[發明專利]一種提高無縫鋼管穿孔頂頭使用壽命的方法

有效

• 申請號: 201210028400.4
• 申請日: 2012-02-09
• 公開（公告）號: CN102534604A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 潘太軍;張保;薛文龍;陳德貴
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;B22F3/16
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及無縫鋼管生產技術領域，特指一種提高無縫鋼管穿孔頂頭使用壽命的方法，采用高能微弧合金化的手段在常用穿孔頂頭表面制備稀土Y性的CrC涂層，從而使用頂頭使用壽命提高55%以上，并有效節約了成本。

背景技術

穿孔頂頭是無縫鋼管生產中消耗量最大的關鍵工具之一，其使用壽命的高低對鋼管產品的產量、質量、生產成本都有直接影響，倍受鋼管企業的高度關注。??由于頂頭在穿孔過程中與高溫管坯接觸，承受著巨大的軸向壓應力、徑向切應力和表面摩擦力等復合應力的作用，因此容易在早期就發生塌鼻、粘鋼、開裂等失效，導致其使用壽命不高，從而影響鋼管企業的生產效率，同時增加企業的生產成本。目前大量研究人員對穿孔頂頭進行了系統研究，通過改善頂頭材質的高溫強度和硬度，提高表面的抗氧化性能，就能有效防止頂頭塌鼻、粘鋼、開裂，從而提高頂頭的使用壽命。大量研究表明通過對頂頭進行表面覆膜、滲硼、堆焊等表面處理，這種表面處理技術既經濟實惠又可有效提高頂頭使用壽命，但由于涂層與基體之間的過度層的復雜性作用，因而使得這種表面處理技術難以大范圍的推廣應用。本發明在總結大量研究的基礎上，提出一種新的表面處理工藝，通過采用高能微弧合金化的手段在常用穿孔頂頭表面制備稀土Y性的CrC涂層，從而使用頂頭使用壽命提高55%以上，并有效節約了成本。

發明內容

本發明提供一種在穿孔頂頭表面制備新型涂層的一種表面技術方法，將高能微弧合金化技術引入到穿孔頂頭表面涂層的制備技術中，首先采用熱壓燒結法制成稀土金屬釔改性的碳化鉻電極，然后在氬氣保護下采用高能微弧合金化設備在穿孔頂頭上沉積碳化鉻涂層，控制涂層制備過程中的氬氣流量和設備輸出電壓、頻率、功率及沉積時間，從而實現在頂頭表面制備出性能優異的對涂層，提高穿孔頂頭的使用壽命。

本發明工藝方法主要包括以下幾個步驟，具體步驟如下：

步驟1：制備涂層電極：本發明采用碳化鉻半燒結體電極，碳化鉻半燒結體電極的制備方法如下：首先選用高純超細碳化鉻粉末作原料，以NiCr和Mo作為粘結金屬相，并加入納米級Y作添加劑，各組分按質量百分比計如下：

高純超細碳化鉻粉末??72%~75%；

NiCr和Mo的混合物??24%~27%，其中Mo占混合物質量的0.5%~1%；

納米級Y₂O₃??0.5%~2%。

混合料經濕式球磨，真空干燥，N₂氣流中過篩，在5MPa高壓下壓制成形，風干后，在1300℃溫度下燒結、保溫10h得到。

步驟2：穿孔頂頭表面涂層的制備，在無縫鋼管穿孔頂頭表面采用高能微弧合金化設備沉積碳化鉻涂層：選用步驟1制備好的碳化鉻半燒結體電極作為陽極的自耗電極，調節設備輸出功率500-3000W，電壓40-150V，頻率300-2000Hz，沉積時選用的保護性氬氣的流量可控10-60ml/s，為防止涂層與基體粘接在一起，自耗電極能自旋轉動，轉速在30-400轉/秒，控制沉積時間3-10分鐘，實現對在頂頭表面制備的涂層厚度達到10-30um。

所述步驟1中，碳化鉻粉末為Cr₃C₂、Cr₇C₃、Cr₂₃C₆或由Cr₃C₂、Cr₇C₃和Cr₂₃C₆按任意質量比例混合而成，碳化鉻粉末中雜質含量應小于0.01wt%，粒徑小于200納米。

所述步驟1中NiCr合金的化學成分為79wt%Ni-21wt%Cr。

所述步驟1中納米級Y₂O₃的粒徑小于200納米。

所述步驟2中，該設備的可變參數為輸出功率、電壓和頻率，沉積電極的自旋轉速，沉積涂層時保護氣體的流量，根據功率檔的組合可以調節輸出功率與電壓值，以及與之相配比的電極轉速和保護氣體流量以及沉積時間，最終達到一定厚度的涂層。