[發(fā)明專利]一種鋼管穿孔頂頭及其制備方法

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• 申請日: 2017-11-06
• 公開（公告）號: CN107855366A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于佳
• 申請（專利權(quán)）人: 于佳
• 主分類號: B21B25/00
• 分類號: B21B25/00;C22C38/00;C22C38/02;C22C38/44;C22C38/46;C22C38/58
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本發(fā)明涉及一種穿孔頂頭，具體涉及一種鋼管穿孔頂頭及其 制備方法，屬于金屬材料領(lǐng)域。

穿孔頂頭是鋼管生產(chǎn)中的關(guān)鍵工藝件，其質(zhì)量的好壞和使用壽 命的長短直接影響鋼管生產(chǎn)的效率和鋼管質(zhì)量。而穿孔頂頭在穿孔 過程中，因直接與高溫管坯內(nèi)壁接觸，穿孔頂頭和管坯反向旋轉(zhuǎn)， 頂頭受力復(fù)雜，需要承受巨大的軸向、徑向、切向應(yīng)力以及表面摩 擦力，且穿管過程中或穿管后需水冷，需在高溫高壓、急冷急熱的 工作條件下經(jīng)受周次的機(jī)械疲勞和熱疲勞。因此，穿孔頂頭在使用 過程中極易被破壞，容易出現(xiàn)塌鼻、粘鋼、開裂等失效問題，壽命 不長而研制高質(zhì)量高壽命的穿孔頂頭已成為鋼管生產(chǎn)中的重要課 題。

中國專利申請文件(公開號：CN101603154A)公開了一種鋼 管熱穿孔頂頭的新材料，其化學(xué)組分及重量百分比為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，余量為鐵 及不可避免的微雜質(zhì)。該新材料一定程度上提高了穿孔頂頭新材料 的硬度、強(qiáng)度、韌性等性能，但是其耐磨性、耐溫性沒有得到明顯 改善，從而使得所述熱穿孔頂頭的使用壽命不長。

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種耐磨 性好，耐溫性好，使用壽命長的鋼管穿孔頂頭。

本發(fā)明的目的可通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種鋼管穿孔頂 頭，其組成元素及質(zhì)量百分比為：碳(C)：0.28％-0.40％，鉻 (Cr)：11.0％-12.2％，錳(Mn)：1.7％-2.3％，鉬(Mo)：0.2％-0.6％， 硅(Si)：0.25％-1.10％，鎳(Ni)：0.8％-1.1％，釩(V)：0.3％-0.5％， 錸(Re)：0.25％-0.35％，余量為鐵(Fe)以及不可避免的雜質(zhì)。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種新的鋼管穿孔頂頭材料， 該鋼管穿孔頂頭在低鎳的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化各成分的配比及加入 新的元素使其產(chǎn)生協(xié)同作用，得到耐磨性好，耐高溫，耐低溫的 使用壽命長的鋼管穿孔頂頭。

本發(fā)明鋼管穿孔頂頭中碳含量為0.28％-0.40％。在鋼管穿孔 頂頭中碳與鐵、鉻形成穩(wěn)定的(Cr，F(xiàn)e)7C3型碳化物，也可與 Fe、Mn形成碳化物，并通過淬火提高鋼管穿孔頂頭的耐磨性和 硬度，同時又保證了足夠的塑性、韌性及其耐溫性。若碳含量過 低時，碳化物變少，耐磨效果不明顯，而當(dāng)碳含量過高時，鋼管 穿孔頂頭的機(jī)械性能尤其是韌性顯著變差，不利于穿孔頂頭在惡 劣的工況下使用。將碳元素的質(zhì)量百分比控制在0.28％-0.40％， 可使碳與其他元素產(chǎn)生協(xié)同作用，使本發(fā)明中的鋼管穿孔頂頭具 有較好的綜合性能。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明鋼管穿孔頂頭中的鉻含量大大增加， 為11.0％-12.2％。鉻原子的半徑為2.8·10-10m，而鐵原子的半徑為 2.7·10-10m，兩者十分相近，鐵與鉻的親和力比其他元素強(qiáng)，容易 與碳結(jié)合成(Fe、Cr)3C型碳化物。而鑄態(tài)組織中碳化物的量隨 鉻含量的增加而增加，往往在晶界上形成連續(xù)網(wǎng)狀碳化物(Fe、 Cr)3C。此外，在鋼管穿孔頂頭中加入高含量的鉻元素不僅能改 變頂頭中碳化物彌散分布形態(tài)，獲得以Cr23C6為主的粒狀碳化物， 使其彌散分布于奧氏基體上，還能提高鋼管穿孔頂頭的耐磨性、 韌性、強(qiáng)度和抗高溫、抗腐蝕性能。因此本發(fā)明鋼管穿孔頂頭將 鉻含量提高到11.0％-12.2％，可使鉻與其他元素產(chǎn)生協(xié)同作用， 有效地提高鋼管穿孔頂頭耐磨性能2倍以上。

錳是鋼管穿孔頂頭中主要的強(qiáng)化元素，在鋼管穿孔頂頭中主 要起脫氧除氣和提高淬透性等作用。但當(dāng)錳含量高于9％時，元 素錳對鋼管穿孔頂頭的機(jī)械性能沒有明顯的影響。錳在鋼管穿孔 頂頭中可與鐵生成(FeMn)3C型碳化物，降低奧氏體分解速度， 從而大大提高鋼管穿孔頂頭的淬透性。若錳含量過高，錳溶于奧 氏體中會降低馬氏體轉(zhuǎn)變溫度進(jìn)而使淬火組織中殘余的奧氏體量 增多從而影響鋼管穿孔頂頭的耐磨性。在保證奧氏體組織的前提 下，錳含量的降低會導(dǎo)致奧氏體穩(wěn)定性略有下降，但鋼管穿孔頂 頭的耐磨性在高沖力的作用下會顯著提高，加工硬度也顯著增強(qiáng)。 在鋼管穿孔頂頭中添加錳元素可細(xì)化材料組織，提高再結(jié)晶溫度， 從而增強(qiáng)鋼管穿孔頂頭在使用過程中因摩擦產(chǎn)生高溫時的耐熱 性。因此本發(fā)明將錳含量控制在1.7％-2.3％，既保證了奧氏體組 織，又增加了奧氏體的硬度和強(qiáng)度，還可大幅提高鋼管穿孔頂頭 的耐磨性、耐溫性，以彌補(bǔ)低碳的不足。