專利名稱：高合金管穿孔頂頭材料及其制造方法和表面處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合金材料領(lǐng)域，尤其是指一種高合金管穿孔頂頭材料及其表面處理方法。
背景技術(shù)：
無(wú)縫鋼管的形成過(guò)程中，穿孔頂頭是模具工具的重中之重，高溫的鋼坯在穿孔過(guò)程中，穿孔頂頭要承受來(lái)自擠壓、急驟的自身膨脹變形等各方面力的作用。工作條件極其惡劣，特別是在穿制高合金管時(shí)，其自身具有很好韌性，穿孔頂頭一般只能選用傳統(tǒng)價(jià)格、昂貴的全鑰頂頭穿制。業(yè)內(nèi)技術(shù)人員均知，全鑰頂頭耐高溫，而且在穿孔過(guò)程中頂頭自身無(wú)需冷卻還可以連續(xù)穿制。要穿孔的此類高合金鋼，在高溫下表面不能接觸到水，不然會(huì)對(duì)管坯的產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生極大的隱患，由于全鑰頂頭材質(zhì)為粉末冶金組成，材料組織統(tǒng)散，硬度極低，在穿制鋼管中頂頭表面很容易磨損，頂頭使用壽命周期短，綜合性價(jià)比很低；如果采用合金較高的鎢鎳鑰氧化頂頭來(lái)穿制此類鋼，是可以有效地減少穿孔成本。但此類頂頭需要內(nèi)腔用水冷卻，否則只能穿到1-2支，頂頭會(huì)出現(xiàn)鼻部塌腔，輾軋帶粘鋼，掉肉等現(xiàn)象嚴(yán)重， 從而造成管坯材料報(bào)廢。中國(guó)專利ZL200910000886. 9公開(kāi)了一種鋼管熱穿孔頂頭新材料， 由于其在材料里增加了 MO和W元素的含量，同時(shí)加入了適量AL和稀土元素CE，提高了材料的強(qiáng)度、耐磨性能、硬度、塑性和熱穩(wěn)定性，有效的克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，降低了成本， 但由于材料的種類復(fù)雜，制作時(shí)含量較難控制，所需的元素也不是平常容易取得的元素，制作成本較高，有待改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了克服上述不足，提供一種成本適中，使用壽命長(zhǎng)，性價(jià)比高的高合金管穿孔頂頭材料。主要?jiǎng)?chuàng)新在于改變頂頭的材質(zhì)為鐵基含Co、Nb、V、S、P等頂頭材質(zhì)， 具體是這樣實(shí)施的一種高合金管穿孔頂頭材料，其特征是該材料的成分(重量％)由C:
O.16-0. 4% Si 0. 6-1. 2% Mn:O. 4-1. 2% Cr:0. 5-2% Ni 2-5% Mo 0. 6-1. 6% W 0. 5-2. 5% Co 0. 8-1. 2% Nb 0. 3-0. 6% V 0. 3-0. 6% S ≤ O. 01% P ≤ O. 01%，余量為鐵及不可避免的微量雜質(zhì)。下面分別介紹各個(gè)合金元素在本發(fā)明高合金管穿孔頂頭材料中的作用
I. C含量(重量百分比以下均同)O. 16-0. 4，C是碳化物形成元素，適量的碳能提高剛的硬度，但過(guò)量的碳的存在，減少了鋼的韌性，不利于氧化和氮化處理，對(duì)惡劣的工況使用不利，不利于形成致密的氧化層。2. Si含量O. 6-1. 2，加入適量的Si可以提高氧化層與基體的粘接性，提高合金的抗高溫回火性能，這對(duì)提高頂頭的使用壽命是必不可少的。3. Mn含量O. 4-1. 2，加入適量的Mn，大大提高了穿孔頂頭材料的高溫強(qiáng)度。4. Cr含量O. 5-2,同樣可以促進(jìn)碳化物的形成，提高材料的高溫強(qiáng)度，但過(guò)多易造成材料的成本提高。
5. Ni含量2-5，提高材料的高溫強(qiáng)度。6. Mo含量0. 6-1. 6，提高材料的熱強(qiáng)性能，耐磨性能和穩(wěn)定性能，提高使用壽命。7. W含量0. 5-2. 5，促進(jìn)碳化物形成，通過(guò)固溶強(qiáng)化提高材料的硬度。8. Co含量0.8-1. 2，作為脫氧劑與除氣劑，在材料中引起晶內(nèi)強(qiáng)化明顯可致密合金鋼的組織、細(xì)化晶粒、保持強(qiáng)度，明顯提高強(qiáng)度及韌性、增強(qiáng)抗蠕變性、增加耐磨性。9. Ne含量0. 3-0. 6，作為煉鋼時(shí)很好的脫氧劑與除氣劑，在材料中引起晶內(nèi)強(qiáng)化明顯可致密合金鋼的組織、細(xì)化晶粒、保持強(qiáng)度、明顯提高強(qiáng)度及韌性、增強(qiáng)抗蠕變性、増加耐磨性。10. V含量0. 3，加入適量在材料中提高強(qiáng)度和韌性，作為脫氧劑。11. S含量< 0. 01，加入適量元素提高高溫抗氧化性和耐氧化性和耐腐蝕性。12. P含量< 0. 01，加入適量元素提高高溫抗氧化性和耐氧化性和耐腐蝕性。本發(fā)明通過(guò)在鐵基中加入適量的Co、Nb、V、S、P等元素材料，使此類鐵基合金具有足夠的高溫強(qiáng)度，合金元素W、Co、Mo、Cr、Nb、V在材料中引起晶內(nèi)強(qiáng)化明顯，從而大大提高了合金鋼在高溫下的使用性能，因而基體在800°C及至1000°C以上的工作環(huán)境下，無(wú)須水內(nèi)部冷卻，一般也不會(huì)發(fā)生斷裂及其他破壞現(xiàn)象。這種頂頭材料的制造方法為將上述元素按照比例放入中頻爐熔化，保溫溫度為 1600-1750°C，鋼水出爐溫度為1460-1550°C，然后通過(guò)普通的砂型鑄造澆注成型頂頭的毛坯，冷卻后經(jīng)完全退火，退火溫度為870-890°C，最后經(jīng)機(jī)床加工成型。作為本發(fā)明的進(jìn)ー步改進(jìn)，制得的高合金管穿孔頂頭材料表面的處理方法為包括以下步驟
用C3H6清洗高合金管穿孔頂頭材料；
將高合金管穿孔頂頭材料放入溫度為850°C -1000°C的高溫氣氛爐內(nèi)，通入50-60d3/ min 的酒精和 750-950m3/h 的 N2 ；
加熱至 1050°C -1200°C，通入 30-40d3/min 的酒精、300_400d3/min 蒸餾水、300_600m3/ h的N2,控制爐壓在90-120pa，保持4_6h ；
降低爐溫，降溫過(guò)程中通入20-40d3/min的酒精和280-320m3/h的N2,降溫到700_900°C 取出高合金管穿孔頂頭材料，讓其自然冷卻。利用本發(fā)明所述的高合金管穿孔頂頭材料及其表面處理方法制得的穿孔頂頭，具有使用壽命長(zhǎng)，成本適中，穿孔效果好的特點(diǎn)。下面根據(jù)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :高合金管穿孔頂頭材料，材料的成分重量配比為C 0. 16%，Si 0. 9%， Mn: 0. 4%, Cr: I. 5%, Ni :3%，Mo :1. 2%, W :2. 5%, Co 1%，Nb :0. 6%, V :0. 4%, S 0. 01%, P 0. 01%
，余量為鐵及不可避免的微量雜質(zhì)。制造時(shí)將以上元素按照比例放入中頻爐熔化，保溫溫度為1600-1750°C，鋼水出爐溫度為1460-1550°C然后通過(guò)普通的砂型鑄造澆注成型頂頭的毛坯，冷卻后經(jīng)完全退火，退火溫度為870-890°C，最后經(jīng)機(jī)床加工成型。對(duì)上述高合金管穿孔頂頭材料進(jìn)行表面處理的方法包括以下步驟用C3H6清洗高合金管穿孔頂頭材料；
將高合金管穿孔頂頭材料放入溫度為850°C -1000°C的高溫氣氛爐內(nèi)，通入50-60d3/ min 的酒精和 750-950m3/h 的 N2 ；
加熱至 1050°C -1200°C，通入 30-40d3/min 的酒精、300_400d3/min 蒸餾水、300_600m3/ h的N2,控制爐壓在90-120pa，保持4_6h ；
降低爐溫，降溫過(guò)程中通入20-40d3/min的酒精和280-320m3/h的N2,降溫到700_900°C 取出高合金管穿孔頂頭材料，讓其自然冷卻，經(jīng)實(shí)驗(yàn)得到的可穿孔鋼管支數(shù)為20支。實(shí)施例2 5，制造方法和表面處理參考實(shí)施例1，各實(shí)施例的成份配比和材料獲得的實(shí)驗(yàn)穿鋼管支數(shù)見(jiàn)表一。表一
權(quán)利要求
1.一種高合金管穿孔頂頭材料，其特征在于該材料的成份重量配比為c 0. 16-0. 4% Si 0. 6-1. 2% Mn:0. 4-1. 2% Cr :0. 5-2% Ni 2-5% Mo :0. 6-1. 6% W :0. 5-2. 5% Co 0. 8-1. 2% Nb 0. 3-0. 6% V 0. 3-0. 6% S^O. 01% P < 0. 01%，余量為鐵及不可避免的微量雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高合金管穿孔頂頭材料，其特征在于制造方法為將權(quán)利要求I所述的元素按照比例放入中頻爐熔化，保溫溫度為1600-1750°C，鋼水出爐溫度為 1460-15500C，然后通過(guò)普通的砂型鑄造澆注成型頂頭的毛坯，冷卻后經(jīng)完全退火，退火溫度為870-890°C，最后經(jīng)機(jī)床加工成型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高合金管穿孔頂頭材料，其特征在于材料的表面處理方法包括以下步驟用C3H6清洗高合金管穿孔頂頭材料；將高合金管穿孔頂頭材料放入溫度為850°C -1000°C的高溫氣氛爐內(nèi)，通入50-60d3/ min 的酒精和 750-950m3/h 的 N2 ；加熱至 1050°C -1200°C，通入 30-40d3/min 的酒精、300_400d3/min 蒸餾水、300_600m3/ h的N2,控制爐壓在90-120pa，保持4_6h ；降低爐溫，降溫過(guò)程中通入20-40d3/min的酒精和280-320m3/h的N2,降溫到700_900°C 取出高合金管穿孔頂頭材料，讓其自然冷卻。
全文摘要
一種高合金管穿孔頂頭材料，其特征在于該材料的成份重量配比為C0.16-0.4% Si0.6-1.2% Mn:0.4-1.2% Cr:0.5-2% Ni2-5% Mo0.6-1.6% W0.5-2.5% Co0.8-1.2% Nb0.3-0.6% V0.3-0.6% S≤0.01% P≤0.01%，余量為鐵及不可避免的微量雜質(zhì)，利用本發(fā)明所述的高合金管穿孔頂頭材料及其表面處理方法制得的穿孔頂頭，具有使用壽命長(zhǎng)，成本適中，穿孔效果好的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22C38/52GK102586700SQ20121005488
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月5日
發(fā)明者殷世春 申請(qǐng)人:宜興市景程模具有限公司