[发明专利]高合金无缝钢管穿孔顶头及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高合金无缝钢管穿孔顶头及其制备方法，其材料化学元素质量百分比为：C：0.15～0.25％；Si：0.25～0.60％；Mn：0.30～1.00％；Mo：0.80～1.50％；Cr：1.00～1.50％；Ni：2.50～3.50％；Co：1.00～1.50％；W：0.10～0.50％；其中Ni和Co的质量比满足2Ni/Co3，余量为Fe和其他不可避免的杂质。本发明穿孔顶头及其制备方法，包括顶头毛坯准备和机加工后的穿孔顶头表面氧化过程。本发明设计一种长寿命的高合金无缝钢管穿孔顶头的元素组成，通过合理配比的Co、Ni等合金元素的成分设计和工艺设计，有效改善顶头的外层氧化结构，提高了顶头使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种高合金无缝钢管穿孔顶头的制造方法，特别是一种含Co穿孔顶头，以及顶头使用寿命的制造方法。

背景技术

穿孔顶头，简称“顶头”，是无缝钢管生产过程中的主要工具。极大的轴向力、压应力、切应力以及表面摩擦力的工作环境使其消耗费巨大。随着高合金无缝钢管的需求逐年增加，产品合金元素含量大幅提高，穿孔过程的变形抗力显著增大，致使顶头过早失效现象显著增多，例如穿孔13Cr高合金钢管，目前每只顶头仅能穿管1-2只，使用寿命极低，如何提高顶头的使用寿命成为急需解决的问题。

在合金钢顶头表面制取起润滑和隔热作用的致密氧化膜，是提高顶头使用寿命的关键。而顶头的材质和氧化工艺是提高表层氧化膜质量的决定因素。采用酒精和水的氧化气氛进行处理的顶头致密性及附着性良好，表面脱碳倾向小，为广泛应用的可控气氛氧化法。顶头表面制取的氧化膜一般为双层结构，外层为脆性大、易脱落的Fe₂O₃，内层主要为(Fe、Cr)₃O₄和FeO。

改善外层氧化膜的结构是提高顶头使用寿命较有效的方法。公开号为CN109207904A的专利申请公开了一种无缝钢管穿孔顶头制造方法，通过调整酒精/水的比例，设计了先氧化后还原的两段式表面处理工艺，使得外层的Fe₂O₃还原为FeO，有效地改善了外层氧化膜的韧性，大幅提高了顶头的使用寿命。然而这种工艺获得的氧化膜依然具有清晰的两层氧化膜结构，在穿孔过程的外力作用下还是易于剥离而脱落。

公开号为CN109487170A的专利申请公开了一种高穿孔寿命的顶头及其制造方法，公开了一种添加Nb的顶头合金成分，其顶头表面形成氧化膜，其氧化膜具有由Nb形成的大量深入基体的接合角，从而提到氧化膜的附着力，提高顶头的使用寿命，。公开号为CN105369151A的专利申请公开了一种无缝钢管制造用穿孔顶头，公开了一种添加了大量Mo以及W合金元素的顶头材质，使高温强度和氧化皮性状提高，但成本过高。公开号为CN103849821A的专利申请公开了一种高合金钢含钴顶头，公开了一种含Cr、Ni、Co、Si、Mn、Mo、W、Nb等多种合金元素的顶头材质，见如下表1，大大提高了顶头的使用寿命，但化学成分宽泛，产品质量难以稳定控制，且制造成本过高。

上述专利文献所公开的技术方案所涉及的顶头成分设计，虽然对顶头寿命有一定的提升，但氧化膜依然为明显的两层结构，没有改善外层易脱落的技术问题，顶头的使用寿命难以稳定控制。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种高合金无缝钢管穿孔顶头及其制备方法，设计一种长寿命的高合金无缝钢管穿孔顶头的元素组成，通过合理配比的Co、Ni等合金元素的成分设计和工艺设计，有效改善顶头的外层氧化结构，进而达到提高顶头使用寿命的目的。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种高合金无缝钢管穿孔顶头，其化学元素质量百分比为：

C：0.15～0.25％；

Si：0.25～0.60％；

Mn：0.30～1.00％；