CN101184561A - 用冷加工法制造超薄壁金属管的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用冷加工法制造超薄壁金属管的方法。在使用皮尔格冷轧机制造金属管的方法中，用具有直径从轧辊的啮入入口侧朝加工出口侧扩大的锥状孔型的轧辊、和直径从啮入入口侧朝加工出口侧扩大的锥状芯棒，一边扩径一边进行冷轧，由此可获得惊人的壁厚减小；此外，在使用拉床制造金属管的方法中，用直径从啮入入口侧朝加工出口侧扩大的整体模、和直径从上述拉模的入口侧朝出口侧扩大的顶头或锥状芯棒，一边扩径一边进行冷拔，由此可获得惊人的壁厚减小。在上述金属管的制造方法中，顶头或锥状芯棒的加工最大直径可以大于管坯外径。

Description

用冷加工法制造超薄壁金属管的方法

技术领域

本发明涉及金属管的冷加工方法，特别是提供飞跃性地扩大了金属管的薄壁方面的可制造范围、并且用冷加工法制造超薄壁金属管的方法。

背景技术

当金属管在经热加工状态下不能满足品质上、强度上或尺寸精度上的要求时，要被送入冷加工工序。作为冷加工工序，通常有使用拉模和顶头、或拉模和芯棒的冷拔法、以及使用皮尔格冷轧机的冷轧法。

在使用皮尔格冷轧机的冷轧法中，在具有直径沿圆周方向逐渐缩小的锥状孔型的一对轧辊、和同样是直径逐渐缩小只不过是沿长度方向缩小的锥状芯棒之间对管坯进行减径轧制。即，在一对轧辊的圆周上切出孔型，其形状要使孔型随轧辊的旋转而变窄。轧辊一边旋转一边沿芯棒的锥度反复前进及后退，在轧辊和芯棒之间对管坯进行轧制。(“第3版钢铁便览第3卷(2)棒钢·钢管·轧制通用设备”等)。

图1为表示皮尔格冷轧机的轧制原理的图，图1(a)为往程开始点的说明图，图1(b)为返程开始点的说明图。如图1所示，皮尔格冷轧机根据管坯1的外径及壁厚尺寸(分别为图中的do及to)以及成品轧管5的外径及壁厚尺寸(分别为图中的d及t)，使用一对具有孔型直径从轧辊的啮入入口侧朝加工出口侧逐渐减小的锥状孔型3的轧辊2、和芯棒直径同样从啮入入口侧朝加工出口侧逐渐减小的锥状芯棒4，反复进行一边使管坯1减径一边减小壁厚的往复轧制工序。

在该往复运动的往程开始点及返程开始点，间歇性地使管材(管坯1)旋转约60°角以及前进(进给)5～15mm，反复轧制新的部分。

使用皮尔格冷轧机进行冷轧，管材的加工度极高，可以拉伸约10倍之多，并且对管壁不均的矫正效果也很大，此外，不需要缩径工序，具有成品率高的优点。但是，反过来与冷拔法相比也存在生产率极低的缺点，因此，主要适于对原料费高、且在中间处理中需要成本的不锈钢钢管、高合金钢管等高级管进行冷加工。另外，在拉铜业界中，使用3辊型钢轧机轧制实现了高效率生产，皮尔格冷轧机已成为拉铜事业中最核心的制造流程。

在冷拔法中，用缩口机对管坯的管端进行缩口，通过进行酸洗除去表面氧化皮等后进行润滑处理，再将管坯的管端从拉模中穿过进行拔制。冷拔法有顶头拉伸、游动顶头拉伸、芯棒拉伸、还有空拉，这些全都是利用拉模来进行减径加工的。

图3为以往的减径拔制法的说明图，图3(a)表示顶头拉伸，图3(b)表示芯棒拉伸。

图3(a)所示的顶头拉伸是最通常的拔制法，该方法是将由顶头支承杆24支承着的顶头23插入到管坯1内，用夹头6夹住管坯1的管端使管坯1从拉模22中通过，沿以图中的附图标记X表示的箭头方向进行拉拔。该方法便于更换顶头、操作性也很出色，也可获得较大的加工度。

此外，图3(b)所示的芯棒拉伸是将芯棒25插入到管坯1内，与上述方法相同，使管坯1从拉模22中通过进行拉拔的方法。该方法由于利用芯棒25对管的内表面进行加工，因此，即使是细径管也能制造出内表面亮丽、且尺寸精度高的制品，用于制造原子能用等高级管。

冷拔所使用的拉床大部分是用电动机驱动的链式拉床，除此之外也有油压式的、水压式的。

在金属管的冷拔工序中，在管材料的外表面与拉模表面之间，以及在管材料的内表面与顶头外表面、或管材料的内表面与芯棒外表面之间存在摩擦阻力，由于要克服这些摩擦阻力而进行拔制，因此，在管材料上沿长度方向产生张力。当该张力除以拔制后的截面积所得的张力应力变高时，则管开始被拉细，若张力应力达到管材料的变形阻力，管便会断裂。当然，管的壁厚越薄、长度方向上的张力应力就越大，管就越容易断裂，因此，壁厚减小率自然有限度。所以，壁厚减小率大的拔制需要增加拔制次数反复进行拔制操作，每次拔制都需要进行润滑操作，导致成本高。此外，在管材料加工硬化显著时，还需要进行退火作业。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而作成的，其课题在于，提出能飞跃性地扩大金属管的薄壁方面的可制造范围的、用冷加工法制造超薄壁金属管的方法。另外，虽然本发明以薄壁的主要是无缝金属管为对象，但是在薄壁的焊接金属管中有时会在焊接部或热影响部产生壁厚不均匀而需要对壁厚进行矫正，因此，本发明的对象也包括焊接金属管。

为了解决上述课题，本发明人基于以往的问题点进行研究，得到了下述见解，从而完成了本发明。

通常，管材塑性加工中的壁厚加工是通过沿管的长度方向对管材料进行拉伸加工来完成的。即，在管材的冷轧中，在孔型轧辊和锥状芯棒之间进行壁厚加工的情况下，一边减径一边轧制，沿长度方向进行拉伸。

此外，在管材的冷拔中，在拉模与顶头、或拉模与芯棒之间进行壁厚加工的情况下，一边减径一边拔制，沿长度方向进行拉伸。这样，由于只沿长度方向进行拉伸，因此，壁厚压下量受到限制，难以实现薄壁化。

对此，本发明人解释成，由于在对管材进行塑性加工而压薄壁厚时，只沿长度方向进行拉伸，因此，壁厚压下量受到限制，难以进一步实现薄壁化，本发明人认为，若在使用皮尔格冷轧机压薄管材的壁厚时，在沿长度方向进行拉伸的同时也沿管周方向进行拉伸，则可避免上述问题。顺便对使用环形材料轧机轧制环状品这样的极端情况进行了研究，由于环状材料只沿环周方向被拉伸、而不沿长度方向(轴心方向)被拉伸，因此，能不受限制地压薄壁厚。

在皮尔格冷轧机中，为了使管材一边沿管周方向延伸一边沿长度方向延伸，只要使用孔型直径从轧辊的啮入入口侧朝加工出口侧逐渐扩大的锥状轧辊孔型、和芯棒直径同样从啮入入口侧朝加工出口侧逐渐扩大的锥状芯棒，一边使管材料扩径一边减小壁厚地进行拉伸轧制即可。此时，只要使用具有至少大于管坯外径的加工最大直径的锥状芯棒，便能可靠地使管坯扩径。

此外，在拔制工序中，为了使管材一边沿管周方向延伸一边沿长度方向延伸，只要利用顶头或芯棒一边扩径一边拔制即可。只要使用具有至少大于管坯外径的内表面限制直径的顶头或芯棒，便能可靠地使管坯扩径。

如上所述，当一边使管坯扩径一边进行拔制时，虽然壁厚变薄，但由于增大了圆周方向上的周长，因此，也具有不会过分减小管材料的截面积、从而能减小拔制时的张力应力这样的优点。

本发明是基于上述见解而完成的，其主旨在于用下述(1)～(3)所示的冷加工法制造超薄壁金属管的方法。

(1)一种用冷轧法制造超薄壁金属管的方法，该方法为使用皮尔格冷轧机制造超薄壁金属管的方法，其特征在于，根据管坯及成品轧管的外径及壁厚尺寸，使用一对具有孔型直径从轧辊的啮入入口侧朝加工出口侧逐渐扩大的锥状孔型的轧辊、和芯棒直径同样从啮入入口侧朝加工出口侧逐渐扩大的锥状芯棒，一边扩径一边减小壁厚地进行拉伸轧制。

(2)一种用冷拔法制造超薄壁金属管的方法，该方法为使用拉床制造超薄壁金属管的方法，其特征在于，将对管的一端实施了扩口加工的管坯插入到拉模直径从啮入入口侧朝加工出口侧逐渐扩大的整体模内，再将顶头或芯棒直径从拉模的啮入入口侧朝加工出口侧逐渐扩大的顶头或锥状芯棒插入到管坯内，用夹头夹住实施了扩口加工的部分，沿从啮入入口侧朝加工出口侧的方向拉拔管坯，由此，在整体模与顶头、或整体模与锥状芯棒之间一边扩径一边减小壁厚地进行拉伸。

(3)根据上述(1)或(2)所述的用冷加工法制造超薄壁金属管的方法，其特征在于，上述顶头或锥状芯棒的加工最大直径大于管坯外径。

在本发明中，所谓“冷加工法”是指冷轧法及冷拔法的总称。

附图说明

图1为以往的减径轧制法的说明图，图1(a)表示往程开始点，图1(b)表示返程开始点。

图2为本发明的扩径轧制法的说明图，图2(a)表示往程开始时刻，图2(b)表示返程开始时刻。

图3为以往的减径拔制法的说明图，图3(a)表示顶头拉伸，图3(b)表示芯棒拉伸。

图4为本发明的扩径拔制法的说明图，  图4(a)表示顶头拉伸，图4(b)表示芯棒拉伸。

具体实施方式

如前所述，本发明为使用皮尔格冷轧机或冷拉法制造超薄壁金属管的方法。

本发明的第1方式为一种用冷轧法制造薄壁金属管的方法，该方法为使用皮尔格冷轧机制造超薄壁金属管的方法，其特征在于，使用一对具有孔型直径从轧辊的啮入入口侧朝加工出口侧逐渐扩大的锥状孔型的轧辊、和芯棒直径同样从啮入入口侧朝加工出口侧逐渐扩大的锥状芯棒，一边扩径一边减小壁厚地进行拉伸轧制。

将发明的实施方式示于图2中。图2(a)表示往程开始时刻，图2(b)表示返程开始时刻。如图2(a)所示，上下一对轧辊12的周围设有直径从啮入入口侧朝加工出口侧圆滑地扩大的锥状孔型13，该上下一对轧辊12沿芯棒外径从啮入入口侧朝加工出口侧圆滑地扩大的锥状芯棒1 4的锥度、朝以图中箭头A所示方向前进，在轧辊12的锥状孔型13的表面和锥状芯棒14的表面之间拉伸轧制管坯1。接着，如图2(b)所示，上下一对轧辊12反向旋转，一边朝以图中箭头B所示方向后退，一边同样在轧辊12的锥状孔型13和锥状芯棒14之间拉伸轧制管坯1。

通过反复进行上述那样的往复轧制工序，具有外径do及壁厚to的管坯1被扩径轧制成具有外径d及壁厚t的成品轧管15。在该往复运动的往程开始点及返程开始点进行的管材(管坯1)的进给及旋转的方法与上述以往法相同。

此外，本发明的第2实施方式为用冷拔法制造超薄壁金属管的方法，其特征在于，将对管的一端实施了扩口加工的管坯插入到直径从啮入入口侧朝加工出口侧扩大的整体模内，再将直径从上述拉模的啮入入口侧朝出口侧扩大的顶头或锥状芯棒插入到管坯内，用夹头夹住实施了扩口加工的部分，沿从拉模的入口侧朝出口侧的方向拉拔管坯，由此，在整体模与顶头、或整体模与锥状芯棒之间一边扩径一边减小壁厚地进行拉伸。

另外，为了将管材的上述扩径拔制法实用化，与以往的拔制方法相比，需要对冷拔的操作方法作出如下变更。

第1，用扩口机对管坯的管端进行扩径使其成为锥状。作为扩口机，例如，可以用挤压扩大的方式。第2，对经过扩口加工后的管坯进行酸洗、润滑处理后，将该管坯从整体模的加工出口侧导入到拉模内，在具有大于管坯外径的内表面限制直径的顶头与整体模之间、或在具有大于管坯外径的内表面限制直径的锥状芯棒与整体模之间一边扩径一边进行拔制。第3，对顶头或锥状芯棒进行支承也要从拉模的加工出口侧进行。虽然存在附属设备集中在拉模的加工出口侧的缺点，但是能拔制出薄壁金属管，因此利大于弊。

将发明的实施方式示于图4中。图4(a)表示顶头拉伸，图4(b)表示芯棒拉伸。如图4(a)及图4(b)所示，拉模直径从拉模的啮入入口侧(图中的整体模32左侧)朝加工出口侧(图中的整体模32右侧)扩大，从这样的整体模32的加工出口侧将经过扩口加工了的管坯1插入到整体模32内。然后，将直径从整体模32的入口侧朝出口侧扩大、且加工最大直径大于管坯1外径的顶头33或锥状芯棒35插入到管坯1内，用夹头6夹住经过扩口加工了的管坯1的管端，朝以图中的附图标记X表示的箭头方向进行拉拔。通过该操作，在顶头33与整体模32、或锥状芯棒35与整体模32之间一边扩径一边拔制管坯1。

实施例

为了确认本发明的用冷轧法及冷拔法制造超薄壁金属管的方法的效果，进行了下述试验，并对试验结果进行了评价。另外，由于芯棒拉伸的情况的作用及效果与顶头拉伸的情况的作用及效果基本相同，因此，在本实施例中，对顶头拉伸进行说明。

本发明例1

以通过曼内斯曼·芯棒式无缝管轧机工艺制造出的外直径34.0mm、壁厚3.5mm的18％Cr-8％Ni不锈钢钢管为试样管坯，用皮尔格冷轧机进行了扩径轧制，使其外径为50.8mm、壁厚为1.3mm。

将试验条件及结果归纳如下。

锥状芯棒直径：dm：26.0～47.2mm

进给：f＝10.0mm

旋转角度：θ＝60°

管坯外径：do＝34.0mm

管坯壁厚：to＝35mm

轧制后的管外径：d₁＝50.8mm

轧制后的管壁厚：t₁＝13mm

扩径比：d₁/do＝1.49

延伸比：to(do-to)/{t₁(d₁-t₁)}＝1.66

(壁厚/外径)比：t₁/d₁＝2.56％

通过上述试验所得的钢管的内外表面表皮亮丽，品质上无特别问题。另外，在用以往的减径轧制法进行冷轧时，18％Cr-8％Ni不锈钢钢管在外径为50.8mm的情况下可能制造出的最小壁厚为2.0mm左右，可见本发明的扩径轧制法效果显著。

本发明例2

以通过曼内斯曼·芯棒式无缝管轧机工艺制造出的外直径34.0mm、壁厚3.5mm的18％Cr-8％Ni不锈钢钢管为试样管坯，用冷拔工序进行了扩径拔制，使其外径为50.8mm、壁厚为1.6mm。

将试验条件及结果归纳如下。

顶头直径：dp＝47.5mm

管坯外径：do＝34.0mm

管坯壁厚：to＝3.5mm

拔制后的管外径：d₁＝50.8mm

拔制后的管壁厚：t₁＝1.6mm

扩径比：d₁/do＝1.49

延伸比：to(do-to)/{t₁(d₁-t₁)}＝1.36

(壁厚/外径)比：t₁/d₁＝3.15％

通过上述试验所得的钢管的内外表面表皮亮丽，品质上无特别问题。另外，在用通常的减径拔制法制造的18％Cr-8％Ni不锈钢钢管在外径为50.8mm的情况下的最小壁厚为2.4mm左右，可见本发明的扩径拔制法效果显著。

产业上的可利用性

采用本发明的用冷加工法制造超薄壁金属管的方法，能飞跃性地扩大用冷加工法制造金属管的薄壁方面的可制造范围。若采用本发明的方法，能经济且稳定地制造具有以往的冷加工无缝金属管约2/3以下壁厚的无缝金属管，则可以用通过本发明法制造出的具有高可靠性的超薄壁无缝金属管来代替TIG焊接管、激光焊接管等薄壁焊接金属管。此外，若能稳定地制造壁厚为0.6mm以下的超薄壁无缝金属管，则也可使用于彩色激光打印机的加热套、彩色激光打印机的加压辊、或燃料电池的电池壳等高科技领域。

Claims (3)

1.一种用冷轧法制造超薄壁金属管的方法，该方法为使用皮尔格冷轧机制造超薄壁金属管的方法，其特征在于，根据管坯及成品轧管的外径及壁厚尺寸，使用一对具有孔型直径从轧辊的啮入入口侧朝加工出口侧逐渐扩大的锥状孔型的轧辊、和芯棒直径同样从啮入入口侧朝加工出口侧逐渐扩大的锥状芯棒，一边扩径一边减小壁厚地进行拉伸轧制。

2.一种用冷拔法制造超薄壁金属管的方法，该方法为使用拉床制造超薄壁金属管的方法，其特征在于，将对管的一端实施了扩口加工的管坯插入到拉模直径从啮入入口侧朝加工出口侧逐渐扩大的整体模内，再将顶头或芯棒直径从拉模的啮入入口侧朝加工出口侧逐渐扩大的顶头或锥状芯棒插入到管坯内，用夹头夹住实施了扩口加工的部分，沿从啮入入口侧朝加工出口侧的方向拉拔管坯，由此，在整体模与顶头、或整体模与锥状芯棒之间一边扩径一边减小壁厚地进行拉伸。

3.根据权利要求1或2所述的用冷加工法制造超薄壁金属管的方法，其特征在于，上述顶头或锥状芯棒的加工最大直径大于管坯外径。

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