[发明专利]金属管轧机用顶头及制备方法

说明书

本发明涉及一种热轧穿制无缝金属管用穿孔顶头及制备方法。

顶头是热轧穿管机关键工模具之一，在热轧穿管过程中，顶头所处工况较为恶劣，需承受巨大的轴向和切向轧制压应力及高温热负荷，因而要求顶头具有较高的热强性和高温硬度，以及高的冲击韧性和耐冷热疲劳性能。目前国内外在热轧穿制无缝不锈钢管及其它特种合金钢管时用的穿孔顶头，通常采用整体或包覆钼和钼合金顶头；合金钢基(如热作模具钢、低碳高速钢、合金结构钢)镶嵌高热强性材料鼻头组成的组合顶头；或在钢基顶头外表制备一层能减小顶头表面摩擦系数的保护层。

然而钼或钼合金顶头价格昂贵，使用麻烦，需预先给顶头加温预热，钼在高温中很容易氧化，导致顶头尺寸变小，为此在每次穿管后要人工施加玻璃粉保护。并钼遇水极易炸裂，因而不能用水冷却，顶头表面的高温易造成钢管内壁失碳，产生微裂纹，影响荒管质量。钼顶头的另一主要缺陷是穿管后脆性大，极易发生顶头断裂，影响使用寿命。

组合顶头，如日本专利昭60-137511和中国专利86106418，分别公开了在合金钢基顶头鼻部镶嵌高温热强性好的陶瓷鼻头和钼合金鼻头。这种组合顶头仅是提高了顶头鼻部的高温热强性，而顶头基体特别是顶头表面的高温热强性仍不足，因而顶头在穿不锈钢和合金钢管时易起绉、粘钢，使用寿命仍较短。

在钢基顶头表面制备一层能减小顶头表面摩擦系数的保护层，如日本专利昭56-91912公开的在顶头表面喷涂一层氧化物；日本专利昭54-17363，中国专利87101136公开的用热处理方法为顶头表面制备一层氧化皮。但顶头鼻部的热强性没有提高，因而未解决塌鼻现象，而且保护层受制备影响较大，穿管中抗高温磨损性较差，顶头仍易起绉、粘钢，使用寿命仍然较低。

美国专利5031434公开了一种钼或钼合金粉末包覆具有凹凸表面基体的复合顶头，借助基体材料与表面熔结的钼壳层的热膨胀差异，通过冷收缩使熔结钼壳与基体互补的凹凸夹紧达到钼壳层与基体的物理结合。这种顶头不仅用钼量多，制造复杂，成本高，而且为减少高温氧化，使用中仍需施加玻璃粉保护，钼的高温脆性，也易引起钼壳开裂剥落，影响使用寿命。

因此热轧穿制无缝钢管，特别是穿轧工况恶劣的不锈钢管及特种合金钢管，尚缺乏一种不易起绉、粘钢，穿管寿命长，成本低，使用方便的穿管机顶头。

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种鼻部和表面高温热强性均好，摩擦系数小，不塌鼻，不起绉，不粘钢，穿管质量稳定，寿命长，制作简单，成本低，使用方便的热轧穿管机顶头。

本发明的另一目的在于提供一种制造上述顶头的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用在合金钢基顶头鼻部和基体表面均镶嵌固定具有高热强性和高温硬度材料的嵌体的组合结构，以提高顶头鼻部和表体高温热强性和高温硬度。具体说，合金钢基组合顶头，其鼻部镶嵌有高热强性材料鼻头，其特征在于所述顶头表体镶嵌有钼质嵌体，顶头表面有一抗氧化的硬化合金涂层，使得顶头基体、钼质嵌体达到牢固的冶金结合。上述组合顶头的制备，包括在合金钢基顶头坯体鼻部加工出可容放高热强性材料鼻头的凹坑，其特征在于还在顶头表体加工出可容放钼质嵌体的凹坑(槽)，在所述凹坑(槽)中嵌入鼻头和钼质嵌体，以表面冶金方法在镶嵌有钼质嵌体的顶头基体表面施加抗氧化的硬化合金涂层，使嵌体与顶头基体达到牢固的冶金结合。

本发明所述合金钢基组合顶头，其基体可以是热强性较好的各种合金钢，如热作模具钢，低碳高速钢，合金结构钢等。顶头呈炮弹流线形，其尖锥形鼻部镶嵌的高热强性材料鼻头，可以是高硬度的陶瓷鼻头或者是钼或钼合金鼻头。鼻头形状可以是柱形、锥形、台形、菌状形等，鼻头的镶嵌主要加强了鼻部强度。鼻头的镶嵌固定装配视鼻头材质而异，如陶瓷鼻头的镶嵌装配，可以采用粘结、加热收缩装配、螺纹连接装配等等装配方式，将陶瓷鼻头镶嵌固定在顶头鼻部；钼质鼻头的镶嵌装配，可以在镶嵌钼鼻后采用表面冶金技术施加抗氧化的硬化合金涂层，既保护钼鼻在高温下不被氧化，又使钼鼻与钢基形成牢固的冶金结合，这些均属已有技术。鼻头的镶嵌大大提高了顶头鼻部的热强性，可有效防止钢基顶头因高温强度不足而出现的塌鼻现象。