斯蒂弗尔对斜轧穿孔的各种可能性进行了认真研究,除了著名的23702 号专利以外。还有公布于1897年的30449号专利,其中包括可能是第一台真正的不锈钢管锥辊式穿孔机,这由图26-1示出,就此,申请人提出:如箭头所示,锥形辊A和B以相同方向旋转,轧辊轴及其工作例的边线向同一点收敛,并相交于轧制中心线上的共同C。
“如轧辊是圆柱体或具有不变的直径,在被咬住的具有较小直径的管坯部分和具有较大直径的部分相比,有必要施以较高的回转速度,这就会产生管坯的扭变,采用如图所示的锥形辊,轧制绝不会使不锈钢管坯产生扭变,而且在轧辊和管坯之间的收缩表面不产生滑移,在孔型的收敛侧会产生管坯直径的逐渐减缩,可以看到轧辊直径也以和管坯直径减缩相同的比例逐渐减小,管坯的较大直径部分被轧辊的较大直径部分咬住,而管坯的较小直径部分被轧辊比例地缩减的直径部分咬住,因此被轧辊咬住的管坯的每部分都具有绝对相同的一致的旋转速度。这是我认为我发明中的最重要的特征,这是由于两个轧辊和工件表面的轴线向孔型轴线上的一个共同点收敛的缘故。
Stiefel 在专利说明书中这样写道:“如图26-1所示的轧辊对工件D施加回转运动,至于将管坯推向、推过穿孔顶头则是由液压柱塞E或其他方法完成的”。
实际上,完全按上述方式设计的穿孔机从未建造过,此外,发明者提出用同样的锥形辊,但其布置方式如下所述:
“在下一个示意图中(即本书的图26-2)相对于轧制中心线,轧辊以相反方向倾斜以致轧辊本身能使管坯产生前进运动而不用借助于液压柱塞或其他机械设备使管坯通过轧辊孔型,并越过顶头”。
这是斜轧,这种装置能使工件向前喂入。
关于他何时对锥辊式穿孔机进行构思,曾经做过什么试验以证实其理论的正确,均缺乏证据。但是他获得了专利,建造了轧机而且轧机工作得很好。
一、关于不锈钢管锥辊式穿孔机的试验
20世纪20年代初宾州 Beaver Falls 的 Babcock & Wilco Tube公司(厂)在5年的时间内进行了一系列的试验以决定该厂应建立怎么样的最好的穿孔机。试验轧机是一台小型轧机,其轧辊轴可以在水平或垂直平面内调整,通过试验,发现锥角为60°的锥辊式穿孔机各有下列优点:
1. 对穿孔单位体积的金属来说,所需马力最小;
2. 穿孔坯表面光洁、壁厚均匀;
3. 不像一般斜轧穿孔机那样,对管坯钢种的要求并不那么严格;
4. 对穿孔机轧辊和穿孔坯来说,可以更好地接近理想的表面速度关系。
而1897年在没有进行任何试验的条件下,Stiefel 将锥辊式穿孔最佳锥角设想为56°30”,和20世纪80年代初 Mannesmann公司在Roth厂安装的锥辊式穿孔机采用的2y=55.2°,相差不远。
二、不锈钢管锥辊式穿孔机的复兴
基于在狄赛尔穿孔机实际生产中所取得的经验,在20世纪70年代末期对穿孔工艺进行了旨在提高延伸率、利用扩径效应生产薄壁不锈钢管穿孔坯以及穿轧高合金管等方面的研究。
从理论上讲,生产薄壁穿孔坯及穿轧高合金管可由锥辊式穿孔工艺过程优越的金属变形条件而实现;从设计的角度来看,则力求在穿轧碳素钢管坯时使穿孔坯接近热轧成品管的尺寸,即D/S值为20~30。这种穿孔工艺复兴的标志是80年代初两台锥辊式穿孔机投入生产,1981年拉特钢管厂在Φ273.0mm自动轧管机组中采用锥辊式穿孔机以取代串列布置的两台斯蒂弗尔穿孔机。接着,1982年住友海南钢管厂的Φ114.3mm连续轧管机中也采用锥辊式穿孔机。这两台穿孔机的主要技术特征列于表26-1。
拉特不锈钢管厂锥辊式穿孔机在实际运行中有两点经验值得一提:
1. 延伸率可达6:1,能生产长度为14m,D/S≤30的薄壁穿孔坯;
2. 采用适当的孔型设计,穿轧薄壁穿孔坯时扩径率要高达40%,扩径量达100mm.
三、不锈钢管锥辊式穿孔机的优点
不锈钢管锥辊式穿孔机是一种古老的穿孔工艺,在20世纪80年代初期,轧辊水平布置的锥辊式穿孔机得到了复兴,其工艺具有以下优点:
1. 较高的伸长率;
2. 在穿孔坯尺寸方面具有较大的灵活性;
3. 能穿轧高合金钢。
由于轧辊垂直布置的锥辊式穿孔机兼有锥辊式穿孔工艺技术优点和狄赛尔穿孔机的机械设计优点,它的出现将穿孔工艺技术的发展推向了一个新的阶段。
由于轧辊垂直布置的锥辊式穿孔机所生产的穿孔坯尺寸接近热轧成品管,故当生产较小口径的成品管时,这种穿孔机可与张力减径机联用,不设置轧管机即可生产热轧成品管。南非TOSA钢管厂采用的就是这种工艺。
南非 TOSA不锈钢管厂开始用它进行CPS二阶段轧管工艺试验,后来又和MINI-MPM轧机配套,而MINI-MPM仅采用4个机架。这种锥辊式穿孔机具有穿孔薄壁空心坯的能力,可称之为近终形穿孔工艺设备。
美国Fairfield 不锈钢管厂于1999年6月进行技术改造时采用这种锥辊式穿孔机以取代压力穿孔机(PPM)和延伸机,改造后生产效率和轧线操作水平大大提高。