CN1230138A - 无缝钢管轧制用的顶头、芯棒及无缝钢管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种即使始终在高温、高负荷的恶劣使用条件下,也能比以往大幅度地提高寿命的无缝钢管轧制用的顶头及芯棒。顶头或芯棒的整体或其顶端部与工作部的至少表层是由陶瓷制成。另外,还提供利用该顶头或芯棒制造无缝钢管的方法。
Description
技术领域
本发明涉及无缝钢管轧制用的顶头、芯棒及无缝钢管的制造方法，更详细地说，是关于作为工具配备在穿孔机、延伸机、自动轧管机、均整机、连续轧管机上，用于钢坯穿孔、扩管或管坯延伸的外观呈炮弹状的顶头、棒状体及使用该顶头、棒状体的无缝钢管的制造方法。
在本说明书中，前述各钢管轧机所使用的顶头、加上适当的该钢管轧机的名称后称为例如穿孔机顶头、延伸机顶头等。而且，在连续式轧管机中，前述棒状体相当于其他轧机的顶头，并将其称为芯棒。
背景技术
例如，在用曼乃斯曼(Mannesmann)式制管法制造无缝钢管的过程中，首先，利用前述顶头在称作穿孔机的斜轧穿孔机上对加热到规定温度的圆钢坯(以下简称钢坯)进行穿孔、轧制，制成中空管坯(以下简称空心管)。然后，在延伸机、自动轧管机、均整机或连续轧管机等延伸轧机上利用与前述相同的顶头或芯棒(以下简称棒)进行轧制，减少其壁厚。接着，根据需要把到此为止经过轧制的管再加热后，在减径机、定径机之类的张力减径轧机或定形轧机上，不利用顶头而减小其外径，得到作为最终产品的无缝钢管。另外，由自动轧管机、均整机或连续轧管机等轧制的中空管坯称作毛管。
但是，在前述利用穿孔机的穿孔轧制工序中，顶头与加热后的钢坯或空心管绝对无间隙地接触，始终处于高温、高负载下，非常容易摩耗、熔损。以往，该顶头由钢制成，而作为防止损耗的对策是对该顶头在900～1000℃下进行热处理，在其表面形成数10～数100μm的氧化层薄膜。然而，近年来，含有5wt％以上Cr的高合金钢的需要量增加，当这种顶头用于这种合金钢的制管中时，只能轧制数根钢坯，其寿命显著地缩短。
因此，曾经提出了通过改变顶头材质以提高其寿命的诸多技术方案。例如，日本特开昭60-159156号公报和特开昭60-208458号公报等揭示了在3wt％Cr-1wt％Ni钢中添加Mo或W的顶头材料。但是，穿孔机的顶头寿命仅利用这种钢系材料来改善是有限度的。例如用前述材料的顶头对奥氏体系列的不锈钢SUS304的直径为110mm、长度为2.5m的钢坯进行穿孔轧制时，顶头的寿命只不过是3根/个(用一个顶头可以穿孔轧制的钢坯根数为3根)。
另外，特开昭63-203205号公报和特公平5-85242号公报提出了通过在顶头的顶端部接合Mo基合金而提高其耐热及耐磨性的技术方案。再者，特开昭62-244505号公报提出了为达到同样目的而在顶头的顶端部接合超硬材料以及在顶头的表面喷镀陶瓷的技术方案。还有，在特开昭62-238011号公报中揭示了顶头的芯材用陶瓷、然后在其上采用各方等压力的热加工方法(通称HIP处理)形成金属粉末层的技术方案。但是，这样制造的顶头不能保证轧制中材料彼此之间的接合，其寿命大多反而比以往产品缩短。
此外，特开平2-156037号公报公开了硬质相(硼化物金属陶瓷)与Ni、Mo主体结合相的烧结体所组成的耐热性优良的顶头，使用这种顶头对例如13wt％Cr钢构成的钢坯进行穿孔时，可以用一个顶头对12根钢坯穿孔。但是，不言而喻，这种改善程度并不十分理想。
再者，特开昭60-137511号公报公开了相对于顶头的钢制母体而设置陶瓷顶端部的无缝钢管制造用的顶头。通常，顶头的下文图示的顶端部、工作部、均整部等，对于被轧制材料的作用是不同的。例如在穿孔机的穿孔轧制中，顶端部对钢坯进行穿孔，工作部对所得到的管坯迅速减薄其壁厚，均整部用于调整管坯的壁厚。但是，即使采用前述特开昭60-137511号公报所记载的只把顶端部用陶瓷制成的技术，工作部和均整部等大都易受损伤，特别是工作部的损伤更为明显。即是说，即使采用这种顶头进行穿孔轧制，其寿命也并不怎么延长，由于该工作部的损伤使所得到的空心管的内表面形状也不理想。
另一方面，作为延长顶头寿命的对策，除了前述的改变顶头材质的技术之外，还涉及顶头的使用。例如特开昭51-133167号公报与特开平1-180712号公报揭示的一边从顶头顶端部喷射润滑剂、一边进行穿孔轧制的技术，以及特开平5-138213号公报揭示的预先在顶头表面涂敷润滑剂后进行穿孔轧制的技术。但是，从顶头顶端部喷射润滑剂的技术存在着该顶端部的喷射孔易堵塞的问题，而在穿孔轧制之前涂敷润滑剂的技术存在着只能把需要量的润滑剂涂敷在顶头的表面上、并不能均匀涂敷的问题。再者，这两种技术还都存在着因使用润滑剂而导致制管成本增加的经济问题，因而到目前为止，工业上尚未采用这种技术。
以上的以往技术，是关于对钢坯进行穿孔轧制的顶头。与之对应，有关延伸机、均整机的所谓斜轧机上所使用的顶头，与穿孔机顶头同样，也提出了众多关于改善顶头材料及使用方法的技术。但是，这些提案的技术(这里省略其说明)都不能达到使钢管制造厂十分满意的顶头寿命。此外，在孔型轧机(自动轧管机、连续轧管机等)中，用于轧制空心管内表面的自动轧管机顶头、芯棒等与前述同样，不能获得十分满意的顶头及芯棒的寿命。
发明的公开
鉴于上述事实，本发明者锐意地探讨了无缝钢管制造用的顶头及芯棒的寿命问题。对此，采用把实际设备的尺寸缩小到约1/3的模型轧机，选择高合金钢的钢坯作为被轧制材料，多次进行穿孔轧制及延伸轧制的实验，之后，将所得到的结果用实际设备进行确认。
基于该结果、使用润滑剂的顶头使用方法的对策，存在着因润滑剂堵塞喷射孔或成本高等难以解决的问题。对此，通过改变顶头材质而得到的改善的结论是，如果利用最近开发或改进的材料还有改善的余地。
即是说，本发明的主要目的是提供一种即使始终在高温、高负荷的恶劣使用条件下，也能比以往技术大幅度地提高寿命的新的无缝钢管轧制用的顶头及芯棒。而且，本发明还提供一种采用这些顶头及芯棒而制造出比以往质量更好的无缝钢管的方法。
本发明通过下述措施达到这些目的。
本发明的第一方案是一种无缝钢管轧制用的顶头，适用于对钢坯进行穿孔或对已穿孔的管坯内外径进行调整，其外观形状呈炮弹状，由顶端部、工作部、均整部、平行部组成，其特征是，至少前述顶端部的表层及工作部的表层是由陶瓷制成。
本发明的第二方案是一种无缝钢管轧制用的顶头，在第一方案中，前述均整部中至少表层是由陶瓷制成。
本发明的第三方案是一种无缝钢管轧制用的顶头，适用于对钢坯进行穿孔或对已穿孔的管坯内外径进行调整，其外观形状呈炮弹状，其特征是，前述顶头整体是由陶瓷制成。
本发明的第四方案是一种无缝钢管轧制用的芯棒，适用于对管坯内外径进行调整，其形状为棒状体，由顶端部及工作部组成，其特征是，至少前述顶端部的表层及工作部的表层是由陶瓷制成。
本发明的第五方案是一种无缝钢管轧制用的芯棒，适用于对管坯内外径进行调整，其形状为棒状体，其特征是，前述芯棒整体是由陶瓷制成。
本发明的第六方案是一种无缝钢管轧制用的顶头，该顶头配备在穿孔机上，本发明第一至第三方案所使用的前述陶瓷在1200℃时具有200MPa以上的弯曲强度。
本发明的第七方案是一种无缝钢管轧制用的顶头，第六方案的陶瓷在1200℃时具有400MPa以上的弯曲强度。
本发明的第八方案是一种无缝钢管轧制用的顶头，第七方案的陶瓷在1300℃时具有200MPa以上的弯曲强度。
本发明的第九方案是一种无缝钢管轧制用的顶头，该顶头配备在延伸轧机或自动轧管机上，第一至第三方案的前述陶瓷在800℃时具有200MPa以上的弯曲强度。
本发明的第十方案是一种无缝钢管轧制用的顶头，该顶头配备在延伸轧机或自动轧管机上，第九方案的前述陶瓷在1000～1200℃时具有200MPa以上的弯曲强度。
本发明的第十一方案是一种无缝钢管轧制用的顶头，该顶头配备在均整机上，第一至第三方案的前述陶瓷在800℃时具有200MPa以上的弯曲强度。
本发明的第十二方案是一种无缝钢管轧制用的顶头，该顶头配备在均整机上，第十一方案的前述陶瓷在800～1200℃时具有200MPa以上的弯曲强度。
本发明的第十三方案是一种无缝钢管的制造方法，其特征是，在穿孔机上配备第一至第三及第六至第八方案的任一顶头，用该顶头对钢坯进行穿孔并轧制。
本发明的第十四方案是一种无缝钢管的制造方法，其特征是，在延伸机上配备第一至第三及第九至第十方案的任一顶头，用该顶头对前述管坯进行轧制。
本发明的第十五方案是一种无缝钢管的制造方法，其特征是，在均整机上配备第一至第三及第十一至第十二方案的任一顶头，用该顶头对前述管坯进行轧制。
本发明的第十六方案是一种无缝钢管的制造方法，其特征是，在自动轧管机上配备第一至第三方案的任一顶头，用该顶头对前述管坯进行轧制。
本发明第十七方案是一种无缝钢管的制造方法，其特征是，在连续轧管机上配备第四或第五方案的任一芯棒，用该芯棒对前述管坯进行轧制。
因此，根据本发明，无缝钢管用的顶头及芯棒采用陶瓷材料，这样，大幅度地提高了其寿命。此外，把该顶头或芯棒用于无缝钢管的制造，其结果是能缩短它们的更换作业所需要的时间，与以往技术相比，可显著地提高生产率。
附图的简单说明
图1是表示穿孔机顶头外观形状的示意图。
图2是表示延伸机顶头外观形状的示意图。
图3是表示自动轧管机顶头外观形状的示意图。
图4是表示均整机顶头外观形状的示意图。
图5是表示芯棒的外观形状的示意图。
图6是表示本发明第一方案的顶头外观的示意图。
图7是表示本发明第二方案的顶头外观的示意图。
图8是表示穿孔机顶头的顶头寿命(相对以往产品)与陶瓷弯曲强度的关系的示意图。
图9是表示延伸机顶头的顶头寿命(相对以往产品)与陶瓷弯曲强度的关系的示意图。
图10是表示自动轧管机顶头的顶头寿命(相对以往产品)与陶瓷弯曲强度的关系的示意图。
图11是表示均整机顶头的顶头寿命(相对以往产品)与陶瓷弯曲强度的关系的示意图。
实施发明的最佳方式
首先，在叙述最佳方式之前，先叙述用于上述实验的顶头与芯棒的形状和该实验方法。
如图1所示，穿孔机顶头1，其各部位称作顶端部10(长度：3mm、R10mm)、工作部11(长度：40mm)、均整部12(长度：50mm、倾斜角3.25°)以及平行部13(长度：15mm、φ42mm)，各部位的作用是有区别的。即是说，顶端部10用于对钢坯的中心部开孔，工作部11通过与轧辊之间保持间隙而减少管的壁厚，均整部12通过与轧辊之间保持间隙而对管的壁厚进行精加工，平行部13是便于顶头与空心管顺利脱离的部分。另外，这些部分的位置根据顶头的形状而不同。很明显，其式样也可以是与穿孔机顶头1外观形状不同的图2的延伸机顶头2(顶端部长度5mm、R10mm；工作部长度30mm；均整部长度45mm、倾斜角3.75°；平行部长度15mm、φ48mm)、图3的自动轧管机顶头3(前后对称，顶端部2mm、R5mm；工作部长度5mm；均整部长度10mm、倾斜角10°；平行部长度20mm、φ49mm)、图4的均整机顶头4(顶端部3mm、R10mm；工作部长度20mm；均整部长度60mm、倾斜角11.5°；平行部长度15mm、φ53mm)。另外，括号内标有φ的数字表示最大部分的外径。图5的芯棒5如上文所述，做成宛如顶头与支持该顶头的棒为一体的棒状体(顶端部长度3mm、R26.5mm；工作部长度3000mm；φ53mm)。在如图5所示的芯棒中，外观上大约平行的部位是用于减薄管壁的厚度的，因而在本发明的芯棒中，将该外观上平行的部位称作工作部。
在相当于本发明的顶头实验中，前述陶瓷采用了SiC、ZnO2、Al2O3及Si3N4四种陶瓷粉末。而且，该顶头的制做是通过把这些陶瓷粉末分别单独成形、烧结后再经过研磨精加工成图1及图2至图5所示的形状。这时，成形是指把陶瓷粉末与玻璃等烧结体混合再加工成顶头形状(考虑烧结引起收缩的毛坯)；烧结是指在炉内烧固(大气炉或气氛控制、等静水压炉等)；研磨是指用金刚石砂轮等进行研磨加工的。另外，本发明的顶头也可以根据轧制条件不进行研磨加工而直接采用烧结的状态。
接着，利用上述图1至5的顶头或芯棒，改变顶头或芯棒整体的材质，按照下文的方式进行这些顶头及芯棒的轧制实验。
首先，把加热到1250℃的φ50mm的SUS304钢坯用模型穿孔机轧制成外径为φ55mm的空心管。之后，对该空心管进行空冷，顺次经过以下①、②两个工序，制造成毛管。然后对各模型轧机所使用的顶头及芯棒的寿命进行评价。
①再加热到1050℃后，用5机架连续轧管机轧制成φ50mm的毛管。
②再加热到1150℃后，用延伸机轧制成φ60mm的空心管，并进行空冷，再加热到1050℃后，用自动轧管机(2道次)轧制成φ57.5mm的毛管，进行空冷，再加热到1000℃后，用均整机轧制成φ60mm的毛管。
在这里，本发明的顶头及芯棒和用来比较寿命的以往产品，其尺寸与图1～图5所示的各顶头相同，材质为下述材质。
穿孔机顶头、延伸机顶头由0.3wt％C-0.3wt％Cr-1wt％Ni系列的铸钢制成，并经过热处理使其表面生成氧化层。芯棒相当于JIS标准(SKT6)，它也经过热处理使其表面生成氧化层后，再在其上涂敷石墨系列润滑剂。自动轧管机顶头由1.5wt％C-18wt％Cr-1.5wt％Ni的铸钢制成，并经过热处理使其表面生成氧化层，然后再在其上涂敷石墨系列润滑剂。均整机顶头由3wt％C-0.6wt％Cr-0.4wt％Ni系列的铸铁制成，不经过热处理而直接进行机加工后的状态。
以下，对采用上述本发明的顶头及芯棒以及以往产品的实验结果进行说明。
表1示出了各顶头及芯棒的寿命，该寿命是用一个顶头或芯棒连续使用时受到损耗、在用别的顶头或芯棒替换之前所轧制的被轧制材(钢坯、空心管或毛管)的根数(称作耐用根数)来评价的。
表1
| 穿孔机顶头耐用根数 | 芯棒耐用根数 | 延伸机顶头耐用根数 | 自动轧管机顶头耐用根数 | 均整机顶头耐用根数 | ||
| 以往产品 | 2 | 55 | 4 | 5 | 13 | |
| 本发明产品 | SiC | 123 | 3,115 | 256 | 506 | 1,142 |
| Al2O3 | 141 | 3,882 | 275 | 486 | 1,568 | |
| ZrO2 | 181 | 4,416 | 326 | 651 | 1,922 | |
| Si3N4 | 156 | 4,006 | 301 | 466 | 1,631 | |
从表1可以看出，整体由陶瓷制作的本发明的顶头及芯棒，配备在任何一种轧机上都比以往产品明显地延长了寿命。这时，用本发明的顶头及芯棒所轧制的管子上无麻点缺陷(评价方法：轧制使用、水冷后的工具表面的目测判定)。另外，在利用以往产品的轧制中，用穿孔机每轧制1～3根就产生这种麻点缺陷、用延伸机及自动轧管机每轧制3～6根就产生这种麻点缺陷，用均整机每轧制10～15根就产生种麻点缺陷，而用连续轧管机每轧制50～70根就产生这种麻点缺陷。
因此，在本发明中，基于这种结果，首先，作为本发明的第三及第五方案，以顶头及芯棒整体是由陶瓷制成为主要条件。因此，如果实际上以这种方式制作无缝钢管轧制用的顶头及芯棒，则可望能将其寿命延长到以往产品所不能达到的水平。
另外，即使顶头或芯棒整体不用陶瓷制作，而其一部分用陶瓷制作，也可望能有同样的效果。例如，如果图1所示外观形状的顶头作为延伸机顶头、均整机顶头使用时，其分别与图2及图3所示外观形状相当的部分(顶端部10、工作部11或加上均整部12)由陶瓷制作的话，当然也可望具有与整体用陶瓷制作的顶头基本同等的寿命。此外，利用陶瓷的效果，与带氧化层的钢相比，高温时顶头表面几乎不发生变形、熔损，因而也可考虑作为陶瓷的部分，除顶头内部之外仅表层为陶瓷的情况。即，顶头内部采用以往通用的钢系列材料。
本发明者为了实现上述期待的结果，把表示顶头断面的图6(a)的顶端部10与工作部11用陶瓷制作(斜线部分)、把图6(b)的顶端部10与工作部11的表层部6mm厚的部分用陶瓷制作(斜线部分)，而其余部分用以往产品的材质制作，并把由此而得到的穿孔机顶头提供给轧制实验。把表示顶头断面的图7(a)的顶端部10～均整部12用陶瓷制作(斜线部分)，另外，把图7(b)的顶端部10～均整部12的仅表层5mm部分用陶瓷制作，其内部和其它部分用以往产品的材质制作，并把由此得到的顶头也提供给轧制实验。这相当于本发明第一及第二方案。此外，顶头整体尺寸及实验条件与前述实验相同。
此外，在制作该复合结构的顶头或芯棒时，陶瓷(斜线部分)与以往钢系材料(斜线以外的部分)的接合使用硅石·矾土系列的耐热粘接剂(硅石：氧化硅，矾土：氧化铝)。如果这样接合，即使是复合结构的顶头或芯棒，使用过程中不同材料之间也很难剥离。再者，本发明并不限于这种接合方法，也可以采用热装配合、螺钉接合等种种接合方法。
表2以顶头连续使用的耐用根数示出了该实验的结果。从表2可以看出，即使使用一部分用陶瓷制作的顶头，也能显著提高其寿命。因此，如果陶瓷与其他材料的接合强度根据顶头使用条件可维持在允许值以上，则作为顶头，可根据需要当然把预期顶头损耗激烈的部位用陶瓷制作，除此之外的部分用钢、碳等其他材料替换。当然，其他材料也可以是单一材料或复合材料。
表2
| 穿孔机顶头(陶瓷) | 耐 用 根 数 | |||||
| 以往例1(不使用) | 以往例2(顶端部) | 本发明第一方案(～工作部) | 本发明第二方案(～均整部) | |||
| 全体 | 仅表层部分 | 全体 | 仅表层部分 | |||
| 铸钢(以往产品) | 2 | - | - | - | - | - |
| SiC | - | 91 | 421 | 315 | 470 | 371 |
| Al2O3 | - | 100 | 505 | 402 | 538 | 420 |
| ZrO2 | - | 138 | 658 | 451 | 701 | 489 |
| Si3N4 | - | 125 | 575 | 435 | 626 | 463 |
本发明的第一至第二方案及第四方案，由于也采用基于上述考虑的结构，因此根据需要，如果用此替代前述第三及第五方案而在无缝钢管的制造中使用，也可以达到与第三及第五方案同样的效果。即，为了得到比以往寿命更长的顶头及芯棒，当然有必要从顶端部至少到工作部用陶瓷形成。此外，只将从顶端部到工作部的表层部用陶瓷制作时也能得到效果，在这种场合，表层部的厚度是，从顶端部到工作部为3mm以上，均整部与工作部的交界处为3mm以上，而均整部与平行部的交界处为1mm以上。不然的话，不能抗外延负荷导致的陶瓷部内侧(与钢材料的界面一侧)产生的张力，表层部分容易被破坏而不理想。
另外，本发明者在进行前述轧制实验的同时还进行了陶瓷高温弯曲试验(JISR16013点弯曲试验)，并对其结果进行整理，得到了陶瓷弯曲强度与顶头寿命的关系。此外，在这种场合，各陶瓷弯曲强度通过调整种种成形、烧结条件而变更。成形条件是指陶瓷晶粒形状(片状～粒状或球状)、粒度及混合的玻璃系列粘合剂(氧化铝系列、硼酸系列、其他或者它们的复合)的组合，烧结条件是指保持温度(700℃～1600℃)、冷却速度、环境气体及施加的压力等。
图8、图9、图10及图11依次表示穿孔机顶头、延伸机顶头、自动轧管机顶头、均整机顶头的顶头寿命(相对以往产品)与陶瓷弯曲强度的关系。另外，在这些图中，例如1000℃时的弯曲强度用“1000℃强度”表示。
本发明的第六～第十二方案是基于这种陶瓷高温弯曲的结果而作出的，根据所使用的轧机例如穿孔机、延伸机、均整机将本发明的第一-第三方案的顶头陶瓷限定在合适的高温弯曲强度下。下文叙述各自的限定理由。
本发明的第六至第八方案(穿孔机顶头)
如图8所示，穿孔机顶头的寿命随着所采用的陶瓷弯曲强度的增加而提高。于是，在1200℃强度的200MPa以上时，可以大幅度地延长寿命，此外，1200℃强度的400MPa以上或1300℃强度的200MPa以上时，寿命为以往产品的50倍以上。另外，在这种场合，所采用的陶瓷是例如Si3N4。
因此，本发明的第六方案是把陶瓷高温弯曲强度1200℃时为200MPa以上作为合适范围的穿孔机顶头。而本发明的第七方案是把陶瓷高温弯曲强度1200℃时为400MPa以上作为更加合适范围的穿孔机顶头。本发明的第八方案是陶瓷高温弯曲强度1300℃时为200MPa以上的穿孔机顶头。
本发明的第九至第十方案(延伸机顶头)
如图9所示，延伸机顶头的寿命随着所采用的陶瓷弯曲强度的增加而提高。于是，在800℃强度的200MPa以上时，可以大幅度地延长寿命，此外，在1000℃强度的200MPa以上时寿命为以往产品的50倍以上。另外，通常延伸轧机轧制时的轧制温度不会超过1200℃。在这种场合，所采用的陶瓷是例如ZnO2。
本发明的第九至第十方案(自动轧管机顶头)
如图10所示，自动轧管机顶头的寿命随着所采用的陶瓷弯曲强度的增加而提高。于是，在800℃强度的200MPa以上时，可以大幅度地延长寿命，此外，在1000℃强度的200MPa以上时寿命为以往产品的30倍以上。另外，通常自动轧管机轧制时的轧制温度不会超过1200℃。在这种场合，所采用的陶瓷是例如SiC。
因此，关于延伸机顶头或自动轧管机顶头的陶瓷高温弯曲强度，作为其合适的范围，在本发明的第九方案中规定为800℃时200MPa以上，而作为更加合适的范围，在本发明的第十方案中规定为1000℃～1200℃时200MPa以上。
本发明的第十一至第十二方案(均整机顶头)
如图11所示，均整机顶头的寿命随着所采用的陶瓷弯曲强度的增加而提高。于是，在800℃强度的200MPa以上时，可以大幅度地延长寿命，此外，在1000℃强度的200MPa以上时寿命为以往产品的100倍以上。另外，通常均整机轧制时的轧制温度不会超过1000℃。在这种场合，所采用的陶瓷是例如Al2O3。
因此，关于均整机顶头的陶瓷高温弯曲强度，作为其合适的范围，在本发明的第十一方案中规定为800℃时200MPa以上，而作为根据实情的范围，在本发明的第十二方案中规定为800℃～1200℃时200MPa以上。
最后，通过下文叙述本发明的无缝钢管的制造方法。
本发明的第十三方案是在穿孔机上使用本发明的第一至第三方案、第六至第八方案的任一方案的顶头，对钢坯穿孔并轧制的。由此而得到的空心管后续工序的处理可以利用任何方法进行轧制。即是说，在延伸机以后的轧机上，可以使用本发明的顶头或芯棒，也可以使用公知的以往产品。
此外，本发明的第十四方案是在延伸机上使用本发明的第一至第三方案、第九至第十方案的任一方案的顶头，对空心管进行轧制，对其前一工序用穿孔机的穿孔轧制或此以后工序的处理没有特别的限定。
本发明的第十五方案是在均整机上使用本发明的第一至第三方案、第十一至第十二方案的任一方案的顶头，对空心管进行轧制。除此之外，本发明的第十六方案是在自动轧管机上安装本发明的第一至第三方案、第九至第十方案的任一方案的顶头，对空心管进行轧制。还有本发明的第十七方案是在连续轧管机上安装本发明的第四或第五方案的芯棒，用该芯棒对空心管进行轧制。在这种场合，任一方案在对象轧机以外的处理中，也没有把顶头或芯棒特别限定为本发明的产品。
根据上述本发明的第十三至第十七方案，由于使用较比以往技术显著延长寿命的本发明的顶头或芯棒来制造无缝钢管，所以，因工具单位消耗的减少而降低了成本，因工具更换频率的降低而提高了生产率等，在工业生产上确实能获得各种有益的效果。
实施例
对SiC、ZnO2、Al2O3及Si3N4四种陶瓷粉末分别单独地进行压力成形、烧结，把前述1000℃强度调整到1000MPa、450MPa、1000MPa。然后，对用这种材料按照图1～图5所示的各顶头的外观形状放大到各种放大率尺寸的顶头及芯棒进行加工，该顶头及芯棒是整体用陶瓷制作的、一部分用陶瓷制作的、以及其内部不用陶瓷制作只有表层一部分用陶瓷制作的。把由此而得到产品用于以下实施例1～2中。
实施例1
利用按图1～5所示的顶头形状放大到放大率为3倍尺寸的顶头在穿孔机以及连续轧管机上顺次轧制由比9wt％Cr钢的变形抗力大的高合金钢制成的钢坯(φ175mm)，并制造成无缝钢管。这时，在穿孔轧机以及连续轧管机的两台设备上，使用本发明的到平行部为上整体用陶瓷制作的穿孔机顶头以及到工作部(外观平行部)为止的表层深度为35mm的部分用陶瓷制成的芯棒。
与以往产品的使用过程进行比较，其结果在表3中示出。另外，对本发明的顶头及芯棒的评价是以轧制了40000根钢坯时所需要的顶头及芯棒的个数来进行的。
表3
| 工具材质 | 需要的个数/40,000根钢坯 | 备注(陶瓷强度) | ||
| 穿孔机顶头 | 芯棒 | |||
| 以往产品 | 3,334 | 170 | - | |
| 本发明 | SiC | 16 | 3 | 600 MPa(800℃) |
| Al2O3 | 12 | 3 | 500 MPa(800℃) | |
| ZrO2 | 11 | 3 | 750 MPa(1000℃) | |
| Si3N4 | 13 | 3 | 500 MPa(1300℃) | |
从表3可以看出，本发明顶头及芯棒的需要个数相对以往产品来说，穿孔机顶头可以急剧地减少到1/100以下，芯棒可以急剧地减少到1/50以下，因此，极大地提高了其使用寿命。当然，其更换频率也急剧减少，使无缝钢管的生产率得以提高。此外，由于降低了轧制时顶头的阻力，使穿孔机的轧制时间缩短了20％。芯棒用润滑剂的使用量也减少了30％。
实施例2
利用按图1～5所示的顶头形状放大到放大率为6.5倍尺寸的顶头在穿孔机、延伸机、自动轧管机及均整机上顺次轧制由比16wt％Cr钢的变形抗力大的高合金钢制成的钢坯(φ350mm)，并制造成无缝钢管。这时，在上述所有轧机上使用本发明的顶头。这里，穿孔机所使用的顶头是，直至该顶头的均整部整体用陶瓷制成，延伸机的顶头是，直至该顶头的工作部的表层深度为80mm的部分用陶瓷制成，自动轧管机所使用的顶头是，整体的表层深度为70mm的部分用陶瓷制成，均整机的顶头是，直至该顶头的均整部的表层深度为25mm的部分用陶瓷制成。
与在上述所有轧机上使用以往产品的情况相比较，其结果在表4中示出。另外，对本发明的顶头的评价是以轧制了5000根钢坯时所需要的顶头的个数来进行的。
表4
| 工具材质 | 需要的个数/5,000根钢坯 | 备注(陶瓷强度) | ||||
| 穿孔机顶头 | 延伸机顶头 | 自动轧管机顶头 | 均整机顶头 | |||
| 以往产品 | 1,250 | 556 | 715 | 239 | - | |
| 本发明 | SiC | 8 | 5 | 5 | 2 | 600 MPa(800℃) |
| Al2O3 | 7 | 4 | 5 | 2 | 500 MPa(800℃) | |
| ZrO2 | 6 | 3 | 4 | 2 | 750 MPa(1000℃) | |
| Si3N4 | 7 | 4 | 5 | 2 | 500 MPa(1300℃) | |
从表4可以看出，本发明顶头的需要个数相对以往产品来说，穿孔机、延伸机、自动轧管机、均整机的各顶头可以急剧地减少到1/100以下，因此，显著地提高了寿命。当然，顶头的更换频率也急剧减少，使无缝钢管的生产率得以提高。此外，由于顶头表面是光滑的，可以把所轧制的钢管内表面的表面粗糙度平均从Rmax35μm改善到5μm。另外，钢管内表面的鳞皮痕的发生量可减少75％，从而也同样地减少了清理工时。
工业上应用的可能性
采用本发明，在制造无缝钢管过程中，与使用以往产品的情况相比较，可以大幅度地减少配备在各轧机上的顶头或芯棒的损耗。结果，不仅减少了其库存量，降低了制造费用，而且还降低了更换频率，缩短了更换作业所需要的时间。从而也提高了无缝钢管的生产率。再者，由于顶头或芯棒的形状是稳定的，因而，可以得到内表面质量好及尺寸精度高的无缝钢管。该效果特别是在变形抗力大的难以轧制的高合金的钢管制造中更为显著。
Claims (17)
1．一种无缝钢管轧制用的顶头，适用于对钢坯进行穿孔或对已穿孔的管坯的内外径进行调整，它由顶端部、工作部、均整部、平行部组成，其特征是，前述顶端部及工作部的至少表层部分是由陶瓷制成。
2．根据权利要求1所述的无缝钢管轧制用的顶头，其特征是，前述均整部的至少表层部分是由陶瓷制成。
3．一种无缝钢管轧制用的顶头，适用于对钢坯进行穿孔或对已穿孔的管坯的内外径进行调整，其特征是，前述顶头整体是由陶瓷制成。
4．一种无缝钢管轧制用的芯棒，适用于对管坯内外径进行调整，它具有顶端部及工作部，其特征是，前述顶端部及工作部的至少表层部分是由陶瓷制成。
5．一种无缝钢管轧制用的芯棒，适用于对管坯内外径进行调整，其形状为棒状体，其特征是，前述芯棒整体是由陶瓷制成。
6．根据权利要求1～3中任一权利要求所述的无缝钢管轧制用的顶头，其特征是，该顶头配备在穿孔机上，前述陶瓷在1200℃时具有200MPa以上的弯曲强度。
7．根据权利要求6所述的无缝钢管轧制用的顶头，其特征是，前述陶瓷在1200℃时具有400MPa以上的弯曲强度。
8．根据权利要求7所述的无缝钢管轧制用的顶头，其特征是，前述陶瓷在1300℃时具有200MPa以上的弯曲强度。
9．根据权利要求1～3中任一权利要求所述的无缝钢管轧制用的顶头，其特征是，该顶头配备在延伸机或自动轧管机上，前述陶瓷在800℃时具有200MPa以上的弯曲强度。
10．根据权利要求9所述的无缝钢管轧制用的顶头，其特征是，该顶头配备在延伸机或自动轧管机上，前述陶瓷在1000～1200℃时具有200MPa以上的弯曲强度。
11．根据权利要求1～3中任一权利要求所述的无缝钢管轧制用的顶头，其特征是，该顶头配备在均整机上，前述陶瓷在800℃时具有200MPa以上的弯曲强度。
12．根据权利要求11所述的无缝钢管轧制用的顶头，其特征是，该顶头配备在均整机上，前述陶瓷在800～1200℃时具有200MPa以上的弯曲强度。
13．一种无缝钢管的制造方法，其特征是，在穿孔机上配备权利要求1～3与6～8所述的任一顶头，用该顶头对钢坯进行穿孔并轧制。
14．一种无缝钢管的制造方法，其特征是，在延伸轧机上配备权利要求1～3与9～10所述的任一顶头，用该顶头对前述管坯进行轧制。
15．一种无缝钢管的制造方法，其特征是，在均整机上配备权利要求1～3与11～12所述的任一顶头，用该顶头对前述管坯进行轧制。
16．一种无缝钢管的制造方法，其特征是，在自动轧管机上配备权利要求1～3所述的任一顶头，用该顶头对前述管坯进行轧制。
17．一种无缝钢管的制造方法，其特征是，在连续轧管机上配备权利要求4或5所述的芯棒，用该芯棒对前述管坯进行轧制。
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