CN107377662B - 无缝热轧管的制造方法和制造系统以及轧制的离心铸造管和通过离心铸造制造的空心块的应用 - Google Patents
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Abstract
在热成形延伸轧管机中对敏感的空心块或管进行拉伸，同时如果可能的话，保持已有的或在铸造之后立刻形成的内部结构，以及因此在适当的方法管理的情况下，即使薄壁管或由离心铸造空心块轧制而来的管也可以获得足够地操作可靠的程度。因而这也首次使获得轧制的离心铸造复合材料管以及将通过离心铸造制造的用于制造无缝离心铸造复合材料管的复合材料空心块成为可能。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造无缝热轧管的方法和一种用于制造无缝热轧管的系统，包括空心块铸造单元和紧随空心块铸造单元之后的延伸轧管机。此外，本发明涉及一种轧制的离心铸造管以及一种通过离心铸造制造的空心块的应用。
背景技术
在DD 68 215的概述中给出了用于制造无缝管的方法和系统，例如，其中首先，使用挤压法获得空心块，并随后通过三辊斜辊穿孔机和其他斜轧辊穿孔机将其传送到延伸轧管机，例如传送到皮尔格轧机、柱塞式轧机、顶管机或连续式轧机，并且随后或者也可以通过卷取机进行后处理，并然后通过再热炉传送到校准单元，例如传送到轮箍粗轧机、定径机或延伸率降低系统。就这一点而言，在每种情况下都可以对待处理的工件进行热轧或冷轧。
从GB 1 298 323或从具有相同优先权的DE 19 06 961中，已知的是通过挤压法获得空心块，并在空心块在延伸轧管机中(也就是在连续式轧机中)最终轧制之前，在热皮尔格轧机中对其进行预拉伸。
同样，例如在由V.M.PARSHIN等人发表的《Production of hollowContinuous-Cast Billet for Seamless Pipe》(国际标准期刊编号ISSN 0967-0912，《Steel inTranslation》，2012年第42卷第12期第825～829页，Allerton Press,Inc.,2012)中，描述了可以通过空心块制造无缝管，所述空心块借助离心浇铸或挤出的方式而获得，因为这些块在去除氧化皮之后进行拉伸并然后再次进行轧制，其中在此，同样地，它们也首先穿过斜轧辊穿孔机，这些斜轧辊穿孔机在文中被称为穿孔机。
在这一点上，例如已经表明，特别敏感的空心块或管，如采用离心铸造制造的比较薄壁的管或空心块，不能经受这些过程，因为如和PARSHIN等人已经确定的一样，在最终的轧管中例如会出现大量的表面缺陷。这尤其对于不能可靠地制造的轧制离心铸造复合材料管而言是准确的，尽管DE 502 155 C或DE 162 02 116 C建议通过皮尔格轧制来制造公知的离心铸造管。
本发明的任务是提供一种能够温和地处理工件的用于制造无缝热轧管的方法和装置，以及相应的管，和相应的空心块的用途。
发明内容
本发明的任务是通过具有独立权利要求特征的用于制造无缝热轧管的系统与方法和轧制的离心铸造管以及通过离心铸造的方法制造的空心块的用途来实现的。此外，在下面的描述和从属权利要求中可以找到其它有益的实施例(如果适用的话，也可以是独立于这些实施例的实施例)。
就这一点而言，本发明从基本认知开始，即敏感的空心块或管应当在热成形延伸轧管机中进行延长，同时如果可能的话，保持已有的或在铸造后立刻形成的内部结构，从而在适当的方法管理的情况下，即使薄壁管或由离心铸造空心块轧制而来的管也可以以足够地操作可靠的程度变得可用。因而这也首次使将轧制的离心铸造复合材料管制成可用以及将通过离心铸造制造的复合材料空心块用于制造无缝离心铸造复合材料管成为可能。
因此，可以确定的是用于制造无缝热轧管的方法能够温和地处理相应的工件，其中方法管理也保持适当，该方法的特征在于，在热成形延伸轧管机中对铸造空心块进行拉伸，其中避开了斜轧辊穿孔步骤并且延伸率为10或小于10。
显然，斜轧辊穿孔看起来以如此强烈的方式干预了铸造空心块的材料结构，该强烈的方式为以这种方式得到的工件的相应质量不再能够得到保证。实际拉伸随后以热成形方式在延伸轧管机中进行。这对于在GB 1 298 323中解释的皮尔格轧制过程也是适用的，例如，其中皮尔格轧制过程本身位于延伸轧管机的上游，并且皮尔格轧制过程必须作用在延伸率为11以上的工件上，以便延伸轧管机本身对工件充分地进行预拉伸。
在多个实验中，已经表明的是只要在斜轧辊穿孔期间发生的对材料结构的干预不过分严重，则不必强制性地去除斜轧辊穿孔步骤。关于这一点，用于制造无缝热轧管的方法也可以温和地处理相应的工件，该方法的特征在于，在斜轧辊穿孔机中以低于1.5的延伸率，在热成形延伸轧管机中以10或小于10的延伸率对铸造空心块进行拉伸。
如果在铸造空心块中发现高于4％的偏心率，则斜轧辊穿孔步骤的这种插入似乎特别地实用，这种偏心率能够通过斜轧辊穿孔步骤相应得到降低。如果需要，这种插入也可以发生在高于3.8％的偏心率处，尤其是高于3.6％的偏心率处。
在本文中，术语“延伸率”指的是当相应工件穿过相应的轧机时或在相应的轧制方法步骤期间，其进入横截面面积与输出横截面面积的比例。
一种用于制造无缝热轧管的方法，其特征在于，使用铸造热的至少一部分在热成形延伸轧管机中以10或小于10的延伸率对铸造空心块进行拉伸，该方法已经以足够温和的方式处理了相应的工件。这似乎是由于以下事实：如果利用了至少部分的铸造热，则在用于制造铸造空心块的铸造过程和热成形延伸轧管机之间经过的时间不能选择过大，以使允许在这些工件中进行相应的结晶过程或复杂的成形过程。另一方面，热成形延伸轧管机中的拉伸似乎以温和的方式或到正确的程度作用在相应工件上。
一种用于制造无缝热轧管的系统，包括空心块铸造单元和设于空心块铸造单元后面的延伸轧管机，其特征在于，位于空心块铸造单元和延伸轧管机中间的输送段足够地短，以使利用部分铸造热在延伸轧管机中用于拉伸，其中，炉子将位于空心块铸造单元和所述延伸轧管机之间的所述输送段中断，该系统也是相应温和地作用在工件上。关于这一点，应当理解的是，有害的方法行为(如人工冷却工艺)会破坏相应的优点，而该系统不会失去其以相应温和的方式作用在工件上的适用性。
关于这点，应理解为，如果延伸率足够低，则相应的输送段还可以包括所需的中间步骤，例如可能的分离过程或甚至如上所述的斜轧辊穿孔机的插入。
关于在可能的斜轧辊穿孔机中的拉伸，应进一步强调的是，在低延伸率下，特别是在延伸率低于1.4或甚至低于1.3时，可以实现对工件更加温和的处理。
在延伸轧管机中进行拉伸以后，空心块或通过拉伸由空心块制造的工件优选地在校准单元内进行校准。以这种方法，能够保证以这种方式制造的管的尺寸精度。因此，如果在制造系统中在延伸轧管机后面跟随有校准单元，这是有利的。
特别地，可以使用定径机和/或延伸率低轧机作为校准单元，这些从现有技术中是充分已知的。
通常地，校准会在校准单元中没有内部工具的情况下进行，这从现有技术中已经是充分已知的。
因此，如果工件仅通过延伸轧管机一次并且特别不经过另外的延伸轧管机，这是有利的。将铸造热保持在工件内直至也通过第二延伸轧管机是非常复杂的。
如上文已经解释的那样，在每种情况下，前述的方法和系统以温和的方式处理所加工的工件。这些方法和系统对于无缝热轧金属管的制造尤其适用，特别是如果其具有低于17.78cm(7〞)的直径和/或明显低于100mm的壁厚。特别地，前述的方法和系统适用于对通过离心铸造方法制造的复合材料空心块进行轧制，其中利用这种方法，可以获得热轧的离心铸造复合材料管形式的无缝热轧管。
与本领域现有技术中已知的观点相反，因此可以首次通过空心铸造的方式获得复合材料空心块，一方面用于制造无缝管和另一方面用于制造轧制的离心铸造复合材料管。因此，一种轧制的离心铸造管(其特征在于，该轧制的离心铸造管为热轧的离心铸造复合材料管)和通过离心铸造制造的复合材料空心块在用于制造无缝热轧管中的应用(其中该无缝热轧管然后相应地制造以形成热轧离心铸造复合材料管)是一样有利的。
即已经证明了，上述系统和方法特别适用于多层管的轧制，特别地适用于多层金属管的轧制。这也特别适用于由采用离心铸造方法制造的相关复合材料空心块得到的多层管或复合管)。确实，通过离心铸造制造复合管是已知的。但是，也可以首次对它们进行轧制，并且特别是在铸造之后立即进行，而不需要在轧制过程和铸造之间必须采用的进一步的复杂措施。
因此，如果使用通过离心铸造制造的复合材料空心块来用于制造无缝热轧离心铸造复合材料管，这是有利的。同样，因此如果轧制的离心铸造管为轧制的或热轧的离心铸造复合材料管，这因此也是有利的。相应的离心铸造管然后也可以称作为具有双金属特性。
如果需要，在拉伸之前可以在延伸轧管机中对空心块进行加热。无论出于什么原因，如果其不适用于使用铸造热的至少一部分在热成形延伸轧管机中进行拉伸，这是特别有利的。然而并特别地，这也可以进行以支持热成型拉伸过程。
另一方面，应理解为，为了利用铸造热的至少一部分，当然也用于节省能量，位于空心块铸造单元和延伸轧管机之间的输送段至多被炉子和/或切断单元中断。通过这种方式，可以确保仅执行导致铸造过程和热成形拉伸过程之间的时间延迟的绝对必要的措施。当然，最短的可能输送段(即工件快速通过的输送段)可以用于此目的。
如果铸造空心块很长以至于不能在延伸轧管机中拉伸至一个长度，则在空心块铸造单元和延伸轧管机之间的切断单元可能是必要的。如果切断单元设计合理，由于切断单元工作极其快速并且可能实际上与铸造空心块一起运行，可以将时间损失减小到最小。也可以想到的是操作彼此相邻的两个或两个以上的延伸轧管机，以避免可能的时间损失，该时间损失是由于分割的空心块的片段必须等待直至被拉伸而带来的。
优选地，位于空心块铸造单元和延伸轧管机之间的输送段没有中断地运行，并具有出自炉子到炉子的锁定系统，其中在这方面，只要由切断单元引起的延迟是足够短，则所需的切断单元不视为中断物。这使得尽可能快地向延伸轧管机供给铸造空心块成为可能。可能的工件，例如空心块的切断部分，可以通过锁定系统移出输送段并临时地储存在炉子当中。在合适的时间点，这些工件然后可以出自炉子中移出并返回到输送段，它们然后可以从输送段直接到达热成形延伸轧管机。如果相应的方法程序彼此适当地协调，这种系统结构允许最大可能地利用铸造热的至少一部分。
除了将空心块传送到具有上述布置的延伸轧管机以外，上述布置的输送段也因此被炉子中断。因此，可以想到的是，每个空心块都通过炉子，但是如果需要，空心块中的一些可能会非常快地通过炉子。在后一种情况下，可以省略通过炉子或到延伸轧管机的输送段。
优选地，炉子因此可以用作缓冲件。若存在于相应空心块中的铸造热不足以确保热成形拉伸过程，如果需要，也可以利用炉子对其重新加热。同样，若在这方面出现与工艺相关的问题，如果需要，炉子可以用于温度均衡。如果空心块从空心块铸造单元出来具有某种程度上不同的温度，则这尤其针对温度稳定性。这将会造成一个事实，即先铸造的部分空心块要比后铸造的部分空心块具有更长的时间周期冷却。此外，在通过切断单元将空心块分离为部分之后，在用作缓冲件的炉子内对空心块的单独部件进行回火，直到单个空心块的部件能够进行进一步处理，这将是有帮助的，因为在某些环境下，对于单个空心块部件，时间周期可能是不同的。
因此，如果空心块在拉伸之前在用作缓冲件的炉子内进行回火，这是有利的。特别地，如果铸造热依然存在于空心块内以至于空心块在进入延伸轧管机之前不能冷却下来，并且使得结晶过程对应于铸造之后的状态，则可能会执行这个步骤。
应理解为，一般来说，无论出于什么原因，如果铸造热的至少一部分没有得到利用，则也可以使用炉子对储存的空心块进行加热。
用于制造空心块的任何适用的铸造单元都可以用作空心块铸造单元。特别地，出于人体工程学的原因，空心挤压单元(其中一些可以实际配置成为连续工作)是可能的，其中在这些情况下，必须提供锯或其它切断单元。特别地，离心铸造单元也可以用作空心块铸造单元，其中在此，不论非连续的和连续的离心铸造单元是竖直地或水平地或混合地定向，非连续的和连续的离心铸造单元都可以得到使用。在连续的铸造单元情况下，如果切断单元跟随在它们之后，这也因此是有利的。其中，显然地，切断单元可以和其他铸造单元组合使用。
关于方法管理，因此应当理解为，铸造空心块在上述定向上可以特别地通过挤压或离心铸造的方法进行铸造，并且也是连续地或非连续地铸造。应理解为，如果必要，也可以使用其它的铸造方法以获得相应的优点。
主要地，能够对铸造空心块施加延伸拉伸过程的任何单元都可以用作延伸轧管机。特别地，皮尔格轧机或纵向轧机例如顶管机、柱塞式轧机或连续式轧机可以用于此目的。一般而言，延伸轧管机将与内部工具一起工作，以便能产生足够的尺寸精度和合适的延伸率降低过程。
因此，所提出的布置的延伸轧管机为轧制单元，在该轧制单元内每个所轧制的管的内径是确定的，或者在该轧制单元内每个所轧制的管的内表面最终受到由内部加工工具产生的轧制力。
特别优选地，将纵向轧机用作延伸轧管机，因为在这里会进行特别温和的轧制过程。在这一点，应当强调的是，皮尔格轧机本身不能称作为纵向轧机，因为皮尔格轧制工艺实际上应当归类为一种锻造工艺。
已经证明使用顶管机作为纵向轧机在其对相应空心块的作用方面是特别优选的且有利的。如果顶管机具有设置在多个框架上以成型方式起作用的轧辊，特别是多个以成型方式起作用的轧辊，并且如果优选地去除了固定锁环等，则这尤其适用。
优选地，延伸轧管机或特别是纵向轧机以及尤其是顶管机会产生2或大于2的延伸率。通过这种方式，延伸轧管机能够部分地或可能的话作为整体来承受变形，这些变形本身是由该斜轧辊穿孔步骤或具有相对较强作用的斜轧辊穿孔步骤来承受的。特别地，因此，在后续的处理步骤中(例如在校准单元中)不需要干预来进行校正。
为了温和地作用于正在拉伸的中空块，在每种情况下，如果延伸轧管机或特别是纵向轧机以及尤其是顶管机具有10或小于10的延伸率，这有利的。
应理解为，为了能够累积地实现一些特征的优点，如果适用的话，以上描述的解决方案和权利要求中的特征也可以相应地组合。
有利地，延伸轧管机以8或小于8的延伸率拉伸空心块，该延伸率相应地对于工件是温和的，特别是如果该工件为复合材料。特别地，因此有利的是，在热成形延伸轧管机中以7或小于7的延伸率拉伸该铸造空心块。
附图说明
本发明的进一步的优点、目的以及特性将通过对在附图中特别示出的示例性实施例的如下描述进行解释。附图示出了：
图1是关于用于制造无缝热轧管的制造系统和方法的不同变体；以及
图2是通过离心铸造复合材料管的示意性截面图。
具体实施方式
在图1中示意性示出的用于制造无缝热轧管的制造系统首先包括空心块铸造单元10，其后跟随有位于输送段41和42上的延伸轧管机20。位于输送段43之上的校准单元30跟随在延伸轧管机20的后面，以使得能够通过延伸轧管机20和校准单元30从铸造块获得热轧管成为可能。
在这一点上，输送段41和42构造成为很短以至于在拉伸过程中也能利用铸造热。明显地，在空心块铸造单元10和延伸轧管机20之间不存在斜轧辊穿孔机，其中，如果必要，具有少量的(例如1.2至1.4)延伸率的斜轧辊穿孔机可以设置在这里。
在位于空心块铸造单元10和延伸轧管机20之间的输送段41和42中设置有炉子50。优选地，炉子50并不直接位于输送段41和42中，而是设置有锁定系统，通过该锁定系统，铸造空心块能够从输送段41和42中移出并再次返回到输送段中。因此，工件可能会绕过炉子50而直接到达延伸轧管机20，这使得能够直接利用铸造热，并且顺便来说，这对于能量的使用是积极的。工件可以在炉子50内进行回火或保温。在替代实施例中，可以省略锁定系统，以使得每个空心块穿过炉子50，其中一些工件具有合适的温度，如果需要，空心块可以非常快速地穿过炉子50到达延伸轧管机20。
特别地，转底炉51、反射炉52或感应炉53可以用作为炉子50。
如果认为必要，可以在位于延伸轧管机20和校准单元30之间的输送段43内设置再热炉54。
同样地，也可以在输送段43中提供切断单元(未示出)。
特别地，水平非连续式离心铸造单元11或竖直连续式离心铸造单元12可以用作为空心块铸造单元10。一般而言，如果后续的系统阶段与铸造单元适当协调，水平非连续式离心铸造单元11与其它的非连续是铸造单元一样将不需要用于切断铸造空心块的切断单元。
如示意图所示，在竖直连续式离心铸造单元12中，提供了锯，其中，然后移出切割件并将其传送到输送段41。可以想到的是，将连续式离心铸造单元倾斜以允许空心块的排出。在此，如果需要，也可以提供切断单元。
此外，水平终端空心挤压单元13或竖直空心挤压单元14也可以用作为空心块铸造单元10；一般来说，它们之后是输送段44之后的切断单元60。在当前示例性实施例中，该单元提供为锯61，其中在此，当然，可以提供能够以足够的速度切断空心块的其他切断单元。
应理解为，如果需要，水平连续式离心铸造单元可以用作为空心块铸造单元10，在该单元之后，可以在输送段44后提供切断单元60。
特别地，纵向轧机21(例如顶管机22、柱塞式轧机24或连续式轧机25)可以用作延伸轧管机20。同样地，热皮尔格轧机23也可以用作为延伸轧管机20。
特别地，定径机31或延伸率降低系统32作为校准单元30是可能的。
当空心块铸造单元10与水平非连续式离心铸造单元11和竖直连续式离心铸造单元12相关时，上述制造系统以及相应的制造方法是特别适用的。通过离心铸造，制造多层或双金属的离心铸造空心块成为可能，该离心铸造空心块可以在该制造系统上并通过相应的方法进行热轧。通过这种方式，那么无缝热轧管70可以用作为离心铸造管71使用，该铸造管具有由不同材料组成并具有不同材料特性的外部材料层73和内部材料层74。由于制造工艺，并且特别也由于延伸轧管机20中的热轧工艺，在外部材料层73和内部材料层74之间出现了混合层75。由于在延伸轧管机20中的热轧工艺，因此获得了热轧的离心铸造复合材料管72，如果方法管理合理，则该复合材料管具有双金属特性。
关于具体的方法管理，在示例性实施例中可以确保的是，延伸轧管机在2和10之间的延伸率下工作。
参考标记列表：
10 空心块铸造单元
11 水平非连续式离心铸造单元
12 竖直连续式离心铸造单元
13 水平终端空心挤压单元
14 竖直空心挤压单元
20 延伸轧管机
21 纵向轧机
22 顶管机
23 热皮尔格轧机
24 柱塞式轧机
25 连续式轧机
30 校准单元
31 定径机
32 延伸率降低系统
40 用于制造无缝热轧管70的制造系统
41 输送段
42 输送段
43 输送段
44 输送段
50 炉子
51 转底炉
52 反射炉
53 感应炉
54 再热炉
60 切断单元
61 锯
70 无缝热轧管
71 离心铸造管
72 热轧离心铸造复合材料管
73 外部材料层
74 内部材料层
75 混合层
Claims (17)
1.无缝热轧管(70)的制造方法，其特征在于，在热成形延伸轧管机(20)中以10或小于10的延伸率对铸造空心块进行拉伸，
(i)避开斜轧辊穿孔步骤或以低于1.5的延伸率插入斜轧辊穿孔步骤；和
(ii)利用铸造热的至少一部分；
所述铸造空心块由设置在所述热成形延伸轧管机(20)之前的空心块铸造单元(10)制成，并且位于所述空心块铸造单元(10)和所述热成形延伸轧管机(20)之间的输送段(41,43,44)足够短，以使在所述热成形延伸轧管机(20)中利用部分铸造热进行拉伸，其中炉子(50)将位于所述空心块铸造单元(10)和所述热成形延伸轧管机(20)之间的所述输送段中断。
2.根据权利要求1所述的无缝热轧管(70)的制造方法，其特征在于，在所述热成形延伸轧管机(20)中拉伸之前对所述空心块进行加热和/或所述空心块在作为缓冲件的炉子(50)中进行回火。
3.根据权利要求1或2所述的无缝热轧管(70)的制造方法，其特征在于，在拉伸之后，在校准单元(30)中对所述空心块进行校准。
4.根据权利要求1或2所述的无缝热轧管(70)的制造方法，其特征在于，在所述热成形延伸轧管机(20)中以8或小于8的延伸率。
5.根据权利要求4所述的无缝热轧管(70)的制造方法，其特征在于，其特征在于，在所述热成形延伸轧管机(20)中以7或小于7的延伸率对所述铸造空心块进行拉伸。
6.无缝热轧管(70)的制造系统(40)，包括空心块铸造单元(10)和设置在所述空心块铸造单元之后的热成形延伸轧管机(20)，其特征在于，位于所述空心块铸造单元(10)和所述热成形延伸轧管机(20)之间的输送段(41,43,44)足够短，以使在所述热成形延伸轧管机(20)中利用部分铸造热进行拉伸，其中炉子(50)将位于所述空心块铸造单元(10)和所述热成形延伸轧管机(20)之间的所述输送段中断。
7.根据权利要求6所述的无缝热轧管(70)的制造系统(40)，其特征在于，位于所述空心块铸造单元(10)和所述热成形延伸轧管机(20)之间的所述输送段(41,43,44)由切断单元(60)中断或没有中断地运行。
8.根据权利要求6或7所述的无缝热轧管(70)的制造系统(40)，其特征在于，位于所述空心块铸造单元(10)和所述热成形延伸轧管机(20)之间的所述输送段(41,43,44)具有到达炉子(50)以及从炉子(50)出发的锁定系统。
9.根据权利要求6所述的无缝热轧管(70)的制造系统(40)，其特征在于，所述炉子(50)用作缓冲件和/或用于重新加热或用于温度的均衡。
10.根据权利要求6或7所述的无缝热轧管(70)的制造系统(40)，其特征在于，所述空心块铸造单元(10)为离心铸造单元(11,12)。
11.根据权利要求6或7所述的无缝热轧管(70)的制造系统(40)，其特征在于，在所述热成形延伸轧管机(20)之后跟随有校准单元(30)。
12.根据权利要求11所述的无缝热轧管(70)的制造系统(40)，其特征在于，所述校准单元(30)为定径机(31)和/或延伸率降低系统(32)。
13.根据权利要求1或6所述的无缝热轧管(70)的制造方法或无缝热轧管(70)的制造系统(40)，其特征在于，所述热成形延伸轧管机(20)为纵向轧机(21)。
14.根据权利要求13所述的无缝热轧管(70)的制造方法或无缝热轧管(70)的制造系统(40)，其特征在于，所述纵向轧机(21)是顶管机(22)。
15.根据权利要求14所述的无缝热轧管(70)的制造方法或无缝热轧管(70)的制造系统(40)，其特征在于，所述顶管机(22)具有[2,8]范围内的延伸率。
16.采用权利要求6所述的无缝热轧管(70)的制造系统(40)轧制的离心铸造管(71)，其特征在于，所述轧制的离心铸造管(71)为热轧的离心铸造复合材料管(72)。
17.通过离心铸造制造的复合材料空心块在用于采用权利要求6所述的无缝热轧管(70)的制造系统(40)制造无缝热轧离心铸造复合材料管(72)中的的应用。
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