[发明专利]一种钢管穿孔顶头及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种穿孔顶头，具体涉及一种钢管穿孔顶头及其制备方法，属于金属材料领域。

背景技术

穿孔顶头是钢管生产中的关键工艺件，其质量的好坏和使用寿命的长短直接影响钢管生产的效率和钢管质量。而穿孔顶头在穿孔过程中，因直接与高温管坯内壁接触，穿孔顶头和管坯反向旋转，顶头受力复杂，需要承受巨大的轴向、径向、切向应力以及表面摩擦力，且穿管过程中或穿管后需水冷，需在高温高压、急冷急热的工作条件下经受周次的机械疲劳和热疲劳。因此，穿孔顶头在使用过程中极易被破坏，容易出现塌鼻、粘钢、开裂等失效问题，寿命不长而研制高质量高寿命的穿孔顶头已成为钢管生产中的重要课题。

中国发明专利申请文件(公开号：CN103131966A)中公开了一种钢管穿孔顶头，其组成元素及质量百分比为：碳(C)：0.28％-0.40％，铬(Cr)：11.0％-12.2％，锰(Mn)：1.7％-2.3％，钼(Mo)：0.2％-0.6％，硅(Si)：0.25％-1.10％，镍(Ni)：0.8％-1.1％，钒(V)：0.3％-0.5％，铼(Re)：0.25％-0.35％，余量为铁(Fe)以及不可避免的杂质，并涉及了该钢管穿孔顶头的制备方法。该钢管穿孔顶头一定程度上提高了穿孔顶头的硬度、耐磨性等机械性能。但是对于钢管穿孔顶头的研究仍在持续中。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种耐磨性好，耐温性好，使用寿命长的钢管穿孔顶头。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种钢管穿孔顶头，所述钢管穿孔顶头的组成元素及质量百分比为：碳(C)：0.25％-0.35％，铬(Cr)：12.50％-14.00％，锰(Mn)：0.30％-0.80％，钼(Mo)：0.10％-0.30％，镍(Ni)：0.30％-0.50％，钒(V)：0.30％-0.40％，钨(W)：0.10％-0.50％，铼(Re)：0.15％-0.20％，余量为铁(Fe)以及不可避免的杂质。

相对于现有技术，本发明钢管穿孔顶头通过合理地配伍原材料，在含极少镍和钼的基础上，通过优化碳、锰、钒、铼等元素的配比及加入新的元素钨使其产生协同作用，得到耐磨性好、耐温范围宽，使用寿命长的钢管穿孔顶头。

碳在钢中可与铁、铬形成稳定的(Cr，Fe)₇C₃型碳化物，也可与Fe、Mn形成碳化物，用以提高钢管穿孔顶头的强度和耐磨性，同时又保证了足够的塑性、韧性及其耐温性。虽然随着碳含量的增加，碳化合物的数量增加，尺寸加大，可缩小碳化合物间的间距，提高顶头的耐磨性，但是碳含量不是越多越好。如果碳含量过高，钢管穿孔顶头的机械性能尤其是韧性显著变差，脆性增大，不利于穿孔顶头在恶劣的工况下的使用；如果碳含量过低，钢管穿孔顶头的硬度会降低，耐磨性会降低。综合各方面因素，本发明钢管穿孔顶头中将碳元素的含量控制在0.25-0.35％。

与现有技术相比，本发明钢管穿孔顶头中的铬含量大大增加，为12.5％-14.0％。铁与铬的亲和力比其他元素强，容易与碳结合成(Fe、Cr)₃C型碳化物，且随铬含量的增加，不仅能改变顶头中碳化物弥散分布形态，Cr₂₃C₆为主的粒状碳化物也会增加，使其弥散分布于奥氏基体上，而Cr₇C₃型碳化物的显微硬度可以达到1600-1800HV，这有利于提高穿孔顶头的硬度和耐磨性。且铬元素的加入能提高穿孔顶头的抗高温性能和耐腐蚀性能。但是超过14％的铬反而会降低穿孔顶头的韧性和塑性。因此本发明钢管穿孔顶头将铬含量提高到12.5％-14.0％，使铬与其他元素产生协同作用，有效地提高钢管穿孔顶头耐磨性能2倍以上。

锰(Mn)是钢管顶头主要的强化元素，可以和碳形成Mn₃C碳化物，Mn₃C碳化物又能与铁元素相互溶解，在钢管顶头中生成(FeMn)₃C型碳化物，降低奥氏体分解速度，从而大大提高钢管顶头的强度和耐磨性。但锰作为过热敏感性元素，含量过高，会出现大量的网状铁素体，从而增加钢管顶头的回火脆性倾向，最终导致淬火组织中残余奥氏体的增加，而残余奥氏体不利于钢管顶头的热处理和使用。在现有技术的基础上适当降低锰含量，可显著钢管穿孔顶头的耐磨性，并显著增大加工硬度。因此本发明钢管穿孔顶头中锰元素的加入量控制在0.30％-0.80％之间，能起到细化穿孔顶头的基体组织，提高穿孔顶头的强度和韧性的作用，还可提高钢管穿孔顶头的耐磨性、耐温性。