[发明专利]一种无缝钢管穿孔顶头及其制备方法

说明书

本发明公开了一种无缝钢管穿孔顶头及其制备方法，无缝钢管穿孔顶头包括穿孔顶头本体及其端部覆盖的高性能合金熔覆层，高性能合金熔覆层上覆盖有铁基合金熔覆层，以及后续氧化形成的氧化膜。无缝钢管穿孔顶头的制备方法包括确定穿孔顶头端部激光熔覆区域的长度，将顶头本体待激光选熔覆区域车削掉2‑7mm的厚度；采用激光熔覆技术在穿孔顶头端部熔覆高性能合金层，然后再在高性能合金表面熔覆与其呈冶金结合的铁基合金，将穿孔顶头整体放入加热炉中，在穿孔顶头表面生成氧化膜。本发明一方面可以显著提高穿孔顶头抵抗高温塑性变形能力，另一方面，可以有效降低和管坯之间的传热系数和摩擦系数，抑制穿孔顶头温度上升，防止穿孔过程中粘钢，从而大幅度提高无缝钢管穿孔顶头的使用寿命。

技术领域

本发明涉及穿孔顶头技术领域，具体来说，涉及一种无缝钢管穿孔顶头及其制备方法。

背景技术

穿孔顶头是无缝钢管生产中的重要工具，其工作过程中承受复杂的交变轧制力、摩擦力、热应力作用，极易发生塑性变形、龟裂、塌鼻和掉肉等缺陷，使用寿命较低，严重制约了钢管生产企业的产能，增加其生产成本，导致巨大的资源浪费。在穿孔顶头表面制备一定厚度的具有润滑和隔热作用的氧化膜，可以防止穿孔过程中发生粘钢，有效提高穿孔顶头的使用寿命。中国发明专利CN 104395006A公开了一种在穿孔顶头表面喷镀氧化皮膜的方法，其首先在穿孔顶头表面制备一层NiCr合金，然后在在NiCr合金表面喷镀氧化皮膜，以降低穿孔顶头和管坯之间的传热系数和摩擦系数，防止粘钢的发生。并且，NiCr合金层可以显著提高喷镀皮膜和顶头基体之间的结合力，从而提高穿孔顶头的使用寿命。然而，受基体材料高温强度不足的限制，穿孔顶头在使用过程中还是易发生塑性变形和塌鼻等缺陷，特别是在穿制高合金无缝钢管时，穿孔顶头的使用寿命甚至只有2-4支，此外，喷镀皮膜与NiCr合金呈现机械结合，结合强度低容易导致皮膜剥落。

在穿孔顶头表面制备高性能的合金是提高其高温性能的有效途径，中国发明专利CN 110205561A公开了一种强化无缝钢管穿孔顶头的方法，通过在穿孔顶头表面制备高合金含量的过渡层和强化层，并在强化层添加4%左右的镍包石墨和氧化钛粉末以提高穿孔顶头的使用寿命。然而，该发明公开的穿孔顶头表面强化层含合金元素含量较高，难以在其表面形成具有隔热和润滑作用的氧化膜。缺少氧化膜会导致穿孔顶头与无缝钢管之间热传导系数和摩擦系数升高，容易在穿孔过程中发生粘钢的现象。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种无缝钢管穿孔顶头及其制备方法，克服现有技术中的不足。

该方法在无缝钢管穿孔顶头端部先制备高性能合金层，然后再在高性能合金层表面激光熔覆与之呈冶金结合的铁基合金层，然后再整体氧化，形成一种复合结构穿孔顶头。其中，激光熔覆高性能合金层可以显著提高穿孔顶头高温强度和硬度，防止塑性变形和塌鼻问题。而高性能合金层表面的铁基熔覆层，可以克服高性能合金难以氧化的问题，通过后续氧化工艺，形成较厚的氧化层，而且氧化层与高性能合金层呈冶金结合，能够有效降低穿孔过程中顶头与钢管毛坯之间的摩擦系数和热传导系数，防止穿孔顶头表面温度升高，抑制穿孔过程中产生粘钢现象。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明一方面提供一种无缝钢管穿孔顶头，包括穿孔顶头本体，其特征在于，所述穿孔顶头本体端部覆盖有高性能合金熔覆层，所述高性能合金熔覆层上覆盖有铁基合金熔覆层，然后穿孔顶头再整体氧化在表面形成氧化膜。

本发明的另一方面还提供一种无缝钢管穿孔顶头的制备方法，包括以下步骤：

S1、确定穿孔顶头本体端部激光选区熔覆区域的长度I，应该满足：L/5≤I≤L，其中L为穿孔顶头本体的总长度；

S2、根据激光熔覆加工余量，将穿孔顶头待激光熔覆区域车削掉2-7mm的厚度；

S3、采用激光熔覆技术在穿孔顶头本体端部熔覆高性能合金层，至达到其设定厚度；

S4、在高温合金熔覆层上激光熔覆与高性能合金呈冶金结合的铁基合金层，并加工至最终尺寸；