[发明专利]一种提高无缝钢管穿孔顶头使用寿命的方法

说明书

技术领域

本发明涉及无缝钢管生产技术领域，特指一种提高无缝钢管穿孔顶头使用寿命的方法，采用高能微弧合金化的手段在常用穿孔顶头表面制备稀土Y性的CrC涂层，从而使用顶头使用寿命提高55%以上，并有效节约了成本。

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，其使用寿命的高低对钢管产品的产量、质量、生产成本都有直接影响，倍受钢管企业的高度关注。  由于顶头在穿孔过程中与高温管坯接触，承受着巨大的轴向压应力、径向切应力和表面摩擦力等复合应力的作用，因此容易在早期就发生塌鼻、粘钢、开裂等失效，导致其使用寿命不高，从而影响钢管企业的生产效率，同时增加企业的生产成本。目前大量研究人员对穿孔顶头进行了系统研究，通过改善顶头材质的高温强度和硬度，提高表面的抗氧化性能，就能有效防止顶头塌鼻、粘钢、开裂，从而提高顶头的使用寿命。大量研究表明通过对顶头进行表面覆膜、渗硼、堆焊等表面处理，这种表面处理技术既经济实惠又可有效提高顶头使用寿命，但由于涂层与基体之间的过度层的复杂性作用，因而使得这种表面处理技术难以大范围的推广应用。本发明在总结大量研究的基础上，提出一种新的表面处理工艺，通过采用高能微弧合金化的手段在常用穿孔顶头表面制备稀土Y性的CrC涂层，从而使用顶头使用寿命提高55%以上，并有效节约了成本。

发明内容

本发明提供一种在穿孔顶头表面制备新型涂层的一种表面技术方法，将高能微弧合金化技术引入到穿孔顶头表面涂层的制备技术中，首先采用热压烧结法制成稀土金属钇改性的碳化铬电极，然后在氩气保护下采用高能微弧合金化设备在穿孔顶头上沉积碳化铬涂层，控制涂层制备过程中的氩气流量和设备输出电压、频率、功率及沉积时间，从而实现在顶头表面制备出性能优异的对涂层，提高穿孔顶头的使用寿命。

本发明工艺方法主要包括以下几个步骤，具体步骤如下：

步骤1：制备涂层电极：本发明采用碳化铬半烧结体电极，碳化铬半烧结体电极的制备方法如下：首先选用高纯超细碳化铬粉末作原料，以NiCr和Mo作为粘结金属相，并加入纳米级Y作添加剂，各组分按质量百分比计如下：

高纯超细碳化铬粉末  72%~75%；

NiCr和Mo的混合物  24%~27%，其中Mo占混合物质量的0.5%~1%；

纳米级Y₂O₃  0.5%~2%。

混合料经湿式球磨，真空干燥，N₂气流中过筛，在5MPa高压下压制成形，风干后，在1300℃温度下烧结、保温10h得到。

步骤2：穿孔顶头表面涂层的制备，在无缝钢管穿孔顶头表面采用高能微弧合金化设备沉积碳化铬涂层：选用步骤1制备好的碳化铬半烧结体电极作为阳极的自耗电极，调节设备输出功率500-3000W，电压40-150V，频率300-2000Hz，沉积时选用的保护性氩气的流量可控10-60ml/s，为防止涂层与基体粘接在一起，自耗电极能自旋转动，转速在30-400转/秒，控制沉积时间3-10分钟，实现对在顶头表面制备的涂层厚度达到10-30um。

所述步骤1中，碳化铬粉末为Cr₃C₂、Cr₇C₃、Cr₂₃C₆或由Cr₃C₂、Cr₇C₃和Cr₂₃C₆按任意质量比例混合而成，碳化铬粉末中杂质含量应小于0.01wt%，粒径小于200纳米。

所述步骤1中NiCr合金的化学成分为79wt%Ni-21wt%Cr。

所述步骤1中纳米级Y₂O₃的粒径小于200纳米。

所述步骤2中，该设备的可变参数为输出功率、电压和频率，沉积电极的自旋转速，沉积涂层时保护气体的流量，根据功率档的组合可以调节输出功率与电压值，以及与之相配比的电极转速和保护气体流量以及沉积时间，最终达到一定厚度的涂层。