[发明专利]一种无缝管穿孔顶头及其制备方法

说明书

本发明公开一种无缝管穿孔顶头及其制备方法。顶头中含有：Ni3.5％～6.0％，顶头表面附有氧化隔热涂层。顶头的制备方法包括(1)将顶头鼻部加工成平端面；(2)对顶头鼻部及顶头穿孔锥部进行加工，表面形成凹槽；凹槽深度在0.2～6.0mm，凹槽宽度为0.2～1.6mm；且凹槽的深度与宽度比值为1～8；凹槽间距1～6mm；(3)将上述步骤得到的顶头放入氧化炉内，先通入还原剂，升温至850～1150℃，然后通入氧化介质，保温4～8小时，降温至550～600℃，出炉缓冷至室温，在顶头基体表面及凹槽外层得到一层高效氧化隔热涂层，延长顶头使用寿命。

技术领域

本发明属于无缝钢管生产技术领域，尤其涉及穿孔机穿管用顶头及其制备技术。

背景技术

穿孔顶头是无缝钢管生产中消耗量最大的关键工具之一。由于穿孔顶头工作条件恶劣，使得顶头使用寿命不高，进而影响钢管质量和生产效率。目前穿制普碳钢及低合金钢用顶头寿命基本一致，而在穿制高合金钢时顶头寿命差异较大，且同种顶头个体差异也相差较大，寿命不稳定。目前钢厂主要采用的是钼级合金顶头，此种顶头造价昂贵，使用过程复杂，需要预热、无水、玻璃粉润滑等，且寿命极不稳定，严重影响了高合金钢管的生产节奏和产品质量，迫切需要一种寿命稳定、使用过程简单可控、经济适用的穿孔顶头。而影响顶头寿命最主要的因素即为顶头表面涂层质量，如何实现涂层的强附着力和持续再生是此项技术的核心关键，目前尚未有较为成熟的技术可供使用。

申请号为CN20120504397.9的中国专利(《带涂层超硬顶头以及使用了该带涂层超硬顶头的冷拔方法》)，其专利所述顶头为冷拔用顶头，应用场景为常温环境下，在1000℃以上高温热轧条件下并不适用。

申请号为CN200810033921.2的中国专利(《一种穿孔顶头表面强化的激光熔覆方法》)介绍的是用WC颗粒在高功率CO₂激光器的作用下制备一层Co基复合层。所用工艺复杂制备难度大，涂层厚度波动较大，且所用WC、Co均为高价金属，制造成本高，经济性差。

申请号为CN201210028400.4的中国专利(《一种提高无缝钢管穿孔顶头使用寿命的方法》)，其专利所述方法为用高能电弧在顶头表面制造出碳化铬涂层，该技术制得的涂层仅为10～30μm，不足以让顶头承受较长的工作时间，且薄涂层极易剥落导致顶头基体裸露而失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种强附着力、具备持续再生能力的顶头表面隔热涂层的制备技术，既能够保证顶头在轧制高合金钢时具有保持良好的尺寸外形的能力，又能够在尽量少的加入合金情况下达到使用目的，降低生产成本，同时钢管内部表面质量不会受到影响。

具体的技术方案为：

一种无缝管穿孔顶头，顶头的化学成分按质量百分比为：C0.18％～0.65％，Si0.4％～1.8％，Mn 1.6％～3.0％，Cr 0.5％～10.0％，Co0.4％～4.0％，W 0.2％～7.0％，Ni 3.5％～6.0％，其余为铁和不可避免的杂质。顶头表面的氧化隔热涂层按体积百分比计，97％以上为FeO和Fe₃O₄混合物，该混合物中的FeO和Fe₃O₄按体积百分比计，其比值为1～6，氧化隔热涂层厚度为0.4～2.0mm。

顶头中化学成分的作用机理如下：

C:是保证顶头基体强度最为经济的元素。为保证基体强度，C必须在0.18％以上。如C大于0.65％，则材料的塑性、韧性会下降。因此，C的优选范围为0.18％～0.65％。

Si：是有效的脱氧元素，含量过低会降低材料脱氧效果，过高又会降低钢的韧性，因此，选择0.4％～1.8％作为Si的合金含量范围。

Mn：提高顶头基体的强度，与钢中的硫元素形成熔点高的MnS，防止钢的热脆现象，但过高的锰会导致晶粒粗化，因此选Mn含量控制在1.60％～1.60％。