多辊式芯棒式无缝管轧机及无缝管的制造方法
技术领域
本发明涉及多辊式芯棒式无缝管轧机及采用该多辊式芯棒式无缝管轧机进行的无缝管的制造方法。详细地讲,本发明涉及能够有效地防止多辊式芯棒式无缝管轧机中的欠充满和过充满的多辊式芯棒式无缝管轧机及采用该多辊式芯棒式无缝管轧机进行的无缝管的制造方法。
背景技术
只要没有特别记载,本说明书中的术语的定义就为如下所述那样。
“多辊式芯棒式无缝管轧机”:包括多台轧机的芯棒式无缝管轧机,这些轧机分别配置有辊数为3或4的孔型辊作为辊孔型。
“辊直径比”:在将配置于轧机的孔型辊的槽底的辊直径(槽底辊直径)设为Dr,由该孔型辊延伸轧制后的管材的截面直径设为Dp时,以Dr/Dp所表示的值。管材的截面直径是将与辊槽底相对应的部位与管的轴心之间的距离作为半径的管的截面直径。
“欠充满”:在轧制管材时,管材的外周长过短,管材的内表面贴在芯棒上的现象。
“过充满”:在轧制管材时,管材的外周长过长,管材的内表面自孔型辊的凸缘部产生耳子的现象。
在利用芯棒式无缝管轧机制造无缝管的过程中,首先,利用穿轧机将加热后的实心钢坯穿孔而制成空心的管坯。接着,在将芯棒贯穿该空心管坯之后,通常利用由5台~8台轧机构成的芯棒式无缝管轧机延伸轧制该管坯。利用上述延伸轧制,将管的壁厚调整为规定的壁厚,并且施加通过减少管坯的外径来减少周长的周直径加工。在延伸轧制结束之后拔出芯棒。之后,利用张力减径机(stretch reducer)将延伸轧制后的管成形轧制至规定的外径,而制成作为产品的无缝管。
以往以来,作为芯棒式无缝管轧机,大多采用具有多台轧机的两辊式芯棒式无缝管轧机,这些轧机配置有相对的一对孔型辊作为辊孔型。在该两辊式芯棒式无缝管轧机中,上述成对的孔型辊在相邻的轧机之间将压下方向错开90度地配置。
并且,在芯棒式无缝管轧机中,一部分也使用在各轧机中作为辊孔型配置有压下方向所成的角度为120°的3个孔型辊的3辊式芯棒式无缝管轧机、以及在各轧机中作为辊孔型配置有压下方向所成的角度为90°的4个孔型辊的4辊式芯棒式无缝管轧机。
在利用上述芯棒式无缝管轧机制造无缝管的过程中,在由芯棒式无缝管轧机进行的轧制的轧制条件不适当的情况下,产生由过充满引起的耳子缺陷、由欠充满引起的穿孔缺陷。为了防止这些耳子缺陷、穿孔缺陷,以往以来提出了各种技术方案。
例如,在专利文献1中提出有以下的技术方案,即,能够在提高管的延伸率(即提高无缝管的制造效率)的同时抑制由欠充满导致的穿孔缺陷的产生的芯棒式无缝管轧机及采用该芯棒式无缝管轧机进行的无缝管的制造方法。采用该提出的技术方案的方法,在两辊式芯棒式无缝管轧机中采用第1轧机与第2轧机的辊直径比(槽底辊直径/延伸轧制后的管的截面直径)被设定为4.6以上的芯棒式无缝管轧机,在3辊式芯棒式无缝管轧机中采用该辊直径比被设定为2.8以上的芯棒式无缝管轧机,由此,不会引起轧制不良,能够提高无缝管的制造效率。
在专利文献2中提出有以下的技术方案,即,一种能够防止产生穿孔缺陷的无缝钢管的轧制方法,该穿孔缺陷在利用芯棒式无缝管轧机轧制薄壁管的过程中成为问题。采用该方法,通过将至少1台轧机(优选为#2轧机,更优选为全部轧机)的轧辊槽底的辊直径DF与该轧辊槽底的曲率半径RI之比(以下也简称作“RI与DF之比”)设为0.275以上,能够防止产生穿孔缺陷地制造薄壁管。
另外,在专利文献3中提出有以下的技术方案,即,一种能够有效地防止过充满和欠充满这两种缺陷的芯棒式无缝管轧机轧制方法。该方法是对于普通钢、合金钢等各种钢种、壁厚的管材将管坯的外径以及第1轧机和第2轧机的孔型周长/终轧周长限定在规定范围内的方法。采用该方法,即使利用一种孔型轧辊的组合,也能够有效地防止由过充满导致的耳子缺陷的产生、由欠充满引起的脱管不良、由该脱管不良导致的缺陷的产生。
在这些专利文献1~专利文献3所述的无缝管的制造方法中,通过调整辊直径比、该辊的曲率半径RI与槽底辊直径DF之比(即RI与DF之比)或者孔型周长/终轧周长,防止由欠充满、过充满导致的缺陷、缺点的产生。
但是,在多辊式芯棒式无缝管轧机(3辊、4辊的芯棒式无缝管轧机)中,由于辊孔型形状受到几何学的限制,因此,在调整上述的辊直径比、RI与DF之比或者孔型周长/终轧周长的过程中,有时防止欠充满、过充满会受到限制。
此外,在设计辊直径比的过程中,为了防止由欠充满、过充满导致的缺陷、缺点的产生,需要在恒定的范围内管理辊直径比。但是,欲以适当的辊直径比进行管理时,有时会被辊外壳的结构制约。
图1是说明3辊式芯棒式无缝管轧机中的辊直径比的设计受到限制的情况的一例的图,图1的(a)示意地表示常规的轧机中的孔型辊的配置,图1的(b)示意地表示轧辊轴承座部的侧面。
如图1的(a)所示,在各轧机中配置有3个将孔型辊主体1、辊轴2和轧辊轴承座部3做成一体的孔型辊,而构成辊孔型6。各孔型辊主体1的压下方向所成的角度为120°。如图1的(b)所示,轧辊轴承座部3由轴承4和轴承箱5构成。
在图1所例示的3辊式芯棒式无缝管轧机的轧机中,特别是在对小径管进行延伸轧制的情况下,欲将孔型辊直径(孔型辊主体的直径)设计得较小时,对于常规的辊外壳的设计,轧辊轴承座部3的轴承箱会相互干涉。因此,无法使孔型辊主体1互相接近,而产生耳子。
在多辊式芯棒式无缝管轧机中,存在辊数越多、越容易产生耳子的倾向。一般认为其原因在于,辊数越多,与轧制方向相比,轧制时管外表面的表面压力升高的区域在宽度方向上越窄,轧制方向上的金属流动受到约束而易于在宽度方向上流动。
在利用辊数较多的多辊式芯棒式无缝管轧机制造小径管的情况下,由过充满导致的耳子变大。特别是设为与制造大径管时相同的压下量时,外径加工度变大,因此会助长耳子。
在辊数为3的多辊式芯棒式无缝管轧机中,由于轧辊轴承座部的干涉,配置的3个孔型辊之间的间隙调整受到限制。因此,为了有效地防止欠充满和过充满,消除轧辊轴承座部相互之间的干涉,并在适当的范围内管理辊直径比成为课题。
通常,多辊式芯棒式无缝管轧机对于抑制管的穿孔等不良、减小壁厚不均等具有效果。该效果在薄壁合金钢中特别显著,并且,由于能够确保较高的延伸率,因此能够提高生产率。因此,一方面大多采用两辊式芯棒式无缝管轧机,一方面一部分也使用将辊数从两辊多辊化为3辊、4辊而成的芯棒式无缝管轧机。
但是,在多辊式芯棒式无缝管轧机中,存在防止欠充满、过充满所需的辊直径比的设计受到限制这样的问题,因此,其优点未必会被充分地发挥。
专利文献1:日本特开2008-296250号公报
专利文献2:日本特开2002-35810号公报
专利文献3:日本特开2006-272340号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种在使用多辊式芯棒式无缝管轧机制造无缝管时、防止由轧辊轴承座部的干涉引起的欠充满、过充满所需的周长加工分配的设计不会受到限制的多辊式芯棒式无缝管轧机。
本发明的另一目的在于提供一种采用本发明的多辊式芯棒式无缝管轧机进行的无缝管的制造方法。
图2是说明芯棒式无缝管轧机的标称辊直径(nominaldiameter)的图。在使用以往的芯棒式无缝管轧机延伸轧制的过程中,即使在制管外径不同的情况下,孔型辊的标称辊直径也大致相同,因此,根据制管程序辊直径比变化较大。在该辊直径比变化时,耳子量也变化较大。
图3是说明3辊式芯棒式无缝管轧机中的轧机的结构和辊直径比的图。如图3所示,在3辊式芯棒式无缝管轧机中,在每个轧机中都配置3个孔型辊主体1,该3个孔型辊主体1以互相的槽底B相对的方式配置,由它们的轧制面构成辊孔型6。然后,插入有芯棒7的管材8配置在辊孔型6中,被孔型辊主体1和芯棒7压下。
在此,在将配置于轧机的孔型辊主体1的槽底B的辊直径(槽底辊直径)设为Dr,由该孔型辊延伸轧制后的管材的截面直径设为Dp时,辊直径比定义为Dr/Dp。此时,管材的截面直径Dp可以根据作为与辊槽底B相对应的部位与管材8的轴心O之间的距离的半径Dp/2求得。
通常,一边寻求防止欠充满、过充满所需的对策一边进行周长加工分配的设计。作为用于防止欠充满、过充满的具体对策,例如也像上述专利文献1~专利文献3所述那样,对辊直径比、RI与DF之比或者孔型周长/终轧周长等进行调整、管理。这些管理指标之一就是辊直径比。
根据制管程序,在制造大径管的情况下,辊直径比变小,容易产生欠充满。另一方面,在制造小径管的情况下,辊直径比变大,由过充满导致的耳子变大。而且,随着芯棒式无缝管轧机的多辊化,存在耳子变大的倾向。
特别是在小径管的制管程序中,做成与大径管的情况相同的壁厚压下量时,外形加工度变大,因此耳子量增加。
因此,在小径管的制管程序中,欲将孔型辊主体的辊直径设计得较小时,如上述图1的(a)所示,对于以往的辊外壳的设计,轧辊轴承座部的轴承箱会相互干涉。
本发明人对在小径管的制管程序中也消除轧辊轴承座部之间的干涉、扩大能够调整孔型辊之间的间隙的范围的对策进行了各种研究,其结果,着眼于如下的(a)和(b)的方案。
(a)关于轧辊轴承座部,应用将构成该轴承座部的轴承容纳在孔型辊主体内部而不需要轴承箱的方法(以下,考虑到该方法的特征,也称作“轧辊轴承座部的小型化”)。
(b)应用针对不同的制管程序,除了更换孔型辊主体之外,还更换辊轴和轧辊轴承座部二者中的任意一个或者对二者都进行更换(以下,也将该方式称作“不同程序的轧辊轴承座部等的设计优化”)。
本发明是通过着眼于上述的具体的方案而完成的,其主要内容在于下述(1)~(3)的多辊式芯棒式无缝管轧机、以及(4)的无缝管的制造方法。
(1)一种多辊式芯棒式无缝管轧机,其包括多台轧机,该轧机具有多个孔型辊主体作为用于压下管材的辊孔型,且分别配置有用于驱动这些孔型辊主体的支承辊,其特征在于,在上述孔型辊主体的内部容纳有轴承。
(2)一种多辊式芯棒式无缝管轧机,其包括多台轧机,该轧机具有多个孔型辊主体作为用于压下管材的辊孔型,且分别配置有用于驱动这些孔型辊主体的辊轴和轧辊轴承座部,其特征在于,根据芯棒式无缝管轧机的制管程序,除了将孔型辊主体更换为不同形状的孔型辊主体之外,还将辊轴和轧辊轴承座部二者中的任意一个或将二者都更换为不同形状的辊轴和轧辊轴承座部。
(3)根据上述(1)或(2)所述的多辊式芯棒式无缝管轧机,其特征在于,多辊式芯棒式无缝管轧机是3辊式芯棒式无缝管轧机。
(4)一种无缝管的制造方法,其特征在于,该无缝管的制造方法包含利用上述(1)~(3)中任一项所述的多辊式芯棒式无缝管轧机来延伸轧制管的工序。
本发明的多辊式芯棒式无缝管轧机不具有构成轧辊轴承座部的轴承箱,或者即使具有轴承箱也不会互相干涉,例如不会对辊直径比的设计施加限制。因而,在制造无缝管时,能够有效地防止欠充满、过充满。本发明的多辊式芯棒式无缝管轧机在对小径管进行延伸轧制的情况下特别能够发挥效果。
采用本发明的无缝管的制造方法,能够制造没有由欠充满导致而产生的穿孔缺陷、由过充满导致而产生的耳子缺陷的无缝管。
附图说明
图1是说明3辊式芯棒式无缝管轧机中的管坯的辊直径比的设计受到限制的情况的一例的图,图1的(a)示意地表示常规的轧机中的孔型辊的配置,图1的(b)示意地表示轧辊轴承座部的侧面。
图2是说明芯棒式无缝管轧机的标称辊直径的图。
图3是说明3辊式芯棒式无缝管轧机中的轧机的结构和辊直径比的图。
图4是说明在本发明的多辊式芯棒式无缝管轧机中采用的“轧辊轴承座部的小型化”的实施例的图,图4的(a)是将轴承容纳在辊主体内部的孔型辊主体的立体图,图4的(b)是其主视图。
图5是表示用于驱动容纳有轴承的孔型辊主体(工作辊)的支承辊的结构的立体图。
图6是说明在本发明的多辊式芯棒式无缝管轧机中采用的“不同程序的轧辊轴承座部等的设计优化”的实施例的图,图6的(a)是以往例,图6的(b)是本发明例,图6的(c)是表示图6的(b)中相互更换所采用的备用部件的图。
具体实施方式
以往的芯棒式无缝管轧机的轧机无论是哪种制管程序都构成为同样的辊轴和轧辊轴承座部,相对于此,本发明的多辊式芯棒式无缝管轧机采用了孔型辊之间的间隙调整不会受到限制、能够消除轧辊轴承座部相互之间的干涉、且能够在适当的范围内管理辊直径比的结构。
下面,将本发明所采用的结构划分为“轧辊轴承座部的小型化”和“不同程序的轧辊轴承座部等的设计优化”而进行说明,并且对应用该结构进行的“无缝管的制造方法”进行说明。
轧辊轴承座部的小型化
本发明的多辊式芯棒式无缝管轧机包括多台轧机,该轧机具有多个孔型辊主体作为用于压下管材的辊孔型,且分别配置有用于驱动这些孔型辊主体的支承辊,其特征在于,在上述孔型辊主体的内部容纳有轴承。
具体地讲,如后述的实施例的图4所示,为了扩大孔型辊之间的间隙调整的范围,对于轧辊轴承座部,采用将构成该轴承座部的轴承容纳在孔型辊主体内部而不需要轴承箱的结构。
在以往的轧机中,在孔型辊主体的外侧安装有轴承箱,但在本发明的多辊式芯棒式无缝管轧机中,不需要轴承箱,将轴承箱拆下。
由此,由于使整个孔型辊小型化,因此,即使在为了能够应对小径管的延伸轧制而将孔型辊直径(即辊主体的直径)设计得较小的情况下,轧辊轴承座部的干涉也不会成为问题。另外,在3辊式芯棒式无缝管轧机中成为问题的3个孔型辊之间的间隙调整也不会受到限制,能够在较大的范围内调整间隙。
在这种情况下,例如后述的实施例的图5所示,由于将轴承容纳在孔型辊主体的内部,因此,需要采用利用支承辊来驱动孔型辊主体(工作辊)的结构。
另外,要求辊轴、轴承所具有的强度与在辊主体的外侧安装有轧辊轴承座部的以往的轧机的情况相同,由于将轴承容纳在孔型辊主体中,因此,根据轧制条件存在辊槽部的强度不足的情况。
因而,在实施本发明的轧辊轴承座部的小型化时,在设计将轴承容纳在内部的孔型辊主体的过程中,需要考虑该强度。
并没有特别限定在芯棒式无缝管轧机的哪个轧机中实施“轧辊轴承座部的小型化”的方法。考虑到辊直径比的设计,实施该方法的轧机既可以是构成多辊式芯棒式无缝管轧机的轧机中的一部分轧机,根据情况也可以是全部轧机。
不同程序的轧辊轴承座部等的设计优化
本发明的多辊式芯棒式无缝管轧机包括多台轧机,该轧机具有多个孔型辊主体作为用于压下管材的辊孔型,且分别配置有用于驱动这些孔型辊主体的辊轴和轧辊轴承座部,其特征在于,根据制管程序,除了将孔型辊主体更换为不同形状的孔型辊主体之外,还将辊轴和轧辊轴承座部二者中的任意一个或将二者都更换为不同形状的辊轴和轧辊轴承座部。
在此,“制管程序(日文:段取)”的意思是指,例如考虑到制管时的管直径(大径管、小径管等)、材质(例如普通钢、高合金钢等)的变更,而进行制管的准备以及作业。
在制造外径不同的管时,若全部使用同一个辊轴,则辊直径比会过小或者过大,由此,无法谋求防止欠充满、过充满。另外,若无论是哪种制管程序都使用同一个辊轴,则对于辊轴、轴承的强度、周长加工分配的设计等存在不合理的情况。
因此,在本发明的多辊式芯棒式无缝管轧机中,根据需要,除了更换孔型辊主体之外,还更换辊轴和轧辊轴承座部二者中的任意一个或者对二者都进行更换。在这种情况下,如后述的实施例的图6的(b)、图6的(c)所示,根据需要可以采用将孔型辊主体、辊轴和轧辊轴承座部全部更换的方式等合理的方式。
在采用该方式时,通过将辊主体、辊轴和轧辊轴承座部分别作为部件而预先备好,由此,能够根据制管程序的状况容易地更换部件,因此较为理想。
只要将作为部件的轧辊轴承座部的形状做成上述轴承箱彼此不会相互干涉(参照图1)那样,即使在延伸轧制小径管时,也能够进行防止欠充满、过充满所需的周长加工分配的设计。
并没有特别限定在芯棒式无缝管轧机的哪个轧机中实施“不同程序的轧辊轴承座部等的设计优化”的方法。考虑到周长加工分配的设计,实施该方法的轧机既可以是构成多辊式芯棒式无缝管轧机的轧机中的一部分轧机,根据情况也可以是全部轧机。
在本发明的多辊式芯棒式无缝管轧机中,较为理想的实施方式是多辊式芯棒式无缝管轧机为3辊式芯棒式无缝管轧机的情况。通过使孔型辊为3辊,能够充分发挥上述多辊式芯棒式无缝管轧机中的上述优点(即抑制管的穿孔等不良、减小壁厚不均、确保高延伸率等)。
并且,在本发明的3辊式芯棒式无缝管轧机中,利用在本发明中采用的“轧辊轴承座部的小型化”和“不同程序的轧辊轴承座部等的设计优化”,能够消除对辊直径比的制约。
与4辊式芯棒式无缝管轧机相比,3辊式芯棒式无缝管轧机构造简单,辊数较少,比较容易维护、管理,因此是较为理想的方式。
无缝管的制造方法
本发明的无缝管的制造方法包含利用上述的本发明的多辊式芯棒式无缝管轧机来延伸轧制管材的工序。
在应用芯棒式无缝管轧机流水线的无缝管的制造工序中包含将管材延伸轧制得较大的工序及接着将管材的壁厚调整为期望的目标值的工序。在本发明的无缝管的制造方法中,在前级的延伸轧制工序中使用本发明的多辊式芯棒式无缝管轧机。
由此,能够有效地防止在延伸轧制时产生欠充满、过充满,从而能够制造没有由欠充满导致而产生的穿孔缺陷、由过充满导致而产生的耳子缺陷的无缝管。本发明的无缝管的制造方法在对小径管进行延伸轧制的情况下特别有效。
实施例
参照附图说明本发明的实施例。
轧辊轴承座部的小型化的实施例
图4是说明在本发明的多辊式芯棒式无缝管轧机中采用的“轧辊轴承座部的小型化”的实施例的图,图4的(a)是将轴承容纳在辊主体内部的孔型辊主体的立体图,图4的(b)是其主视图。如图4所示,轴承4配置在供孔型辊主体1内部的辊轴插入的部分11的相邻部。由此,不需要以往的容纳有轴承的轴承箱,使轧辊轴承座部显著小型化,并且消除了轧辊轴承座部的干涉问题。
图5是表示用于驱动容纳有轴承的孔型辊主体(工作辊)的支承辊的结构的立体图。由于将轴承容纳在辊内部,因此,为了驱动孔型辊主体(工作辊)1,夹着孔型辊主体1地在两侧配置支承辊9。支承辊9一体结合于驱动轴10。
此时,为了不妨碍调整孔型辊之间的间隙,将支承辊9配置在自孔型辊主体1充分后退的位置。
另外,上述图4中所示的箭头表示辊主体的辊槽部的厚度。通过将轴承容纳在辊主体内部,该厚度与以往的厚度相比仅减少了轴承的厚度的量,因此,如上所述需要考虑孔型辊主体1的强度。
不同程序的轧辊轴承座部等的设计优化的实施例
图6是说明在本发明的多辊式芯棒式无缝管轧机中采用的“不同程序的轧辊轴承座部等的设计优化”的实施例的图。图6的(a)是以往例,表示无论是哪种制管程序都使孔型辊主体1的标称辊直径相同、且采用相同直径的辊轴2和相同形状的轧辊轴承座部3的情况。
图6的(b)是本发明例,表示为了根据制管程序管理为适当的辊直径比,采用随着改变孔型辊主体1的辊直径而能够与其辊直径相对应地相互更换的辊轴2和轧辊轴承座部3的情况。图6的(c)是表示图6的(b)中的相互更换所采用的备用部件的图。
如图6的(b)所示,为了进行防止欠充满、过充满所需的周长加工分配的设计,存在要求多辊式芯棒式无缝管轧机在分别对小径管和大径管进行时使辊直径比相同这样的情况。具体地讲,在小径管的制管程序中,需要采用辊直径较小的孔型辊主体1。
在这种情况下,如图6的(c)所示,较为理想的是在芯棒式无缝管轧机中采用将孔型辊主体1、辊轴2和轧辊轴承座部3全部更换后的轧机。通过将这些部件的形状做成轴承箱彼此不会相互干涉(参照图1)那样,能够达到期望的目的。
产业上的可利用性
本发明的多辊式芯棒式无缝管轧机及采用该多辊式芯棒式无缝管轧机进行的无缝管的制造方法能够有效地用于热加工的无缝管(例如无缝钢管)的制造。
附图标记说明
1、辊主体;2、辊轴;3、轧辊轴承座部;4、轴承;5、轴承箱;6、辊孔型;7、芯棒式无缝管轧机;8、管材;9、支承辊;10、驱动轴;11、供辊轴插入的部分。