专利名称：芯棒式无缝管轧机及无缝管的制造方法
技术领域：
本发明涉及芯棒式无缝管轧机和无缝管的制造方法，具体 来说，涉及能够以与以前相比具有飞跃性的高加工度且高尺寸 精度对例如不锈钢钢管、薄壁钢管等这样的难以轧制的对象进 行延伸轧制的芯棒式无缝管轧机和无缝管的制造方法。
背景技术：
在利用曼内斯曼芯棒式无缝管轧机方式制造无缝钢管的过 程中，首先，将圆钢坯或角钢坯装入到加热炉中进行加热。接 着，用穿孔才几穿孔轧制该圆钢坯或角钢坯，估文成厚壁的空心管坯。接着，在该空心管坯的内部插入芯才奉之后，通常用由5~8 台辊轧机构成的芯棒式无缝管轧机延伸轧制空心管坯，将壁厚 去薄到规定值而做成管坯。然后，从管坯拔出芯棒之后用减径 轧机将管坯定径轧制成规定的外径，从而制造作为产品的无缝 钢管。作为进行延伸轧制的芯棒式无缝管轧机，各辊轧机 一 般使 用配置有两个轧制辊的2辊芯棒式无缝管轧机。但是，在该2辊 芯棒式无缝管轧机中，被轧制的空心管坯的变形程度在相当于 各辊的槽底部的部分(以下、简单称为"槽底部")和在相当于 各辊的凸缘部的部分(以下、简单称为"凸缘部")存在很大差 异。因此，由2辊芯棒式无缝管轧机延伸轧制的空心管坯的应力 平衡容易被打破，用2辊芯棒式无缝管轧机难以确保高的加工 度。近年来，公开有使用3辊芯棒式无缝管轧机来代替难以确保 高加工度的2辊芯棒式无缝管轧机的技术(例如参照专利文献1 )。此外，为了抑制由2辊芯棒式无缝管轧机的轧制造成的空'"、 管坯的周向4个部位局部变厚的现象、即产生壁厚不均，也提出 有将局部地压下壁厚较厚的4个部位的4辊轧机配置在芯棒式无 缝管轧机的最终的轧机上的方案，在专利文献2、 3中公开有用 于实现该发明的轧制技术、设备技术。但是，将辊数不同的辊轧机配置到同 一台芯棒式无缝管轧 机上会带来设备的复杂化、设备的设计及改善的困难化。此外，因为在2辊芯棒式无缝管轧机中，能够使相对配置的 一对孔型轧制辊在辊凸缘部相互接触，所以能容易地进行轧制 辊压下位置的调零。对此，在3辊芯棒式无缝管轧机、4辊芯棒 式无缝管轧机中无法进行这样的接触，所以与2辊芯棒式无缝管 轧机相比，难于进行轧制辊的压下位置的调零，存在难以确保 轧制后的尺寸精度这样的问题。在专利文献4中，公开有用壁厚 计的实际值进行压下位置的调零的发明。专利文献l:日本特开2005-111518号/>才艮专利文献2:日本特开平08-71614号/>才艮专利文献3:日本特开平11-123409号公报专利文献4:日本特开2005-131706号公报在无缝管的制造中，对于例如由不锈钢材料、薄壁材料构 成的空心管坯这样的、本质上不易被延伸轧制的难轧制构件， 要求以比现在更高的高加工度且高尺寸精度进行制管。但是，如上所述，考虑到2~ 4辊芯棒式无缝管轧机的各种 利弊，尚未发现超过2辊芯棒式无缝管轧机的延伸轧制机。因此，只要使用2辊芯棒式无缝管轧机，就难于达到比现状 更高的加工度和尺寸精度。发明内容本发明是具有多台辊轧机，且用于延伸轧制空心管坯而制 造管坯的芯棒式无缝管轧机，其中，至少包括用于对空心管坯进行壁厚压下的1台以上的4辊轧才几、在4辊轧^/L的下游包括最终 轧机的1台以上的2辊轧机。在本发明的芯棒式无缝管轧机中，4辊轧机中所有的辊最好 是由辊驱动用电动才几驱动的驱动辊。此外，本发明是具有多台辊轧机，且用于延伸轧制空心管 坯而制造管坯的芯棒式无缝管轧机，其中，至少包括用于对空 心管坯进行壁厚压下的1台以上的3辊轧才几、在3辊轧才几的下游包 括最终轧^/li的1台以上的油压压下方式的2辊轧。从另外的观点出发，本发明是无缝管的制造方法，其中， 通过用上述的本发明的芯棒式无缝管轧机延伸轧制空心管坯来 制造无缝管。采用本发明，能够提供一种即使对于例如不锈钢钢管、薄 壁钢管这样的本质上不易被轧制的难轧制对象，也能以与现状 相比具有飞跃性的高加工度且高尺寸精度来进行延伸轧制的芯 棒式无缝管轧机。而且，采用本发明，即使对于本质上不易被 轧制的难轧制对象，即使在以与现状相比具有飞跃性的高加工 度且高尺寸精度来进行延伸轧制的情况下，也难以产生操作故 障的芯棒式无缝管轧机。
图l的(a)是表示在前段采用4辊轧机的情况下，空心管坯 的(1/4)部分的延展性破坏条件式的计算结果分布的说明图， 图l的(b)是表示在前段采用2辊轧机的情况下，空心管坯的 (1/4)部分的延展性破坏条件式的计算结果分布的说明图。图2是表示在例(i)、 ( ii)、 ( iii)的最终轧机出口侧的管坯 1 / 4部分的管坯和芯棒之间的间隙量计算结果的比较说明图，图 2的(a)是表示2辊的管端部形状说明图，图2的(b)是表示4 辊的管端部形状的说明图，此外，图2的(c)是表示仅前段2 台轧机为4辊的管端部形状的说明图。图3是表示采用直径50mm的芯棒对轧制前的空心管坯的尺 寸为直径63mm、壁厚4mm的由加入锑的冷铅构成的材料进行轧 制测试的结果的曲线图。
具体实施方式
(实施方式l )以下、 一边参照附图一边详细地-说明为了实施本发明的芯 棒式无缝管轧机和无缝管的制造方法的最佳实施方式。本实施方式的芯棒式无缝管轧机是具有多台辊轧机、且用 于延伸轧制空心管坯而制造管坯的芯棒式无缝管轧机，至少包 括用于对空心管坯进行壁厚压下的l台以上的4辊轧机、在4辊轧 机的下游包括最终轧机的1台以上的2辊轧机。即，该芯棒式无缝管轧机至少包括在构成芯棒式无缝管 轧机的多台辊轧机中的靠近芯棒式无缝管轧机进口侧的位置即 前段设有l台以上的、用于压下壁厚的4辊轧机；在上述多台辊 轧机中的靠近芯棒式无缝管轧机出口侧的位置即后段设有l台 以上包括最终轧机的2辊轧机。若在前段配置l台以上的进行壁厚压下的4辊轧机，就能够 在空心管坯的温度降低之前以非常高的加工度进行延伸轧制， 并且，通过前段的4辊轧机的压下，能够在空心管坯沿周向大致 均匀变形的状态下充分地确保空心管坯的周长。一般来说，空心管坯一边被构成芯棒式无缝管轧机的多台辊轧机延伸轧制一边移动时，空心管坯的温度降低。为此，在空心管坯由热收缩率大的材料(例如质量％计，9 % Cr以上的合 金钢)构成时的情况下，在空心管坯通过最终的辊轧机而拔出 芯棒时，有时空心管坯因其周长的收缩而贴附于芯棒。因此，为了不产生操作故障地以高加工度且高尺寸精度进 行延伸轧制，通过在空心管坯的温度高的前段进行高加工度且 形成沿周向大致均匀的变形状态的延伸轧制，有利于充分地确 保在空心管坯的温度降低的后段的空心管坯的周长。而且，在本实施方式中，将设于前段的用于进行壁厚压下 的l台以上的4辊轧才几中的所有的辊i殳为由辊驱动用电动才几驱动 的驱动辊。为了不产生操作故障地以具有飞跃性的高加工度且高尺寸 精度来进行延伸轧制，如上所述，在前段的辊轧机上进行高加 工度且形成沿周向大致均匀变形的状态的延伸轧制。为此，最 好将设于前段的用于进行壁厚压下的1台以上的4辊轧机中的所 有的辊设为与辊驱动用电动机相结合的驱动辊，从而使上述所 有的辊用于延伸轧制加工。此外，通过在后段配置包括最终轧机的1台以上的2辊轧机， 能确保空心管坯的周长，并且能够将空心管坯的内表面与芯棒 的外表面之间的间隙保持得较大。由此，空心管坯通过最终轧 机而拔出芯棒时，能容易地从空心管坯拔出芯棒。而且，如上 所述，因为2辊芯棒式无缝管轧机能容易地进行轧制辊的压下位 置的调零，所以通过在后段配置包括最终轧机的l台以上的2辊 轧机，能高度地确保所延伸轧制的管坯的尺寸精度。最好将2辊轧机的槽底位置配置成与4辊轧机的槽底位置呈 0。或90。交叉。通过将2辊轧机的槽底位置配置成与4辊轧机的 槽底位置相同(无相位差)，能制造更加高质量的产品。空心管坯含有高合金越多或薄壁越薄，在延伸轧制时越易 产生穿孔缺陷。例如，若在构成芯棒式无缝管轧机的多台辊轧 机中连续的2辊轧机的第2台辊轧机中，仅在轧制辊的槽底位置的中央部施加较大的压下率，则即使以用第2台辊轧机不沿长度方向较大地延伸轧制辊的凸缘部的方式减少除辊的槽底中央部 以外的压下，也会仅在槽底位置的中央部施加有较大的压下率。此时，在第2台辊轧机处的槽底位置的中央部沿长度方向的延伸 变大，但是因为受到槽底位置的中央部的两侧和凸缘部的材料 的限制，所以槽底位置的中央部的空心管坯难以沿轧制方向行 进，第2台辊轧机的槽底位置的中央部的空心管坯在轧制辊的进 口侧产生波紋，在极端的情况下槽底位置的中央部以弯折的状 态被轧制，因此，产生该穿孔缺陷。即，穿孔缺陷是因辊的槽 底中央部压力过大而产生的缺陷。在此，在用2辊轧机进行轧制时，若直径突出的管坯进入到 压下量较大的槽底部，则更容易产生波紋，所以容易产生穿孔 缺陷。为了对该槽底部尽可能地供给直径不突出的空心管坯， 在其正前方(上游侧)的轧机中管坯的位置最好也位于槽底部。此外，作为副加效果，能将空心管坯的温度设定在更低温 侧，能够使由芯棒式无缝管轧机延伸轧制后的完成温度例如降 至900。C以下。这样，在本实施方式中，将芯棒式无缝管轧机构成为至少 包括用于对空心管坯进行壁厚压下的1台以上的4辊轧机、在4 辊轧机的下游包括最终轧机的1台以上的2辊轧才几，所以能够不 产生操作故障地进行具有飞跃性的高加工度且高尺寸精度的延 伸轧制。(实施方式2 )本实施方式的芯棒式无缝管轧机至少包括用于对空心管坯进行壁厚压下的1台以上的3辊轧机、在3辊轧机的下游包括最终 轧机的1台以上的油压压下方式的2辊轧机。即使替代在实施方式l中配置在前段的l台以上的用于进行 壁厚压下的4辊轧机，而在前段配置l台以上的用于进行壁厚压 下的3辊轧;f几，也能够与实施方式1相同地不产生#:作故障地进 行具有飞跃性的高加工度且高尺寸精度的延伸轧制。由于3辊轧才几不存在各轧制辊的基准位置，所以与4辊轧机 相比，难于要求相同的压下位置精度。换句话说，在釆用4辊轧 机的情况下，只要能荻得与相面对的轧制辊的相对位置的信息 就能通过调整芯棒和辊槽底部之间的间隙来提高压下位置精度 然而由于采用3辊轧机的情况不存在相面对的轧制辊，所以无法 使用那样的提高压下位置精度的方法。因此，在本实施方式中，为了在延伸轧制中进行壁厚控制， 在后段配置包括最终轧机的1台以上的油压压下方式的2辊轧 机，使在延伸轧制中的压下位置高速变化。由于在电动压下方 式中无法改变在延伸轧制中的压下位置，所以采用能在轧制中 改变压下位置的"油压压下方式，，是有效的。这样，即使采用本实施方式，也能够不产生操作故障地进 行具有飞跃性的高加工度且高尺寸精度的延伸轧制。实施例1一边参照实施例 一 边具体地说明本发明。(i) 由5台辊轧机构成的芯棒式无缝管轧机(本发明例l ), 该5台辊轧机中，第l辊轧机和第2辊轧机为用于进行壁厚压下的 的4寿昆專匕才几、第3 ~ 5專昆举L才几为2專昆專匕才几；(ii) 由5台辊轧机构成的芯棒式无缝管轧机(以往例)， 该5台辊轧才几包括第1 ~ 5辊轧^L，均为2辊轧才几；(iii) 由5台辊轧机构成的芯棒式无缝管轧机(比较例)，4辊轧机；对于上述三个例子，通过以下所述的条件(A)、 (B),进 行延伸轧制的模拟计算(刚塑性3D-FEM),对所得到的管坯的 加工度和尺寸精度进行了确认。(A) 进行本实施例的模拟时所用的基础数据 轧制前的空心管坯的尺寸直径435mm、壁厚35.5mm 轧制后的空心管坯的尺寸直径381mm、壁厚17. lmm 材质不锈钢延伸轧制前的空心管坯的温度1000°C 芯才奉的直^圣347mm芯棒式无缝管轧机的总辊轧机数5台辊轧才几 轧制辊的槽底位置的直径500mm(B) 前段4辊轧机的设置数和设置位置例(i):第l辊轧机的轧制辊的槽底位置和第2辊轧机的 轧制辊的槽底位置呈45。交叉例(iii):奇数的辊轧机的轧制辊的槽底位置和偶数的辊轧 机的轧制辊的槽底位置呈4 5 °交叉(C) 后段2辊轧机的设置数和设置位置例(i):奇数的辊轧机的槽底位置和偶数的辊轧机的槽底 位置呈90。交叉第3辊轧机的轧制辊的槽底位置与第2辊轧机的轧制辊的槽 底位置成0。或90。交叉例(ii):奇数的辊轧机的槽底位置和偶数的辊轧机的槽底 位置呈90。交叉图l的(a)是表示在前段用4辊轧机的情况下，空心管坯的 (1/4)部分的延展性破坏条件式的计算结果分布的说明图，图 l的(b)是表示在前段用2辊轧机的情况下，空心管坯的(1/4)部分的延展性破坏条件式的计算结果分布的说明图。该延展性破坏条件式的计算如下进行根据3维刚塑性有限 元素法，利用在前段采用4辊轧机的芯棒式无缝管轧机(本发明 例)、或在前段采用2辊轧机的芯棒式无缝管轧机(以往例)延 伸轧制的情况下，对于从经验上判断为易产生穿孔的第2辊轧机 出口侧，将空心管坯作为刚塑性体，并且将空心管坯以外全部 作为刚体来进行空心管坯的变形(应力.应变分布)。然后，在图l的(a)和图l的(b)中，基于所算出的应力-应变分布，用 剖面线部表示延展性破坏条件式(相当于延伸力的累积能量) 的计算值为0.350以上的部分A (产生穿孔(断裂)的可能性高 的部分)。可知，如图l的(b)所示，若在前^:用2辊轧^L,则存在延 展性破坏条件式的计算值为O. 350以上的部分A，对此，如图l 的(a)所示，在前段用4辊轧机的情况下，不存在延展性破坏 条件式的计算值为O. 350以上的部分。此外，图2是表示在例(i)、 (ii)、 (iii)的最终轧机出口侧 的管坯1/4部分的管坯和芯棒之间的间隙量计算结果比较的说 明图，图2的(a)是表示2辊的管端部形状的说明图，图2的(b) 是表示4辊的管端部形状的说明图，此外，图2的(c)是表示仅 前段2台轧机为4辊的管端部形状的说明图。图3表示采用直径5 0 m m的芯棒对轧制前的空心管坯的尺寸 为直径6 3 m m 、壁厚4 m m的由加入锑的冷铅构成的材料在上述例 (i)、 ( ii)的条件下进行轧制测试的结果。两例均改变压下量， 对延伸轧制后的管坯均不存在穿孔和缺陷的情况用O表示，对 存在穿孔和缺陷中任一种的情况用x表示。另外，图中的"延伸比"是用延伸比=(延伸轧制后的管坯的长度)/(延伸轧制 前的空心管坯的长度)=(延伸轧制前的空心管坯的截面积)/(轧制后管截面积)进行评价的值。
从图1和图2可知，若在前段采用4辊轧机，则能在沿空心管
坯的周向大致均匀变形的状态下确保充分的周长，所以经过第2
辊轧机延伸轧制后不产生穿孔等问题，并且若在后段进一步采
用2辊轧机，经过最终辊轧机，能在管坯的内表面和芯棒之间作出充分的间隙，能毫无问题地拔出芯棒。
从图3可知，在本发明(例(i))中，能够用第2辊轧机确保延伸比为3以上，然而在以往方式(例(ii))中，即使用第4辊轧机也无法确保延伸比超过3。换句话说，可知采用本发明能进行具有飞跃性的高加工度的延伸轧制。
权利要求
1.一种芯棒式无缝管轧机，其具有多台辊轧机，用于延伸轧制空心管坯而制造管坯，其特征在于，至少包括用于对上述空心管坯进行壁厚压下的1台以上的4辊轧机、在上述4辊轧机的下游包括最终轧机的1台以上的2辊轧机。
2. 根据权利要求l所述的芯棒式无缝管轧机，上述4辊轧机 中所有的辊是由辊驱动用电动机驱动的驱动辊。
3. —种芯棒式无缝管轧机，其具有多台辊轧机，用于延伸 轧制空心管坯而制造管坯，其特征在于，至少包括用于对上述 空心管坯进行壁厚压下的l台以上的3辊轧4几、在上述3辊轧机的 下游包括最终轧机的1台以上的油压压下方式的2辊轧机。
4. 一种无缝管的制造方法，其特征在于，通过用权利要求 1 ~ 3中任一项所述的芯棒式无缝管轧机延伸轧制空心管坯来制 造无缝管。
全文摘要
本发明提供一种芯棒式无缝管轧机及无缝管的制造方法，该芯棒式无缝管轧机对于例如由不锈钢构件、薄壁构件构成的空心管坯等的本质上不易被轧制的难轧制构件，以具有飞跃性的高加工度且高尺寸精度进行延伸轧制。该芯棒式无缝管轧机具有多台辊轧机，用于延伸轧制空心管坯而制造管坯，至少包括用于对空心管坯进行壁厚压下的1台以上的4辊轧机、在4辊轧机的下游包括最终轧机的1台以上的2辊轧机。
文档编号B21B17/02GK101568395SQ200780046578
公开日2009年10月28日 申请日期2007年10月15日 优先权日2006年10月16日
发明者山根明仁 申请人:住友金属工业株式会社