[发明专利]一种钢管穿孔顶头材料

说明书

本发明涉及一种铁基合金，为一种含Cr-Ni-MO的用于制造钢管穿孔顶头的材料。

目前，用于碳钢及合金钢管的穿孔顶头材料，可分为合金工具钢和合金结构钢两类，合金工具钢类有：如3Cr2W3V，H13，5CrNiMo等，这类合金工具钢的高温强度高，耐磨性好，一直作为传统的穿孔顶头被大量使用，合金工具钢顶头有镶钼及不镶钼两种，该顶头经普通热处理后便可直接使用，但这类高合金钢韧性较差，抗冷热疲劳性能不好，在急冷急热的穿孔条件下，极易造成顶头表面开裂而缩短其使用寿命，另外由于合金成份含量很高，价格很昂贵。

为了弥补合金工具钢顶头韧性差的不足，许多厂家使用了韧性较好的碳素钢以及合金结构钢材料制造顶头，如20^#钢，45^#钢，30CrNi3，20CrNiSiW，35CrMo等，这类材料经热处理后虽然高温强度低于高合金工具钢，但由于其韧性较好，在一些穿孔条件较好的环境下，使用效果及成本优于合金工具钢，因此也得到了大量使用。这类材料一般都需经过特殊的氧化处理，使顶头表面能够生成致密、粘附性好，有一定厚度的氧化铁皮，起到润滑及隔热的作用，使顶头可在高温下使用。但由于其高温强度低于高合金工具钢，在穿孔时间长，轧制力大的环境下，顶头表面易于软化，产生塑性变形，缩短了使用寿命，为解决这一问题，出现了在顶头表面进行氮化加氧化处理的技术，利用氮化处理提高顶头表面的硬度，以弥补合金结构钢顶头表面硬度的不足，例如日本专利申请昭59-143079公开了一种“轧管用工具材料的制造方法”，其材料成分(重量％)为：C 0.20～0.60，Si 0.10～0.20，Mn 0.30～2.0，Cr 1.0～6.0，Ni 0.50～6.0，此外，含有0.02～2.0的Nb或0.02～2.0的V，其余为Fe和不可避免的杂质，冶炼铸造后，按给定的形状加工，然后在500～1100℃进行氮化处理，氮化层深度在10μm以上，接着在900～1250℃进行氧化处理，但该材料的室温力学性能和高温硬度未见报道。对顶头进行上述处理时，高温氧化处理时氮在铁中溶解度降低，氮离子从顶头表面逸出，失去了氮化的作用；如果先进行氧化处理，再进行氮化处理，虽然表面硬度因氮化而提高，但是氮化层以外整个顶头的硬度却会降低，影响顶头的使用寿命。

本发明的目的是得到一种新型Cr-Ni-Mo顶头材料，它在既保持了合金结构钢种种优点的同时，又具有合金工具钢优良的抗高温回火性能，较好的高温强度，韧性和回火稳定性，并适宜在500～1100℃温度范围内进行各种热处理。

为实现上述目的，本发明是这样实现的：该材料的成分(重量％)为：C0.1～0.4，Si 0.5～1.5，Mn 0.3～1.0，Cr 1.0～4.0，Ni 0.5～2.5，Mo 0.1～0.5，V 0.05～1.0，以及Ti 0.05～1.0和/或W 0.1～0.5，其余为Fe和不可避免的杂质。

为了使该材料既具有高合金工具钢的红硬性，又具有结构钢的韧性，并适于进行氧化、氮化处理，本发明将材料中合理配比及组合，使其更有利于用做穿孔顶头，下面分别介绍各个合金元素的作用：

C：0.1～0.4，(重量％，以下各元素相同)，C为碳化物形成元素，可提高钢的硬度，太低时效果不明显，太高时不利于进行氧化、氮化热处理，这是因为在氧化处理时，氧首先与碳反应然后才能与铁反应生成氧化铁，因此不利于氧化皮的形成。

Si：0.5～1.5，有利于在金属表面形成粘附性好的氧化皮，但含量过高会使高温强度下降。

Mn：0.3～1.0，可提高热强性，但含量过高导热性降低，容易开裂。

Ni：0.5～2.5，有利于形成粘附性好的氧化皮，过高时导热性下降，氧化能力变差。

Cr：1.0～4.0，有利于在金属表面表成粘附性好的氧化皮，同时能形成碳化物，提高高温强度，但含量过高会使材料导热性下降，氧化能力变差。

Mo：0.1～0.5，主要是通过碳化物及固溶强化形式来增加材料的高温强度，但含量过高时，不利于形成氧化皮，因此本发明Mo含量较低，可在氧化皮牢度不受影响的情况下，既降低Mo含量，可有利于材料的韧性，而由于氧化皮的作用，红硬性也不会降低。

Ti：0.05～1.0，能够细化晶粒，形成碳化物，提高材料高温强度，减少顶头在使用时的变形及开裂。但达到一定量时，效果增加便不明显了，并且会导致价格提高很多。