专利名称：无缝管的制造方法
技术领域：
本发明涉及由热挤压制管法制造无缝管的方法，特别是涉及适于在使用高温下的变形能低的被挤压原材时的无缝管的制造方法。
背景技术：
近年来，在全球变暖对策推进中要求大容量的发电厂，高效率的超超临界压发电锅炉的开发盛行。另外，随着石油的枯竭问题的进展，石油和天然气的开采环境变得越来越严酷。在这些发电锅炉还有油井和气井中，使用的是高强度且耐腐蚀性、耐应力腐蚀裂纹性等优异的无缝管，其材质对应近年的使用要求的高度化，处于高Cr、高M化的倾向。高Cr、高M的材料加工性差，作为这一难加工性材料的制管法，采用了在快速加工下被加工材的温度降低少，能够实现高的加工度的热挤压制管法的无缝管的需要增加。 特别是以玻璃润滑为特征的玻璃润滑剂高速挤压法(Ugine Sejournet process)适合难加工材的无缝管的制造。图1是用于说明基于玻璃润滑剂高速挤压法的无缝管的热挤压制管法的剖面图。 如同图所示，在玻璃润滑剂高速挤压法中，是加热在轴心形成有贯通孔的中空的被挤压原材(以下也称为“坯料”)8，将加热到规定温度的坯料8收容到料筒6内后，在坯料8的轴心插入芯棒(mandrel bar) 3，在此状态下，通过未图示的随着冲头的驱动的轴杆(stem)的移动(图1中向着空白箭头的方向移动)，经由挤压垫7压出坯料8，制作作为无缝管的挤压管。这时，在料筒6的前端，配置有由模座4和模垫5保持的冲模2，坯料8从冲模2的内面和芯棒3的外面所形成的环状的间隙向着轴杆的移动方向被挤压出，成为具有期望的外径和壁厚的挤压管。在玻璃润滑剂高速挤压法中，作为润滑剂使用玻璃，在将坯料8收容到料筒6内之前，在被加热的坯料8的外表面和内表面散布粉末玻璃，形成熔融玻璃的皮膜。通过该玻璃皮膜，进行坯料8与料筒6和芯棒3的润滑。与之配合，在坯料8与冲模2之间，装载使粉末玻璃与玻璃纤维和水玻璃混合而成形为环状的玻璃盘1。该玻璃盘1在挤压加工的过程中，随着坯料8拥有的热量而徐徐熔融，承担着坯料8和冲模2的润滑。在这样的热挤压制管法中，挤压加工时的坯料的温度，受坯料的加热温度、向工具 (料筒、芯棒和冲模)的传热等带来的散热，和随着塑性加工的放热支配。坯料的散热显著时，坯料温度降低，变形阻抗增大，因此对制管设备的负荷变得过大，陷入不能进行挤压的境地，在操作方面和成品率方向产生障碍。若为了避免这种情况而过度提高坯料的加热温度，则由于存在于高温区域的延性降低区域引起挤压管发生结疤，由于制品不良招致成品率的恶化。特别是在挤压管的顶部(处于压出的最前端的部分)的外表面，容易发生被称为横切痕(横切Λ疵)的横向的疤痕。一般来说，高Cr、高Ni的材料，变形阻抗高，而且高温延展性保持良好的温度(高温拉伸试验下断面收缩率呈现90%以上的温度)低，该温度区域的范围也狭窄，由此高温下的变形能力低。因此，在以高Cr、高Ni的材料作为被挤压原材使用的热挤压中，不能进行挤压造成的操作方面和成品率方面的障碍和挤压管的结疤造成的成品率的恶化变得显著。 因此，为了使用高温下的变形能力低的坯料制造高品质的挤压管，需要把握高温下的延展性降低温度，另外还要考虑加工放热。作为实现挤压管的品质确保的方法，例如在专利文献1和2中公开有一种金属材料的挤压方法，其是规定基于料筒的温度的条件式，使挤压管的温度恒定而进行挤压。先行技术文献专利文献专利文献1 特开2002-192222号公报专利文献2 特开2005-219123号公报在前述专利文献1、2中公开的挤压方法中存在的问题是，管理时刻发生变化的料筒的温度现实中有困难，除非把握每种被加工材的材质的物性值，否则仍不能规定条件式。另外，以上述的高Cr、高Ni的材料作为被挤压原材使用的挤压，冲压速度为50mm/ sec以上，坯料加工温度为1000°C以上。另一方面，前述专利文献1、2所公开的挤压，以铝及其合金为对象，冲压速度为lOmm/sec以下，坯料加工温度不过600°C左右。S卩，以高Cr、 高Ni的材料作为被挤压原材使用的挤压，与前述专利文献1、2所公开的挤压相比较，挤压条件大不相同，是在非常严酷的条件下进行的。此外，对上述的高Cr、高M的材料进行热挤压时，作为管外表面的横切痕的发生要因，容易造成影响的是玻璃润滑剂高速挤压法中特有的润滑玻璃。这是由于，润滑玻璃相比于与之接触的坯料和工具，热传导率小两位数，因此，润滑玻璃的存在与否有导致坯料温度变动的可能性。另一方面，在前述专利文献1、2所公开的挤压方法中，关于润滑剂完全没有考虑。因此，前述专利文献1、2所公开的挤压方法，不能成为在管顶部的外表面防止横切痕的技术。
发明内容
本发明鉴于上述的问题而做，其目的在于，提供一种无缝管的制造方法，即使在使用像高Cr、高Ni的材料这样在高温下的变形能力低的坯料进行热挤压时，也能够防止管顶部的外表面的横切痕的发生。本发明者们为了达成上述目的，调查挤压加工时的被挤压原材的变形特性和温度分布，反复进行锐意研究。于是查明，管顶部的外表面的横切痕的发生是如下原因由于设于被挤压原材和冲模之间的固体润滑玻璃的隔热作用，和被挤压原材自身的加工放热，导致挤压初期挤压管的表面温度比加热温度有所上升。即可知，对于高温下的变形能力低的材料进行热挤压时，根据被挤压原材的外径，定量地预测加工放热量，调节被挤压原材的加热温度，由此不会使挤压管的表面温度过度上升，防止横切痕。本发明基于上述的认识完成，其要旨在于下述的无缝管的制造方法。即，是一种无缝管的制造方法，其特征在于，在加热中空的被挤压原材后，在被挤压原材和冲模之间设置固体润滑玻璃进行热挤压时，根据被挤压原材的外径Cltl[mm]，将被挤压原材，加热至满足下式⑴和⑵的关系的加热温度T[°C ]并进行热挤压。
d。< 200 时T 彡 1250+1.1487XA-7.838Xln(t。/t)-10.135Xln(d。/d) (l)d。彡 200 时T 彡 1219+1. 1487XA-7. 838Xln(t。/t)-10. 135Xln(d。/d) U)其中，上式(1)和(2)中的A由下式(3)求得。A = L/VavX1000 …(3)上述(3)式中的Vav，由下式(4)求得。Vav = (V0+V0X p)/2- (4)上式⑷中的P，由下式(5)求得。ρ = (t0X (d0-t0) X Ji)/(tX (d-t) X Ji) — (5)在此，上式(1) 式(5)中的各符号，意味着下列的诸量。d0 被挤压原材的外径[mm]，t0 被挤压原材的壁厚[mm]，d:挤压管的外径[mm]，t 挤压管的壁厚[mm]，A 冲模通过时间[msec (毫秒)]，L 从冲模的料道部的入口端到轴承部的入口端的挤压方向的长度[mm]，Vav 被挤压原材的平均挤压速度[mm/sec]，V0 冲头速度[mm/sec]，ρ 挤压比上述的制造方法，优选作为所述被挤压原材是以质量％计含有Cr 15 35%和 Ni :3 50%的材料。另外，在上述的制造方法中，优选所述固体润滑玻璃的平均厚度为6mm以上。根据本发明的无缝管的制造方法，使用像高Cr、高Ni的材料这样高温下的变形能力低的被挤压原材进行热挤压时，根据被挤压原材的外径，将被挤压原材加热到预见到加工散热量的条件式的加热温度，由此能够不使挤压初期的挤压管的表面温度过剩上升，而确保在高温延展性的良好的温度，可以防止挤压的管顶部的外表面的横切痕。
图1是用于说明基于玻璃润滑剂高速挤压法的无缝管的热挤压制管法的剖面图。图2是模式化地表示玻璃润滑剂高速挤压制管法的被挤压原材的变形特性的图， 图2(a)表示挤压开始之前的状态，图2(b)表示挤压初期的状态。图3是说明玻璃盘的平均厚度带给挤压管的外表面疤痕的影响的图。
具体实施例方式本发明的制造方法，如上述，是在加热中空的被挤压原材后，在被挤压原材和冲模之间设置固体润滑玻璃进行热挤压时，根据被挤压原材的外径djmm]，将被挤压原材加热至满足下式(1)和O)的关系的加热温度T[°C ]并进行热挤压的无缝管的制造方法。以下，对于以上述方式规定本发明的制造方法的理由和优选的方式进行说明。
1.被挤压原材的加热温度为了查明管顶部的外表面的横切痕的发生要因，使用二维FEM分析，调查玻璃润滑剂高速挤压制管法的被挤压原材的变形特性，和基于此的挤压加工时的被挤压原材的温度分布。在FEM分析中，作为被挤压原材，作为高温下的变形能力低的材料例采用奥氏体系不锈钢(JIS规格的SUS347H)，使被挤压原材的外径及其壁厚、被挤压原材的加热温度和冲头速度的各条件发生各种变化并进行分析。1-1.被挤压原材的变形特性图2是模式化地表示玻璃润滑剂高速挤压制管法的被挤压原材的变形特性的图， 图2(a)表示挤压开始之前的状态，图2(b)表示挤压初期的状态。图2(b)中，由空白箭头表示被挤压原材(坯料)的挤压方向。如图2(a)所示，加热并收容在料筒6内的坯料8有芯棒3插入，成为镦锻(了 V 卜)的状态。由该状态使冲头驱动，经由随之而来的轴杆的移动，坯料8经由挤压垫
被挤压后端面，挤压开始。若挤压开始，则坯料8向着冲模2被压入，而这时，坯料的外表面变形至介有玻璃皮膜而与料筒6的内面接触，并且坯料的内表面变形至介有玻璃皮膜而与芯棒3的外而接触。这时，对于坯料8的前端的外周部预先实施倒角，该倒角部与料筒6的内面不接触。即，坯料8与相对于图2(a)中的符号“X”所示的倒角的起点的更前端侧不接触，与作为倒角起点X的后端侧的外表面与料筒6的内面接触。与此同时，坯料8的前端面介有作为固体润滑玻璃的玻璃盘1而与冲模2接触。若继续使轴杆移动，则如图2(b)所示，坯料8在介有玻璃盘1的状态下，从前端部被压入冲模2的内面与芯棒3的外面构成的环状的间隙。冲模2的内面，如图2(a)所示，按照沿着挤压方向的顺序，具有依次缩径的料道部 2a，和直径一定的轴承部2b，坯料8顺序经过料道部加和轴承部2b而形成为预期的外径， 成为挤压管。这时，在从料道部加的入口端至轴承部2b的入口端的挤压方向的长度L的范围，坯料8急剧发生塑性变形，应变速度极高。1-2.挤压加工时的被挤压原材的温度分布基于上述的变形特性，对于挤压加工时的被挤压原材的温度分布进行FEM分析， 结果是得出以下的结论。在挤压开始之后，坯料的外表面随着与料筒的内面接触而来的传热，导致散热促进，发生温度降低。同样，坯料的内表面，随着与芯棒的外面接触而来的传热，导致散热促进，温度降低变大。即，坯料的外表面和内表面处于温度低的状态。另一方面，坯料的前端面由于其接触的玻璃盘的隔热作用，向冲模的散热受到抑制，与坯料的外表面和内表面比较，温度降低较小。这是由于在挤压刚开始之后，玻璃盘的厚度厚。另外，坯料的前端外周部的倒角部，由于没有与料筒的内面接触，所以散热不会促进，而且在厚玻璃盘的隔热作用下，温度降低变小。即，坯料的前端部与倒角部被维持在高温的状态下。然后，随着挤压的进行，坯料按照前端面、倒角部和外表面的顺序沿着冲模的内而移动而被压入，特别是在经过冲模的料道部的过程中，由于急剧的塑性流动而放热。该放热程度在坯料的前端面、倒角部和外表面经过冲模的任意一种情况下也不会改变。
这时，坯料的前端部和倒角部经过冲模时，在此前过程中，由于玻璃盘的隔热作用而维持在高表面温度的状态下，挤压管的表面温度加上加工放热而进一步上升，相比加热温度而变得更高。这时，挤压管的表面温度比发生了加工放热的壁厚中心部的温度高。另一方面，坯料的外表面经过冲模时，在此前过程中，由于向料筒的散热，再随着挤压的进行，玻璃盘熔融变薄，通过其向冲模的散热导致表面温度变低，因此即使加上加工放热，挤压管的表面温度也不怎么上升，相比加热温度而处于低温。这时，挤压管的表面温度比发生了加工放热的壁厚中心部的温度低。由于这样的温度分布的状态可知，对于含有坯料的前端面和倒角部的部分，即坯料的全角起点x(图2(a)中图示的)前端侧的部分(以下也称为“非恒稳部”)进行挤压时，在玻璃盘的隔热作用和坯料自身的加工放热下，挤压管的表面温度比加热温度有所上升，容易达到高温区域下的延展性降低的温度。可以说这就是管顶部的外表面的横切痕的发生要因。在此，坯料的外径Cltl大时，坯料自身的热容大，因此坯料的温度降低受到抑制，其结果是，挤压管表面的温度上升的程度容易变大。另外，挤压管表面的温度上升的程度依存于加工度。这是由于随着加工度变高，加热放热量增加。在此所说的加工度相当于，坯料的壁厚、相对于挤压管的壁厚t的比“、/ t”，坯料的外径Cltl相对于挤压管的外径d的比“cUd”，和坯料的平均截面积相对于挤压管的平均截面积的比所表示的挤压比P “ (toX (d0-t0) χ π )/(tx (d-t) χ π) ”。此外，挤压管表面的温度上升的程度依存于冲头速度Vtl。这是由于，随着冲头速度 Vc/变为高速，坯料的平均挤压速度Vav “ (VfVtlX P )/2”变快，由于与之对应的应变速度的增加，导致加工放热量增加。这是影响到坯料通过冲模的料道部的挤压方向的长度L时的时间A“L/VavX 1000”，随着冲头速度Vtl变为高速，该冲模通过的时间A变短，加工放热量增加。据此，在对于高温下的变形能力低的材料进行热挤压时，根据坯料的外径，基于加工度和冲模通过时间，定量地预测加工放热量，预见该加工放热量而调节坯管的加热温度， 由此能够使挤压初期的非恒稳部的表面温度不过度上升，确保在高温延展性良好的温度， 可以防止挤压的管顶部的外表面的横切痕。基于以上的认识和后述的实施例的结果而使加热条件公式化，得到由前述(1)式和( 式所表示的加热温度的条件式。在前述(1)式和(2)式中，为了防止挤压管表面的过剩的温度上升规定坯料的加热温度的上限，但其下限优选为1100°C。若加热温度过低，则表面温度达不到高温延展性良好的温度，变形能力降低，容易发生表面结疤。另外，随着加热温度的降低，变形阻抗变高， 挤压加工时对制管设备的负荷增大。2.固体润滑玻璃的厚度如上述，横切痕的发生要因在于非恒稳部的表面温度的过度上升，但这是由于玻璃盘的隔热作用引起的。因此，针对玻璃盘，即设于被挤压原材和冲模之间的固体润滑玻璃，研究其优选的厚度。作为被挤压原材，使用外径178 [mm]，内径66 [mm]，下述表1中显示代表组成的奥氏体系不锈钢(JIS规格的SUS347H)，将其加热到1200[°C ]后，以玻璃盘的平均厚度和使冲头速度发生变种变化的条件进行热挤压，实施制造外径76. 8 [mm]、内径63 [mm]的挤压管的试验。在该实验中，在0 10[mm]的范围改变玻璃盘的平均厚度，使冲头速度为100、150 和200[mm/sec]，以各条件制造各100个挤压管。所谓玻璃盘的平均厚度为0[mm]，意思是不装载玻璃盘。[表 1]单位质量％
权利要求
1.一种无缝管的制造方法，其特征在于，在加热中空的被挤压原材后，在被挤压原材和冲模之间设置固体润滑玻璃进行热挤压时，根据被挤压原材的外径djmm]，将被挤压原材加热至满足下式⑴或⑵的关系的加热温度T[°C ]并进行热挤压，其中，d。< 200 时T ≤1250+1. 1487 X A-7. 838 X In (t0/t)-10. 135 X In ((d0/d)…(1) d0≥200时T ≤1219+1. 1487 X A-7. 838 X In (t0/t)-10. 135 X In (d0/d)…(2)其中，上式⑴和(2)由下式(3) (5)求得，A = L/VavX1000…(3)Vav= (V0+V0Xp)/2-(4)P = (t0X (d0-t0) X π ) / (t X (d-t) X π )... (5)其中，d0 被挤压原材的外径[mm]， to 被挤压原材的壁厚[mm]， d:挤压管的外径[mm]， t:挤压管的壁厚[mm]， A 冲模通过时间[msec (毫秒)]，L 从冲模的料道部的入口端到轴承部的入口端的挤压方向的长度[mm]， Vav 被挤压原材的平均挤压速度[mm/sec]， V0 冲头速度[mm/sec]， P 挤压比。
2.根据权利要求1所述的无缝管的制造方法，其特征在于，所述被挤压原材是以质量％计含有Cr :15 和Ni :3 50%的材料。
3.根据权利要求1或2所述的无缝管的制造方法，其特征在于，所述固体润滑玻璃的平均厚度为6mm以上。
全文摘要
一种无缝管的制造方法，根据其外径d0[mm]，将被挤压原材，加热至满足下式(1)和(2)的关系的加热温度T[℃]后，与冲模之间设置固体润滑剂并进行热挤压，由此使用高温下的变形能力低的被挤压原材进行热挤压时，能够在管顶部的外表面防止横切痕的发生。d0＜200时T≤1250+1.1487×A-7.838×ln(t0/t)-10.135×ln(d0/d)…(1)，d0≥200时T≤1219+1.1487×A-7.838×ln(t0/t)-10.135×ln(d0/d)…(2)，A＝L/Vav×1000，Vav＝(V0+V0×ρ)/2，ρ＝(t0×(d0-t0))/(t×(d-t))，t0被挤压原材的壁厚[mm]，d挤压管的外径[mm]，t挤压管的壁厚[mm]，L从冲模的料道部的入口端到轴承部的入口端的挤压方向的长度[mm]，V0冲头速度[mm/sec]。
文档编号C22C38/58GK102316999SQ20108000741
公开日2012年1月11日 申请日期2010年2月12日 优先权日2009年2月13日
发明者原田浩一, 山川富夫 申请人:住友金属工业株式会社