍍噴嘴到作為對象物的頂頭母材表面的距離。在圖9及圖 10 中，分別表示使噴鍍距離為 200mm、400mm、600mm、800mm、1000mm、1200mm 及 1400mm 地進行電弧噴鍍、在各條件下形成的被膜的測定結果及截面微觀組織。由圖9可知，對于利用電弧噴鍍形成在頂頭母材的表面的被膜，噴鍍距離越長，氧化物即!^e3O4及!^0的含有量越增加，而！^的含有量越減少。這是由從噴鍍噴嘴噴出的熔融了的噴鍍材料(Fe)的氧化與噴射距離相應地進行而引起的。在圖10所示的被膜的截面中，像圖中表示區(qū)域那樣，以較淺的灰色觀察的區(qū)域表示狗，以較深的灰色觀察的區(qū)域表示氧化物，以黑色觀察的區(qū)域表示空隙。如該圖所示，例如在噴鍍距離為200mm時，氧化物占有被膜的20% 30%的區(qū)域，F(xiàn)e占有被膜的其余的 70% 80%的區(qū)域。在噴鍍距離為IOOOmm時，氧化物占有被膜的80%左右的區(qū)域，F(xiàn)e占有被膜的其余的20%左右的區(qū)域。由圖10中的微觀組織也可知，噴鍍距離越長，氧化物越增加，而狗越減少。這樣，在被膜中氧化物所占有的區(qū)域的比率(以下稱作“氧化物比率”)與噴鍍距離相應地變動。由此，能夠通過調整噴鍍距離來控制被膜中的氧化物比率。圖11是表示頂頭上的被膜中的氧化物比率與被膜的密合力的相互關系的圖。被膜的密合力表示被膜與頂頭母材的表面的密合性能，成為穿孔軋制的耐剝離性的指標。艮口， 密合力越高，被膜越難以剝離，密合力越低，被膜越易于剝離。如該圖所示，被膜的耐剝離性隨著被膜中的氧化物比率升高而降低，在氧化物比率為80%以上時急劇降低。圖12是表示頂頭的被膜中的氧化物比率與被膜的磨損量的相互關系的圖。被膜的磨損量表示將表面被膜滑動摩擦1600次后的重量減少量，成為穿孔軋制的耐磨損性的指標。即，磨損量越小，被膜越難以磨損，磨損量越大，被膜越易于磨損。如該圖所示，被膜的耐磨損性隨著被膜中的氧化物比率升高而降低，在氧化物比率為80%以上時急劇降低。隨著被膜中的氧化物比率升高，被膜的耐剝離性及耐磨損性降低是由夾雜在氧化物相互之間、有助于兩者結合的Fe (金屬)減少而引起的。由上述圖11及圖12可知，被膜中的氧化物比率越低，越能夠確保被膜的耐剝離性及耐磨損性。但是，在氧化物比率過低時，由于狗占有被膜的大半，因此，導熱系數(shù)相對地升高，隔熱性降低。因此，在穿孔軋制時，易于在頂頭前端部發(fā)生熔損、變形。圖13是表示頂頭上的被膜中的氧化物比率與連續(xù)穿孔次數(shù)(軋制次數(shù))的相互關系的圖。該圖是進行下述的穿孔試驗的結果。作為試驗用頂頭，將日本Jis規(guī)定的熱工具鋼作為母材，準備多個未設置潤滑劑噴射用噴射孔的眾所周知的炮彈形狀的頂頭。通過向各個頂頭母材的表面電弧噴鍍鐵線材，形成了 400 μ m左右的被膜。在電弧噴鍍時，使被膜中的氧化物比率為25 %、45 %、60 %、 75 %及85 %地將噴鍍噴嘴的位置調整為與各氧化物比率相對應的噴鍍距離。另外，從噴鍍被膜的密合性的方面考慮，優(yōu)選在進行電弧噴鍍之前對頂頭表面實施利用噴丸進行的基底處理。其原因在于，通過實施噴丸，能夠適度地使頂頭母材的表面粗糙，從而提高噴鍍被膜與頂頭母材的密合性。另外，為了進行比較，使用等離子噴鍍裝置對頂頭母材的表面等離子噴鍍!^e3O4的粉末而形成了被膜。該利用等離子噴鍍形成的被膜由100%氧化物構成。與電弧噴鍍相比， 等離子噴鍍在以下方面較為遜色。等離子噴鍍所采用的裝置為了等離子噴鍍粉末而具有復雜的機構，需要很大的成本。與作為電弧噴鍍的噴鍍材料的鐵線材相比，作為等離子噴鍍的噴鍍材料的粉末明顯昂貴。等離子噴鍍無法調整被膜中的氧化物比率。使用形成有被膜的試驗用頂頭，進行將原料反復穿孔軋制的試驗。作為原料，采用材質為SUS304(日本JIS規(guī)定的奧氏體系不銹鋼)、外徑為70mm、長度為IOOOmm的圓鋼坯。 實施將該原料加熱到1200°C、將其成形為外徑74mm、壁厚為8. 6mm、長度為2200mm的空心管坯的穿孔試驗。此時，對于試驗用頂頭，每次穿孔軋制結束時都檢查外觀，調查在頂頭前端部發(fā)生熔損或變形時的軋制次數(shù)、即能夠連續(xù)地穿孔軋制的原料的根數(shù)(連續(xù)穿孔次數(shù))，評價了頂頭壽命。如圖13中空心圓符號所示，在被膜中的氧化物比率為25%的頂頭中，連續(xù)穿孔次數(shù)為0 (零)，在氧化物比率為45 %及85 %的頂頭中，連續(xù)穿孔次數(shù)為1次，在氧化物比率為 60%及75%的頂頭中，連續(xù)穿孔次數(shù)為3次。在用于進行比較的等離子噴鍍頂頭中，如圖13中實心圓符號所示，連續(xù)穿孔次數(shù)為1次。另外，在被膜中的氧化物比率為25%及45%的頂頭中，在頂頭前端部看到熔損、變形。由圖13所示的結果可明確，帶有被膜中的氧化物比率被調整為55% 80%的電弧噴鍍被膜的頂頭具有等離子噴鍍頂頭的兩倍以上的頂頭壽命，并且，帶有被膜中的氧化物比率被調整為60% 75%的電弧噴鍍被膜的頂頭具有等離子噴鍍頂頭的3倍以上的頂頭壽命。在將電弧噴鍍應用于上述的具有噴射孔的本發(fā)明的第1結構例的頂頭以及不具有噴射孔的本發(fā)明的第2、第3結構例的頂頭中的情況下，也能夠同樣地發(fā)揮這樣的電弧噴鍍被膜的特性。在這種情況下，上述圖5 圖8所示的本發(fā)明的第1、第2、第3結構例的頂頭2通過電弧噴鍍在前端部21及胴部23 (在第2結構例的頂頭中也可以是圓柱部22)的母材表面形成被膜27，只要使被膜27中的氧化物比率為55 % 80 %，頂頭壽命就會比等離子噴鍍長。并且，從謀求進一步延長頂頭壽命的方面考慮，優(yōu)選使被膜27中的氧化物比率為 60% 75%。本發(fā)明的頂頭2在圓柱部22上未利用電弧噴鍍形成被膜的情況下，能夠通過用粘合帶等掩蔽圓柱部22的表面而容易地得到。接著，對于由上述圖13所示的結果明確的被膜中的氧化物比率，進一步研究有效性。導入上述圖13所示的結果的試驗所采用的頂頭，通過在將噴鍍距離保持恒定的狀態(tài)下進行電弧噴鍍，而形成了被膜中的氧化物比率在從與母材的相鄰部到表層部的整個區(qū)域中均勻的被膜。在此，對于被膜中的氧化物比率越向表層側越逐漸增加的頂頭實施了試驗。在形成被膜時，在使噴鍍噴嘴接近頂頭母材的表面的狀態(tài)、即噴鍍距離較短的狀態(tài)下開始電弧噴鍍，之后使噴鍍噴嘴逐漸遠離，在噴鍍距離變長的狀態(tài)下結束電弧噴鍍。由此，在頂頭母材的表面形成有氧化物比率越向表層側越逐漸增加的被膜。該被膜的氧化物比率在與母材相鄰的相鄰部較低，在表層部較高。圖14是表示逐漸加長噴鍍距離地進行電弧噴鍍后的頂頭的表面被膜的截面微觀組織的圖。在該圖所示的被膜的截面中，與上述圖10同樣，以較淺的灰色觀察的區(qū)域表示 Fe,以較深的灰色觀察的區(qū)域表示氧化物，以黑色觀察的區(qū)域表示空隙。如圖14所示，形成在頂頭母材的表面的被膜的氧化物比率在與母材相鄰的相鄰部較低，在表層部較高。使用這樣的使被膜中的氧化物比率變化的試驗用頂頭，實施了與上述穿孔試驗同樣的試驗。其評價利用上述連續(xù)穿孔次數(shù)(軋制次數(shù))的頂頭壽命來進行。另外，為了進行比較，對于在使噴鍍距離恒定的狀態(tài)下進行電弧噴鍍、在頂頭母材的表面形成有氧化物比率在整個區(qū)域中均勻的被膜的頂頭實施了同樣的試驗。表1表示其試驗結果。表權利要求
1.一種頂頭，其應用于對原料進行穿孔軋制而將該原料成形為空心管坯的穿孔軋機， 該頂頭與心軸的前端相結合，一邊噴射潤滑劑一邊對原料進行穿孔，其特征在于，該頂頭包括前端部，其具有凸的曲率； 圓柱部，其為大致圓柱狀，與該前端部相鄰； 胴部，其與該圓柱部相鄰，具有朝向后端逐漸擴大的外徑； 心軸結合部，其設置在該頂頭的后端部；潤滑劑噴射孔，其自該心軸結合部開始貫穿上述胴部地開口于上述圓柱部的表面； 通過采用鐵線材進行的電弧噴鍍，在上述前端部及上述胴部的母材表面形成由氧化物和狗構成的被膜。
2.一種頂頭，其應用于對原料進行穿孔軋制而將該原料成形為空心管坯的穿孔軋機， 該頂頭與心軸的前端相結合后對原料進行穿孔，其特征在于，該頂頭包括前端部，其具有凸的曲率；胴部，其直接或者隔著大致圓柱狀的圓柱部地與該前端部相鄰，具有朝向后端逐漸擴大的外徑；心軸結合部，其設置在該頂頭的后端部；通過采用鐵線材進行的電弧噴鍍，至少在上述前端部及上述胴部的母材表面形成由氧化物和！^構成的被膜。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的頂頭，其特征在于，上述被膜中的上述氧化物所占有的區(qū)域的比率為55 % 80 %。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的頂頭，其特征在于，上述被膜中的上述氧化物所占有的區(qū)域的比率在與母材相鄰的相鄰部為40%以下，在表層部為55% 80%。
5.根據(jù)權利要求1 4中任一項所述的頂頭，其特征在于， 上述被膜的厚度在上述前端部厚于上述胴部。
6.一種穿孔軋機，該穿孔軋機一邊自結合于心軸前端的頂頭噴射潤滑劑一邊對原料進行穿孔軋制而將該原料成形為空心管坯，其特征在于，該穿孔軋機包括 心軸，其在軸向上具有通孔；潤滑劑供給裝置，其用于向上述通孔供給上述潤滑劑； 頂頭，其具有與上述通孔相連通的潤滑劑噴射孔；上述頂頭由具有凸的曲率的前端部、大致圓柱狀的圓柱部及具有朝向后端逐漸擴大的外徑的胴部構成；上述潤滑劑噴射孔開口于上述圓柱部的表面；通過采用鐵線材進行的電弧噴鍍，在上述前端部及上述胴部的母材表面形成由氧化物和狗構成的被膜。
7.根據(jù)權利要求6所述的穿孔軋機，其特征在于，上述被膜中的上述氧化物所占有的區(qū)域的比率為55 % 80 %。
8.根據(jù)權利要求7所述的穿孔軋機，其特征在于，上述被膜中的上述氧化物所占有的區(qū)域的比率在與母材相鄰的相鄰部為40%以下，在表層部為55% 80%。
9.根據(jù)權利要求6 8中任一項所述的穿孔軋機，其特征在于， 上述被膜的厚度在上述前端部厚于上述胴部。
10.一種無縫管的制造方法，其特征在于， 采用權利要求6 9中任一項所述的穿孔軋機；在對上述原料進行穿孔軋制的期間內，一邊自上述頂頭的上述噴射孔噴射上述潤滑劑一邊將上述原料成形為空心管坯。
全文摘要
本發(fā)明提供頂頭、穿孔軋機以及采用該穿孔軋機的無縫管的制造方法。頂頭包括具有凸的曲率的前端部、大致圓柱狀的圓柱部、具有朝向后端逐漸擴大的外徑的胴部、設置在頂頭的后端部的心軸結合部以及自心軸結合部開始貫穿胴部地開口于圓柱部的表面的潤滑劑噴射孔，通過采用鐵線材進行的電弧噴鍍，在前端部及胴部的母材表面形成由氧化物和Fe構成的被膜，從而能夠防止利用穿孔軋制成形的空心管坯的內表面缺陷，制作頂頭不需要很長時間，能夠延長壽命。
文檔編號B21B25/04GK102341193SQ201080010489
公開日2012年2月1日 申請日期2010年1月21日 優(yōu)先權日2009年3月3日
發(fā)明者下田一宗, 東田泰斗, 山川富夫, 日高康善 申請人:住友金屬工業(yè)株式會社