專利名稱：：一種鋼管穿孔用合金鋼頂頭及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及到無縫鋼管生產(chǎn)領(lǐng)域中管坯穿孔時使用的一種頂頭，特別是生產(chǎn)頂頭的材料及制造方法。
背景技術(shù)：
：在我國無縫鋼管生產(chǎn)領(lǐng)域，鋼管生產(chǎn)工藝主要是管坯加熱一穿孔一軋制一減徑一檢驗、精整等。其中穿孔是重要環(huán)節(jié)，均采用頂頭進行穿孔，穿孔頂頭是無縫鋼管生產(chǎn)中的必備工具。由于管坯溫度高達120(TC左右，穿孔頂頭要承受高溫摩擦、擠壓等受力，因此對材質(zhì)要求很高。目前，軋制碳素鋼和一般合金鋼的頂頭材料有2類合金工具鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。合金工具鋼如H13，具有高溫強度高和耐磨性好的特點，但其缺點是韌性較差，易造成頂頭前端開裂和掉肉，且合金工具鋼制造成本較高，將引起鋼管生產(chǎn)成本增加。一般合金結(jié)構(gòu)鋼如30CrNi3、35CrMo，經(jīng)過特殊的氧化處理后也能作為頂頭使用，這類材料的高溫強度雖然低于合金工具鋼，但其韌性較好，在碳素鋼穿孔時使用效果較好，該類材料的缺點是在連續(xù)穿制合金鋼坯時由于軋制力較大而使頂頭表面易于軟化，產(chǎn)生塑性變形，從而大大降低了頂頭使用壽命。也有無縫鋼管生產(chǎn)廠家使用3Cr2W8V鋼作穿孔頂頭，但也存在著與30CrNi3、35CrMo頂頭同樣的問題，使用壽命較低，平均為100支/個左右。因此，開發(fā)一種材質(zhì)較好、成本適中的頂頭材料非常必要。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種含鎳、鉻、鉬、鎢及少量稀土元素的合金鋼頂頭，配以適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?，使頂頭具有較高的高溫強度、良好的耐磨性和韌性，來提高其使用壽命。同時，通過控制合金元素的含量來使頂頭的生產(chǎn)成本適中，彌補合金工具鋼頂頭韌性較差、成本較高的缺點，也使性價比優(yōu)于一般合金結(jié)構(gòu)鋼頂頭，達到利于鋼管連續(xù)生產(chǎn)的目的。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種鋼管穿孔用合金鋼頂頭，成分以質(zhì)》計，具體有C:0.10~0.25、Ni:1.5~4.0、Cr:1.5-3.5、Mo:0.3(M.0'W:0.l(M).50、Si:0.30~1.5、Mn:0.20~1.0、Re:0.10~0.50、P和S《0.030,其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。在上述合金元素中C:C是碳化物形成元素，一定的C含量可提高基體的強度和硬度，但C含量高對材料的韌性不利，同時，C含量高不利于進行氧化處理，因為在氧化處理時不利于致密氧化層的形成，因此C控制在0.10~0.25;Ni:Ni可提高材料的高溫強度，有利于氧化皮的形成；Cr:Cr有利于碳化物的形成，可提高材料的高溫強度，但Cr含量過高會使材料的導(dǎo)熱性下降，因此Cr控制在1.53.5;Mo:通過固溶強化來提高材料的強度，但Mo含量過高不利于表面氧化層的形成，因此Mo控制在0.301.0;W:加入少量W通過固溶強化來提高材料的硬度，但W含量太高會導(dǎo)致碳化物粗大，從而使鋼的韌性下降，也不利于氧化層的形成，因此W控制在0.l(M).50;Mm可提高材料的高溫強度，但Mn含量過高使鋼的導(dǎo)熱性降低，因此Mn控制在0.20-1.0;Si:適量的Si元素可提高表面氧化層與基體的粘接性，可提高材料的抗高溫回火性能，但Si含量太高會使材料的高溫強度下降，因此Si控制在0.301.5;Re:可提高材料的綜合性能，降低鋼中氧含量，利于凈化鋼質(zhì)。通過加入Mo、W元素，有利于提高材料的回火穩(wěn)定性，同時，Mo和W元素溶解在Fe的固溶體中，可促使C曲線右移，使貝氏體開始轉(zhuǎn)變曲線向上推移，有利于貝氏體的形成。通過控制合適的C、Mn、Cr、Mo含量，使材料具有良好的韌性。本發(fā)明的另一目的是提供一種生產(chǎn)上述合金鋼頂頭的方法，其工藝方法如下按本發(fā)明提供的合金鋼頂頭成分要求，首先將廢鋼熔煉成鋼水，然后配加所需的合金，得到成分合乎要求的鋼水，然后使用中頻爐冶煉鋼水，將中頻爐冶煉的鋼水進行鑄造，得到粗頂頭。對粗頂頭再進行精加工，得到符合形狀、尺寸的頂頭。本發(fā)明還可以采用電爐一LF—VD工藝冶煉鋼水，將VD工藝冶煉的鋼水先鑄造成連鑄坯后再進行鍛造，得到粗頂頭。對粗頂頭再進行精加工，得到符合形狀、尺寸的頂頭。采用電爐一LF—VD"連鑄生產(chǎn)頂頭鋼坯可大大提高生產(chǎn)節(jié)奏，并可降低金屬消耗，提高頂頭成材率，有利于降低頂頭生產(chǎn)成本。將加工好的頂頭放入恥01C的爐內(nèi)，升溫至lOCKMlOOT,保溫一段時間進行氧化處理，然后降溫至900'C，出爐后緩冷至常溫，以達到消除應(yīng)力的目的。熱處理后的頂頭基體應(yīng)為貝氏體組織，表面為致密的氧化膜，常溫下頂頭硬度值為3841HRC。本發(fā)明通過設(shè)計一種新的合金鋼頂頭材料，并采取合適的熱處理工藝，從而得到綜合性能良好的頂頭。此種頂頭在碳素鋼穿孔時使用壽命可達到300支/個，在合金鋼穿孔時可達到250支/個，是原頂頭壽命的3倍。綜合來說，使用本發(fā)明的頂頭降低了鋼管的生產(chǎn)成本，減少了生產(chǎn)過程中更換頂頭的次數(shù)，有利于加快節(jié)奏、提高鋼管產(chǎn)量，同時，頂頭表面開裂和掉肉現(xiàn)象較少，有利于提高鋼管的內(nèi)表面質(zhì)量，減少廢品，提高經(jīng)濟效益。具體實施例方式實施例一一種合金鋼頂頭，成分以質(zhì)計，具體有C:0.18、Ni:2.5、Cr:2.5、Mo:0.7、W:0.3、Si:1.0、Mn:0.6、Re:0.3、P和S《0.02;其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。按上述成分要求，首先將廢鋼熔煉成鋼水，然后配加所需的合金，得到成分合乎要求的鋼水，然后使用中頻爐冶煉鋼水，將中頻爐冶煉的鋼水進行鑄造，得到粗頂頭。對粗頂頭再進行精加工，得到符合形狀、尺寸的頂頭。將加工好的頂頭放入900"C的爐內(nèi)，升溫至100(K1100'C,保溫一段時間進行氧化處理，然后降溫至900'C,出爐后緩冷至常溫，以達到消除應(yīng)力的目的。熱處理后的頂頭基體應(yīng)為貝氏體組織，表面為致密的氧化膜，常溫下頂頭硬度值為38~41HRC。成品頂頭的力學(xué)性能見表l。表1頂頭力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。按上述成分要求，首先將廢鋼熔煉成鋼水，然后配加所需的合金，得到成分合乎要求的鋼水，然后采用電爐一LF—VD工藝冶煉鋼水，將VD工藝冶煉的鋼水先鑄造成連鑄坯后再進行鍛造，得到粗頂頭。對粗頂頭再進行精加工，得到符合形狀、尺寸的頂頭。將加工好的頂頭放入90(TC的爐內(nèi)，升溫至1000~1100'C，保溫一段時間進行氧化處理，然后降溫至900'C,出爐后緩冷至常溫，以達到消除應(yīng)力的目的。熱處理后的頂頭基體應(yīng)為貝氏體組織，表面為致密的氧化膜，常溫頂頭硬度值為38~41HRC。成品頂頭的力學(xué)性能見表2表2頂頭力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>采用電爐一LF""VD"連鑄生產(chǎn)頂頭鋼坯可大大提高生產(chǎn)節(jié)奏，并可降低金屬消耗，提高頂頭成材率，有利于降低頂頭生產(chǎn)成本。權(quán)利要求1、一種鋼管穿孔用合金鋼頂頭，其特征是:成分以質(zhì)量％計，具體有C0.10～0.25、Ni1.5～4.0、Cr1.5～3.5、Mo0.30～1.0，W0.10～0.50、Si0.30～1.5、Mn0.20～1.0、Re0.10～0.50、P和S≤0.030，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。2、一種如權(quán)利要求1所述的鋼管穿孔用合金鋼頂頭的制造方法，其特征是首先將廢鋼熔煉成鋼水，再配加所需的合金，得到成分合乎要求的鋼水，再使用中頻爐冶煉鋼水，將中頻爐冶煉的鋼水進行鑄造，得到粗頂頭，然后對粗頂頭再進行精加工，得到符合形狀、尺寸的頂頭；將加工好的頂頭放入900'C的爐內(nèi)，升溫至10001100'C，保溫一段時間進行氧化處理，然后降溫至9oot;，出爐后緩冷至常溫，以達到消除應(yīng)力的目的，熱處理后的頂頭基體應(yīng)為貝氏體組織，表面為致密的氧化膜，常溫下頂頭硬度值為3841HRC。3、一種如權(quán)利要求1所述的鋼管穿孔用合金鋼頂頭的制造方法，其特征是首先將廢鋼熔煉成鋼水，再配加所需的合金，得到成分合乎要求的鋼水，然后采用電爐"LF—VD工藝冶煉輛水，將VD工藝冶煉的鋼水先鑄造成連鑄坯后再進行鍛造，得到粗頂頭，對粗頂頭再進行精加工，得到符合形狀、尺寸的頂頭；將加工好的頂頭放入900"C的爐內(nèi)，升溫至100(^1100t;，保溫一段時間進行氧化處理，然后降溫至900t,出爐后緩冷至常溫，以達到消除應(yīng)力的目的，熱處理后的頂頭基體應(yīng)為貝氏體組織，表面為致密的氧化膜,常溫下頂頭硬度值為38~41HRC。全文摘要一種鋼管穿孔用合金鋼頂頭是及制造方法，合金鋼頂頭成分以質(zhì)量％計，具體有C0.10～0.25、Ni1.5～4.0、Cr1.5～3.5、Mo0.30～1.0，W0.10～0.50、Si0.30～1.5、Mn0.20～1.0、Re0.10～0.50、P和S≤0.030，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。將加工好的頂頭放入900℃的爐內(nèi)，升溫至1000～1100℃，保溫一段時間進行氧化處理，然后降溫至900℃，出爐后緩冷至常溫，以達到消除應(yīng)力的目的，熱處理后的頂頭基體應(yīng)為貝氏體組織，表面為致密的氧化膜，常溫下頂頭硬度值為38～41HRC。文檔編號C21D9/00GK101381850SQ200810143419公開日2009年3月11日申請日期2008年10月23日優(yōu)先權(quán)日2008年10月23日發(fā)明者劉光穆,彭清林,彭自勝,程圣泓,肖鴻光申請人:衡陽華菱連軋管有限公司