CN101160184B - 无缝钢管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无缝钢管的制造方法，该方法能够在有效地抑制由含有5％以上Cr的高合金钢构成的被轧制件的延伸轧制后的芯棒的拔出不良的同时制造无缝钢管。该方法中如下述那样制造由含有5％以上Cr的高合金钢构成的无缝钢管，即，使用将芯棒(2)朝轴向的速度保持为恒定的保持芯棒式无缝管轧机(1)，通过控制芯棒(2)的移动速度(Vb)来使芯棒(2)的移动速度(Vb)、保持芯棒式无缝管轧机(1)的入口侧的被轧制件(3)的速度(Vi)、以及保持芯棒式无缝管轧机(1)的出口侧的被轧制件(3)的速度(Ve)满足公式0.15≤Vb/{(Vi+Ve)/2}≤0.70的关系，对被轧制件(3)进行延伸轧制。
Description
技术领域
本发明涉及含有5％以上的(在本说明书中，只要未特别说明，“％”意味着“质量％”)Cr的无缝钢管的制造方法。具体地讲，本发明涉及在有效地抑制对由含有5％以上Cr的高合金钢构成的被被轧制件进行延伸轧制后的芯棒的拔出不良的同时制造无缝钢管的方法。
背景技术
在由曼内斯曼-芯棒式无缝管轧机方式进行的无缝钢管的制造中，首先，把作为原料的圆钢坯或方钢坯装入到回转炉底式加热炉中，加热到1200～1260℃。接着，用穿孔机进行穿孔轧制，制成空心管坯。接着，把芯棒以串状插入到该空心管坯的内表面，使用通常由5～8个轧机组成的芯棒式无缝管轧机，一边以孔型轧辊约束空心管坯的外表面、一边进行延伸轧制，从而把管坯的壁厚减薄到规定值。从被减薄了的管坯中拔出芯棒，用减径轧机成形轧制成规定外径，由此制造无缝钢管。
进行延伸轧制的芯棒式无缝管轧机有：全浮芯棒式无缝管轧机(full float mandrel mill)及保持芯棒式无缝管轧机(retain mandrel mill)；全浮芯棒式无缝管轧机不约束芯棒向轴向移动；保持芯棒式无缝管轧机由配置于芯棒式无缝管轧机的入口侧的芯棒保持器保持芯棒的后端，由此把芯棒朝轴向的速度(保持速度)保持为恒定。在使用前者的全浮芯棒式无缝管轧机时，不可避免地产生芯棒的速度变动，管坯的尺寸容易变动。因此近年来，该延伸轧制多用后者的保持芯棒式无缝管轧机。
专利文献1中公开了如下的发明：使芯棒的速度为各辊轧机的入口轧制速度的0.25倍以上、且出口轧制速度的1.5倍以下的值，用保持芯棒式无缝管轧机进行延伸轧制，由此提高被轧制件的内表面品质。
专利文献：日本特开平8-294711号公报
发明内容
本发明人发现：如果根据该专利文献1所公开的发明，用保持芯棒式无缝管轧机对由含有5％以上的Cr的高合金钢构成的空心管坯进行延伸轧制，则在结束延伸轧制后发生难以从被被轧制件拔出芯棒的现象(在本说明书中称为“芯棒的拔出不良”)。
芯棒的拔出不良成为大幅度降低使用保持芯棒式无缝管轧机的延伸轧制工序的生产率的原因之一。因此，为了以工业规模批量生产由含有5％以上的Cr的高合金钢构成的无缝钢管，芯棒的拔出不良是必须解决的极其重要的技术课题。
本发明是无缝钢管的制造方法，其特征在于，使用把芯棒朝轴向的速度保持为恒定的保持芯棒式无缝管轧机，使芯棒的速度Vb、保持芯棒式无缝管轧机的入口侧的被轧制件的速度Vi、以及保持芯棒式无缝管轧机的出口侧的被轧制件的速度Ve满足0.15≤Vb/{(Vi+Ve)/2}≤0.50的关系，通过对被轧制件进行延伸轧制，制造由含有5％以上的Cr的高合金钢构成的无缝钢管，从而能够改善芯棒的拔出性能，并能够抑制芯棒的损伤。
在本发明的无缝钢管的制造方法中，最好是通过控制芯棒的速度Vb、保持芯棒式无缝管轧机的入口侧的被轧制件的速度Vi、或保持芯棒式无缝管轧机的出口侧的被轧制件的速度Ve中的至少一个值来满足上述关系。
采用本发明，可以有效地抑制由含有5％以上的Cr的高合金钢构成的被轧制件的延伸轧制后的芯棒的拔出不良，并且大幅度地延长该芯棒的寿命。而且，采用本发明，可以以工业规模批量生产由含有5％以上的Cr的高合金钢构成的无缝钢管。
附图说明
图1(a)～图1(d)是按时间顺序表示由5个轧机组成的保持芯棒式无缝管轧机中的芯棒和被轧制件的动作的说明图。
图2是在使重叠率K在从0.1至0.8的范围内变更而对由13％Cr钢构成的被轧制件进行延伸轧制，以制造无缝钢管时，重叠率K与轧制故障(rolling defect)发生率{＝(发生轧制故障的根数/被轧制件的根数)×100}、或用相同芯棒轧制50根被轧制件后的芯棒的表面粗糙度Ra的关系的曲线图。
1保持芯棒式无缝管轧机
2芯棒
2a后端
3被轧制件
具体实施方式
参照附图详细地说明用来实施本发明的无缝钢管的制造方法的最佳方式。
在本实施方式中，首先，把由含有5％以上的Cr的高合金钢构成的原料、即圆钢坯或方钢坯装入到回转炉底式加热炉中，加热到1200～1260℃。然后，从加热炉抽出该原料，用穿孔机进行穿孔轧制而制造空心管坯。
该空心管坯的制造用公知的惯常方法即可。由于本领域技术人员都知道这种方法，所以省略关于该工序的更多的说明。
接着，把芯棒以串状插入到该空心管坯的内表面中，通常用由5～8个轧机(在本实施方式中为5个轧机)组成的保持芯棒式无缝管轧机，一边用孔型轧辊约束空心管坯的外表面、一边进行延伸轧制，由此使管坯的壁厚减薄到规定值。
在进行延伸轧制的保持芯棒式无缝管轧机的入口侧，配置有用来保持芯棒后端的芯棒保持器(未画出)。在延伸轧制时，由该芯棒保持器保持芯棒的后端。由此，延伸轧制时的芯棒朝轴向的速度Vb被保持为恒定。
在本实施方式中，该延伸轧制时的芯棒的移动速度Vb、保持芯棒式无缝管轧机的入口侧的被轧制件的速度Vi、以及保持芯棒式无缝管轧机的出口侧的被轧制件的速度Ve，满足0.15≤Vb/{(Vi+Ve)/2}≤0.70的关系，对被轧制件进行延伸轧制。因此，说明满足该关系而进行延伸轧制的理由。
本发明人发现：如果延伸轧制时的芯棒的保持速度Vb、保持芯棒式无缝管轧机的入口侧的被轧制件的速度Vi、以及保持芯棒式无缝管轧机的出口侧的被轧制件的速度Ve为特定的条件，则可以适当地设定延伸轧制结束后的被轧制件(在本说明书中还称为“管壳(shell)”)与芯棒接触的部分(在本说明书中称为“重叠部”)的长度，可以有效地抑制芯棒的拔出不良，并且还可以抑制芯棒寿命的降低。
也就是说，该重叠部由接触的芯棒吸热，故温度降低变大。由此，重叠部热收缩而使外径变小。因此，发生芯棒的拔出不良。
在此，说明计算重叠部长度与管壳长度的比率(在本说明书中称为“重叠率”)的方法。
图1(a)～图1(d)是按时间顺序表示由第1～第5这5个轧机组成的保持芯棒式无缝管轧机1中的芯棒2与被轧制件3的动作 的说明图。此外，在图1中，为了简化图1而容易理解，省略了为了保持芯棒2的后端2a而配置的芯棒保持器。
如图1(a)所示，设用保持芯棒式无缝管轧机1进行延伸轧制前的被轧制件3(以下，适当时称为“母管”)的长度为Si。此外，如图1(d)所示，设用保持芯棒式无缝管轧机1进行延伸轧制后的被轧制件(管壳)3的长度为Se。而且，在图1(a)～图1(d)中，设保持芯棒式无缝管轧机1的延伸比为EL(EL＝Se/Si)，设保持芯棒式无缝管轧机1的入口侧的被轧制件(母管)3的速度为Vi，设保持芯棒式无缝管轧机1的出口侧的被轧制件(管壳)3的速度为Ve(Ve＝Vi×EL)，设芯棒2的移动速度为Vb。
从如图1(c)所示那样使被轧制件3的前端咬入到第5轧机的孔型轧辊中的状态、到如图1(d)所示那样使被轧制件3的后端通过第5轧机的孔型轧辊的状态之间，保持芯棒式无缝管轧机1的平均轧制速度为(Vi+Ve)/2。此外，从图1(c)所示的状态到图1(d)所示的状态的轧制时间为Se/{(Vi+Ve)/2}。
因而，在从图1(c)所示的状态到图1(d)所示的状态的延伸轧制时，芯棒2行进的长度ΔL可以由ΔL＝Vb×Se/{(Vi+Ve)/2}来表示。
在图1(c)中，若使芯棒2的从被轧制件3前端突出的部分的长度(突出长度)为L5，则图1(d)所示的重叠长度L可以表示为L＝L5+ΔL。而且，如果根据经验使突出长度L5近似为L5≈0，则L≈ΔL＝Vb×Se/{(Vi+Ve)/2}。因而，重叠率K可以由下述式(2)来表示。
K＝L/Se≈Vb×Se/{(Vi+Ve)/2}/Se
＝Vb/{(Vi+Ve)/2} (2)
本发明人发现：如果增大由近似式K＝Vb/{(Vi+Ve)/2}所求出的重叠率K，则因为温度早期降低，因此容易发生芯棒2的拔 出不良；如果重叠率K减小，则可抑制早期的温度下降，可抑制芯棒2的拔出不良。
而且，如果过于减小重叠率K，则容易产生芯棒2的磨损、橘皮状缺陷进、而产生裂纹、或与管壳3的划痕等，芯棒2的寿命降低。
也就是说，如果过于减小重叠率K，则成为在芯棒2的较窄范围内进行延伸轧制，局部地增加芯棒2的单位长度(或单位面积)的作功量。因此，容易在芯棒2上产生磨损或橘皮状缺陷等。
此外，如后所述，重叠率K与保持芯棒式无缝管轧机1中的平均轧制速度成反比例。因此，如果通过加大该平均轧制速度与芯棒2的移动速度的相对速度差而过于减小重叠率K，则芯棒2与被轧制件3的摩擦变大。因此，容易在芯棒2上产生磨损或橘皮状缺陷等。
这样，在重叠率K中存在用于确保芯棒2的拔出性的较佳的上限值，并且存在用于抑制芯棒2寿命降低的较佳的下限值。
图2是在使重叠率K在从0.1至0.8的范围内变更而对由13％Cr钢构成的被轧制件进行延伸轧制，以制造无缝钢管时，重叠率K与轧制故障发生率{＝(发生芯棒拔出不良的根数/被轧制件的根数)×100}、或用相同芯棒轧制50根被轧制件后的芯棒的表面粗糙度Ra的关系的曲线图。此外，在本说明书中所谓“轧制故障”，是指芯棒从被轧制件的拔出不良。
如图2中曲线图所示，得知如果重叠率K大于0.70，则芯棒的拔出性恶化。另一方面，得知如果重叠率K小于0.15则延伸轧制后的芯棒的表面粗糙度变大，芯棒的寿命降低。
如图2中曲线图所示，如果重叠率K为0.70以下，则可以有效地抑制在由含有5％以上的Cr的高合金钢构成的被轧制件3的延伸轧制后发生的芯棒2的拔出不良，并且如果重叠率K为 0.15以上，则可以抑制芯棒2寿命的降低。
根据同样的观点，重叠率K的上限最好是0.60，更好是0.50。另一方面，重叠率K的下限最好是0.2，更好是0.3。
为了使重叠率K处于0.15以上0.70以下的范围，只要控制被保持芯棒式无缝管轧机1的芯棒保持器保持后端的芯棒2的移动速度Vb、保持芯棒式无缝管轧机1的入口侧的被轧制件3的速度Vi、或保持芯棒式无缝管轧机1的出口侧的被轧制件3的速度Ve中的至少一个值即可。为了最简便地把重叠率K控制于0.15以上且0.70以下的范围，像在后述的实施例1、2中公开的那样，预先使被轧制件3的速度Vi、延伸比和被轧制件3的速度Ve为恒定值，适当增减芯棒2的移动速度Vb。
在本实施方式中，从像这样进行被延伸轧制而减薄壁厚的被轧制件3中拔出芯棒2。此时，采用本实施方式，则由于通过控制芯棒2的移动速度Vb、被轧制件3的速度Vi、或被轧制件3的速度Ve中的至少一个值而使重叠率K为0.15以上且0.70以下，进行延伸轧制，所以，可以有效地抑制在被轧制件3的延伸轧制后产生的芯棒2的拔出不良，并且抑制在该芯棒2上产生损伤，从而可以延长其寿命。
而且，在本实施方式中，不会产生拔出不良，对被拔出了芯棒2的被轧制件3使用减径轧机以向规定外径进行成形轧制。这样，采用本实施方式，可以以工业规模可靠地批量生产由含有5％以上的Cr的高合金钢构成的无缝钢管。
实施例1
参照实施例进一步具体地说明本发明。
使用保持芯棒式无缝管轧机，把具有外径350mm、壁厚27.55mm、长度9849mm的尺寸、且具有含有13％的Cr和6％的Ni的钢组成的母管，延伸轧制成外径295mm、壁厚 12.55mm、长度24685mm的管壳。
在表1中，与重叠率K＝Vb/{(Vi+Ve)/2}、拔出性和芯棒损伤状况一起，汇总示出该延伸轧制中的保持芯棒式无缝管轧机1的入口侧的母管的速度Vi(mm/sec)、保持芯棒式无缝管轧机中的延伸比EL(EL＝Se/Si)、保持芯棒式无缝管轧机的出口侧的管壳的速度Ve(Ve＝Vi×EL；mm/sec)、以及芯棒的移动速度Vb(mm/sec)。
在本实施例中，表1中的母管的速度Vi(mm/sec)、延伸比EL和管壳的速度Ve(mm/sec)针对各条件设定成恒定值，并且使芯棒的移动速度Vb在500～2600mm/sec的范围内变更。而且，重叠率K处于0.15以上且0.70以下的范围的为本发明，超出该范围的为比较例。
此外，表1中的“拔出性”，用○表示轧制故障发生率不足0.1％的情况，用△表示轧制故障发生率为0.1％以上且1.0％以下的情况，而且，用×表示轧制故障发生率超过1％的情况。
而且，表1中的“芯棒损伤”，用○号表示用同一芯棒延伸轧制50根被轧制件后的芯棒的表面粗糙度Ra不足3μm的情况，用△号表示该表面粗糙度Ra为3μm以上且7μm以下的情况，并且用×号表示该表面粗糙度Ra超过7μm的情况。
表1
| Vi | EL | Ve | Vb | Vb/((Vi+Ve)/2) | 拨出性 | 芯棒损伤 | 备考 |
| 2000 | 2.51 | 5020 | 2600 | 0.74 | × | ○ | 比较例 |
| 2000 | 2.51 | 5020 | 2400 | 0.68 | △ | ○ | 本发明 |
| 2000 | 2.51 | 5020 | 2000 | 0.57 | ○ | ○ | 本发明 |
| 2000 | 2.51 | 5020 | 1000 | 0.28 | ○ | ○ | 本发明 |
| 2000 | 2.51 | 5020 | 800 | 0.23 | ○ | △ | 本发明 |
| 2000 | 2.51 | 5020 | 500 | 0.14 | ○ | × | 比较例 |
如表1所示，得知：如果重叠率K是0.15以上0.70以下的范围，则拔出性和芯棒损伤方面全都得到良好的结果，与此相反，
如果重叠率K不满足该范围，则拔出性或芯棒损伤的某一方为不良的结果。
实施例2
使用保持芯棒式无缝管轧机，把具有外径377mm、壁厚41.03mm、长度5473mm的尺寸、且具有含有18％的Cr和8％的Ni的钢组成的母管，延伸轧制成外径295mm、壁厚31.03mm、长度8115mm的管壳。
在表2中示出与上述表1中记载的事项相同事项的值。在本实施例中也是表2中的母管的速度Vi(mm/sec)、延伸比EL和管壳的速度Ve(mm/sec)针对各条件设定为恒定值，并且芯棒的移动速度Vb与实施例1不同，在250～1400mm/sec的范围内进行了变更。与实施例1同样地将试验结果汇总示于表2。
表2
| Vi | EL | Ve | Vb | Vb/((Vi+Ve)/2) | 拨出性 | 芯棒损伤 | 备考 |
| 1500 | 1.48 | 2220 | 1400 | 0.75 | × | ○ | 比较例 |
| 1500 | 1.48 | 2220 | 1250 | 0.67 | △ | ○ | 本发明 |
| 1500 | 1.48 | 2220 | 1000 | 0.54 | ○ | ○ | 本发明 |
| 1500 | 1.48 | 2220 | 800 | 0.43 | ○ | ○ | 本发明 |
| 1500 | 1.48 | 2220 | 400 | 0.22 | ○ | △ | 本发明 |
| 1500 | 1.48 | 2220 | 250 | 0.13 | ○ | × | 比较例 |
如表2所示，得知：如果重叠率K处于0.15以上且0.70以下的范围，则拔出性和芯棒损伤方面全都得到良好的结果，与此相反，如果重叠率K不满足该范围，则拔出性或芯棒损伤的某一方为不良的结果。
Claims (2)
1.一种无缝钢管的制造方法，其特征在于，
使用把芯棒朝轴向的速度保持为恒定的保持芯棒式无缝管轧机，使上述芯棒的速度Vb、上述保持芯棒式无缝管轧机的入口侧的被轧制件的速度Vi、以及该保持芯棒式无缝管轧机的出口侧的被轧制件的速度Ve满足下述式(1)，对该被轧制件进行延伸轧制，由此制造由含有质量％为5％以上的Cr的高合金钢构成的无缝钢管，从而能够改善芯棒的拔出性能，并能够抑制芯棒的损伤，
0.15≤Vb/{(Vi+Ve)/2}≤0.50(1)。
2.根据权利要求1所述的无缝钢管的制造方法，其中，
通过控制上述芯棒的速度Vb、上述保持芯棒式无缝管轧机的入口侧的被轧制件的速度Vi、或该保持芯棒式无缝管轧机的出口侧的被轧制件的速度Ve中的至少一个值，从而满足上述式(1)。
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