专利名称：利用冷轧制造无缝金属管的方法
技术领域：
本 发明涉及一种无缝金属管的冷轧方法，特别是涉及一种从抑制管内表面褶皱缺陷的方面考虑欲保证高级特殊管的内表面品质的、利用冷轧制造高品质无缝金属管的方法。
背景技术：
无缝金属管在热加工的状态下无法满足品质上、强度上或者尺寸精度上的要求的情况下要被送到冷加工工序。作为冷加工工序，通常是采用拉模和顶头或者拉模和芯棒的冷拔法和采用皮尔格式冷轧机的冷轧法。在利用皮尔格式冷轧机的冷轧中，管材的加工度极高，通过轧制加工甚至能够拉伸大约10倍，管的壁厚不均的矫正效果也较大，并且，不需要减径轧制工序，具有不会产生成品率损失这样的优点。相反，在利用皮尔格式冷轧机的冷轧中，与冷拔法相比，也存在生产效率极低这样的缺点，因此，利用皮尔格式冷轧机的冷轧主要适用于原料费较高、且中间处理需要成本的不锈钢管、高合金钢管等的高级特殊管的冷加工。图1是说明利用皮尔格式冷轧机的冷轧的机构的图。在利用皮尔格式冷轧机的冷轧法中，在具有直径沿圆周方向逐渐缩小的锥状孔型3的一对辊2与同样地直径沿长度方向逐渐缩小的锥状芯棒4之间对管坯1进行缩径轧制而得到轧制管5。S卩，在皮尔格式冷轧机的一对辊2的圆周上切有孔型3，其形状为随着辊2旋转而孔型缩窄。辊2在利用辊轴2s的驱动旋转的同时沿着芯棒的锥面反复前进及后退，在辊2 与芯棒4之间对管坯1进行缩径轧制(非专利文献1等)。图2是表示利用皮尔格式冷轧机的冷轧的加工原理的说明图，图2的(a)表示往行程开始点的加工状况，图2的(b)表示返行程开始点的加工状况。如图2所示，在皮尔格式冷轧机中，与管坯1的外径、壁厚尺寸(图中的do、to)及制品的外径、壁厚尺寸(图中的 d、t)相应地，采用具有直径从一对辊的啮入入口侧朝向加工出口侧逐渐缩小的锥状孔型3 的辊2及同样地直径从啮入入口侧朝向加工出口侧逐渐缩小的锥状芯棒4，反复一边对管坯1进行缩径一边减小壁厚的往返轧制行程。在皮尔格式冷轧机往返运动的往行程的开始点，对管坯1间断地付与大约60°的旋转角和大约5 15mm的进给，反复轧制管坯的新部分。皮尔格式冷轧机有在往行程和返行程这两个行程中都减小壁厚的、 "MANNESMANN-DEMAG公司”开发的轧机和仅在往行程中减小壁厚的、“BLAWKN0X公司”开发的轧机这两种方式。通常，在轧制不锈钢管、高合金管或者锆管等时采用前者方式的轧机， 在轧制铝及其合金管以及铜及其合金管时采用后者方式的轧机。非专利文献1 第3版铁钢便览第3卷⑵条钢·钢管·轧制共通设备1183 1189 页在应用利用皮尔格式冷轧机的冷轧的高级特殊管中，强烈要求高品质的特性，必须抑制在冷轧后的制品管中产生由内表面褶皱缺陷引起的内表面缺陷。但是，以往并未提出通过利用皮尔格式冷轧机的冷轧来制造不会产生内表面缺陷的高品质无缝钢管的方法。
发明内容
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本发明即是鉴于上述问题而做成的，其课题在于提出一种利用皮尔格式冷轧机的冷轧制造高品质无缝钢管的方法。另外，在本发明中对在往返两个行程中进行轧制的皮尔格式冷轧机 (MANNESMANN-DEMAG公司)进行说明，但对象并不限定于此，本发明也能够应用于仅在往行程中减小壁厚的皮尔格式冷轧机(BLAWKN0X公司)。本发明人基于为了解决上述课题而进行各种研究的结果，得出这样的见解在利用皮尔格式冷轧机的无缝金属管的冷轧中，当外径减少率与壁厚减少率相比过大时，对管坯施加的圆周方向压缩应力过大，在管内表面易于产生褶皱缺陷。并且，除了利用玻璃润滑剂高速挤压工艺制造管坯的情况之外，在利用曼内斯曼芯棒式无缝管轧工艺制造管坯的情况下，有可能由于定径轧制(利用拉伸缩径轧机或者定径机来进行)在管坯的阶段产生内表面褶皱缺陷。在管坯的阶段产生的内表面褶皱缺陷会对应用皮尔格式冷轧机的冷轧的高级特殊管的品质产生很大的影响。本发明即是基于上述见解而完成的，其主旨在于下述(1)和(2)的利用冷轧制造无缝金属管的方法。(1) 一种利用冷轧制造无缝金属管的方法，该方法是利用皮尔格式冷轧机制造无缝金属管的方法，其特征在于，与管坯的外径和壁厚尺寸及制品轧制管的外径和壁厚尺寸相应地，使用具有直径从一对辊的啮入入口侧朝向加工出口侧逐渐缩小的锥状孔型的辊及同样地直径从啮入入口侧朝向加工出口侧逐渐缩小的锥状芯棒，一边缩径一边减小壁厚地进行拉伸轧制时，使外径减少率Rd为壁厚减少率Rt的1/2以下。其中，在设为do 管坯外径、d 加工外径、to 管坯壁厚及t 加工壁厚的情况下， 外径减少率Rd和壁厚减少率Rt利用如下的(a)、(b)式来计算。Rd= {l-(d/do)} X100(% )— (a)Rt= {l-(t/to)} X 100 (%)... (b)(2)在上述(1)的利用冷轧制造无缝金属管的方法中，期望使用利用拉伸缩径轧机在外径减少率为77%以下的条件下热减径轧制而加工成的管坯。还期望使用利用定径机在外径减少率为33%以下的条件下热减径轧制而加工成的管坯。采用本发明的利用冷轧制造无缝金属管的方法，在一边缩径一边减小壁厚地进行拉伸轧制时，通过谋求外径减少率Rd和壁厚减少率Rt的加工平衡，能够抑制产生由内表面褶皱缺陷引起的内表面缺陷，能够使冷轧后的制品管为高品质。并且，在利用曼内斯曼芯棒式无缝管轧工艺制造管坯的情况下，通过限制定径轧制(利用拉伸缩径轧机或者定径机来进行)的外径减少率，能够进一步提高冷轧后的制品品质。
图1是说明利用皮尔格式冷轧机的冷轧的机构的图。
图2是表示利用皮尔格式 冷轧机的冷轧的加工原理的说明图，该图2的(a)表示往行程开始点的加工状况，图2的(b)表示返行程开始点的加工状况。图3是表示利用皮尔格式冷轧机轧制的管截面的分割模型的图。图4是表示利用皮尔格式冷轧机轧制的管截面的变形行为的图。图5是说明用于热制造无缝钢管的曼内斯曼芯棒式无缝管轧工艺的制造工序的一例子的图。
具体实施例方式图3是表示利用皮尔格式冷轧机轧制的管截面的分割模型的图。根据管1的内表面是否与芯棒4相接触，能够将管截面分为槽底侧11、14和凸缘侧12、13的区域。利用辊和芯棒4对槽底侧11、14进行壁厚加工而使槽底侧11、14被拉伸轧制，凸缘侧12、13在槽底侧的拉伸中被拉拽变形。即，槽底侧11、14的材料在外压、内压和轴线方向压缩力下变形， 凸缘侧12、13的材料在外压和轴线方向张力下变形。图4是表示利用皮尔格式冷轧机轧制的管截面的变形行为的图，图4的(a)表示往行程的轧制(往轧制)的变形行为，图4的(b)表示返行程的轧制(返轧制)的变形行为。图4所示的变形行为是基于仅在往轧制中对管1付与回转而在返轧制中不付与回转的加工模式的，从管材来看，辊配置为仅在往行程中与管材相对地旋转，在返行程中并不相对地旋转。如图4的(a)、(b)所示，在往返两个行程都进行轧制的类型的皮尔格式冷轧机 (MANNESMANN-DEMAG公司)中，60°回转是基本的，因此，管截面的变形相对于孔型的水平轴线、垂直轴线并不对称，是非对称变形。在图4所示的变形行为中，在第i号往轧制中剖面11和14表示槽底侧，剖面12和13表示凸缘侧。在图4所示的变形行为中，外径减少率Rd相对于壁厚减少率Rt过大时，凸缘侧的圆周方向的压缩应变φθ变大，结果，圆周方向的压缩应力σ θ (未图示)过大，产生内表面褶皱缺陷，在槽底侧发生折叠，重复这种状况而发展成内表面缺陷，使内表面品质劣化。在制造要求高品质特性的特殊管时，外径减少率Rd相对于壁厚减少率Rt的比率决定制品的品质。而且，除了在利用热挤压(玻璃润滑剂高速挤压)工艺制造供皮尔格式冷轧机使用的管坯的情况之外，在利用曼内斯曼芯棒式无缝管轧工艺制造的管坯上存在在热减径轧制工序产生的内表面褶皱缺陷，该缺陷在冷轧工序中进一步发展而显现出来。图5是说明用于热制造无缝钢管的曼内斯曼芯棒式无缝管轧工艺的制造工序的一例子的图。该工艺将加热到规定温度的实心的圆钢坯21作为被轧材料，将该圆钢坯21 送进到穿孔轧机23，对其轴心部进行穿孔来制造空心零件(或者中空管坯)22。接着，将制成的空心零件22保持原样地送进到后续的芯棒式无缝管轧机24的拉伸轧制装置来进行拉伸轧制，做成空心毛坯管(或者管坯)22。在用芯棒式无缝管轧机24进行拉伸轧制时，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轧辊24r拉伸时，其材料温度会降低，其中，芯棒24b插入到空心毛坯管22的内表面。因此，用芯棒式无缝管轧机24轧制而成的空心毛坯管22接着要被装入到再加热炉25中进行再加热。之后，经过拉伸缩径轧机26或者定径机(未图示)的定径轧制而成为热轧的无缝钢管。若在芯棒式无缝管轧机中的温度降低较小，则不需要再加热炉。但是，在上述曼内斯曼芯棒式无缝管轧工艺中，在进行定径轧制的拉伸缩径轧机、 定径机中，使空心毛坯管22通过轧辊26r，不使用芯棒等内表面限制工具，利用外径减径轧制对中空管坯22进行加工，因此，在热加工后的钢管的内表面易于产生褶皱缺陷。在此，本发明人除了热挤压管坯之外还将利用拉伸缩径轧机及定径机减径轧制而成的管坯作为试验材料，改变减径轧制的外径减少率、冷轧的外径减少率和壁厚减少率来进行轧制实验，反复观察微组织，对抑制褶皱缺陷的条件进行了研究。如上所述，在利用皮尔格式冷轧机的无缝金属管的冷轧中，外径减少率与壁厚减少率相比过大时，凸缘侧的圆周方向应变过大，结果，圆周方向压缩应力过大，在管内表面产生褶皱缺陷，在槽底侧折叠而成为折入缺陷，重复这种状况而发展成内表面缺陷。基于上述研究的结果，除了利用热挤压工艺制造管坯的情况之外，在利用曼内斯曼芯棒工艺制造管坯的情况下，有时由于定径轧制(利用拉伸缩径轧机或者定径机来进行)在管坯的阶段产生内表面褶皱缺陷，在存在内表面褶皱缺陷的情况下，经由冷轧该缺陷会进一步发展，因此需要注意。在本发明的利用冷轧制造无缝金属管的方法中，若除了采用的热挤压管坯之外， 还考虑将热定径轧制后的管坯作为对象，则皮尔格式冷轧机的外径减少率需要为壁厚减少率的1/2以下。在本发明的利用冷轧制造无缝金属管的方法中，在利用拉伸缩径轧机进行定径轧制的情况下，期望使用在外径减少率为77%以下的条件下热减径轧制而加工成的管坯，而且，在利用定径机进行定径轧制的情况下，期望使用在外径减少率为33%以下的条件下热减径轧制而加工成的管坯。实施例将利用热挤压(玻璃润滑剂高速挤压)工艺及曼内斯曼芯棒式无缝管轧工艺(拉伸缩径轧机及定径机加工)制成的管坯作为试验材料，以利用皮尔格式冷轧机通过冷加工进行缩径轧制的情况为例，评价了制品的内表面品质。实施例1将利用热挤压工艺制成的外径为50. 8mm、壁厚为5. 5mm的25Cr-30Ni_3Mo高合金钢管作为试验管坯，利用皮尔格式冷轧机将试验管坯缩径轧制成外径为38. 1mm、壁厚为 2.4mm。在往行程开始时刻付与送进和回转角。将实验条件概括如下。锥形芯棒的直径dm = 39. 6 33. Imm (有锥面)往行程的进给(送进)f = 8. Omm往行程的回转角(旋转角)θ = 60°管坯尺寸do X to = 50. 8mm X 5. 5mm加工尺寸:dXt = 38. ImmX2. 4mm缩径比d/do= 0· 75拉伸比:to (do-to) /t (d-t) = 2. 91壁厚/ 外径比t/d = 0. 063外径减少率/壁厚减少率比Rd/Rt = 0. 46 < 1/2其中，外径减少率=Rd= {l-(do/d)} X100(% )
壁厚减少率Rt= {l_(to/t)} X100(% )在挤压制成的管坯上有时也不会产生褶皱缺陷，在冷轧后的制品上极轻微地产生由褶皱缺陷引起的内表面缺陷，得到了应满足的内表面品质。
实施例2将利用曼内斯曼芯棒式无缝管轧工艺由交叉穿孔机、芯棒式无缝管轧机及拉伸缩径轧机制成的外径为48. 6mm、壁厚为6. Omm的25Cr-30Ni_3Mo的高合金钢管作为试验管坯， 利用皮尔格式冷轧机将试验管坯缩径轧制成外径为41. 0mm、壁厚为2. 2mm。拉伸缩径轧机的外径减少率为77%以下。将实验条件概括如下。锥形芯棒的直径dm = 36. 4mm (无锥面)
往行程的进给f = 8. Omm往行程的回转角θ =60°管坯尺寸do X to = 48. 6mm X 6. Omm加工尺寸dXt = 41. 0mmX2. 2mm缩径比d/do= 0· 84拉伸比to (do-to) /t (d-t) = 3. 0壁厚/ 外径比:t/d = 0. 054外径减少率/壁厚减少率比Rd/Rt = 0. 25 < 1/2其中，外径减少率=Rd= {l-(do/d)} X100(% )壁厚减少率Rt= {l_(to/t)} X100(% )拉伸缩径轧机的外径减少率为77%以下，但由于一边利用全拉伸模式最大限度地付与支架间张力一边进行缩径轧制，因此，极力抑制了产生内表面褶皱缺陷，在冷轧后的制品上轻微地产生由褶皱缺陷引起的内表面缺陷，得到了应满足的内表面品质。实施例3将利用曼内斯曼芯棒式无缝管轧工艺由交叉穿孔机、芯棒式无缝管轧机及定径机制成的外径为101. 6mm、壁厚为7. Omm的25Cr-30Ni_3Mo的高合金钢管作为试验管坯，利用皮尔格式冷轧机将试验管坯缩径轧制成外径为88. 9mm、壁厚为2. 8mm。定径机的外径减少率为33%以下。将实验条件概括如下。锥形芯棒的直径dm = 83. 8mm (无锥面)往行程的进给f = 10. Omm往行程的回转角θ =60°管坯尺寸doXto = 101. 6mmX 7. Omm加工尺寸dXt = 88. 9mmX2. 8mm缩径比d/do= 0· 88拉伸比to (do-to) /t (d-t) = 2. 8壁厚/ 外径比t/d = 0.032外径减少率/壁厚减少率比Rd/Rt = 0. 21 < 1/2其中，外径减少率=Rd= {l-(do/d)} X100(% )壁厚减少率Rt= {l_(to/t)} X100(% )定径机的外径减少率为33%以下，与拉伸缩径轧机的情况下的外径减少率相比相当小，因此，极力抑制了产生内表面褶皱缺陷，在冷轧后的制品上轻微地产生由褶皱缺陷引起的内表面缺陷，得到了应满足的内表面品质。工业实用件采用本发明的利用冷轧制造无缝金属管的方法，一边缩径一边减小壁厚地进行拉伸轧制时，通过谋求外径减少率Rd和壁厚减少率Rt的加工平衡，能够抑制产生由内表面褶皱缺陷引起的内表面缺陷，能够使冷轧后的制品管为高品质。并且，在利用曼内斯曼芯棒式无缝管轧工艺制造管坯的情况下，通过限制定径轧制(利用拉伸缩径轧机或者定径机来进行)的外径减少率，能够进一步提高冷轧后的制品品质。由此，能够广泛地用作利用冷轧制造高品质无缝金属管的方法。附图标记说明1 管坯；2、孔型辊；3、锥状孔型；4、锥状芯棒；5、轧制管；11、14、槽底侧 剖面；12、 13、凸缘侧剖面；21、圆钢坯；22、空心零件、空心毛坯管；24、芯棒式无缝管轧机；25、再加热炉；26、定径轧机、拉伸缩径轧机。
权利要求
1.一种利用冷轧制造无缝金属管的方法，该方法是利用皮尔格式冷轧机制造无缝金属管的方法，其特征在于，与管坯的外径和壁厚尺寸及制品轧制管的外径和壁厚尺寸相应地，使用具有直径从一对辊的啮入入口侧朝向加工出口侧逐渐缩小的锥状孔型的辊和同样地直径从啮入入口侧朝向加工出口侧逐渐缩小的锥状芯棒，一边缩径一边减小壁厚地进行拉伸轧制时，使外径减少率Rd为壁厚减少率Rt的1/2 以下，其中，Rd= {l-(d/do)} X100(% ) Rt = {l-(t/to)} X100(% )do 管坯外径，d 加工外径，to 管坯壁厚，t 加工壁厚。
2.根据权利要求1所述的利用冷轧制造无缝金属管的方法，其特征在于，使用利用拉伸缩径轧机在外径减少率为77%以下的条件下热减径轧制而加工成的管坯。
3.根据权利要求1所述的利用冷轧制造无缝金属管的方法，其特征在于，使用利用定径机在外径减少率为33%以下的条件下热减径轧制而加工成的管坯。
全文摘要
本发明提供一种利用冷轧制造无缝金属管的方法。在利用皮尔格式冷轧机的无缝金属管的冷轧中，外径减少率与壁厚减少率相比过大时，凸缘侧的圆周方向应变过大，结果，圆周方向压缩应力过大，在管内表面产生褶皱缺陷，在槽底侧折叠而成为折入缺陷，重复这种状况而发展成内表面缺陷。除了利用挤压工艺制造管坯的情况之外，在利用曼内斯曼芯棒工艺制造管坯的情况下，有时由于定径轧制(利用拉伸缩径轧机或者定径机来进行)在管坯的阶段存在内表面褶皱缺陷，经由冷轧而进一步发展，因此需要注意。考虑到这些，使皮尔格式冷轧机的外径减少率/壁厚减少率之比为1/2以下。由此，能够得到抑制了冷轧的内表面缺陷的高品质无缝金属管。
文档编号B21B21/00GK102245320SQ200980149550
公开日2011年11月16日 申请日期2009年11月25日 优先权日2008年12月24日
发明者林千博 申请人:住友金属工业株式会社