CN103917308A - 穿孔装置、穿孔装置所使用的芯棒以及无缝钢管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够抑制产生空心管坯的内表面裂纹的穿孔装置。本发明的实施方式的穿孔机(10)是对钢坯(18)进行穿孔的穿孔装置(10)。穿孔装置(10)具有芯棒(14)。芯棒(14)具有通孔(30)。通孔(30)在中心轴线上延伸并供要被穿孔的钢坯(18)的中心部穿过。
Description
技术领域
本发明涉及一种穿孔装置、穿孔装置所使用的芯棒以及无缝钢管的制造方法。
背景技术
用于对钢坯穿孔的穿孔装置例如包括斜轧式穿孔机、轧辊式穿孔机甚至还有冲孔机。斜轧式穿孔机用于利用满乃斯曼法制造无缝钢管。斜轧式穿孔机是对圆形钢坯进行穿孔轧制来制造空心管坯。
斜轧式穿孔机例如具有一对倾斜辊和芯棒。一对倾斜辊分别相对于轧制线倾斜。芯棒配置在一对倾斜辊之间且位于轧制线上。斜轧式穿孔机是一边利用倾斜辊使圆形钢坯沿周向旋转一边将圆形钢坯向芯棒推压，对圆形钢坯进行穿孔轧制来形成空心管坯。
在利用斜轧式穿孔机对圆形钢坯进行穿孔轧制来形成空心管坯时，有时在空心管坯的内表面会产生裂纹(以下，称为内表面裂纹)。内表面裂纹例如以下面的机理产生。在穿孔轧制中，圆形钢坯发生满乃斯曼破坏，并在圆形钢坯的横截面中心部形成裂纹(裂缝)。形成于圆形钢坯的中心部的裂纹由于穿孔轧制而变成空心管坯的内表面裂纹。
如果降低芯棒顶端的牵伸比，就能够减少由满乃斯曼破坏产生的空心管坯的内表面裂纹。然而，如果降低芯棒顶端的牵伸比，圆形钢坯的相对于倾斜辊的咬入性将降低。因而，优选采用其他的方法减少空心管坯的内表面裂纹。
在国际公开第2004/052569号公报(专利文献1)、特开2009-18338号公报(专利文献2)提出了作为减少空心管坯的内表面裂纹的技术。
在专利文献1中，使用特定形状的芯棒。该芯棒具有顶端轧制部、工件部以及旋进(reeling)部。顶端轧制部是外径d的圆柱状，其顶端面形成为曲率半径r的球面状。工件部以与顶端轧制部连续并且外径随着向轴向后端去而逐渐增大的方式由曲率半径R的圆弧旋转面形成。旋进部以与工件部连续并且外径随着向轴向后端的最大外径D去而逐渐增大的方式以规定的锥角度形成。外径d、曲率半径R、顶端轧制部的轴向长度L1、工件部的轴向长度L2、旋进部的轴向长度L3以及钢坯的外径满足规定的关系式。
在专利文献2中使用特定结构的推杆装置。该推杆装置具有作动缸装置和推杆芯骨。作动缸装置包含作动缸轴。推杆芯骨安装于作动缸轴的顶端。推杆芯骨的顶端与钢坯的后端抵接。推杆芯骨的横截面积和钢坯的横截面积满足规定的关系式。推杆芯骨的长度和推杆芯骨的横截面积满足规定的关系式。穿孔轧制时的作动缸轴的顶端的移动距离和作动缸轴的外径满足规定的关系式。
专利文献1、2的技术均能够抑制满乃斯曼破坏。然而，有时也在穿孔轧制前的钢坯的横截面中央存在内部缺陷。以下，将这样的缺陷称为“中心缺陷”。中心缺陷是例如在钢坯的中心部产生气孔、偏析。中心缺陷包含形成于钢坯的中心部的裂纹。即使能够抑制满乃斯曼破坏，若对具有中心缺陷的钢坯进行穿孔轧制，也有时中心缺陷会蔓延并在空心管坯的内表面表现出来。
因此，为了降低由钢坯的中心缺陷引起的内表面裂纹，考虑在铸锭阶段抑制产生缺陷。例如，在日本特开平2-224856号公报(专利文献3)中，公开了一种能够抑制在铸锭的中心部产生孔隙性缺陷的技术。在专利文献3中，在自连铸模抽出的铸锭的内部完成凝固之前，在规定的条件下对铸锭连续地进行锻压。然而，难以完全地消除孔隙性缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够抑制在空心管坯产生内表面裂纹的穿孔装置。
本发明的实施方式的穿孔装置用于对钢坯穿孔。穿孔装置具有芯棒。芯棒具有通孔。通孔在芯棒的中心轴线上延伸并供要被穿孔的钢坯的中心部穿过。
本发明的实施方式的穿孔装置能够抑制在空心管坯产生内表面裂纹。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的斜轧式穿孔机的结构的示意图。
图2A是表示图1所示的穿孔机所具有的芯棒的纵剖视图。
图2B是表示将图2A所示的芯棒的局部放大的纵剖视图。
图3是表示以往不具有通孔的芯棒的纵剖视图。
图4是表示使用图3所示的以往的芯棒对钢坯进行穿孔轧制的情况的示意图。
图5是表示使用图2A所示的芯棒对钢坯进行穿孔轧制的情况的示意图。
图6是表示将图2A所示的芯棒与芯骨结合起来的纵剖视图。
图7是表示图1所示的穿孔机能使用的其他的芯棒的纵剖视图。
图8是表示使用图7所示的芯棒对钢坯进行穿孔轧制的情况的示意图。
图9是表示本发明的实施方式的轧辊式穿孔机的结构的示意图。
图10是表示图9的X-X剖视图。
图11是表示本发明的实施方式的冲孔机的结构的示意图。
图12是使用图2A所示的芯棒进行了穿孔轧制的钢坯的X射线照片。
图13是使用图3所示的芯棒进行了穿孔轧制的钢坯的X射线照片。
图14A是使用图2A所示的芯棒对钢坯进行穿孔轧制而形成的空心管坯的内表面PT照片，是空心管坯的一端侧的内表面PT照片。
图14B是使用图2A所示的芯棒对钢坯进行穿孔轧制而形成的空心管坯的内表面PT照片，是空心管坯的另一端侧的内表面PT照片。
图15A是使用图3所示的芯棒对钢坯进行穿孔轧制而形成的空心管坯的内表面PT照片，是空心管坯的一端侧的内表面PT照片。
图15B是使用图3所示的芯棒对钢坯进行穿孔轧制而形成的空心管坯的内表面PT照片，是空心管坯的另一端侧的内表面PT照片。
图16是表示利用3维刚塑性有限元分析法进行数值解析的解析模型的示意图，是表示钢坯的中心部进入芯棒的通孔的状态的示意图。
图17是表示利用2维刚塑性有限元分析法进行数值解析而得到的解析结果，是表示静水压力(平均应力)的分布的解析结果。
图18是表示利用2维刚塑性有限元分析法进行数值解析而得到的解析结果，是表示静水压力(平均应力)的分布的解析结果。
图19是表示实施例4的、为了进行比较而使用的芯棒的剖视图。
具体实施方式
本发明的实施方式的穿孔装置用于对钢坯进行穿孔。穿孔装置具有芯棒。芯棒具有通孔。通孔在芯棒的中心轴线上延伸，供要被穿孔的钢坯的中心部穿过。
在该情况下，在芯棒对钢坯进行穿孔时，钢坯的中心部穿过通孔。因此，即使在钢坯具有中心缺陷的情况下，也难以在空心管坯产生内表面裂纹。
在这里，“通孔在芯棒的中心轴线上延伸”指的是在自芯棒的中心轴向进行观察时，芯棒的中心轴线位于通孔内。优选的是，自芯棒的中心轴向进行观察时，芯棒的中心轴线与通孔的中心一致。
优选的是，芯棒具有胴部和顶端部。胴部具有自芯棒的顶端向后端去而逐渐变大的外径。顶端部设置于胴部的顶端，沿芯棒的轴向突出。通孔在顶端部的顶端中央具有开口。
优选的是，顶端部具有自芯棒的顶端向后端去而逐渐变大的外径。胴部的顶端部的锥角比顶端部的后端部的锥角大。在该情况下，顶端部自胴部的顶端突出设置。因此，在芯棒对钢坯进行穿孔时，钢坯与芯棒在顶端部处的接触面积变小。其结果，自钢坯向芯棒输入的热量变少，芯棒难以发生熔损。
此外，顶端部具有自芯棒的顶端向后端去而逐渐变大的外径。因此，例如即使是发生熔损，也能够减小修正量。其结果，能够在修正后再次使用。
顶端部的顶端面可以是平坦的。也可以是顶端面的周缘是带圆孤的。也可以是通孔的横截面形状自芯棒的顶端向后端去而逐渐变大。
穿孔装置还具有芯骨。芯骨与芯棒的后端结合。芯骨在芯骨的中心轴线上延伸，具有与通孔相连的连接孔。在该情况下，钢坯的穿过了通孔的中心部分进入芯骨的连接孔。
穿孔装置也可以是还具有多个辊的轧制式的穿孔机。多个辊绕着芯棒的轴向配置。多个辊既可以分别是倾斜辊，也可以是具有孔型的辊。在多个辊分别是具有孔型的辊的情况下，穿孔装置还具有用于将钢坯向芯棒推压的推杆。
穿孔装置可以是如下冲孔机：具有用于收容钢坯的容器，并在钢坯的轴向利用芯棒对钢坯进行冲孔。
本发明的实施方式的芯棒用于本发明的实施方式的穿孔装置。
本发明的实施方式的无缝钢管的制造方法是使用本发明的实施方式的穿孔装置来实施的。
以下，参照附图说明本发明的实施方式的穿孔装置和芯棒。图中相同或者相当的部分标注相同的附图标记，不重复进行其说明。
(第1实施方式)
(穿孔机的结构)
图1是表示作为本发明的实施方式的穿孔装置的斜轧式穿孔机10。穿孔机10具有一对倾斜辊12、12、芯棒14以及芯骨16。
一对倾斜辊12、12绕轧制线PL配置。即，在一对倾斜辊12、12之间配置有轧制线PL。一对倾斜辊12、12分别相对于轧制线PL倾斜地配置。虽未图示，但在一对倾斜辊12、12之间配置有能够抑制穿孔轧制中的材料的膨胀的引导件。一对倾斜辊12、12使钢坯18螺旋式旋转，并与芯棒14一起对钢坯18进行穿孔轧制。倾斜辊12可以是圆锥(cone)型也可以是圆筒(barrel)型。
芯棒14位于一对倾斜辊12、12之间且配置于轧制线PL上。芯棒14的横截面形状是圆形形状，其外径自芯棒14的顶端向后端去而逐渐变大。总之，芯棒14的形状是大致炮弹形状。
在穿孔机10对钢坯18进行穿孔轧制时，芯棒14被压入钢坯18的前端面(即，与芯棒14相面对的端面)的中央部，从而对钢坯18进行穿孔。
芯骨16配置在轧制线PL上，沿轧制线PL方向延伸。芯骨16起到了将芯棒14固定在规定位置的作用。芯骨16的顶端与芯棒14的后端结合起来。例如，芯棒14的后端面具有沿轴向凹陷的结合部，并且芯骨16的顶端部被插入固定在芯棒14的结合部。
图1中的穿孔机10是具有一对倾斜辊12、12的二辊式穿孔机。然而，穿孔机10也可以具有绕轧制线PL配置的3个以上的倾斜辊。
(芯棒的结构)
图2A是芯棒14的纵剖视图。如图2A所示，芯棒14具有主体15。主体15具有大致炮弹形状。主体15具有顶端部22、胴部24以及退让部25。
顶端部22设置于芯棒14的前端部，是芯棒14的顶端部分。顶端部22的后端与胴部24的前端相连。
顶端部22是大致圆柱形状。顶端部22具有顶端面22FS和侧面22SS。顶端面22FS设置于顶端部22的顶端部分，与穿孔轧制前的钢坯18的前端面相面对。侧面22SS绕着芯棒14的中心轴线C14配置。侧面22SS的前端与顶端面22FS的周缘结合在一起。
顶端部22如上所述虽然是大致圆柱形状，但优选的是，具有自芯棒14的顶端向后端去而逐渐变大的外径。即，侧面22SS优选的是，具有锥形状。如图2B所示，顶端部22的后端部的锥角A22比胴部24的前端部的锥角A24小。锥角指的是在侧面24SS(或者侧面22SS)的测定位置的切线与平行于中心轴线C14的直线所成的角度。在图2A、2B中，侧面22SS的锥角大致恒定。
顶端部22具有抑制芯棒14发生熔损的作用。具体而言，对于顶端部22，在芯棒14对钢坯18进行穿孔时，芯棒14与钢坯18在顶端部22处的接触面积变小，从钢坯18向芯棒14输入的热量变少。其结果，芯棒14难以发生熔损。
胴部24设置为在顶端部22的后侧与顶端部22邻接。胴部24具有侧面24SS。侧面24SS的顶端与侧面22SS的后端相连。侧面24SS的外径自芯棒14的顶端向后端去而逐渐变大。
如上所述，在图2A、2B中，侧面24SS的前端部的锥角A24比侧面22SS的后端部的锥角A22大。因此，顶端部22设置为自胴部24的前端突出。
胴部24具有将利用顶端部22开了孔的钢坯18形成为所希望的内径和壁厚的空心管坯20的作用。具体而言，胴部24与钢坯18的孔的表面、即、空心管坯20的内表面接触，进而扩张空心管坯20的内径。穿孔机10是将空心管坯20夹在胴部24和倾斜辊12之间并进行轧制。由此，制造出所希望的内径和壁厚的空心管坯20。
在芯棒14的后端设置有芯骨结合部28。在芯骨结合部28嵌入有芯骨16的顶端部，从而将芯棒14和芯骨16结合起来。
(芯棒14所具有的通孔)
如图2A所示，芯棒14的主体15具有通孔30。通孔30设置在芯棒14的中心轴线C14上，并沿着中心轴线C14方向延伸。通孔30的一端在顶端面22FS的中央开口。通孔30的另一端在芯骨结合部28的底面中央开口。即、通孔30沿轴向贯穿芯棒14。
通孔30的大小可以是自芯棒14的顶端向后端去而逐渐变大，也可以是在芯棒14的轴向大致恒定。通孔30的大小能够根据钢坯18的中心缺陷的大小而适当地设定。此外，通孔30的横截面形状在如图2所示的例子中是圆形。
(无缝钢管的制造方法)
首先，利用加热炉对钢坯18进行加热。从钢坯18中取出加热后的钢坯18。使用图1所示的穿孔机10，对加热后的钢坯18进行穿孔轧制，而形成空心管坯20。
在这里，芯棒14具有通孔30。因此，使用芯棒14对钢坯18进行穿孔轧制时，能够抑制在空心管坯20产生内表面裂纹。参照图3～图5对该理由进行说明。
图3是表示不具有通孔的芯棒14A的纵剖视图。芯棒14A是以往结构的芯棒。芯棒14A不具有通孔30。图4是表示使用芯棒14A对钢坯18进行穿孔轧制来制造空心管坯20的工序的示意图。图5是表示使用芯棒14对钢坯18进行穿孔轧制来制造空心管坯20的工序的示意图。
在使用芯棒14A的情况下，在与芯棒14A的顶端部接触的钢坯18的中心部形成有孔。此时，钢坯18的中心部发生塑性变形，穿过芯棒14A的顶端部的四周而形成空心管坯20的内表面附近部分。因此，钢坯18的中心缺陷34残留在管坯的内表面并形成内表面裂纹。
另一方面，在使用芯棒14的情况下，钢坯18的中心部进入通孔30。此时，钢坯18的中心部在芯棒14之前被压缩。这样的压缩应力是由于钢坯18的中心部进入通孔30而产生的。利用该压缩应力，将中心缺陷34压接。进一步，使中心缺陷34被压接后的部分穿过通孔30。
在这里，芯棒14的后端与芯骨16的顶端结合在一起。如图6所示，芯骨16具有连接孔32。连接孔32在芯骨16的中心轴线上延伸并在芯骨16的顶端面(与芯棒14的后端相面对的面)有开口。在将芯骨16的顶端嵌入芯骨结合部28时，通孔30与连接孔32相连接。由此，钢坯18的穿过通孔30的中心部从通孔30被向连接孔32推出。
总之，芯棒14对包含中心缺陷34的可能性较高的钢坯18的中心部进行压缩，并且穿过通孔30。即，一边使钢坯18的中心部穿过芯棒14的通孔30一边利用穿孔机10对钢坯18进行穿孔轧制，而形成空心管坯20。因此，钢坯18的中心部未形成空心管坯20的内表面。因此，只要使用芯棒14，就难以在空心管坯20形成内表面裂纹。
对钢坯18进行穿孔轧制而形成空心管坯20后，利用例如芯棒轧管机、芯骨式无缝管轧机等对空心管坯20进行延伸轧制。延伸轧制后，例如利用拉伸缩径轧机、匀整机、定径机等对形状进行修正。由此，制造出目标的无缝钢管。
(第2实施方式)
图2A所示的芯棒14具有自胴部24突出的顶端部22。然而，本实施方式的芯棒不具有顶端部22。
图7是具有与图2A不同形状的本实施方式的芯棒14B的纵剖视图。参照图7，芯棒14B具有主体15B。主体15B具有胴部24、退让部25。
主体15B还具有通孔30。通孔30与芯棒14的情况一样，在中心轴线C14上延伸。通孔30的一端在胴部24的顶端面24FS的中央开口。
具有以上结构的芯棒14B与芯棒14发挥相同的作用。图8是表示使用芯棒14B对钢坯18进行穿孔轧制来制造空心管坯20的工序的示意图。
参照图8，在使用芯棒14B进行了穿孔轧制的情况下，与芯棒14的情况一样，钢坯18的中心部进入通孔30。此时，钢坯18的中心部在芯棒14B之前被压缩，进而穿过通孔30。总之，钢坯18的中心部不包含在空心管坯20内。因此，能够抑制由钢坯18的中心缺陷引起的空心管坯20的内表面裂纹的产生。
(第3实施方式)
在第1实施方式中，虽然对斜轧式穿孔机10进行说明，但如图9和图10所示，本发明的实施方式的穿孔装置也可以是轧辊式穿孔机40。
穿孔机40具有芯棒14C、芯骨16A、推杆42、进口引导件44、一对辊46、46以及出口引导件48。
芯棒14C在一对辊46、46之间且配置在轧制线PL上。
芯骨16A配置在轧制线PL上，用于支承芯棒14C。
推杆42配置在轧制线PL上，用于将方坯18A向芯棒14C按压。
进口引导件44配置在轧制线PL上，将方坯18A向一对辊46、46各自具有的孔型46A、46A之间引导。
一对辊46、46绕着轧制线PL配置。一对辊46、46与芯棒14C一起对方坯18A进行穿孔轧制。由此，制造出空心管坯20A。一对辊46、46分别具有孔型46A。利用一对孔型46A、46A形成空心管坯20A的外周面。
出口引导件48配置在轧制线PL上，用于将空心管坯20A向规定方向引导。
在穿孔机40中，利用推杆42按压方坯18A。被推杆42所按压的方坯18A与芯棒14C以及一对辊46、46接触。由此，方坯18A的内表面借助芯棒14C进行穿孔扩管，其外表面借助一对辊46、46成形为圆形。其结果，形成了空心管坯20A。
在穿孔机40中，芯棒14C具有通孔30A。因此，与利用穿孔机10对钢坯18进行穿孔轧制的情况一样，方坯18A的中心部进入通孔30A。其结果，能够抑制由方坯18A的中心缺陷引起的空心管坯20A的内表面裂纹的产生。此外，进入了通孔30A的方坯18A的中心部进入用于支承芯棒14C的芯骨16A的连接孔32A。
(第4实施方式)
图11表示作为本发明的实施方式的穿孔装置的冲孔机50。冲孔机50用于加压方式的无缝钢管的制造方法(例如，采用玻璃润滑剂高速挤压法的无缝钢管的制造方法)。
冲孔机50具有芯棒14D、芯骨16B、容器52、底环54以及支承块(日文：バックアップポイント)56。
芯棒14D配置在钢坯18B的中心轴线上，用于对钢坯18B进行冲孔。
芯骨16B配置在钢坯18B的中心轴线上，用于支承芯棒14D。
容器52具有沿钢坯18B的轴向延伸的筒形状，用于收容钢坯18B。
底环54配置于容器52的下端，用于支承钢坯18B。底环54具有中心孔54A。中心孔54A的直径比芯棒14D的直径稍大。
支承块56具有块形状，配置于中心孔54A内。支承块56例如由液压装置支承。
在冲孔机50中，使芯棒14D向钢坯18B移动。而且，利用芯棒14D对钢坯18B进行冲孔。由此，制造出空心管坯20B。此外，在完成冲孔时，支承块56被芯棒14D按压，而从中心孔54A穿过。
在冲孔机50中，芯棒14D具有通孔30B。因此，钢坯18B的中心部进入通孔30B。其结果，能够抑制由钢坯18B的中心缺陷引起的空心管坯20B的内表面裂纹的产生。此外，钢坯18B的进入到通孔30B的中心部进入与芯棒14D连接在一起的芯骨16B所具有的连接孔32B。
在第4实施方式中，虽然在容器52的下端配置底环54和支承块56，也可以取而代之，配置具有比芯棒的直径稍大的内径的冲模(日文：ダイス)。
如上述第1～第4实施方式所示的那样，本发明的芯棒只要具有通孔即可。在本发明中，芯棒的外表面形状没有特别限定。
实施例1
使用图2A所示的芯棒(以下称为本发明例芯棒)，对具有中心缺陷的钢坯进行穿孔轧制，并确认了在空心管坯是否产生内表面裂纹。钢坯的种类是由JIS规格所规定的SUS420。钢坯在1200℃的条件下加热了1小时。钢坯的直径是70mm。钢坯的轴向长度是370mm。本发明例芯棒所具有的通孔的直径是10mm。芯棒的轴向长度是110mm。顶端部的轴向长度是10mm。胴部的轴向长度是90mm。退让部的轴向长度是10mm。芯棒的最大直径是54mm。顶端部的后端的外径是22mm。顶端面的周缘的曲率半径是4mm。顶端部的顶端周缘以外的锥角A22是tanA22＝0.1。
此外，为了进行比较，使用图3所示的芯棒(以下称为比较例芯棒)并进行了相同的试验。比较例芯棒不具有通孔。比较例芯棒的轴向长度是110mm。胴部的轴向长度是100mm。退让部的轴向长度是10mm。芯棒的最大直径是54mm。
首先，利用X射线照片确认了钢坯的中心缺陷。图12表示使用本发明例芯棒进行穿孔轧制的钢坯的X射线照片。图13表示使用比较例芯棒进行穿孔轧制的钢坯的X射线照片。所使用的钢坯中的任一个钢坯都具有相同程度的中心缺陷。
利用浸透探伤试验(PT)对使用本发明例芯棒和比较例芯棒制造出来的多个空心管坯的内表面裂纹进行了调查。具体而言，将浸透探伤试验后的空心管坯沿轴向切开，并通过肉眼观察内表面裂纹的有无。
图14A、14B表示使用本发明例芯棒对钢坯进行穿孔轧制而形成的空心管坯的内表面PT照片。图15A、15B表示使用比较例芯棒对钢坯进行穿孔轧制而形成的空心管坯的内表面PT照片。
在使用本发明例芯棒的情况下，在空心管坯未观察到内表面裂纹。另一方面，在使用比较例芯棒的情况下，在空心管坯观察到内表面裂纹。因此，只要使用本实施方式的芯棒，就能够抑制在空心管坯产生内表面裂纹。
实施例2
确认了在轧辊式穿孔中是否能够抑制由方坯的中心缺陷引起的内表面裂纹。
图16表示利用3维刚塑性有限元分析法进行数值解析的解析模型中的钢坯的中心部进入芯棒的通孔的状态。
解析模型由1个辊、方坯以及芯棒构成。在数值解析中，方坯的截面是1个边的长度为122mm的正方形，方坯的长度是300mm。为了模拟方坯的中心缺陷，在方坯的中心部形成有直径7mm的中心孔。钢种类是JIS规格的S45C。方坯的加热温度是1200℃。芯棒的后端的直径是60mm。芯棒的通孔的直径是7mm。辊槽底的直径是450mm。辊的转速是10rpm。
如图16所示，形成于方坯的中心部的中心孔在芯棒的前方被压接。而且，包含被压接后的中心孔在内的方坯的中心部进入芯棒的通孔。根据该结果，能够推测出由方坯的中心缺陷引起的内表面裂纹的产生被抑制。
实施例3
确认了在冲孔中是否能够抑制由钢坯中心缺陷引起的内表面裂纹的产生。
图17表示利用2维刚塑性有限元分析法进行数值解析而得到的静水压力(平均应力)的分布。
数值解析是利用轴对称模型来进行的。在数值解析中，收容于容器的钢坯的直径为70mm、轴向长度为240mm。为了模拟钢坯的中心缺陷，在钢坯的中心部形成有直径7mm的中心孔。钢种类是JIS规格的S45C。钢坯的加热温度是1200℃。芯棒的最大外径是60mm。芯棒的通孔的直径是10mm。冲压速度是40mm/s。
如图17所示，在芯棒的前方产生有压缩应力。由此，在芯棒的前方，中心孔被压接。而且，包含被压接后的中心孔在内的钢坯的中心部进入了芯棒的通孔。根据该结果，能够推测出由钢坯的中心缺陷引起的内表面裂纹的产生被抑制。
实施例4
确认了在冲孔中是否能够抑制由钢坯中心缺陷引起的内表面裂纹的产生。
图18表示利用2维刚塑性有限元分析法进行数值解析而得到的静水压力(平均应力)的分布。
数值解析是利用轴对称模型来进行的。在数值解析中，收容于容器的钢坯的直径为80mm、轴向长度为140mm。为了模拟钢坯的中心缺陷，在钢坯的中心部形成有直径7mm的中心孔。钢种类是JIS规格的S45C。钢坯的加热温度是1200℃。芯棒是内径为10mm、外径为52mm的圆筒形状。即，芯棒所具有的通孔的直径是10mm。冲压速度是40mm/s。
如图18所示，在芯棒的前方产生有压缩应力。由此，在芯棒的前方，中心孔被压接。而且，包含被压接后的中心孔在内的钢坯的中心部进入了芯棒的通孔。根据该结果，能够推测出由钢坯的中心缺陷引起的内表面裂纹的产生被抑制。此外，由于芯棒形成为筒状，在芯棒的前方遍及较大范围地产生有较大压缩应力。
实施例5
使用图11所示的芯棒对钢坯进行冲孔，并确认了在所得到的空心管坯是否产生内表面裂纹(实施例)。此外，为了进行比较，使用图19所示的芯棒14E(不具有通孔的芯棒)对钢坯进行冲孔，并确认了在所得到的空心管坯是否产生内表面裂纹(比较例)。
钢坯是如下这样被制造出来的。
首先，制造出在中心部具有气孔的铸造材料。气孔的大小在铸造材料的径向最大为8mm～10mm。通过对直径为120mm的铸造材料进行初轧而制造出钢坯。
钢坯的直径是100mm、轴向长度是200mm。钢坯的加热温度是1220℃。实施例的芯棒的最大外径是60mm、通孔的直径是15mm。比较例的芯棒的最大外径是60mm。冲压速度是40mm/s。使用各芯棒对各10根钢坯进行冲孔。将所得到的空心管坯用酸清洗后，利用浸透探伤试验(PT)对内表面裂纹进行了调查。
在使用比较例的芯棒的情况下，确认到内表面裂纹，但使用实施例的芯棒的情况下，未确认到内表面裂纹。
以上，虽然对本发明实施方式进行详细描述，但这些到底不过是例示，本发明不受上述实施方式的任何程度限定。
Claims (18)
1.一种穿孔装置，其用于对钢坯进行穿孔，其特征在于，
该穿孔装置具有芯棒，该芯棒具有在中心轴线上延伸并供被穿孔的上述钢坯的中心部穿过的通孔。
2.根据权利要求1所述的穿孔装置，其中，
上述芯棒具有：
胴部，其具有自上述芯棒的顶端向后端去而逐渐变大的外径；
顶端部，其设置于上述胴部的顶端，沿上述芯棒的轴向突出，
上述通孔在上述顶端部的顶端中央具有开口。
3.根据权利要求2所述的穿孔装置，其中，
上述顶端部具有自上述芯棒的顶端向后端去而逐渐变大的外径，
上述胴部的顶端部的锥角比上述顶端部的后端部的锥角大。
4.根据权利要求3所述的穿孔装置，其中，
上述顶端部的顶端面是平坦的。
5.根据权利要求3或4所述的穿孔装置，其中，
上述顶端面的周缘是带圆孤的。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的穿孔装置，其中，
上述通孔的横截面形状自上述芯棒的顶端向后端去而逐渐变大。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的穿孔装置，其中，
该穿孔装置具有与上述芯棒的后端相结合的芯骨，
上述芯骨具有在上述芯骨的中心轴线上延伸并与上述通孔相连的连接孔。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的穿孔装置，其中，
该穿孔装置还具有绕着上述芯棒的轴向配置的多个辊。
9.根据权利要求8所述的穿孔装置，其中，
该穿孔装置是上述多个辊分别为倾斜辊的斜轧式的穿孔装置。
10.根据权利要求8所述的穿孔装置，其中，
该穿孔装置还具有将上述钢坯向上述芯棒推压的推杆，
该穿孔装置是上述多个辊分别为具有孔型的辊的轧辊式的穿孔装置。
11.根据权利要求1～7中任一项所述的穿孔装置，其中，
该穿孔装置还有具有用于收容上述钢坯的容器，
该穿孔装置是在上述钢坯的轴向上利用上述芯棒对上述钢坯进行冲孔的冲孔机式的穿孔装置。
12.一种芯棒，该芯棒应用于对钢坯进行穿孔的穿孔装置，其特征在于，
该芯棒具有主体，该主体具有在上述芯棒的中心轴线上延伸并供要被穿孔的上述钢坯的中心部穿过的通孔。
13.根据权利要求12所述的芯棒，其中，
上述主体具有：
胴部，其具有自上述芯棒的顶端向后端去而逐渐变大的外径；
顶端部，其设置于上述胴部的顶端，沿上述芯棒的轴向突出，
上述通孔在上述顶端部的顶端中央具有开口。
14.根据权利要求13所述的芯棒，其中，
上述顶端部具有自上述主体部的顶端向后端去而逐渐变大的外径，
上述胴部的顶端部的锥角比上述顶端部的后端部的锥角大。
15.根据权利要求14所述的芯棒，其中，
上述顶端部的顶端面是平坦的。
16.根据权利要求14或者15所述的芯棒，其中，
上述顶端面的周缘是带圆孤的。
17.根据权利要求12～16中任一项所述的芯棒，其中，
上述通孔的横截面形状自上述主体的顶端向后端去而逐渐变大。
18.一种无缝钢管的制造方法，其特征在于，该无缝钢管的制造方法具有：
准备工序，准备具有芯棒的穿孔装置，该芯棒具有在中心轴线上延伸的通孔；
穿孔工序，一边将上述钢坯的中心部穿过上述芯棒的上述通孔，一边利用上述穿孔装置对上述钢坯进行穿孔。
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