[發明專利]一種無縫鋼管熱穿孔用碳化硅頂頭的制備方法

在審

• 申請號: 202010800287.1
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN111875384A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 袁波;王剛;韓建燊;張琪;梁鵬鵬
• 申請（專利權）人: 中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/622;C04B35/626
• 代理公司: 洛陽明律專利代理事務所(普通合伙) 41118
• 代理人: 楊淑敏

本發明屬于無縫鋼管生產領域，具體涉及一種無縫鋼管熱穿孔用碳化硅頂頭的制備方法。其制備過程可按如下步驟實現：以兩種不同粒度的碳化硅粉為主要原料，以去離子水為球磨介質，以聚乙烯醇（PVA）為粘結劑。將上述原料與碳化硅磨球一起在輥式球磨機中混合均勻，將去離子水蒸發后，研磨過篩得到混合粉體；將混合好的粉體置于不銹鋼模具中，以一定壓力干壓成型，脫模后得到頂頭坯體；將脫模后的坯體置于高溫燒結爐中進行燒結，得到碳化硅頂頭。與既有的結構鋼、鉬基頂頭相比，本發明所提供的碳化硅頂頭具有高溫強度高、壽命長、價格低等特點。

技術領域

本發明屬于無縫鋼管生產領域，涉及一種無縫鋼管熱穿孔用碳化硅頂頭的制備方法。

背景技術

無縫鋼管是我國國民經濟中的重要產品，已經廣泛應用于化工、能源、建筑、汽車及國防等眾多的工業領域。目前，無縫鋼管主要依靠頂頭材料進行熱穿孔成形。穿孔頂頭的服役環境苛刻，工作溫度為1000℃左右，同時要承受巨大的徑向摩擦、軸向扭矩、熱應力、高溫氧化等。因此，穿孔頂頭的質量、壽命對無縫鋼管的質量、生產效率以及工廠的效益都有重要影響。

多年來，穿孔頂頭在無縫鋼管生產領域受到了廣泛關注和研究。目前，我國應用較多的頂頭材料主要以結構鋼、鉬合金等為主要成分。其中，結構鋼頂頭價格低廉，但在穿孔軋制過程中易出現熔損、熱粘或“塌鼻”等現象。盡管開展了很多改進工作，如添加Cr、Ni、Mn、W、Ce等各種合金元素（ZL201410323618.1，ZL200910000886.9）、在穿孔頂頭表面被覆氧化物層（ZL201380046791.5）等，但是仍然難以徹底避免其長期服役時的損毀。鉬合金頂頭性能優異，但其一方面占用戰略資源，另一方面價格較高，給用戶帶來成本增加。另外，在每一根無縫鋼管的穿孔軋制過程中，由于毛管的熱量和摩擦產生的熱量都會導致穿孔后期頂頭材料發熱嚴重，高溫強度降低，被迫中止軋制過程，對頂頭冷卻降溫后再進行下一個軋制過程。因此，一般所制備無縫鋼管長度在6-9米，效率低；因此，需要研制一種低成本的頂頭材料，并滿足熱穿孔軋制過程對頂頭材料高溫強度、抗熱震、抗氧化等要求。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的是提出一種無縫鋼管熱穿孔用碳化硅頂頭的制備方法。

本發明為完成上述目的采用如下技術方案：

一種無縫鋼管熱穿孔用碳化硅頂頭的制備方法，制備方法包括混料造粒、頂頭坯體的成型、頂頭坯體的燒結，其具體工藝步驟為：

1）混料造粒：

以兩種不同粒度的碳化硅粉為主要原料，以去離子水為球磨介質，以聚乙烯醇為粘結劑；將加入有去離子水和PVA的碳化硅粉與碳化硅研磨球一起在輥式球磨機中混合均勻，將去離子水蒸發后，研磨過篩得到混合粉體；

所述碳化硅粉的純度98%，粗碳化硅粉平均粒徑為5～10μm，細碳化硅粉平均粒徑為0.5～1μm；

所述的粗碳化硅粉占碳化硅粉的重量比為60～90%，聚乙烯醇的加入量為碳化硅粉總質量的0.1～0.5%；

2）頂頭坯體的成型：

將混合好的粉體置于不銹鋼模具中，以一定壓力干壓成型，脫模后得到頂頭坯體；

所述的干壓成型壓力為10～40MPa。

3）頂頭坯體的燒結：

將脫模后的坯體置于高溫燒結爐中進行燒結，得到碳化硅頂頭。

所述的去離子水加入量為碳化硅粉的1～3倍，碳化硅研磨球加入量為碳化硅粉的1～3倍。

所述的燒結過程是在真空或Ar氣氛保護下進行的，燒結溫度為1800～2000°C，保溫1～3h。