CN101410196B - 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。抑制咬入时的非稳定区域的旋转锻造次数以及剪切变形，防止由于中空管坯前部的旋转锻造效果及/或剪切变形引起的产生内表面缺陷，防止中空管坯前部的厚度不均恶化，防止咬入不良、轧制不良等的轧废，并且，防止中空管坯的后部外径增加，可靠地制造高品质的中空管坯。使用一对倾斜辊、一对圆盘辊和顶头，使倾斜辊的圆凿部直径(Dg)与钢坯的外径(d)之比(Dg/d)、圆盘辊的槽底直径(Dd)与(d)之比(Dd/d)、(Dg)与(Dd)之比(Dd/Dg)、倾斜辊的入口面角(θ1)、咬入非稳定区域的钢坯转速(Ns)和该钢坯外径压下比(Df)之积的平方根(Ns×Df)0.5满足规定关系式，一边使钢坯旋转移动一边进行穿孔轧制而做成中空管坯，最终制造无缝钢管。

Description

无缝钢管的制造方法
技术领域
本发明涉及一种无缝钢管的制造方法。具体地说，本发明涉及一种经过使用穿孔机(倾斜轧制机)对钢坯进行穿孔轧制来制造中空管坯的工序来制造无缝钢管的方法。
背景技术
通常，通过曼内斯曼顶头管轧机(plugmill)方法或者曼内斯曼芯棒式无缝管轧机(mandrel mill)方法来制造无缝钢管。通过上述方法制造无缝钢管时，首先，将圆棒状的实心钢坯(在本说明书中，简称为“钢坯”)插入到加热炉中，加热到规定温度。接着，从加热炉抽出钢坯，使用穿孔机对该钢坯进行穿孔轧制将其制成中空管坯。然后，主要以减小该中空管坯的壁厚为目的，使用顶头管轧机或者芯棒式无缝管轧机等对该中空管坯进行延伸轧制。然后，使用定径机或者拉伸缩径轧机等钢管减径轧机对该中空管坯进行定径轧制，主要缩小外径，从而制造出具有目标尺寸的无缝钢管。
本发明人根据专利文献1公开了下述发明：在使用穿孔机对钢坯进行穿孔轧制时，通过使倾斜辊的形状和槽形圆盘辊的形状适当化，在扩管比Exp(中空管坯外径/钢坯外径)大于或等于1.15的条件下，既抑制后部外径的增加又不产生轧废(miss roll)(在轧制中，材料停止前进的状态)地以高效率进行穿孔轧制。
另外，本发明人根据专利文献2公开了下述发明：对应穿孔机的倾斜辊入口处的直径与倾斜辊的圆凿(gouge)部的直径之比，使由预先设定的辊倾斜角和穿孔比以及穿孔效率所规定的到达顶头顶端的稳定区域(如参照图1曲线图所说明的，在穿孔轧制开始后，钢坯前进速度变成大约恒定的LE2以后的区域)中的钢坯转速与钢坯外径压下率之比适当化，从而一边抑制旋转锻造效果且防止产生内表面缺陷一边进行穿孔轧制。
专利文献1：日本特许第3021664号公报
专利文献2：国际公开第2004/103593号
即使对例如具有中心偏析、疏松的连铸坯、由热变形能力差的不锈钢坯等形成的钢坯，也可以进行使用穿孔机的实际的穿孔轧制。在该情况下，基于专利文献1所公开的发明，适当决定轧辊条件，则可以控制后部外径的增加。但是，即使基于该发明，也不能完全避免在制造的中空管坯前部产生内表面缺陷或厚度不均(管沿圆周方向的壁厚变动)。
另外，在专利文献2所公开的发明中，通过使用与被轧制材料的接触面形成半圆槽形截面形状的圆盘辊来作为穿孔机的管材导向，可以抑制钢坯中间部处的旋转锻造效果。但是，此时，若减小钢坯的转速、或者减小钢坯的外径压下率，则倾斜辊和钢坯之间的滑动增加，相反地，咬入钢坯时的旋转锻造效果增加，并且顶头和钢坯之间的摩擦阻力增大，剪切变形增大，产生内表面缺陷。另外，在向倾斜辊咬入时、即非稳定时，钢坯的振摆回转增加，中空管坯前部的厚度不均恶化。另外，在专利文献2所公开的发明中，根据圆盘辊直径、钢坯转速，在扩管比较大的情况下，中空管坯后部的外径增加。中空管坯后部的外径增加，在用例如芯棒式无缝管轧机等这样的下一个工序以后的轧机进行轧制时，从孔型的凸缘部向轧辊间隙之间挤出被轧制材料，使轧辊负荷增大或合格率降低。
如上所述，在专利文献1或专利文献2所公开的发明中，除了钢坯内部性状、热变形能力的好坏之外，还由于使用圆盘辊作为穿孔机的管材导向时的钢坯转速、外径压下率等，导致所制造的中空管坯前部产生内表面缺陷、厚度不均，并且中空管坯后部的外径增加，无法制造从前部到后部的全长高品质的中空管坯。
另外，以往，虽然通过切去中空管坯前部或者修理前部能使中空管坯全长上都不存在内表面缺陷以及厚度不均，但是，这样肯定会增加制造成本。
发明内容
本发明是一种无缝钢管的制造方法，其特征在于，通过使用相对配置于轧制线周围的一对锥体型倾斜辊、一对槽型圆盘辊、沿着轧制线配置在倾斜辊与圆盘辊之间的顶头，一边使钢坯旋转移动一边进行穿孔轧制来制造中空管坯，其中，使倾斜辊的圆凿部直径Dg与作为被轧制材料的钢坯的外径d之比Dg/d、圆盘辊的槽底直径Dd与钢坯的外径d之比Dd/d、圆盘辊的槽底直径Dd与倾斜辊的圆凿部直径Dg之比Dd/D g满足下述式(1)、(2)以及(3)，同时使上述倾斜辊的入口面角θ1满足下述式(5)，并且，使在咬入上述倾斜辊时的非稳定区域的钢坯转速Ns与该钢坯外径压下比Df之积的平方根(Ns×Df)0.5满足下述式(6)，该式(6)用上述倾斜辊的圆凿部直径Dg与该倾斜辊入口的钢坯咬入位置的直径D1之比Dg/D1规定，
或者一边使钢坯旋转移动一边进行穿孔轧制来制造中空管坯，其中，使上述倾斜辊的圆凿部直径Dg与作为被轧制材料的上述钢坯的外径d之比Dg/d、上述圆盘辊的槽底直径Dd与上述钢坯外径d之比Dd/d、上述圆盘辊的槽底直径Dd与上述倾斜辊的圆凿部直径Dg之比Dd/Dg满足下述式(1)、(2)以及(4)式，同时使倾斜辊的入口面角θ1满足下述式(5)，并且，使在咬入倾斜辊时的非稳定区域的钢坯转速Ns与钢坯外径压下比Df之积的平方根(Ns×Df)0.5满足下述式(6)，该式(6)用倾斜辊的圆凿部直径Dg与倾斜辊入口的钢坯咬入位置的直径D1之比Dg/D1规定。
3≤Dg/d≤7    ····(1)
9≤Dd/d≤16   ····(2)
若扩管比Exp≥1.15，则
2＜Dd/Dg≤3   ····(3)
若扩管比Exp＜1.15，则
1.5≤Dd/Dg≤3 ····(4)
2.5°≤θ1≤4.5° ····(5)
0.46×(Dg/D1)-0.31≤(Ns×Df)0.5≤1.19×(Dg/D1)-0.95    ····(6)
其中，Ns＝Ld×Vr/(0.5×π×d×Vf)、Df＝(d-dp)/d，Vf表示在咬入倾斜辊时的非稳定区域中的钢坯前进方向的最小速度，Vr表示咬入倾斜辊时的非稳定区域的钢坯圆周方向的速度的平均值，dp表示在顶头顶端位置处的倾斜辊的轧辊间隙，另外，Ld表示从钢坯顶端与倾斜辊开始接触的点到顶头顶端部的沿轧制线的长度，在倾斜辊的倾斜角为零的状态下，用平面几何学确定该长度。
在本发明中，咬入时的“非稳定区域”是指钢坯顶端从与主辊开始接触后到脱离主辊的区间。
采用本发明的无缝钢管的制造方法，由于咬入时的非稳定区域的旋转锻造次数以及剪切变形被抑制，因此，可以防止由于中空管坯前部的旋转锻造效果及/或剪切变形而产生内表面缺陷，并且，可以防止中空管坯的前部厚度不均恶化，可以防止咬入不良或末端拔出不良(被穿孔轧制件的后端部不能从主辊脱离而成为残留在主辊中的形态)等这样的轧废，并且，可以防止中空管坯后部的外径增加，可靠地制造从前部到后部的全长高品质的中空管坯。
如上所述，本发明在使用穿孔机对钢坯进行穿孔轧制来制造中空管坯时，通过改善或者消除前部以及后部各非稳定区域的轧制不良，从而可以对提高中空管坯合格率以及生产率起到非常大的效果。改善或者消除中空管坯前部以及后部各非稳定区域的轧制不良这样的本发明的效果，无论基于完全不考虑改善中空管坯前部以及后部各非稳定轧制区域的轧制不良的、专利文献1或者专利文献2所公开的哪一个发明，都是不能得到的。
附图说明
图1为表示钢坯沿着轧制线的前进速度的测定结果、即钢坯前进速度(mm/sec)与从轧辊咬入位置起的钢坯移动量(mm)的关系的一个例子的曲线图，其中，该钢坯移动量表示钢坯从钢坯与倾斜辊接触的位置起的移动距离。
图2为示意地表示穿孔机的结构的俯视图。
图3为示意地表示穿孔机的结构的纵视图。
图4为示意地表示通过穿孔机进行穿孔中途的状况的横剖视图。
图5为示意地表示通过穿孔机进行穿孔中途的状况的横剖视图。
图6为表示顶头形状的说明图。图7为表示穿孔试验结果的曲线图。
附图标记说明
0：穿孔机；1：倾斜辊；1a：圆凿部；1b：入口面；1c：出口面；2：顶头；L1：轧制部；L2：均整部；Lp：轧制部长度+均整部长度；r：顶头顶端r尺寸；R：顶头轧制部R尺寸；Dp：顶头直径；3：钢坯；4：驱动装置；G：圆盘辊
具体实施方式
下面，参照附图，对用于实施本发明的中空管坯的制造方法的最佳方式进行详细说明。
首先，对于作为本发明基础的新颖的见解进行说明。
为了研究在中空管坯长度方向的比中央部靠顶端部的部位多产生内表面缺陷的原因，对穿孔轧制时的钢坯前进速度(轧制方向速度)和穿孔轧制时的钢坯沿圆周方向的旋转速度进行调查，其中，该钢坯前进速度与穿孔轧制的旋转锻造效果有紧密关系。
将由S45C形成的外径70mm的钢坯加热至1200℃，并用穿孔机进行穿孔轧制。具体地说，在穿孔机的倾斜辊的倾斜角度为10°、倾斜辊的圆凿部的轧辊间隙为61mm、且从倾斜辊到顶头顶端的轴向距离、即顶头前进量为38mm的条件下，对钢坯进行穿孔轧制，制造成外径75mm、壁厚6mm的中空管坯。
钢坯在穿孔轧制中的前进速度这样计算，即，在穿孔机入侧、沿着轧制线预先设置刻度板，用摄像机拍摄钢坯后端和该刻度板，基于拍摄的图像数据，根据钢坯后端每单位时间内的移动距离计算出钢坯的前进速度。
另一方面，钢坯的旋转速度这样计算，即，预先在钢坯后端面的外周缘附近钉进作为标记的销，用摄像机拍摄该销在穿孔轧制时沿圆周方向的移动，基于拍摄的图像数据，根据销每单位时间内沿圆周方向的移动量，计算出钢坯的相对于移动量的旋转速度。
图1为表示钢坯沿着轧制线的前进速度的计算结果、即钢坯前进速度(mm/sec)与从轧辊咬入位置起的钢坯移动量(mm)的关系的一个例子的曲线图，其中，该钢坯移动量表示钢坯从钢坯与倾斜辊接触的位置起的移动距离。
如图1曲线图所示，钢坯前进速度随着钢坯顶端接触并咬入倾斜辊而急剧降低(钢坯移动量＝LE0→LE1)。而且，当钢坯顶端到达顶头顶端位置并开始进行穿孔时(钢坯移动量＝LE1)，钢坯的前进速度最低。随着继续对钢坯进行穿孔轧制，钢坯渐渐稳定地被咬入，钢坯前进速度也渐渐增加(钢坯移动量＝LE1→LE2)。而且，在前进速度大致恒定的稳定状态下，对该钢坯进行穿孔轧制(钢坯移动量＝LE2)。
与此相对，在从钢坯与倾斜辊接触到穿孔轧制处于稳定状态之间，钢坯的旋转速度为大致恒定。
本发明人从图1曲线图所示结果得到了下述见解。从钢坯被倾斜辊咬入并由顶头开始进行穿孔到在稳定状态下进行穿孔轧制之间，也就是说，在非稳定区域、即图1中的LE1到LE2之间，钢坯的前进速度低于在稳定区域中的前进速度，且钢坯的旋转速度为大致恒定。也就是说，可知该钢坯被倾斜辊咬入后在非稳定区域中的前进方向的滑动增加。如图1曲线图所示的钢坯的上述速度变化现象是在提出本申请之前，即使在本领域技术人员之间也完全不知道的应该特别写出的知识。
认为图1曲线图所示的钢坯的上述速度变化现象会引起下述这样的问题。
在非稳定区域，钢坯的前进方向的每单位移动的旋转锻造次数多于稳定区域，显著产生旋转锻造效果。另外，由于钢坯的前进速度较慢，因此，钢坯和顶头之间的摩擦力导致附加剪切变形增大。通过上述效果相结合，在钢坯前部的穿孔变得不稳定，在对钢坯前部进行穿孔轧制时，钢坯的振摆回转显著增强。其结果是，在中空管坯前端部多产生内表面缺陷，而且也明显产生厚度不均。
该非稳定区域是不可避免地存在的。本发明者人想到了必须找出可以将在非稳定区域中不可避免地产生的旋转锻造效果和附加剪切变形抑制在不会成为在中空管坯前端部产生内表面缺陷的原因的程度的条件。
但是，众所周知，若减小钢坯的外径压下比Df，或者减少根据预先设定的轧辊倾斜角β、钢坯直径以及穿孔比求得的在稳定区域的旋转锻造次数N，则可以抑制在稳定区域的旋转锻造效果。
但是，仅减小钢坯的外径压下比Df以及在稳定区域的旋转锻造次数N，是无法解决上述图1曲线图所示的非稳定区域的问题的。
本发明人发现，可将在非稳定区域中不可避免地产生的旋转锻造效果和附加剪切变形抑制在不会成为在中空管坯前端部产生内表面缺陷的原因的程度的条件，可以将钢坯在非稳定区域的转速Ns与钢坯外径压下比Df之积的平方根(Ns×Df)0.5、以及比(Dg/D1)作为指标使用进行规定。在将钢坯在非稳定区域的转速Ns与钢坯外径压下比Df之积的平方根(Ns×Df)0.5、以及比(Dg/D1)作为指标使用时，各指标所示的定性意义如下所述。
当减小钢坯的外径压下比Df时，妨碍稳定咬入钢坯，变得容易滑动。由此，由于顶头表面和钢坯内表面的摩擦力产生的剪切变形增加，由于该剪切变形产生内表面缺陷。由倾斜辊产生的推进力受倾斜辊的形状影响，因此，倾斜辊入口的钢坯咬入位置的直径D1与倾斜辊圆凿部直径Dg之比(Dg/D1)的大小，也影响由顶头表面和钢坯内表面的摩擦力产生的剪切变形。而且，若如上所述，滑动变大，则钢坯的穿孔轧制变得不稳定，沿圆周方向振摆回转，中空管坯前部的厚度不均恶化。
另一方面，例如，当通过改变倾斜角而过度减小非稳定区域的钢坯的转速Ns时，在非稳定区域，在钢坯进行半旋转期间，钢坯沿轧制方向前进的移动量变大，由此，在非稳定区域，钢坯在轧辊与顶头之间的每单位旋转的壁厚压下量增大。因此，在倾斜辊和钢坯之间容易产生滑动。而且，作为减少钢坯在非稳定区域的转速Ns的方法，也有增大倾斜辊的入口面角θ1的方法。
另外，表示倾斜辊形状的、倾斜辊入口的钢坯咬入位置的直径D1与倾斜辊圆凿部直径Dg之比(Dg/D1)的大小影响由倾斜辊产生的推进力，结果给滑动的产生、由于顶头表面和钢坯内表面的摩擦力而产生的剪切变形带来影响。
接着，说明在本实施方式中使用的穿孔机。
图2为示意地表示穿孔机0的结构的俯视图。图3为示意地表示穿孔机0的结构的纵视图。另外，图4、5都为示意地表示用穿孔机0进行穿孔轧制中途的状况的横剖视图。
在图2～5中，倾斜辊1整体形成为锥形，该倾斜辊1包括：在其中间部形成为轧辊直径Dg的圆凿部1a，形成为随着朝向该圆凿部1a的入侧端部去而外径减小的大致圆锥台形的入口面1b，形成为随着朝向圆凿部1a的出侧端部去而外径增大的大致圆锥台形的出口面1c。
以用点划线表示的轧辊轴心线分别构成交叉角γ的方式相对于轧制线X—X配置倾斜辊1、1。
如图3所示，将倾斜辊1、1相对于轧制线X—X配置成互相沿相反方向形成倾斜角β。倾斜辊1、1分别被驱动装置4旋转驱动。
如图4所示，在倾斜辊1、1之间，相对配置一对作为管坯导向的圆盘辊G、G。圆盘辊G为与钢坯的接触面形成为半圆槽型截面形状的导辊。
另外，在倾斜辊1、1之间，沿轧制线X—X配置有顶头2。图6为表示顶头2的形状的说明图。
如图6所示，顶头2一般具有顶端部r。顶头2构成为最大外径为Dp的炮弹形状，该顶头2包括轧制部L1和均整部L2，该轧制部L1形成为圆锥形，并在纵截面上形成大小为R的曲线。顶头2的基端部由芯棒M的顶端部保持，芯棒M的基端部由可沿轴向移动的未图示的推进块装置支承。
在本实施方式中，穿孔轧制所使用的顶头2具有下述形状：顶头2的顶端部r与钢坯3的直径d之比(r/d)为0.085以上、0.19以下，并且，顶头2的轧制部长度L1与顶头2的轧制部曲线R之比(R/L1)为1.5以上。
若比(r/d)小于0.085，则顶头2的寿命受热影响极端减少，另一方面，若比(r/d)大于0.19，则钢坯3的前进方向的滑动增大。另外，若比(R/L1)小于1.5，则钢坯3的前进方向的滑动增大。
接着，说明使用该穿孔机0进行穿孔轧制的状况。
加热到规定温度的的钢坯3被输送到穿孔机0的输入侧工作台(未图示)上，沿着轧制线X—X咬入到倾斜辊1、1中。
被倾斜辊1、1咬入的钢坯3在到达顶头2的顶端部之前，一边沿图2、3中的空心箭头方向旋转一边前进，此时，通过倾斜辊1、1进行减小其外径的加工。
接着，通过顶头2对钢坯3的中心部进行穿孔，该钢坯3每旋转半圈在顶头2和倾斜辊1、1之间进行壁厚加工，由此对中空管坯H进行穿孔轧制。
如上所述，在本实施方式中，在进行穿孔轧制时，首先，为了抑制在下游侧轧制机中、成为问题的后部外径的增加，使用这样的倾斜辊1以及圆盘辊G，即，使
(a)使倾斜辊1、1的圆凿部1a的直径Dg与钢坯3的外径d之比(Dg/d)、
(b)作为管坯导向的圆盘辊G的槽底直径Dd与钢坯3的外径d之比(Dd/d)、
(c)倾斜辊1、1的圆凿部1a的直径Dg与圆盘辊G的槽底直径Dd之比(Dd/Dg)
满足下述式(1)、(2)以及(3)，或者满足下述式(1)、(2)以及(4)中的任意一个，同时使倾斜辊1、1的入口面角θ1满足式(5)。
3≤Dg/d≤7····(1)
9≤Dd/d≤16····(2)
若扩管比Exp≥1.15，则
2<Dd/Dg≤3····(3)
若扩管比Exp<1.15，则
1.5≤Dd/Dg≤3····(4)
2.5°≤θ1≤4.5°····(5)
下面，说明式(1)～(5)的限制理由。
若式(1)的比(Dg/d)小于3，则由于轴承的强度不足导致轴承的寿命减短，并且，若比(Dg/d)大于7，则用于抑制由于钢坯后部厚度增加而产生的后部外径增加的设备费用上升。因此，在本实施方式中，将比(Dg/d)限定为大于等于3、小于等于7。
若式(2)中的比(Dd/d)小于9，则产生中空管坯H的轧制不良和后部外径的增加，并且，若比(Dd/d)大于16，则中空管坯H多产生外表面缺陷，并且，产生后部外径增加，另外，圆盘辊G的直径变大，轧机整体变大，设备费用增加。因此，在本实施方式中，将比(Dd/d)限定为大于等于9、小于等于16。
若式(3)中的比(Dd/Dg)小于等于2，则当扩管比为大于等于1.15时，产生中空管坯H的轧制不良和后部外径的增加。另一方面，若比(Dd/Dg)大于3，则当扩管比为大于等于1.15时，在中空管坯H的外表面产生缺陷和产生后部外径的增加。因此，在本实施方式中，当扩管比为大于等于1.15时，将比(Dd/Dg)限定为大于2、且小于等于3。
若式(4)中的比(Dd/Dg)为大于等于1.5，则当扩管比小于1.15时，由穿孔的稳定性(厚度不均和轧辊咬入性)决定，不会由于中空管坯H后部外径的增加而在下一个工序的轧机中产生故障。另一方面，若比(Dd/Dg)大于3，则当扩管比小于1.15时，在中空管坯H的外表面产生缺陷和产生后部外径增加。因此，在本实施方式中，当扩管比小于1.15时，将比(Dd/Dg)限定为大于等于1.5、且小于等于3。
无论式(5)中的倾斜辊1的入口面角θ1大于4.5°或者小于2.5°，钢坯3向倾斜辊1的咬入性都会变差。因此，在本实施方式中，将倾斜辊1的入口面角θ1限定为大于等于2.5度、小于等于4.5度。
在本实施方式中，使用包括倾斜辊1、顶头2以及圆盘辊G的穿孔机0，将作为轧辊设定条件的钢坯3的转速和钢坯3的外径压下比作为式(6)的条件，进行穿孔轧制，其中，倾斜辊1具有由式(1)～(5)规定的形状，
0.46×(Dg/D1)-0.31≤(Ns×Df)0.5≤1.19×(Dg/D1)-0.95····(6)
其中，在该式(6)中，Ns＝Ld×Vr/(0.5×π×d×Vf)、Df＝(d-dp)/d，Vf表示在咬入倾斜辊时的非稳定区域中的钢坯向前进方向的最小速度，例如，采集穿孔轧制数据，使用该数据，将咬入倾斜辊时的非稳定区域中的轴向速度通过最小平方法进行近似，求出根据该近似求得的最小的、钢坯的前进方向的速度；Vr表示咬入倾斜辊时的非稳定区域的平均值、即钢坯的圆周方向的速度；dp表示在顶头顶端位置处的倾斜辊的轧辊间隙；另外，Ld表示从钢坯前端部开始咬入于倾斜辊的位置到顶头顶端位置的距离。
为了解决由于倾斜辊1的设定条件而产生的剪切变形、厚度不均、轧制不良以及后部外径的增加，本发明人使用满足上述式(1)～(5)的穿孔机0，将下述材料加热到1200℃，在表1所示条件下进行穿孔试验。用图7曲线图表示穿孔试验的结果。上述材料是指：从由含有碳质量百分比为0.2％的钢的连铸坯形成的外径310mm的钢坯3中心部切下外径70mm的钢坯3而获得的材料、通过从连续铸造到初轧而制造的直径225mm试料中心部选取的、由含有Cr质量百分比为13％的钢形成的外径70mm的材料。
[表1]
 
Dg φ400mm
Dd φ1100mm
Exp 1.03～1.25
θ1 3°
d 70mm
Dg/D1 1.06～1.28
(Np×Df)<sup>0.5</sup> 0.17～0.59
在图7的曲线图中，黑圆符号表示产生下述状况中的至少一种：由剪切变形引起的产生内表面缺陷，厚度不均率恶化至7％以上，产生咬入不良或者轧制不良，或者后部外径增加率大于5％。黑三角符号表示由于旋转锻造或/及剪切变形而引起的内表面缺陷。另外，白圆符号表示可以没有问题地制造中空管坯。
从图7的曲线图所示的结果可知，若满足0.46×(Dg/D1)-0.31≤(Ns×Df)0.5≤1.19×(Dg/D1)-0.95的关系，则可以没有问题地制造中空管坯。
如上所述，若式(6)中的值(Ns×Df)0.5小于(0.46×(Dg/D1)-0.31)，则产生下述问题：由于前部剪切变形的增大而产生内表面缺陷、厚度不均、末端轧制不良、后部外径的增加等。另一方面，若值(Ns×Df)0.5大于(1.19×(Dg/D1)-0.95)，则无法抑制由于旋转锻造效果和剪切变形而产生的内表面缺陷。因此，在本实施方式中，(Ns×Df)0.5限定为大于等于0.46×(Dg/D1)-0.31、且小于等于1.19×(Dg/D1)-0.95。
如上所述，采用本实施方式，在使用穿孔机对钢坯进行穿孔轧制来制造中空管坯，进而制造无缝钢管时，(a)可以控制后部在穿孔轧制时的外径的增加，(b)可以抑制前部的旋转锻造效果和剪切变形而防止前部产生内表面缺陷，(c)使前部的厚度不均情况良好。因此，采用本实施方式，可以可靠地制造一种尺寸、内部质量以及沿着管全长都达到高品质的中空管坯。
实施例1
另外，参照实施例，对本发明进行更具体地说明。
从将由含有碳质量百分比为0.2％的钢的连铸坯作为原料的外径225mm钢坯中心切出外径70mm的钢坯，将该钢坯加热至1200℃，在表2所示的条件下进行穿孔轧制。表3集中表示穿孔轧制的结果。
表2
 Dg Dd Exp θ1 d Dg/D1 (Np×Df)<sup>0.5</sup>   φ400mm  φ1100mm  1.03～1.28  3°  70mm  1.06～1.28  0.15～0.48
表3
  EXP   Dg/D1   (Np×Df)<sup>0.5</sup>   内表  面缺  陷   咬入  不良   轧制  不良   厚度  不均  率   后部外径  增加率
  1.03   1.06   0.25   ○   ○   ○   ○   ○   本发明例
  1.03   1.1   0.3   ○   ○   ○   ○   ○   本发明例
  1.25   1.19   0.35   ○   ○   ○   ○   ○   本发明例
  1.03   1.06   0.15   不能  判断   ×   不能  判断   不能  判断   不能判断   比较例
  1.26   1.23   0.2   ○   ○   ○   ×   ×   比较例
  1.12   1.28   0.25   ○   ○   ×   ○   不能判断   比较例
  1.03   1.14   0.48   ×   ○   ○   ○   ○   比较例
表3中的符号○表示可以没有任何问题地穿孔，符号×表示产生咬入不良、轧制不良、厚度不均或者外径增加中的任意一种情况。
另外，对于表3中的内表面缺陷，在中空管坯的前部20～200mm范围内，缺陷个数为2个以上时用符号×表示。
另外，表3中的厚度不均率为这样的厚度不均率，即，使用由千分尺实测中空管坯前部20～200mm范围内、以长度方向5mm间距沿圆周方向8点的管壁厚的壁厚值，求出各长度位置处的圆周方向厚度不均率((壁厚最大值-壁厚最小值)/8的平均壁厚)，将在各长度位置处求得的厚度不均率平均化而得到的平均厚度不均率。符号×表示厚度不均率为6％以上。
另外，表3中，判断在100个穿孔数目中有1个以上发生咬入不良和轧制不良时，用符号×表示，并且，表3中的后部外径增加率，在后部外径增大部相对于中间部外径平均值的比率为6％以上时，用符号×表示。
根据表3所示结果，由于不仅能够满足式(1)～(5)，而且还能够满足式(6)，可以将前部内表面缺陷、咬入不良、轧制不良、厚度不均率以及后部外径的增加都抑制在实用上没有问题的程度，并且使用穿孔机进行穿孔轧制，制造中空管坯。

Claims (1)

1.一种无缝钢管的制造方法，其特征在于，通过使用相对配置于轧制线周围的一对锥体型倾斜辊、一对槽型圆盘辊、沿着轧制线配置在上述倾斜辊与上述圆盘辊之间的顶头，一边使钢坯旋转移动一边进行穿孔轧制来制造中空管坯，其中，使上述倾斜辊的圆凿部直径Dg与作为被轧制材料的上述钢坯的外径d之比Dg/d、上述圆盘辊的槽底直径Dd与上述钢坯外径d之比Dd/d、上述圆盘辊的槽底直径Dd与上述倾斜辊的圆凿部直径Dg之比Dd/Dg满足下述式(1)、(2)以及(3)，同时使上述倾斜辊的入口面角θ1满足下述式(5)，并且，使在咬入上述倾斜辊时的非稳定区域的钢坯转速Ns与该钢坯外径压下比Df之积的平方根(Ns×Df)0.5满足下述式(6)，该式(6)用上述倾斜辊的圆凿部直径Dg与该倾斜辊入口的钢坯咬入位置的直径D1之比Dg/D1规定，
或者一边使钢坯旋转移动一边进行穿孔轧制来制造中空管坯，其中，使上述倾斜辊的圆凿部直径Dg与作为被轧制材料的上述钢坯的外径d之比Dg/d、上述圆盘辊的槽底直径Dd与上述钢坯外径d之比Dd/d、上述圆盘辊的槽底直径Dd与上述倾斜辊的圆凿部直径Dg之比Dd/Dg满足下述式(1)、(2)以及(4)式，同时使上述倾斜辊的入口面角θ1满足下述式(5)，并且，使在咬入上述倾斜辊时的非稳定区域的钢坯转速Ns与该钢坯外径压下比Df之积的平方根(Ns×Df)0.5满足下述式(6)，该式(6)用上述倾斜辊的圆凿部直径Dg与该倾斜辊入口的钢坯咬入位置的直径D1之比Dg/D1规定，
3≤Dg/d≤7     ....(1)
9≤Dd/d≤16    ....(2)
若扩管比Exp≥1.15，则
2＜Dd/Dg≤3    ....(3)
若扩管比Exp＜1.15，则
1.5≤Dd/Dg≤3  ....(4)
2.5°≤θ1≤4.5°  ....(5)
0.46×(Dg/D1)-0.31≤(Ns×Df)0.5≤1.19×(Dg/D1)-0.95  ....(6)
其中，Ns＝Ld×Vr/(0.5×π×d×Vf)、Df＝(d-dp)/d，Vf表示在咬入上述倾斜辊时的非稳定区域中的上述钢坯前进方向的最小速度，Vr表示咬入上述倾斜辊时的非稳定区域中的上述钢坯圆周方向的速度的平均值，dp表示在上述顶头顶端位置处的上述倾斜辊的轧辊间隙，另外，Ld表示从钢坯顶端与倾斜辊开始接触的点到顶头顶端部的沿轧制线的长度，在倾斜辊的倾斜角为零的状态下，用平面几何学确定该长度。
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