CN103459056A - 减径轧制用辊的制造方法及减径轧制用辊 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够抑制飞边缺陷和边缘缺陷的产生的减径轧制用辊的制造方法。准备使用于三辊式减径轧机的减径轧制用辊。接着，使减径轧制用辊绕着辊轴线旋转并对形成于轧辊孔型部与凸缘部之间的相邻部分处的棱部（52）进行切削，从而使棱部（52）具有圆角。在使棱部（52）具有圆角的工序中，在以棱部（52）的顶点为中心的、辊轴线方向上3.0mm的范围的棱部区域（RA52）内，以0.5mm的间距测量出的曲率半径的平均值为2.5mm～3.0mm，并且曲率半径的最大值与最小值之差为1.0mm以下。
Description
技术领域
本发明涉及减径轧制用辊的制造方法及减径轧制用辊，更加详细地说，涉及在对钢管进行减径轧制的三辊式减径轧机中使用的减径轧制用辊的制造方法及减径轧制用辊。
背景技术
以定径机、拉伸缩径轧机为代表的减径轧机用于将钢管减径轧制为预定的外径尺寸。作为减径轧机，主要公知有三辊式减径轧机。三辊式减径轧机例如记载于国际公开第2005／070574号和国际公开第2005／092531号中。
通常，减径轧机具有沿着轧制线排列的多个轧机。各轧机包括多个减径轧制用辊，该多个减径轧制用辊具有用于形成孔型（轧辊孔型，日文：カリバ）的槽。在三辊式减径轧机中，各轧机的三个辊绕着轧制线以相等的间隔配置，并且该三个辊配置为绕着轧制线与前级的轧机中所包含的三个辊错开60°。
通常，减径轧机的各轧机中所包含的辊在横截面（与轧制线垂直的方向上的截面、即包括辊轴线在内的截面）上具有椭圆弧状的槽。通过应用这样的辊，能够在某种程度上增加每一个轧机的压下率。
但是，有时轧制中的钢管的表层部分从辊的槽突出，即产生所谓的飞边缺陷。而且，如果作用于减径轧制的钢管中的、与槽的边缘附近相接触的钢管部分的负载增大，则容易在该钢管部分产生边缘缺陷。具体地说，容易在钢管的长度方向上产生线状的缺陷。
在日本特开平11－197714号公报和日本特开平11－57816号公报中提出有用于防止这样的飞边缺陷、边缘缺陷的技术。
在上述公报中，在应用于减径轧机中的轧辊孔型辊中，设为以轧辊孔型与凸缘之间为交界的棱部具有圆角。因此，记载有减径轧制中的钢管的凸缘侧的飞边得以缓和的情况。
但是，如上述公报所记载的那样，仅使辊的棱部具有圆角无法抑制飞边缺陷、边缘缺陷的产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够抑制飞边缺陷、边缘缺陷的产生的减径轧制用辊的制造方法。
本发明的实施方式的减径轧制用辊的制造方法用于制造如下减径轧制用辊，该减径轧制用辊使用于对钢管进行减径轧制的三辊式减径轧机，且该减径轧制用辊包括：轧辊孔型部，其具有在横截面上呈弓状的槽；以及凸缘部，其与上述轧辊孔型部相邻。减径轧制用辊的制造方法包括：准备减径轧制用辊的工序；以及通过使减径轧制用辊绕辊轴线旋转并对形成于轧辊孔型部与凸缘部之间的相邻部分处的棱部进行切削、从而使棱部具有圆角的工序。在使棱部具有圆角的工序中，在以棱部的顶点为中心的、辊轴线方向上3.0mm的范围的棱部区域内，以0.5mm的间距测量出的曲率半径的平均值为2.5mm～3.0mm，并且曲率半径的最大值与最小值之差为1.0mm以下。
在本实施方式的减径轧制用辊的制造方法中，能够制造能够抑制飞边缺陷、边缘缺陷的产生的减径轧制用辊。
本实施方式的减径轧制用辊使用于对钢管进行减径轧制的三辊式减径轧机。减径轧制用辊包括：轧辊孔型部，其具有在横截面上呈弓状的槽；以及凸缘部，其与轧辊孔型部相邻。在以形成于轧辊孔型部与凸缘部之间的相邻部分处的棱部的顶点为中心的、辊轴线方向上3.0mm的范围内，以0.5mm的间距测量出的曲率半径的平均值为2.5mm～3.0mm，并且曲率半径的最大值与最小值之差为1.0mm以下。
本实施方式的减径轧制用辊能够抑制飞边缺陷、边缘缺陷的产生。
附图说明
图1是三辊式减径轧机的侧视图。
图2是图1中的轧机的主视图。
图3是图2所示的轧机的前级的轧机的主视图。
图4是使用了图1所示的三辊式减径轧机的钢管的减径轧制的示意图。
图5是图1中的减径轧制用辊的主视图。
图6是图5中的减径轧制用辊的棱部附近的放大图。
图7是制造图5所示的减径轧制用辊时所应用的车床的示意图。
图8是被图7所示的车床切削的减径轧制用辊的棱部附近的放大图。
图9是用于说明图8所示的棱部的曲率半径的测量方法的示意图。
图10是表示图8所示的棱部的曲率半径的测量方法的一例的图。
图11是图10中的常温固化树脂的剖视图。
图12是表示在实施例中使用的辊的形状和曲率半径的测量结果的图。
具体实施方式
以下，使用附图详细说明本发明的实施方式。对图中相同或相当的部分标注相同的附图标记，省略其说明。
减径轧机的结构
图1是本实施方式的减径轧机1的侧视图。减径轧机1为三辊式。参照图1，减径轧机1具备沿着轧制线RA排列的多个轧机ST1～STm（m为自然数）。减径轧机1例如为拉伸缩径轧机，轧机数m为20～30左右。
图2是图1所示的减径轧机1的轧机STi（i为m以下的自然数）的主视图，图3是轧机STi－1的主视图。
参照图2，各轧机STi包括三个减径轧制用辊（以下，简称为辊）11。三个辊11彼此以等间隔的方式绕轧制线RA配置。因而，三个辊11配置为绕轧制线RA隔开120°。辊11具有横截面（辊轴线方向的截面）呈弓状的槽20。三个辊11的槽20形成孔型PA。
如图2和图3所示，轧机STi中所包含的三个辊11以与前级的轧机STi-1中所包含的三个辊11错开60°的方式绕轧制线RA配置。
各轧机STi的三个辊利用未图示的锥齿轮互相连接。三个辊11中的一个利用未图示的马达而旋转，从而使所有的辊11旋转。
对于由各轧机STi的三个辊11形成的孔型PA的截面积，越往后段的轧机的孔型PA的截面积越小。因而，在轧机ST1处所形成的孔型PA的截面积最大，在最末尾的轧机STm处所形成的孔型PA的截面积最小。如图4所示，钢管沿着轧制线RA从轧机ST1经过轧机STm被减径轧制，从而形成具有预定的外径和壁厚的钢管。
轧机STi中所包含的辊11具有图5所示的形状。参照图5，辊11具备轧辊孔型部50和一对凸缘部51。轧辊孔型部50为圆柱状，且在表面上具有横截面呈弓状的槽20。凸缘部51为圆板状，且配置为与轧辊孔型部50同轴。凸缘部51为宽度随着远离轧辊孔型部50去而变小的圆锥台状。轧辊孔型部50与凸缘部51形成为一体。
如上所述，槽20的横截形状、即辊11在辊轴线方向X上的截面中的槽20的形状为弓状。在本例中，槽20为半径Ra1的圆弧。连结槽20的槽底（槽20的辊轴线方向的中央）GB与轧制线RA的线段DB比半径Ra1短。因而，槽20的横截形状为以线段DB作为短半轴的椭圆弧状。由于槽20的横截形状为椭圆弧状，因此能够在某种程度上增大每一个轧机的压下率。
在轧辊孔型部50与凸缘部51之间的相邻部分形成有棱部52。图6是图5所示的棱部52附近部分处的放大图。参照图6，棱部52沿着辊11的圆周方向延伸。而且，棱部52带有圆角。
上述减径轧机1利用减径轧制来制造薄壁的钢管。薄壁的钢管的壁厚例如为2.0mm～3.0mm，外径例如为30.0mm～100.0mm。在制造这样的薄壁的钢管的情况下，容易产生飞边缺陷、边缘缺陷。这里所说的边缘缺陷意思是指因钢管的表层部分被辊的棱部刨削、结果沿长度方向形成在钢管的表面上的线状的缺陷。之所以容易在薄壁的钢管上产生飞边缺陷、边缘缺陷，推测为以下理由：由于壁厚较薄，因此轧制中的钢管中的、与槽20的边缘附近部分相接触的部分（以下，称作金属部分）容易向辊轴线方向X流动。
通过根据以下的制造方法制造辊11，尤其在制造薄壁的钢管的情况下，能够抑制飞边缺陷、边缘缺陷的产生。以下，详细叙述辊11的制造方法。
制造方法
辊11是利用众所周知的方法来进行制作的。具体地说，将所准备的辊11配置在众所周知的车床上。图7是车床60的示意图。参照图7，车床60具备底座601、主轴台602、往复工作台603、尾座604以及控制装置605。
主轴台602和尾座604具备未图示的卡盘。能够利用主轴台602和尾座604的卡盘将辊11以能够旋转的方式安装于车床60。
主轴台602还具备未图示的马达。在马达的作用下，辊11绕辊轴线旋转。
往复工作台603配置在底座601上。往复工作台603能够利用未图示的马达沿辊轴线方向移动。往复工作台603具备刀具606。刀具606能够利用未图示的伺服马达在垂直于辊轴线的方向（辊11的径向）上移动。
控制装置605用于控制辊11的旋转速度。控制装置605还用于控制往复工作台603在辊轴线方向上的移动和刀具606在辊11的径向上的移动。控制装置605也可以具备用于存储槽20和棱部52的形状数据的存储装置。在该情况下，控制装置605根据形状数据来控制往复工作台603和刀具606的移动。
在将辊11安装于车床60之后，利用车床加工形成槽20。
接着，对棱部52进行切削。具体地说，变更刀具606，将刀尖为凹状且具有预定的曲率的R刀具607安装于往复工作台603。一边旋转辊11一边使R刀具607与棱部52相接触，对棱部52进行倒圆角。此时，以棱部52的曲率半径满足以下条件的方式对棱部52进行切削。
在图8中示出棱部52的放大图。参照图8，棱部52在辊的径向Y上具有凸形状，并带有圆角。
将棱部52中的、Y方向上的高度最高的地点定义为顶点T52。将棱部52中的、以顶点T52为中心且X轴方向上3.0mm的范围内的区域指定为RA52。以下，将该区域定义为棱部区域RA52。棱部区域RA52包括从顶点T52起向图中左侧（轧辊孔型部50侧）延伸1.5mm的范围和从顶点T52起向右侧（凸缘部51侧）延伸1.5mm的范围。
在所指定的棱部区域RA52内，在辊轴线方向X上以0.5mm的间距求得曲率半径。具体地说，如图9所示，在辊轴线方向X上以0.5mm的间距指定棱部区域RA52的表面上的点P1～Pn（n为自然数）。
如下所述那样求得点Pt（t是比n小的自然数）处的曲率半径Rt。指定与点Pt相邻的两点（点Pt－1和点Pt＋1）。接着，求得通过所指定的三点（点Pt－1、点Pt以及点Pt＋1）的圆CRt。将所求得的圆CRt的半径定义为点Pt处的曲率半径Rt。
在棱部区域RA52内，各点P1～Pn处的曲率半径R1～Rn（mm）满足以下的式（1）和式（2）。
2.5≤（R1＋R2＋…＋Rn）／n≤3.0 （1）
Rmax－Rmin≤1.0 （2）
在此，Rmax是所测量的曲率半径的最大值，Rmin是所测量的曲率半径的最小值。
总之，在棱部区域RA52内，在辊轴线方向X上以0.5mm的间距测量出的曲率半径的平均值为2.5mm～3.0mm，并且测量出的曲率半径的最大值与最小值之间的差为1.0mm以下。
通过满足式（1）和式（2），尤其在轧制具有30.0mm～100.0mm的外径和2.0mm～3.0mm的壁厚的薄壁的钢管时，能够抑制飞边缺陷、边缘缺陷的产生。其理由虽未确定，但是推测为以下理由。
在定义为F1＝（R1＋R2＋…＋Rn）／n的情况下，若F1值超过3.0mm，则金属部分不会被棱部52限制，而容易在辊轴线方向X上流动。因此，容易产生飞边缺陷。
另一方面，在F1值小于2.5mm的情况下，与槽20的边缘附近相接触的金属部分被棱部52过度限制。因此，金属部分被棱部52刨削，容易产生边缘缺陷。
在定义为F2＝Rmax－Rmin的情况下，若F2值超过1.0mm，则会产生飞边缺陷和边缘缺陷。其理由虽未确定，但是推测为以下理由。在对薄壁的钢管进行减径轧制的情况下，与槽20的边缘附近相接触的金属部分的流动较大。在F2值超过1.0mm的情况下，在棱部52的表面上，虽然微小但依旧存在有凹凸。因此推测为，与F2值小于1.0mm的情况相比，金属部分容易因凹凸而不均匀地流动。钢管的金属部分因不均匀的流动而不均匀地变形，其结果，容易产生飞边缺陷、边缘缺陷。
关于上述各点P1～Pn的曲率半径，例如如下所述那样进行测量。在利用车床60对棱部52进行了切削之后，如图10所示，使常温固化树脂70与棱部52的任意部位相接触并固化，对棱部52的形状进行脱模。接着，使用三维形状测量机测量固化后的常温固化树脂70的表面形状。具体地说，参照图11，测量在包含辊轴线并沿着辊的径向延伸的面切断时的常温固化树脂70的截面形状。图11的截面中的、棱部52被脱模了后的区域RA72与棱部52具有相同的形状。因此，通过测量区域72的形状，能够求得棱部52的形状。根据所求得的棱部52的形状，如上所述，在辊轴线方向X上以0.5mm的间距求得曲率半径Rn。另外，对于形状的测量，也可以利用三维形状测量机以外的其他的测量方法来进行测量。
在使用车床60对棱部52进行了切削之后，利用上述方法求得曲率半径Rn。然后，根据所求得的曲率半径Rn，判断棱部52是否满足式（1）和式（2）。在不满足式（1）或式（2）的情况下，调整R刀具，再次对棱部52进行切削。
根据需要重复以上工序，制造满足式（1）和式（2）的辊11。
将利用上述制造方法制造而成的辊11安装于减径轧机1并实施减径轧制。在该情况下，尤其能够抑制薄壁的钢管的飞边缺陷、边缘缺陷的产生。
优选的是，将利用上述方法制造而成的辊11安装于外径加工度为5.7%～6.3%的轧机STi中。这里所说的外径加工度由式（3）所定义。
外径加工度（%）＝［｛（轧机STi－1的孔型的截面积）－（轧机STi的孔型的截面积）｝／（轧机STi－1的孔型的截面积）］×100 （3）
在该情况下，能够有效地抑制飞边缺陷和边缘缺陷的产生。
本实施方式的减径轧制用辊11尤其适用于制造具有30.0mm～100.0mm的外径、2.0mm～3.0mm的壁厚的薄壁的钢管的情况。但是，辊11即使在制造上述外径尺寸和壁厚尺寸以外的钢管的情况下，也能够以某种程度抑制飞边缺陷和边缘缺陷的产生。
只要将辊11应用于多个轧机ST1～STm中的、至少一个轧机STi中，就能够在某种程度上获得上述效果。只要将辊11应用于由式（3）所定义的外径加工度处于上述范围内的轧机STi中，就可发挥显著的效果。
在上述实施方式中，槽20的横截形状为半径Ra1的圆弧。但是，槽20的形状并不限定于此。例如，槽20的横截形状也可以是在槽底部分为半径Ra1的圆弧，并且在槽边缘部分为半径Ra2（Ra2＞Ra1）的弓状。另外，槽边缘部分也可以为直线状。只要槽20的横截形状为弓状即可。
在上述实施方式中，利用车床60和R刀具607对棱部52进行了切削，但是也可以利用其它众所周知的方法对棱部52进行切削。
另外，在上述实施方式中，也可以利用车床60的控制装置605连续地实施槽20和棱部52的切削。
而且，也可以在不应用控制装置605的情况下由操作员来调整R刀具607的设置位置，从而对棱部52进行切削。
实施例
准备具有不同形状的棱部的多个辊。然后，研究应用各辊进行减径轧制时的飞边缺陷和边缘缺陷的产生率。
研究方法
使用具备26个轧机的拉伸缩径轧机（三辊式）。另外，准备图12所示的A组～C组的辊。
测量各组合（A组～C组）的辊的棱部形状。各组合具有三个辊11。在各组合中，使用常温固化树脂（Technovit）对辊11的棱部52的任意一处进行脱模。应用脱模而成的常温固化树脂并利用上述方法，以0.5mm的间距求得棱部区域RA52的曲率半径。
图12表示利用上述脱模所获得的、各组合的棱部52的形状和曲率半径。参照图12，在表中的“R形状”栏中，以图表表示A组～C组的棱部形状。各图表的纵轴（Y坐标）表示辊的径向上的距离。图表的横轴（X坐标）表示辊轴线方向X上的距离。图中的点划线表示曲率半径为2.5mm的情况下的棱部形状。图中的实线表示各组合的辊11的实际形状。
在图12的表中的“曲率半径”栏中，以图表表示在“R形状”栏中所表示的棱部形状在辊轴线方向X上以0.5mm的间距所求得的曲率半径。各图表的纵轴表示曲率半径（mm）。横轴（X坐标）表示辊轴线方向X上的坐标。具体地说，横轴的“T52”表示棱部52的顶点T52的位置。“T52－1.5mm”表示从顶点T52向图中左侧（轧辊孔型部侧）移动1.5mm后的位置，“T52＋1.5mm”表示从顶点T52向图中右侧（凸缘部侧）移动1.5mm后的位置。总之，“T52－1.5mm”与“T52＋1.5mm”之间的范围表示棱部区域RA52。
在各组合中，根据测量出的曲率半径，求得F1值和F2值。在表1中示出所求得的结果。
[表1]
参照表1，B组满足式（1）和式（2）。另一方面，A组的F1值超过了3.0mm，F2值超过了1.0mm。即，A组未满足式（1）和式（2）。C组的F1值超过了3.0mm，并且F2值超过了1.0mm。因而，C组也未满足式（1）和式（2）中的任一项。
将A组的辊安装于3号轧机。然后，应用安装了A组的辊的拉伸缩径轧机，通过热轧对20根相当于JIS规格的XSTC的材质的钢管进行减径轧制，制造外径31.8mm、壁厚2.5mm的薄壁的钢管。此时，减径轧制整体的外径加工度为71%。
这里所说的减径轧制整体的外径加工度由以下的式（4）所求得。
整体的外径加工度（%）＝［｛（减径轧制前的钢管的外径）－（减径轧制后的钢管的外径）｝／（减径轧制前的钢管的外径）］×100 （4）
在轧制过程中，通过对从3号轧机获得的热轧的钢管进行目测观察，判断是否在钢管上产生有飞边缺陷或边缘缺陷。然后，根据式（5）求得缺陷产生率（%）。
缺陷产生率（%）＝（确认到飞边缺陷或边缘缺陷的钢管根数／减径轧制而成的钢管的总根数）×100 （5）
在完成了A组的减径轧制之后，将3号轧机的辊从A组替换为B组。其他轧机的辊并未进行替换。在将B组的辊安装于3号轧机之后，与A组的情况相同，对20根钢管实施了减径轧制。此时，钢管的材质、减径轧制整体的外径加工度与A组的情况相同。
与A组的情况相同，通过对从3号轧机获得的热轧的钢管进行目测观察，判断是否在钢管上产生有飞边缺陷或边缘缺陷。然后，根据式（5）求得缺陷产生率（%）。
在完成了B组的减径轧制之后，将3号轧机的辊从B组替换为C组。然后，以与A组、B组相同的条件实施轧制，根据式（5）求得缺陷产生率。
研究结果
在表1中示出研究结果。参照表1，B组的辊的F1值满足式（1）并且F2值满足式（2）。因此，在使用了B组的辊的减径轧制中，缺陷产生率为0%。
另一方面，C组的辊未满足式（1）和式（2）。因此，缺陷产生率较高，为30.0%。另外，A组的辊未满足式（1）和式（2）。因此，缺陷产生率为20.0%。
以上，说明了本发明的实施方式，但是上述实施方式只不过是用来实施本发明的示例。由此，本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内可适当对上述实施方式进行变形来实施。
Claims (2)
1.一种减径轧制用辊的制造方法，其特征在于，
该减径轧制用辊使用于对钢管进行减径轧制的三辊式减径轧机，且该减径轧制用辊包括：轧辊孔型部，其具有在横截面上呈弓状的槽；以及凸缘部，其与上述轧辊孔型部相邻；
该制造方法包括：
准备上述减径轧制用辊的工序；以及
通过使上述减径轧制用辊绕辊轴线旋转并对形成于上述轧辊孔型部与上述凸缘部之间的相邻部分处的棱部进行切削、从而使上述棱部具有圆角的工序；
在使上述棱部具有圆角的工序中，在以上述棱部的顶点为中心的、上述辊轴线方向上3.0mm的范围的棱部区域内，以0.5mm的间距测量出的曲率半径的平均值为2.5mm～3.0mm，并且上述曲率半径的最大值与最小值之差为1.0mm以下。
2.一种减径轧制用辊，其特征在于，
该减径轧制用辊使用于对钢管进行减径轧制的三辊式减径轧机，
该减径轧制用辊包括：
轧辊孔型部，其具有在横截面上呈弓状的槽；以及
凸缘部，其与上述轧辊孔型部相邻；
在以形成于上述轧辊孔型部与上述凸缘部之间的相邻部分处的棱部的顶点为中心的、辊轴线方向上3.0mm的范围内，以0.5mm的间距测量出的曲率半径的平均值为2.5mm～3.0mm，并且上述曲率半径的最大值与最小值之差为1.0mm以下。
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