CN101711190A - 无缝管的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种与现有技术相比能够进一步使管的长度方向壁厚分布均匀的无缝管的制造方法。本发明的无缝管的制造方法包括以下步骤：第一步骤，对芯棒(B)在常温下的长度方向的外径分布进行测量；第二步骤，对在芯棒式无缝管轧机(M)的延伸轧制工序中使用后的该芯棒的长度方向的温度分布进行测量；以及第三步骤，对插入该芯棒来进行延伸轧制的管在热加工状态下的长度方向的壁厚分布进行测量。还包括以下步骤：第四步骤，根据在第一～第三步骤中所得到的各参数，算出该芯棒的延伸轧制时的长度方向的外径分布；以及第五步骤，在下一次将该芯棒插入到管的内部进行延伸轧制时，根据该芯棒的长度方向的外径分布，调整孔型辊(R)的压下方向的设定位置。

Description

无缝管的制造方法
技术领域
本发明涉及一种无缝管的制造方法。特别是，本发明涉及一种能够使管的长度方向的壁厚分布均匀的无缝管的制造方法。
背景技术
作为芯棒式无缝管轧机，以往使用了两辊式的芯棒式无缝管轧机、三辊式的芯棒式无缝管轧机，该两辊式的芯棒式无缝管轧机将相对的两个孔型辊配设在各轧制机上，在相邻的轧制机间使孔型辊的压下方向错开90°地交替地进行配置，该三辊式的芯棒式无缝管轧机以压下方向所成的角为120°的方式将3个孔型辊配设在各轧制机上，在相邻的轧制机之间使孔型辊的压下方向错开60°地交替地进行配置。另外，还应用了以压下方向所成的角为90°的方式将4个孔型辊配设在各轧制机上的四辊式的芯棒式无缝管轧机。
在这些芯棒式无缝管轧机中，将芯棒插入到管的内部，在该芯棒与配设于轧制机上的孔型辊之间对管进行延伸轧制。一般来说，准备多个该芯棒，循环使用各芯棒。也就是说，在延伸轧制中使用的各芯棒从结束了延伸轧制的管中被拔出，之后被再次插入到进行延伸轧制的管的内部来使用。
如上所述，由于循环使用各芯棒，因此在其长度方向上容易产生不均匀地磨损。另外，由于来自延伸轧制时与管接触的部分的热传导、随着延伸轧制产生的加工发热等产生的热，芯棒在其长度方向上发生不均匀地热膨胀。因此，存在如下问题：延伸轧制后的管的长度方向的壁厚分布容易变得不均匀。
以解决如上所述的问题为目的，以往，例如提出了日本特开昭59-27704号公报(专利文献1)、日本特开昭61-269909号公报(专利文献2)、日本特开2001-293511号公报(专利文献3)所记载的方法。
然而，专利文献1所记载的方法是如下的方法：测量延伸轧制结束后的芯棒的长度方向的温度分布，从该测量结果算出芯棒的延伸轧制过程中的长度方向的外径分布，根据该算出的芯棒的长度方向的外径分布，调整对下一个管进行延伸轧制时的孔型辊的压下方向的设定位置。换言之，在专利文献1所记载的方法中，根本没有考虑芯棒的磨损、各芯棒的长度方向的外径分布。因此，在专利文献1所记载的方法中，无法充分使延伸轧制后的管的长度方向的壁厚分布均匀化。
另外，专利文献2所记载的方法是如下的方法：根据基于每个芯棒的管的延伸轧制根数算出的芯棒的磨损量的代表值、基于延伸轧制结束后的芯棒的温度测量值算出的芯棒的热膨胀量的代表值等，在下一次延伸轧制中使用该芯棒时调整孔型辊的压下方向的设定位置。换言之，在专利文献2所记载的方法中，虽然考虑到芯棒的磨损量、热膨胀量来调整孔型辊的压下方向的设定位置，但是根本没有考虑磨损量、热膨胀量的长度方向的分布。因此，在专利文献2所记载的方法中，无法充分使延伸轧制后的管的长度方向的壁厚分布均匀化。
并且，专利文献3所记载的方法是如下的方法：根据经过了延伸轧制工序的管的热加工状态下的长度方向的壁厚分布测量值、用于延伸轧制之前的芯棒的长度方向的外径分布测量值等，调整对下一个管进行延伸轧制时的孔型辊的压下方向的设定位置。换言之，是在使用与得到管的长度方向的壁厚分布测量值时所使用的芯棒不同的芯棒对下一个管进行延伸轧制时利用该测量值的方法，因此没有充分反映各芯棒的长度方向的外径分布。因此，在专利文献3所记载的方法中，无法充分使延伸轧制后的管的长度方向的壁厚分布均匀化。
发明内容
本发明是鉴于上述现有技术而做成的，目的在于提高一种与现有技术相比能够进一步使管沿长度方向的壁厚分布均匀的无缝管的制造方法。
为了解决上述问题，本发明的无缝管的制造方法具有如下工序：通过具有分别配设了多个孔型辊的多个轧制机的芯棒式无缝管轧机对将芯棒插入到内部的管进行延伸轧制的工序，该无缝管的制造方法的特征在于，包括以下的第一～第五步骤。
(1)第一步骤：对芯棒在常温下的长度方向的外径分布进行测量。
(2)第二步骤：对在上述延伸轧制工序中使用后的该芯棒的长度方向的温度分布进行测量。
(3)第三步骤：对插入该芯棒进行延伸轧制的管在热加工状态下的长度方向的壁厚分布进行测量。
(4)第四步骤：根据在上述第一步骤中测量出的该芯棒在常温下的长度方向的外径分布和在上述第二步骤中测量出的该芯棒的长度方向的温度分布，预测该芯棒的延伸轧制时的长度方向的外径分布，根据在上述第三步骤中测量出的管的长度方向的壁厚分布来校正该预测的长度方向的外径分布，由此算出该芯棒的延伸轧制时的长度方向的外径分布。
(5)第五步骤：在下一个时刻(下一次)将该芯棒插入到管的内部进行延伸轧制时，根据在上述第四步骤中算出的该芯棒的长度方向的外径分布，调整上述孔型辊的压下方向的设定位置。
本发明的方法在第一步骤中对芯棒在常温下的长度方向的外径分布进行测量。在此，所谓常温是指，将芯棒最初用于延伸轧制前的温度状态、在延伸轧制中使用后在不使用的状态下经过足够的时间(大约30分钟以上)的温度状态。在该芯棒的常温下的长度方向的外径分布中反映出芯棒的长度方向的磨损量。另外，本发明所涉及的方法在第二步骤中对在延伸轧制工序中使用后的该芯棒的长度方向的温度分布进行测量(例如，在从结束了延伸轧制的管中拔出之后、为了循环使用而在芯棒输送路线上输送的过程中测量该芯棒的长度方向的温度分布)。该芯棒的长度方向的温度分布与芯棒的长度方向的热膨胀量的分布相关联。因此，如果使用芯棒在常温下的长度方向的外径分布和在延伸轧制工序中使用后的该芯棒的长度方向的温度分布，则能够预测考虑了磨损量和热膨胀量这两者的芯棒的延伸轧制时的(用于延伸轧制的过程中的)长度方向的外径分布。但是，在第二步骤中测量出的芯棒的长度方向的温度分布与实际在延伸轧制中使用过程中的芯棒的长度方向的温度分布之间有可能由于温度测量时刻的不同而产生温度差。另外，芯棒的磨损也有可能对温度测量值产生影响。因此，在上述预测的芯棒的长度方向的外径分布中相对于实际的外径分布有可能产生误差。
因此，本发明的方法在第三步骤中对插入该芯棒进行延伸轧制的管在热加工状态下的长度方向的壁厚分布进行测量。在此，热加工状态当然是在延伸轧制刚结束之后，是指足够灼热的状态。该芯棒的长度方向的磨损量的分布以及该芯棒的长度方向的热膨胀量的分布这两者对该管在热加工状态下的长度方向的壁厚分布产生影响。换言之，在管的热加工状态下的长度方向的壁厚分布中包含考虑到磨损量和热膨胀量这两者的该芯棒的延伸轧制时的长度方向的外径分布的信息。因此，如果根据在第三步骤中测量出的管的长度方向的壁厚分布，校正上述预测的芯棒的长度方向的外径分布，则能够高精确度地算出该芯棒的延伸轧制时的芯棒的长度方向的外径分布。
因此，本发明所涉及的方法在第四步骤中根据在第一步骤中测量出的该芯棒在常温下的长度方向的外径分布和在第二步骤中测量出的该芯棒的长度方向的温度分布，对该芯棒的延伸轧制时的长度方向的外径分布进行预测，根据在第三步骤中测量出的管的长度方向的壁厚分布来校正该预测的长度方向的外径分布，由此算出该芯棒的延伸轧制时的长度方向的外径分布。因此，根据本发明的方法，能够调整考虑了芯棒的磨损量的长度方向分布和热膨胀量的长度方向分布这两者的孔型辊的压下方向的设定位置。
并且，本发明的方法在第五步骤中在下一个时刻将该芯棒插入到管的内部进行延伸轧制时，根据在第四步骤中算出的该芯棒的长度方向的外径分布，调整上述孔型辊的压下方向的设定位置。换言之，本发明的方法在使用与算出长度方向的外径分布的芯棒相同的芯棒对其它管(与算出长度方向的外径分布时进行延伸轧制的管不同的管)进行延伸轧制的时刻，根据针对该芯棒算出的长度方向的外径分布，调整孔型辊的压下方向的设定位置。因此，能够根据本发明的方法，在循环使用多个芯棒时，调整反映了各芯棒的长度方向的外径分布的孔型辊的压下方向的设定位置。
如上所述，根据本发明的方法，考虑到芯棒的磨损量的长度方向分布以及热膨胀量的长度方向分布这两者，并且能够调整反映了各芯棒的长度方向的外径分布的孔型辊的压下方向的设定位置，因此与以往的方法相比，能够进一步使管的长度方向的壁厚分布均匀。
附图说明
图1是概要性地表示应用本发明的方法所具有的延伸轧制工序的芯棒式无缝管轧机的装置结构的示意图。
图2是用于说明图1所示的控制装置进行的运算内容的示意图，图2的(a)表示芯棒B的长度方向的外径分布，图2的(b)表示管P的长度方向的壁厚分布。
图3表示利用本发明的方法以及比较例的方法对延伸轧制管的情况下的、延伸轧制后的管的长度方向的壁厚分布进行测量的结果的一例。
具体实施方式
下面，适当参照附图说明本发明的无缝管的制造方法的一个实施方式。
图1是概要性地表示应用本发明的一个实施方式的无缝管的制造方法所具有的延伸轧制工序的芯棒式无缝管轧机(使用芯棒定位器的定位型芯棒式无缝管轧机)的装置结构的示意图。另外，图2是用于说明图1所示的控制装置进行的运算内容的示意图，图2的(a)表示芯棒B的长度方向的外径分布，图2的(b)表示管P的长度方向的壁厚分布。在图1所示的芯棒式无缝管轧机M中，分别循环使用多个芯棒B(在图1中仅图示一个芯棒)。另外，在芯棒式无缝管轧机M的下游配置用于进行管P的定径轧制的定径轧制机(定径机等)S。
对各芯棒B预先测量其在常温下的长度方向的外径分布。然后，将该被测量出的在常温下的长度方向的外径分布输入到控制装置2，并按各芯棒B的每个芯棒进行存储。例如为了循环使用而在即将被搬入到芯棒输送路线上之前使用公知的光学式的外径测量计等测量该芯棒在常温下的长度方向的外径分布。
另外，对各芯棒B的在延伸轧制工序中使用之后的长度方向的温度分布进行测量。然后，该被测量出的长度方向的外径分布被输入到控制装置2，并按各芯棒B的每个芯棒进行存储。例如，通过配置在芯棒式无缝管轧机M的入口侧的放射温度计(未图示)，在从结束了延伸轧制的管中拔出的过程中测量该芯棒的长度方向的温度分布。另外，例如为了循环使用而在芯棒输送路线中输送的过程中通过配置在该输送路线上的放射温度计测量该芯棒的长度方向的温度分布。
如图1所示，在本实施方式中，在定径轧制机S的出口侧配置超声波式或放射线式的测厚计1。并且，利用该测厚计1和控制装置2，测量在芯棒式无缝管轧机M中经过了延伸轧制工序而得到的管P在热加工状态下的长度方向的壁厚分布。具体来说，通过测厚计1测量管P的周向的平均壁厚，该测量出的周向平均壁厚被输入到控制装置2。由于管P在长度方向上行进，针对管P的长度方向上的不同的部位的周向平均壁厚被依次输入到控制装置2，由此，算出周向平均壁厚的长度方向分布。此外，在本实施方式中，例示了将测厚计1配置在定径轧制机S的出口侧的结构，但是本发明并不限于此，还能够在芯棒式无缝管轧机M的出口侧等其它场所设置测厚计1。
控制装置2根据在对如上述那样测量了长度方向的壁厚分布的管P进行延伸轧制时所使用的芯棒B在常温下的长度方向的外径分布(图2的(a)所示的“冷加工”)和该芯棒B的长度方向的温度分布(这些分布如上述那样被输入到控制装置2并被存储)，预测该芯棒B在延伸轧制时的长度方向的外径分布(图2(a)所示的“热加工外径(校正前)”)。在图2的(a)所示的例子中，芯棒B在常温下的长度方向的外径分布是从前端向后端外径变小的分布，而芯棒B的长度方向的温度分布(未图示)是从前端向后端温度变高的分布，因此预测的芯棒B的延伸轧制时的长度方向的外径分布是从前端向后端外径变大的分布。
接着，控制装置2根据插入该芯棒B来进行延伸轧制而得到的管P在热加工状态下的长度方向的壁厚分布(图2的(b)所示的“热加工壁厚”)来校正如上述那样预测的芯棒B的长度方向的外径分布。在图2的(b)所示的例子中，管P在热加工状态下的长度方向的壁厚分布是从前端向后端壁厚变大的分布，后端壁厚与前端壁厚的偏差是a。控制装置2例如根据该壁厚偏差a校正预测出的芯棒B的长度方向的外径分布。即，如果管P的后端壁厚比前端壁厚大壁厚偏差a那样的量，则芯棒B的后端外径应该比前端外径大相当于壁厚偏差a的2倍的尺寸。因此，控制装置2以后端外径比前端外径减小相当于壁厚偏差a的2倍的尺寸的方式进行校正，变更预测的芯棒B的长度方向的外径分布的斜率，将校正后的长度方向的外径分布(图2(a)所示的“热加工外径(校正后)”)算出并作为芯棒B在延伸轧制时的长度方向的外径分布。并且，对各芯棒B的每个芯棒存储算出的长度方向的外径分布。
控制装置2在将算出的上述长度方向的外径分布的芯棒B在下一个时刻插入到管P的内部进行延伸轧制时，根据该芯棒B的长度方向的外径分布来调整孔型辊R的压下方向的设定位置。进行该压下方向的设定位置的调整的孔型辊R既可以是配设在构成芯棒式无缝管轧机M的所有轧制机(图1所示的#1～#5轧制机)上的孔型辊R，还可以是配设在一部分轧制机(例如进行最终轧制的#4、#5轧制机等)的孔型辊R。具体如下所示。
对控制装置2输入保持芯棒B的后端的芯棒定位器BR的位置信息。控制装置2根据所输入的芯棒定位器BR的位置信息，确定在配设了进行压下方向的设定位置调整的孔型辊R的轧制机(例如#5轧制机。以下称为“控制对象轧机”)中对管P进行延伸轧制时所使用的芯棒B的长度方向部位。另一方面，控制装置2从如上述那样算出并存储的多个芯棒B的长度方向的外径分布中选择当前用于延伸轧制的芯棒B的长度方向的外径分布。然后，根据所选择的芯棒B的长度方向的外径分布，算出在控制对象轧机中对管P进行延伸轧制时所使用的芯棒B的长度方向部位的外径。控制装置2根据算出的芯棒B的外径，通过几何学计算设定配设在控制对象轧机中的孔型辊R的辊隙(rollgap)，以能够得到该辊隙的方式控制控制对象轧机的压下装置3。压下装置3由缸体等构成，与上述设定的辊隙相应地调整孔型辊R的压下方向的设定位置。
根据以上所说明的本发明的无缝管的制造方法，对在芯棒式无缝管轧机M中经过了延伸轧制工序而得到的管P在热加工状态下的长度方向的壁厚分布进行测量，根据该测量出的管P的长度方向的壁厚分布，校正插入到该管P的内部的芯棒B在延伸轧制时的长度方向的外径分布，因此能够高精确度地算出芯棒B的长度方向的外径分布，能够调整考虑了芯棒B的磨损量的长度方向分布以及热膨胀量的长度方向分布这两者的孔型辊R的压下方向的设定位置。另外，使用与算出了长度方向的外径分布的芯棒B相同的芯棒B，在对其它管P(与算出了长度方向外径分布时进行延伸轧制的管不同的管P)进行延伸轧制的时刻，根据针对该芯棒B算出的长度方向的外径分布来调整孔型辊R的压下方向的设定位置，因此能够调整反映了各芯棒B的长度方向的外径分布的孔型辊R的压下方向的设定位置。因此，与以往的方法相比能够进一步使管P的长度方向的壁厚分布均匀。
图3表示利用以上所说明的本发明的方法以及比较例的方法对延伸轧制管的情况下的、延伸轧制后的管的长度方向的壁厚分布进行测量而得到的结果的一例。图3所示的No.1表示利用与上述专利文献1所记载的方法相同的方法、使用新的芯棒(外径248mm)对管进行延伸轧制的情况下的结果。在使用新的芯棒的情况下，其常温下的长度方向的外径分布(在图3的No.1的A栏用实线所示的图形)为恒定(248mm)，因此其延伸轧制时的长度方向的外径分布(在图3的No.1的A栏用虚线所示的图形)表示与芯棒的长度方向的温度分布相同的趋势。因此，测量延伸轧制结束后的芯棒的长度方向的温度分布，从该测量结果算出延伸轧制时的芯棒的长度方向的外径分布，如果根据该算出的芯棒的长度方向的外径分布，调整规定的孔型辊的压下方向的设定位置(辊隙)(参照图3的No.1的B栏)，则能够使管的长度方向的壁厚分布比较均匀(参照图3的No.1的C栏)。
然而，在使用长度方向上不均匀地发生了磨损的芯棒来对管进行延伸轧制的情况下，通过根据仅根据延伸轧制结束后测量出的芯棒的长度方向的温度分布算出的延伸轧制时的芯棒的长度方向的外径分布来调整孔型辊的压下方向的设定位置，无法使管的长度方向的壁厚分布均匀。图3所示的No.2表示利用与上述专利文献1所记载的方法同样的方法，使用长度方向上不均匀地发生了磨损的芯棒来对管进行延伸轧制的情况下的结果。在图3的No.2所示的例子中，由于磨损，芯棒在常温下的长度方向的外径分布的外径从前端向后端变小(在图3的No.2的A栏中用实线图示的图形)，但是在延伸轧制时，由于长度方向上不均匀的热膨胀，长度方向的外径分布大致恒定(图3的No.2的A栏中用虚线图示的图形)。然而，如果仅根据延伸轧制结束后测量出的芯棒的长度方向的温度分布，调整规定的孔型辊的压下方向的设定位置(辊隙)，则与实际延伸轧制时的芯棒的长度方向的外径分布恒定无关地进行与No.1同样的调整(参照图3的No.2的B栏)，无法使管的长度方向的壁厚分布均匀(参照图3的No.2的C栏)。
图3所示的No.3与No.2的情况不同，表示在算出延伸轧制时的芯棒的长度方向的外径分布时、利用不仅考虑了延伸轧制结束后测量出的芯棒的长度方向的温度分布、还考虑了常温下测量出的芯棒的长度方向的外径分布的方法对管进行延伸轧制的情况下的结果(使用长度方向上不均匀地发生了磨损的芯棒对管进行延伸轧制的结果)。在图3的No.3所示的例子中，由于还考虑到常温下测量出的芯棒的长度方向的外径分布(在图3的No.3的A栏中用实线图示的图形)，因此与No.2的情况相比，能够高精确度地算出延伸轧制时的芯棒的长度方向的外径分布。然而，由于在算出的延伸轧制时的芯棒的长度方向的外径分布与大致恒定的实际延伸轧制时的芯棒的长度方向的外径分布(在图3的No.3的A栏中用虚线图示的图形)之间依然存在误差，因此孔型辊的压下方向的设定位置(辊隙)的调整在长度方向上不恒定(参照图3的No.3的B栏)，无法使管的长度方向的壁厚分布充分均匀(参照图3的No.3的C栏)。
相对于上述比较例的方法(图3的No.2和No.3)，本发明的方法(图3所示的No.4)对在芯棒式无缝管轧机中经过了延伸轧制工序而得到的管在热加工状态下的长度方向的壁厚分布进行测量，根据该测量出的管的长度方向的壁厚分布，校正针对插入到该管的内部的芯棒预测的延伸轧制时的长度方向的外径分布，因此能够算出与实际延伸轧制过程中的芯棒的长度方向的外径分布(在图3的No.4的A栏中用虚线图示的图形)大致相同的外径分布。并且，在本发明的方法中，根据该算出的芯棒的长度方向的外径分布(即，大致恒定的长度方向的外径分布)，调整孔型辊的压下方向的设定位置(辊隙)(参照图3的No.4的B栏)，因此能够使管的长度方向的壁厚分布均匀(参照图3的No.4的C栏)。

Claims (1)

1.一种无缝管的制造方法，其具有下述工序：通过具有分别配设了多个孔型辊的多个轧制机的芯棒式无缝管轧机对将芯棒插入到内部的管进行延伸轧制的工序，其特征在于，包括以下步骤：
第一步骤，对芯棒在常温下的长度方向的外径分布进行测量；
第二步骤，对在上述延伸轧制工序中使用后的该芯棒的长度方向的温度分布进行测量；
第三步骤，对插入该芯棒来进行延伸轧制的管在热加工状态下的长度方向的壁厚分布进行测量；
第四步骤，根据在上述第一步骤中测量出的该芯棒在常温下的长度方向的外径分布和在上述第二步骤中测量出的该芯棒的长度方向的温度分布，预测该芯棒的延伸轧制时的长度方向的外径分布，根据在上述第三步骤中测量出的管的长度方向的壁厚分布来校正该预测的长度方向的外径分布，由此算出该芯棒的延伸轧制时的长度方向的外径分布；以及
第五步骤，在下一次将该芯棒插入到管的内部进行延伸轧制时，根据在上述第四步骤中算出的该芯棒的长度方向的外径分布，调整上述孔型辊的压下方向的设定位置。
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