[发明专利]一种具有高温耐磨性顶头的可控气氛热处理

说明书

本发明涉及轧制钢管穿孔用顶头的热处理方法

顶头是轧制无缝钢管生产中穿孔用的穿孔工具，顶头在工作时承受高温热冲击和挤压应力。一般使用寿命较低，为了提高顶头的使用寿命，就需要顶头具有较好的高温耐磨性，因此，需要采用特殊的热处理方法来实现和提高顶头的高温耐磨性。日本专利昭61-163208就是用氧化气氛的热处理方法，这是一种对25Cr-3Ni合金村质的顶头采用在水蒸气、氧气、二氧化碳、氮气、氧化氮、惰性气体等构成的氧化气氛中，在高于1150℃的温度状态下进行热处理，使顶头表面形成一层耐磨性能较好的氧化膜。中国专利87101136则是使合金工具钢的顶头处在氮气、水及乙醇形成的氧化性气氛中加热到950～1200℃，使顶头表面生成深灰色的氧化层。

顶头经氧化处理后形成三层结构：表层氧化层、中间层及过渡层，而顶头的耐磨性不仅取决于顶头表层的氧化层，还与中间层及过渡层有关，因为表层氧化层是经过重新结晶生长的氧化物，结构致密坚硬，但因塑性较差，在氧化层较厚而且与中间层结合较差的情况下，受冲击力时就容易脱落，因此必须控制表层的氧化层厚度和氧化速度，从而达到顶头的较好的高温耐磨性和使用寿命。本发明的目的就是为了提供一种能控制顶头氧化速度并且中间层较厚的可控气氛热处理方法。

本发明是采用N₂、CO₂、NH₃和甲醇等有机液体和气体化合物通入热处理炉内，经高温分解形成湿性氧化气氛，使顶头经受可控的氧化处理，通入量分别控制在N₂：0.5～6升/分、CO₂：0.5～6升/分、NH₃：0.3～6升/分、甲醇水溶液(甲醇∶水＝0.05～0.5)2～15cm³/分。使炉气的组成范围为N₂：12～46％、H₂：18～66％、CO₂：3～34％、CO：1～19％、湿度：15～70％。

本发明的热处理制度是顶头进入热处理炉后，平均的升温速度控制在3～5℃/分，在950～1150℃保温3～7小时，随后在平均冷却速度为6～20℃/分的状态下冷却，冷却时间控制在0.5～2.5小时左右，出炉温度为300℃。经过这样氧化速度在0.03～0.2mm/小时的处理，顶头表面氧化层厚度为0.21～1.25mm，顶头表面呈现出银亮色，顶头具有良好的综合性能。

实施例：将低合金钢顶头(成份为：C 0.20％，Mn 0.6％，Si 1.0％，Cr 1.5％，Ni 2.5％，P及S≤0.035％)  置热处理炉中，往炉内通入物及通入量各为NH₃：2升/分、CO₂：2升/分、N₂：2.5升/分、甲醇水溶液(甲醇∶水＝0.168)2.9cm³/分的炉内气氛中，经过升温4℃/分加热到1050℃，保温6小时后，按平均冷却速度7℃/分，冷却到300℃出炉后，顶头表层具有银亮色外观，其氧化层厚度为0.45mm。这种顶头的使用寿命最高达705次，平均为347次，而未经这样热处理的顶头寿命为82次。