[发明专利]用于生产低偏心率无缝钢管的方法和设备

说明书

本发明涉及一种在轧机中制造无缝钢管的方法，该轧机配有一个或多个连续定位的纵轧机或横轧机以及在轧制过程中在轧件(1)中用作芯棒或穿孔顶头的内部工具。目的是提供一种显著降低轧件偏心率的方法。为了实现该目的，内部工具的纵轴通过一种设备被驱动与轧件纵轴保持距离的运动。同时保持该工具在轧制过程中被轧件驱动的围绕其轴的旋转。

发明领域

本发明涉及根据权利要求1概述的一种生产无缝钢管的方法。

背景技术

无缝钢管在不同轧机上制造。大多数轧机通常包括顺序进行的三个成型步骤。在第一步(参见图1和2)加热的具备固态横截面的轧件(1)，例如连铸钢坯，被穿轧成空心管坯。通常该步骤在横轧机上进行，其中钢坯在两个或多个动力驱动旋转(6)的工作辊(2)之间被驱向前转动(5)，通过穿孔顶头(3)。该过程也已知为辊式穿孔。

以上述方式固体坯件形成空心管坯。穿孔顶头被安装于顶杆，该顶杆由轴向上的止推墩支撑，并可绕其纵轴自由旋转。顶头和—在穿孔顶头被固定于顶杆的情况下—顶杆被轧机驱动而旋转(7和8)。在理论上理想的情况下，穿孔顶头(10)的轴与轧件的轴位于同一直线。在这种情况下，穿孔顶头居中旋转并在轧件的横截面产生均匀的壁厚(参见图2a)。然而，在轧制实践中穿孔顶头的位置受到施加于上的力的影响，顶头的轴总是或多或少地偏离中心线并因此在顶头旋转的方向上，围绕轧件的轴进行偏心旋转运动(11)(参见图2b)。

在第二成型步骤中由横轧机制造的空心管坯借助内部工具，芯棒，通过纵轧或在横轧过程中进一步成型。在该步骤中主要是壁厚减小，长度由此增加。随后，在第三成型步骤中，大多数情况下无需内部工具精轧管材(finish-rolled tube)，并根据客户的要求调整直径和壁厚。

精轧管材的直径和壁厚需要符合给定的规格，即，它们需在给定公差(tolerances)范围内。在不符合公差的情况下，产品管材价值低并且经济产量低。由于随后作为部件或构件在管线中应用的轧管稳定性的原因，需要壁厚负公差，即管材任何部位的壁厚都不可以超过规定值(负公差)。为了可靠的保证负公差，通常制造具备更大壁厚的管材。但是这种操作导致额外的材料消耗，更高的生产成本以及降低的经济产量。因此，从经济的角度出发尽可能保持小的壁厚偏差十分重要。

在三个成型步骤过程中，由于不同的原因产生壁厚偏差，即壁厚实际值与指定值的偏差。由于不同的形成机理壁厚偏差的特性和幅度不同。精轧管材壁厚偏差的一个特别大的共性是与偏心率相关(参见图3)。偏心率是最大值为t_最大并且与之相对的最小值为t_最小的管横截面的壁厚分布。在制造实践中偏心率的值通常由公式E＝(t_最大–t_最小)/(t_最大+t_最小)x100％计算。

偏心率主要在第一成型步骤产生并且在随后的两步中只能略微减小。因此出于经济原因在第一成型步骤中，通常是通过横轧穿孔坯材，将偏心率的形成控制在最低限度非常重要。

在横轧过程中由于穿孔顶头的轴偏移至平行于轧件的轴，此外，最终产生倾斜角，产生偏心率。这种中心位置的偏移是由于径向作用并且可能来源不同的力的原因。来源可以是：轧件横截面温度或材料性能的分布不均匀、由于磨损而不圆的穿孔顶头、顶杆弯曲、偏离轧机、顶杆导架和止推墩等的轴取向。如果顶头轴位于偏心位置，会在受影响的轧件的横截面产生偏心壁厚分布，如图3所示。

根据现有知识和技术通过将所述影响保持尽可能的小从而将偏心率的问题保持在范围内。因此应当注意，例如在穿孔前将坯件均匀加热，将轧机和辅助设备相互精确对准，并且在正确的时间更换磨损的穿孔顶头。在这种情况下偏心率值可以达到2-4％。但是在制造实践中很难在长时间内控制所述影响因子。这也就是为什么在制造实践中偏心率值通常为5至10％甚至更高，导致制造过程中显著的额外成本。

由DE 2949970 C2已知一种轧机，使用自由旋转的被支撑顶杆穿孔坯件。在穿孔顶头和顶杆固定连接的情况下，穿孔顶头和顶杆以由工作辊驱动的转速旋转。