[发明专利]塑变法生产无缝钢管的方法及其设备

说明书

本发明涉及一种生产无缝钢管的方法及其设备，具体地说，涉及一种利用冷坯材晶粒裂变产生热量使坯材局部达到塑变温度而挤出成型的无缝钢管生产方法及其设备。

目前无缝钢管生产采用热轧方法，需要加热设备，不仅消耗大量热、电能，而且必需多道次变形，最后经二次加热进行热处理，因而占生产场地大，生产成本高，此外，所生产管材规格在管径比壁厚之值大于30范围都是空白。

本发明人在已获授权的90102686号专利(下称90’专利)中首先提出了利用磨擦作用生热、挤压生产无缝钢管的方法，这种方法顶压坯料反向成型，其效率还不够高，成型小管径管材时则受到限制。

本发明的目的在于提供一种使用冷坯料的高效率、高精度地生产无缝钢管、达到大的管径对壁厚比的管材规格之方法和设备。

本发明的另一目的在于提供一种利用冷坯料的可生产任意长的、可达到大的管径对壁厚比的无缝钢管的方法和设备。

本发明的又一目的在于提供一种移动式连续生产任意长无缝钢管设备。

本发明的再一目的在于提供生产异型内腔和外壁的无缝钢管的设备。

钢板反复弯折可使其断裂，同时在弯折局部产生相当高的温度，这是因为钢材晶粒先是互相滑移，然后撕裂，能量转变为热能形式的缘故。控制冷坯外表与内部晶粒滑移速度差，晶粒碎裂让释放的热使该局部区域温度达到塑变温度，可允许坯材变形成型所需规格的管材。所述速度差愈大，撕裂粗大晶粒释能愈快，达到的温度区变得愈窄。这种晶粒滑移是通过给作相对运动的坯料外表以阻力来达到，本发明的方法是基于此原则而形成的。本发明包括以下步骤：

将管材冷坯料作为顶杆顶入由内、外阻力环组成的成型模；使内和/或外阻力环由旋转动力机驱动旋转；坯料受阻力环阻滞而在2-3秒时间内在受阻滞局部发生晶粒滑移及碎裂并生热；控制顶推力及阻力环转速造成坯料与阻力环之间的速度差使发热局部达到材料塑变温度；一旦达到此温度，该部分坯料由顶杆变成真正的坯料，变形的坯料材质经由内、外阻力环间挤出成型为无缝钢管。

本发明方法钢管的全部成型工作仅在成型模的小区域内短时中完成，因此如果需要使用保护气氛及热处理，均可在很小的空间内很方便、经济地进行。

在以上步骤中，如果坯料逐段地连续供应，成型无缝钢管就可以连续挤出，由于内、外阻力环处坯材受到层层地、逐步地晶粒滑移及进行晶粒重组，因此坯料接缝对成型管材的晶粒结构均匀没有影响。先后二段坯料接合处可做成带或不带锥度的牙嵌式接合面，这种接合方式可使坯料经受得住阻力环的阻滞而不致被带动旋转，从而减小撕裂晶粒的作用。

本发明的方法特别适用铸造管坯料，因为铸造管坯料晶粒粗大，更有利于被撕裂、滑移，产生热量。 

在实质意义上讲，本专利的方法和本发明人在先发明的磨擦法(90’专利)有很大区别，由于工作原则不同导致结构上、工作状态上的差异。

在挤出结构上本发明是贯通式挤出，而90’专利为反向外翻式挤出，此结果出自于二个发明原则不一样。本发明依靠推顶力和坯料、阻力环之间的阻滞造成材料晶粒滑移、破裂和重组，并不要求大量磨擦生热，所述阻滞的合适程度以坯料、阻力环之间的速度差以及推顶力的配合来掌握，使工作部位处在材料塑变温度区内，超过此合适程度，材料大范围内处于软化状态将是90’专利的工作状态，这种状态下材料不从模具正向成型，而是如90’专利那样反向外翻挤出成型。90’专利的方法其效率大不如本发明的方法。

研究表明，本发明方法使用的线速度可以是3-10M/sec，比较好的优选范围是4-7.5M/sec，推顶力选取用材料最佳塑变温度下的强度(高温强度)的5-15倍来折算，优选的倍数为不超过12倍，这种搭配有较好效果。

本发明的设备包括：成型总成部、热处理环、成型总成驱动部、支撑轴及推力部。

成型总成部由以内、外阻力环组成的成型模构成，受驱动部带动内和/或外阻力环旋转，造成内、外阻力环间相对运动；如以出管方为前方，则热处理环位于成型总成部之前，是一个水套，由支撑轴中的孔供给可调的冷却水用于冷却成型管材；支撑轴在成型总成部后方，支撑坯料受推力部推顶进入成型总成部成型。

以上设备的各部分中成型部是核心，它是占很小空间的部分，因此本发明虽属轧钢机，但整套设备重量轻、体积小，可以全部安排在一个车辆底盘上，构成一个移动式无缝钢管挤出机。在逐段连续供应坯料时便成为移动式连续生产任意长无缝钢管挤出机。