[发明专利]一种无缝钢管穿孔顶头及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种穿孔顶头，具体涉及一种无缝钢管穿孔顶头及其制备方法，属于金属材料领域。

背景技术

穿孔顶头是无缝钢管生产中的关键工艺件，其质量的好坏和使用寿命的长短直接影响钢管生产的效率和钢管的质量。而穿孔顶头在穿孔过程中，因直接与高温管坯内壁接触，穿孔顶头和管坯反向旋转，顶头受力复杂，需要承受巨大的轴向、径向、切向应力以及表面摩擦力，且穿孔顶头在管过程中或穿管后需水冷，需在高温高压、急冷急热的工作条件下经受周次的机械疲劳和热疲劳，因此，穿孔顶头在使用过程中极易被破坏，容易出现塌鼻、粘钢、开裂等失效问题，使用寿命不长。而研制高质量高寿命的穿孔顶头已成为钢管生产中的重要课题。

中国专利申请文件(公开号：CN101603154A)中就公开了一种钢管热穿孔顶头的新材料，其化学组分及重量百分比为C：0.2-0.3，Si：0.20-1.20，Mn：0.40-0.60，Cr：0.50-0.80，Ni：0.90-1.20，Mo：0.90-1.20，W：1.80-2.20，Al：1.0-2.0，Ce：0.02-0.05，余量为铁及不可避免的微量杂质。该新材料一定程度上提高了穿孔顶头新材料的硬度、强度、韧性等性能，但是其耐磨性、耐温性没有明显得到改善，从而使所述热穿孔顶头的使用寿命不长。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种耐磨性好，耐高温，耐低温的使用寿命长的无缝钢管穿孔顶头。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种无缝钢管穿孔顶头，其组成元素及质量百分比为：碳(C)：0.30％-0.42％，铬(Cr)：11.5％-12.4％，锰(Mn)：1.5％-2.0％，钼(Mo)：0.1％-0.5％，钒(V)：0.4％-0.6％，铼(Re)：0.2％-0.3％，余量为铁(Fe)以及不可避免的杂质。

相较于现有技术，本发明中设计了一种新的无缝钢管穿孔顶头材料，该穿孔顶头在不添加镍的基础上，通过优化各成分的配比及加入新的元素使其产生协同作用，得到耐磨性好，耐高温，耐低温的使用寿命长的无缝钢管穿孔顶头。

本发明无缝钢管穿孔顶头中碳含量为0.30％-0.42％。在无缝钢管穿孔顶头中碳与铁、铬形成稳定的(Cr，Fe)₇C₃型碳化物，也可与Fe、Mn形成碳化物，并通过淬火提高无缝钢管穿孔顶头的耐磨性和硬度，同时又保证了足够的塑性、韧性及其耐温性。若碳含量过低时，碳化物变少，耐磨效果不明显，而当碳含量过高时，无缝钢管穿孔顶头的机械性能尤其是韧性显著变差，不利于穿孔顶头在恶劣的工况下使用。将碳元素的质量百分比控制在0.30％-0.42％，可使碳与其他元素产生协同作用，使本发明中的无缝钢管穿孔顶头具有较好的综合性能。

与现有技术相比，本发明无缝钢管穿孔顶头中的铬含量大大增加，为11.5％-12.4％。铬原子的半径为2.8·10^-10m，而铁原子的半径为2.7·10^-10m，两者十分相近，铁与铬的亲和力比其他元素强，容易与碳结合成(Fe、Cr)₃C型碳化物。而铸态组织中碳化物的量随铬含量的增加而增加，往往在晶界上形成连续网状碳化物(Fe、Cr)₃C。此外，在无缝钢管穿孔顶头中加入高含量的铬元素不仅能改变顶头中碳化物弥散分布形态，获得以Cr₂₃C₆为主的粒状碳化物，使其弥散分布于奥氏基体上，还能提高无缝钢管穿孔顶头的耐磨性、韧性、强度和抗高温、抗腐蚀性能。因此本发明无缝钢管穿孔顶头将铬含量提高到11.5％-12.4％，可使铬与其他元素产生协同作用，有效地提高无缝钢管穿孔顶头耐磨性能2倍以上。