[其他]穿管机用涂层组合材料顶头

说明书

本发明属于用于金属轧管机心轴的部件。主要适用于无缝钢管穿管机顶头。其主要特征是在以钢为基体的顶头鼻部嵌入一块由钼合金制成的钼鼻，并在顶头整个鼻部上熔烧一层合金涂层，经熔烧后制成一种新型的组合式顶头。镶嵌钼鼻是利用钼合金具有较高的热强性和优异的高温硬度。加上涂层优良的抗氧化性及涂层对钼鼻与钢基体优良的浸润性与扩散性，从而使钼鼻与钢基体相互冶金结合成一个整体，克服了顶头的塌鼻现象，大大地提高了顶头的穿管寿命。

本发明属于用于金属管轧机心轴的部件。主要适用于生产无缝钢管的穿管机顶头。

穿管机顶头是无缝钢管生产中消耗量最大的重量工模具之一。在生产普碳钢和合金钢钢管时，其顶头材料国外一般选用热作模具钢或低碳高速钢，也有采用Ni、Cr结构钢的;国内普遍采用3Cr₂W₃钢和20CrNi₃钢。

在穿管过程中，由于顶头承受巨大的轴向压应力、切向应力和过高的热负荷，造成顶头尖锥形鼻部局部塌陷成钝园形或全部塌陷，以致鼻部消失的塌鼻现象;有时，顶头的整个鼻部或某一局部发生粘钢现象，即管坯的一部分粘附在顶头上，使穿管过程发生轧卡等现象;另外，由于低周疲劳的作用，使顶头纵向开裂。

由于上述原因，用钢基顶头穿普碳钢管时，一般寿命达200支左右，穿合金钢管时，寿命仅为几十支，甚至不足十支。

对于工况更恶劣的不锈钢管，国内外均采用钼合金顶头。这种顶头虽然寿命长，但由于价格昂贵（一般钢基顶头40元/只，钼合金顶头600元/只），不适用于穿普碳钢和合金钢管。

日本专利昭60-137511叙述了一种组合式顶头。它是在顶头鼻部装配陶瓷鼻，形状象菌状，鼻部与基体采用粘接剂粘接或热装配组合。这种组合式结构，一是结合不牢固，易脱落;二是鼻部用料多;三是寿命低。

国际上另一种改进顶头的方法是在整个顶头外表面制备一层减小顶头表面摩擦系数的保护涂层，如日本专利昭56-91912是在顶头表面喷涂一层氧化物;昭54-17363是用一种热处理方法为顶头表面制备一层氧化皮。但它们仍未解决塌鼻现象，因而顶头的穿管寿命仍然较低。

本发明的目的在于提供使用寿命长，成本低，并能提高钢管质量的穿管机顶头。

根据上述目的，本发明研制了一种新型的组合式金属穿管机顶头。其技术关键是以模具钢或结构钢作顶头的基体，在顶头的鼻部镶嵌一块由钼合金制成的钼鼻，钼鼻为园柱形;另外，在顶头的前端外表面熔烧一层抗氧化的表面硬化合金涂层。

顶头的尖锥形鼻部使顶头保持一种炮弹形流线型外形，这种流线型是保证以比较小的穿轧应力使荒管内腔能顺利形成所必须的。钢基顶头因高温强度不足常常容易出现塌鼻现象。一旦因鼻部塌陷而失去上述所必须的流线型时，则穿轧应力急剧增加，很快发生疲劳开裂而使顶头报废;即使尚未开裂仍可勉强穿管时，荒管内壁质量也会下降，常常容易产生内翘皮。

本发明由于在顶头的尖锥形鼻部镶嵌了钼合金制成的钼鼻，使之在穿管时，嵌入的钼鼻作为顶头的最前沿，最先接触钢坯，这样，利用钼鼻较高的热强性和高温硬度，避免塌鼻现象，使整个顶头较多地保持原有的流线型外形，从而大大提高了顶头的使用寿命。

本发明在顶头的鼻部熔烧表面硬化合金涂层有两个作用，一是涂层在高温下能保护钼鼻不氧化;另一个作用是涂层能使钼鼻与钢基体之间形成牢固的冶金结合。镶入钼鼻的顶头需在熔烧炉进行溶烧。在熔烧过程中，当温度升高到合金涂层的熔化温度时，熔融的镍基或钴基合金涂层均能对钼鼻及钢基顶头进行良好的浸润、扩散，并互溶。待冷凝后便在界面上产生互溶区，使钢基体与钼鼻之间形成牢固的冶金结合。这样，即使在数百次的穿孔运行中，钼鼻也不致于从钢基体中掉去。并保证顶头内腔中十几个大气压的冷却水不致于漏水。

为了达到上述涂层的两个作用，必须严格控制真空熔烧工艺参数，如真空度、温度、升降温度速度和保温时间等。

采用本发明所制得的组合式顶头，由于嵌入了钼鼻，使其顶头具有较高的热强性和高温硬度，具有优异的抗高温磨损和抗粘钢性能。在用作合金钢钢管生产的穿孔顶头时，其穿管寿命甚至起过钼合金顶头，但顶头成本却比钼合金降低了十倍之多。