专利名称：使用浮动顶头制造超薄壁无缝金属管的方法
技术领域：
本发明涉及一种超薄壁无缝金属管的冷拔方法，其采用使用浮动顶头的扩径拉拔方法，特别是提供一种显著地扩大了金属管的薄壁方面的可制造范围并谋求了金属管的纵长化的、超薄壁无缝金属管的高效的制造方法。
背景技术：
金属管在热加工的状态下不满足品质上、强度上或者尺寸精度上的要求时要被送到冷加工工序。作为冷加工工序，存在采用整体模和顶头或者整体模和芯棒的冷拔法和采用皮尔格式冷轧机的冷轧法，本发明涉及其中的冷拔法。在冷拔法中，利用缩口机使管坯的管端缩径，通过进行酸洗除去了表面的氧化皮等之后进行润滑处理，再使管坯从拉模中通过来进行拉拔。在冷拔法中存在顶头拉拔、浮动顶头拉拔、芯棒拉拔及空拔，这些方法都是通过拉模的缩径加工来进行。图1是说明以往的缩径拉拔法的图，表示顶头拉拔的情况。该图所示的顶头拉拔是最普通的拉拔法，其是这样的方法将利用顶头支承棒4支承的顶头3插入到管坯1内， 利用夹具5夹住管坯1的管端地使管坯1从拉模2中通过，向图中附图标记X所示的箭头方向拉拔管坯。该方法便于顶头替换、作业性也很优良，加工度也很大。另外，对于芯棒拉拔的情况省略了说明图，芯棒拉拔是这样的方法将芯棒插入到管坯内，与上述图1所示的方法同样地使管坯从拉模中通过地进行拉拔。该方法利用芯棒来进行管内表面的加工，即使是细径管，也能够制造出内表面美观且尺寸精度较高的制品， 可用于制造原子能用等的高级管。冷拔所使用的拉床广泛采用电动机驱动的链式拉床，但此外也采用油压式、水压式的拉床。在金属管的冷拔工序中，在管材料的外表面与拉模表面之间及管材料的内表面与顶头表面或管材料的内表面与芯棒表面之间存在摩擦阻力，由于要克服这些阻力地进行拉拔加工，因此，在管材料上沿长度方向产生有张力。当用该张力除以拉拔后的截面积得到的张力应力变高时，管开始被拉细，若张力应力达到管材料的变形阻力，则管材料会断裂。管的壁厚越薄，长度方向的张力应力越大，管就越容易断裂，因此，壁厚减小率自然存在界限。因而，在壁厚减小率变大的拉拔加工中，需要增加拉拔次数而重复拉拔作业， 每次都需要润滑作业，导致成本升高。另外，在管材料的加工硬化显著的情况下，还需要在重复的拉拔工序之间进行退火作业。专利文献1 :PCT/JP2008/051619申请说明书
发明内容
本发明即是鉴于上述问题而做成的，其课题在于提出一种能够显著地扩大金属管的薄壁方面的可制造范围的、利用冷拔法制造超薄壁金属管的方法。另外，本发明虽然是将无缝金属管作为薄壁金属管的主要对象，但在薄壁的焊接金属管中，有时也会在焊接部或者热影响部产生壁厚的不均勻而需要矫正，因此，本发明的对象也包括焊接金属管。本发明人为了解决上述课题，根据以往的问题点进行研究开发，得出以下见解，发明出了利用冷拔法制造超薄壁金属管的方法，已经作为专利文献1提出。通常，管材的塑性加工中的壁厚加工是通过沿管的长度方向对管材料进行拉伸加工来实现的。即，在管材的冷拔中，在拉模和顶头之间或者拉模与芯棒之间进行壁厚加工的情况下，一边进行缩径一边进行拉拔，沿长度方向进行拉伸。对此，本发明人解释为，在对管材进行塑性加工而减小壁厚时，由于仅在长度方向上拉伸，因此，壁厚减小量受到限制，难以进一步薄壁化，本发明人认为，若在利用冷拔法减小管材的壁厚时，在沿长度方向拉伸的同时也沿管周方向拉伸，则能够避免上述问题。顺便对利用环形轧机轧制环状品这样的极端情况进行了研究，由于环状原料仅在环周方向上被拉伸而不在长度方向(轴心方向)上被拉伸，因此，能够不受限制地减小壁厚。在拉拔工序中，为了一边沿管周方向拉伸一边还沿长度方向拉伸，只要一边利用顶头或者芯棒进行扩径一边进行拉拔即可。只要使用具有至少比管坯外径大的内表面限制直径的顶头或者芯棒，就能够可靠地将管坯扩径。如上所述，只要一边对管坯进行扩径一边进行拉拔，即使壁厚变薄，圆周方向的周长也会增大，因此，管材料的截面不会减小太多，还具有能够减轻拉拔时的张力应力的优
点ο专利文献1中公开的发明(以下也记作“在先申请发明”)是基于上述见解完成的，其主旨是利用下述(a) (d)所示的冷拔法制造超薄壁金属管的方法。(a) 一种利用冷拔法制造超薄壁金属管的方法，该制造方法是使用拉床制造超薄壁金属管的方法，其特征在于，将对管的一端实施了扩口加工的管坯插入到直径从啮入入口侧朝向加工出口侧逐渐扩大或者缩小的整体模内，再将直径从拉模的啮入入口侧朝向加工出口侧逐渐扩大的顶头或者锥形芯棒插入到管坯内，用夹具夹住实施了扩口加工的部分，沿从啮入入口侧朝向加工出口侧的方向拉拔管坯，从而在整体模与顶头或者整体模与锥形芯棒之间，一边扩大作为管坯的外径和内径的平均值的壁厚中心直径一边减小壁厚地进行拉伸。(b)根据上述(a)所述的利用冷拔法制造超薄壁金属管的方法，其特征在于，一边使内径的扩大量大于外径的扩大量、且同时扩大内径和外径一边减小壁厚地进行拉伸。(c)根据上述(a)所述的利用冷拔法制造超薄壁金属管的方法，其特征在于，使外径保持恒定，一边仅扩大内径一边减小壁厚地进行拉伸。(d)根据上述(a)所述的利用冷拔法制造超薄壁金属管的方法，其特征在于，一边缩小外径、扩大内径且使内径的扩大量大于外径的缩小量一边减小壁厚地进行拉伸。图2是表示上述在先申请发明的顶头拉拔情况下的扩径拉拔法的图。该图2的 (a)表示一边同时扩大内径和外径一边进行拉拔的情况，图2的(b)表示使外径保持恒定、 一边仅扩大内径一边进行拉拔的情况，图2的(c)表示一边缩小外径、扩大内径一边进行拉拔的情况。如该图2的(a) (c)所示，将扩口加工后的管坯1从整体模21的加工出口侧插入到整体模21内，该整体模21的直径从拉模的啮入入口侧(图中的整体模21的左侧)朝向加工出口侧(图中的整体模21的右侧)扩大。然后，将直径从整体模21的入口侧朝向出口侧扩大、加工最大直径大于管坯1的外径的顶头31插入到管坯1内，利用夹具5夹住扩口加工后的管坯1的管端，向图中附图标记X所示的方向拉拔管坯。通过该操作，管坯1在顶头31和整体模21之间一边被扩大壁厚中心直径一边被拉拔。另外，省略了芯棒拉拔。如上所述，通过在先申请发明，达到了制造超薄壁无缝金属管的目的，但是，在在先申请发明中，需要使用利用顶头支承棒4支承顶头31那样的锥形顶头的构造的拉床。因而，管坯1的长度受到限制，难以进行纵长管的拉拔。另外，管的扩口加工及缩口加工部分的成品率损失也不容忽视。为了突破该问题，本发明人挑战开发了一种使用浮动顶头的扩径拉拔法。本发明涉及一种使用浮动顶头、即浮起顶头的扩径冷拔法。在1964年前后开发出并被实用化的使用浮动顶头的冷拔法(但是，是缩径加工)是关于无缝金属管的冷拔的170 年的历史中最划时代的技术革新。于是，由此能够拉拔纵长管，也能够利用拉丝机拉拔法拉拔线圈管。在使用浮动顶头的冷拔法中，使用与直径从啮入入口侧朝向加工出口侧逐渐缩小的整体模同样地、直径从入口侧朝向出口侧逐渐缩小的锥形顶头来进行冷拔。在这种情况下，顶头能够浮动的理由在于利用在缩径模的出侧作用于顶头的力(拉入力和后退的力) 的平衡，顶头被自身支承而成为浮起的状态。相对于此，若为了进行扩径拉拔而使用扩径模和扩径顶头，则顶头完全不能浮动。为了解决该问题，本发明人得出这样的见解将两个整体模重合地相对配设在轧制线上，使扩径顶头在这两个整体模内侧浮动地进行拉拔，从而能够进行扩径拉拔。S卩，一种使用浮动顶头的超薄壁无缝金属管的冷拔法，将直径从啮入入口侧朝向加工出口侧扩大、恒定或者缩小的入侧整体模和直径至少在啮入入口附近缩小的出侧整体模连续地相对配设在同一轧制线上，而且，使直径从啮入入口侧朝向加工出口侧逐渐扩大的锥形顶头在轧制线上浮动，在入侧整体模区域中，在整体模与顶头之间，一边扩大作为管坯的外径和内径的平均值的壁厚中心直径一边减小壁厚，在出侧整体模的入口附近，使锥形顶头浮动，从而能够进行扩径拉拔。在这种情况下，即使由于出侧整体模而进行一些壁厚加工也无妨。本发明即是基于上述见解而完成的，其主旨在于提供一种利用下述(1) (4)所示的扩径拉拔制造超薄壁无缝金属管的方法。(1) 一种利用扩径拉拔制造超薄壁无缝金属管的方法，该制造方法是使用浮动顶头的超薄壁无缝金属管的冷拔法，其特征在于，将直径从啮入入口侧朝向加工出口侧扩大、 恒定或者缩小的入侧整体模和直径至少在啮入入口附近缩小的出侧整体模连续地相对配设在同一轧制线上，将管坯插入到该入侧整体模内和出侧整体模内，而且，使直径从啮入入口侧朝向加工出口侧逐渐扩大的锥形顶头在轧制线上浮动，并利用夹具夹住该管坯的管端，沿从入口侧朝向出口侧的方向拉拔管坯，从而，在入侧整体模区域中，在整体模与顶头之间，一边扩大作为管坯的外径和内径的平均值的壁厚中心直径一边减小壁厚，在出侧整体模区域中，减小外径而使锥形顶头浮动。(2)根据上述(1)所述的利用扩径拉拔制造超薄壁无缝金属管的方法，其特征在于，在入侧整体模区域中，一边同时扩大内径和外径且使内径的扩大量大于外径的扩大量一边减小壁厚地进行拉伸。(3)根据上述(1)所述的利用扩径拉拔制造超薄壁无缝金属管的方法，其特征在于，在入侧整体模区域中，使外径保持恒定、一边仅扩大内径一边减小壁厚地进行拉伸。(4)根据上述(1)所述的利用扩径拉拔制造超薄壁无缝金属管的方法，其特征在于，在入侧整体模区域中，一边缩小外径、扩大内径一边减小壁厚地进行拉伸。在本发明中，“超薄壁无缝金属管”是指壁厚t与外径d之比t/d为4. 0%以下的无缝金属管。在此，无缝金属管如上所述地也包含焊接金属管。采用本发明方法，将直径从啮入入口侧朝向加工出口侧扩大、恒定或者缩小的入侧整体模和直径至少在啮入入口附近缩小的出侧整体模连续地相对配设在同一轧制线上， 而且，使直径从啮入入口侧朝向加工出口侧逐渐扩大的锥形顶头在轧制线上浮动，在入侧整体模区域中，在整体模与顶头之间，一边扩大作为管坯的外径和内径的平均值的壁厚中心直径一边减小壁厚，在出侧整体模区域中，减小外径而使锥形顶头浮动，因此，能够显著地扩大利用冷拔法得到的无缝金属管薄壁方面的可制造范围。另外，由于能够制造纵长管， 因此，在成品率、效率等所有的方面都能够实现工序的合理化。
图1是以往的利用顶头拉拔的缩径拉拔法的说明图。图2是利用顶头拉拔的扩径拉拔法的说明图，该图2的(a)表示一边同时扩大内径和外径一边进行拉拔的情况，图2的(b)表示使外径保持不变、一边仅扩大内径一边进行拉拔的情况，图2的(c)表示一边缩小外径、扩大内径一边进行拉拔的情况。图3是以往的使用浮动顶头的缩径拉拔法的说明图。图4是本发明的使用浮动顶头的扩径拉拔法的说明图，该图4的(a)表示在入侧整体模区域中一边同时扩大内径和外径一边进行拉拔的情况，图4的(b)表示在入侧整体模区域中使外径保持不变、一边仅扩大内径一边进行拉拔的情况，图4的(c)表示在入侧整体模区域中一边缩小外径、扩大内径一边进行拉拔的情况。图5是表示用于实施本发明的冷拔的前处理的结构例的图。
具体实施例方式本发明是一种通过扩径拉拔制造超薄壁无缝金属管的方法，如上所述，该制造方法是使用浮动顶头的超薄壁无缝金属管的冷拔法，其特征在于，将直径从啮入入口侧朝向加工出口侧扩大、恒定或者缩小的入侧整体模和直径至少在啮入入口附近缩小的出侧整体模连续地相对配设在同一轧制线上，将管坯插入到该入侧整体模内和出侧整体模内，而且， 使直径从啮入入口侧朝向加工出口侧逐渐扩大的锥形顶头在轧制线上浮动，并利用夹具夹住该管坯的管端，沿从入口侧朝向出口侧的方向拉拔管坯，从而，主要是在入侧整体模区域中，在整体模与顶头之间，一边扩大作为管坯的外径和内径的平均值的壁厚中心直径一边减小壁厚，在出侧整体模区域中，减小外径而使锥形顶头浮动。下面，使用附图进一步说明本发明的超薄壁无缝金属管的制造方法。图3为了比较而表示用于说明以往的使用浮动顶头的缩径拉拔法的图，该方法是这样的拉拔方法将直径从啮入入口侧朝向出口侧逐渐缩小的锥形顶头32插入到管坯1 内，使该锥形顶头32在轧制线上浮动，并利用夹具5夹住管坯1的管端地使管坯1通过直径从啮入入口侧朝向出口侧逐渐缩小的拉模2，向图中附图标记X所示的方向拉拔管坯。但是，如上所述，利用该方法，即使欲使用扩径拉模和扩径顶头进行扩径拉拔，也无法使顶头浮动。图4是说明本发明的使用浮动顶头的扩径拉拔法的形态的图。该图4的(a)表示在入侧整体模区域中一边同时扩大内径和外径一边进行拉拔的形态，图4的(b)表示在入侧整体模区域中使外径保持恒定、一边仅扩大内径一边进行拉拔的形态，图4的(c)表示在入侧整体模区域中一边缩小外径、扩大内径一边进行拉拔的形态。在该图4的(a)所示的形态中，将直径从啮入入口侧朝向加工出口侧逐渐扩大的入侧整体模22和直径在啮入入口附近缩小的出侧整体模23连续地相对配设在同一轧制线 6上。然后，将外径为do、壁厚为to的管坯1插入到入侧整体模22内和出侧整体模23内， 而且，使直径从啮入入口侧朝向加工出口侧逐渐扩大的锥形顶头33在轧制线6上浮动，并利用夹具5夹住管坯1的管端，向图中附图标记X所示的方向拉拔管坯。本发明的浮动顶头由锥形部33a、支承部3 和浮动部33c构成。在入侧整体模 22区域中，在整体模22与顶头的锥形部33a及整体模22与支承部3 之间，一边扩大作为管坯1的外径和内径的平均值的壁厚中心直径一边减小壁厚。在出侧整体模23区域中，减小外径，利用顶头的浮动部33c的作用使锥形顶头33浮动，能够利用扩径拉拔来制造外径为d、壁厚为t的超薄壁无缝金属管。在该图4的(b)所示的形态中，在入侧整体模22区域中，使管坯1的外径保持恒定、一边仅扩大内径一边减小壁厚地进行拉伸。另外，在该图4的(c)所示的形态中，在入侧整体模22区域中，一边缩小外径、扩大内径一边减小壁厚地进行拉伸。在任一种形态中，在入侧整体模22区域中，均一边利用顶头的锥形部33a和支承部3 扩大壁厚中心直径一边进行拉拔。同时，在出侧整体模23区域中，减小外径，利用顶头的浮动部33c的作用使锥形顶头33浮动。图5是表示用于实施本发明的冷拔的前处理的结构例的图。在实施本发明时，用于将两个整体模重合地相对配设在轧制线上、使锥形顶头浮动于这两个整体模内侧的前处理具有多种，在该图中说明其一例子。在图5的(a)中，利用公知的手段(例如上述图2所示的拉拔法)将管坯1从啮入入口侧插入到入侧整体模22内，并将锥形顶头33插入到管坯1内，使管坯1在入侧整体模22与锥形顶头33之间一边被扩径一边进行拉拔。此时，为了拉拔定位(入侧整体模22 的加工部和锥形顶头33的支承部3 之间的定位)而需要保持锥形顶头33的出侧端部。在图5的(b)中，在锥形顶头33的出侧设有压下辊7，管坯1的外周部被该压下辊7按压而沿着顶头的浮动部33c缩径。此时的管坯缩径尺寸小于出侧整体模23的加工尺寸。在图5的(c)中，从被缩径的管坯1的出侧装入出侧整体模23，将出侧整体模23 与入侧整体模22相对配置，使锥形顶头33在两拉模的内侧浮动。由此，用于实施本发明的冷拔的前处理结束。实施例
为了确认本发明的使用浮动顶头的扩径拉拔法所得到的超薄壁无缝金属管的制造方法的效果，进行下述试验，对其结果进行了评价。试验是利用上述图4的(a)所示的方法进行的，但对于该图4的(b)及(c)的方法，与该图4的(a)的方法的作用和效果几乎没有变化，因此，在本实施例中说明该图4的(a)的方法的试验结果。将利用曼内斯曼芯棒式轧制工艺制造的外径为48. 6mm、内径为41. 6mm、壁厚为 3. 5mm的18% Cr_8% Ni不锈钢管作为试验用管坯，利用入侧整体模和浮动顶头将该试验用管坯一边扩径一边减小壁厚地形成为外径为53. 8mm、内径为50. 8mm、壁厚为1. 5mm，在出侧整体模的入口附近缩小外径，将试验用管坯加工为外径为50. 8mm、内径为47. 8mm、壁厚为
1.5mm0将试验条件和结果概括如下。锥形顶头的最大直径dp = 50. 8mm管坏尺寸管坯外径:do = 48. 6mm管坯内径d'ο = 41. 6mm管坯壁厚to= 3. 5mm入侧整体樽出口的中段尺寸外径53. 8mm内径50. 8mm壁厚1. 5mm出侧整体模出口的制品尺寸制品外径d = 50. 8讓制品内径d'= 47. 8mm制品壁厚t = 1. 5讓扩径比d/do= 1. 05拉伸比:to(do-to) / {t (d-t)} = 2. 13(壁厚/ 外径)比t/d = 2. 95%利用上述试验得到的制品的内外表面美观，特别是在品质上没有问题。另外，利用以往的缩径拉拔法所得到的奥氏体系不锈钢管的最小壁厚在外径为50. 8mm的情况下为
2.4mm左右，本发明的使用浮动顶头的扩径拉拔法所得到的无缝金属管的制造方法的效果显著是很明显的。工业实用性采用本发明的使用浮动顶头的扩径拉拔法，能够显著地扩大利用冷拔法得到的无缝金属管薄壁方面的可制造范围。而且，只要能够利用扩径拉拔法经济且稳定地制造具有以往的缩径拉拔法的大约2/3以下的壁厚的无缝金属管，就能够将TIG焊接管、激光焊接管等超薄壁焊接管替代为利用本发明制造的无缝管。另外，由于能够通过采用浮动顶头来制造纵长管，因此，在成品率、效率等所有的方面均能够实现工序的合理化。附图标记说明1、管坯；2、拉模；3、顶头；4、顶头支承棒；5、夹具；6、轧制线；7、压下辊；21、整体模；22、入侧整体模；23、出侧整体模；31、顶头；32、浮动顶头；33、浮动顶头。
权利要求
1.一种利用扩径拉拔制造超薄壁无缝金属管的方法，该方法是使用浮动顶头的超薄壁无缝金属管的冷拔法，其特征在于，将直径从啮入入口侧朝向加工出口侧扩大、恒定或者缩小的入侧整体模和直径至少在啮入入口附近缩小的出侧整体模连续地相对配设在同一轧制线上；将管坯插入到该入侧整体模内和出侧整体模内，而且，使直径从啮入入口侧朝向加工出口侧逐渐扩大的锥形顶头在轧制线上浮动，并利用夹具夹住该管坯的管端，沿从入口侧朝向出口侧的方向拉拔管坯；从而，在入侧整体模区域中，在整体模与顶头之间，一边扩大作为管坯的外径和内径的平均值的壁厚中心直径一边减小壁厚，在出侧整体模区域中，减小外径而使锥形顶头浮动。
2.根据权利要求1所述的利用扩径拉拔制造超薄壁无缝金属管的方法，其特征在于， 在入侧整体模区域中，一边同时扩大内径和外径且使内径的扩大量大于外径的扩大量一边减小壁厚地进行拉伸。
3.根据权利要求1所述的利用扩径拉拔制造超薄壁无缝金属管的方法，其特征在于， 在入侧整体模区域中，使外径保持恒定、一边仅扩大内径一边减小壁厚地进行拉伸。
4.根据权利要求1所述的利用扩径拉拔制造超薄壁无缝金属管的方法，其特征在于， 在入侧整体模区域中，一边缩小外径、扩大内径一边减小壁厚地进行拉伸。
全文摘要
本发明提供一种能够显著地扩大金属管薄壁方面的可制造范围的利用冷拔法制造超薄壁无缝金属管的方法。该扩径拉拔法为将直径从啮入入口侧朝向加工出口侧扩大、恒定或者缩小的入侧整体模和直径至少在啮入入口附近缩小的出侧整体模连续地相对配设在同一轧制线上，而且，使直径从啮入入口侧朝向加工出口侧扩大的锥形顶头在轧制线上浮动，在入侧整体模区域中，在整体模与顶头之间，一边扩大管坯的壁厚中心直径一边减小壁厚，在出侧整体模区域中，减小外径而使锥形顶头浮动。利用本方法，能够制造超薄壁无缝金属管及纵长管，在成品率、效率等方面能够实现工序的合理化，因此，经济上的优点极大。
文档编号B21C3/16GK102232009SQ20098014833
公开日2011年11月2日 申请日期2009年11月11日 优先权日2008年12月3日
发明者林千博 申请人:住友金属工业株式会社