CN114981021A - 无缝金属管的制造方法 - Google Patents

Abstract

在本公开的制造方法中，使用三辊式倾斜轧制机来制造具有第1壁厚的第1无缝金属管和具有与第1壁厚不同的第2壁厚的第2无缝金属管，该制造方法包含第1倾斜轧制工序(#5)、设定变更工序(#10)以及第2倾斜轧制工序(#15)。在第1倾斜轧制工序中，利用倾斜轧制机对第1被轧制件进行轧制。在设定变更工序中，将倾斜轧制机的设定条件变更为下述(a)和(b)中的任一者：(a)在第2壁厚比第1壁厚小的情况下，使倾斜辊的交叉角比第1倾斜轧制工序时大，(b)在第2壁厚比第1壁厚大的情况下，使倾斜辊的交叉角比第1倾斜轧制工序时小。在第2倾斜轧制工序中，利用变更了设定条件的倾斜轧制机对第2被轧制件进行轧制。

Description

无缝金属管的制造方法

技术领域

本发明涉及利用曼内斯曼法的无缝金属管的制造方法。

背景技术

一般来说，利用曼内斯曼法的无缝金属管的制造方法包含以下的步骤。将圆钢坯加热至预定的温度。对圆钢坯进行穿孔轧制来制造管坯(无缝金属管)。进一步对管坯进行延伸轧制，进一步进行定径轧制。在穿孔轧制工序中，使用穿孔轧制机(例：穿轧机(英文：piercer))。在延伸轧制工序中，使用延伸轧制机(例：芯棒连轧管机(英文：mandrel mill)、延伸轧机(英文：Elongator))。穿孔轧制机是倾斜轧制机。有时也使用倾斜轧制机作为延伸轧制机。

倾斜轧制机例如在日本特开平5-228514号公报(专利文献1)、日本特开平2-263506号公报(专利文献2)、日本特开昭64-31505号公报(专利文献3)以及日本特开昭59-80716号公报(专利文献4)中公开。

倾斜轧制机作为轧制工具而具备顶头和两个倾斜辊。有时倾斜轧制机也具备三个倾斜辊。具备两个倾斜辊的倾斜轧制机被称为两辊式倾斜轧制机。具备三个倾斜辊的倾斜轧制机被称为三辊式倾斜轧制机。各倾斜辊绕轧制线等间隔地配置。各倾斜辊的中心轴线相对于轧制线倾斜。也就是说，对各倾斜辊赋予倾斜角。有时也对各倾斜辊进一步赋予交叉角。顶头配置于倾斜辊彼此之间的轧制线上。

在将倾斜轧制机作为穿孔轧制机使用的情况下，如下所述地进行该倾斜轧制(穿孔轧制)。被轧制件是实心的圆钢坯。将加热后的被轧制件配置于轧制线上。被轧制件被推进器输送到旋转的倾斜辊彼此之间，并且咬入到倾斜辊。然后，被轧制件在轧制线上一边绕自身的轴心旋转一边前进，被倾斜辊和顶头穿孔轧制。由此得到具有预定的壁厚和外径的管坯(无缝金属管)。

在将倾斜轧制机作为延伸轧制机使用的情况下，其倾斜轧制(延伸轧制)的状况除了被轧制件是中空的管坯以外与穿孔轧制的状况相同。

在此，在利用曼内斯曼法的无缝金属管的制造方法中，负责各步骤中的最初的步骤(穿孔轧制工序)的穿轧机(穿孔轧制机)在1885年由曼内斯曼兄弟实用化。当时的穿轧机是基本的两辊式穿轧机。穿轧机在实用化后也实施了各种改良，现在仍在世界各国的工厂运转。迄今为止，穿轧机以外的穿孔机数量很多地实现了实用化，但除了爱氏穿孔法、玻璃润滑剂高速挤压法以外，穿轧机以外的穿孔机几乎被淘汰。这是由于穿轧机在生产率和产品尺寸精度方面优异。因此，即使说取得了工业上的成功的穿孔机仅为穿轧机(穿孔轧制机)也并不过分。

然而，目前的两辊式穿轧机存在应解决的问题。主要存在以下所示的两个问题。

第一个问题是由曼内斯曼破坏引起的内表面瑕疵。曼内斯曼破坏是指被轧制件的中心部脆化而损坏的现象。在两辊式穿轧机的情况下，在绕轧制线的倾斜辊彼此之间设有引导工具(例：导向板、盘形辊)。引导工具负责限制被轧制件的伸出的作用。在穿孔轧制(倾斜轧制)中，倾斜辊彼此的相对的方向的压缩应力和引导部材彼此的相对的方向的拉伸应力同时作用于旋转的被轧制件的中心部。像这样的应力在被轧制件每旋转1/4周时重复。由于重复的应力负载，而产生曼内斯曼破坏。当曼内斯曼破坏变得显著时，在所得到的管坯的内表面产生瑕疵。该瑕疵是内表面瑕疵。

以往，长期以来反而利用曼内斯曼破坏，将顶头压靠于被轧制件的损坏的中心部来进行穿孔。这是由于能够容易地进行穿孔。不过，在该方法中产生内表面瑕疵。

近年来采取了用于抑制曼内斯曼破坏的对策。该对策例如是使用锥型的倾斜辊。然而不能完全地防止曼内斯曼破坏。因此，内表面瑕疵的产生不能根除。特别是在被轧制件为铸造钢坯、不锈钢等难加工性材料的情况下，助长了曼内斯曼破坏，内表面瑕疵的发生频率升高。

此外，曼内斯曼破坏与前述的应力负载的重复次数即被轧制件的旋转周数相应地变得显著。因此，增大倾斜辊的入口侧面角而缩短被轧制件从与倾斜辊接触到到达顶头的顶端的距离是抑制曼内斯曼破坏的手段之一。不过，在两辊式穿轧机中一般使用具有3°左右的入口侧面角的倾斜辊。这是由于，在由两辊式穿轧机进行的穿孔轧制中，被轧制件容易在与倾斜辊彼此相对的方向垂直的方向上偏移，容易产生咬入不良，因此难以采用过大的入口侧面角。

第二个问题是由盘形辊的损伤引起的外表面瑕疵。盘形辊是设于两辊式穿轧机的引导工具。当时使用固定式的导向板作为引导工具。在穿孔轧制(倾斜轧制)过程中，导向板相对于被轧制件滑动。当该滑动变得显著时，在所得到的管坯的外表面产生瑕疵。该瑕疵是外表面瑕疵。

近年来代替导向板而使用旋转式的盘形辊。通过盘形辊的使用，使外表面瑕疵的发生频率减少。

然而，盘形辊的旋转方向未必与被轧制件的旋转方向一致。因此不能防止盘形辊的表面与被轧制件的外表面的粘连。另外不能防止盘形辊的表面的变形。这样，需要定期地保养盘形辊的表面或定期地更换盘形辊。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-228514号公报

专利文献2：日本特开平2-263506号公报

专利文献3：日本特开昭64-31505号公报

专利文献4：日本特开昭59-80716号公报

发明内容

发明要解决的问题

三辊式倾斜轧制机能够解决上述的问题。在三辊式倾斜轧制机中，与两辊式倾斜轧制机不同，在倾斜轧制过程中，由于对被轧制件的中心部仅作用压缩应力，因此不会产生曼内斯曼破坏。因此内表面瑕疵不会产生。另外，在三辊式倾斜轧制机中不使用引导工具。因此外表面瑕疵也不会产生。因此，为了解决使用两辊式倾斜轧制机的倾斜轧制内在的质量上的问题，使用三辊式倾斜轧制机的倾斜轧制是极其有用的。

然而，三辊式倾斜轧制机并没有在所有的无缝金属管的制造中实用化。例如在使用三辊式倾斜轧制机的穿孔轧制中，制造壁厚较小的无缝金属管是困难的。这是由于不使用引导工具。因此，虽然一直在研究引导工具的设置，但尚未实现。这是由于在三辊式倾斜轧制机设置引导工具在构造上是勉强的。目前，只不过是作为专用于由中空的管坯制造壁厚较大的无缝金属管的阿塞尔轧机等延伸轧制机而利用三辊式倾斜轧制机。

因此，期望在所有的无缝金属管的制造中使三辊式倾斜轧制机实用化。因此，在使用三辊式倾斜轧制机的倾斜轧制中，能够制造质量上没有问题的壁厚较小的无缝金属管和壁厚较大的无缝金属管这两者是重要的。

本发明的一个目的在于，提供一种能够使三辊式倾斜轧制机实用化的无缝金属管的制造方法。

用于解决问题的方案

在本发明的实施方式的无缝金属管的制造方法中，使用倾斜轧制机来制造具有第1壁厚的第1无缝金属管和具有与第1壁厚不同的第2壁厚的第2无缝金属管。倾斜轧制机具备：顶头，其配置于轧制线上；以及三个倾斜辊，其绕轧制线等间隔地配置，分别具有入口侧面和出口侧面。轧制线与上述入口侧面之间的距离从轧制线的入口侧朝向出口侧逐渐减小，轧制线与上述出口侧面之间的距离从轧制线的入口侧朝向出口侧逐渐增大。

上述制造方法包含第1倾斜轧制工序、设定变更工序以及第2倾斜轧制工序。在第1倾斜轧制工序中，利用倾斜轧制机对加热后的第1被轧制件进行轧制。在设定变更工序中，将倾斜轧制机的设定条件变更为下述(a)和(b)中的任一者：(a)在第2壁厚比第1壁厚小的情况下，使倾斜辊的交叉角比第1倾斜轧制工序时大，(b)在第2壁厚比第1壁厚大的情况下，使倾斜辊的交叉角比第1倾斜轧制工序时小。在第2倾斜轧制工序中，利用变更了设定条件的倾斜轧制机对加热后的第2被轧制件进行轧制。

发明的效果

根据本发明的实施方式的制造方法，在使用三辊式倾斜轧制机的倾斜轧制中，能够制造质量上没有问题的壁厚较小的无缝金属管和壁厚较大的无缝金属管这两者。因此能够使三辊式倾斜轧制机实用化。

附图说明

图1是三辊式倾斜轧制机的立体图。

图2是三辊式倾斜轧制机的主视图。

图3是三辊式倾斜轧制机的俯视图。

图4是三辊式倾斜轧制机的侧视图。

图5是表示具有凸曲面的入口侧面的倾斜辊的一个例子的图。

图6是表示本实施方式的无缝金属管的制造方法的流程图。

图7是表示设定变更工序中的选项(a)的状况的示意图。

图8是表示设定变更工序中的选项(b)的状况的示意图。

图9是表示在穿孔轧制试验中使用的顶头的外观的图。

图10是表示在穿孔轧制试验中使用的倾斜辊的外观的图。

图11是表示在穿孔轧制试验中使用的倾斜辊的外观的图。

图12是归纳实施例1中有无产生不良情况的图。

图13是归纳实施例3中有无产生不良情况的图。

图14是归纳实施例4中有无产生不良情况的图。

图15是表示在穿孔轧制试验中使用的倾斜辊的外观的图。

图16是归纳实施例5中有无产生不良情况的图。

图17是归纳实施例5中有无产生不良情况的图。

图18是表示在穿孔轧制试验中使用的倾斜辊的外观的图。

图19是表示在穿孔轧制试验中使用的倾斜辊的外观的图。

图20是归纳实施例6中有无产生不良情况的图。

图21是归纳实施例6中有无产生不良情况的图。

图22是用于说明咬入角(α)的图。

图23是基于咬入角(α)与圆凿牵伸率的关系来归纳有无产生不良情况的图。

具体实施方式

为了解决上述的问题，本发明人反复进行了专心研究，结果获得了下述的见解。

[三辊式倾斜轧制机的基本结构]

图1～图4是表示三辊式倾斜轧制机的结构的图。在这些图中，图1是从轧制线PL的出口侧观察该倾斜轧制机时的立体图。在图2中表示从轧制线PL的入口侧沿着轧制线PL观察该倾斜轧制机时的主视图。图3表示该倾斜轧制机的俯视图。图4表示该倾斜轧制机的侧视图。在图1中省略了顶头2的图示。在图3和图4中，仅示出配置于轧制线PL的铅垂方向上方的一个倾斜辊1，省略了配置于下方的两个倾斜辊1的图示。在图4中，被轧制件WP以包含轧制线PL的截面来表示。在图1～图4中例示了被轧制件WP是实心的圆钢坯时的状况。也就是说，在图1～图4中例示的倾斜轧制机是用于穿孔轧制的穿孔轧制机。在本说明书中，有时将三辊式倾斜轧制机简称为倾斜轧制机。

参照图1～图4，倾斜轧制机作为轧制工具具备顶头2和三个倾斜辊1。三个倾斜辊1绕轧制线PL等间隔地配置。也就是说，三个倾斜辊1相互以120°的间隔配置。三个倾斜辊1中的一个倾斜辊1配置于轧制线PL的正上方(铅垂方向上方)。不过，只要三个倾斜辊1绕轧制线PL等间隔地配置，则不限定三个倾斜辊1的位置。例如也可以是，一个倾斜辊1配置于轧制线PL的正下方(铅垂方向下方)。各倾斜辊1的表面沿着轧制线PL划分为入口侧面1a和出口侧面1b。

各倾斜辊1的中心轴线1c相对于轧制线PL倾斜。也就是说，对各倾斜辊1赋予倾斜角FA(参照图3)。对各倾斜辊赋予交叉角CA(参照图4)。倾斜角FA和交叉角CA是能够调节的。另外，对各倾斜辊1相对于轧制线PL赋予开度。该辊开度也是能够调节的。

倾斜角FA是指倾斜辊1的中心轴线1c在以轧制线PL为中心的周向上的摆角。交叉角CA是指倾斜辊1的中心轴线1c在以轧制线PL为中心的径向上的摆角。

轧制线PL与入口侧面1a之间的距离从轧制线PL的入口侧朝向出口侧逐渐减小。另一方面，轧制线PL与出口侧面1b之间的距离从轧制线PL的入口侧朝向出口侧逐渐增大。入口侧面1a例如是梯度恒定的锥形面。出口侧面1b例如是梯度恒定的锥形面。

顶头2配置于倾斜辊1彼此之间的轧制线PL上。顶头2由沿着轧制线PL延伸的心轴3保持。

使用了像这样的倾斜轧制机的倾斜轧制(穿孔轧制)如下所述地进行。加热圆钢坯即被轧制件WP。将加热后的被轧制件WP配置于轧制线PL上。被轧制件WP由推进器输送到旋转的倾斜辊1彼此之间，并且咬入到倾斜辊1。然后，被轧制件WP在轧制线PL上一边绕自身的轴心旋转一边前进，被倾斜辊1和顶头2穿孔轧制。由此得到具有预定的壁厚和外径的管坯(无缝金属管)。

在将倾斜轧制机作为延伸轧制机使用的情况下，该倾斜轧制(延伸轧制)的状况除了被轧制件是中空的管坯以外与穿孔轧制的状况相同。也就是说，被轧制件在轧制线PL上一边绕自身的轴心旋转一边前进，被倾斜辊1和顶头2延伸轧制。

[对三辊式倾斜轧制机的实用化的研究]

本发明人首先着眼于使用三辊式倾斜轧制机的倾斜轧制(穿孔轧制和延伸轧制)中的穿孔轧制。这是由于穿孔轧制的加工条件远比延伸轧制严格。另外本发明人在使用三辊式倾斜轧制机(三辊式穿轧机)的穿孔轧制中，对被认为是弱点的壁厚较小的无缝金属管的制造进行了研究。

此外，在本说明书中有时将壁厚较小的无缝金属管的制造称为薄壁制管。另外，有时将壁厚较大的无缝金属管的制造称为厚壁制管。

在使用三辊式倾斜轧制机的穿孔轧制中，如果进行薄壁制管，则被轧制件的一部分材料在倾斜辊彼此之间挤出，被轧制件的旋转停止。这是使薄壁制管困难的原因。

作为第1对策，本发明人尝试了减小由顶头进行的壁厚加工量。这是由于如果由顶头进行的壁厚加工量较小，则材料向倾斜辊彼此之间的挤出也减小。作为该手段，采用了减小辊开度的方法。通过减小辊开度，使得直到被轧制件到达顶头的顶端之前被轧制件的外径减小，之后被轧制件的外径增大。由此能够减小由顶头进行的壁厚加工量。例如在由截面积(外径)不同的两个被轧制件得到外径和壁厚共同的管坯的情况下，截面积(外径)较小的被轧制件的整体加工度较小即可。

然而得知了当使辊开度相对于被轧制件的外径过小时，通过穿孔轧制得到的管坯的外径在长度方向上变得不均匀。这是由于被轧制件的整体加工度变大，倾斜辊的入口侧的材料流量与倾斜辊的出口侧的材料流量的平衡被破坏。为了使倾斜辊的入口侧的材料流量与倾斜辊的出口侧的材料流量相等，需要降低被轧制件在入口侧的行进速度。此外，材料流量由成为对象的位置处的被轧制件的截面积与行进速度的积来表示。

因此，本发明人实施了各种实验和数值解析，研究了降低被轧制件在倾斜辊的入口侧的行进速度的方法。其结果为确认了如果增大倾斜辊的入口侧面的角度，则被轧制件的行进速度在倾斜辊的入口侧面降低，从而抑制被轧制件的周向上的周长变动。

在本说明书中，有时将倾斜辊的入口侧面的角度称为入口侧面角。入口侧面角是指在包含轧制线的截面中与被轧制件接触的范围内的入口侧面和轧制线所成的角度中的最大角度。

接着，作为第2对策，本发明人尝试了在穿孔轧制过程中控制被轧制件延伸的方向。这是由于该手段增大倾斜辊的出口侧面的角度。如果增大倾斜辊的出口侧面的角度，则在倾斜辊的出口侧面，与被轧制件接触的范围内的长度方向上的距离缩短，削弱了长度方向上的材料约束。这样，被轧制件容易在长度方向上延伸，但被轧制件在周向上的延伸相应地减少。由此来减小挤出量。

在本说明书中，有时将倾斜辊的出口侧面的角度称为出口侧面角。出口侧面角是指在包含轧制线的截面中与被轧制件接触的范围内的出口侧面与轧制线所成的角度中的最大角度。

通过采用以上的对策以及用于该对策的手段，能够进行以往困难的由三辊式倾斜轧制机进行的薄壁制管。

不过，上述的对策和手段专用于薄壁制管。在厚壁制管采用上述的对策和手段的情况下，在得到的管坯的后端残留有顶头的最大直径部，产生顶头无法从管坯完全拔出的问题。该问题是轧制不良情况之一，被称为顶头堵塞。顶头堵塞是由于被轧制件在周向上的周长不足而引起的现象。为了消除顶头堵塞，与薄壁制管时相反，必须增大被轧制件在周向上的周长。

因此，在厚壁制管的情况下采用的手段与薄壁制管的情况下相反。也就是说，在厚壁制管时，为了使入口侧的被轧制件的材料截面积比顶头大，辊开度增大。在该情况下，为了得到对被轧制件的推进力，需要加长在倾斜辊的入口侧面与被轧制件接触的距离。作为其手段，必须减小倾斜辊的入口侧面角。另外，为了使被轧制件的材料沿周向释放，必须减小倾斜辊的出口侧面角，从而增强长度方向上的材料约束。

在利用一个倾斜轧制机实施厚壁制管和薄壁制管的情况下，使用形状尺寸相互不同的倾斜辊即可。由此能够扩大厚壁制管和薄壁制管各自的壁厚极限。

但是，如果根据将要得到的无缝金属管的壁厚来更换倾斜辊，则不能否认作业效率会降低。因此，如果可能则期望避免倾斜辊的更换。

本发明人进一步对于不需要更换倾斜辊的手段反复地进行了专心研究。其结果为，实现手段是将倾斜辊的入口侧面设为凸曲面。通常来说，倾斜辊的入口侧面是梯度恒定的锥形面。本发明人想到了作为使用相同的倾斜辊来制造壁厚不同的无缝金属管的手段，使用入口侧面是凸曲面的倾斜辊，进而调节倾斜辊的交叉角CA。

在此对三辊式倾斜轧制机的构造进行说明。在三辊式倾斜轧制机中，支撑倾斜辊的中心轴线的两端的支架(housing)被划分为入口侧和出口侧。通过该两个支架中的任一个或两个转动，来调节倾斜辊的倾斜角FA。另外，在入口侧和出口侧的各支架中，倾斜辊的支承位置构成为能够调节。通过调节各自的支承位置，来调节倾斜辊的交叉角CA。与此相配合地调节入口侧和出口侧各自的辊开度。此外，有时倾斜辊的中心轴线的两端也由一个支架支撑。

图5是表示具有凸曲面的入口侧面1a的倾斜辊1的一个例子的图。参照图5，入口侧面1a与出口侧面1b的分界是圆凿G。倾斜辊1的入口侧面1a不是单纯的锥形面，即不是梯度恒定的锥形面，而是凸曲面。在本说明书中，凸曲面是指梯度连续变化的锥形面、梯度阶段性变化的锥形面或将它们组合得到的锥形面。在将入口侧面1a沿着倾斜辊1的中心轴线1c剖切时出现的线例如是凸曲线。该凸曲线例如用描绘曲率半径恒定的圆弧的函数表示。该凸曲线也可以用多次项式函数表示。另外，在将入口侧面1a沿着倾斜辊1的中心轴线1c剖切时出现的线可以是凸曲线与直线的组合，也可以是斜率彼此不同的多个直线的组合。另一方面，倾斜辊1的出口侧面1b是梯度恒定的锥形面。

以下对通过使用入口侧面是凸曲面的倾斜辊的穿孔轧制来实施薄壁制管和厚壁制管的方法进行说明。

在薄壁制管的情况下，增大倾斜辊的交叉角CA。接着减小辊开度。也就是说，使倾斜辊接近轧制线。由此，被轧制件与倾斜辊的开始接触位置朝向轧制线的入口侧移动。因此，被轧制件在倾斜辊的入口侧面的梯度较大位置处与入口侧面接触。这在增大被轧制件的直径而进行高缩径的情况下也带来相同的效果。

通过增大倾斜辊的交叉角CA，来增大倾斜辊的出口侧面角。此时，倾斜辊的入口侧面角几乎没有变化。这是由于倾斜辊的入口侧面是凸曲面。在该情况下，假设倾斜辊的入口侧面为单纯的锥形面且入口侧面整个区域的梯度恒定，则需要预先加长入口侧面的主体长度。这是由于，伴随着倾斜辊的交叉角CA增大，入口侧面角减小，因此必须将入口侧面的入口侧端的辊开度扩大到被轧制件的直径以上。与此相对，如果入口侧面是凸曲面，则没有这样的必要。另外，即使在被轧制件的直径较大的情况下，只要入口侧面是凸曲面，则由于没有材料的过多压入，因此被轧制件在长度方向上的周长也不会变动而是稳定的。此外，也可以与交叉角CA的变更相配合地更换顶头。

此外，辊开度的调节既可以在倾斜辊的交叉角CA的调节后实施，也可以在倾斜辊的交叉角CA的调节前实施。为了进行微调节，也可以反复地进行辊开度的调节和倾斜辊的交叉角CA的调节。

在厚壁制管的情况下进行与薄壁制管的情况相反的操作。具体来说，首先减小倾斜辊的交叉角CA。接着增大辊开度。也就是说，使倾斜辊远离轧制线。由此，被轧制件与倾斜辊的开始接触位置朝向轧制线的出口侧移动。因此，被轧制件在倾斜辊的入口侧面的梯度较小的位置处与入口侧面接触。

通过在辊开度的调节前减小倾斜辊的交叉角CA，来减小倾斜辊的出口侧面角。在该情况下，假设倾斜辊的入口侧面为单纯的锥形面且入口侧面整个区域的梯度恒定，则伴随着倾斜辊的交叉角CA减小，入口侧面角增大。因此，入口侧面与被轧制件的接触距离缩短，被轧制件的咬入变得不稳定。与此相对，如果入口侧面是凸曲面，则入口侧面角几乎没有变化，因此不会产生被轧制件的咬入不良。此外，也可以与交叉角CA的变更相配合地更换顶头。

这样，如果倾斜辊的入口侧面是凸曲面，则仅通过变更倾斜辊的设定条件，就能够使用相同的倾斜辊来制造壁厚不同的无缝金属管。此时，即使在被轧制件的直径较大的情况下，也抑制材料的周长变动，进而不会产生材料挤出、顶头堵塞这样的轧制不良情况。

如果适当应用以上的对策和手段，则通过使用三辊式倾斜轧制机的倾斜轧制(穿孔轧制和延伸轧制)，能够与壁厚的大小无关地制造无缝金属管。无缝金属管的壁厚的程度用壁厚相对于外径之比来表示。该比的值也被称为壁厚外径比。这是指壁厚外径比越小，则无缝金属管的壁厚的程度越小(即薄壁)。在使用以往的三辊式倾斜轧制机的穿孔轧制中，制造壁厚外径比为0.07以下的薄壁的无缝金属管是困难的。通过上述的对策和手段的应用，能够制造壁厚外径比为0.07以下的薄壁的无缝金属管，当然也能够制造厚壁的无缝金属管。

另外，通过上述的对策和手段的应用，使用具有较大外径的圆钢坯作为被轧制件，也能够进行高加工度的穿孔轧制。在该情况下，由于能够将圆钢坯的外径集中在较大的一方，因此具有能够大幅削减炼钢和初轧所需要的制造成本的有益优点。

本发明的无缝金属管的制造方法是基于上述的见解而完成的。

在基于本发明的实施方式的无缝金属管的制造方法中，使用倾斜轧制机制造具有第1壁厚的第1无缝金属管和具有与第1壁厚不同的第2壁厚的第2无缝金属管。倾斜轧制机具备顶头和三个倾斜辊。顶头配置于轧制线上。三个倾斜辊绕轧制线等间隔地配置，分别具有入口侧面和出口侧面。轧制线与上述入口侧面之间的距离从轧制线的入口侧朝向出口侧逐渐减小。轧制线与上述出口侧面之间的距离从轧制线的入口侧朝向出口侧逐渐增大。

上述制造方法包含第1倾斜轧制工序、设定变更工序以及第2倾斜轧制工序。第1倾斜轧制工序利用倾斜轧制机对加热后的第1被轧制件进行轧制。设定变更工序将倾斜轧制机的设定条件变更为下述(a)和(b)中的任一者：(a)在第2壁厚比第1壁厚小的情况下，使倾斜辊的交叉角比第1倾斜轧制工序时大，(b)在第2壁厚比第1壁厚大的情况下，使倾斜辊的交叉角比第1倾斜轧制工序时小。第2倾斜轧制工序利用变更了设定条件的倾斜轧制机对加热后的第2被轧制件进行轧制(第1结构)。

根据第1结构的制造方法，在使用三辊式倾斜轧制机的倾斜轧制中，能够制造质量上没有问题的壁厚较小的无缝金属管和壁厚较大的无缝金属管这两者。因此能够使三辊式倾斜轧制机实用化。

此外，第1壁厚和第2壁厚是倾斜轧制后的目标壁厚，也有时与实际上倾斜轧制后的实际壁厚的值稍有不同。

在典型例中，倾斜轧制机是穿孔轧制机。在该情况下，第1倾斜轧制工序和第2倾斜轧制工序是穿孔轧制工序。第1被轧制件和第2被轧制件是实心的圆钢坯。

在其他的典型例中，倾斜轧制机是延伸轧制机。在该情况下，第1倾斜轧制工序和第2倾斜轧制工序是延伸轧制工序。第1被轧制件和第2被轧制件是中空的管坯。

在第1结构的制造方法中优选的是，在第1倾斜轧制工序和第2倾斜轧制工序中，将出口侧面在出口侧面中的与第1被轧制件和第2被轧制件的接触范围内的角度(出口侧面角)设为0°以上且9°以下。特别是在第1倾斜轧制工序中，在第1壁厚相对于第1无缝金属管的外径之比为0.07以下的情况下，使出口侧面的角度比3°大。同样地，在第2倾斜轧制工序中，在第2壁厚相对于第2无缝金属管的外径之比为0.07以下的情况下，使出口侧面的角度比3°大(第2结构)。

第2结构的制造方法在第1无缝金属管是薄壁的无缝金属管的情况下或第2无缝金属管是薄壁的无缝金属管的情况下是有用的。如果将出口侧面角设定为上述的范围，则能够制造质量上没有问题的薄壁的第1无缝金属管和薄壁的第2无缝金属管。从体现该效果的观点来看，出口侧面角优选比3°大。出口侧面角的上限没有特别限定。不过，为了兼顾顶头的设计，出口侧面角的上限优选为9°，更优选为6°。

在第1结构或第2结构的制造方法中优选的是，入口侧面是凸曲面，在第2倾斜轧制工序中使用在第1倾斜轧制工序中使用的倾斜辊(第3结构)。

根据第3结构的制造方法，在第1倾斜轧制工序与第2倾斜轧制工序之间不需要倾斜辊的更换。也就是说，无需更换倾斜辊，能够利用一个倾斜轧制机制造壁厚彼此不同的第1无缝金属管和第2无缝金属管。因此，作业效率优异。

在第1结构或第2结构的制造方法中，例如第1被轧制件和第2被轧制件是实心的。也就是说，第1倾斜轧制工序和第2倾斜轧制工序是穿孔轧制工序。在该情况下优选的是，在第1倾斜轧制工序和第2倾斜轧制工序中，将穿孔比设为3.5以上，将入口侧面的角度(入口侧面角)设为8°以上且15°以下，且将圆凿牵伸率设为30％以上(第4结构)。

第4结构的制造方法在倾斜轧制机是穿孔轧制机且第1倾斜轧制工序和第2倾斜轧制工序是穿孔轧制工序的情况下是有用的。在进行将穿孔比设为3.5以上的高加工度的穿孔轧制的情况下，如果将入口侧面角和牵伸率设定为上述的范围，则能够制造质量上没有问题的第1无缝金属管和第2无缝金属管。从体现该效果的观点来看，入口侧面角优选设为8°以上且15°以下。从相同的观点来看，优选将圆凿牵伸率设为30％以上。圆凿牵伸率的上限没有特别限定。不过，当增大圆凿牵伸率并且减小材料的截面积时，向倾斜辊的反作用力增大。为了确保支撑倾斜辊轴的轴承强度，辊轴增大，因此辊径也需要增大。但是，在倾斜辊的数量为三个以上的情况下，倾斜辊彼此干涉，因此圆凿牵伸率的上限优选设为60％。

在本说明书中，穿孔比是指穿孔轧制后的无缝金属管的长度相对于穿孔轧制前的被轧制件的长度之比。也就是说，第1倾斜轧制工序的穿孔比是指第1无缝金属管的长度相对于第1被轧制件的长度之比。第2倾斜轧制工序的穿孔比是指第2无缝金属管的长度相对于第2被轧制件的长度之比。根据另一观点，穿孔比是指穿孔轧制前的被轧制件的截面积相对于穿孔轧制后的无缝金属管的截面积之比。总之，穿孔比是穿孔轧制的加工度的指标。此外，在延伸轧制的情况下，穿孔比被称为延伸比。

在本说明书中，圆凿牵伸率(GD)[％]利用以作为被轧制件的圆钢坯的外径(DB)和辊开度(RO)为参数的下述式(A)来表示。

GD＝(DB-RO)/DB×100(A)

式(A)中的辊开度(RO)是指辊圆凿部即辊入口侧面与辊出口侧面的分界部的辊开度。更准确来说，辊开度(RO)是倾斜辊的表面(例如入口侧面)与轧制线之间的最短距离的两倍的值。

在第1结构～第3结构的制造方法中，例如第1被轧制件和第2被轧制件是实心的。也就是说，第1倾斜轧制工序和第2倾斜轧制工序是穿孔轧制工序。在该情况下优选的是，入口侧面是凸曲面，在包含倾斜辊的中心轴线的截面上出现的入口侧面的线是圆弧。圆弧的曲率半径除以第1被轧制件和第2被轧制件的外径所得到的值是1.67以上且6.67以下(第5结构)。

第5结构的制造方法在倾斜轧制机是穿孔轧制机且第1倾斜轧制工序和第2倾斜轧制工序是穿孔轧制工序的情况下是有用的。在本说明书中，在入口侧面是凸曲面并且在包含倾斜辊的中心轴线的截面出现的入口侧面的线是圆弧的情况下，有时将该圆弧的曲率半径除以作为被轧制件的圆钢坯的外径所得到的值称为入口侧面的曲面指数。

在第1倾斜轧制工序和第2倾斜轧制工序中，如果将与第1被轧制件和第2被轧制件相关的入口侧面的曲面指数设定为上述的范围，则能够制造质量上没有问题的第1无缝金属管和第2无缝金属管。从体现该效果的观点来看，入口侧面的曲面指数优选为1.67以上且6.67以下。不过，当入口侧面的曲面指数的上述曲率半径较小时，以较短的接触长度轧制材料，倾斜辊的表面的磨损变得显著。另外，当上述曲率半径较大时，为了使被轧制件咬入，不得不加长倾斜辊的入口侧面的主体长度，设备费以及倾斜辊的制造成本升高。因此，在使用外径为60mm的圆钢坯的情况下，上述曲率半径优选为150mm以上且350mm以下。在该情况下，通过换算，入口侧面的曲面指数优选为2.50以上且5.83以下。

在第1结构～第3结构的制造方法中，例如第1被轧制件和第2被轧制件是实心的。也就是说，第1倾斜轧制工序和第2倾斜轧制工序是穿孔轧制工序。在该情况下优选的是，在第1倾斜轧制工序和第2倾斜轧制工序中，圆凿牵伸率(GD)与咬入角(α)满足用下述的式(1)表示的条件(第6结构)。

0.12×GD+1.5≤α≤0.25×GD+6 (1)

上述式(1)中的圆凿牵伸率(GD)由上述式(A)表示。另一方面，咬入角(α)如以下所述地确定。将倾斜辊的倾斜角FA假定为0°。确定此时的包含倾斜辊的中心轴线和轧制线这两者的假想平面。在该假想平面中，描绘将被轧制件(圆钢坯)与倾斜辊的开始接触位置和圆凿位置连结的直线。在此的被轧制件与倾斜辊的开始接触位置和被轧制件在倾斜辊的入口侧面的咬入位置对应。该直线与轧制线所成的角度是咬入角(α)。

第6结构的制造方法在倾斜轧制机是穿孔轧制机且第1倾斜轧制工序和第2倾斜轧制工序是穿孔轧制工序的情况下是有用的。如果圆凿牵伸率(GD)与咬入角(α)满足式(1)的条件，则能够制造质量上没有问题的第1无缝金属管和第2无缝金属管。为了体现该效果，如式(1)所示，咬入角(α)优选为“0.12×GD+1.5”以上且“0.25×GD+6”以下。根据另一观点，为了满足式(1)所示的条件，只要以越朝向入口侧面的入口侧端则入口侧面的梯度越大的方式设定即可。

以下参照附图对本实施方式的制造方法的具体例进行说明。图6是表示本实施方式的无缝金属管的制造方法的流程图。参照图6，本实施方式的制造方法包含第1倾斜轧制工序(#5)、设定变更工序(#10)以及第2倾斜轧制工序(#15)。

[第1倾斜轧制工序(#5)]

在第1倾斜轧制工序(#5)中，使用三辊式倾斜轧制机对第1被轧制件进行轧制，制造具有第1壁厚的第1无缝金属管。此时，第1被轧制件预先由加热炉加热至预定的温度。第1被轧制件的加热温度例如在1150℃～1250℃的范围内。

第1被轧制件是圆钢坯。在该情况下，倾斜轧制机是穿孔轧制机，利用穿孔轧制机对圆钢坯进行穿孔轧制。不过，第1被轧制件也可以是管坯。该管坯既可以是通过穿孔轧制制造的管坯，也可以通过其他方法制造的管坯。在该情况下，倾斜轧制机是延伸轧制机，利用延伸轧制机对管坯进行延伸轧制。

[第2倾斜轧制工序(#15)]

在第2倾斜轧制工序(#15)中，使用三辊式倾斜轧制机对第2被轧制件进行轧制，制造具有与第1壁厚不同的第2壁厚的第2无缝金属管。此时，与第1倾斜轧制工序同样地将第2被轧制件预先加热至预定的温度。

在第2倾斜轧制工序中使用与第1倾斜轧制工序相同的倾斜轧制机。在用于第1倾斜轧制工序和第2倾斜轧制工序的倾斜轧制机中，倾斜辊的入口侧面是上述的如图5所示的凸曲面。不过，倾斜辊的入口侧面也可以是上述的如图1～图4所示的梯度恒定的锥形面。另一方面，倾斜辊的出口侧面是如图1～图5所示的梯度恒定的锥形面。轧制线与入口侧面之间的距离从轧制线的入口侧朝向出口侧逐渐减小。轧制线与出口侧面之间的距离从轧制线的入口侧朝向出口侧逐渐增大。

如果第1被轧制件是圆钢坯，则第2被轧制件也是圆钢坯。如果第1被轧制件是管坯，则第2被轧制件也是管坯。在第2被轧制件是圆钢坯的情况下，利用穿孔轧制机对圆钢坯进行穿孔轧制。在第2被轧制件是管坯的情况下，利用延伸轧制机对管坯进行延伸轧制。

第2被轧制件的形状尺寸与第1被轧制件相同。不过第2被轧制件的形状尺寸也可以与第1被轧制件不同。第2被轧制件的材质与第1被轧制件相同。不过第2被轧制件的材质也可以与第1被轧制件不同。

[设定变更工序(#10)]

设定变更工序(#10)在第1倾斜轧制工序(#5)之后且第2倾斜轧制工序(#15)之前，将倾斜轧制机的设定条件变更为(a)和(b)中的任一者。也就是说，设定变更工序根据第1倾斜轧制工序中的倾斜轧制机的设定条件，来设定适于第2倾斜轧制工序的倾斜轧制机的设定条件。

(a)在第2壁厚比第1壁厚小的情况下，使倾斜辊的交叉角比第1倾斜轧制工序时大，

(b)在第2壁厚比第1壁厚大的情况下，使倾斜辊的交叉角比第1倾斜轧制工序时小。

图7和图8是用于说明设定变更工序的具体例的示意图。在这些图中，图7表示选项(a)的状况。图8表示选项(b)的状况。在图7和图8中示出了倾斜辊1的入口侧面1a是凸曲面的情况。

参照图7和图8，倾斜辊1的入口侧面1a是凸曲面。在将入口侧面1a沿着倾斜辊1的中心轴线1c剖切时出现的线是凸曲线。该凸曲线由描绘曲率半径恒定的圆弧的函数表示。另一方面，倾斜辊1的出口侧面1b是锥形面。

在像这样的倾斜辊1中，轧制线PL与入口侧面1a之间的距离从轧制线PL的入口侧朝向出口侧逐渐减小。另一方面，轧制线PL与出口侧面1b之间的距离从轧制线PL的入口侧朝向出口侧逐渐增大。

[选项(a)]

在第2壁厚比第1壁厚小的情况下选择选项(a)。根据另一观点，在通过第2倾斜轧制工序制造薄壁的无缝金属管的情况下，选择选项(a)。在该情况下，使倾斜辊1的交叉角CA比第1倾斜轧制工序时大。由此，倾斜辊1的出口侧面角θb增大。

像这样，如果将倾斜轧制机的设定条件变更为选项(a)，则在通过第2倾斜轧制工序制造第2无缝金属管时，没有材料的过多压入，因此第2被轧制件WP在长度方向上的周长不会变动而是稳定的。由此能够制造质量上没有问题的壁厚较小的无缝金属管。

[选项(b)]

在第2壁厚比第1壁厚大的情况下选择选项(b)。根据另一观点，在通过第2倾斜轧制工序制造厚壁的无缝金属管的情况下，选择选项(b)。在该情况下，使倾斜辊1的交叉角CA比第1倾斜轧制工序时小。由此，倾斜辊1的出口侧面角θb减小。

像这样，如果将倾斜轧制机的设定条件变更为选项(b)，则在通过第2倾斜轧制工序制造第2无缝金属管时，不会产生被轧制件的咬入不良。由此能够制造质量上没有问题的壁厚较大的无缝金属管。

特别是在第2被轧制件的形状尺寸和材质与第1被轧制件相同的情况下，在以下方面是有用的。能够共用配置于倾斜轧制机的上游的设备(例：搬运设备)的设定条件。因此，作业效率优异。

实施例1

在实施例1中实施了穿孔轧制试验。在该穿孔轧制试验中，使用三辊式倾斜轧制机对碳钢的圆钢坯(原材料、被轧制件)进行穿孔轧制，来制造管坯(无缝金属管)。作为倾斜轧制机的结构要素，准备了尺寸形状彼此不同的多个顶头(顶头No.A～F)。另外，准备了尺寸形状彼此不同的多个倾斜辊(辊No.R60～R600、O～Z)。

图9是表示在穿孔轧制试验中使用的顶头的外观的图。参照图9，顶头No.A～F的顶头2的形状是一般的炮弹形状。在下述的表1中示出了顶头No.A～F的顶头2各自的各尺寸。表1中的L是在图9所示的顶头2中从顶端到最大直径的部分的轴向长度。表1中的D是图9所示的顶头2的主体部的最大直径。

[表1]

表格1

顶头No.	D[mm]	L[mm]
			A	33.0	60
B	42.0	125
			C	42.0	81
D	42.0	60
			E	48.0	105
F	46.0	125

图10和图11是表示在穿孔轧制试验中使用的倾斜辊的外观的图。在这些图中，在图10中示出了辊No.R60～R600的倾斜辊1。在图11中示出了辊No.O～Z的倾斜辊1。

参照图10，辊No.R60～R600的倾斜辊1以圆凿G为分界而划分为入口侧面1a和出口侧面1b。入口侧面1a是凸曲面。在将入口侧面1a沿着倾斜辊1的中心轴线1c剖切时出现的线是凸曲线。该凸曲线是曲率半径(RG)恒定的圆弧。出口侧面1b是锥形面。倾斜辊1的全长是恒定的。出口侧面1b的轴向长度是恒定的。入口侧面1a的轴向长度根据形成凸曲面的圆弧的曲率半径(RG)而变更。因此，根据需要在入口侧面1a的入口侧端设有辅助圆筒部1aa。

在下述的表2中示出了辊No.R60～R600的倾斜辊1各自的各尺寸。在图10中示出了这些各倾斜辊1中共同的各尺寸。表2中的RG是图10所示的形成入口侧面1a的凸曲面的圆弧的曲率半径。表2中的H是图10所示的辅助圆筒部1aa的轴向长度。

[表2]

表格2

辊No.	RG[mm]	H[mm]
			R60	60	93.8
R100	100	68.0
			R220	220	20.3
R400	400	0.0
			R600	600	0.0

参照图11，辊No.O～Z的倾斜辊1以圆凿G为分界而划分为入口侧面1a和出口侧面1b。入口侧面1a是锥形面。出口侧面1b是锥形面。入口侧面1a的轴向长度是恒定的。出口侧面1b的轴向长度是恒定的。因此，倾斜辊1的全长是恒定的。辊No.O～Z的倾斜辊1的全长与辊No.R60～R600的倾斜辊1的全长相同。

在下述的表3中示出了辊No.O～Z的倾斜辊1各自的各尺寸。在图11中示出了这些各倾斜辊1中共同的各尺寸。表3中的αa是图11所示的入口侧面1a的梯度。

[表3]

表格3

辊No.	αa[°]
		O	1
P	4
		Q	5
R	7
		S	10
T	11
		U	12
V	14
		W	15
×	17
		Y	18
Z	19

在实施例1的穿孔轧制试验中，将顶头No.A～D的顶头与辊No.O、P、R以及S的倾斜辊进行各种组合来进行穿孔轧制。此时，圆钢坯的加热温度是1200℃。倾斜辊的倾斜角FA是10°。另外对倾斜辊的交叉角CA和辊开度进行了各种变更。

此外，对于将要得到的管坯(无缝金属管)，在将外径为恒定值作为目标的同时，对壁厚进行了各种变更。这是由于在实际作业中将穿孔轧制后的管坯向延伸轧制机供给，因此在多数情况下需要将外径保持为恒定。

在下述的表4中表示实施例1的试验条件和试验结果。

[表4]

首先，在使用辊No.O的倾斜辊和顶头No.A的顶头的条件1下实施了穿孔轧制。接着，在使辊开度比条件1小的条件2下实施了穿孔轧制。条件2是使将要得到的无缝金属管的目标壁厚比条件1小的条件。但是，在条件2的穿孔轧制中发生了材料的挤出。因此，在将倾斜辊替换为辊No.P的倾斜辊而将出口侧面角从0°变更为3°并且将顶头替换为顶头No.B的顶头的条件3下实施了穿孔轧制。在条件3的穿孔轧制中，能够在不发生材料的挤出等不良情况的前提下得到壁厚比条件1小的无缝金属管。

在条件4和5下实施了使辊开度比条件3小并且减小壁厚的穿孔轧制。在条件4的穿孔轧制中，没有问题地比条件3壁薄。另一方面，在条件5的穿孔轧制中发生了材料的挤出。因此，在将倾斜辊替换为辊No.R的倾斜辊而将出口侧面角变更为6°并且将顶头替换为顶头No.C的顶头的条件6下实施了穿孔轧制。在条件6的穿孔轧制中，能够得到壁厚比条件4小的无缝金属管。

在条件7和8下实施了使辊开度比条件6小并且进一步减小壁厚的穿孔轧制。在条件7的穿孔轧制中，比条件6壁薄。另一方面，在条件8的穿孔轧制中发生了材料的挤出。因此，在将倾斜辊替换为辊No.S的倾斜辊而将出口侧面角变更为9°并且将顶头替换为顶头No.D的顶头的条件9下实施了穿孔轧制。在条件9的穿孔轧制中，能够得到壁厚比条件7小的无缝金属管。接着，在使辊开度比条件9小的条件10下实施了穿孔轧制。在条件10的穿孔轧制中发生了材料的挤出。

接着，在条件11和12下实施了使辊开度比条件9大并且增大壁厚的穿孔轧制。条件11的穿孔轧制中，能够得到壁厚比条件9大的无缝金属管。在条件12的穿孔轧制中发生了顶头堵塞。因此，在将倾斜辊替换为辊No.R的倾斜辊而将出口侧面角从9°变更为6°并且将顶头替换为顶头No.C的顶头的条件13下实施了穿孔轧制。但是，在条件13下未削除顶头堵塞。

因此，在将倾斜辊替换为辊No.P的倾斜辊而减小出口侧面角并且将顶头替换为顶头No.B的顶头的条件14下实施了穿孔轧制。在条件14的穿孔轧制中，能够得到壁厚比条件11大的无缝金属管。在条件15下实施了减小条件14的顶头前伸量并且进一步增大壁厚的穿孔轧制。在条件15的穿孔轧制中发生了顶头堵塞。因此，在将倾斜辊替换为辊No.O的倾斜辊而进一步减小出口侧面角并且将顶头替换为顶头No.A的顶头的条件16下实施了穿孔轧制。在条件16的穿孔轧制中，能够得到壁厚比条件14大的无缝金属管。

根据以上的结果示出了下述情况。考虑在通过穿孔轧制制造了具有第1壁厚的第1无缝金属管之后同样地通过穿孔轧制制造与第1壁厚不同的第2无缝金属管的工艺。在制造第2无缝金属管时，在第2壁厚比第1壁厚小的情况下，如果增大倾斜辊的出口侧面角，则能够制造质量上没有问题的薄壁的第2无缝金属管。为了增大倾斜辊的出口侧面角，只要增大倾斜辊的交叉角即可。与此相反地，在第2壁厚比第1壁厚大的情况下，如果减小倾斜辊的出口侧面角，则能够制造质量上没有问题的厚壁的第2无缝金属管。为了减小倾斜辊的出口侧面角，只要减小倾斜辊的交叉角即可。总之，根据上述的第1结构的制造方法，能够制造质量上没有问题的壁厚较小的无缝金属管和壁厚较大的无缝金属管这两者。

另外，对于条件1～16的穿孔轧制整理了有无产生不良情况(材料的挤出和顶头堵塞)。该整理将倾斜辊的出口侧面角和无缝金属管的壁厚外径比作为指标。图12是归纳实施例1中有无产生不良情况的图。在图12中，横轴表示倾斜辊的出口侧面角[°]，纵轴表示所得到的无缝金属管的壁厚外径比(t/d)[单位：无量纲]。在图12中，“〇”标记表示没有产生不良情况，“×”标记表示产生了不良情况。此外，图12中的A、B、C以及D是指顶头No.。

根据图12的结果示出了下述的情况。伴随着倾斜辊的出口侧面角增大，产生挤出的壁厚外径比减小。这是指如果增大倾斜辊的出口侧面角，则挤出被抑制，薄壁制管中的壁厚极限扩大。与此相反地，伴随着倾斜辊的出口侧面角减小，产生顶头堵塞的壁厚外径比增大。这是指如果减小倾斜辊的出口侧面角，则顶头堵塞被抑制，厚壁制管中的壁厚极限扩大。

另外，为了不产生不良情况(挤出)地制造壁厚外径比为0.07以下的薄壁的无缝金属管，只要使出口侧面角比3°大即可。出口侧面角的上限没有特别限定。不过，在出口侧面角为6°的情况下和9°的情况下，薄壁制管中的壁厚极限几乎相等。另外，在使出口侧面角比9°大的情况下，不得不几何学地缩短顶头。在该情况下，顶头的设计自身变得困难，担心尺寸精度特别是壁厚不均的恶化。因此，出口侧面角的上限优选为9°，更优选为6°。

另外，在薄壁制管和厚壁制管中的任一情况下，如果使出口侧面角比0°小，则随着向倾斜辊的出口侧去而辊开度减小。在该情况下，所制造的无缝金属管的内周与顶头的外周之间的间隙变小，将顶头从无缝金属管拔出变得困难。因此，出口侧面角优选为0°以上。总之，根据上述的第2结构的制造方法，能够制造质量上更没有问题的壁厚较小的无缝金属管和壁厚较大的无缝金属管这两者。

实施例2

倾斜辊的更换需要长时间的停机，从而使生产量降低。因此应该尽量避免倾斜辊的更换。

在实施例2中，与实施例1同样地实施了穿孔轧制试验。在实施例2的穿孔轧制试验中，将顶头No.A～D的顶头与辊No.V、P以及R220的倾斜辊进行各种组合来进行穿孔轧制。

在下述的表5中示出了实施例2的试验条件和试验结果。

[表5]

首先，在使用辊No.V的倾斜辊和顶头No.A的顶头的条件17下实施了穿孔轧制。条件17除了所使用的倾斜辊的入口侧面角以外与实施例1的条件1对应。但是，在条件17的穿孔轧制中，圆钢坯未咬入到倾斜辊。

于是，在条件18～21下实施了穿孔轧制。在条件18～21中，将倾斜辊替换为辊No.P，确认了能够将与条件1几乎相同的尺寸的材料穿孔。特别地，条件19和20是分别与实施例1的条件3和4对应的条件。通过这些条件19和20的穿孔轧制，再次确认了即使逐渐减小壁厚也能够穿孔。在此，在实施例1的条件5下，在辊No.P的倾斜辊与顶头No.B的顶头的组合中，不能进一步减小壁厚。因此，在条件21下，采用辊No.P的倾斜辊与顶头No.C的顶头的组合，将倾斜辊的出口侧面角设为与实施例1的条件6相同，以与实施例1的条件6相同的壁厚为目标。但是，在该条件21的穿孔轧制中，圆钢坯与倾斜辊的入口侧的端面碰撞，不能使圆钢坯咬入到倾斜辊。这是由于，倾斜辊的入口侧面角为1°，因此倾斜辊的入口侧面的主体长度(轴向长度)不足。

在原本的薄壁制管的情况下，由于增大倾斜辊的出口侧面角，因此入口侧面角必然减小。除此之外，在薄壁制管中辊开度较小，因此需要进一步加长入口侧面的主体长度。在条件23的穿孔轧制中，为了使圆钢坯咬入到倾斜辊而需要的入口侧面的主体长度为170mm以上。在实际的试验中使用的倾斜辊的入口侧面的主体长度为150mm(参照图11)。

如果倾斜辊的入口侧面的主体长度过长，则倾斜轧制机的建造成本和工具的制造成本升高。因此，加长倾斜辊的入口侧面的主体长度不是优选的。

于是，在条件22～30下实施了穿孔轧制。在条件22～30下，将倾斜辊替换为辊No.R220的倾斜辊，进而将顶头替换为其他顶头。进而对倾斜辊的交叉角CA和辊开度进行了各种变更。以与实施例1相同的顺序实施了条件22～30的穿孔轧制。也就是说，按照各穿孔轧制的顺序，在暂时减小壁厚之后增大壁厚。在条件22～30下的任一穿孔轧制中，均能够在不产生咬入不良等不良情况的前提下得到无缝金属管。

根据以上的结果示出了下述情况。如果倾斜辊的入口侧面是凸曲面，则无需更换倾斜辊，就能够制造质量上没有问题的壁厚较小的无缝金属管和壁厚较大的无缝金属管这两者。

实施例3

在实施例3中，与实施例1同样地实施了穿孔轧制试验。在实施例3的穿孔轧制试验中，对顶头No.C和E的顶头与辊No.S～Z和R220的倾斜辊进行各种组合，进行了将穿孔比设为3.5以上的高加工度的穿孔轧制。圆钢坯的外径为50mm和60mm这两种。

倾斜辊的交叉角CA是3°，倾斜角FA是10°。另外，倾斜辊的出口侧面角是6°。对辊开度进行各种变更，调查了有无产生不良情况(材料的挤出、咬入不良以及材料的周长变动)。该调查将倾斜辊的入口侧面角和圆凿牵伸率作为指标。

在下述的表6中示出了实施例3的试验条件和试验结果。

[表6]

图13是归纳实施例3中有无产生不良情况的图。在图13中，横轴表示倾斜辊的入口侧面角[°]，纵轴表示圆凿牵伸率[％]。在图13中，“〇”标记表示没有产生不良情况，“×”标记表示产生了不良情况。

参照表6和图13，如果倾斜辊的入口侧面角为7°以下，则材料在长度方向上的周长变动较大。另一方面，如果倾斜辊的入口侧面角为16°以上，则产生咬入不良。另外，如果圆凿牵伸率小于30％，则产生材料的挤出。因此得知了，在将穿孔比设为3.5以上的穿孔轧制的情况下，倾斜辊的入口侧面角设为8°以上且15°以下，且牵伸率设定为30％以上即可。

另外，确认了即使在使用辊No.R220的倾斜辊的情况下，即在使用入口侧面是凸曲面的倾斜辊的情况下，在将穿孔比设为3.5以上的穿孔轧制中，如果将圆凿牵伸率设为小于30％，则也会产生挤出。

实施例4

在实施例4中，与实施例1同样地实施了穿孔轧制试验。在实施例4的穿孔轧制试验中，对顶头No.A、E和F的顶头以及辊No.R60～R600这五种倾斜辊进行各种组合，来进行穿孔轧制。作为成为基础的条件，设定了条件46～48这三个条件。在条件46～48的各条件中，使用辊No.R60～R600的各倾斜辊。条件46、47和48分别用于制造厚壁、中壁和薄壁的无缝金属管。条件46、47和48的出口侧面角分别是0°、3°和6°。

在各条件的穿孔轧制中，调查了有无产生不良情况。该调查将圆钢坯与倾斜辊的开始接触位置作为指标。开始接触位置能够通过将倾斜辊的倾斜角FA假定为0°时的二维几何学来计算。调查的指标是沿着轧制线的方向上的第1距离和与轧制线垂直的方向上的第2距离。第1距离是从圆凿位置到开始接触位置的距离。第2距离是从轧制线到开始接触位置的距离减去辊开度的一半得到的距离。在本说明书中，有时将第1距离称为距圆凿的距离。有时将第2距离称为(距轧制线的距离)-(辊开度/2)。

在下述的表7中表示实施例4的试验条件。

[表7]

图14是归纳实施例4中有无产生不良情况的图。在图14中，横轴表示距圆凿的距离[mm]，纵轴表示(距轧制线的距离)-(辊开度/2)[mm]。在图14中，“〇”标记表示没有产生不良情况，“×”标记表示产生了不良情况。

参照图14，在使用辊No.R60的倾斜辊的穿孔轧制中，在条件46～48下全部产生了咬入不良。另外，在使用辊No.R600的倾斜辊的穿孔轧制中，在条件47和48的情况下产生了材料的周长变动较大的不良情况。

根据以上的结果示出了下述情况。为了抑制不良情况的产生，在辊No.R60～R600中，优选使用辊No.R100～R400的倾斜辊。在这些辊No.R100～R400中的最小的辊No.R100的倾斜辊中，形成入口侧面的凸曲面的圆弧的曲率半径是100mm。另一方面，在最大的辊No.R400的倾斜辊中，形成入口侧面的凸曲面的圆弧的曲率半径是400mm。圆钢坯的外径是60mm。因此，只要形成入口侧面的凸曲面的圆弧的曲率半径除以圆钢坯的外径所得到的值(入口侧面的曲面指数)为1.67以上且6.67以下，就能够抑制不良情况的产生。

实施例5

在实施例5中，与实施例1同样地实施了穿孔轧制试验。在实施例5中还准备了两种倾斜辊(辊No.A和B)。

图15是表示在穿孔轧制试验中使用的倾斜辊的外观的图。在图15中示出了辊No.A和B的倾斜辊1。

参照图15，辊No.A和B的倾斜辊1以圆凿G为分界而划分为入口侧面1a和出口侧面1b。入口侧面1a是凸曲面。在将入口侧面1a沿着倾斜辊1的中心轴线1c剖切时出现的线是凸曲线。该凸曲线由多次项式函数表示。出口侧面1b是锥形面。倾斜辊1的全长是恒定的。出口侧面1b的轴向长度是恒定的。入口侧面1a的轴向长度根据形成凸曲面的凸曲线的多次项式函数而变更。因此，根据需要在入口侧面1a的入口侧端设有辅助圆筒部1aa。辊No.A和B的倾斜辊1的全长与上述的辊No.O～Z和R60～R600的倾斜辊1的全长相同。

在下述的表8中示出了辊No.A和B的倾斜辊1各自的各尺寸。在图15中示出了这些各倾斜辊1中共同的各尺寸。表8中的a和b是图15所示的形成入口侧面1a的凸曲面的凸曲线的多次项式函数的系数。表8中的H是图15所示的辅助圆筒部1aa的轴向长度。

[表8]

表格8

辊No.	a	b	H[mm]
				A	0.0020	0.0083	0.00
B	0.0021	0.0852	13.13

在实施例5的穿孔轧制试验中，在实施例4中的条件46～48的各条件下，使用了辊No.A和B的各倾斜辊。在各条件的穿孔轧制中，与实施例4同样地调查了有无产生不良情况。

图16和图17是归纳实施例5中有无产生不良情况的图。在这些图中，图16示出了使用辊No.A的倾斜辊的结果。图17示出了使用辊No.B的倾斜辊的结果。在图16和图17中，横轴表示距圆凿的距离[mm]，纵轴表示(距轧制线的距离)-(辊开度/2)[mm]。在图16和图17中，“◇”标记表示没有产生不良情况，“×”标记表示产生了不良情况。在图16和图17中还示出了在实施例4的穿孔轧制中未产生不良情况的条件及其范围。

参照图16，在使用辊No.A的倾斜辊的穿孔轧制中，在出口侧面角为0°、3°以及6°中的任一情况下，在实施例4中未产生不良情况的范围内，圆钢坯与倾斜辊的接触开始，未产生不良情况。另外，参照图17，在使用辊No.B的倾斜辊的穿孔轧制中，在出口侧面角为0°的情况下，有时在实施例4中未产生不良情况的范围外圆钢坯与倾斜辊的接触开始。此时产生了咬入不良。

实施例6

在实施例6中，与实施例1同样地实施了穿孔轧制试验。在实施例6中还准备了两种倾斜辊(辊No.C和D)。

图18和图19是表示在穿孔轧制试验中使用的倾斜辊的外观的图。在这些图中，在图18中示出了辊No.C的倾斜辊1。在图19中示出了辊No.D的倾斜辊1。

参照图18和图19，辊No.C和D的倾斜辊1以圆凿G为分界而划分为入口侧面1a与出口侧面1b。入口侧面1a由三级的锥形面构成。也就是说，入口侧面1a是梯度沿着中心轴线1c以三个阶段变化的锥形面(凸曲面)。出口侧面1b是梯度恒定的锥形面。入口侧面1a的轴向长度是恒定的。出口侧面1b的轴向长度是恒定的。因此，倾斜辊1的全长是恒定的。辊No.C和D的倾斜辊1的全长与上述的辊No.A、B、O～Z和R60～R600的倾斜辊1的全长相同。

在实施例6的穿孔轧制试验中，与实施例5同样地，在实施例4的条件46～48的各条件下，使用了辊No.C和D的各倾斜辊。在各条件的穿孔轧制中，与实施例4同样地调查了有无产生不良情况。

图20和图21是归纳实施例6中有无产生不良情况的图。在这些图中，图20示出了使用辊No.C的倾斜辊的结果。图21示出了使用辊No.D的倾斜辊的结果。在图20和图21中，横轴表示距圆凿的距离[mm]，纵轴表示(距轧制线的距离)-(辊开度/2)[mm]。在图20和图21中，“◇”标记表示没有产生不良情况，“×”标记表示产生了不良情况。在图20和图21中还示出了在实施例4的穿孔轧制中未产生不良情况的条件及其范围。

参照图20，在使用辊No.C的倾斜辊的穿孔轧制中，在出口侧面角为0°、3°以及6°中的任一情况下，在实施例4未产生不良情况的范围内，圆钢坯与倾斜辊的接触开始，未产生不良情况。另外，参照图21，在使用辊No.D的倾斜辊的穿孔轧制中，在出口侧面角为6°的情况下，有时在实施例4中未产生不良情况的范围外圆钢坯与倾斜辊的接触开始。此时产生了材料的周长变动。

根据实施例4～6的结果整理了上述的咬入角(α)与圆凿牵伸率的关系。

图22是用于说明咬入角(α)的图。在图22中，横轴表示距圆凿的距离[mm]，纵轴表示(距轧制线的距离)-(辊开度/2)[mm]。在图22中，“〇”标记表示开始接触位置。原点与圆凿位置对应。横轴相当于轧制线。画出将开始接触位置与圆凿位置连结的直线。该直线与轧制线所成的角度是咬入角(α)。这如上所述。

图23是基于咬入角(α)与圆凿牵伸率的关系来归纳有无产生不良情况的图。在图23中，横轴表示圆凿牵伸率[％]，纵轴表示咬入角(α)[°]。在图23中，“〇”标记表示没有产生不良情况，“×”标记表示产生了不良情况。

根据图23的结果示出了下述的情况。圆凿牵伸率越大，则需要越大的咬入角(α)。为了增大圆凿牵伸率，要减小辊开度。如果辊开度较小，则成为穿孔比较高的穿孔轧制。与此相对，圆凿牵伸率越小，则需要越小的咬入角(α)。为了减小圆凿牵伸率，要增大辊开度。如果辊开度较大，则成为穿孔比较低的穿孔轧制。

因此，如上述的式(1)所示，咬入角(α)优选为“0.12×GD+1.5”以上且“0.25×GD+6”以下。根据另一观点，为了满足式(1)所示的条件，只要以越朝向入口侧面的入口侧端，入口侧面的梯度越大的方式设定即可。

另外，本发明不限定于上述的实施方式，当然能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。

产业上的可利用性

本发明的制造方法能够有效地用于基于曼内斯曼法的无缝金属管的制造。

附图标记说明

1、倾斜辊；1a、入口侧面；1b、出口侧面；1c、中心轴线；2、顶头；PL、轧制线；WP、被轧制件；CA、交叉角；FA、倾斜角。

Claims (6)

1.一种无缝金属管的制造方法，其使用倾斜轧制机来制造具有第1壁厚的第1无缝金属管和具有与所述第1壁厚不同的第2壁厚的第2无缝金属管，其中，

所述倾斜轧制机具备：

顶头，其配置于轧制线上；以及

三个倾斜辊，其绕所述轧制线等间隔地配置，分别具有入口侧面和出口侧面，在所述倾斜辊中，所述轧制线与所述入口侧面之间的距离从所述轧制线的入口侧朝向出口侧逐渐减小，所述轧制线与所述出口侧面之间的距离从所述轧制线的入口侧朝向出口侧逐渐增大，

所述制造方法包含：

第1倾斜轧制工序，在该工序中，利用所述倾斜轧制机对加热后的第1被轧制件进行轧制；

设定变更工序，在该工序中，将所述倾斜轧制机的设定条件变更为下述(a)和(b)中的任一者：(a)在所述第2壁厚比所述第1壁厚小的情况下，使所述倾斜辊的交叉角比所述第1倾斜轧制工序时大，(b)在所述第2壁厚比所述第1壁厚大的情况下，使所述倾斜辊的交叉角比所述第1倾斜轧制工序时小；以及

第2倾斜轧制工序，在该工序中，利用变更了设定条件的所述倾斜轧制机对加热后的第2被轧制件进行轧制。

2.根据权利要求1所述的无缝金属管的制造方法，其中，

在所述第1倾斜轧制工序和所述第2倾斜轧制工序中，将所述出口侧面在所述出口侧面中的与所述第1被轧制件和所述第2被轧制件的接触范围内的角度设为0°以上且9°以下，

在所述第1倾斜轧制工序中，在所述第1壁厚相对于所述第1无缝金属管的外径之比为0.07以下的情况下，使所述出口侧面的所述角度比3°大，

在所述第2倾斜轧制工序中，在所述第2壁厚相对于所述第2无缝金属管的外径之比为0.07以下的情况下，使所述出口侧面的所述角度比3°大。

3.根据权利要求1或2所述的无缝金属管的制造方法，其中，

所述入口侧面是凸曲面，

在所述第2倾斜轧制工序中，使用在所述第1倾斜轧制工序中使用的所述倾斜辊。

4.根据权利要求1或2所述的无缝金属管的制造方法，其中，

所述第1被轧制件和所述第2被轧制件为实心的，

在所述第1倾斜轧制工序和所述第2倾斜轧制工序中，将穿孔比设为3.5以上，将所述入口侧面的角度设为8°以上且15°以下，且将圆凿牵伸率设为30％以上。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的无缝金属管的制造方法，其中，

所述第1被轧制件和所述第2被轧制件为实心的，

所述入口侧面是凸曲面，在包含所述倾斜辊的中心轴线的截面出现的所述入口侧面的线是圆弧，

所述圆弧的曲率半径除以所述第1被轧制件和所述第2被轧制件的外径所得到的值为1.67以上且6.67以下。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的无缝金属管的制造方法，其中，

所述第1被轧制件和所述第2被轧制件为实心的，

在所述第1倾斜轧制工序和所述第2倾斜轧制工序中，圆凿牵伸率GD与咬入角α满足用下述的式(1)表示的条件：

0.12×GD+1.5≤α≤0.25×GD+6 (1)。

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