CN101405096B - 无缝管的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无缝管的制造方法。将坯料配置于推进机与顶头之间的轧制线上，使坯料前进而被咬入到多个倾斜轧辊间。至少在从被咬入的坯料与顶头接触之后到穿孔轧制达到稳定状态之前的期间，利用推进机推动坯料，使得坯料的行进速度大于等于在稳定状态下未利用推进机推动坯料来进行穿孔轧制时的坯料在稳定状态下的行进速度。采用该制造方法，可抑制中空管坯顶端部发生内表面缺陷。

Description

无缝管的制造方法

技术领域

本发明涉及一种无缝管的制造方法，更具体地涉及一种使用穿孔机对坯料进行穿孔轧制而制成无缝管的无缝管制造方法。

背景技术

无缝管通常利用穿孔机对实心圆形坯料进行穿孔轧制来制造。穿孔机包含：推进机(pusher)，其沿着轧制线配置在进入侧；顶头(plug)，其沿着轧制线配置在移出侧；以及多个倾斜轧辊，其夹着顶头而相对置地配置。

首先，将由加热炉加热的坯料配置于轧制线上。接着，利用推进机推压坯料的后端而沿着轧制线向多个倾斜轧辊之间输送坯料。总之，推进机具有输送坯料的作用。当坯料被咬入多个倾斜轧辊间时，停止推进机的动作。使咬入多个倾斜轧辊间的坯料一边螺旋状地前进一边进行穿孔轧制，这样形成了中空管坯。

在上述穿孔轧制中，由于受旋转锻造效果以及所付加的剪切变形的影响，存在在穿孔轧制后的中空管坯的内表面上产生叶状、鱼鳍状或鳞状折叠(以下将内表面上产生的这些缺陷称为内表面缺陷)的问题。因此，自以往起便开始研究抑制内表面缺陷发生的对策。

抑制穿孔轧制中发生内表面缺陷的方法被日本特开2000-246311号公报(以下称为专利文献1)、日本特开2001-162306号公报(以下称为专利文献2)以及日本专利第3503552号公报(以下称为专利文献3)公开。在这些文献中，通过以比以往小的压下率对坯料进行穿孔轧制来抑制内表面缺陷的发生。若以较小的压下率进行穿孔轧制，则坯料向倾斜轧辊的咬入变得不稳定，但在这些文献中，在咬入不稳定的情况下，利用推进机从后方推压坯料，来防止咬入不良。总之，在这些文献中，为了改善因减小压下率而可能造成的坯料的咬入不良，利用了推进机。

具体而言，如图7(相当于专利文献1的图4以及专利文献2的图4(c))所示，在时刻t1使坯料与倾斜轧辊以及顶头接触时，使图中实线所示的轧辊负荷(施加于倾斜轧辊的轧制方向的负荷)、以图中虚线所示的顶头负荷(顶头的推力负荷)增大。但是，因为坯料的咬入不稳定，因此在时刻t1～t3会使轧辊负荷以及顶头负荷下降。即，该期间处于发生咬入不良、坯料打滑(slip)的状态。由于坯料的咬入不稳定，因此在时刻t3时，利用推进机从后方推压坯料。由此，坯料被倾斜轧辊咬入，使轧辊负荷和顶头负荷增大。在咬入变稳定的时刻t6，结束利用推进机对推压坯料。由于坯料已经稳定地被倾斜轧辊咬入，因此之后轧辊负荷和顶头负荷逐渐增大，在时刻t7以及t8以后，轧辊负荷和顶头负荷大致恒定，穿孔轧制处于稳定状态。在这些文献中，使推进机的移动速度小于穿孔轧制处于稳定状态时的坯料的轧制方向速度。利用推进机是为了改善咬入的不良，在由于咬入不良而使坯料前进效率变低时，即由于咬入不良而使坯料的行进速度下降或停滞时，利用推进机对坯料进行推压即可。

在这样的穿孔轧制方法中，如图8(相当于专利文献1的图5)所示，坯料的轧制方向速度在从开始咬入时到推进机开始推压的时刻t3的期间内几乎不上升，在时刻t3推进机开始推压坯料后，坯料的轧制方向速度逐渐上升。并且，当利用推进机的推压而使坯料稳定地被咬入之后，坯料离开推进机，轧制方向速度上升。并且，穿孔轧制达到稳定状态后，轧制方向速度变为恒定。

但是，即使采用这些文献公开的方法对坯料进行穿孔轧制而制成中空管坯，也会产生与中空管坯的中央部分相比，在中空管坯的顶端部分发生更多内表面缺陷的问题。若利用切断装置切除发生内表面缺陷的顶端部分，则可减少残存于无缝管上的内表面缺陷，但仅是切除会造成成品率的降低。因此，优选能够抑制顶端部分发生内表面缺陷而不将发生内表面缺陷的顶端部分切除。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可抑制穿孔轧制后的中空管坯顶端部发生内表面缺陷的无缝管的制造方法。

本发明人为了对在中空管坯的顶端部分比中央部分多发生内表面缺陷的原因进行研讨，对穿孔轧制时的坯料的行进速度(轧制方向速度)以及穿孔轧制时坯料沿圆周方向的转速进行了测定。

作为试验材料，准备了外径70mm、S45C的实心圆形坯料。将所准备的坯料加热至1200℃后，使用穿孔机对已加热的坯料进行穿孔轧制。具体而言，以倾斜轧辊的倾斜角度为10°、倾斜轧辊的圆凿部(gorge)的轧辊间隔为61mm、自倾斜轧辊的圆凿部到顶头顶端的轴向距离的顶头顶端伸进量为38mm来对坯料进行穿孔轧制，制作成外径为75mm、壁厚为6mm的中空管坯。此时，未利用推进机对坯料进行推压。

采用如下方法测定穿孔轧制中的坯料的行进速度。沿着穿孔机的进入侧轧制线设置了刻度板。在穿孔轧制过程中，使用摄像机拍摄坯料后端和刻度板，以便根据刻度板可知道坯料后端单位时间的移动距离。依据拍摄的图像数据，计算出坯料的行进速度。

另一方面，采用如下方法测定穿孔轧制过程中的坯料的转速。在坯料后端面的外周缘附近安装有作为标记的销，使用摄像机来拍摄穿孔轧制过程中销在坯料后端面上的移动。根据拍的摄图像数据，求出单位时间的销沿圆周方向的移动量，并计算出坯料的转速。

图1表示坯料行进速度的测定结果。横轴表示距坯料与倾斜轧辊相接触的位置(咬入位置)的坯料移动距离(mm)。纵轴表示坯料行进速度比。所谓行进速度比是指各移动距离的坯料行进速度与穿孔轧制处于稳定状态时的坯料行进速度的平均值之比。如图1所示，坯料行进速度随着坯料与倾斜轧辊进行接触(LE0)、被咬入而急速下降。并且，在坯料顶端与顶头顶端接触而开始进行穿孔的距离LE1处，坯料行进速度最低。之后，随着坯料稳定地被咬入(即坯料不打滑地行进)、逐渐进行穿孔，行进速度也逐渐增大。再者，在穿孔轧制成为稳定状态的距离LE2处，行进速度大致恒定。总之，与图8同样，在被倾斜轧辊咬入并由顶头开始穿孔之后到达到稳定状态之前的坯料行进速度比在稳定状态下的行进速度低。

另一方面，在坯料与倾斜轧辊接触之后到穿孔轧制达到稳定状态、最终结束穿孔轧制之前，坯料的转速都大致相同。

根据以上的调查结果，本发明人得出了如下见解。在坯料被倾斜轧辊咬入而由顶头开始穿孔之后至穿孔轧制达到稳定状态之前的期间，即在图1中的从距离LE1到距离LE2的区间，坯料的行进速度比稳定状态(图1中的距离LE2之后)下的行进速度低。另一方面，坯料转速在穿孔轧制中大致恒定。因此，在LE1～LE2之间的坯料向行进方向的每单位移动量的旋转锻造次数比图中LE2之后(稳定状态)多。由于坯料顶端部在LE1～LE2之间进行穿孔，旋转锻造效果比在稳定状态下进行穿孔的坯料的中央部和后端部相比更显著地起作用。其结果，在相当于被穿孔的坯料顶端部的中空管坯顶端部多发生内表面缺陷。

鉴于以上见解，本发明人认为为了抑制中空管坯顶端部发生内表面缺陷，达到稳定状态之前的坯料的行进速度比以往高即可。若增大行进速度，则坯料每旋转一圈的移动量变大，由此可减少旋转锻造次数。结果抑制了旋转锻造效果，从而抑制了内表面缺陷的发生。并且，认为若使穿孔轧制达到稳定状态之前的坯料行进速度大于等于在稳定状态下的行进速度，则可将中空管坯顶端部发生内表面缺陷的程度抑制成与中空管坯中央部以及后端部同等的程度或以下。

通过以上的研究，本发明人完成了如下的发明。

本发明的无缝管的制造方法使用穿孔机对实心圆形坯料进行穿孔轧制，所述穿孔机包括：推进机，其沿着轧制线配置在进入侧；顶头，其沿着轧制线配置在移出侧；以及多个倾斜轧辊，其夹着顶头而相对置地配置。本发明的无缝管的制造方法包括：将上述坯料配置于推进机与顶头之间的轧制线上的工序；使坯料前进而被多个倾斜轧辊咬入的工序；以及至少在被咬入的坯料与顶头接触之后至穿孔轧制达到稳定状态之前的期间，利用推进机推动坯料，使得坯料行进速度大于等于在稳定状态下未利用推进机推动坯料来进行穿孔轧制时的坯料在稳定状态下的行进速度的工序；优选本发明的无缝管的制造方法还包括在穿孔轧制前，以满足式(1)和式(2)的方式来设定倾斜轧辊的位置的工序，

Dg/d≥4.5             (1)

-0.01053EL+0.8768≤DFT≤-0.01765EL+0.9717  (2)

在此，Dg是倾斜轧辊的圆凿部的轧辊直径(mm)，d是上述坯料的外径(mm)，式(2)中的DFT是圆凿部牵伸比，EL是穿孔轧延比，该DFT和EL分别由以下的式(3)和(4)来定义，

DFT＝Rg/d    (3)

EL＝L1/L0    (4)

在此，Rg是圆凿部处的最短距离的轧辊间隔(mm)，L0是坯料的长度(mm)，L1是对坯料进行穿孔轧制而制成的中空管坯的长度(mm)。

在此，所谓稳定状态是指例如从所穿孔轧制的坯料的顶端自倾斜轧辊后端间拔出时到坯料后端与倾斜轧辊接触时的期间。

在本发明的无缝管的制造方法中，至少在坯料被倾斜轧辊咬入而与顶头接触之后到穿孔轧制成为稳定状态的期间(以下将该期间称为非稳定状态)，利用推进机推动坯料。即，在坯料稳定地被倾斜轧辊咬入之后，至少到穿孔轧制成为稳定状态之前，也利用推进机推动坯料。此时，使非稳定状态下的坯料行进速度大于等于在稳定状态下未利用推进机推动坯料来进行穿孔轧制时(以下称为未利用推进机进行穿孔)的坯料在稳定状态下的行进速度。由此，可使中空管坯顶端部受到的旋转锻造效果为与中空管坯中央部和后端部受到的旋转锻造效果同等的程度或以下。因此，可抑制中空管坯顶端部发生内表面缺陷。

在此，非稳定状态下的坯料行进速度是指例如坯料在非稳定状态下的行进速度的平均值。稳定状态下的行进速度是指例如在未利用推进机进行穿孔时坯料在稳定状态下的行进速度的平均值。

优选在推动工序中，至少在被咬入的坯料与顶头接触之后至穿孔轧制达到稳定状态之前的期间，利用推进机推动坯料，使得作用于顶头上的推力负荷大于等于在稳定状态下未利用推进机推动坯料进行穿孔轧制时的稳定状态下作用于顶头上的推力负荷。

在此，顶头的推力负荷是指施加于顶头的轴向的作用负荷(通称为顶头负荷)。

在这种情况下，非稳定状态下的坯料的行进速度大于等于未利用推进机进行穿孔时的稳定状态下的坯料的行进速度。因此，可比以往减少非稳定状态下的旋转锻造次数。其结果，减少了中空管坯顶端部的内表面缺陷。

在这种情况下，通过满足式(2)，可抑制稳定状态的坯料前进效率的下降。也就是可抑制坯料在稳定状态下打滑。因此，可防止在穿孔轧制过程中发生坯料打滑而停止、或者坯料后端部堵在倾斜轧辊间的所谓尾部未完成的情况。而且，可防止坯料在稳定状态下发生打滑，因此可抑制因打滑所导致的旋转锻造效果的增大，从而可抑制在稳定状态下发生内表面缺陷。

优选本发明的无缝管的制造方法还包括当穿孔轧制成为了稳定状态时、停止用推进机推动坯料的工序。

在这种情况下，判断为处于稳定状态之后，停止推进机动作，由此可防止推进机的多余负荷继续施加到穿孔轧制过程中的顶头以及坯料上。

优选穿孔机还具有检测装置，该检测装置配置于移出侧，用于检测中空管坯的顶端是否通过了倾斜轧辊后端间。在停止工序中，当检测装置检测到通过了倾斜轧辊后端间的中空管坯顶端时，则停止用推进机推动坯料。

在以往的穿孔轧制中，如上述的图7所示，若监视穿孔轧制过程中的顶头的推力负荷，就可判断穿孔轧制是否处于稳定状态。原因在于顶头的推力负荷在非稳定状态下逐渐上升，而在稳定状态下大致恒定。因此，若预先测定稳定状态时的顶头的推力负荷，可依据该测定值来判断穿孔轧制是否处于稳定状态。

但是，在本发明中不能采用上述方法来判断稳定状态。原因在于在本发明中，在非稳定状态下施加于顶头上的推力负荷大于等于未利用推进机进行穿孔时的稳定状态下所施加的推力负荷。

因此，在本发明中，根据进行穿孔轧制的坯料的顶端部分是否通过倾斜轧辊后端来进行判断。这是因为若坯料的顶端部分通过倾斜轧辊后端，则穿孔轧制已经处于稳定状态。当判断为处于稳定状态之后则停止推进机的动作，由此可防止多余的负荷继续施加到穿孔轧制过程中的顶头和坯料上。

附图说明

图1是表示在未利用推进机进行坯料的推压的穿孔轧制中的坯料行进速度的测定结果的图。

图2是表示本发明的实施方式的穿孔机结构的俯视图。

图3是表示图2的穿孔机结构的侧视图。

图4是用于说明图2的穿孔机的倾斜轧辊间隔的图。

图5是表示本发明的无缝管的制造方法中的穿孔轧制时的坯料行进速度的图。

图6是表示在实施例2中测定出的圆凿部牵伸比与穿孔轧延比之间的关系的图。

图7是表示以往进行穿孔轧制时的顶头负荷的变化趋势的图。

图8是表示以往进行穿孔轧制时的坯料行进速度的变化趋势的图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。对图中的相同或相当部分标注同一附图标记而不重复其说明。

穿孔机

参照图2以及图3，穿孔机10包括：两个锥型倾斜轧辊(以下简称为倾斜轧辊)1、顶头2、顶杆3、推进机4、以及配置于穿孔机10的移出侧的HMD(Hot Metal Detector，热金属检测器)51。

两个倾斜轧辊1隔着轧制线X-X而相互相对置地配置。各倾斜轧辊1相对于轧制线X-X具有倾斜角δ以及交叉角γ。顶头2配置于两个倾斜轧辊1之间，且配置于轧制线X-X上。顶杆3沿着穿孔机10的移出侧的轧制线X-X配置，其顶端与顶头2的后端相连接。

推进机4在穿孔机10的进入侧前方沿着轧制线X-X配置。推进机4包括：缸主体41、缸轴42、连接构件43以及坯料推压棒44。坯料推压棒44利用连接构件43以可沿圆周方向旋转的方式与缸轴42相连接。缸主体41是油压式或电动式，可使缸轴42前进和后退。推进机4使坯料推压棒44的顶端面与坯料20的后端面相抵接，利用缸主体41使缸轴42和坯料推压棒44前进，由此从后方对坯料20进行推压。

推进机4将坯料20沿轧制方向推动，使坯料20被倾斜轧辊1咬入。推进机4还至少在从被咬入的坯料20与顶头2的顶端接触之后到穿孔轧制成为稳定状态的期间继续推压坯料20，即在非稳定状态的期间继续推压坯料20。

检测装置HMD51配置于穿孔机10的移出侧、即倾斜轧辊1的后端附近。HMD51对穿孔轧制的中空管坯的顶端部是否通过了倾斜轧辊1间进行检测。根据HMD51的检测结果，当中空管坯的顶端部通过倾斜轧辊1间时，停止推进机4对坯料20的推压。

无缝管的制造方法

接着，对使用了上述穿孔机10的无缝管的制造方法进行说明。

第1工序

首先，准备圆凿(gorge)部的轧辊直径满足式(1)的倾斜轧辊1。

Dg/d≥4.5(1)

在此，Dg是圆凿部的轧辊直径(mm)，d是穿孔轧制的坯料20的外径(mm)。

若Dg/d小于4.5，则坯料20被倾斜轧辊1咬入时的旋转方向(坯料圆周方向)的咬入角变大，容易发生打滑现象。在此，所谓咬入角是指，在包括倾斜轧辊1表面上最初与坯料20接触的点并以轧制线X-X为法线的横截面上，将连结与坯料20开始接触的倾斜轧辊表面上的点与倾斜轧辊的中心轴上的点的线段、与连结轧制线X-X上的点与倾斜轧辊的中心轴上的点的线段形成的角度。为了抑制因咬入角增大造成打滑的发生，准备满足式(1)的倾斜轧辊1，并将所准备的倾斜轧辊1配置于穿孔机10上。

第2工序

接着，对两个倾斜轧辊1的位置进行设定。参照图4，将成为倾斜轧辊1的圆凿部的最短距离的轧辊间隔设为Rg时，对倾斜轧辊1的位置进行设定，使得满足以下的式(2)。

-0.01053EL+0.8768≤DFT≤-0.01765EL+0.9717(2)

式(2)中的DFT是圆凿部牵伸比(gorge draft ratio)，而EL是穿孔轧延比，它们分别由如下的式(3)和(4)来定义。

DFT＝Rg/d    (3)

EL＝L1/L0    (4)

在此，L0是穿孔前的坯料20的长度(mm)。L1是对坯料20进行穿孔轧制而制成的中空管坯的长度(mm)。若确定了坯料20的外径d(mm)和长度L0(mm)、穿孔后的中空管坯的外径和壁厚，则可通过计算算出中空管坯的长度L1(mm)。

通过满足式(2)，从穿孔轧制达到稳定状态至穿孔轧制结束可抑制坯料20的前进效率的下降。因此，可在稳定状态下防止旋转锻造效果，从而可抑制在稳定状态下发生内表面缺陷。总之，可降低坯料20中央部和后端部的内表面缺陷。以下，对这一点进行详细说明。

圆凿部牵伸比DFT越小，轧辊间隔Rg就越小。因此，穿孔中的坯料20中，其横截面形状的椭圆率变大，且向倾斜轧辊1的旋转方向的咬入角度变大。咬入角度的增大会引起坯料20的打滑。

另一方面，圆凿部牵伸比DFT越大，轧辊间隔Rg就越大，因此倾斜轧辊1与坯料20的接触面积变小而引起打滑。因此，必须考虑咬入角度和接触面积而将圆凿部牵伸比设定为适当值。

而且，穿孔轧延比EL越大，进行穿孔轧制的坯料与顶头2的接触面积就越大。若接触面积变大，受到来自顶头2的阻力就变大，越容易打滑。这是因为，为了增大穿孔轧延比EL，必须增大顶头2的外径而使中空管坯的壁厚变薄。

从上述可知，坯料20在从稳定状态至穿孔轧制结束的期间内发生打滑与圆凿部牵伸比DFT和穿孔轧延比EL有关。因此，在达到稳定状态之后至穿孔轧制结束的期间为了防止出现坯料20的前进效率下降，必须考虑到穿孔轧延比EL而对圆凿部牵伸比DFT进行设定。

若使DFT满足式(2)，则可抑制坯料20前进效率的下降，并可抑制在达到稳定状态之后至穿孔轧制结束的期间发生内表面缺陷。若DFT值处于式(2)的范围外，则坯料20容易打滑，使前进效率下降。因此，穿孔轧制中的坯料20或打滑、或发生尾部未完成等现象。而且，由于发生打滑等，也容易发生内表面缺陷。

第3工序

调整倾斜轧辊1的配置位置后，输送坯料20，将其配置在推进机4与顶头2之间。

接着，对已安置的坯料20进行穿孔轧制。首先，推进机4将坯料20推动到倾斜轧辊1之间，使坯料20被两个倾斜轧辊1咬入。具体而言，推进机4使坯料推压捧44的顶端面与坯料20的后端面抵接，利用缸主体41的区动力使坯料推压棒44向穿孔机10的进入侧前进。

第4工序

坯料20被倾斜轧辊1咬入，开始进行穿孔轧制。在此，从被咬入坯料20的顶端与顶头2的顶端相接触之后至达到稳定状态、即在非稳定状态下，推进机4推动坯料20，使得坯料20的行进速度大于等于未利用推进机进行穿孔时的坯料在稳定状态下的行进速度。在此，非稳定状态下的行进速度是指非稳定状态中的坯料20的行进速度的平均值，所谓未利用推进机进行穿孔时的坯料的行进速度是指与坯料20大致相同的外径以及相同钢种的坯料在稳定状态下的行进速度的平均值。

优选推进机4将推力施加于坯料20上来推动坯料20，使得在非稳定状态下施加于顶头2上的推力负荷大于等于未利用推进机进行穿孔时的稳定状态下施加于顶头2上的推力负荷。

由此，可防止非稳定状态下坯料20发生打滑。而且，坯料20在非稳定状态下的行进速度比在以往的非稳定状态下的行进速度快，因而与以往相比抑制了非稳定状态下产生的旋转锻造效果。因此，可抑制在中空管坯顶端部产生内表面缺陷。

并且，由于坯料20在非稳定状态下的行进速度大于等于其在稳定状态下的行进速度，因此可将非稳定状态下的旋转锻造效果抑制成与稳定状态下的旋转锻造效果相同程度或者以下的程度。由此，可抑制在中空管坯顶端部上产生内表面缺陷。

另外，也可以预先测定稳定状态下的顶头的推力负荷，也可以根据倾斜轧辊转速、坯料的形状等各种条件通过计算求出该推力负荷。根据通过测定或计算而求出的稳定状态下的顶头的推力负荷，对推进机4施加于坯料上的推力(推进机压力)以及坯料推压捧44的行进速度进行设定。

而且，也可以预先测定未使用推进机穿孔的稳定状态的坯料行进速度，也可以根据倾斜轧辊转速、坯料的形状等各种条件通过计算而求出该坯料行进速度。在用推进机4推动坯料20，使得坯料20在非稳定状态下的行进速度大于等于在稳定状态下的行进速度时，可根据预先测定或算出的坯料20在稳定状态下的行进速度，来设定推进机压力以及坯料推压棒44的行进速度。

第5的工序

在穿孔轧制转到稳定状态后，由配置在倾斜轧辊1后方的HMD51检测到通过了倾斜轧辊1后端的中空管坯的顶端时，结束推进机4对坯料20的推压。当中空管坯的顶端通过了倾斜轧辊的后端时，则穿孔轧制转到稳定状态，因此，即使推进机4的动作停止，坯料也以恒定的速度进行穿孔轧制。

根据以上的方法，在本发明的无缝管的制造方法中，至少在从被咬入的坯料20与顶头2的顶端接触之后到穿孔轧制进入稳定状态之前的期间(非稳定状态)，利用推进机4推动坯料20。因此，可抑制在非稳定状态下坯料20发生打滑，并可抑制旋转锻造效果。其结果，可抑制中空管坯顶端部发生内表面缺陷。

图5表示的是作为本发明的一例，利用推进机4对坯料20进行推动时的坯料20的行进速度的变化趋势，在进行推动时使得在非稳定状态下施加在顶头2上的推力负荷大于等于未利用推进机进行穿孔时的稳定状态下施加在顶头2上的推力负荷。在用于得到图5的试验中，在距离LE2以后也利用推进机进行推动。其他条件与图1相同。

图5中的纵轴的坯料行进速度比是指，各移动距离的坯料行进速度与未利用推进机进行穿孔时的稳定状态下的行进速度的平均值之比。在图5中的距离LE1～距离LE2之间的大致整个区间中，坯料行进速度大于等于图1中的距离LE2之后的行进速度，即大于等于未利用推进机进行穿孔时的稳定状态下的行进速度，在图5中的非稳定状态下的坯料行进速度的平均值大于等于图1的未利用推进机进行穿孔时的稳定状态下的坯料行进速度的平均值。即，图5的非稳定状态下的坯料行进速度比图1的非稳定状态下的行进速度快。这样，本发明可使非稳定状态下的行进速度比以往快，因此可抑制非稳定状态下产生的旋转锻造效果，从而可抑制中空管坯顶端部发生内表面缺陷。

并且，通过满足式(1)和式(2)，可抑制稳定状态中的坯料20的前进效率的下降，并可防止稳定状态的打滑的发生。而且，因为可防止发生打滑，因此在从穿孔轧制达到稳定区域到穿孔轧制结束的期间中可抑制在进行穿孔轧制的中空管坯中央部和后端部发生内表面缺陷。

并且，若在转到稳定状态后停止推进机4推动坯料20，则可防止多余的负荷被继续施加到顶头2、倾斜轧辊1上。通常，若在穿孔轧制中对施加到顶头2上的推力负荷进行监视，可判断穿孔轧制是否处于稳定状态。这是因为，如图7所示，在以往的穿孔轧制中，顶头2的推力负荷在非稳定状态下逐渐上升，在稳定状态下大致保持恒定。因此，在以往的穿孔轧制中，若预先对稳定状态下的顶头2的推力负荷进行测定，就可依据该测定值来判断是否处于稳定状态。但是，在本发明中，不能使用该方法来判断稳定状态。这是由于，在本发明中，非稳定状态的顶头2的推力负荷大于等于稳定状态的推力负荷。

因此，在本发明中，在穿孔机10的移出侧、即倾斜轧辊1的后端附近设置检测装置HMD51。并且，利用HMD51来判断穿孔轧制的中空管坯的顶端部分是否通过了倾斜轧辊1的后端。若中空管坯的顶端部分通过了倾斜轧辊1，则穿孔轧制已处于稳定状态。

另外，在本实施方式中，以HMD作为检测装置，但也可以是光电传感器、激光传感器等其他检测装置。只要是可检测出通过了倾斜轧辊1的后端的中空管坯的顶端的装置即可。

虽然在本实施方式中，实施了第1工序～第5的工序，但是为了抑制中空管坯顶端部发生内表面缺陷，至少实施第3和第4的工序即可。而且，虽然在第5的工序中，在稳定状态下停止了推进机4的动作，但是也可以如图5所示那样在稳定状态下也利用推进机继续推压坯料20。此时，可抑制在非稳定状态以及稳定状态的旋转锻造效果。

另外，可以从坯料20被倾斜轧辊1咬入之前就利用推进机4推动坯料20，也可以在坯料20被倾斜轧辊咬入之后利用推进机4对坯料2进行推动。总之，只要在至少包含非稳定状态的期间利用推进机4推动坯料20，就可抑制在中空管坯顶端部发生内表面缺陷。

也可以将推进机4配置于可调整高度的未图示的台架上，调整推进机4的位置(垂直方向位置和水平方向位置)，使得坯料推压棒44的中心轴线与坯料的中心轴线大致重合。此时，即使将推进机压力设定得较大，推动坯料的力增大，也可防止坯料发生弯曲。

穿孔机10还可以在进入侧设置用于限制坯料的压辊，以使坯料的中心轴线不偏离轧制线X-X。

本发明的实施方式中，将倾斜轧辊1设为锥型，但也可采用筒型(barrel)。

另外，对变形能力低的钢种的坯料、采用连续铸造法制成的坯料(所谓CC round billet连铸圆坯)等、以及沿着中心轴线残存有气孔(porosity)的坯料进行穿孔轧制时，通过实施本实施方式的无缝管制造方法，可提高在非稳定状态下的行进速度，同时提高咬入性。

优选设定穿孔机的倾斜轧辊的间隔等，使得按下式(5)所示设定的旋转锻造次数为1.5次以下，并实施穿孔轧制。此时，可降低在坯料20被倾斜轧辊1咬入之后到与顶头2顶端接触的期间的旋转锻造次数，从而可进一步抑制在中空管坯顶端部发生内表面缺陷。另外，即使不满足式(5)的条件，也可某种程度上获得本发明的效果。

N＝Ld/(0.5×Vf×π×d/Vr)         (5)

在此，Ld是从坯料20顶端与倾斜轧辊表面相接触的位置至坯料20的顶端到达顶头2的顶端的轧制线X-X方向的距离(mm)。另外，Vf是坯料20的旋转方向速度(mm/s)，Vr是坯料20的行进方向速度(mm/s)。

实施例1

以施加于顶头上的推力负荷不同的各种条件来实施穿孔轧制，调查了中空管坯顶端部的内表面缺陷的发生率。

沿着采用连续铸造法制成的、含有0.2质量％的C(炭)的、外径为225mm的实心圆形坯料的中心轴线切出外径为70mm的实心圆形坯料。使用加热炉将所切成的坯料加热至1200℃。

使用图2所示的穿孔机对已加热的坯料进行穿孔轧制，制成中空管坯。具体而言，以表1所示的各试验编号的条件，利用推进机对每个试验编号100根坯料进行穿孔轧制。通过下式(A)求出表1中的顶头负荷比。

顶头负荷比＝在非稳定状态下施加于顶头上的推力负荷PA(t)/在未利用推进机进行穿孔时的稳定状态下施加于顶头上的推力负荷PB(t)        (A)

在实施例中，以在非稳定状态下作用于顶头上的推力负荷的平均值作为推力负荷PA。另外，不利用推进机预先对数根上述坯料进行穿孔轧制，以在该稳定状态下作用于顶头上的推力负荷的平均值作为推力负荷PB。

表1中的推进机推力(t)是指已被设定的推进机推力。非稳定状态下的速度(mm/s)是指坯料在非稳定状态下的行进速度的平均值，稳定状态下的速度(mm/s)是指坯料在未利用推进机时的稳定状态下的行进速度的平均值。

除表1以外的条件如表2所示，各试验编号为相同的条件。另外，如表2所示，在本实施例中，满足式(1)和式(2)。

表1

试验编号	推进机推力(ton)	PA(ton)	PB(ton)	顶头负荷比	设定的旋转锻造次数(次)	非稳定状态下的行进速度(mm /s)	稳定状态下的行进速度(mm/s)	内表面缺陷发生率(％)
									1	0.2	5.1	9.2	0.55	2.00	50	65	80
2	0.5	6.0	9.2	0.65	1.80	55	65	60

试验编号	推进机推力(ton)	PA(ton)	PB(ton)	顶头负荷比	设定的旋转锻造次数(次)	非稳定状态下的行进速度(mm /s)	稳定状态下的行进速度(mm/s)	内表面缺陷发生率(％)
									3	1.0	8.5	9.2	0.92	1.50	55	65	30
4	2.5	9.0	9.2	0.98	1.00	60	65	10
									5	2.0	9.9	9.2	1.08	1.50	65	65	2
6	2.0	9.9	9.2	1.08	1.00	70	65	1
									7	2.0	9.9	9.2	1.08	1.00	75	65	0
8	2.5	10.2	9.2	1.11	0.50	80	65	0
									9	5.0	11.0	9.2	1.20	0.00	70	65	0

表2

在距所制成的中空管坯的顶端200mm的范围内对内表面进行目测观察，调查有无内表面缺陷。即使只发生一个内表面缺陷的情况下，也判断为在该坯料上发生了内表面缺陷。对于各试验编号的试验，根据下式(B)求出内表面缺陷发生率。

内表面缺陷发生率＝发生内表面缺陷的坯料根数/坯料总数    (B)

在此，坯料总数是指在各试验编号下进行穿孔轧制的坯料总数，在本实施例中，如上所述为100根。在本实施例中，内表面缺陷发生率小于5％时，则评价为可抑制内表面缺陷。

所求出的内表面缺陷发生率如表1所示。

参照表1，试验编号1～4的非稳定状态的行进速度小于稳定状态的行进速度，超出了本发明的范围。而且，顶头负荷比小于1.0，超出了本发明的范围。因此，内表面缺陷发生率超过了5％。

与此相对，试验编号5～9的顶头负荷比为1.0以上，非稳定状态的行进速度大于等于稳定状态的行进速度。因此，与试验编号1～4相比，内表面缺陷发生率显著降低。另外，若将顶头负荷比提高到1.08以上，且设定锻造次数为1.0次以下，则内表面缺陷的发生率为0％。

实施例2

以顶头负荷比为恒定、圆凿部牵伸比DFT及穿孔轧延比EL互不相同的各种条件来实施穿孔轧制，调查了穿孔轧制中的坯料是否打滑。

准备钢种为JIS规格的S45C、外径为70mm的实心圆形坯料。使用加热炉将所准备的实心圆形坯料加热到1200℃后，使用图2所示的穿孔机对其进行穿孔轧制，制作成中空管坯。此时，圆凿部牵伸比DFT和穿孔轧延比EL为每个坯料都不同的值。圆凿部牵伸比DFT和穿孔轧延比EL以外的条件对任一坯料均如表3所示。另外，如表3所示，顶头负荷比为1.20，非稳定状态的坯料行进速度大于等于未利用推进机时的稳定状态的坯料行进速度。

进行穿孔轧制时，利用推进机推压坯料使其被倾斜轧辊咬入，并继续推压坯料直到穿孔轧制处于稳定状态。从坯料已咬入的位置再将坯料推入300mm后，便停止推进机的动作。

表3

在推进机停止后，调查在穿孔轧制过程中是否发生打滑。当穿孔轧制中的坯料在中途中止行进时，或者在穿孔轧制坯料后端时过程中中止行进时(所谓尾部未完成)，判断为因打滑而发生了轧制不良。

调查结果如图6所示。图6中的横轴表示穿孔轧延比EL，纵轴表示圆凿部牵伸比DFT。在图6中，带“○”标记的表示未因打滑而发生轧制不良，可进行稳定的穿孔轧制，带“●”标记的表示在穿孔轧制中打滑增大而发生了轧制不良。参照图6，若圆凿部牵伸比D FT和穿孔轧延比EL满足式(2)时，则未发生轧制不良。另一方面，若圆凿部牵伸比DFT和穿孔轧延比EL不满足式(2)时，则发生了轧制不良。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但上述的实施方式只不过是用于实施本发明的例示。因此，本发明并不限于上述实施方式，可在不脱离其要旨的范围内对上述实施方式进行适当变形来实施。

工业上的可利用性

本发明的无缝管的制造方法可利用于使用穿孔机对坯材进行穿孔轧制而制成中空管坯的无缝管的制造方法。

Claims (4)

1.一种无缝管的制造方法，其使用穿孔机对坯料进行穿孔轧制，所述穿孔机包括：推进机，其沿着轧制线配置在进入侧；顶头，其沿着轧制线配置在移出侧；以及多个倾斜轧辊，其夹着顶头而相对置配置；其特征在于，该无缝管的制造方法包括：

将上述坯料配置于上述推进机与上述顶头之间的轧制线上的工序；

使上述坯料前进而被上述多个倾斜轧辊咬入的工序；

以及至少在上述被咬入的坯料与上述顶头接触之后到穿孔轧制达到稳定状态之前的期间，利用上述推进机推动上述坯料，使得坯料行进速度大于等于在稳定状态下未利用推进机推动坯料来进行穿孔轧制时的坯料在稳定状态下的行进速度的工序；

该无缝管的制造方法还包括在穿孔轧制前、以满足式(1)和式(2)的方式来设定上述倾斜轧辊的位置的工序，

Dg/d≥4.5(1)

-0.01053EL+0.8768≤D FT≤-0.01765EL+0.9717(2)

式中，D g是倾斜轧辊的圆凿部的轧辊直径，d是上述坯料的外径，式(2)中的D FT是圆凿部牵伸比，EL是穿孔轧延比，该D FT、EL分别由如下的式(3)和(4)来定义，

DFT＝Rg/d    (3)

EL＝L1/L0     (4)

式中，Rg是上述圆凿部处的最短距离的轧辊间隔，L0是上述坯料的长度，L1是穿孔后的中空管坯的长度，并且，上述轧辊直径、坯料的外径、坯料的长度、中空管坯的长度以及轧辊间隔的单位均为mm。

2.根据权利要求1所述的无缝管的制造方法，其特征在于，

该无缝管制造方法包括这样的工序：在上述推动工序中，至少在上述被咬入的坯料与上述顶头接触之后到穿孔轧制达到稳定状态之前的期间，由上述推进机推动上述坯料，使得作用于上述顶头上的推力负荷大于等于在稳定状态下未利用推进机推动坯料来进行穿孔轧制时的上述稳定状态下作用于上述顶头上的推力负荷。

3.根据权利要求1所述的无缝管的制造方法，其特征在于，

该无缝管的制造方法包括当穿孔轧制成为了稳定状态时、停止用上述推进机推动上述坯料的工序。

4.根据权利要求3所述的无缝管的制造方法，其特征在于，

上述穿孔机还具有检测装置，该检测装置配置于上述移出侧，用于检测中空管坯的顶端是否通过了上述倾斜轧辊后端间，

在上述停止工序中，当上述检测装置检测到通过了上述倾斜轧辊后端间的中空管坯的顶端时，停止用上述推进机推动上述坯料。

Images