专利名称：金属管的冷轧方法
技术领域：
本发明涉及一种用皮尔格轧制进行的金属管的冷轧方法，更详细地讲，涉及一种用皮尔格轧制进行最终加工后的尺寸精度、特别是管内表面的尺寸形状(圆度)及平面特性优良、在进行管内表面侧的涡流探伤时可获取足够大的S/N比的金属管的冷轧方法。
背景技术：
通常，作为金属管的冷加工法，惯用由拉拔机进行的冷拔法和由皮尔格无缝钢管轧机进行的冷轧法。特别是，由皮尔格无缝钢管轧机进行的冷轧法与冷拔法相比，具有可在高加工度下冷加工管坯的特征，从而在使用高强度材料的、难加工性管坯的金属管制造中，通常使用皮尔格无缝钢管轧机(皮尔格轧制)进行的冷轧法。
图1为皮尔格轧制中使用的一对轧辊的整体结构的说明图。在皮尔格轧制中，设有在周面形成有孔型的上下一对轧辊，具有在轧辊之间越朝向前端直径越小的锥形的芯棒。轧辊10为在其周面形成孔型11，由设置于轴心的旋转轴，支承于轧辊机架12。在旋转轴的一端设有旋转直径与轧辊10的外径大致相同的小齿轮13，该小齿轮13呈与水平的齿条14啮合的状态。
轧辊10通过小齿轮13随着朝箭头A方向往复运动的齿条14的驱动而朝箭头B方向往复旋转。此时，形成于轧辊10周面上的孔型11随着轧辊10的往复旋转，对成为被加工材料的管坯进行轧制。
图2是为说明由皮尔格轧制来轧制管坯的方法，而展开了轧辊孔型的图。该图示出了轧辊10的孔型底11e压下管坯1的同时，沿从轧辊的上止点Sa到下止点Sb的全长展开的状态。
形成于轧辊10周面的孔型11由截面形状为使长径侧为孔型宽度方向的大致椭圆形构成，由孔型直径从加工开始点a向加工结束点b连续变小的加工部11a和与加工部11a连续的孔型直径从加工结束点b到加工结束点c相等的精轧部11b构成，在这些加工部11a和精轧部11b的两端，在上止点Sa侧形成退让部11d和在下止点Sb侧形成退让部11c。
在一对轧辊10之间，设置具有越朝向前端外径越小的加工部21和精轧部22的芯棒20，加工部21由锥度θ1构成，精轧部22由锥度θ2构成。使该芯棒20和精轧部22与孔型11的加工部11a和精轧部11b的移动区域相对配置。
另外，对于作为被加工材料的管坯1，在轧辊10进行往复旋转期间(每个轧辊往复工序)施加规定的送进量，同时，一边仅以规定角度旋转一边顺次进行减径和减壁厚加工。即，在设置于轧辊10上的孔型11的加工部11a与芯棒20的加工部21之间，实施减径和减壁厚加工，之后，在孔型11的精轧部11b和芯棒20的精轧部22进行精轧。此时，冷轧的管坯1根据轧制伸缩和轧制送进量而伸管，最终精轧成目标的成品尺寸。
皮尔格轧制进行的冷轧由上述图1、2所示的轧制机构构成，从而可在被加工材料上施加高加工度，正如前述，与冷拔法相比，能以高加工度冷轧管坯。通常，在皮尔格轧制进行的冷轧中，为了确保生产率和实施高加工度，是在管坯的送进量F较大的条件下例如每一轧辊往复工序为4mm左右，截面缩减率在70～90％的范围。
图3是表示轧辊的孔型设计上使用的辊模型图。在该图中，示出了轧辊10的孔型底11e将由芯棒20保持内表面的管坯1压下的状态。在该轧辊的孔型设计中，作为影响到由皮尔格轧制进行的最终精轧后的尺寸精度的主要原因，涉及到图3所示的孔型直径Dx和侧溢出量Fx。
在由皮尔格轧制进行的冷轧中，孔型直径Dx根据轧制方案选择，侧溢出量Fx通常设计成其比率为2％左右，以防止管外面产生飞边状突起即所谓的过充满。另外，使用的芯棒的基本锥度即加工部的锥度θ1和精轧部的锥度θ2设计成为0.3°，使芯棒加工部和精轧部的边界成为加工结束点。
可是，在由皮尔格轧制进行的冷轧中，不仅能以高加工度冷轧管坯，而且要求与所加工金属管的用途相应的尺寸精度或平面特性。为此，提出了一种使用以往的各种装置以提高冷轧金属管的尺寸精度等的方案。
例如，在专利文献1中，提出了一种在设于轧辊上的加工管导引件之后，设有加工管的压入整形用模的皮尔格式冷轧管机方案。该整形用模即使从加工管的通过路径稍偏心，因在轴垂直方向可位移，可自动修正和可旋转，因此成为与加工管一同旋转而不影响加工管旋转的构造。为此，在皮尔格式冷轧管机进行的轧制加工中，通过组合所提出的压入整形用模，即使不进行冷拔加工，也能够以同程度良好精度地加工管。
另外，在专利文献2中，提出了一种使用预先采用低频感应加热器加热到冷轧时恒定温度的轧辊的冷轧方法。即，为了使轧辊成为冷轧加工时的恒定温度，预知从联机装配到轧制开始的自然冷却的温度，预先在脱机下加热到恒定温度以上进行轧制的方法，模具的尺寸不变化，被轧制材的尺寸也能够不变化，从而能够获得尺寸精度优良的管。
但是，在专利文献1、2所提出的皮尔格式冷轧管机或冷轧方法中，需要新的压入整形装置或感应加热装置。为此，将其适用于皮尔格轧制进行的冷轧，尽管可确保规定的尺寸精度，但需要新的设备改造，成为增加了冷轧金属管的制造成本的主要原因。
专利文献1日本实开平06-19902号公报专利文献2日本特开2001-105009号公报作为使用皮尔格轧制进行的冷轧进行精轧的金属管，具有核动力发电设备用的蒸汽发生管(SG管)。该蒸汽发生管为精轧外径为23mm以下的小径管，从而也可采用拉拔机进行的冷拔法进行精轧，但冷拔时容易发生滑动或粘附，存在着加工不良所致的产品成品率降低的问题。为此，蒸汽发生管需要通过皮尔格轧制进行的冷轧有效地制造。
图4为示出适用于核动力发电设备用的蒸汽发生管的定期检查的内表面涡流探伤的模型构成图。在上述蒸汽发生管中，使图4所示的涡流探伤装置2(由探头2a和线圈2b构成)在管内表面行走，来定期地检查管内表面有无缺陷，但内表面涡流探伤时，因管内表面的平面特性变差例如内表面形成凹凸时会生噪音，本质上的缺陷信号会隐藏于噪音中，从而漏过有害缺陷的问题。
为此，在进行内表面涡流探伤时，如以S/N比(人工缺陷信号和噪音信号之比)较大的条件即噪音信号小的条件下进行探伤，则能够可靠地检测出本质上的缺陷信号，不会漏过有害的缺陷。作为其标准，正如上述图4所示，在参考管3中设置φ0.66mm的贯通钻孔3a，将其作为缺陷信号时，需要S/N比为15以上。
针对由皮尔格轧制进行冷轧的金属管的内表面涡流探伤中产生的噪音，本发明人详细调查、研究的结果可知，下面的第1和第2主要原因产生的管长度方向的尺寸变化是噪音发生的原因。
如前述图1、图2所示装置构成所说明的，第1主要原因为在皮尔格轧制进行的冷轧下，因作为被轧制材的管坯一边在管周向旋转一边被送进轧制，从而管内表面成椭圆形状，该椭圆形状在管长度方向的全长上以螺旋状迁移。如此，通过使管内表面成椭圆形状，从而在内表面涡流探伤时，S/N比变差。此时，要加大S/N比，需要使管更接近正圆。
同样如使用前述图1、图2说明的，第2主要原因在皮尔格轧制进行的冷轧中，因用轧辊间歇地往复运动轧制管坯，所以在管长度方向的内表面会形成一定间距的锯齿状的微小凹凸，由于这样的凹凸，内表面涡流探伤时S/N比变差。
图5为示意地示出由皮尔格轧制进行的冷轧下、形成于管内表面的锯齿状微小凹凸的图。锯齿状的微小凹凸4由于是基于轧辊间歇的往复运动的，因此会相应于轧辊的往复间距产生。为此，为了确保高S/N比，需要减少或消除形成于管内表面的凹凸。
正如上述，要加大由皮尔格轧制冷轧的金属管的S/N比，需要改善管内表面的尺寸形状(圆度)及平面特性(抑制锯齿状的微小凹凸)。为此，虽然能够直到中途工序，一直进行皮尔格轧制的冷轧，并在最终精轧中实施冷拔加工，但冷拔时，往往容易发生润滑性能引起的滑动或粘附，增加了加工不良。另外，也研究了专利文献1提出的加压整形装置，但也存在着要增加新的设备改造或增加制造成本等的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供一种无需新的设备装置，而且不会降低产品成品率和不会增加制造成本，由皮尔格轧制进行的最终精轧后的尺寸精度特别是管内表面的尺寸形状和平面形状优良、在内表面涡流探伤时可获得足够大的S/N比的金属管的冷轧方法。
为此，本发明人为了解决上述的技术问题，对工具形状(轧辊、芯棒)和轧制方案的条件进行各种研究后，结果着眼于要保持皮尔格轧制进行的最终精轧后的管内表面的尺寸形状(圆度)、确保优良的平面特性，可以将防止管内表面椭圆形状的对策和防止锯齿状微小凹凸的对策相互联系，需要在使上述对策各自都在最佳的条件下进行。
具体而言，作为防止管内表面的椭圆形状的对策，有使轧辊的侧溢出率SR和送进量F最佳，作为防止管内表面的锯齿状微小凹凸的对策，有芯棒的加工部及精轧部的低锥度化、还有送进量F的最佳化。为了明确他们的关系，进行以下实验(实验1和实验2)。
(实验1)首先，本发明者对认为对防止椭圆形状有效的侧溢出率SR和送进量F之间的关系进行实验。准备相当于JIS规格的NCF690TB的钢(30Cr-60Ni)的钢坯作为试件，用热挤压制成外径55mm×内径32mm的管后，实施外表面研磨，加工成外径54.75mm×内径32mm的皮尔格轧制用管坯。
对得到的管坯进行一次轧制，加工成外径25mm×内径19mm的中间管坯，在其后的最终精轧中，使用将侧溢出率SR改变成0％、0.5％、1.0％、1.5％及2.0％(5种)的轧辊、和由基本锥度构成的芯棒，将送进量F改变成1.5mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm及3.5mm(5种)来进行冷轧。
冷轧的条件是，芯棒的加工部锥度θ1、精轧部锥度θ2都为0.3°，将外径25mm×内径19mm的中间管坯轧制成外径12.85mm×内径10.67mm的金属管。在频率为750kHz、自比较型的条件下对最终精轧出的金属管的内表面进行涡流探伤，以φ0.66mm的贯通钻孔作为基准的人工缺陷，调查各自的S/N比。将其结果表示于表1。
表1表1(锥度θ10.3°、锥度θ20.3°)
注表中的发生OF表示发生过充满表中的“-”表示未进行实验从表1的结果可知，使用以往的由基本锥度构成的芯棒时，侧溢出率SR越大，S/N比越差。但是，侧溢出率SR变小而不到0.5％时，可在管外表面产生飞边状突起，引起过充满。
在侧溢出率SR和送进量F的关系中，越减少侧溢出率SR，且越减少送进量F，就可得到越高的S/N比。因此，在侧溢出率SR和送进量F的关系中，通常满足F≤α-SR(即F+SR≤α)的条件时，可确保高S/N比。例如，在表1的结果中，要得到S/N比≥15时，需要满足F≤2.5-SR(α＝2.5)的关系。
(实验2)然后，本发明者以在分别改变冷轧中的芯棒加工部锥度θ1和精轧部锥度θ2的条件进行实验。与实验1相同，准备由相当于JIS标准的NCF690TB的钢(30Cr-60Ni)构成的中间管坯作为试件，在其后的最终精轧中，使用侧溢出率SR为0.5％的轧辊，使送进量F为2.5mm，将外径25mm×内径19mm的中间管坯轧制成外径12.85mm×内径10.67mm的金属管。
这时，使芯棒的加工部锥度θ1改变成0.1°～0.3°(4种)及使精轧部锥度θ2改变成0.1°～0.3°(4种)。用与实验1同样的条件，对得到的金属管的S/N比进行调查，将其结果表示于表2。
表2表2(侧溢出率SR0.5％、送进量F2.5mm)
从表2的结果可知，加工部锥度θ1及精轧部锥度θ2分别越小，则可得到越高的S/N比。由此可以明确，以使芯棒为基本锥度(实验1)、侧溢出率SR为0.5％、送进量F为2.5mm时，虽然S/N比停留在12，但通过减小加工部锥度θ1及精轧部锥度θ2，可确保高S/N比。
换言之，上述实验1所示的侧溢出率SR和送进量F之间的关系、即要得到S/N比≥15，需要满足F≤2.5-SR(α＝2.5)的关系的条件，是以芯棒是基础锥度为前提的，若谋求芯棒的低锥度化，则可将该关系适用到更广的范围。
本发明是基于上述讨论而完成的，以下述的金属管的冷轧方法作为要旨。
即，一种金属管的冷轧方法，由使用由孔型直径Dx和侧溢出量Fx构成的孔型组成的一对轧辊、在该轧辊之间具有芯棒的皮尔格轧制进行的冷轧方法，其中，使所述轧辊的由下述(1)式表示的侧溢出率SR为0.5～1.5％的范围，使所述轧辊的加工部锥度θ1为0.25°以下，该轧辊的精轧部锥度θ2为0.1°以下，并使被加工材料的送进量F(每1轧辊往复工序)为1.0～2.5mm，且使该送进量F与侧溢出率SR的关系满足下述(2)式，进行最终精轧，SR(％)＝{(2×Fx)/(2×Fx+Dx)}×100...(1)F≤3.0-SR ..(2)。
根据本发明的金属管的冷轧方法，通过使轧辊的侧溢出率SR、芯棒中的加工部锥度θ1和精轧部锥度θ2、被加工材料的送进量F最佳化，同时使侧溢出率SR和管送进量F之间的关系适当，从而可无需新的设备装置，且不会降低产品成品率和增加制造成本，可保持皮尔格轧制进行的最终精轧后的管内表面的尺寸形状(正圆形状)，确保优良的平面特性。由此，在核动力发电设备用的蒸汽发生管的内表面涡流探伤时，能够确保足够大的S/N比。
图1为说明皮尔格轧制使用的一对轧辊的整体结构的图。
图2为用于说明通过皮尔格轧制来轧制管坯的方法而将轧辊的孔型展开的图。
图3为示出轧辊的孔型设计中使用的轧辊模型图。
图4为示出适用于核动力发电设备用的蒸汽发生管定期检查的内表面涡流探伤的模型构成图。
图5为示意地示出在皮尔格轧制进行的冷轧下、形成于管内表面的锯齿状的微小凹凸的视图。
图6为以送进量F为参数表示在实施例调查的S/N比和侧溢出率SR之间关系的图。
具体实施例方式
本发明的冷轧方法的特征在于，为了保持管内表面的尺寸形状(圆度)、确保优良的平面特性，在由皮尔格轧制进行最终精轧中，谋求防止管内表面的椭圆形状的对策和防止锯齿状微小凹凸的对策的最佳化，同时也使其相互关系为适当。以下，说明其内容。
如前述图3所示，在本发明的冷轧方法中，用孔型直径Dx和侧溢出量Fx表示时，需要使由下述(1)表示的侧溢出率SR为0.5～1.5％。
通过减小侧溢出率SR，可抑制管内表面的椭圆形状，但该溢出率SR不到0.5％时，管外表面产生飞边状突起，引起所谓的过充满，不能进行冷轧。另外，侧溢出率SR超过1.5％时，管内表面的椭圆形状显著，S/N比变差。最好侧溢出率SR为0.5～1.0％。
SR(％)＝{(2×Fx)/(2×Fx+Dx)}×100...(1)在本发明中规定的侧溢出率SR，只要是由至少在相当于轧辊的最终轧制部的位置、即前述图2所示的加工结束点b处的孔型形状(Dx、Fx)算出即可。在其他轧辊的加工范围没有特别规定，但最好侧溢出率SR为0.5～1.5％。
在本发明的冷轧方法中，为了抑制管内表面的锯齿状微小凹凸，使芯棒的加工部锥度θ1为0.25°以下，该芯棒的精轧部锥度θ2为0.1°以下。并且，优选是使加工部锥度θ1为0.2°以下，精轧部锥度θ2为0.05°以下。
如前述图2所示，与芯棒的加工部和精轧部连续地具有锥度时，每次轧辊的往复轧制进行对管内表面的锯齿状凹凸的复制，越使各自的锥度变小，则可抑制形成微小凹凸，获得高S/N比。
在本发明的冷轧方法中，使芯棒的加工部锥度θ1和精轧部的锥度θ2的下限为0°，但对于加工部锥度θ1，由于在管坯的减径加工时，沿着芯棒的加工部的形状进行加工，可确保高尺寸精度，因此维持锥度形状是合适的。为此，更优选是使加工部锥度θ1的下限为0.1°。
另外，对于精轧部锥度θ2，只要使其为稍许锥形，则也会有效地防止轧制加工后的管内表面与芯棒接触所产生的烧伤伤痕或擦伤。为此，更优选是使精轧部锥度θ2的下限为0.01°。
另外，在本发明的冷轧方法中，为抑制管内表面的椭圆形状，同时抑制锯齿状微小凹凸，需要使被加工材料的送进量F(每个轧辊往复工序)适当。
降低被加工材料的送进量F时，就可减少椭圆量、抑制对管内表面形成微小凹凸，但生产率会下降，不能成为生产基准。另外，增加送进量F时，虽然能够提高生产率，但形成于管内表面的微小凹凸会变大，S/N比变小。为此，在本发明的冷轧方法中，被加工材料的送进量F为1.0～2.5mm。此外，优选的送进量为1.0～2.0mm。
在本发明的冷轧方法中，被加工材料的送进量F与侧溢出率SR的关系需要满足下述(2)式。
F≤3.0-SR..(2)如上述实验1、2的结果所示，通过满足上述(2)式，以上述芯棒的加工部及精轧部的低锥度化为前提，可有效地确保高S/N比。并且，要确实保证高S/N比，则最好被加工材料F与侧溢出率SR的关系满足下述(3)式。
F≤2.5-SR..(3)实施例在实施例中，调查由本发明方法精轧出的金属管S/N比。准备相当于JIS规格的NCF690TB的钢(30Cr-60Ni)的钢坯作为试件，用热挤压制成外径55mm×内径32mm的管后，实施外表面研磨，加工成外径54.75mm×内径32mm的皮尔格轧制用管坯。
对得到的管坯进行一次轧制，加工成外径25mm×内径19mm的中间管坯，在其后的最终精轧中，使用将侧溢出率SR改变成0.5％、1.0％、1.5％及2.0％(4种)的轧辊、和加工部锥度θ1为0.25°及精轧部锥度θ2为0.1°的芯棒，将中间管坯轧制成外径12.85mm×内径10.67mm的金属管。这时将送进量F改变成1.0mm、1.5mm、2.0mm及2.5mm(4种)。
在频率为750kHz、自比较型的条件下对在上述条件下最终精轧出的金属管的内表面进行涡流探伤，以φ0.66mm的贯通钻孔作为基准的人工缺陷，调查各自的S/N比。将其结果表示于表3。
表3表3(锥度θ10.25°、锥度θ20.1°)
注表中的带*数据表示超出本发明规定的。
从表3的结果可知，侧溢出率SR越大，则管内表面的椭圆量增大，而且送进量F越大，则管内表面的椭圆量增加，同时促进形成锯齿状微小凹凸，与此相应S/N比降低。
图6是以送进量F为参数表示实施例中调查的S/N比与侧溢出率SR之间的关系(上述表3的结果)的图。从该图中可知，若是使侧溢出率SR为0.5～1.5％、送进量F为1.0～2.5mm的条件、更好是使送进量F为1.0～2.0mm的条件，可确保高S/N比，但在所有的条件下不能满足S/N比≥15。
因此，在本发明的方法中，在芯棒的加工部锥度θ1为0.25°以下、精轧部锥度θ2为0.1°以下时，要确实确保S/N比≥15，侧溢出率SR及送进量F，除上述的数值限定之外，还需要满足F≤3.0-SR的关系。
产业上的可利用性根据本发明的金属管的冷轧方法，通过使轧辊的侧溢出率SR、芯棒的加工部的锥度θ1和精轧部的锥度θ2、被加工材料的送进量F最佳化，同时使侧溢出率SR和管送进量F之间的关系为适当，从而可不必要新的设备装置，不会使产品成品率降低和不会增加制造成本，能够保持皮尔格轧制产生的最终轧制后的管内表面的尺寸形状(正圆形状)，能够确保优良的平面特性。由此，能够广泛地适用于制造在内表面涡流探伤时发挥较大的S/N比的蒸汽发生管。
权利要求
1.一种金属管的冷轧方法，由使用由孔型直径Dx和侧溢出量Fx构成的孔型组成的一对轧辊、在该轧辊之间具有芯棒的皮尔格轧制进行的冷轧方法，其特征在于，使所述轧辊的由下述(1)式表示的侧溢出率SR为0.5～1.5％的范围，使所述轧辊的加工部的锥度θ1为0.25°以下，该轧辊的精轧部的锥度θ2为0.1°以下，并使被加工材料的送进量F(每1轧辊往复工序)为1.0～2.5mm，且使该送进量F与侧溢出率SR的关系满足下述(2)式，进行最终精轧，SR(％)＝{(2×Fx)/(2×Fx+Dx)}×100…(1)F≤3.0-SR…(2)。
全文摘要
本发明提供一种金属管的冷轧方法，由使用由孔型直径Dx和侧溢出量Fx构成的孔型组成的一对轧辊、在该轧辊之间具有芯棒的皮尔格轧制进行的冷轧方法，使所述轧辊的由下述(1)式表示的侧溢出率SR为0.5～1.5的范围，使所述轧辊的加工部锥度θ1为0.25°以下，该轧辊的精轧部锥度θ2为0.1°以下，并使被加工材料的送进量F(每1轧辊往复工序)为1.0～2.5mm，且使该从送进量F与侧溢出率SR的关系满足下述(2)式，进行最终精轧。SR(％)＝{(2×Fx)/(2×Fx+Dx)}×100……(1)；F≤3.0－SR……(2)。
文档编号B21B37/78GK1891365SQ200610090720
公开日2007年1月10日 申请日期2006年6月28日 优先权日2005年6月28日
发明者露口聪史, 小野敏秀 申请人:住友金属工业株式会社