CN1135382A - 用于无缝钢管的穿孔/轧制方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种无缝钢管制造方法，由穿孔机在轧坯中心穿孔获得空心套管。一对盘式轧辊相对于轧制中线呈一斜交角，即朝着位于轧材进入到盘式轧辊的滑动表面时所处的那一侧上的主轧辊而与主轧辊的出口侧齿面角不平行。该斜交角δ与主轧辊的入口和出口侧齿面角θ₁、θ₂满足：θ₂+2°＜δ＜9°，δ+θ₁＜12°；从而，在高外径扩径比如1.15或更高时，可实现稳定的穿孔/轧制而不会出现如从主轧辊不完全脱出，外表面缺陷和不完全咬合等问题。

Description

用于无缝钢管的穿孔/ 轧制方法和设备

本发明涉及一种采用穿孔机的穿孔/轧制方法和设备，该穿孔机用于曼内斯曼(Mannesmann)制管这样典型的无缝钢管制造工艺中。

采用曼内斯曼制管工艺进行无缝钢管生产的步骤一般如下所述：首先，将一段轧坯(圆钢柱)送入穿孔机并在轧坯的中心穿孔后得到一空心套管，通过穿孔轧机进一步轧长，例如，还可以通过辗轧机按需要进行轧制，然后，在平整轧机或定径轧机上平整、修正到所要的形式和尺寸，这样就完成了无缝钢管生产的全过程。在如上所述的穿孔机和辗轧机中，可以结合主轧辊和穿孔头采用一种被称为斜轧的轧机，该主轧辊的轴线相对于被轧制的轧材的轧制中线倾斜。

在如上所述的曼内斯曼制管工艺中使用的穿孔机具有一对置于轧制中线两侧彼此相对的主轧辊，沿轧制中线设置的起内表面修整工具作用的穿孔头，以及位于轧制中线两侧彼此相对设置的导轮或盘式轧辊，它们作为套管的导向元件。

图1为曼内斯曼制管工艺中采用的穿孔机的平面示意图，图2是沿图1中II-II线的横剖面示意图。在图1和图2中，标号21A、21B表示主轧辊，标号2表示作为内表面修整工具的穿孔头，标号31u、31d表示作为套管导向元件的盘式辊。字母B表示的是轧坯，也就是被轧制的材料，它沿空心箭头Y所指示的方向被传送，然后被穿孔和轧制成空心套管H后拽出。因此，穿孔工艺的入口侧在图1的左边，穿孔工艺的出口侧在图1的右边，图2表示穿孔工艺的入口侧的横剖面左视图。

如图1所示，主轧辊21A、21B在靠近轴线方向的中部具有一咬入段41，此处的轧辊具有最大的直径，咬入段在两个直径逐渐减小的锥形段之间形成，一个锥形段其端部形成有入口侧面42的入口侧齿面角θ₁，另一个锥形段其端部具有出口侧面43的出口侧齿面角θ₂，由此形成一个桶形形状，主轧辊21A、21B被相向地设置在轧坯B的轧制中线X-X的左、右或者上、下。主轧辊21A、21B由未在图中示出的电机驱动。

穿孔头2具有一个子弹头的外形，其底部支撑在芯棒M的顶部。穿孔头2被定位在轧制中线X-X上，并保持在主轧辊21A、21B之间间隔的中央部位，可绕轧制中线X-X旋转。芯棒M的底部与未在图中示出的推力撑座连接。

如图2所示，盘式轧辊31u、31d周边为具有曲面的盘形形状，该曲面朝向穿孔头2并被彼此相对地设置在轧制中心X-X的左、右或上、下两侧，与主轧辊21A、21B交错布置。盘式轧辊31u、31d由图中未示出的电机驱动。

在如前所述结构的穿孔机中，当主轧辊21A、21B沿如图2所示的箭头方向被驱动旋转时，正沿着轧制中线X-X在Y方向上传送的轧坯B在主轧辊21A、21B的入口面42、42之间被咬入，从而在绕轧制中线X-X顺时针旋转的同时被穿孔，所说的顺时针方向是从穿孔工艺的入口侧看去。这样，轧坯B在被主轧辊21A、21B的咬入段41在两侧压轧的同时被穿孔头2穿孔，形成空心套管H后被拽出。

实现带有相对于轧制中线方向倾斜的盘式轧辊的穿孔/轧制操作的技术已是被公开的，例如在日本专利申请公开说明书NO.59-47605(1984)中就公开了这种技术，在穿孔机上所使用的盘式轧辊的倾斜方向是这样确定的，即，要可以提高采用盘式轧辊的穿孔机中的材料的穿孔效率。

如图3所示，在现有技术的穿孔/轧制操作中，在轧制过程中从主轧辊的咬入段至轧制出口侧会出现轧材的变形，该图见于公开出版的文件中(STAL IN ENGLISH，AUGUST，1970，pp，632-635)，图中示出了在被一个主轧辊咬入的那侧的轧材外径处的凸起要大于正脱离另一个主轧辊的那一侧的轧材的凸起。这可以参考附图4来解释，图4示出了一个带有盘式轧辊的例子。被主轧辊21B咬入的凸起段(图中的B部分)大于正在离开主轧辊21A的凸起段(图中的A部分)因此，可以在主轧辊21A和21B之间设置一对圆管导向元件来压住轧材在外径处的凸起，在图4中是设在轧制中线的上、下方。

在普通的穿孔/轧制工艺中，外径扩径比(穿孔后轧材的外径与穿孔前轧材外径的比率，即用穿孔后的轧材的外径除以穿孔前的轧材外径)在1.0至1.05的范围内，在如图4所示的轧材外径处在B部分的凸起还没显示有问题，但当外径扩径比增加时，主轧辊出口侧轧材的圆周长度增加，B部分处的凸起就会因此而变得比图4所示的A部分处的凸起大，因此会使主轧辊21B的接触角φ比在普通穿孔/轧制操作状态下大。结果，在高外径扩径比下就会出现不能令人满意的穿孔/轧制状况，在轧制方向上的推力变小，这时会出现从主轧辊不完全脱出这样的问题，该问题是由在对管材的底部轧制时轧材不能旋转而引起的，空心毛管底部的形状会变成椭圆并在空心毛管的外表面上产生靴形缺陷(shoe mark flaws)。

为了防止轧材被挤入到盘式轧辊和主轧辊之间的间隙中，采用倾斜布置的盘式轧辊的穿孔机也是公知的，例如，在日本专利申请NO.63-90306(1988)中就公开了这种穿孔机。

在日本专利申请公开特许昭59-47605(1984)中揭示的穿孔机中采用了这样一种结构，即，在一侧使用盘式轧辊，而在另一侧使用一固定导向件，如图5所示，当在两侧使用盘式轧辊并朝向主轧辊21B倾斜时，穿孔速度会增加。然而，外径扩径比的增长导致了在盘式轧辊的滑动面上在其靠近外侧边缘处轧材抗变力的增加，结果会产生边沿滞塞或在边沿处轧材外圆周表面损坏这样的问题，在制成品上留有靴形缺陷(shoe mark flaws)，以及由于在轧材旋转方向上主轧辊的接触角φ的增加而出现穿孔工作的滞后。

本发明的目的在于提供一种用于无缝钢管的穿孔/轧制方法和穿孔/轧制设备，它可以制造具有良好外表面质量的空心套管，而不会出现在对轧材底部轧制时产生从主轧辊不能完全脱出这样的不良的轧制工况，它可以在高外径扩径比1.15或更高值下实现穿孔/轧制操作。

根据本发明，在一对锥形主轧辊和一对围绕轧制中线交替布置的盘式轧辊之间、沿轧制中线设置一穿孔头，当需被轧制的轧材由于扭转和向前移动而被穿孔和轧制后就得到了无缝钢管，每一个盘式轧辊都相对于轧制中线呈一斜交角δ而倾斜设置，其倾斜方向是朝着位于材料进入到盘式轧辊的滑动表面时所处的那一侧上的主轧辊倾斜，因此该盘式轧辊就不再与主轧辊的出口面所限定的方向平行，此时斜交角δ的设置满足下列条件(1)和(2)，以获得1.15或更高值的外径扩径比，

θ₂＋2°＜δ＜9°    (1)

δ＋θ₁＜12°           (2)

其中θ₁是主轧辊的入口侧齿面角，θ₂是主轧辊的出口侧齿面角。

本发明上述的和进一步的目的和特性在参照下列附图进行详细说明后会更清楚。

图1是实现现有技术中的穿孔/轧制方法所采用的一个穿孔机的平面示意图；

图2是沿图1中II-II线的横剖面图；

图3是用于说明现有技术中的问题而示出的在穿孔/轧制操作状态的剖面图；

图4也是用于说明现有技术中的问题而示出的在穿孔/轧制操作状态的剖面图；

图5是现有技术的穿孔机在盘式轧辊倾斜时的俯视图；

图6是为说明在正常的穿孔/轧制操作中轧材的平均旋转速度而示出的穿孔/轧制操作状态的剖视图；

图7是穿孔/轧制操作状态的剖视图，它用于说明在穿孔/轧制操作中在高外径扩径比率的状态下轧材的平均旋转速度；

图8示出了在盘式轧辊具有不同的斜交角和外径的扩径比的情况下在穿孔/轧制操作期间由于表面扭转而产生的剪切变形的曲线图；

图9是解释测量因表面的扭转而产生的剪切变形的方法的示意简图；

图10为表示在具有不同的主辊出口侧齿面角、盘式轧辊的斜交角和外径扩径比时的穿孔/轧制结果的曲线图；

图11是用于说明现有技术中的问题的穿孔/轧制操作状态的剖面图；

图12是按照本发明的一个实施例的穿孔机的平面示意图；

图13是按照本发明实施例的穿孔机的侧视图；

图14是沿图12中XIV-XIV线的剖视图；

图15是按照本发明的实施例的穿孔机的平面示意图，图中未给出主轧辊的传送角。

首先，本发明的工作原理以及确定盘式轧辊斜交角数值和外径的扩径比率的方法将在后面进行描述。

根据本发明，用于穿孔/轧制操作中的主轧辊具有圆锥形的轮廓，盘式轧辊相对于轧制中线在规定的方向呈确定的角度倾斜(该角度被称为斜交角)，主轧辊的入口侧齿面角和出口侧齿面角(齿面角是指主轧辊进给角为零度时，主轧辊相对于轧制中线的角度)及斜交角有着特别的关系，借助于盘式轧辊在旋转方向的相反方向给轧材一速度分量，从而，限制在轧材的旋转方向上主轧辊咬合处产生外径侧轧材的凸起，防止不利轧制工况和金属断层的产生，以及抑制由于表面扭转而产生的剪切变形，这种变形是额外的剪切变形。

当实现在高外径扩径比下穿孔/轧制时，如图4所示的主轧辊咬入侧B部分外侧轧材的凸起会增大，其中的原因将在后面描述。在正常的穿孔/轧制操作时截面处轧材的旋转速度如图6所示。在图6中，V₁表示在与主轧辊21A、21B接触区的轧材的平均转速，V₂表示在盘式轧辊滑动面处轧材的平均转速。在高外径扩径比下穿孔/轧制时截面处轧材的旋转速度如图7所示。与正常的穿孔/轧制操作状态相比较可以看出，空心套与主轧辊的偏离点位于主轧辊出口侧的更滞后一半处，由于盘式轧辊形成圆周运动，所以这对盘式轧辊之间的距离也在外侧的后一半处增大，从而降低了盘式轧辊对轧材的抗力。其结果是，盘式轧辊滑面处轧材的平均转速增加而超过正常的穿孔/轧制操作时的转速，由V₂变为V₂＋△V₂。另一方面，与主轧辊21A、21B相接触的区域处轧材的平均转速由V₁降低至V₁－△V₁，这是因为主轧辊的接触角φ由于外径扩径比的增大而增大了，从而主轧辊与轧材间的滑距增大。由于在单位时间内由盘式轧辊在朝向主轧辊21B的轧材旋转方向上释放出来的轧材数量的增加，同时也是单位时间内主轧辊21B咬合轧材数量的减少，所以在盘式轧辊31u和主轧辊21B之间的轧材积滞而在外表面凸出。

本发明是考虑到前述当穿孔/轧制操作是在高外径扩径比下进行时，轧材外径在主轧辊出口侧B部处向外凸起而完成的。盘式轧辊相对于轧制中线斜交并给出与轧材的旋转方向相反方向的速度，由此降低了轧材从盘式轧辊滑动面释放的速度，相应地减少了单位时间内释放出的轧材的数量，也就消除了在主轧辊咬入侧的B部分轧材外径处材料的凸起。同时，由于主轧辊的接触角φ的减小，所以主轧辊侧滑程降低而导致如图7所示的△V₁值降低，它使得由主轧辊驱动的轧材在旋转方向上啮合速度增加，从而消除了主轧辊咬入侧B部分轧材外径处材料的堆积。由V₂＋△V₂可逆地降低至V₂和由V₁－△V₁可逆地增加至V₁的叠加效果可以完全消除主轧辊咬入侧B部分轧材外径处材料的堆积，并实现稳定的穿孔/轧制操作，而不会出现从主轧辊处不完全的释放。

本发明按不同的条件实现穿孔/轧制操作，这些可变化的条件是不同的盘式轧辊的斜交角δ和不同的外径扩径比，并得出下列发现。这些穿孔/轧制条件如下所述，可以采用鼓形或锥形主轧辊，结果(由于表面扭转而产生的剪切变形)如图8所示。

轧材样品：由S45C制成的外径为70mm的整段圆形轧坯。

主轧辊的入口齿面角(θ₁)：3°

主轧辊的出口齿面角(θ₂)：3°

主轧辊咬入段的直径：410mm

主轧辊的传送角(β)：12°

图8示出的结果指示了由于表面扭转而产生的剪切变形，这是额外的剪切变形，它会在空心套管的外表面上产生缺陷，在图9所示轧坯的外表面上刻出直缝后再进行穿孔/轧制操作，可从由此而引起的狭缝的扭转量反映该剪切变形。鼓形主轧辊和锥形主轧辊使得由表面扭转引起的剪切变形产生在相反的扭转方向上，由鼓形轧辊引起的扭转方向可以认为是正的。当盘式轧辊产生倾斜的方向是朝向位于轧材进入到盘式辊的滑动表面的那一侧的主轧辊时，斜交角δ也可认为是正的。

在使用鼓形主轧辊进行穿孔/轧制操作的情况下，由表面扭转引起的剪切变形随着斜交角δ的增加和外径扩径比的增加而增大；在使用锥形主轧辊进行穿孔/轧制操作的情况下，由表面扭转引起的剪切变形随着斜交角δ的增加和外径扩径比的增加而减少，从而可以获得较好的表面质量；这些结论可从图8的结果看出。

可以看出，当使盘式轧辊相对于轧制中线在使轧材转速减小的方向上倾斜时，使用鼓形主轧辊得到的唯一结果就是使空心套管的外表面质量进一步降低，这表明鼓形主轧辊不适合于在高外径扩径比下进行穿孔/轧制操作。而在使用锥形主轧辊时，当对盘式轧辊给出相似的倾斜状态时，结果是提高了空心套管的外表面质量，由此使得锥形主轧辊适于在高外径扩径比下使用。

本发明可以在不同的条件下实现穿孔/轧制操作，这些可变化的条件是在使用锥形主轧辊下的不同的主轧辊出口侧齿面角θ2、盘式轧辊的斜交角δ和外径扩径比，并取得下述发现。这些穿孔/轧制条件如下所述。这种操作的结果如图10所示。

轧材样件：由S45C制成的外径为70mm的整段圆形轧坯

    主轧辊的入口齿面角(θ₁)：3°

    主轧辊的出口齿面角(θ₂)：3°～5°

    主轧辊的咬入段的直径：410mm

    主轧辊的横交角(γ)：20°

    主轧辊的传送角(β)：8°至12°

空心套管的壁厚t与外径d的比率(t/d)：0.05至0.06。

在图10中，符号X表示的是未完全从主轧辊脱出的轧材或在其外表上产生的缺陷的情况，符号○表示实现了满意的穿孔/轧制操作的情况。从图10中所显示的结果可以清楚地看出，在具有高外径扩径比穿孔/轧制情况下增大斜交角δ可以获得更好的结果。可以看出，在外径扩径比为1.15或更高值的情况下进行穿孔/轧制操作时，需要使斜交角δ至少比主轧辊的出口侧齿面角θ₂大2°。

上述发现限定斜交角δ范围的原因将在下文中预以说明，所说的斜交角δ的设置是以上面所述的发现为基础的。尽管较大的斜交角δ可以消除由于扭转而产生的剪切变形和轧材从主轧辊的不完全的脱出，但由于设备的限制，斜交角δ存在上限，这里上限设定为9°。由于当斜交角δ至少比主轧辊的出口侧齿面角θ₂大2°时可以实现在高外径扩径比下的穿孔/轧制操作，因此δ角的下限设定为θ₂＋2°。由于这些原因，设定了上述条件(1)。当斜交角δ相对于主轧辊入口侧齿面角θ₁增加得太多时，会导致盘式辊侧面和主轧辊的入口面之间距离的增大，结果在盘式辊方向的入口面处产生对轧材的不充分轧制，而在导引方向增加了对轧材外径的扩径量，从而使得椭圆度(轧材横断面最大直径对最小直径的比率)增大并产生不完全咬合。

为防止这种缺陷的出现，斜交角δ相对于主轧辊入口侧齿面角θ₁的范围应设定在条件(2)上。

已公开的日本专利申请NO.63-90306(1988)提出了一种穿孔机，其上设置有一个倾斜机构，它用来使盘式轧辊基本上平行于主轧辊出口侧齿面角；还设有一个移动机构，它用来设定主轧辊与盘式轧辊之间的距离接近为零，以防止轧材从图11所示的C部分处被挤压出去并使轧材的外形稳定。而另一方面，在本发明所涉及的在高外径扩径比下的穿孔/轧制操作中，焦点问题不是轧材被挤出到入口侧，以至到盘式轧辊的滑动表面，而是由于在轧材旋转方向上主轧辊的接触角的增加而产生的从主轧辊处不完全的脱出和外表面上的缺陷，如前所述。本发明已经解决了这些问题。

本发明在技术上通过减小主轧辊的接触角可以防止轧材从主轧辊处的不完全脱出，并可以实现在高外径扩径比下的穿孔/轧制操作，只要很简单地在轧材旋转方向的相反方向上给出速度分量即可，这与使主轧辊和盘式轧辊在整个轧制区内的距离接近为零在技术上有实质性的差别，这样的技术公开在日本专利申请NO.63-90306(1988)号文件中。在日本专利申请NO.63-90306(1988)号公开的技术内容中，盘式轧辊被设置成与主轧辊出口侧齿面角平行，但不能达到如图10所示的结果那样的在高外径扩径比下实现稳定的穿孔/轧制操作。根据本发明，通过采用一个特殊形状(锥形)的主轧辊，使盘式轧辊倾斜的角度至少比出口侧齿面角大2°(上述的条件(1))并将盘式轧辊的斜交角与入口侧齿面角之比限制在一个特定的范围内(上述的条件(2))，就可以在高外径扩径比下实现稳定的穿孔/轧制操作。

下面对本发明的最佳实施例进行描述。

图12是本发明实施例中采用的穿孔机的平面示意图，图13是它的侧视图，图14是沿图12中XIV-XIV线的剖视图，以及图15是本发明的一个没有给出主轧辊的传送角的状态下的穿孔机的平面示意图。

该实施例采用的穿孔机具有一对主轧辊1A、1B，一个穿孔头2和一对盘式轧辊3u、3d。符号B表示的是由空心箭头Y指明的传送方向上的轧坯，轧坯通过穿孔/轧制操作变成空心套管H并被拽出。在图12、13、15中，穿孔工艺的入口侧靠近左侧而出口侧靠近右侧。图14示出了穿孔工艺入口侧的横截面左视图。

主轧辊1A、1B在其轴线方向上在靠近中间部分有一个呈短圆柱外形的咬入段11，位于入口段12和出口段13间，入口段12大致上由截锥体形成，其直径朝着入口侧的端部减小，它的入口侧齿面角为θ₁，出口段13也是基本由截锥体形成，其直径朝着出口侧端部增加，它的出口侧齿面角为θ₂，由此整个外形形成了锥形。主轧辊1A、1B从轧制中线(孔型中线)X-X倾斜出如图13所示的传送角3，并被设置在轧坯B的轧制线X-X的两侧，每一主轧辊相对于轧制线X-X倾斜出如图12所示的特定的横交角γ。主轧辊1A、1B被设置成由未在图中示出的驱动装置驱动而绕其轴线旋转。

穿孔头2整体形状为子弹头，其底部被支撑在芯棒M的顶部。穿孔头2被定位在轧制中心线X-X上并被保持在主轧辊1A、1B之间的间隔的中间且可以绕轧制中心线X-X旋转。芯棒M的底部连接到未在附图中示出的推力撑座上。

带有凹形滑动面的盘式轧辊3u被设置在轧坯B移动区的相对侧，并朝向主轧辊1A侧倾斜出一个斜交角δ，如图15所示，该角δ要比主轧辊1A的入口侧齿面角θ₂大2°，因此能在轧坯B的旋转方向的反向上给出一个速度分量△V₃。盘式轧辊3d与盘式轧辊3u在相反的方向上呈相同角度(斜交角δ)倾斜。盘式轧辊3u、3d由图中未示出的驱动装置驱动旋转，其旋转方向使得轧坯B轧出。

在上述的穿孔机中，已在加热炉中被加热至特定温度的圆柱轧坯B沿空心箭头Y所示的方向传送，其轴线对准轧制中线X-X，其顶端被主轧辊1A、1B的入口段12、12咬入。然后，轧坯B被盘式辊3u、3d沿轧制中线X-X移动并被穿孔和轧制，轧坯B在主轧辊1A、1B和穿孔头2之间每半圈接受一次周期性轧制力，同时借助于主轧辊1A、1B的旋转而沿着轧制中线X-X螺旋式移动。当轧坯B不受轧制力时，轧材就会通过轧坯B的旋转而沿着径向挤出至外侧(如图14所示)，由于盘式轧辊3u、3d与被挤出部分的曲面保持滑动接触，因此消除了在滑动接触表面之外的直径外侧的啮合。其结果是，轧材被轧制时为椭圆形，轧材在传送方向上向下游移动时逐渐变为圆形，最后形成空心套管H被拉出。

本发明实际实现穿孔/轧制操作的结果将在下面描述。穿孔/轧制操作的条件如下所述，其轧制后的结果表示在表1中。在本发明范围之外的条件下为了进行比较而进行的操作的参考结果也在表1中示出。

轧坯：直径为70mm、含碳0.2％的连铸钢；

外径扩径比：1.3至1.45；

空心套管的壁厚t与外径d的比率(t/d)：0.05；

主轧辊的横交角(γ)：20°；

传送角(β)：12°；

入口侧齿面角(θ₁)：3°、3.5°、4°；

出口侧齿面角(θ₂)：3°、4°、5°、6°；

斜交角(δ)：0°至9°；

盘式轧辊在轧制方向上的速度：1.1×空心套管在轧制方向上的速度。

                         表1斜交角δ    出口侧齿    入口侧齿面角θ₂    面角θ₁对比1      0°                     3°                   3°5°                   3°对比2     3.5°                   3°                   3°4°                   3°对比3      5°                      5°                   3°本发明的  6.2°                    3°                   3°实施例                4°                     3°本发明的  7.5°                     4°                   3°实施例                 5°                    3°本发明的  8.5°                   5°                     3°实施例                6°                      3°对比4     8.5°                    3°                     4°9°                        5°                     3.5°

                 表1(续)

    从主轧辊不完      外表面缺      不完全咬合

    全脱出的发生率    陷的发生率    的发生率对比1        ×                              ×                           ○

         ×                              ×                           ○对比2        ×                              ×                           ○

         ×                              ×                           ○对比3        ×                              ×                           ○本发明的     ○              ○             ○实施例       ○              ○             ○本发明的     ○              ○             ○实施例       ○              ○             ○本发明的     ○              ○             ○实施例       ○              ○             ○对比4        -               -              ×

         -               -              ×

在表1中，从主轧辊不完全脱出的发生率一栏中标上符号X表示有不完全脱出的情况发生。在外表面缺陷发生率一栏中标上符号X表示由于表面扭转而产生的剪切变形会在套管的外表面上产生缺陷，或是在空心套管的外表面上产生靴形标记(disk shoe mark)。在不完全咬合发生率一栏中标上符号X表示会有不完全啮合的情况发生。另一方面，如果标上符号○则表示上述情况不会发生。标上符号“-”则表示不能确定上述情况是否会发生。

从表1中示出的结果可以清楚地看出，在对比情况1至3中，由于没有满足上述条件(1)(θ₂＋2°＜δ＜9°)，所以从主轧辊不完全脱出和外表面缺陷都出现了。在对比情况4中，由于没有满足条件(2)(δ＋θ₁＜12°)，所以出现了不完全咬合。本发明所有的实施例中都满足了上述条件(1)和(2)，故可以实现在高外径扩径比下稳定的穿孔/轧制操作，空心套管的外表面质量可以得到改善而不会出现不良的轧制工况，使得大大地扩大由穿孔机制造的钢管的范围成为可能。

根据本发明上面的详述，由于采用锥形主轧辊并将盘式轧辊的斜交角、主轧辊的出口齿面角和入口齿面角设定在前述特定的范围内，所以可在高外径扩径比下(1.15或更大)平稳地实现穿孔/轧制操作，而不会产生如从主轧辊不完全脱出，管子外表面缺陷和不完全咬合等麻烦，从而可以大大地扩大制造钢管的范围并降低生产成本。

本发明在不脱离其实质精神的范围内可有多种实施形式，本发明的范围不受现有的实施例的限定，而由所附的权利要求书限定，本技术领域的技术人员可在本发明范围内做出各种改型和变动。

Claims (9)

1、一种用于无缝钢管的穿孔/轧制方法，采用一个穿孔头，它在围绕一轧制中线交替布置的一对锥形主轧辊和一对盘式轧辊之间沿该轧制中线设置，当扭转和向前移动轧材时，对需轧制的轧材进行穿孔和轧制后可得到无缝钢管，其特征在于：盘式轧辊相对于轧制中线呈一斜交角δ倾斜设置，其倾斜方向是朝着位于材料进入到盘式轧辊的滑动表面时所处的那一侧上的主轧辊而使该盘式轧辊与主轧辊的出口侧齿面角不平行，所述斜交角δ的设置满足下列条件(1)和(2)，

θ₂＋2°＜δ＜9°    (1)

δ＋θ₁＜12°           (2)

其中，θ₁为主轧辊的入口侧齿面角，

      θ₂为主轧辊的出口侧齿面角。

2、根据权利要求1所述的穿孔/轧制方法，其中，外径扩径比(轧材穿孔后的外直径与穿孔前的外直径的比率)为1.15或更高。

3、根据权利要求2所述的穿孔/轧制方法，其中，外径扩径比为1.3至1.45。

4、根据权利要求1所述的穿孔/轧制方法，其中，主轧辊的入口侧齿面角θ₁的范围为3°≤θ₁≤4°。

5、根据权利要求1所述的穿孔/轧制方法，其中，主轧辊出口侧齿面角θ₂的范围为3°≤θ₂≤6°。

6、一种用于无缝钢管的穿孔/轧制设备，采用一个穿孔头，它在一对锥形主轧辊和一对围绕轧制中线交替布置的盘式轧辊之间沿轧制中线设置，其扭转和向前移送轧材而对轧材进行穿孔和轧制来制造无缝钢管，其特征在于：包括一对锥形主轧辊和一对盘式轧辊围绕轧制中线彼此交替设置，该盘式轧辊相对于轧制中线呈一斜交角δ倾斜设置，其倾斜方向是朝着位于材料进入到盘式轧辊的滑动表面时所处的那一侧上的主轧辊而使该盘式轧辊与主轧辊的出口侧齿面角不平行，所述斜交角δ的设置满足下列条件(1)和(2)，

    θ₂＋2°＜δ＜9°    (1)

    δ＋θ₁＜12°           (2)

其中，θ₁为主轧辊的入口侧齿面角，θ₂为主轧辊的出口侧齿面角。

7、根据权利要求6所述的穿孔/轧制设备，其中，外径扩径比(轧材穿孔前的外直径与轧材穿孔后的外直径的比率)为1.15或更高。

8、根据权利要求6所述的穿孔/轧制设备，其中，一对主轧辊的每一个都包括一短圆柱外形的咬入段，该段位于主轧辊轴线方向的中间；一入口段，其形状大致上为一截头锥形，它的直径从咬入段朝着入口侧的端部减小，其入口侧齿面角为θ₁；以及一出口段，其形状为一截头锥形，它的直径从咬入段朝着出口侧的端部增大，其出口侧齿面角为θ₂。

9、根据权利要求6所述的穿孔/轧制设备，其中，一对盘式轧辊的每一个都为圆盘状，其面对穿孔头的圆周表面为凹曲面形状。

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