冷辊轧成型的无缝钢管及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种冷辊轧成型的无缝钢管及其制造方法，采用壁厚均匀、内外表面光整的无缝钢管毛坯，在5℃‑40℃环境下通过至少2个轧辊对其外表面的进行缩径辊轧加工制成；毛坯管经辊轧后其外径、内径均被压缩减小，形成外表面有螺旋状凹槽；内表面有凹凸波纹的无缝钢管。本发明专利技术冷辊轧成型工艺是轧制设备的轧辊沿毛坯管的轴线对称布置，轧辊绕自身轴线转动并压缩钢管外径，使毛坯管的内、外径均产生塑性变形，轧辊中、后段外圆上设有多个间隔的凸起，坯管在外径变小，表面形成适当尺寸螺旋状凹槽的同时，毛坯管的内径也变小并形成凹凸波纹；用该无缝钢管进一步加工制造成的建筑用FRP筋或钢筋的灌浆连接套筒，机械切削加工量小，成本低，性能好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属无缝管制造方法，具体的说，是涉及一种冷辊轧成型的无缝钢管及其制造方法。
技术介绍
在传统的机械工业领域，金属无缝管主要采用热轧、冷轧和冷拔加工工艺制成，管产品外径均匀、表面平整，作为各种机械零件加工用毛坯，有的产品如：金属波纹管，是采用薄壁的高塑性材料金属管通过对外径滚压加工而制成；钢支撑管，是用具有较高塑性的金属管通过冷轧或温轧工艺在管的外表面滚轧出螺纹作为传力或固定件使用；中空锚杆，是以热轧工艺对厚壁无缝管进行滚轧加工制成表面螺旋凹槽成为外表锚固和连接、内孔传送流体的零件。但在已有工业产品中，尚缺乏用冷辊轧工艺生产内壁为螺旋状波纹的专用厚壁无缝钢管产品，相关生产技术也属本领域空白，而对这种钢管产品的需求已经出现，如：建筑领域用的FRP筋连接用灌浆套筒、装配式建筑应用的钢筋连接用灌浆套筒，这些产品主要为外形为管状的零件，通过向管内填充无收缩灌浆材料，灌浆材料凝固、硬化后将管件和被连接的FRP筋或钢筋锚固在一起。而现有技术填充的灌浆材料的强度仅为100MPa左右，远远低于连接套筒和被连接件的强度，因此套筒灌浆连接需要的锚固长度很长，全灌浆套筒的外径和长度之比一般不小于16倍钢筋直径。近些年提出的用无缝钢管车削加工制成的灌浆连接套筒克服了铸造套筒产品的铸造缺陷等问题，产品质量和可靠性显著提升，但其内腔凹凸结构的车削生产工艺效率较低、加工成本高，而如采用轧制工艺生产内壁凹凸的厚壁无缝钢管，只能采用热轧加工，但其产品的内腔尺寸精度、壁厚均匀度等尚不能满足灌浆连接套筒的结构尺寸要求，需要再进行一定的机械切削加工才能形成最终产品，这样的产品材料消耗大，成本也仍然居高不下。机械加工理论可以采用冷辊轧方法在无缝钢管外表面局部滚轧，通过金属变形在内壁形成对应的凸起，这样的工艺制作的灌浆连接套筒减少了大量切削加工制成的连接产品就会具有成本优势，但是作为建筑结构传力件筋-FRP筋或带肋钢筋的连接件，其外径在混凝土结构设计规范的要求下不宜过大，要满足承载力要求，灌浆连接套筒就要采用厚壁且高强的材料加工，常用材料如中国GB699的45号优质碳素结构钢等。已有的冷辊轧工艺对于壁厚较厚的高强材料如45号钢钢管，很难通过外表压制凹槽而在内壁形成凸起，因为外表面挤压时距外表面近的深层处的金属会向两边流动，只有当挤压模具距离管内壁较近距离时，即当挤压出很深的凹槽时，模具的径向压力才能传到管内壁并在内壁形成变形，而碳当量较高、强度较高的钢材其塑性较低，外表挤压出深凹槽时槽底部的金属实际是原来在管外表面的金属，其受拉变形最大，当变形超过材料的塑性极限值就会产生肉眼可见或不可见的裂纹，同时也在变形处产生内应力，内应力及裂纹缺陷造成的潜在风险是阻碍灌浆套筒采用冷辊轧生产加工的重要难题，因此已有的用无缝管外表面滚轧凹槽制造灌浆套筒加工技术主要采用屈服点低、塑性好的材料来制造套筒，且仅在外表面局部辊轧，局部产生塑性变形，而未辊轧的金属表面仍保持原有尺寸状态，厚壁无缝钢管采用该工艺辊轧后的沿轴线分布的各个径向横截面面积差异明显，在外表面辊轧凹槽处的径向横截面面积最小，承载能力降低，原有毛坯材料的承载能力不能充分发挥，造成有接近于横截面损失比例的材料浪费。随着500MPa及以上级别的高强钢筋的应用发展，高强钢筋对灌浆套筒的屈服承载力要求显著提高，使用屈服点低、塑性高的材料必然需增加套筒壁厚，不仅使灌浆套筒外径增大，而且壁厚增加使冷滚轧工艺加工外表凹槽时需要更大的变形才可形成管内壁的凸起，冷脆、微裂纹缺陷进一步增大，质量隐患风险提高，如果不能攻克高强材料无缝钢管冷辊轧加工形成内壁凸起的技术难题，装配式混凝土结构中的钢筋套筒灌浆连接技术就会因成本高的问题难以得到广泛应用和持续发展。
技术实现思路
针对上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种提高加工效率，降低加工成本，安全可靠的冷辊轧成型的无缝钢管及其灌浆连接套筒。本专利技术所采取的技术方案是：一种冷辊轧成型的无缝钢管，冷辊轧成型的无缝钢管是一种厚壁无缝钢管，厚壁无缝钢管外表面设有绕其轴线的螺旋状凹槽，内表面有凹凸波纹。采用壁厚均匀、内外表面光整的无缝钢管毛坯，在5℃-40℃环境下通过至少2个轧辊对其外表面进行的缩径辊轧加工制成；所述无缝钢管毛坯经辊轧后其外径、内径均被压缩减小，形成外表面有所述螺旋状凹槽；内表面有所述凹凸波纹的所述无缝钢管。一种冷辊轧成型的无缝钢管的制造方法，采用壁厚均匀、内外表面光整的无缝钢管毛坯，在5℃-40℃环境下通过设有至少2个轧辊的设备，轧辊沿被加工的无缝钢管毛坯的轴线对称布置，轧辊的轴线和无缝钢管毛坯的进给中心线呈与轧辊挤压中、后段的表面均布的环状凸起的间距相关的在2°～6°之间的一个适当的夹角；在设备的动力轴驱动下，轧辊绕轧辊自身轴线转动，无缝钢管毛坯前段预制一个导入斜坡，插到转动的轧辊之间，并与各个轧辊的轧辊斜面挤压前段相接触；随着轧辊的转动，无缝钢管毛坯在轧辊的摩擦力作用下绕轧辊的加工中心线转动并前进，前进过程中，各个轧辊的斜面挤压前段之间的间隙逐步变小，轧辊斜面挤压前段对无缝钢管毛坯外表面的进行挤压，无缝钢管毛坯在轧辊的挤压力作用下发生变形，无缝钢管毛坯的外径逐步被压缩变形，并导致钢管变形发热，温度上升到50℃以上，已经发热的无缝钢管毛坯立即进入表面均布环状凸起的轧辊挤压中、后段，无缝钢管毛坯再次被轧辊挤压中、后段前部稍矮的凸起挤压，继续发热升温，无缝钢管毛坯材料的物理性能发生变化，屈服强度降低，塑性增加，由于材料强度的降低，金属的变形抗力减小，无缝钢管毛坯的外径保持被在轧辊挤压中、后段的凸起底部限制的尺寸，控制冷轧变形量致使轧制后的无缝钢管的最大外径为无缝钢管毛坯的外径的0.950～0.995倍；而无缝钢管毛坯的内径得以缩小，并在轧辊挤压中、后段的凸起对应的内壁附近区域缩径变形进一步加大；并最终形成凹凸波纹的内壁，随着无缝钢管毛坯的被辊轧变形，不断发热，被辊轧区域的材料温度一直保持在50℃～150℃，直至无缝钢管毛坯离开轧辊挤压中、后段，制成冷辊轧成型的无缝钢管；此时无缝钢管还是具有较高的温度，直至无缝钢管的温度降低到室温期间，无缝钢管在加工中的冷变形应力一直在释放。所述螺旋状凹槽在所述无缝钢管的轴线上导程或螺距为5mm～30mm；所述无缝钢管的最大外径在25mm～100mm之间，无缝钢管最大外径与其平均壁厚之比在6～16之间，成型后的无缝钢管最大外径是冷轧加工前无缝钢管毛坯的外径的0.950～0.995倍。所述无缝钢管外表面的螺旋状凹槽在管的径向方向上的最大深度在2.0mm至该无缝钢管的平均壁厚值的0.5倍之间；所述无缝钢管内表面的凹凸波纹的凸起相对凹槽的径向最大高度在该无缝钢管的平均壁厚值的0.02～0.5倍之间。一种冷辊轧成型的无缝钢管制造的FRP筋或带肋钢筋的灌浆连接套筒，所述灌浆连接套筒的侧壁上设有1个或多个用于向灌浆连接套筒内部进行注浆或出浆的过浆孔。一种冷辊轧成型的无缝钢管制造的FRP筋或带肋钢筋的灌浆连接套筒，所述灌浆连接套筒的内腔在过浆孔处设有过浆沟槽。一种冷辊轧成型的无缝钢管制造的FRP筋或带肋钢筋的灌浆连接套筒，所述灌浆连接套筒的一端或两端设有安装密封件的沟槽。一种冷辊轧成型的无缝钢管制造的FRP筋或带肋钢筋的灌浆连接套筒，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷辊轧成型的无缝钢管，其特征在于，冷辊轧成型的无缝钢管(1)是一种厚壁无缝钢管，厚壁无缝钢管外表面设有绕其轴线的螺旋状凹槽(3)，内表面有凹凸波纹(2)。

【技术特征摘要】
1.一种冷辊轧成型的无缝钢管，其特征在于，冷辊轧成型的无缝钢管(1)是一种厚壁无缝钢管，厚壁无缝钢管外表面设有绕其轴线的螺旋状凹槽(3)，内表面有凹凸波纹(2)。2.一种权利要求1所述的冷辊轧成型的无缝钢管的制造方法，其特征在于，采用壁厚均匀、内外表面光整的无缝钢管毛坯(13)，在5℃-40℃环境下通过至少2个轧辊(16)对其外表面进行的缩径辊轧加工制成；所述无缝钢管毛坯(13)经辊轧后其外径、内径均被压缩减小，形成外表面有所述螺旋状凹槽(3)；内表面有所述凹凸波纹(2)的所述无缝钢管(1)。3.一种权利要求1所述的冷辊轧成型的无缝钢管的制造方法，其特征在于，采用壁厚均匀、内外表面光整的无缝钢管毛坯(13)，在5℃-40℃环境下通过设有至少2个轧辊(16)的设备，轧辊(16)沿被加工的无缝钢管毛坯(13)的轴线对称布置，轧辊(16)的轴线和无缝钢管毛坯(13)的进给中心线呈与轧辊挤压中、后段(15)的表面均布的环状凸起的间距相关的在2°～6°之间的一个适当的夹角；在设备的动力轴驱动下，轧辊(16)绕轧辊自身轴线转动，无缝钢管毛坯(13)前段预制一个导入斜坡，插到转动的轧辊(16)之间，并与各个轧辊(16)的轧辊斜面挤压前段(14)相接触；随着轧辊(16)的转动，无缝钢管毛坯(13)在轧辊(16)的摩擦力作用下绕轧辊的加工中心线转动并前进，前进过程中，各个轧辊的斜面挤压前段(14)之间的间隙逐步变小，轧辊斜面挤压前段(14)对无缝钢管毛坯(13)外表面的进行挤压，无缝钢管毛坯(13)在轧辊(16)的挤压力作用下发生变形，无缝钢管毛坯(13)的外径逐步被压缩变形，并导致钢管变形发热，温度上升到50℃以上，已经发热的无缝钢管毛坯(13)立即进入表面均布环状凸起的轧辊挤压中、后段(15)，无缝钢管毛坯(13)再次被轧辊挤压中、后段(15)前部稍矮的凸起挤压，继续发热升温，无缝钢管毛坯(13)材料的物理性能发生变化，屈服强度降低，塑性增加，由于材料强度的降低，金属的变形抗力减小，无缝钢管毛坯(13)的外径保持被在轧辊挤压中、后段(15)的凸起底部限制的尺寸，控制冷轧变形量致使轧制后的无缝钢管(1)的最大外径为无缝钢管毛坯(13)的外径的0.950～0.995倍；而无缝钢管毛坯(13)的内径得以缩小，并在轧辊挤压中、后段(15)的凸起对应的内壁附近区域缩...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱冠龙，郝志强，王爱军，朱清华，郝敏，祝岩，
申请(专利权)人：中冶建筑研究总院有限公司，北京思达建茂科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11