[其他]无缝钢管的穿孔和制造方法

说明书

本发明涉及一种无缝钢管的穿孔和制造方法，包括一种穿孔压轧工艺方法，以实心坯为原料在高加工性能下生产较薄管壁的无缝钢管。

曼内斯曼自动轧管机工艺或曼内斯曼芯棒轧管机工艺，是迄今应用最为广泛的无缝钢管生产方法。在这些工艺中，实心坯在加热炉中被加热到预定的温度，然后用穿孔机将其穿孔成空心坯，再由旋转延伸机、自动轧管机或芯棒轧管机等类的延伸机将其轧成荒管，这时主要是将壁厚减薄，接下来是通过诸如定径机或张力减径机等类的减径机将荒管外径减小，从而获得符合规定尺寸的成品无缝钢管。

在日本专利延迟公开No.168711/82中公开了我们以前一项发明的技术内容，它是一种关于制造无缝钢管的穿孔和轧制方法。现将其介绍如下。

在以前的发明中，锥形的主轧辊两端均受到支撑并且与坯料/荒管的轧制线相对水平地或垂直地设置，锥形轧辊的喂入角β（轧辊轴线与轧制线所在的水平或垂直面之交角）和倾斜角γ（轧辊轴线与轧制线所在的垂直或水平面之交角）限定于下列范围：

3°＜β＜25°

3°＜γ＜25°

15°＜β+γ＜45°

还有，导辊盘直地或水平地设置在上述锥形主轧辊之间，轧制线也通过主轧辊之间，因而在穿孔操作时导辊可对坯料和荒管施加压力。

以前的发明与曼内斯曼的穿孔原理是根本相反的。曼内斯曼穿孔是通过一种称做旋转锻压作用（即曼内斯曼效应）而起作用。而在以前的发明中，

（1）旋转锻压作用（即曼内斯曼效应）的发生受到尽可能大的抑制，

（2）在穿孔过程中产生的圆周剪力变形γ_γθ或由表面扭转γ_θl引起的剪力变形受到尽可能大的限制，由此实现金属等量或成比例地流动，并随着转动轧制而完成挤压过程。

为此，对穿孔轧机的设计，要求有尽可能大的倾斜角和大的喂入角穿孔，主轧辊制成锥形并且采用导盘而不是导瓦。由于旋转锻压作用（曼内斯曼效应）消失，从而抑制了内孔表面缺陷的产生，特别是消除了圆周剪力变形γ_γθ的剪应力区，这样就限制了内孔表面缺陷的扩张。这将使许多被称为加工性能差的材料的制管生产成为可能，这些加工性能差的材料有高合金钢、超级合金钢，例如镍铬合金钢、镍基合金钢等等，更不要说高速切削钢和迄今为止只能靠玻璃润滑高速挤压法才能生产无缝管的不锈钢。

还有，在使用中心疏松的连铸坯时，在制管过程中不会产生内孔缺陷，对于使生产费用合理化等诸问题也有较大贡献。

总的说来，穿孔操作时，轴向、径向和周向变形ψ_l、ψ_γ和ψ_θ可用下列公式表示，其中d₀、l₀分别表示实心坯穿孔前的外径、长度，d，l和t分别表示穿孔后荒管的外径、长度和壁厚：

ψ_l＝ln (l)/(l₀) ＝ln (d²₀)/(4(d-t)t)

ψ_γ＝ln (2t)/(d₀)

ψ_θ＝ln (2(d-t))/(d₀)

这里，ψ_l＝ψ_γ+ψ_θ＝0

习惯上使用的是定义如下的穿孔比系数和扩径比系数，尽管它们并不代表实际变形量，但可作为衡量变形程度的标准：

穿孔比 (l)/(l₀) = (d²₀)/(4t(d-t)) ，

扩径比 (d)/(d₀)

由于它们直观概念清楚，所以常用来代替变形指数，下面还要谈到它们的另一种用途。

目前，在通常的穿孔过程中，尽管穿孔比约为3.0～3.3，扩径比约为1.05～1.08，我们以前的发明仍是基于上述一般的范围。

实际上，如果增加穿孔比或扩径比超过上述范围，旋转锻压作用将急剧增大，在穿孔操作时会引起严重的圆周剪切应力，这样必然导致内孔表面产生变形缺陷，所以要使用具有两台穿孔机的两次穿孔系统。

也就是说，坯料在第一台穿孔机中进行穿孔，在第二套穿孔机中通过进一步延伸来减小壁厚（这时第二套穿孔机称为旋转延伸机），或通过扩径30～50%来减小壁厚（这时第二套穿孔机称为旋转扩径机）。

本发明就是在上述技术背景下产生的。