无缝钢管的制造方法
【专利摘要】一种无缝钢管的制造方法，该无缝钢管的制造方法包括以下步骤：向空心钢坯内插入芯棒并通过锻造将该空心钢坯加工为规定的直径和厚度的毛管的步骤；对上述毛管的一端进行颈缩加工的步骤；以及向一端被颈缩加工后的上述毛管内插入顶杆并使用顶管机进行冲压加工的步骤。根据该方法，能够以较高的尺寸精度、特别是较高的壁厚尺寸精度制造可制造范围较宽(大径、厚壁)的无缝钢管。
【专利说明】无缝钢管的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种能够在较宽的尺寸范围内制造尺寸精度较高的无缝钢管的无缝钢管的制造方法。具体而言，涉及一种在利用芯棒锻造制管法制造而成的毛管中应用顶管机制管法的无缝钢管的制造方法。
【背景技术】
[0002]若没有特殊说明，本说明书中的用语的定义如下所述。
[0003]“空心钢坯”:指本说明书中所述的向步骤I (芯棒锻造制管工序)提供的钢坯。为在加热了的条件下预先将钢锭穿孔而加工为空心形状的钢坯。
[0004]“毛管”:指本说明书中所述的向步骤2(颈缩工序)提供的管。为在步骤I中由空心钢坯制造而成的管。
[0005]“荒管”:指本说明书中所述的向顶管机减壁工序提供的管。为利用顶管机平整工序使内外面平整的管。
[0006]“大径”:指管的外径为IOOOmm以上。
[0007]“尺寸精度”:指管的外径和壁厚的目标尺寸与加工后的实际尺寸之差的绝对值。
[0008]大径管、例如热电厂中使用的大径再热蒸汽管等通常使用螺旋钢管。近年，热电厂中使用的大径再热蒸汽管的蒸气压设定上升等、对大径管要求的性能逐渐升高，因而逐渐需要高品质且大径的无缝钢管。
[0009]以往以来，作为大径的无缝钢管的热锻制造方法，存在有应用芯棒锻造制管法的例子。
[0010]如专利文献I所述，芯棒锻造制管法为如下的方法:向空心钢坯内插入芯棒，通过在加热的条件下进行自由锻造而使空心钢坯的壁厚逐渐减少。
[0011]芯棒锻造制管法的优点在于:通过重复锻造和再加热，而可制管尺寸的自由度较大。也就是说，能够制造厚壁且大径的无缝钢管。
[0012]另一方面，芯棒锻造制管法的缺点在于:由于利用锻造而成形，因此尺寸精度较低。因此，在热制管工序后的精加工工序中，钢管表面的切削量较大，而成品率较低。
[0013]专利文献1:日本特公平7-22802号公报
[0014]专利文献2:日本特开昭56-128611号公报
【发明内容】
[0015]发明要解决的问题
[0016]本发明的目的在于提供一种能够兼顾较高的尺寸精度、特别是优良的壁厚尺寸精度、和较宽的可制造范围(大径、厚壁)的无缝钢管的制造方法。
[0017]用于解决问题的方案
[0018]本发明人着眼于一种能够制造壁厚尺寸精度较高的无缝钢管的顶管机制管法。如专利文献2所示，顶管机制管法为如下的方法:向具有底部的空心形状的钢材内插入顶杆，通过使用冲模进行冲压加工而使壁厚减少。顶管机制管法的优点在于:由于使用冲模和顶杆等的外径及内径限制工具，因此尺寸精度较高。因此，在精加工工序中，管表面切削量较小，成品率较高。
[0019]若能够活用芯棒锻造制管法和顶管机制管法这两个制管法的优点，则能够以较高的尺寸精度制造尺寸范围较宽的无缝钢管。但是，在顶管机制管法中，使用具有底部的空心形状的原料钢坯。因此，利用芯棒锻造制管法制造而成的无缝钢管无法直接作为原料钢坯应用于顶管机制管法。其原因并不在于带底的空心钢坯，而是因为无法利用顶杆冲压。
[0020]于是，本发明人研究出了将利用芯棒锻造制管法制造出的无缝钢管应用于顶管机制管法的方法。从大量的反复试验的结果得出:若以使利用芯棒锻造制管法制造出的无缝钢管的一侧的端部的外径和内径变小的方式进行颈缩并设置底部的代替部，则能够组合两个制管方法。
[0021]本发明即是鉴于该研究的结果而做成的，其宗旨在于:
[0022]无缝钢管的制造方法的特征在于包括以下步骤:
[0023](I)向空心钢坯内插入芯棒并利用锻造将该空心钢坯加工为规定的直径和厚度的毛管的步骤；
[0024](2)对上述毛管的一端进行颈缩加工而使外径和内径缩径的步骤；以及
[0025](3)向一端被颈缩加工后的上述毛管内插入顶杆并使用顶管机进行冲压加工的步骤。
[0026]发明的效果
[0027]本发明的无缝钢管的制造方法的效果在于:在使用了芯棒锻造制管法之后使用顶管机制管法，因此，能够以较高的尺寸精度、特别是较高的壁厚尺寸精度制造尺寸范围较宽(大径、厚壁)的无缝钢管。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是颈缩加工后的毛管的纵剖视图。
[0029]图2是在顶管机制管工序中使用的顶杆的顶端部分的侧视图。
[0030]图3是顶管机制管工序中的毛管、顶杆以及冲模的结构图。
[0031]图4是比较以往的顶管机制管法与本发明的制造方法的无缝钢管的可制造范围的图。
【具体实施方式】
[0032]制造方法包括步骤I (芯棒锻造制管工序)、步骤2 (颈缩工序)、步骤3 (顶管机制管工序)。说明各步骤。
[0033]步骤I (芯棒锻诰制管工序)
[0034]在步骤I中制造毛管。顺序如下所述:
[0035](I)在使顶端尖细的工具旋转的状态下，将该工具向将长度方向设为铅垂方向地配置的钢锭的上表面按压，在加热的条件下将钢锭穿孔而做成空心钢坯；
[0036](2)以将长度方向设为水平的方式配置空心钢坯，在使该空心钢坯旋转的状态下，在加热的条件下将芯棒向空心钢坯的内表面按压，从而减壁；[0037](3)将上述(2)的工序重复一次或多次从而加工成规定的外径和壁厚的毛管。
[0038]在芯棒锻造制管工序中，期望空心钢坯的热锻在900°C~1250°C的温度范围内进行。
[0039]步骤2 (颈缩工序)
[0040]图1是颈缩加工后的毛管的纵剖视图。在步骤2中，使在步骤I中制造出的毛管I旋转，同时对其一侧的端部进行颈缩加工，从而减小其外径和内径。
[0041]被颈缩加工后的部分由毛管I的顶端侧的顶端部la、和缩径部Ib构成。缩径部Ib位于顶端部Ia与未被颈缩加工的主体部之间。顶端部Ia具有恒定的外径和壁厚。缩径部Ib的外径和内径越接近顶端则越小。
[0042]在步骤3及其之后颈缩加工而成的部分产生变形的情况下，可以适当地再次进行该颈缩加工。颈缩加工不仅能够使用冲压加工，还能够使用将毛管I的一侧的端部利用锤子敲打的方法、利用锻造机等进行旋转锻造的方法。
[0043]颈缩加工后的部分的形状
[0044]图2为在顶管机制管工序中使用的顶杆的顶端部分的侧视图。顶杆2由圆柱形的主体部2a、和设于主体部2a的顶端的圆台形的缩径部2b构成。缩径部2b的直径越接近顶杆2的顶端则越小。通常，缩径部2b形成为锥形形状。
[0045]对于毛管I的在步骤2中被颈缩加工后的部分，在将毛管的颈缩加工端侧内径设为B (mm)，将在顶管机制 管工序中使用的顶杆的顶端直径设为D (mm)的情况下，期望满足下述公式(I)。这是为了在步骤3 (顶管机制管工序)中的冲压时，降低顶杆2冲破毛管I的顶端部Ia和缩径部Ib的可能性。在满足式子(I)的情况下，还包括被颈缩加工后的部分完全封闭的情况。
[0046]B < D/4…(I)
[0047]步骤3 (顶管机制管工序)
[0048]图3为顶管机制管工序中的毛管、顶杆以及冲模的结构图。冲模3可以连接多个，也可以为一个。通常，作为冲模3，能够使用锥形冲模，冲模半角α适用为10°~20°，冲模宽度W适用为150mm~200mm。
[0049]在步骤3中，向一端被颈缩加工后的毛管I内插入顶杆2，使用顶管机进行冲压加工。期望将步骤3分为平整工序和减壁工序(以下也分别称为“顶管机平整工序”和“顶管机减壁工序”。)。
[0050]平糖工序
[0051]在平整工序中，向将一侧的端部颈缩加工后的毛管I内插入顶杆2，在冲模3内进行热冲压，从而使内外表面的形状平整化。为了利用上述的锥形冲模使毛管I的内外表面的形状平整，通过进行轻压下来施加冲压加工，获得向减壁工序提供的荒管I。
[0052]在平整工序中，利用冲模3降低毛管I的长度方向上的外径、壁厚的变动。其原因在于，例如，如果在利用锥形冲模对毛管I进行冲压时而在外表面存在有较大的凹凸，则该凹凸与锥形冲模相干涉，而难以进行冲压或无法进行冲压。
[0053]平整工序中的加工度期望在3%~7%左右。
[0054]平整工序中的毛管I的被冲压加工部(除颈缩加工后的部分以外的部分)的温度期望设为900°C~1250°C。这是因为能够降低变形阻力，而容易进行加工。[0055]由于颈缩加工后的部分为由顶杆2按压的部分，因此，为了在冲压加工时将变形抑制到最小限度，期望通过喷射水进行降温。为了利用顶杆2可靠地对毛管I进行冲压，颈缩加工后的部分的温度期望为500°C以下。下限温度期望设为400°C。这是因为，例如，也存在有像9% Cr钢这样的在冷却到低温时会因马氏体相变时的热应力而可能裂开的钢种。
[0056]减壁工序
[0057]在减壁工序中，提供在上述平整工序中利用基于轻压下的冲压加工获得的荒管I。在减壁工序中也使用结构与上述图2相同的顶杆2和冲模3。所使用的冲模3选定能够对荒管I施加规定的加工度的冲模。
[0058]减壁工序由以下的顺序组成:
[0059](I)使用内径更小的冲模3，对利用平整工序使内外表面的形状平整化的荒管施加规定的加工度且进行热冲压并进行减壁。
[0060](2)通过进行一次或重复多次上述(I)的工序，能够制造壁厚尺寸精度优良的无缝钢管。具体而言，能够使其与目标的壁厚尺寸之差形成为IOmm以下而不依赖于被冲压加工后的壁厚尺寸。
[0061]在减壁工序中，也为了降低变形阻力，容易加工，期望将被冲压加工的主体部设为900°C?1250°C。另一方面，为了可靠地利用顶杆2对荒管I进行冲压，期望向颈缩加工后的部分喷射水等而形成为500°C以下。下限温度期望设为400°C。
[0062]也可以在上述的步骤I?步骤3的工序之后设置精加工工序。精加工工序由以下的顺序构成:
[0063](I)将在步骤3中制造的无缝钢管的颈缩加工后的部分切断。
[0064](2)根据需要，对将颈缩加工后的部分切断而成的无缝钢管施加热处理。
[0065](3)作为获得的无缝钢管的精加工，通过对钢管的内表面和外表面进行切削加工或研磨加工，并且精加工成规定的表面形状和尺寸。
[0066]优诜的钢种
[0067]作为上述的制造方法中优选的钢种，可列示有以下三种。
[0068](I)具有以质量％计含有C:0.3%以下、S1:1%以下、Μη:0.1%?2%以及N:0.02%以下，且具有剩余部分由Fe和杂质构成的化学成分的碳钢
[0069](2)具有以质量％计含有C:0.15%以下、S1:1 %以下、Mn:0.I %?2%、Cr:0.5%?3.0%、N1:0.5% 以下、Mo:0.I %?3.0%、W:0 ?2%、Cu:0.I % 以下以及 N:0.002%?0.030%，且具有剩余部分由Fe和杂质构成的化学成分的低合金钢
[0070](3)具有以质量％计含有C:0.15%以下、S1:1 %以下、Mn:0.I %?2%、Cr:
8.0%?12.5%、N1:1.0% 以下、Mo:0.1%?3.0%、W:0 ?4%、Cu:0 ?1.5% 以及 N:
0.01%?0.10%，且具有剩余部分由Fe和杂质构成的化学成分的高Cr铁素体耐热钢
[0071]实施例
[0072]以下，根据实施例说明能够制造壁厚尺寸精度优良的无缝钢管的情况，以及能够扩大无缝钢管的可制造范围的情况。
[0073]实施例1
[0074]在实施例1中，说明能够扩大外径的可制造范围的事例。
[0075]1.各工序中的制管流程[0076]芯棒锻造制管工序:向由上述的高Cr铁素体耐热钢熔炼而成的空心钢坯(重量为13850kg)内插入芯棒,利用芯棒锻造制管法,制造出外径为1250mm、内径为1090mm、壁厚为80mm以及长度为6000mm的毛管。
[0077]颈缩工序:对获得的毛管的一端进行颈缩加工，使外径和内径缩径。此时的毛管的颈缩加工端侧的内径B为200mm。
[0078]顶管机平整工序:向一端被颈缩加工后的毛管内插入外径为1060_的顶杆，利用顶管机，使用内径为1240mm的冲模进行轻压下而制造出内外表面平整的荒管。此时的顶杆的顶端直径D为950mm，因此能够满足上述公式(I)。
[0079]顶管机减壁工序:利用顶管机，使用外径为1060mm的顶杆、和内径为1210mm以及内径为1190mm的冲模，对获得的荒管进行冲压加工，制造出无缝钢管。
[0080]精加工工序:制造出的无缝钢管的外径为1190mm、内径为1060mm、壁厚为65mm以及长度为7600mm。将该无缝钢管的被颈缩加工后的端部切断300mm长度，在施加了热处理后，对内外表面进行切削加工。
[0081]2.壁厚尺寸精度的比较
[0082]对于在实施例1中制造出的无缝钢管，其壁厚的尺寸精度小于IOmm而与外径为1190mm、内径为1060mm以及壁厚为65mm这样的大径无关。所以,通过对内外表面进行切削加工而精加工成外径为1170mm、内径为1080mm以及壁厚为45mm。
[0083]S卩，在实施例1中，对于外表面和内表面，精加工所需的切削量均只有10mm。
[0084]作为实施例1的对比例，直接利用芯棒锻造制管法制造出的外径为1250mm、内径为1090mm以及壁厚为80mm的毛管的壁厚尺寸精度超过了 20mm。
[0085]如上所述,对于外表面和内表面，实施例1中的切削量均只有IOmm,与此相对，由于能够假定对比例中所需的精加工切削量在外表面和内表面中均超过25mm，因此能够明确实施例1起到了显著的效果。
[0086]实施例2
[0087]在实施例2中，说明能够扩大壁厚的可制造范围的事例。
[0088]1.各工序中的制管流程
[0089]芯棒锻造制管工序:向由上述的高Cr铁素体耐热钢熔炼而成的空心钢坯(重量为25600kg)内插入芯棒,利用芯棒锻造制管法,制造出外径为1050mm、内径为640mm、壁厚为205mm以及长度为6000mm的毛管。
[0090]颈缩工序:对获得的毛管的一端进行颈缩加工，使外径和内径缩径。此时的毛管的颈缩加工端侧的内径B为100mm。
[0091]顶管机平整工序:向一端被颈缩加工后的毛管内插入外径为610mm的顶杆，利用顶管机，使用内径为1040mm的冲模进行轻压下而制造出内外表面平整的荒管。此时的顶杆的顶端直径D为500_，因此能够满足上述式子(I)。
[0092]顶管机减壁工序:利用顶管机，使用外径为610mm的顶杆、和内径为IOlOmm以及内径为990mm的冲模对获得的荒管进行冲压加工，制造出无缝钢管。
[0093]精加工工序:制造出的无缝钢管的外径为990mm、内径为610mm、壁厚为190mm以及长度为6800mm。将该无缝钢管的被颈缩加工后的端部切断300mm长度，在施加了热处理后，对内外表面进行切削加工。[0094]2.壁厚尺寸精度的比较
[0095]对于在实施例2中制造出的无缝钢管，其壁厚的尺寸精度小于IOmm而与外径为990mm、内径为610mm以及壁厚为190mm这样的厚壁无关。所以，通过对内外表面进行切削加工而精加工成外径为970mm、内径为630mm以及壁厚为170mm。
[0096]S卩，在实施例2中，精加工所需的切削量在外表面和内表面中均只有10mm。
[0097]作为实施例2的对比例，关于直接利用芯棒锻造制管法制造出的外径为1050mm、内径为640_以及壁厚为205_的毛管，在测量壁厚尺寸精度时，与实施例1相同，超过了20mmo
[0098]因此，与实施例2中的切削量在外表面和内表面中均只有IOmm相比，由于能够假定对比例中所需的精加工切削量在外表面和内表面中均超过25mm，因此能够明确实施例2起到了显著的效果。
[0099]图4是比较以往的顶管机制管法与实施例1或实施例2的无缝钢管的可制造范围的图。可制造范围的前提在于壁厚尺寸精度必须在IOmm以下。
[0100]如图4中所明确那样，在仅利用顶管机制管法(对比例)时，能够在壁厚尺寸精度为IOmm以下制造外径最大为850mm或壁厚最大为150mm的无缝钢管。相对于此，在实施例1或实施例2中，能够将可制造范围扩大到外径最大为1200mm或壁厚最大为170mm的无缝钢管。
[0101]产业h的可利用件
[0102]根据本发明的无缝钢管的制造方法，能够以较高的尺寸精度、特别是较高的壁厚尺寸精度制造尺寸范围较宽(大径、厚壁)的无缝钢管。
[0103]附图标记说明
[0104]1、毛管、荒管；la、顶端部；lb、缩径部；2、顶杆；2a、主体部；2b、缩径部；3、冲模。
【权利要求】
1.一种无缝钢管的制造方法，其特征在于， 该制造方法包括以下步骤: 向空心钢坯内插入芯棒并通过锻造将该空心钢坯加工为规定的直径和厚度的毛管的步骤； 对上述毛管的一端进行颈缩加工而使外径和内径缩径的步骤；以及 向一端被颈缩加工后的上述毛管内插入顶杆并使用顶管机进行冲压加工的步骤。
【文档编号】B21C1/26GK103974788SQ201380004151
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年2月4日 优先权日:2012年5月14日
【发明者】木原贵行 申请人:新日铁住金株式会社