[发明专利]一种经济型无缝钢管高穿孔寿命顶头及其制造方法

说明书

一种经济型无缝钢管高穿孔寿命顶头及其制造方法，该顶头化学成分质量百分比含量为：C：0.15～0.25％；Si：0.20～0.50％；Mn：0.60～1.60％；Cr：0.50～1.00％；Ni：2.80～3.20％；Mo：0.20～0.40％；其余为Fe和其他不可避免的杂质。该顶头表面生长一层氧化膜，该氧化膜厚度在80～200μm，氧化膜中弥散分布有富Ni的金属颗粒。该氧化膜与基体呈犬牙交错结合，而且犬牙密度较传统顶头要高，充分说明该氧化膜与基体的结合力强，因此，该氧化膜在顶头穿孔过程中不易脱落，大大提升顶头穿孔寿命。

技术领域

本发明涉及一种经济型无缝钢管高穿孔寿命顶头及其制造方法。

背景技术

顶头是无缝钢管生产中消耗量大的重要工器具之一，主要作用是与穿孔辊、导盘形成封闭型腔，实现实心管坯向空心毛管的转变。

顶头在穿孔过程中承受极大的轴向、切向和径向力以及摩擦力作用，并承受管坯和摩擦生热带来的高温(鼻部顶头近表面温度可达约1100～1200℃，穿孔锥段顶头近表面温度高于奥氏体化温度)，因而在穿孔过程中极易表面损伤失效。顶头的主要失效形式是轧制带掉肉，这主要与顶头外表面氧化膜失效和氧化膜以下基体的高温热强性不足有关。顶头外表面氧化膜起到管坯和顶头基体间的隔热、防止两者高温高压下发生粘钢的作用，因此使表面形成与基体结合力好的氧化膜是提高顶头穿孔寿命的关键。顶头基体中添加Cr、Mo、W、V可以提高高温热强性，是提高顶头穿孔寿命的另一关键，但也会增加顶头的合金成本，且过多添加会降低基体上形成的氧化膜的结合力。因此，需要合理设计顶头基体成分，在顶头获得一定热强性的基础上也能形成结合力好的氧化膜，从而经济性地实现顶头高的穿孔寿命。

中国专利CN1112165A公开了一种含V钢管穿孔顶头材料，该专利通过添加V来细化晶粒，形成碳化物，提高材料高温强度，但是加V会增加成本，且虽然加V会提高强度但同时也会降低韧性因而对顶头基体抗冷热疲劳性能不利。且加V、Nb等微合金元素虽可以提高强度但也易于因顶头使用过程中各处温升或冷速不同而在各处形成不同的强度、塑性和韧性能，从而造成基体各处性能不均，降低基体各处材料的变形协调性，从而对基体抗变形开裂的能力不利。而且Cr含量较高，降低了氧化膜与基体的结合力，降低了顶头穿孔寿命。

中国专利CN1243170A公开了一种铁基稀土合金钢管穿孔顶头材料，该专利通过添加稀土Re来提高材料的抗冷热疲劳寿命，但是加Re会大大增加成本。而且Ni含量小于2.8％，会降低氧化膜自身的结合强度，降低顶头穿孔寿命。

中国专利CN1788101A公开了一种高Mo-高W钢管穿孔顶头材料，主要用于在热加工变形阻力大的材料穿孔过程中使用，以及在含有13％Cr不锈钢为代表的高Cr合金钢和Ni基合金穿孔过程中使用，Mo和W可以提高高温强度，但含量过高会降低材料的韧性对抗冷热疲劳性能不利，同时也增加了成本。

现有技术中都没有低成本地实现顶头的高寿命，有的顶头材料中Si、Cr、Ni含量设计不正确无法获得结合力好的氧化膜，有的顶头材料中添加了V等微合金化元素，容易造成顶头使用过程中各处因温度不同而塑性韧性不同，从而导致变形不协调性，易于开裂，这些都对顶头实现高寿命不利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种经济型无缝钢管高穿孔寿命顶头及其制造方法，该顶头表面形成与基体结合力强的氧化膜，该氧化膜在顶头穿孔过程中不易脱落，保证顶头基体不发生明显的受热软化和高温高压下与管坯热焊合掉肉失效，提升顶头穿孔寿命，降低无缝钢管吨钢制造成本，提高钢管内表面质量。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

本发明通过合理的Si、Cr、Ni、Mo和Mn成分设计并且不添加V等微合金化元素，并匹配合理的高温氧化热处理工艺，有效改善顶头表面的氧化膜与顶头基体的结合力，在减少Mo添加量和不使用W、V的条件下，可使得顶头穿孔寿命得到提升，获得一种经济型高穿孔寿命的顶头。