[发明专利]一种无缝钢管穿孔成型方法

说明书

本发明提供一种无缝钢管穿孔成型方法，包括圆钢坯加热、除鳞、热定心、穿孔、轧制、扩径、均整、定径等工序，采用环形旋轮的内包容圆弧形面使管坯变形，产生一个有助于金属材料流动的轴向分速度和牵引力及一个反摩擦力，从而减小了变形阻力和危险截面上的应力，可以减少引起管子弯曲、纵向裂纹及表面上有明显波纹等缺陷。相对于二辊斜轧穿孔，本发明不需要导板或导盘，不容易造成毛管外表面划伤。采用多个环形旋轮利用其内弧面进行旋压，不仅可以起来良好的支撑和均衡的摩擦进给量，还可以通过调整环形旋轮的个数、内径、倾斜角度等控制轧制孔型，针对不同类型的材料，保持适度的“曼氏效应”，利于穿孔成型，其操作简单，调整灵活，设备成本低。

技术领域

本发明属于无缝钢管成型领域，具体涉及一种采用环形旋轮旋轧法进行无缝钢管穿孔的成型方法。

背景技术

无缝钢管的生产方法，大致分为斜轧法(曼内斯曼法)和挤压法。斜轧法是先用斜轧辊将管坯穿孔，然后用轧机将其延伸。这种方法生产速度快，但对管坯的可加工性要求较高，主要适用于生产碳素钢和低合金钢管。挤压法则是用穿孔机将管坯或钢锭穿孔，再用挤压机挤压成钢管，这种方法比斜轧法效率低，适用于生产高强度合金钢管。现有无缝钢管的生产，无论是冷轧还是热轧轧管工艺，除少数热挤压机组采用压力冲孔工艺外，由实心管坯(圆钢坯)变形成空心坯的加工绝大多数都是采用斜轧穿孔工艺。因此，现在的无缝钢管生产线，不论是高产能、大批量、以石油用管为代表品种的纵轧连轧管机组，还是生产更灵活并强调多规格、多品种、高合金(不锈钢)的斜轧管机，所有的第一步变形轧制都是采用斜轧穿孔方式来实现由实心坯到空心坯的轧制变形，直接为后面连接的轧管机提供合格的穿孔空心坯。

1890年，德国曼内斯曼兄弟发明了二辊斜轧穿孔机。受锻坯在交变横锻时出现中心撕裂导致形成中心孔腔的启发，采用两个主动轧辊让坯料在轧辊之间旋转(交变辗压)时形成中心组织疏松、裂纹并扩展为孔腔，中间再加一个扩孔顶头完成穿孔变形。另外，轧辊之间可采用导板或导盘来限制横向扩展，以确保穿孔过程的顺利完成。斜轧穿孔机主要由上下两个轧辊和左右两个导盘以及顶头组成，这些工具主要是参与管坯变形，除此之外还有顶杆、导槽等。在斜轧穿孔过程中轧辊是主传动外变形工具，其辊身通常分为入口锥、出口锥和轧制带三段。入口锥可以将管坯曳入穿孔区并实现穿孔；出口锥可以实现毛管减壁、平整毛管表面、均匀毛管壁厚和完成毛管归圆；轧制带是起到从入口锥到出口锥之间过渡的作用。导盘是固定不动的外变形工具，不仅起到管坯和毛管的导向作用，使轧制线稳定，而更重要的是封闭孔型外环、限制毛管横向变形。顶头是穿孔机的内变形工具，工作时顶头靠顶杆的支撑在变形区轴向位置固定不变。实践证明管坯由实心变成空心毛管过程中，轧件的外径变化不大，而内径由零扩大到要求值的变形主要靠顶头的穿孔锥来完成。

目前生产中使用的二辊斜轧穿孔机分成两大类：曼式(桶形辊)穿孔机和锥形辊穿孔机。桶形辊穿孔机还存在以下缺点：(1)穿孔形成“曼式效应”。斜轧穿孔机的发明是基于交替平锻坯料中心处于三向拉应力状况而导致中心组织形成孔隙、撕裂，在桶形辊穿孔工艺中，这种坯料中心撕裂形成孔腔，即存在“曼式效应”。(2)从水平面上看两个轧辊，两个轧辊轴基本上是平行布置(辗轧角为0)，轧件变形纵向分量较小，金属横向变形与断面扭转变形严重，这些附加的不均匀变形(也称斜轧多余变形)会引起毛管外表面质量问题，如扭屈、表面撕裂等。扭转及附加变形，一方面直接影响穿孔变形效率，另一方面容易使管坯形成轧制缺陷。