CN104245167A - 用于穿孔机的顶头和顶头的再生方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种能够增加使用次数的顶头和顶头的再生方法，该顶头用于对钢坯进行穿孔轧制的穿孔机。顶头(10)用于对钢坯(36)进行穿孔轧制的穿孔机(30)。顶头(10)具有主体部(18)、圆柱部(20)和喷镀膜(16)。主体部(18)在后端具有最大直径。圆柱部(20)具有与主体部(18)的后端的直径相同的直径，且自主体部(18)的后端延伸。喷镀膜(16)形成在主体部(18)的外表面和圆柱部(20)的外表面。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于穿孔机的顶头和顶头的再生方法，更详细而言，涉及一种用于穿孔机的顶头以及使用已使用完的顶头来制造顶头的顶头的再生方法。
背景技术
穿孔机被利用于基于曼内斯曼法的无缝钢管的制造。穿孔机具有顶头和一对倾斜辊。顶头位于一对倾斜辊之间且配置在轧制线上。穿孔机一边利用倾斜辊使钢坯沿周向旋转一边向顶头压入，由此对钢坯进行穿孔轧制而做成空心管坯。
穿孔机用于对被加热成高温的钢坯进行穿孔轧制。因此，被压入钢坯的顶头暴露在高温中并且承受较高的压力。因而，顶头容易发生熔损、烧伤。
通常，在顶头的母材外表面形成有氧化皮。氧化皮用于阻断来自钢坯的热量、抑制发生熔损。氧化皮还用于抑制发生烧伤。
然而，氧化皮在穿孔轧制钢坯时会被磨损。若氧化皮消失，则顶头的母材温度上升，顶头发生熔损。
为了增加顶头的使用次数，提出了不仅在顶头的母材外表面形成氧化皮还对母材的成分组成进行调整的技术(例如，参照日本特公平4-8498号公报、日本特开平4-74848号公报、日本特开平4-270003号公报以及日本特公昭64-7147号公报)。
为了增加顶头的使用次数，还提出了在顶头的母材外表面形成除氧化皮以外的覆膜的技术(例如，参照日本特开平10-180315号公报和日本特许第4279350号公报)。
发明内容
然而，近年来，要求进一步增加顶头的使用次数。
在日本特许第2976858号公报中公开了使已熔损的顶头再生的方法。在该公报中，顶头具有平行部。平行部具有与顶头的最大直径部的直径相同的直径，且自最大直径部向后方延伸。对于这样的顶头，在对熔损的顶端部分进行切削时，最大直径部向后方移动。
然而，在所述公报中，在顶头的母材外表面形成有氧化皮。氧化皮是通过侵蚀母材而形成的。因此，若氧化皮发生磨损，则顶头的最大直径减小。因而，顶头的使用次数受到限制。
本发明的目的在于提供一种能够增加使用次数的顶头和顶头的再生方法，该顶头用于对钢坯进行穿孔轧制的穿孔机。
本发明的实施方式的顶头用于对钢坯进行穿孔轧制的穿孔机。顶头具有主体部、圆柱部和喷镀膜。主体部在后端具有最大直径。圆柱部具有与主体部的后端的直径相同的直径，且自主体部的后端延伸。喷镀膜形成在主体部的外表面和圆柱部的外表面。
本发明的实施方式的顶头的再生方法包括准备工序、切削工序和形成工序。在准备工序中，准备已被用于穿孔轧制的顶头。在切削工序中，切削顶头，除去喷镀膜，并且，与切削前的顶头相比，使主体部向后方移动。在形成工序中，在切削后的主体部和圆柱部这两者的外表面重新形成喷镀膜。
采用本发明的实施方式的顶头和顶头的再生方法，顶头的使用次数增加。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的顶头的纵剖视图。
图2是表示使用图1所示的顶头的穿孔机的结构的示意图。
图3A是表示切削加工后的顶头的纵剖视图。
图3B是表示再生后的顶头的纵剖视图。
图4是本发明的第2实施方式的顶头的纵剖视图。
图5是表示图4所示的顶头的堆焊层与倾斜辊的孔喉(日文：ゴージ)部之间的关系的示意图。
图6A是表示喷镀膜被除去后的顶头主体和堆焊层的纵剖视图。
图6B是表示切削加工后的顶头主体和堆焊层的纵剖视图。
图6C是表示再生后的顶头的纵剖视图。
图7是本发明的第3实施方式的顶头的纵剖视图。
图8是表示比较例的顶头的纵剖视图。
图9是表示顶端的变形量与穿孔轧制次数之间的关系的坐标图。
图10是表示最大直径的减少量与穿孔轧制次数之间的关系的坐标图。
图11是表示顶端的变形量与穿孔轧制次数之间的关系的坐标图。
图12是表示最大直径的减少量与穿孔轧制次数之间的关系的坐标图。
具体实施方式
本发明的实施方式的顶头用于对钢坯进行穿孔轧制的穿孔机。顶头具有主体部、圆柱部和喷镀膜。主体部在后端具有最大直径。圆柱部具有与主体部的后端的直径相同的直径，且自主体部的后端延伸。喷镀膜形成在主体部和圆柱部这两者的外表面。
与氧化皮相比，喷镀膜具有较高的高温强度。因此，与外表面形成有氧化皮的顶头相比，本发明的实施方式的顶头不易磨损。结果，顶头的使用次数增加。
圆柱部具有与主体部的后端的直径相同的直径，且自主体部的后端延伸。在主体部熔损了时，除去熔损部分，并且为了使主体部的形状和大小恢复到熔损前的形状和大小(原来的形状和大小)而切削圆柱部。即，缩短圆柱部的轴向长度，使主体部的后端向后方偏移，由此能够使主体部恢复到原来的形状和大小。因此，顶头的使用次数增加。
优选的是，顶头还具有堆焊层，该堆焊层形成在主体部的外表面。喷镀膜形成在主体部的外表面中的比堆焊层靠后方的区域和圆柱部的外表面。
在对钢坯进行穿孔轧制时，顶头的主体部与钢坯接触。因此，主体部容易熔损。在该容易熔损的部分设有高温强度较高的堆焊层。因此，主体部的高温强度增强。结果，主体部不易熔损。
另一方面，若在顶头的整个外表面形成堆焊层，则容易发生烧伤。因此，在本方式的顶头中，在顶头侧面形成喷镀膜。与堆焊层相比，喷镀膜具有优良的耐烧伤性。因此，本方式的顶头的堆焊层用于抑制熔损，喷镀膜用于抑制烧伤。结果，顶头的使用次数增加。
在堆焊层熔损了时，除去熔损部分，并且为了使顶头的自顶端到最大直径部分为止的部分的形状和大小恢复到熔损前的形状和大小(原来的形状和大小)而缩短圆柱部的轴向长度。即，使主体部的后端向后方偏移，由此能够使自顶端到最大直径部分为止的部分的形状和大小恢复到原来的形状和大小。因此，作为同一尺寸的顶头而能够使用的次数增加。
优选的是，堆焊层覆盖主体部的顶端部分。在该情况下，主体部的顶端部分不易熔损。
在堆焊层覆盖主体部的顶端部分的情况下，优选的是，堆焊层的顶端部分的厚度为圆柱部的轴向长度以下。在该情况下，能够切削顶头直到堆焊层的顶端部分即将消失为止。
优选的是，主体部具有第1主体部和第2主体部。第2主体部具有比第1主体部的后端的直径大的直径，且自第1主体部的后端延伸。堆焊层形成在第1主体部的外表面。喷镀膜形成在第2主体部的外表面。
在该情况下，即使堆焊层形成得比喷镀膜厚，也难以在堆焊层与喷镀膜的交界处形成台阶。
优选的是，堆焊层的外表面与喷镀膜的外表面平滑地连接。在该情况下，不会在堆焊层与喷镀膜的交界处形成台阶，因此穿孔轧制后的空心管坯的内表面不易发生损伤。
喷镀膜也可以覆盖主体部的整个外表面。
优选的是，喷镀膜由铁和铁氧化物构成。在该情况下，喷镀膜的耐磨性提高。
而且，优选的是，对于铁氧化物在由铁和铁氧化物构成的喷镀膜中所占的比例，铁氧化物在喷镀膜的靠外表面侧的部分所占的比例比铁氧化物在喷镀膜的靠主体部侧和圆柱部侧的部分所占的比例高。在该情况下，喷镀膜的耐磨性进一步提高。
本发明的实施方式的顶头的再生方法包括准备工序、切削工序和形成工序。在准备工序中，准备已被用于穿孔轧制的顶头。在切削工序中，切削顶头，除去喷镀膜，并且与切削前的顶头相比使主体部的后端向后方移动。在形成工序中，在切削后的主体部和圆柱部这两者的外表面重新形成喷镀膜。
已被用于穿孔轧制的顶头的喷镀膜发生磨损。若喷镀膜的磨损严重，则顶头容易熔损。因此，除去已磨损的喷镀膜，形成新的喷镀膜。喷镀膜与氧化皮不同，在形成时不侵蚀母材(主体部和圆柱部)。因此，若新喷镀膜形成为与原喷镀膜为相同的厚度，则顶头的最大直径相同。
另一方面，在主体部发生了熔损的情况下，切削并除去熔损部分。此时，切削圆柱部，从而使主体部的后端向后方偏移，由此能够使主体部恢复到原来的形状和大小。
即，采用所述的再生方法，通过切削圆柱部，能够重新制造出具有与熔损前的形状和大小相同的形状和大小的主体部的顶头。由于能够再现主体部，因此即使使用这样的顶头对钢坯进行穿孔轧制，也能够得到达到目的的空心管坯。
喷镀膜也可以覆盖主体部的整个外表面。在该情况下，在形成工序中，在主体部的整个外表面和圆柱部的外表面重新形成喷镀膜。
优选的是，再生方法在切削工序之后且形成工序之前还具有用于对主体部的整个外表面和圆柱部的外表面实施喷丸的工序。在该情况下，喷镀膜的密合性提高。
优选的是，顶头还具有堆焊层，该堆焊层形成在主体部的外表面。喷镀膜形成在主体部的外表面中的比堆焊层靠后方的区域和圆柱部的外表面。在形成工序中，在主体部的外表面中的除形成有堆焊层的区域以外的区域和圆柱部的外表面重新形成喷镀膜。
在堆焊层发生了熔损的情况下，切削并除去熔损部分。此时，切削圆柱部，从而使主体部的后端向后方偏移，由此能够使顶头的自顶端到最大直径部分为止的部分的形状和大小恢复到原来的形状和大小。
即，通过切削圆柱部，能够制造出自顶端到最大直径部分为止的部分的形状和大小与熔损前的形状和大小相同的顶头。能够再现自顶端到最大直径部分为止的部分的形状和大小，因此即使使用这样的顶头对钢坯进行穿孔轧制，也能够得到作为目标的空心管坯。
优选的是，再生方法在切削工序之后且形成工序之前还具有用于对主体部的外表面中的比堆焊层靠后方的区域和圆柱部的外表面实施喷丸的工序。在该情况下，喷镀膜的密合性提高。
以下，一边参照附图一边说明本发明的实施方式的顶头和顶头的再生方法。对图中同一部分或相当于同一部分的部分标注同一附图标记，并且不进行重复的说明。
[第1实施方式]
图1是本发明的第1实施方式的顶头10的纵剖视图。如图1所示，顶头10具有顶头主体12和喷镀膜16。
顶头主体12具有主体部18、圆柱部20和后端部22。
主体部18包括顶头主体12的顶端部分。主体部18的横截面为圆形。主体部18的直径随着从顶头10的顶端朝向后端去而增大。主体部18的后端的直径是顶头主体12的最大直径。
圆柱部20具有与主体部18的后端的直径相同的直径，且自主体部18的后端在顶头10的轴向上延伸。即，圆柱部20具有与主体部18的最大直径相同大小的直径。圆柱部20的轴向长度L例如为3mm以上。
在主体部18的顶端发生了熔损的情况下，为了除去熔损部分，而切削圆柱部20，使主体部18向后方移动。在该情况下，圆柱部20缩短，但主体部18能够再生为原来的形状和大小。
后端部22自圆柱部20的后端在顶头10的轴向上延伸。后端部22的直径随着从顶头10的顶端朝向后端去而减小。
[顶头主体的保护膜]
在所述的顶头主体12的外表面上形成有喷镀膜16。
[喷镀膜]
喷镀膜16形成于主体部18的外表面18S和圆柱部20的外表面(侧面)20SS。在图1所示的例中，喷镀膜16不仅形成于主体部18的外表面18S和圆柱部20的外表面(侧面)22SS还形成于后端部22的侧面22SS。
喷镀膜16例如是通过电弧喷镀、等离子喷镀、火焰喷镀、高速火焰喷镀这样的公知的喷镀形成的。喷镀膜16的厚度例如为400μm～1200μm。
在形成喷镀膜16之前，也可以对形成喷镀膜16的顶头主体12的外表面(主体部18的外表面18S、圆柱部20的侧面20SS和后端部22的侧面22SS)实施喷丸处理。由此，顶头主体12的外表面变粗糙，喷镀膜16的密合性得到提高。
喷镀膜16的厚度没有必要固定。例如，喷镀膜16的顶端部可以比其他部分厚。
喷镀膜16的成分并不特别限定。优选的是，喷镀膜16由铁(Fe)和铁氧化物(例如，Fe3O4、FeO等)构成。在该情况下，喷镀膜16例如通过电弧喷镀铁丝而形成。喷镀膜16可以还含有除铁系氧化物以外的氧化物(例如，钨氧化物(WO3))。
优选的是，铁氧化物在由铁和铁氧化物构成的喷镀膜16中所占的比例为55体积％～80体积％。对于铁氧化物在喷镀膜16中所占的比例，例如，铁氧化物在喷镀膜16的靠外表面侧的部分所占的比例比在喷镀膜16的靠主体部18侧和圆柱部20侧的部分所占的比例高。在该情况下，对于铁氧化物在喷镀膜16中所占的比例，例如，在喷镀膜16与顶头主体12的交界部处为40体积％以下，在表层部为55体积％～80体积％。为了使铁氧化物在喷镀膜16中所占的比例发生变化，例如，只要使从电弧喷镀装置的喷镀喷嘴到顶头主体12的距离(喷镀距离)发生变化即可。
图2是表示包括顶头10的穿孔机30的结构的示意图。在穿孔机30中，顶头10安装于心轴34的顶端，位于一对倾斜辊32、32之间，且配置在轧制线PL上。在穿孔轧制时，顶头10被压入钢坯36。因此，顶头10暴露在高温中并且承受较高的压力。
在顶头10的外表面形成有喷镀膜16。与氧化皮相比，喷镀膜具有较高的高温强度。因此，与外表面形成有氧化皮的顶头相比，顶头10不易磨损。即，顶头10的使用次数增加。
优选的是，喷镀膜16由铁和铁氧化物构成。在该情况下，喷镀膜16的耐磨性提高。
而且，优选的是，对于铁氧化物在由铁和铁氧化物构成的喷镀膜16中所占的比例，铁氧化物在喷镀膜16的靠外表面侧的部分所占的比例比铁氧化物在喷镀膜16的靠主体部18侧和圆柱部20侧的部分所占的比例高。在该情况下，喷镀膜16的耐磨性得到进一步提高。
如所述那样，在穿孔轧制钢坯36时，顶头10暴露在高温中并且承受较高的压力。因此，若反复使用顶头10，则存在喷镀膜16发生磨损或者顶头10的顶端部分发生熔损的情况。
[顶头的再生方法]
这样的顶头(已被用于穿孔轧制的顶头：以下，称作已使用完的顶头)通过以下的再生方法能够再次使用。
首先，准备已使用完的顶头(准备工序)。接着，切削已使用完的顶头，与切削前相比，使主体部18向后方移动(切削工序)。由此，除去主体部18的顶端的熔损部分并除去喷镀膜16。在切削工序中，以维持主体部18的原来的形状和大小的方式切削顶头主体12。此时，切削圆柱部20，主体部18的后端向圆柱部20的后端侧移动。即，如图3A所示，主体部18再生为原来的形状和大小，并且，圆柱部20的轴向长度从L缩短为L’。
接着，对顶头主体12的外表面实施喷丸(处理工序)。由此，将残留在顶头主体12的外表面的喷镀膜16除去，并且，顶头主体12的外表面变粗糙。
接着，在实施了喷丸的区域重新形成喷镀膜16(形成工序)。即，在顶头主体12的外表面重新形成喷镀膜16。
通过以上的工序，制造出图3B所示的顶头101。与图1所示的顶头10相比，顶头101的圆柱部20的轴向长度缩短，但主体部18的形状和大小相同。若重新形成的喷镀膜16的厚度与原来的喷镀膜16的厚度相同，则顶头101的最大直径与顶头10的最大直径相同。
即，采用所述的再生方法，能够制造出主体部18的形状和大小与顶头10的主体部18的形状和大小相同且最大直径D与顶头10的最大直径D相同的顶头101。
从提高喷镀膜16的耐磨性这一方面而言，优选的是，喷镀膜16由铁和铁氧化物构成，并且对于铁氧化物在喷镀膜16中所占的比例，铁氧化物在喷镀膜16的靠外表面侧的部分所占的比例比铁氧化物在喷镀膜16的靠主体部18侧和圆柱部20侧的部分所占的比例高。在该情况下，若新喷镀膜重叠形成于已磨损的喷镀膜，则铁氧化物在喷镀膜16中所占的比例发生变化。即，铁氧化物的比例与原来的喷镀膜16中的铁氧化物的比例不同。因此，喷镀膜16的高温强度和耐磨性降低。
然而，在本实施方式中，如所述那样，将已使用完的顶头的喷镀膜16全部除去。因此，在重新形成的喷镀膜16和原来的喷镀膜16中，氧化物所占的比例能够相同。即，在顶头被再生之前和之后，能够使喷镀膜16的特性相同。
在主体部18发生了熔损的情况下，切削顶头主体12，使主体部18向后方移动。此时，圆柱部20的轴向长度缩短与主体部18向后方移动的距离相对应的量。即，只要主体部18向后方移动的距离小于圆柱部20的轴向长度，就能够使顶头再生。
另外，在所述的再生方法中，对切削后的顶头主体12的外表面实施了喷丸处理，但也可以不实施喷丸处理。
[第2实施方式]
图4是本发明的第2实施方式的顶头50的纵剖视图。与顶头10相比，顶头50具有顶头主体12A而不是顶头主体12(参照图1)。另外，顶头50还具有堆焊层14。顶头50的其他结构与顶头10的相同。
[顶头主体]
与顶头主体12相比，顶头主体12A具有主体部18A而不是主体部18(参照图1)。主体部18A具有第1主体部24和第2主体部26。
第1主体部24包括顶头主体12A的顶端部分。第1主体部24的横截面为圆形。第1主体部24的直径随着从顶头50的顶端朝向后端去而增大。
第2主体部26具有比第1主体部24的后端的直径大的直径。第2主体部26自第1主体部24的后端在顶头50的轴向上延伸。
第2主体部26的横截面为圆形，第2主体部26的顶端的直径大于第1主体部24的后端的直径。第2主体部26配置为与第1主体部24同轴。因此，在第2主体部26与第1主体部24的交界处形成有台阶。第2主体部26的顶端面26FS为圆环形状。
第2主体部26的直径随着从顶头50的顶端朝向后端去而增大。第2主体部26的后端的直径是顶头主体12A的最大直径。
圆柱部20的轴向长度L1例如小于顶头50的轧制部A10的轴向长度与均整部A20的轴向长度之和。轧制部A10用于轧制厚度压薄的大部分。均整部A20用于将厚度加工成平滑状。
在顶头50的顶端、即堆焊层14的顶端发生了熔损的情况下，在除去熔损部分时，缩短圆柱部20的轴向长度，使主体部18A的后端向后方移动。在该情况下，圆柱部20缩短，但顶头50的轧制部A10和均整部A20这两者的形状和大小能够再生为原来的形状和大小。
[顶头主体的保护膜]
在所述的顶头主体12A的前部和后部形成有不同的保护膜(堆焊层14和喷镀膜16)。
[堆焊层]
堆焊层14覆盖主体部18A的周围。在图4所示的例中，堆焊层14覆盖第1主体部24的外表面24S。即，在图4所示的例中，堆焊层14覆盖主体部18A的顶端部分。
堆焊层14例如是通过等离子粉末堆焊(PTA：Plasma Transferred Arc)法、MIG(Metal Inert Gas)焊接法、TIG(Tungsten Insert Gas)焊接法这样的公知的堆焊形成的。
堆焊层14的厚度例如为1mm以上。优选堆焊层14的厚度为1mm～20mm，更优选为2mm～10mm。在堆焊层14的厚度大于5mm的情况下，例如，形成多层堆焊层。各层的厚度例如为2mm～5mm。只要在形成多层堆焊层后切削最上层的堆焊层的外表面、整修成目标厚度即可。在堆焊层14的厚度小于2mm的情况下，只要在形成厚度为2mm以上的堆焊层后切削该堆焊层的外表面、整修成目标厚度即可。若堆焊层14过薄，则难以得到使高温强度增强的效果。若堆焊层14过厚，则有可能在堆焊层14上出现裂纹。并且，堆焊层14的形成费时，制造成本增高。堆焊层14的厚度没有必要固定。例如，堆焊层14的顶端部可以比其他部分厚。
在图4所示的例中，堆焊层14的顶端部分的厚度L2为圆柱部20的轴向长度L1以下。在该情况下，能够避免出现在除去堆焊层14的熔损部分时无法使主体部18A的后端向后方移动的问题。
堆焊层14的后端的直径大于第2主体部26的顶端的直径。
堆焊层14例如是以过渡金属为主要成分的合金。该合金例如是以钴(Co)为主要成分且含有铬(Cr)和钨(W)的合金(钨铬钴合金)。
堆焊层14也可以含有过渡金属的碳化物。过渡金属的碳化物例如为碳化铌(NbC)、碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)、碳化钒(VC)、碳化铬(CrC)等。过渡金属的碳化物例如含有20体积％～50体积％。过渡金属的碳化物的平均粒径例如为65μm～135μm。
[喷镀膜]
喷镀膜16形成在主体部18A的外表面中的除形成有堆焊层14的区域以外的区域和圆柱部20的外表面。在图4所示的例中，喷镀膜16形成在第2主体部26的侧面26SS、圆柱部20的侧面20SS以及后端部22的侧面22SS。在本实施方式中，喷镀膜16的厚度例如为400μm～800μm。
在图4所示的例中，喷镀膜16的顶端的直径与堆焊层14的后端的直径相同。即，堆焊层14的外表面与喷镀膜16的外表面平滑地连接。
图4所示的顶头50用于图2所示的穿孔机30。在穿孔轧制时，钢坯36被压入顶头50。因此，顶头50暴露在高温中并且承受较高的压力。
顶头50的顶端部分由堆焊层14覆盖。在图4所示的例中，第1主体部24和覆盖该第1主体部24的外表面的堆焊层14与轧制部A10一致。即，轧制部A10的外表面由堆焊层14形成。与喷镀膜、氧化皮相比，堆焊层具有较高的高温强度。因此，即使对钢坯36穿孔轧制，包括顶头50的顶端部分在内的轧制部A10也难以熔损。
在图4所示的例中，第1主体部24和覆盖该第1主体部24的外表面的堆焊层14与轧制部A10一致，但没有必要必须这样。只要堆焊层14形成于在对钢坯穿孔轧制时容易发生熔损的部分即可。容易发生熔损的部分是轧制部，但特别容易发生熔损的部分是轧制部的顶端部分以及轧制部的与倾斜辊32的孔喉部321相对的部分(在与轧制线PL正交的方向上与孔喉部相对的部分)。如图5所示，一对倾斜辊32、32之间的间隔在孔喉部321、321之间(图5中的单点划线所示的位置GL)最短。通常，在轧制部中，与孔喉部321相对的位置GL在轧制线方向上前后数cm(例如，前后分别为3cm)的宽度WP范围内的部分容易发生熔损。因而，优选堆焊层14形成在至少覆盖从顶头的顶端到比位置GL靠后方规定距离(例如，3cm)的位置的区域。另外，从防止顶头烧伤的观点而言，优选堆焊层14不形成于均整部A20。
在顶头50的除轧制部A10以外的侧面形成有喷镀膜16。与堆焊层相比，喷镀膜具有较高的耐烧伤性。因此，与顶头主体12A的整个外表面由堆焊层覆盖的情况相比，顶头50不易烧伤。
如所述那样，顶头50通过堆焊层抑制顶端部分的熔损并通过喷镀膜抑制烧伤。因此，顶头50的寿命延长。
通常，堆焊层形成得比喷镀膜厚。在顶头50中，顶头主体12A具有第1主体部24和第2主体部26。第1主体部24的后端的直径小于第2主体部26的前端的直径。因此，在堆焊层14的外表面与喷镀膜16的外表面的交界处未形成台阶，在顶头50中，堆焊层14的外表面与喷镀膜16的外表面平滑地连接。因此，通过对钢坯36进行穿孔轧制而得到的空心管坯的内表面不易发生损伤。
如所述那样，在穿孔轧制钢坯36时，顶头50暴露在高温中并且承受较高的压力。因此，若反复使用顶头50，则存在喷镀膜16发生磨损或者堆焊层14的顶端部分发生熔损的情况。
[顶头的再生方法]
这样的顶头(已被用于穿孔轧制的顶头：以下，称作已使用完的顶头)通过以下的再生方法能够再次使用。
首先，准备已使用完的顶头(准备工序)。在堆焊层14的顶端未发生熔损的情况下，将残留在已使用完的顶头的外表面的喷镀膜16除去(除去工序)。具体而言，对已使用完的顶头的外表面中的除形成有堆焊层14的区域以外的区域实施喷丸。由此，残留在已使用完的顶头的外表面的喷镀膜16被除去，并且顶头主体12A的外表面中的除形成有堆焊层14的区域以外的区域变粗糙。图6A表示喷镀膜16被除去了的顶头(顶头主体12A和堆焊层14)。
接着，在实施了喷丸处理的区域重新形成喷镀膜16(形成工序)。即，在顶头主体12A的外表面中的除形成有堆焊层14的区域以外的区域重新形成喷镀膜16。由此，制造出图4所示的顶头50。
在堆焊层14发生熔损的情况下，切削已使用完的顶头，与切削前相比，使主体部18A的后端向后方移动(切削工序)。由此，除去堆焊层14的顶端的熔损部分并除去喷镀膜16。在切削工序中，以在重新形成喷镀膜16时轧制部A10和均整部A20这两者的形状和大小维持为原来的形状和大小的方式切削已使用完的顶头。此时，圆柱部20缩短，主体部18A的后端向圆柱部20的后端侧移动(参照图6B)。圆柱部20的轴向长度的变化量(L1-L1’)与堆焊层14的顶端部分的厚度的变化量(L2-L2’)相等。
接着，对顶头主体12A的外表面中的除形成有堆焊层14的区域以外的区域实施喷丸(处理工序)。由此，除去残留在已使用完的顶头的外表面的喷镀膜16，并且顶头主体12A的外表面中的除形成有堆焊层14的区域以外的区域变粗糙。
接着，在实施了喷丸处理的区域重新形成喷镀膜16(形成工序)。即，在顶头主体12A的外表面中的除形成有堆焊层14的区域以外的区域重新形成喷镀膜16。由此，制造出图6C所示的顶头500。与图4所示的顶头50相比，顶头500的圆柱部20的轴向长度缩短，但轧制部A10和均整部A20这两者的形状和大小相同。
采用所述的再生方法，若重新形成的喷镀膜16的厚度与原喷镀膜16的厚度相同，则能够制造出轧制部A10和均整部A20这两者的形状和大小相同且最大直径D相同的顶头50、500。
在除去堆焊层14的熔损部分时，圆柱部20的轴向长度缩短与第2主体部26(主体部18A)的后端向后方移动的距离相对应的量。即，只要主体部18A的后端向后方移动的距离小于圆柱部20的轴向长度，就能够使顶头再生。
若与堆焊层14的顶端部分的厚度L2相比圆柱部20的轴向长度L1较长，则能够使顶头50再生直到堆焊层14即将消失为止。因此，顶头50的再生次数增加。
另外，在所述的再生方法中，在切削已使用完的顶头之后，对顶头主体12A的外表面中的除形成有堆焊层14的区域以外的区域实施了喷丸处理，但也可以不实施喷丸处理。
[第3实施方式]
对于本发明的实施方式的顶头，只要堆焊层形成在主体部的外表面即可。图7示出了其中一例。
图7表示本发明的第3实施方式的顶头70。顶头70具有顶头主体12B而不是顶头主体12A。顶头主体12B具有主体部18B而不是主体部18A。主体部18B除了具有第1主体部24和第2主体部26之外还具有突出部28。突出部28以与第1主体部24邻接的方式设在第1主体部24的前侧。突出部28的后端的直径大于第1主体部24的顶端的直径。因此，在顶头主体12B的侧面，在突出部28与第2主体部26之间形成有沿周向延伸的槽。在本实施方式中，在该槽内形成有堆焊层14。在突出部28的外表面形成有喷镀膜29。喷镀膜29的厚度例如为1200μm。
顶头70的突出部28由喷镀膜29覆盖。与氧化皮相比，喷镀膜29具有优良的耐磨性。因此，顶头70的使用次数增加。
即使喷镀膜29发生磨损，也只要在除去已磨损的喷镀膜29后形成新的喷镀膜29便能够使顶头70再生。即，能够继续使用顶头70。
使用顶头70进行穿孔轧制的钢坯既可以为实心，也可以为空心。即，顶头70可以用于延伸轧机(第2穿孔机)。换言之，使用顶头70的穿孔机包括延伸轧机。若对空心钢坯进行穿孔轧制，则也可以不形成喷镀膜29。
实施例1
[顶头]
准备了图1所示的结构的顶头(发明例)和图8所示的结构的顶头(比较例)。
在发明例中，顶头的最大直径D为147mm，圆柱部20的轴向长度为12mm。喷镀膜16由铁和铁氧化物构成，是通过在相同条件下电弧喷镀铁丝而形成的。喷镀膜中的铁氧化物的含有率在该喷镀膜与顶头主体的交界部处为20体积％，在表层部为70体积％。喷镀膜的厚度均在顶端部为1200μm，除顶端部以外的部分为400μm。
在比较例中，在顶头的顶头主体12的外表面形成有氧化皮121。顶头的最大直径D为147mm，圆柱部20的轴向长度为12mm。氧化皮的厚度为大约400μm。
[试验方法]
在使用所述的顶头对钢坯进行了穿孔轧制后，测量了顶端的变形量和最大直径的减少量。钢坯为13Cr钢，直径为191mm，长度为3000mm。
针对发明例的顶头，在对第1根钢坯进行了穿孔轧制后以及对第3根钢坯进行了穿孔轧制后，分别测量了顶端的变形量和最大直径的减少量。针对比较例的顶头，在对第1根钢坯进行了穿孔轧制后，测量了顶端的变形量和最大直径的减少量。
[试验结果]
所述的结果表示在图9、10中。如图9所示，与比较例的顶头(穿孔轧制次数为1次)相比，发明例的顶头即使在穿孔轧制3次后顶端的变形量也较少。如图10所示，与比较例的顶头(穿孔轧制次数为1次)相比，发明例的顶头即使在穿孔轧制3次后最大直径的减少量也较少。
实施例2
准备了表1所示的试验编号1～6的顶头。
[表1]
[顶头]
试验编号1～5的顶头如图1所示那样在顶头主体12的外表面形成有喷镀膜16。顶头的最大直径D为147mm，圆柱部20的轴向长度为12mm。喷镀膜16均由铁和铁氧化物构成，是通过在相同条件下电弧喷镀铁丝而形成的。喷镀膜中的铁氧化物的含有率在该喷镀膜与顶头主体的交界部处为20体积％，在表层部为70体积％。喷镀膜的厚度均在顶端部为1200μm，除顶端部以外的部分为400μm。
试验编号6的顶头如图8所示那样在顶头主体12的整个外表面形成有氧化皮121。顶头的最大直径D为147mm，圆柱部20的轴向长度为12mm。氧化皮的厚度均为大约400μm。
[试验方法]
在使用试验编号1～6的顶头对钢坯进行了穿孔轧制后，测量了顶端的变形量和最大直径的减少量。钢坯为13Cr钢，直径为191mm，长度为2200mm。
反复进行了钢坯的穿孔轧制直到顶端的变形量、即熔损量(顶头在轴向上的减少量)成为2.5mm～3.0mm或者最大直径的减少量成为0.5mm～0.8mm为止(直到满足顶头再生条件为止)，并评价了穿孔轧制次数。
穿孔轧制次数的评价通过穿孔轧制次数比进行了评价。穿孔轧制次数比是指、外表面形成有氧化皮的顶头(试验编号6)的穿孔轧制次数为1时的比率。
在满足了顶头再生条件的情况下，利用所述的再生方法使顶头再生。此时，圆柱部的轴向长度相比之前的轴向长度而言缩短了3mm。形成了同样的喷镀膜和氧化皮。
使用再生后的顶头反复进行了所述的试验。进行顶头的再生直到圆柱部消失为止。
[试验结果]
表1表示试验结果。其中，在试验编号6的顶头无法使用时(圆柱部的轴向长度为6mm、3mm、0mm时)的穿孔轧制次数比是指、圆柱部的轴向长度为12mm时的试验编号6的顶头的穿孔轧制次数为1时的比率。累计穿孔轧制次数比是指、各试验编号的顶头的穿孔轧制次数比的总和。
对于试验编号1～5，到满足顶头再生条件为止的穿孔轧制次数比为6.5以上，与试验编号6相比较高。对于试验编号1～5，顶头能够再生4次。对于试验编号1～5，累计穿孔轧制次数比为36.5以上，与试验编号6相比较高。
另一方面，对于试验编号6，在反复进行了试验(即，穿孔轧制)时的顶头的最大直径的减少量较大，只能再生1次。氧化皮是通过将顶头的母材自身的外表面氧化而形成的，因此若氧化皮磨损，则顶头的母材自身的最大直径减小。因此，对于试验编号6的顶头，虽然还残留有圆柱部，但只能再生1次。即，顶头的最大直径的减少量过大，无法作为同一尺寸的顶头继续使用。
实施例3
[顶头]
准备了图4所示的结构的顶头(发明例1)、图1所示的结构的顶头(发明例2)以及图8所示的结构的顶头(比较例)。
在发明例1中，顶头的最大直径D为147mm，圆柱部20的轴向长度为12mm。堆焊层14通过PTA法形成，是含有50质量％的NbC的钨铬钴6合金。堆焊层的厚度为7mm。喷镀膜16由铁和铁氧化物构成，是通过在相同条件下电弧喷镀铁丝而形成的。喷镀膜中的铁氧化物的含有率在该喷镀膜与顶头主体的交界部处为20体积％，在表层部为70体积％。喷镀膜的厚度为400μm。
在发明例2中，在顶头的顶头主体12的外表面形成有喷镀膜16。圆柱部20的轴向长度为12mm。顶头的最大直径D为147mm。喷镀膜均由铁和铁氧化物构成，是通过在相同条件下电弧喷镀铁丝而形成的。喷镀膜中的铁氧化物的含有率在该喷镀膜与顶头主体的交界部处为20体积％，在表层部为70体积％。喷镀膜的厚度均在顶端部为1200μm，除顶端部以外的部分为400μm。
在比较例中，在顶头的顶头主体12的外表面形成有氧化皮121。圆柱部20的轴向长度为12mm。顶头的最大直径D为147mm。氧化皮的厚度为大约400μm。
[试验方法]
在使用所述的顶头对钢坯进行了穿孔轧制后，测量了顶端的变形量和最大直径的减少量。钢坯为13Cr钢，直径为191mm，长度为3000mm。
针对发明例1的顶头，在对第5根钢坯进行了穿孔轧制后，测量了顶端的变形量和最大直径的减少量。针对发明例2的顶头，在对第1根钢坯进行了穿孔轧制后以及对第3根钢坯进行了穿孔轧制后，分别测量了顶端的变形量和最大直径的减少量。针对比较例的顶头，在对第1根钢坯进行了穿孔轧制后，测量了顶端的变形量和最大直径的减少量。
[试验结果]
所述的结果表示在图11、12中。如图11所示，与发明例2的顶头和比较例的顶头相比，发明例1的顶头即使在穿孔轧制5次后顶端的变形量也较少。如图12所示，与比较例的顶头相比，发明例1的顶头即使在穿孔轧制5次后最大直径的减少量也较少。如图12所示，与比较例的顶头相比，发明例2的顶头即使在穿孔轧制3次后最大直径的减少量也较少。
实施例4
准备了表2所示的试验编号1～4的顶头。
[表2]
[顶头]
对于试验编号1的顶头，如图4所示，在第1主体部24的外表面形成有堆焊层14，在除第1主体部24的外表面以外的部分(第2主体部26、圆柱部20和后端部22)形成有喷镀膜16。对于试验编号2的顶头，如图7所示，在第1主体部24的外表面形成有堆焊层，在除第1主体部24的外表面以外的部分(突出部28、第2主体部26、圆柱部20和后端部22)形成有喷镀膜16。圆柱部20的轴向长度均为12mm。顶头的最大直径D均为147mm。堆焊层14均通过PTA法形成。堆焊层为含有50质量％的NbC的钨铬钴6合金。堆焊层的厚度均为7mm。试验编号1、2的喷镀膜16均由铁和铁氧化物构成，是通过在相同条件下电弧喷镀铁丝而形成的。喷镀膜中的铁氧化物的含有率在该喷镀膜与顶头主体的交界部处为20体积％，在表层部为70体积％。试验编号1的喷镀膜的厚度为400μm。试验编号2的喷镀膜的厚度在顶端部分为1200μm，除顶端部分以外的部分为400μm。
对于试验编号3的顶头，如图1所示，在顶头主体12的外表面形成有喷镀膜16。圆柱部20的轴向长度为12mm。顶头的最大直径D为147mm。喷镀膜16由铁和铁氧化物构成，是通过在相同条件下电弧喷镀铁丝而形成的。喷镀膜中的铁氧化物的含有率在该喷镀膜与顶头主体的交界部处为20体积％，在表层部为70体积％。喷镀膜的厚度均在顶端部为1200μm，除顶端部以外的部分为400μm。
对于试验编号4的顶头，如图8所示，在顶头主体12的外表面形成有氧化皮121。圆柱部20的轴向长度为12mm。顶头的最大直径D为147mm。氧化皮121的厚度为大约400μm。
[试验方法]
在使用试验编号1～4的顶头对钢坯进行了穿孔轧制后，测量了顶端的变形量和最大直径的减少量。钢坯为13Cr钢，直径为191mm，长度为2200mm。
反复进行了钢坯的穿孔轧制直到顶端的变形量、即熔损量(顶头在轴向上的减少量)成为2.5mm～3.0mm或者最大直径的减少量成为0.5mm～0.8mm为止(直到满足顶头再生条件为止)，评价了穿孔轧制次数。
穿孔轧制次数的评价通过穿孔轧制次数比进行了评价。穿孔轧制次数比是指、外表面形成有氧化皮的顶头(试验编号4)的到需要再生为止的穿孔轧制次数为1时的比率。
在满足了顶头再生条件的情况下，利用所述的再生方法使顶头再生。此时，圆柱部的轴向长度相比之前的轴向长度而言缩短了3mm。形成同样的喷镀膜和氧化皮。
使用再生后的顶头反复进行了所述的试验。进行顶头的再生直到圆柱部的轴向长度成为6mm为止。
[试验结果]
表2表示试验结果。其中，试验编号4的顶头无法使用时(圆柱部的轴向长度为6mm时)的穿孔轧制次数比是指、圆柱部的轴向长度为12mm时的试验编号4的顶头的穿孔轧制次数为1时的比率。累计穿孔轧制次数比是指、各试验编号的顶头的穿孔轧制次数比的总和。
对于试验编号1、2，到满足顶头再生条件为止的穿孔轧制次数比为9.5以上，与试验编号3、4相比较高。对于试验编号1、2，能够使顶头再生两次。对于试验编号1、2，累计穿孔轧制次数比为30.0以上，与试验编号3、4相比较高。对于试验编号3，到满足顶头再生条件为止的穿孔轧制次数为7.0以上，与试验编号1、2相比较低，但与试验编号4相比较高。对于试验编号3，能够使顶头再生两次。对于试验编号3，累计穿孔轧制次数比为24.0以上，与试验编号1、2相比较低，但与试验编号4相比较高。对于试验编号4，在反复进行了试验(即，穿孔轧制)时的顶头的最大直径的减少量较大，只能再生1次。氧化皮是通过将顶头的母材自身的外表面氧化而形成的，若氧化皮发生磨损，则顶头的母材自身的最大直径减小。因此，对于试验编号4的顶头，虽然还残留有圆柱部，但只能再生1次。即，顶头的最大直径的减少量过大，无法作为同一尺寸的顶头继续使用。
以上，详细说明了本发明的实施方式，这些实施方式只不过是为了例示，本发明不受所述实施方式任何限定。
Claims (14)
1.一种顶头，该顶头用于对钢坯进行穿孔轧制的穿孔机，其中，
该顶头具有：
主体部，其在后端具有最大直径；
圆柱部，其具有与所述主体部的后端的直径相同的直径，且自所述主体部的后端延伸；
喷镀膜，其形成在所述主体部的外表面和所述圆柱部的外表面。
2.根据权利要求1所述的顶头，其中，
该顶头还具有堆焊层，该堆焊层形成在所述主体部的外表面，
所述喷镀膜形成在所述主体部的外表面中的比所述堆焊层靠后方的区域和所述圆柱部的外表面。
3.根据权利要求2所述的顶头，其中，
所述堆焊层覆盖所述主体部的顶端部分。
4.根据权利要求3所述的顶头，其中，
所述堆焊层的顶端部分的厚度为所述圆柱部的轴向长度以下。
5.根据权利要求2所述的顶头，其中，
所述主体部具有：
第1主体部；
第2主体部，其具有比所述第1主体部的后端的直径大的直径，且自所述第1主体部的后端延伸，
所述堆焊层形成在所述第1主体部的外表面，
所述喷镀膜形成在所述第2主体部的外表面。
6.根据权利要求2所述的顶头，其中，
所述堆焊层的外表面与所述喷镀膜的外表面平滑地连接。
7.根据权利要求1所述的顶头，其中，
所述喷镀膜覆盖所述主体部的整个外表面。
8.根据权利要求1所述的顶头，其中，
所述喷镀膜由铁和铁氧化物构成。
9.根据权利要求8所述的顶头，其中，
对于所述铁氧化物在所述喷镀膜中所占的比例，所述铁氧化物在所述喷镀膜的靠外表面侧的部分所占的比例比所述铁氧化物在所述喷镀膜的靠所述主体部侧和所述圆柱部侧的部分所占的比例高。
10.一种再生方法，该再生方法是用于对钢坯进行穿孔轧制的穿孔机的顶头的再生方法，其中，
所述顶头具有：
主体部，其在后端具有最大直径；
圆柱部，其具有与所述主体部的后端的直径相同的直径，且自所述主体部的后端延伸；
喷镀膜，其形成在所述主体部的外表面和所述圆柱部的外表面，
所述再生方法包括如下工序：
准备工序，其中，准备已被用于所述穿孔轧制的所述顶头；
切削工序，其中，切削所述顶头，除去所述喷镀膜，并且，与切削前的所述顶头相比，使所述主体部的后端向后方移动；
形成工序，其中，在切削后的所述主体部和所述圆柱部这两者的外表面重新形成所述喷镀膜。
11.根据权利要求10所述的再生方法，其中，
所述喷镀膜覆盖所述主体部的整个外表面，
在所述形成工序中，在所述主体部的整个外表面和所述圆柱部的外表面重新形成所述喷镀膜。
12.根据权利要求11所述的再生方法，其中，
该再生方法在所述切削工序之后且所述形成工序之前还具有用于对所述主体部的整个外表面和所述圆柱部的外表面实施喷丸的工序。
13.根据权利要求10所述的再生方法，其中，
所述顶头还具有堆焊层，该堆焊层形成在所述主体部的外表面，
所述喷镀膜形成在所述主体部的外表面中的比所述堆焊层靠后方的区域和所述圆柱部的外表面，
在所述形成工序中，在所述主体部的外表面中的比所述堆焊层靠后方的区域和所述圆柱部的外表面重新形成所述喷镀膜。
14.根据权利要求13所述的再生方法，其中，
该再生方法在所述切削工序之后且所述形成工序之前还具有用于对所述主体部的外表面中的比所述堆焊层靠后方的区域和所述圆柱部的外表面实施喷丸的工序。
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