專利名稱：一種無縫管用穿孔頂頭熱處理方法
技術領域：
本發明屬于鋼鐵材料熱處理技術領域，特別涉及一種無縫管用穿孔頂頭熱處理方法。
背景技術：
穿孔頂頭是鋼管內孔成型的熱工具，主要應用于對實心管坯的開孔成型。穿孔頂頭在穿管過程中承受極冷極熱的熱應力，所以使用壽命的長短直接影響無縫管的質量、生產效率以及工廠效益。目前國內使用的頂頭新材料包括合金結構鋼、熱作模具鋼和鉬合金，由于傳統的 3Cr2W8V高合金模具鋼韌性較差，鉬合金頂頭的成本又太高，20CrNi3在穿制20鋼、45鋼等普碳鋼時完全可以滿足生產需求，卻無法滿足穿制高鋼級品種鋼的需求，所以15Cr2Ni3MoW 材質作為穿孔頂頭用鋼，替代上述材料應用廣泛，但其存在粘鋼、塌鼻等現象。為解決這一問題，對15Cr2Ni3MoW合金化體系進行了適當調整，并通過研究該合金鋼金相組織演變過程及其組織形態，明確了該鋼的金相組織特點，為適應穿孔頂頭的性能要求提供保證。申請號為98111435的中國發明專利“鋼管穿孔頂頭材料”公開了一種鐵基稀土合金，其化學成分及含量為(重量百分比％ ) :C 0. 16 0. 45，Si 0. 6 3，Mn 0. 3 0. 7， Cr 0. 6 5，Ni 1. 5 2. 8，W < 0. 1，Re 1 5，其工作壽命為穿制合金鋼管120 150次 /支，該專利僅公開了穿孔頂頭材質的化學成分及其含量，沒有公開該材質的熱處理工藝。申請號為200910000886.9的中國發明專利“鋼管熱穿孔頂頭新材料”公開了該穿孔頂頭材質的化學成分及含量為(重量百分比％) =C 0.20 0.30，SiO. 20-1. 2, Mn 0. 40 0. 60，Cr 0. 50 0. 80，Ni 0. 90 1.20，Mo 0. 90 1.20，W 1.80 2.20，A1 1.0 2. 0，Ce 0. 02 0. 05，該專利的優點在于通過添加Al和Ce提高了穿孔頂頭的強度和耐磨性，穿制普通碳鋼為520 640次/支，但沒有公開對應成分下的熱處理工藝。申請號為200710019964. 0的中國發明專利“一種穿孔頂頭的熱處理方法”公開了頂頭在熱處理爐內氧化氣氛中獲得氧化膜的方法。而沒有公開在該氧化膜獲得的熱處理工藝下頂頭基體組織的綜合性能。

發明內容
本發明的目的是公開一種無縫管用穿孔頂頭材質及其熱處理方法，包括鑄態試樣的退火工藝和機加工后的正火處理工藝。本發明的技術方案為將一種無縫鋼管用穿孔頂頭通過熱處理工序來提高其機械力學性能和使用壽命。其化學成分及含量(重量百分比％)為c 0. 18 0. 25，SiO. 5-0.8， Mn 0. 4 0. 8,P 0. 02 0. 03, S 0. 003 0. 004, Cr 1. 5 1. 8,Ni 2. 8 3. 2,Mo 0. 4 0. 5，W 0. 16 0. 25，RE 0. 1-0. 4，其余為Fe和不可避免雜質。鑄造采用近終型的金屬型鑄造法，工藝流程如下所述鋼水在電爐中熔煉至 1650°C時澆入模中鑄造成型。冷卻后取出鑄坯，放入煤氣加熱爐中進行退火處理，退火工藝為760°C 800°C保溫20 50分鐘后隨爐冷卻。退火處理后，進行金相組織觀察。此外，對退火后的試樣進行機加工后再正火處理，其正火工藝制度為井式爐升溫至960 1000°C， 穿孔頂頭到溫入爐，保溫2 3小時出爐空冷。在穿孔頂頭的工作錐部位的橫截面上取樣， 分別進行金相組織檢驗、化學成分分析、沖擊性能檢測及壓縮性能測試。本發明的優點1.在15Cr2Ni3MoW鋼原成分的基礎上，增加了 C、Ni的含量，同時加入RE，起到了提高強度、韌性和耐高溫性能的作用。2.通過760-800°C保溫20-50分鐘退火處理，960-1000°C保溫2 3小時的正火
處理，使合金鋼組織為貝氏體+馬氏體(少量)的復合組織，這種組織綜合力學性能良好， 穿制合金鋼時壽命提高。用上述熱處理工藝處理的穿孔頂頭軋制3. 6米長的PllO管的數量平均值為2 次/支，軋制2. 8米長的34Mn6管的平均值為400 500次/支，其使用壽命提高了一倍， 而且穿孔質量有所改善。


圖1、3、5為穿孔頂頭正火態金相組織；圖2、4、6為穿孔頂頭正火組織SEM的二次電子像。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明作進一步的描述。實施例1合金鋼成分(重量百分比％)為C 0. 20, Si 0.625，Mn 0. 50, P 0.025，S 0.003，
Cr 1. 80，Ni 3. 2，Mo 0. 41，W 0. 24，RE 0. 2，其余為!^e和不可避免的雜質。將鋼水在電爐中熔煉至1650°C時澆入模子中鑄造成型，冷卻后取出鑄坯，鑄態組織為粒狀貝氏體+下貝氏體。將鑄坯放入煤氣加熱爐中進行退火處理，加熱溫度為760°C，保溫時間為30分鐘。 退火處理后進行正火處理，工藝制度為井式爐升溫至960°C，穿孔頂頭到溫入爐，保溫3小時，出爐空冷，在穿孔頂頭的工作錐部位的橫截面上取樣，分別進行金相組織檢驗、化學成分分析、沖擊性能檢測及壓縮性能測試。經顯微鏡及掃描電鏡觀察，其組織為貝氏體+馬氏體(少量)(如圖1、2所示)。 將正火后的穿孔頂頭取樣制成IOmmX IOmmX 55mm的U型缺口沖擊試樣及相應尺寸的壓縮試樣，性能測試結果見表1。實施例2合金鋼成分(重量百分比％ )為C 0. 19，Si 0. 8，Mn 0. 488，P 0. 0266，SO. 003， Crl. 53, Ni 3.1，Mo 0.40，W 0. 24，RE 0. 1，其余為！^和不可避免的雜質。將鋼水在電爐中熔煉至1650°C時澆入模子中鑄造成型，冷卻后取出鑄坯，鑄態組織為粒狀貝氏體+下貝氏體。將鑄坯放入煤氣加熱爐中進行退火處理，加熱溫度為780°C，保溫時間為30分鐘。 退火處理后進行正火處理，工藝制度為井式爐升溫至970°C，穿孔頂頭到溫入爐，保溫2. 5小時，出爐空冷，在穿孔頂頭的工作錐部位的橫截面上取樣，分別進行金相組織檢驗、化學成分分析、沖擊性能檢測及壓縮性能測試。經顯微鏡及掃描電鏡觀察，其正火組織為貝氏體+馬氏體(少量)(如圖3、4所示)。將正火后的穿孔頂頭取樣制成IOmmX IOmmX 55mm的U型缺口沖擊試樣及相應尺寸的壓縮試樣，性能測試結果見表1。實施例3合金鋼成分(重量百分比％)為C 0. 18, Si 0. 65, Mn 0.745，P 0. 0209，SO. 002， Cr 1.77，Ni 3. 2, Mo 0.40，W 0.20，RE 0. 15，其余為！^和不可避免的雜質。將鋼水在電爐中熔煉至1650°C時澆入模子中鑄造成型，冷卻后取出鑄坯，鑄態組織為粒狀貝氏體+下貝氏體。將鑄坯放入煤氣加熱爐中進行退火處理，加熱溫度為770°C，保溫時間為30分鐘。 退火處理后進行正火處理，工藝制度為井式爐升溫至985°C，穿孔頂頭到溫入爐，保溫2小時，出爐空冷，在穿孔頂頭的工作錐部位的橫截面上取樣，分別進行金相組織檢驗、化學成分分析、沖擊性能檢測及壓縮性能測試。經顯微鏡及掃描電鏡觀察，其正火組織為貝氏體+馬氏體(少量)(如圖5、6所示)。將正火后的穿孔頂頭取樣制成IOmmX IOmmX 55mm的U型缺口沖擊試樣及相應尺寸的壓縮試樣，性能測試結果見表1。表1力學性能檢驗結果
權利要求
1.一種無縫管用穿孔頂頭，其特征在于穿孔頂頭的化學成分及其重量百分比含量為 (重量百分比％ ) =C 0. 18 0. 25，Si 0. 5-0. 8,Mn 0. 4 0. 8,P 0. 02 0. 03，S 0. 003 0. 004，Cr 1. 5 1. 8，Ni 2. 8 3. 2，Mo 0. 4 0. 5，W 0. 16 0. 25，RE 0. 1-0. 4，其余為Fe和不可避免雜質。
2.根據權利1所述一種無縫管用穿孔頂頭的熱處理方法，其特征在于工藝流程如下 鋼水在電爐中熔煉至1650°C時模鑄成型，鑄坯通過760-800°C保溫20-50分鐘退火處理，再進行960-1000°C保溫2 3小時的正火處理。
全文摘要
一種無縫管用穿孔頂頭的熱處理方法，屬于黑色金屬熱處理技術領域。通過對穿孔頂頭進行預先熱處理和最終熱處理，使其使用壽命大幅度提高，穿孔質量有所改善。預先熱處理是退火處理，退火工藝為760-800℃保溫20-50分鐘，隨爐冷卻至室溫；退火后經機加工的穿孔頂頭通過最終熱處理即正火處理，960-1000℃保溫2～3小時，出爐空冷，可獲得貝氏體+馬氏體(少量)的復合組織。該穿孔頂頭的熱處理工藝改進后軋制P110的3.6米管平均值為229次/支，軋制34Mn6的2.8米管平均值為400～500次/支，其使用壽命提高了一倍，顯著提高了鋼管產品的質量，降低生產成本。
文檔編號B21B19/04GK102337472SQ201110291200
公開日2012年2月1日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者馮巖青, 康利明, 高志國 申請人:內蒙古包鋼鋼聯股份有限公司