一种钢管轧辊及钢管加工方法
阅读说明：本技术 一种钢管轧辊及钢管加工方法 (Steel pipe roller and steel pipe machining method ) 是由 胡大辉 于 2021-08-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种钢管轧辊及钢管加工方法,本发明通过改变辊体上孔型截面定位线的加工外径,可得到不同曲率的加工曲面,从而可获取更大的延伸系数,因此,本发明可将毛管一次性加工至小口径钢管,从而减少小口径钢管加工过程中的中间道次,进而减少酸洗、磷化、皂化以及退火等必要工序,以减少资源的浪费、降低成本以及降低环境污染。(The invention discloses a steel pipe roller and a steel pipe processing method, wherein the processing outer diameter of a pass section positioning line on a roller body is changed to obtain processing curved surfaces with different curvatures so as to obtain a larger elongation coefficient, so that a tubular billet can be processed to a small-caliber steel pipe at one time, thereby reducing intermediate passes in the processing process of the small-caliber steel pipe, further reducing necessary procedures such as acid washing, phosphorization, saponification, annealing and the like, and reducing the waste of resources, the cost and the environmental pollution.)
技术领域
本发明属于钢管加工技术领域，具体涉及一种钢管轧辊及钢管加工方法。
背景技术
钢管不仅具有输送流体、粉状固体、交换热能、制造机械零件和容器等用途，其还是一种经济钢材，从人们的日常用具、家具、供排水、供气、通风和采暖设施到各种农机用具的制造、地下资源的开发、国防和航天所用的枪炮、子弹、导弹以及火箭等产品都离不开钢管；因此，钢管成为人们生活和生产中必不可少的产品之一。
目前，对于钢管的生产工艺都是利用冷轧机进行低延伸系数的生产，在获得中间道次的半成品后，再进行冷拔生产，最后得到成品钢管；但是，传统的钢管加工无法一次性生产出小口径钢管(例如15mm、20mm或18mm等口径的钢管)，而要想制造出小口径钢管，则需要进行多次加工，其口径越小，加工次数越多；例如，要想得到20mm的钢管，需要先将毛管加工成25mm的钢管，然后再进行冷轧拉伸，从而将25mm的钢管加工为20mm的钢管；而要得到15mm的钢管，则还需在20mm的基础上再次进行冷轧拉伸。
因此，上述加工方法存在以下不足：效率偏低，且中间道次越多，必要的工序就会越多(即要加工得到20mm的钢管，目前则需要进行两次加工，即先将毛管加工成25mm的钢管，然后再由25mm的钢管加工至15mm，这就造成酸洗、磷化、皂化以及退火等必要工序需要在每次加工时进行)，从而导致资源的浪费、成本的增加以及更多的环境污染；因此，如何一次性加工得到小口径钢管成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种钢管轧辊以及钢管加工方法，以解决现有要得到小口径钢管需要进行多次加工所导致的效率偏低，成本高以及会增加环境污染的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种钢管轧辊，包括：辊体，其中，所述辊体沿周向方向依次设置有减径槽、减壁槽以及定径槽；
所述减径槽上设置有第一孔型截面定位线以及第二孔型截面定位线，其中，所述减径槽处于所述第一孔型截面定位线与所述第二孔型截面定位线之间的区域构成减径曲面，且毛管经所述减径曲面加工形成的第一钢管的外径介于37～42mm之间；
所述减壁槽上设置有第三孔型截面定位线，其中，所述减壁槽处于所述第二孔型截面定位线与所述第三孔型截面定位线之间的区域构成减壁曲面，且所述第一钢管经所述减壁曲面加工形成的第二钢管的外径介于31～33.4mm之间；
所述定径槽上沿所述毛管加工方向依次设置有9条第四孔型截面定位线，其中，所述定径槽处于9条第四孔型截面定位线之间的区域构成定径曲面，且所述第二钢管经所述定径曲面加工形成的成品钢管的外径介于15.1～22mm之间。
基于上述公开的内容，本发明将钢管加工用的轧辊进行了改进，即改变了轧辊中三个加工段的曲率，其实质为：改变第一孔型截面定位线以及第二孔型截面定位线的加工外径，从而改变减径槽中第一孔型截面定位线与第二孔型截面定位线之间的曲面曲率(即经减径曲面加工后的第一钢管的外径则代表第二孔型截面定位线的加工外径为37～42mm，而两条定位线的加工外径确定后，即可确定两条定位线形成的曲面曲率)；同理，改变减壁槽中第二孔型截面定位线以及第三孔型截面定位线的加工外径，以及9条第四孔型截面定位线的加工外径，也可改变减壁曲面以及定径曲面的曲率；因此，本发明可获取更大的延伸系数，从而可一次性加工得到外径处于15.1-22mm之间的小口径钢管。
通过上述设计，本发明可一次性加工至小口径钢管(例如15mm)，从而减少小口径钢管加工过程中的中间道次，进而减少酸洗、磷化、皂化以及退火等必要工序，以减少资源的浪费、降低成本以及降低环境污染。
在一个可能的设计中，所述第一孔型截面定位线对应的加工外径为45mm。
基于上述公开的内容，本发明公开了第一孔型截面定位线的加工外径，即45mm，即说明本发明经减径曲面后，能够将45mm的毛管直接加工成37～42mm的钢管，即两条定位线的加工外径确定后，可确定减径曲面的曲率。
在一个可能的设计中，所述毛管经所述减径曲面加工形成的第一钢管的外径为37mm、38mm、42mm或39.2mm。
基于上述公开的内容，本发明公开了第一钢管外径的具体参数，即相当于公开了第二孔型截面定位线对应的加工外径；通过上述参数可知，不同尺寸的加工外径，结合第一孔型截面定位线，可形成不同曲率的减径曲面，从而可将毛管加工为不同外径尺寸的第一钢管。
在一个可能的设计中，所述第一钢管经所述减壁曲面加工形成的第二钢管的外径为31mm、32mm、33.4mm或32.5mm。
基于上述公开的内容，第二钢管的外径则代表第三孔型截面定位线的加工外径；因此，不同加工外径的第三孔型截面定位线与第二孔型截面定位线结合，可形成不同曲率的减壁曲面，从而可将第一钢管加工成不同外径尺寸的第二钢管。
在一个可能的设计中，9条所述第四孔型截面定位线的加工外径依次为27～30.69mm、24～29.07mm、23～27.45mm、22.3～25.82mm、19～24.2mm、17.77～23.46mm、17.15～22.72mm、15.3～22.3mm以及15.1～22mm。
基于上述公开的内容，本发明公开9条第四孔型截面定位线中每条第四孔型截面定位线的加工外径，即通过设定不同加工外径的9条第四孔型截面定位线，也可形成不同曲率的定径曲面，从而将第二钢管加工成不同外径尺寸的成品钢管。
在一个可能的设计中，所述第二钢管经所述定径曲面加工形成的成品钢管的外径为15.1mm、18mm、22mm或20.1mm。
基于上述公开的内容，通过本发明所提供的轧辊，可一次性将毛管加工成外径为15,1mm、18mm、22mm或20.1mm的钢管，即本发明可减少加工小口径钢管的中间道次，进而减少加工工序。
在一个可能的设计中，所述辊体上还设置有进料口以及出料口。
第二方面，本发明提供了一种钢管的加工方法，其使用前述第一方面以及第一方面中任意一种可能设计的钢管轧辊进行加工，包括：
将钢坯加热后进行穿孔，得到毛管，其中，加热温度最高为1350℃；
将毛管依次进行酸洗、磷化和皂化处理，得到毛坯管；
使用权利要求1～7任意一项所述的钢管轧辊对毛坯管进行冷轧加工，得到成品钢管，其中，冷轧加工过程中的回转次数为100次/min，轧制延伸系数为5.5。
基于上述公开的内容，本发明可将钢坯一次性加工成小口径钢管，从而在冷轧时只需进行一次酸洗、磷化和皂化处理，相比于传统的加工方法，减少了中间道次，进而提高了加工效率，减少了加工工序，降低了加工成本以及降低了对环境的污染。
在一个的可能的设计中，在得到成品钢管后，所述方法还包括：
将所述成品钢管进行除油处理；
将经除油处理后的成品钢管放入退火炉中进行高温退火处理，去除应力，得到无缝钢管；
待无缝钢管冷却后，对无缝钢管依次进行酸洗处理、矫直处理以及涡流探伤，得到合格钢管。
在一个可能的设计中，所述酸洗处理的PH值介于1～2之间，处理时间介于15～25分钟之间；
所述磷化处理的PH值介于2～3之间，处理时间介于35～45分钟之间；
所述皂化处理PH值介于10～11之间，处理时间介于5PH值介于10～11之间15分之间，处理温度保持在60℃～70℃之间。
附图说明
图1为本发明提供的减径槽的结构示意图；
图2为本发明提供的减壁槽的结构示意图；
图3为本发明提供的定径槽的结构示意图；
图4为本发明提供的第一孔型截面定位线、第二孔型截面定位、第三孔型截面定位线以及第四孔型截面定位线在辊体中的位置结构示意图。
图5是本发明提供的辊体的剖视图。
图6是本发明提供的钢管加工方法的步骤流程示意图。
附图标记，10-辊体；20-减径槽；30-减壁槽；40-定径槽；11-进料口；12-出料口。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。
实施例
目前，传统的钢管加工无法一次性生产出小口径钢管(例如15mm、20mm或18mm等口径的钢管)，而要想制造出小口径钢管，则需要进行多次加工，其口径越小，加工次数越多；例如，要想得到20mm的钢管，需要先将毛管加工成25mm的钢管，然后再进行冷轧拉伸，从而将25mm的钢管加工为20mm的钢管；而要得到15mm的钢管，则还需在20mm的基础上再次进行冷轧拉伸；这就造成了加工小口径钢管的中间道次偏多，从而使得酸洗、磷化、皂化以及退火等必要工序增多，导致加工效率较低，且增加了人工成本以及环境污染；因此，本实施例提供了一种钢棍轧辊，可将钢坯一次性加工为小口径钢管，从而无需进行多次加工，减少了中间道次，从而在冷轧时只需进行一次酸洗、磷化、皂化处理，不仅提高了加工效率，还降低了成本以及环境污染。
如图1～5所示，本实施例第一方面所提供的钢管轧辊，可以但不限于包括辊体10，其中，所述辊体10沿周向方向依次设置有减径槽20、减壁槽30以及定径槽40。
即在本实施例中，毛管依次经过减径槽20进行外径的削减，然后再经过减壁槽30进行壁厚的削减，最后，再经过定径槽40，固定轧制成品的外径；而经过定径槽40加工得出的钢管则是成品钢管。
如图5所示，在本实施例中，举例在辊体10上设置有进料口11以及出料口12，以便通过进料口11向轧辊送入毛管，从而将毛管加工为小口径钢管，而加工完成后，即从出料口12送出；在本实施例中，进料口11位于减径槽20上，而出料口12则位于定径槽40上。
在本实施例中，是通过改变前述三个加工槽中曲面的曲率，来将毛管一次性加工为小口径钢管，改变结构如下：
参见图4，在本实施例中，在所述减径槽20上设置有第一孔型截面定位线以及第二孔型截面定位线，其中，所述减径槽20处于所述第一孔型截面定位线与所述第二孔型截面定位线之间的区域构成减径曲面；即减径曲面对毛管进行加工，以削减毛管的外径。
而本实施例中，毛管经所述减径曲面加工形成的第一钢管的外径介于37～42mm之间，也就代表着，第二孔型截面定位线的加工外径介于37～42mm之间，也就是说，减径曲面可将毛管加工成外径介于37～42mm的第一钢管。
在本实施例中，是通过改变第一孔型截面定位线以及第二孔型截面定位线的加工外径，来改变二者形成的减径曲面的曲率；即在本实施例中，第一孔型截面定位线K的加工外径为45mm，而第二孔型截面定位线B的加工外径介于37～42mm；因此，只要K和B两条定位线的加工外径确定后，二者之间形成的减径曲面的曲率也就确定，从而可生产出不同尺寸外径的第一钢管。
在本实施例中，举例所述毛管经所述减径曲面加工形成的第一钢管的外径可以但不限于为37mm、38mm、42mm或39.2mm；也就是说，第二孔型截面定位线B的加工外径可以但不限于为37mm、38mm、42mm或39.2mm。
通过前述可知，由于第二孔型截面定位线B的加工外径具有4个，因此，本实施例可形成4种不同曲率的减径曲线，从而获取4种不同尺寸外径的第一钢管。
同理，本实施例在所述减壁槽30上设置有第三孔型截面定位线，其中，所述减壁槽30处于所述第二孔型截面定位线与所述第三孔型截面定位线之间的区域构成减壁曲面，且所述第一钢管经所述减壁曲面加工形成的第二钢管的外径介于31～33.4mm之间。
即在本实施例中，第三孔型截面定位线O的加工外径介于31～33.4mm之间，也就是说，第二孔型截面定位线B与第三孔型截面定位线O之间构成的减壁曲面，可将第一钢管加工为外径介于31～33.4mm之间的第二钢管；其改变减壁曲面曲率的原理与前述一致，均是通过设定第二和第三孔型截面定位线不同的加工外径，从而得到不同曲率的减壁曲面。
在本实施例中，举例所述第一钢管经所述减壁曲面加工形成的第二钢管的外径可以但不限于为31mm、32mm、33.4mm或32.5mm；也就是说第三孔型截面定位线的加工外径可以但不限于为31mm、32mm、33.4mm或32.5mm。
因此，通过前述参数可知，第二孔型截面定位线B以及第三孔型截面定位线O之间也可形成4种不同曲率的减壁曲面；即分别为加工外径为39.2mm的第二孔型截面定位线B以及32.5mm的第三孔型截面定位线0；加工外径为42mm的第二孔型截面定位线B以及33.4mm的第三孔型截面定位线0；加工外径为38mm的第二孔型截面定位线B以及32mm的第三孔型截面定位线0；加工外径为37mm的第二孔型截面定位线B以及31mm的第三孔型截面定位线0。
同理，由于在定径槽40中，传统轧辊具有9条定位线，因此，在本实施例中，也需要设置9条定位线，并同时改变9条定位线的加工外径，从而得到可直接生成小口径钢管的定径曲面。
即在本实施例中，在所述定径槽40上沿所述毛管加工方向依次设置有9条第四孔型截面定位线，其中，所述定径槽40处于9条第四孔型截面定位线之间的区域构成定径曲面，且所述第二钢管经所述定径曲面加工形成的成品钢管的外径介于15.1～22mm之间。
通过前述可知，第二钢管经过定径曲面后，生成的成品钢管的外径介于15.1～22mm，即本实施例所提供的轧辊，可直接加工生产出小口径钢管。
在本实施例中，举例9条所述第四孔型截面定位线的加工外径依次为27～30.69mm、24～29.07mm、23～27.45mm、22.3～25.82mm、19～24.2mm、17.77～23.46mm、17.15～22.72mm、15.3～22.3mm以及15.1～22mm。
即通过设置相邻两条第四孔型截面定位线的加工外径，以使相邻两条第四孔型截面定位线之间构成的曲面具有不同的曲率，即9条第四孔型截面定位线可形成8个曲面，即第二钢管经过前述8个曲面进行定径后，外径可直接从31～33.4mm，下降为15.1～22mm，从而达到一次性加工成为小口径钢管的目的。
如图4所示，在本实施例中，举例9条第四孔型截面定位线依次用1～9进行编号，即第四孔型截面定位线1的加工外径可以但不限于为：27mm、30.69mm、29.25mm或27.43mm；举例第四孔型截面定位线2的加工外径可以但不限于为：24mm、29.07mm、27.32mm或25.63mm；举例第四孔型截面定位线3的加工外径可以但不限于为：23mm、27.45mm、25.2mm或24.16mm；举例第四孔型截面定位线4的加工外径可以但不限于为：22.3mm、25.82mm、23.04mm或22.66mm；举例第四孔型截面定位线5的加工外径可以但不限于为：21.5mm、24.2mm、20.96mm或19mm；举例第四孔型截面定位线6的加工外径可以但不限于为：21.22mm、23.46mm、20.06mm或17.77mm；举例第四孔型截面定位线7的加工外径可以但不限于为：20.64mm、22.72mm、19.16mm或17.15mm；举例第四孔型截面定位线8的加工外径可以但不限于为：20.3mm、22.3mm、18.3mm或15.3mm；举例第四孔型截面定位线9的加工外径可以但不限于为：20.1mm、22mm、18mm或15.1mm。
同理，举例所述第二钢管经所述定径曲面加工形成的成品钢管的外径可以但不限为15.1mm、18mm、22mm或20.1mm，即本实施例所提供的轧辊，可加工生产出外径为15mm、18mm、22mm或20mm的小口径钢管。
如表1所示，表1为前述是四种定位线的具体加工外径的数值，以实现前述4种小口径钢管的生产。
表1
通过表1可知，本实施例所提供的轧辊，通过设定辊体10上12条孔型截面定位线的加工外径，从而可形成不同曲率的减径曲面、减壁曲面以及定径曲面，从而可实现20mm、15mm、18mm以及22mm等小口径钢管的一次性加工生产；在本实施中，举例生产出的钢管的外径和壁厚的公差范围在±0.05mm以内。
由此通过前述对钢管轧辊的详细描述，本发明通过改变辊体10上孔型截面定位线的加工外径，可得到不同曲率的加工段，从而可获取更大的延伸系数，因此，本发明可将毛管一次性加工至小口径钢管，从而减少小口径钢管加工过程中的中间道次，进而减少酸洗、磷化、皂化以及退火等必要工序，以减少资源的浪费、降低成本以及降低环境污染。
如图6所示，本实施例第二方面提供一种钢管加工方法，其使用实施例第一方面所述的钢管轧辊进行加工，可以但不限于包括如下步骤S1～S3。
S1.将钢坯加热后进行穿孔，得到毛管，其中，加热温度最高为1350℃。
在本实施例中，举例可以但不限于使用步进炉对钢坯进行加热，温度逐步提升至1350℃，并使用全自动40或50加强型穿孔机是对钢坯进行穿孔，从而生产出毛管。
在本实施例中，举例毛管的外径和壁厚可以但不限于为：40mm*2.8mm～45mm*3.5mm。
在得到毛管后，举例可以但不限于将毛管的两端切除，并打磨两端的端面，使端面光滑，从而防止在冷轧时，端面存在毛刺而损伤轧辊。
将毛管打磨光滑后，即可进行步骤S2。
S2.将毛管依次进行酸洗、磷化和皂化处理，得到毛坯管。
步骤S2的目的是：处理掉毛管表面的氧化皮以及其他杂质；当然，在本实施例中，举例使用盐酸，在常温下(25摄氏度)对毛管进行酸洗；举例酸洗处理的PH值介于1～2之间，处理时间介于15～25分钟之间；举例磷化处理的PH值介于2～3之间，处理时间介于35～45分钟之间；举例所述皂化处理PH值介于10～11之间，处理时间介于5PH值介于10～11之间15分之间，处理温度保持在60℃～70℃之间。
毛管经过步骤S2处理后，即可使用前述第一方面中的钢管轧辊进行冷轧加工，从而直接加工成小口径成品钢管，如步骤S3所示。
S3.使用实施例第一方面所述的钢管轧辊对毛坯管进行冷轧加工，得到成品钢管。
在本实施例中，举例钢管轧辊的进料口11大于毛管外径2～3mm，且使用两辊冷轧机头进行冷轧加工的回转次数为100次/min，送进量不超过3mm/次，轧制延伸系数为5.5。
通过上述设计，即可使用前述第一方面所述的钢管轧辊将钢坯一次性加工成小口径钢管，从而在冷轧时只需进行一次酸洗、磷化和皂化处理，相比于传统的加工方法，减少了中间道次，进而提高了加工效率，减少了加工工序，降低了加工成本以及降低了对环境的污染。
在本实施例中，在得到成品钢管后，还可以进行以下步骤，以提高成品钢管的质量，如以下步骤S4～S6所示。
S4.将所述成品钢管进行除油处理。
在本实施例中，除油处理是将成品钢管放入添加了除油剂的槽中浸泡30分钟，且浸泡温度保持在70摄氏度。
S5.将经除油处理后的成品钢管放入退火炉中进行高温退火处理，去除应力，得到无缝钢管。
在本实施例中，举例所述高温退火处理的温度介于620～640℃之间(优选为630℃)，所述成品钢管送进所述退火炉中的速度介于1.8m/min～2.2m/min(优选为2m/min)，所述退火炉中的保温段长度介于38～43m之间(优选为40m)。
去除应力后，即可进行步骤S6。
S6.待无缝钢管冷却后，对无缝钢管依次进行酸洗处理、矫直处理以及涡流探伤，得到合格钢管。
在本实施例中，酸洗与前述步骤S2中的酸洗条件一致，而矫直处理可以但不限于使用矫直机，其作用是消除退火产生的弯曲；而涡流探伤则是用于检查无缝钢管内外的缺陷，从而保证产品的质量，检验完成后，即可得到合格产品。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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