[发明专利]顶头、穿孔轧机及采用该穿孔轧机的无缝管的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在无缝管的制造中采用的穿孔轧机(以下也称作“穿孔机(穿轧机)”)所使用的顶头。本发明还涉及采用该顶头的穿孔机以及采用该穿孔机的无缝管的制造方法。

背景技术

无缝管能够利用曼内斯曼制管法来制造。该制管法由如下的步骤构成：

(1)利用穿孔机对加热到规定温度的原料(圆钢坯)进行穿孔轧制，将该原料成形为空心管坯(hollow shell)；

(2)利用延伸轧机(例如芯棒式无缝管轧机)对空心管坯进行延伸轧制；

(3)利用定径轧机(例如延伸缩径轧机)对延伸轧制后的空心管坯进行定径轧制。

图1是用于说明利用以往的穿孔机对原料进行穿孔轧制的示意图。如该图所示，穿孔机包括分别相对于轧制线PL倾斜的一对倾斜辊4、作为穿孔用工具的炮弹形状的顶头100和结合在顶头100的后端的心轴3。原料7一边利用倾斜辊4绕周向旋转一边被沿轴向输送，随之利用顶头100对原料7的中心部进行穿孔，将其成形为空心管坯8。

在利用穿孔机进行穿孔轧制时，有可能在空心管坯的内表面产生缺陷(以下称作“内表面缺陷”)。内表面缺陷的主要产生机理如下。由于穿孔时的旋转锻造效果，在顶头前端的上游侧的原料中心部会产生曼内斯曼破坏。产生的曼内斯曼破坏在倾斜辊及顶头的作用下受到周向的剪切应变。结果，曼内斯曼破坏沿周向发展，成为内表面缺陷。

为了抑制由曼内斯曼破坏引起的内表面缺陷的产生，降低顶头表面的摩擦系数是有效的。其理由如下。若降低顶头表面的摩擦系数，则被穿孔的原料的输送速度就会增加，能够抑制旋转锻造效果。另外，若降低顶头表面的摩擦系数，则能够抑制周向的剪切应变。通过抑制旋转锻造效果并抑制剪切应变，能够防止曼内斯曼破坏扩大，从而能够抑制内表面缺陷的产生。

降低顶头表面的摩擦系数也有助于防止顶头的磨损、熔损。因此，能够防止在顶头表面形成凹凸，也能够抑制由该凹凸引起的内表面缺陷的产生。

降低顶头表面的摩擦系数的以往技术如下所述。

在专利文献1、2中公开有设置在顶头前端开口的喷射孔、一边自喷射孔喷射润滑剂一边进行穿孔轧制的方法。但是，这些专利文献1、2所公开的顶头的前端与原料以高表面压力接触。因此，在自开口于顶头前端的喷射孔喷射润滑剂时，需要以与顶头前端相接触的原料的变形阻力以上的较高压力喷射润滑剂。并且，喷射孔的开口部也有可能因与原料的接触发生变形而堵塞。

在专利文献3中公开有不对润滑剂施加较高的压力而自顶头喷射润滑剂的方法。

图2是专利文献3所公开的顶头的纵剖视图。如该图所示，专利文献3所公开的顶头101包括具有凸的曲率的前端部102、外径恒定的圆柱部103及外径朝向后端渐渐扩大的胴部104。喷射孔105在胴部104的与圆柱部103相邻的部分的表面开口。在采用该顶头101进行穿孔轧制时，在圆柱部103的表面与原料7之间形成有间隙60。在专利文献3中，利用该间隙60，不会堵塞喷射孔105的开口部，而能够供给恒定量的润滑油。但是，在该顶头101中存在以下问题。

在穿孔时，有时原料7会与喷射孔105的开口部105a的上部相接触。这是由于喷射孔105是在胴部104中的与圆柱部103相邻的部分的表面开口。在原料7与喷射孔105的开口部105a相接触的情况下，有可能在空心管坯8上产生内表面缺陷或者其开口部105a发生熔损而堵塞。

在穿孔时，原料7与胴部104中的喷射孔105的开口部105a的附近部分相接触。随着该接触，喷射孔105的开口部105a的温度由于原料7所具有的热量上升而成为高温。因此，若使用玻璃系的润滑剂，则在穿孔时，润滑剂在开口部105a的附近成为高温，水分挥发并生成玻璃成分，在穿孔之后顶头冷却时，该玻璃成分在开口部105a附近固化，有时会堵塞喷射孔105。

在专利文献4中公开有解决上述专利文献3所公开的顶头的问题的方法。

图3是说明专利文献4所公开的顶头的图，该图的(a)是顶头的纵剖视图，该图的(b)是表示穿孔轧制状态的纵剖视图。如该图的(a)、(b)所示，专利文献4所公开的顶头120在前端部121与胴部123之间设有圆柱部122，在该圆柱部122的表面开设喷射孔124。在采用该顶头120进行穿孔轧制时，如图3的(b)所示，在原料7与圆柱部122的表面之间形成有间隙60。利用该间隙60，在穿孔时，喷射孔124的开口部124a不会与原料7接触。因此，能够防止由原料7和喷射孔124的开口部124a的接触引起的内表面缺陷的产生，也能够防止开口部124a熔损而堵塞。