用于薄壁无缝管生产的芯棒的制作方法

本发明涉及钢管生产领域，特别涉及一种用于薄壁无缝管生产的芯棒。

背景技术：

钢管厂用于生产碳钢、低合金钢、中合金钢及高合金等中、厚壁无缝钢管的轧制机组所采用的轧管设备是德国meer公司的assel轧管机。钢管轧管前需要在穿孔后的毛管内孔插入芯棒，以便带动毛管喂入轧管机并在轧管机的孔型中完成轧制变形，最终完成定壁过程。芯棒是用来带动毛管喂入轧管机以及与轧管机的三个轧辊(三个轧辊互成120°配置)一起配合包围形成轧管定壁所需的孔型的。

目前，轧管用芯棒是具有多种规格直径(共90组，φ76mm～φ442mm)、长度为19.75m(其中支撑段15.55m，工作段4m，端部锥形段0.2m)的直线型空心棒(棒内部设置内水冷)。在生产薄壁(d/s≥16，d指生产钢管的外径值，s指壁厚值)钢管时，毛管前端经轧管机轧制后端部易产生喇叭形扩口，由于喇叭形扩口部分的外径值比正常情况下荒管的外径平均值大，因此喇叭形扩口部分会影响后续减径工序的咬入，造成增加额外的调整时间(约10秒/支)，同时还会导致钢管尺寸超差等缺陷，甚至直接造成废品；另外喇叭形扩口部分存在壁厚减薄段(平均壁厚较轧后荒管正常平均壁厚值小)，由于同等公差要求下薄壁管公差带较小，壁厚减薄段的壁厚值超公差下限时需切头(正常钢管切头长度约200～250mm，存在壁厚减薄段钢管切头长度约350～450mm)，造成成品钢管料损。

对于上述问题可以选择改动assel轧管机或对芯棒进行重新设计进行解决，assel轧管机结构复杂，属设备供应商的专有技术，不具备改进技术能力。相比而言对芯棒进行重新设计可满足使用，但主要有以下几个限制：

1)芯棒原有的支撑段不能直接焊接连接改后的芯棒工作段，若直接焊接会造成焊接处台阶影响轧后钢管内表质量，且影响焊接处稳定，降低强度；

2)其它参数不变的情况下，芯棒直径变化会造成整支钢管壁厚尺寸发生变化；

3)毛管轧制时又需要加大轧辊台肩与芯棒表面的间距，以减小毛管端部的变形量，以改善或消除喇叭形扩口。

经过上述分析，可以确定解决该芯棒使用问题必须从芯棒重新设计着手，因此，寻求一种既满足技术要求，又能改善轧后端部喇叭形扩口的新型芯棒用于assel轧管机的薄壁管轧制具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于薄壁无缝管生产的芯棒。利用该芯棒进行薄壁无缝管的生产能够明显改善甚至消除钢管端部形成的喇叭形扩口，有效改善了毛管端部的尺寸精度，减少成品管端部的切头长度，降低料损。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于薄壁无缝管生产的芯棒，所述芯棒包括锥形段、工作段和支撑段，其中，所述锥形段为锥台结构，所述工作段和所述支撑段均为圆柱体结构，所述锥形段的大端与所述工作段的一端连接，所述工作段的另一端与所述支撑段的一端连接。

进一步地，在上述的芯棒中，所述工作段包括细段和粗段，所述细段的外径小于所述粗段的外径，所述细段的一端与所述锥形段的大端连接，所述细段的另一端与所述粗段的一端连接，所述粗段的另一端与所述支撑段的一端连接。

进一步地，在上述的芯棒中，所述细段的另一端与所述粗段的一端通过圆角连接，优选地，所述圆角的半径r为80mm～135mm，优选地，所述圆角的圆心在所述芯棒的外侧。

进一步地，在上述的芯棒中，所述粗段的外径与所述支撑段的外径d1相等，所述细段的外径与所述锥形段的大端的外径d2相等。

进一步地，在上述的芯棒中，所述细段的外径比所述粗段的外径小1.5mm～6mm。

进一步地，在上述的芯棒中，所述工作段的长度l为4000mm，所述粗段的长度l1为2000mm～2600mm，所述细段的长度l2为4000mm-l1。

进一步地，在上述的芯棒中，所述锥形段小端的直径与锥形段大端的比例范围为≥1:2.5，所述锥形段的长度l3为200mm。

进一步地，在上述的芯棒中，所述细段一端的内壁设置有第一环形凹槽，所述锥形段的大端设置有第一环形凸起，所述第一环形凸起能够插入所述第一环形凹槽内；

所述粗段另一端的内壁设置有第二环形凹槽，所述支撑段的一端设置有第二环形凸起，所述第二环形凸起能够插入所述第二环形凹槽内。

进一步地，在上述的芯棒中，所述支撑段的长度l4为14000mm～16000mm。

进一步地，在上述的芯棒中，所述锥形段的大端、所述工作段和所述支撑段的内部均设置有空腔，所述锥形段的大端、所述工作段和所述支撑段内部的空腔依次连通；优选地，所述空腔的壁厚为35～45mm。

分析可知，本发明公开一种用于薄壁无缝管生产的芯棒，该芯棒包括锥形段、工作段和支撑段。本发明的技术方案采用“两段式”结构，在不改变原有芯棒工作段与支撑段焊接部分的外形及尺寸的情况下，只减小一部分区域芯棒工作段的直径，既将工作段分为细段和粗段，并且使细段的外径小于粗段的外径，工作段原外径尺寸段(粗段)与外径尺寸减小段(细段)间采用机加工方式圆滑过渡。在顶管轧制过程中，由于靠近锥形段的细段的外径小于靠近支撑段的粗段的外径，使轧辊台肩与细段表面的间距加大，进而使毛管端部的轧制变形量减小、壁厚减薄段的平均壁厚值增大，轧制变形量的减小能够明显的改善喇叭形扩口，部分规格甚至可以消除喇叭形扩口，壁厚减薄段平均壁厚值的增大能够有效改善了毛管端部的尺寸精度，减少了成品管端部的切头长度，降低了料损。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明一实施例的结构示意图。

图2为本发明一实施例的工作段的结构示意图。

附图标记说明：1锥形段；11第一环形凸起；2工作段；21细段；22第一环形凹槽；23粗段；24第二环形凹槽；3支撑段；31第二环形凸起；4空腔；

r圆角的半径；d1支撑段的外径；d2锥形段的大端的外径；

l工作段的长度；l1粗段的长度；l2细段的长度；l3锥形段的长度；l4支撑段的长度。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1和图2所示，根据本发明的实施例，提供了一种用于薄壁无缝管生产的芯棒，芯棒包括锥形段1、工作段2和支撑段3，其中，锥形段1为锥台或圆锥体结构，工作段2和支撑段3均为圆柱体结构，锥形段1的大端与工作段2的一端连接，工作段2的另一端与支撑段3的一端连接。锥形段1用于顶管缩口，工作段2和支撑段3用于顶管轧制。

进一步地，工作段2为一体机构，工作段2包括细段21和粗段23，细段21的外径小于粗段23的外径，细段21的一端与锥形段1的大端连接，细段21的另一端与粗段23的一端连接，粗段23的另一端与支撑段3的一端连接。粗段23的外径与支撑段3的外径d1相等，细段21的外径与锥形段1的大端的外径d2相等。在顶管轧制过程中，由于靠近锥形段1的细段21的外径小于靠近支撑段3的粗段23的外径，使轧辊台肩与细段21表面的间距加大，进而使毛管端部的轧制变形量减小、壁厚减薄段的平均壁厚值增大，轧制变形量的减小能够明显的改善喇叭形扩口，部分规格甚至可以消除喇叭形扩口，壁厚减薄段平均壁厚值的增大能够有效改善了毛管端部的尺寸精度，减少了成品管端部的切头长度，降低了料损。

进一步地，细段21的另一端与粗段23的一端通过圆角连接，如此设置能够使细段21与粗段23连接处通过圆角圆滑过渡，防止此部分形成台阶或轧制过程中形成毛刺刮伤钢管的内表面。优选地，圆角的半径r为80mm～135mm(比如：85mm、90mm、95mm、100mm、105mm、110mm、115mm、120mm、125mm、130mm)、优选为100mm；细段21的另一端与粗段23的一端通过圆角的圆弧形成圆角过渡，优选地，圆角的圆心在芯棒的外侧。

进一步地，细段21的外径比粗段23的外径小1.5mm～6mm(比如：2.0mm、2.5mm、3.0mm、3.5mm、4.0mm、4.5mm、5.0mm、5.5mm)。根据生产的薄壁管的规格适当调整细段21与粗段23外径的差值，细段21的外径和粗段23的外径之间的差距过小，则不能够改善毛管端部的喇叭形扩口，细段21的外径和粗段23的外径之间的差距过大，会影响毛管端部的尺寸精度。优选细段21的外径比粗段23的外径小4mm，既能够改善毛管端部的喇叭形扩口，又不会影响毛管端部的尺寸精度。

进一步地，工作段2的长度l为4000mm，根据生产的薄壁管的规格适当调整细段21与粗段23的长度，粗段23的长度l1为2000mm～2600mm(比如：2050mm、2100mm、2150mm、2200mm、2250mm、2300mm、2350mm、2400mm、2450mm、2500mm、2550mm)，细段21的长度l2为4000mm-l1。细段21的长度过小，则不能够改善毛管端部的喇叭形扩口，细段21的长度过大，会造成端部外区域钢管壁厚偏大，影响毛管整体的尺寸精度。

进一步地，如图2所示，细段21一端的内壁设置有第一环形凹槽22，锥形段1的大端设置有第一环形凸起11，第一环形凸起11能够插入第一环形凹槽22内，第一环形凸起11和第一环形凹槽22之间为焊接连接，即工作段2与锥形段1之间为焊接连接；粗段23另一端的内壁设置有第二环形凹槽24，支撑段3的一端设置有第二环形凸起31，第二环形凸起31能够插入第二环形凹槽24内，第二环形凸起31和第二环形凹槽24之间为焊接连接，即工作段2与支撑段3之间为焊接连接。焊接连接能够将工作段2与锥形段1之间、工作段2与支撑段3之间连接紧固，提高毛管端部的尺寸精度。

进一步地，锥形段1小端的直径与锥形段1大端的比例范围为≥1:2.5，锥形段1可做成子弹头状圆锥体，锥形段1的长度l3为200mm。

进一步地，支撑段3的长度l4为14000mm～16000mm(比如：14100mm、14200mm、14300mm、14400mm、14500mm、14600mm、14700mm、14800mm、14900mm、15000mm、15100mm、15200mm、15300mm、15400mm、15500mm、15600mm、15700mm、15800mm、15900mm)。

进一步地，锥形段1的大端、工作段2和支撑段3的内部均设置有空腔4，锥形段1的大端、工作段2和支撑段3内部的空腔4依次连通。在顶管轧制过程中，空腔4用于水冷。优选地，空腔4壁厚为35～45mm，壁厚可以提供足够的强度，同时空腔4的空间足够用于水冷。

在本发明的一个实施例中：

圆角的半径r为100mm；

细段21的外径比粗段23的外径小4mm，既支撑段的外径d1-锥形段的大端的外径d2为4mm；

工作段的长度l为4000mm；粗段的长度l1为2200mm；细段的长度l2为1800mm；锥形段的长度l3为200mm；支撑段的长度l4为15500mm。

配合assel轧管机设备的轧管机喉径值、轧制速度等值确定上述芯棒的参数。

本发明的技术方案用于assel轧管机的薄壁管(d/s≥16)轧制。以每年薄壁管(d/s≥16)生产量4万吨计算，按单支钢管重量2.3吨，额外增加调整时间10秒/支算，全年可多生产40000÷2.3×10÷60＝2898.5分钟，按现实每小时生产33支，可多生产2898.5÷60×33×2.3＝3666.6吨/年，按钢管销售平均利润700元/吨，增加收益3666.6×700＝255.787万元/年。钢管减少料损的价值：按钢管成本按均价6500元/吨，每支减少切头长度0.15m，单支钢管长度10m计算，可减少料损(40000÷2.3)×(2.3÷10×0.15)＝600吨，降低料损成本6500×600＝390万/年，全年创效255.787+390＝645.787万元/年。薄壁管(d/s≥16)成材率提升0.2个百分点。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

一种用于薄壁无缝管生产的芯棒，该芯棒包括锥形段1、工作段2和支撑段3。本发明的技术方案采用“两段式”结构，在不改变原有芯棒工作段与支撑段焊接部分的外形及尺寸的情况下，只减小一部分区域芯棒工作段的直径，既将工作段2分为细段21和粗段23，并且使细段21的外径小于粗段23的外径，工作段2原外径尺寸段(粗段23)与外径尺寸减小段(细段21)间采用机加工方式圆滑过渡。在顶管轧制过程中，由于靠近锥形段1的细段21的外径小于靠近支撑段3的粗段23的外径，使轧辊台肩与细段21表面的间距加大，进而使毛管端部的轧制变形量减小、壁厚减薄段的平均壁厚值增大，轧制变形量的减小能够明显的改善喇叭形扩口，部分规格甚至可以消除喇叭形扩口，壁厚减薄段平均壁厚值的增大能够有效改善了毛管端部的尺寸精度，减少了成品管端部的切头长度，降低了料损。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。