[发明专利]一种无缝管用穿孔顶头热处理方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁材料热处理技术领域，特别涉及一种无缝管用穿孔顶头热处理方法。

背景技术

穿孔顶头是钢管内孔成型的热工具，主要应用于对实心管坯的开孔成型。穿孔顶头在穿管过程中承受极冷极热的热应力，所以使用寿命的长短直接影响无缝管的质量、生产效率以及工厂效益。

目前国内使用的顶头新材料包括合金结构钢、热作模具钢和钼合金，由于传统的3Cr2W8V高合金模具钢韧性较差，钼合金顶头的成本又太高，20CrNi3在穿制20钢、45钢等普碳钢时完全可以满足生产需求，却无法满足穿制高钢级品种钢的需求，所以15Cr2Ni3MoW材质作为穿孔顶头用钢，替代上述材料应用广泛，但其存在粘钢、塌鼻等现象。为解决这一问题，对15Cr2Ni3MoW合金化体系进行了适当调整，并通过研究该合金钢金相组织演变过程及其组织形态，明确了该钢的金相组织特点，为适应穿孔顶头的性能要求提供保证。

申请号为98111435的中国发明专利“钢管穿孔顶头材料”公开了一种铁基稀土合金，其化学成分及含量为(重量百分比％)：C 0.16～0.45，Si 0.6～3，Mn 0.3～0.7，Cr 0.6～5，Ni 1.5～2.8，W＜0.1，Re 1～5，其工作寿命为穿制合金钢管120～150次/支，该专利仅公开了穿孔顶头材质的化学成分及其含量，没有公开该材质的热处理工艺。

申请号为200910000886.9的中国发明专利“钢管热穿孔顶头新材料”公开了该穿孔顶头材质的化学成分及含量为(重量百分比％)：C 0.20～0.30，Si0.20-1.2，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，该专利的优点在于通过添加Al和Ce提高了穿孔顶头的强度和耐磨性，穿制普通碳钢为520～640次/支，但没有公开对应成分下的热处理工艺。

申请号为200710019964.0的中国发明专利“一种穿孔顶头的热处理方法”公开了顶头在热处理炉内氧化气氛中获得氧化膜的方法。而没有公开在该氧化膜获得的热处理工艺下顶头基体组织的综合性能。

发明内容

本发明的目的是公开一种无缝管用穿孔顶头材质及其热处理方法，包括铸态试样的退火工艺和机加工后的正火处理工艺。

本发明的技术方案为：将一种无缝钢管用穿孔顶头通过热处理工序来提高其机械力学性能和使用寿命。其化学成分及含量(重量百分比％)为：C 0.18～0.25，Si0.5-0.8，Mn 0.4～0.8，P 0.02～0.03，S 0.003～0.004，Cr 1.5～1.8，Ni 2.8～3.2，Mo 0.4～0.5，W 0.16～0.25，RE 0.1-0.4，其余为Fe和不可避免杂质。

铸造采用近终型的金属型铸造法，工艺流程如下所述：钢水在电炉中熔炼至1650℃时浇入模中铸造成型。冷却后取出铸坯，放入煤气加热炉中进行退火处理，退火工艺为：760℃～800℃保温20～50分钟后随炉冷却。退火处理后，进行金相组织观察。此外，对退火后的试样进行机加工后再正火处理，其正火工艺制度为：井式炉升温至960～1000℃，穿孔顶头到温入炉，保温2～3小时出炉空冷。在穿孔顶头的工作锥部位的横截面上取样，分别进行金相组织检验、化学成分分析、冲击性能检测及压缩性能测试。

本发明的优点：

1.在15Cr2Ni3MoW钢原成分的基础上，增加了C、Ni的含量，同时加入RE，起到了提高强度、韧性和耐高温性能的作用。

2.通过760-800℃保温20-50分钟退火处理，960-1000℃保温2～3小时的正火处理，使合金钢组织为贝氏体+马氏体(少量)的复合组织，这种组织综合力学性能良好，穿制合金钢时寿命提高。

用上述热处理工艺处理的穿孔顶头轧制3.6米长的P110管的数量平均值为229次/支，轧制2.8米长的34Mn6管的平均值为400～500次/支，其使用寿命提高了一倍，而且穿孔质量有所改善。

附图说明

图1、3、5为穿孔顶头正火态金相组织；

图2、4、6为穿孔顶头正火组织SEM的二次电子像。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1