专利名称：无缝热轧钢管的制造方法和实施该方法的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的方法用以制造无缝热轧钢管。
背景技术：
按照Brüder Mannesmann的发明由一加热的坯料制成一厚壁的空心管件，已提供不同的建议，将该空心管件以相同的温度在另一热加工阶段延伸，对此关键词是连续轧管法、用顶管机轧制无缝钢管法、芯棒轧管法和皮格尔式周期轧管方法(钢管手册，第10版，III.制造方法，Vulkan出版社，埃森1986年)。
全部所述的方法对于不同的尺寸范围和材料具有其优点，其中也有交叉。对于中等的尺寸范围5至18英寸采用连续和芯棒轧制方法，对于尺寸范围达26英寸采用皮格尔式周期轧管方法。对于在＞30mm范围内的较厚的壁连续和芯棒轧制方法或多或少是适用的，而皮格尔式周期轧管方法虽然对壁厚不成问题，但在制造节拍方面是缓慢的。全部所述方法中不利的是在尺寸变换时或多或少长的改装时间。
表明由一加热的坯料制造无缝管的特征是三个步骤冲孔-延伸-缩径轧制(H.Biller无缝管的轧制-方法选择的问题，钢和铁106(1986)No.9，第431-437页)。
较长时期以来人们已试图节省一个步骤，以便降低制造和设备成本。这些努力至今实质上成效不大。
DE 1 908 961 A1公开一种方法用以由在连续铸造中制成的空心体制造无缝管。在该已知方法中将铸锭分割并借助一内部工具和热辊锻预延伸各相应的分件。接着将预延伸的分件在一连续的轧钢机上轧制成一预制管(管坯)并通过后续的延伸缩径由其生产一成品管，该建议的方法拟在由在连续铸锭中制成的空心体制造小直径的管的大量生产中应用。该建议应该有助于克服预延伸时斜辊的强的负荷的问题。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于无缝热轧钢管的制造方法，其对于5至30英寸外径的尺寸范围和对于5至＜16英寸外径范围壁厚≥0.1×外径、对于16至30英寸外径范围壁厚≥40mm、也对于小批量生产在产量和生产率方面比已知的方法更优越。
该目的根据权利要求1的前序部分结合其特征部分来达到。有利的进一步构成是诸从属权利要求的主题。
按照本发明的教导，在应用一插入空心坯件的内部工具和一锻造机的至少两个作用到空心坯件的外表面上的锻造瓦块的情况下，通过一径向锻造过程形式的成型步骤取代至今已知的第二和第三以轧制为特征的成型步骤(延伸轧制和缩径轧制)，其中使空心坯件周期地在锻造瓦块的空行程的阶段中旋转和轴向移动。根据控制的方式可以同时或时间上位错地实施空心坯件的旋转和轴向推进。
建议的方法的优点是，也可最好地制造厚壁的管并且改装时间是不长的。类似于皮格尔式的在通过锻造的延伸过程中即使对很厚的壁的管仍可达到高的延伸作用。因此即使在厚壁的管中也可具有大的管长度。
另一优点可看出在于，在绝大多数的情况下可以省去其他需要的后接的定径轧机，因为在通过锻造的延伸过程以后这样生产的热轧管具有成品管质量。
建议的锻造过程在不用两个、而用总共四个锻造瓦块时则是特别有效的和在质量上有利的，它们在一平面内同步作用到空心坯件的外表面上。为了特别是更好地分配热负荷，可以有利的是，使内部工具在锻造过程中沿轴向推进的同一方向或相反方向运动。
在大的延伸率(＞4)和小的壁厚(＜30mm)时可以必需的是，在锻造之前在空心坯件内涂覆例如磷酸盐或石墨基的分离剂和润滑剂。借此避免锻造的空心坯件在内部工具上发生固结。
第一成型步骤选择地可以是一冲孔过程或一借助于斜辊的冲孔。在冲孔过程以后切断或冲穿底部。可以经由火焰切割或热锯实现切断。将通过冲孔过程或借助于斜辊的冲孔生产的空心坯件在其通过锻造得到其成品管尺寸以前可以直接锻造或通过后接的斜辊预延伸。
在该处理方法中可以取消在冲孔过程以后切断或冲穿底部。对于斜辊使用一两辊机或三辊机。按照预处理清除外表面和/或内表面的氧化皮是有利的。
锻造的成品管在通常的校准步骤，如定长切断、肉眼检验、打标记等以后或是立即可交货的或首先经受热处理和/或无损伤的试验。热处理可以是正火或调质。按照直线度要求需要校准。同样在相应的交货要求中需要外表面的全面磨削或另一适当的切削加工，以便消除因锻造过程引起的小的不平度。
所使用的原坯料或者是一连续铸造棒的一部分、优选一连续铸造圆棒或是一铸锭(金属锭)。按照应用的冲孔过程在难于可成型的材料的情况下需要连续铸锭通过轧制或锻造的预成型。原坯料的加热按已知的方式在一日转式加热炉中或在一步进式炉中实现。对于大的重量也可设想其他的加热炉，例如均热炉。
实施该方法的装置的特征在于一径向锻造机，其具有一锻造机架和至少两个在其中可更换设置的锻造瓦块。空心坯件的旋转运动和轴向推进通过各一个在输入侧和在输出侧设置的操作机来实现。为了将可能的校准耗费减至最小已证明有利的是，至少在输出侧在操作机与锻造机架之间设置一导轨。这确保，将离开锻造机架的锻造的成品管尽可能保持在中心线上。
原则上利用直的锻造瓦块的锻造过程是可能的，但当每一锻造瓦决在面向工件的侧面上朝纵剖面看具有一逐渐变窄的入口部分与一紧接其后的平滑部分时，决定性改善表面质量。朝横剖面看入口区域具有一凹形的曲率，其中在相应的横剖面内的半径总是大于处于嵌接的空心坯件的实际的半径。通过在横剖面内的较大的曲率避免一夹紧效应。但不必为空心坯件的每一输入直径提供一单独的锻造瓦块组，相反利用一组就可覆盖一不同的输入直径的范围。
内直径和内轮廓沿锻造的成品管的长度看基本上通过内部工具的型式、优选以圆柱形芯棒的形式来确定。
插入一轻微圆锥形的芯棒增大锻造的成品管与内部工具之间的间隙，从而便于从内部工具中抽出成品管。但锥度只允许是微小的，因为否则以不允许的方式沿长度改变了壁厚。
一有台阶的芯棒的应用可以有利地用于制造具有变厚的末端的管轴。根据台阶的方式由一空心坯件制造多个管轴也是可能的。然后将各个分开。
另一应用领域是制造以整体连接的形式的螺纹管。在所谓插接管中也存在可能性，即直接利用待锻接的套管代替其单独的制造。
借助两个简化的视图更详细地说明本发明的方法。其中图1示出按本发明的方法，包括一冲孔装置(斜辊)；图2示出按本发明的方法，包括一冲孔装置(斜辊)和一后接的预延伸装置(延伸轧机)；图3一处于嵌接的空心坯件的纵剖视图；图4沿图3中的A-A方向的剖视图。
具体实施例方式
图1作为简化的视图示出本发明的方法，包括只一个冲孔装置作为第一成型步骤。示例性地将一由连续铸造钢棒中分开的坯料1装入一回转式加热炉2中并加热到成型温度例如1250℃。在加热和离开回转式加热炉2以后将加热的坯料经由一辊道3送给一冲孔装置。
在该实施例中冲孔装置构成为包括两个斜辊5、5′的斜辊轧机4。一内部工具属于此装置，其包括一冲孔芯棒6和一固定杆7。由于借助于斜辊冲孔是充分已知的，省去对其更详细的进一步说明。
通过冲孔由坯料1生产一空心坯件8，该空心坯件经由一横向输送9到达锻造机10。通过径向锻造的接着的延伸过程按照本发明构成其他的通常的第二和第三成型步骤的组合而代替其他通用的轧制，它们为连续轧管法、芯棒轧管法或皮格尔式周期轧管法后接缩径轧辊。
在移入一优选圆柱形芯棒形式的内部工具11以后，将空心坯件8通过一在输入侧设置的操作机13沿着通过锻造机架14输送并同时旋转。在锻造瓦块的空行程的阶段周期地同时或时间上位错地实现这样的旋转和轴向推进。
在输出侧，一第二操作机12随后承接成品管16，以便可以导致锻造过程结束。图中只简化示出锻造机并且其中具有未示出的周围嵌接空心坯件8的各个锻造瓦块，其作用到外表面上，以便通过缩小外径和壁厚延伸空心坯件8。
在通过锻造的延伸过程以后将热轧管16按箭头15输入到精整作业线，以便在那里准备好装运。精整通常包括定长切断、肉眼检查、打标记和按需要首先实施的热处理和/或无损伤的试验。由于场地原因，示出的热轧管16短于其相应的伸长。
示例性地按图1中所示的加工过程由一具有尺寸406mm圆的和长度2.8m的坯料1在冲孔以后制成一尺寸390外径×123mm壁厚且长度3.5m的空心坯件8。在锻造以后，热轧管16具有203mm的外径与50mm的壁厚和15m的长度。
图2示出按图1的方法的一个变型方案，其中相同的部件选择相同的附图标记。第一成型步骤直到制成一空心坯件8与图1中所说明的成型步骤是完全相同的。在通过锻造的延伸过程之前设置第二成型步骤，但仍是一预延伸装置，所谓延伸轧机。在该实施例中延伸轧机也构成为斜辊轧机包括两个斜辊18、18′和一内部工具，其包括一连接于一固定杆20的塞头19。
离开冲孔装置的空心坯件8经由一横向输送9供给延伸轧机17输入侧。通过斜辊预延伸空心坯件8并制成一缩小到壁厚的空心坯件8′。空心坯件8′的直径在预延伸以后可以是相同的、更小的或更大的。
此后将空心坯件8′经由一横向输送9′供给已在图1中说明的锻造机10。由于接着的步骤是完全相同的省去重复。
示例性地按图1中所示的加工过程由一具有尺寸500mm圆的和长度4m的坯料1在冲孔以后制成一尺寸500mm外径×180mm壁厚且长度4.3m的空心坯件8。
在通过延伸轧机以后，提供一具有尺寸480mm外径×120mm壁厚且5.8m长度的空心坯件8′。
图3示出一处于嵌接的待锻造的空心坯件8的纵剖视图，该空心坯件从左边进入锻造机并且在右边作为热轧管16离开锻造机。在该实施例中在锻造区域内在外面上四个锻造瓦块21、21′、21″、21和在内面一圆柱形芯棒22配合作用。芯棒22通过一固定杆23固定位置，但也可以按选择使其在锻造过程中轴向前后移动。
旋转箭头24和轴向箭头25说明，在锻造瓦块21-21的空行程期间使空心坯件8旋转和轴向继续移动。
每一锻造瓦块21-21的纵剖面内具有一主要成锥形构成的入口部分26和一紧接其后的平滑部分27。入口部分26也可以是轻微凸起弯曲的。
朝横截面看(图4)全部的锻造瓦块21-21具有一凹的曲面。通常该曲面为一圆弧，其半径大于待锻造的零件的实际的半径。
图3和4中标出运动箭头28说明相应的锻造瓦块21-21的径向行程。
附图标记清单1 坯料2 回转式加热炉3、3′ 辊道4 斜辊轧机5、5′ 斜辊6 冲孔芯棒7 固定杆8 空心坯件9、9′ 横向输送10 锻造机11 内部工具12 操作机，输出侧13 操作机，输入侧14 锻造机架15 输送箭头16 热轧管17 延伸轧机18、18′斜辊19 塞头20 固定杆21、21′、22″、22锻造瓦块22 芯棒23 固定杆24 旋转箭头25 轴向箭头26 入口部分27 平滑部分28 运动箭头
权利要求
1.无缝热轧钢管的制造方法，其中从一加热到成型温度的坯料开始在第一成型步骤中通过冲孔制成一厚壁的空心坯件，其接着以相同的温度在第二成型步骤中通过轧制在直径和壁厚的改变下延伸成预制管(管坯)并且在第三成型步骤中通过缩径轧制由其制成一成品管；其特征在于，在使用一插入空心坯件的内部工具和一锻造机的至少两个作用到空心坯件的外表面上的锻造瓦块的情况下，通过一径向锻造过程形式的成型步骤取代第二和第三以轧制为特征的成型步骤，其中使空心坯件周期地在锻造瓦块的空行程的阶段旋转和轴向移动。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，同时或时间上位错地进行空心坯件的旋转和轴向推进。
3.按照权利要求1和2所述的方法，其特征在于，使用四个锻造瓦块，这些锻造瓦块在一平面内同步作用到空心坯件的外表面上。
4.按照权利要求1-3所述的方法，其特征在于，内部工具在锻造过程中停止不动。
5.按照权利要求1-3所述的方法，其特征在于，使内部工具在锻造过程中沿轴向推进的同一方向运动。
6.按照权利要求1-3所述的方法，其特征在于，使内部工具在锻造过程中相反于轴向推进的方向运动。
7.按照权利要求1-6之一项所述的方法，其特征在于，在开始径向锻造过程之前在空心坯件的内面上涂覆一分离剂和润滑剂。
8.按照权利要求1-7之一项所述的方法，其特征在于，第一成型步骤为一种冲孔过程。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，在冲孔过程以后冲穿底部。
10.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，在冲孔过程以后切断底部。
11.按照权利要求8-10所述的方法，其特征在于，在冲孔过程和去除空心坯件底部以后清除内部和外部的氧化皮。
12.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，在冲孔过程以后借助斜辊实现一预延伸。
13.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，在经过斜辊以后清除空心坯件内部的氧化皮。
14.按照权利要求1-7之一项所述的方法，其特征在于，第一成型步骤为借助于斜辊的冲孔。
15.按照权利要求14所述的方法，其特征在于，在冲孔以后借助于斜辊实现预延伸。
16.按照权利要求14和15所述的方法，其特征在于，清除制成的空心坯件内部的氧化皮。
17.按照权利要求1-16之一项所述的方法，其特征在于，使成品管经受热处理。
18.按照权利要求1-17之一项所述的方法，其特征在于，校直成品管。
19.按照权利要求1-18之一项所述的方法，其特征在于，切削加工成品管的外表面。
20.按照权利要求19所述的方法，其特征在于，所述加工是磨削。
21.实施按照权利要求1所述的方法的装置，具有一径向锻造机，该径向锻造机包括一锻造机架和至少两个在其中可更换设置的锻造瓦块，和一操作机及一伸进锻造机架的可轴向移动的芯棒；其特征在于，在输入侧和在输出侧设置各一个操作机(12、13)并且至少输出侧具有一导轨。
22.按照权利要求21所述的装置，其特征在于，所述导轨设置在操作机(12)与锻造机架(14)之间。
23.按照权利要求21和22所述的装置，其特征在于，朝纵剖面看每一锻造瓦块(21-21)在面向工件的侧面上具有一逐渐变窄的入口部分(26)与一紧接其后的平坦的平滑部分(27)并且朝横剖面看锻造瓦块(21-21)具有一凹的曲面，其中在相应的横剖面内的半径总是大于处于嵌接的空心坯件(8、8′)的实际的半径。
24.按照权利要求21-23之一项所述的装置，其特征在于，芯棒(22)是圆柱形的。
25.按照权利要求21-23之一项所述的装置，其特征在于，芯棒是圆锥形的。
26.按照权利要求21-23之一项所述的装置，其特征在于，芯棒是有台阶的。
27.按照权利要求21-26之一项所述的装置，其特征在于，输入侧也具有一导轨。
全文摘要
本发明涉及一种用于制造无缝热轧钢管(16)的方法，其中从一加热到成型温度的坯料(1)开始在一第一成型步骤中通过冲孔制成一厚壁的空心坯件(8)，该空心坯件接着在相同的温度在一第二成型步骤中通过轧制在直径和壁厚的改变下延伸成预制管(管坯)并且在一第三成型步骤中通过缩径轧制由其制成一成品管；其特征在于，在应用一插入空心坯件(8)的内部工具(11)和一锻造机(10)的至少两个作用到空心坯件(8)的表面上的锻造瓦块的情况下，通过一径向锻造为特征的成型步骤，其中使空心坯件(8)周期地在锻造瓦块的空行程的阶段旋转和轴向移动。
文档编号B21B23/00GK101068636SQ200580041393
公开日2007年11月7日 申请日期2005年10月25日 优先权日2004年10月25日
发明者C·普拉瑟, R·屈默尔灵, S·维登迈尔, P·莱费布弗莱, R·维泽尔, R·科彭施泰因纳 申请人:V&M德国有限公司