本發明屬于機械設備領域，具體涉及一種新型鋼滲氮頂頭及其加工工藝。
背景技術：
：頂頭作為無縫鋼管生產必備的工具，工作環境通常是高溫高壓的，同時又要保證頂頭表面沒有任何可能影響無縫鋼管質量的瑕疵，這要求頂頭必須具有高強度、高硬度與高韌性的特質，同時也因工作環境惡劣，導致頂頭的高強度、高硬度與高韌性持續較短，容易產生磨損等影響鋼管質量的損壞。技術實現要素：為解決上述問題，本發明公開了一種新型鋼滲氮頂頭及其加工工藝，以用來解決頂頭在工作工程中容易損壞的問題。一種新型鋼滲氮頂頭，按照質量百分比分別包括以下組份：碳：0.10～0.17，硅：0.17～0.37，錳：0.30～0.60，鉻：0.60～0.90，鎳：2.75～3.15，鉭：0.05～0.11，銅：≤0.030，硫：≤0.035，磷：≤0.035。上述頂頭的制造方法為：（1）備料、原材料驗收：根據頂頭的重量、材質組分準備坯料，并取500g～1500g作為樣本進行復檢；（2）低溫裝爐：熔煉爐內爐溫降至100℃～800℃后裝爐，坯料設置于熔煉爐中間；（3）加熱：加熱30～40分鐘使熔煉爐內溫度升至1050℃～1150℃后，加熱時間為2～8小時，且停止加熱后保溫30～40分鐘；（4）鍛造坯料：將步驟（3）加熱后的坯料放入熱鍛外模、定位圈、沖頭等工具，進行加工鍛造，始鍛溫度1100℃～1150℃，終鍛溫度800℃～1000℃；（5）粗加工：利用三爪卡盤夾步驟（4）鍛造后坯料的大端面，校正車平后鉆中心孔，并且根據頂頭數據對坯料外面校準車工，制成頂頭工件；（6）淬火：將步驟（5）加工后的頂頭工件加入淬火爐內加溫3～4個小時，淬火爐內溫度≤200℃，頂頭工件升溫至780℃～850℃后利用油冷冷卻；（7）回火：將步驟（5）加工后的頂頭工件回火至溫度680℃～780℃，保溫1.5～2個小時，出爐冷卻；（8）精加工、焊接：根據產品圖樣編制車加工程序，對頂頭工件外形精加工，并在頂頭工件內部焊接連接套，焊接后精加工大端面；（9）滲氮：除去步驟（8）加工后的頂頭工件外表的油垢、銹班、劃痕、污漬等，并加入氧化爐，氧化爐初始溫度≤200℃，加熱至1000℃～1200℃左右后保溫2～4個小時，出爐冷卻10～14個小時。作為本發明的一種改進，所述步驟（4）鍛造后對坯料釆用灰冷的方式進行冷卻，冷卻時間為3-6小時。作為本發明的一種改進，所述步驟（7）加工后的頂頭工件硬度為25HRC～28HRC。作為本發明的一種改進，所述步驟（9）加工后的頂頭工件硬度為28HRC～32HRC。本發明的有益效果是：本發明所述的一種新型鋼滲氮頂頭，選用特殊的成分配比，使其自身強度、韌性顯著提高；同時在鍛造工藝中加入滲氮的步驟，不僅增強了頂頭的強度與塑性，更加增強了頂頭的淬透性，滿足了重負荷條件下要求的高強度、高硬度與高韌性的要求，同時表面耐磨性佳、熱處理變形小，有良好的綜合力學性能。具體實施方式下面結合具體實施方式，進一步闡明本發明，應理解下述具體實施方式僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。實施例1：一種新型鋼滲氮頂頭，按照質量百分比分別包括以下組份：碳：0.15，硅：0.29，錳：0.45，鉻：0.82，鎳：2.95，鉭：0.07，銅：0.01，硫：0.022，磷：0.01。上述頂頭的制造方法為：（1）備料、原材料驗收：根據頂頭的重量、材質組分準備坯料，并取1200g作為樣本進行復檢；（2）低溫裝爐：熔煉爐內爐溫降至600℃后裝爐，坯料設置于熔煉爐中間；（3）加熱：加熱38分鐘使熔煉爐內溫度升至1150℃后，加熱時間為6小時，且停止加熱后保溫40分鐘；（4）鍛造坯料：將步驟（3）加熱后的坯料放入熱鍛外模、定位圈、沖頭等工具，進行加工鍛造，始鍛溫度1150℃，終鍛溫度960℃；鍛造后坯料釆用灰冷的方式進行冷卻，冷卻時間為5小時（5）粗加工：利用三爪卡盤夾步驟（4）鍛造后坯料的大端面，校正車平后鉆中心孔，并且根據頂頭數據對坯料外面校準車工，制成頂頭工件；（6）淬火：將步驟（5）加工后的頂頭工件加入淬火爐內加溫2個小時，淬火爐內溫度160℃，頂頭工件升溫至830℃后利用油冷冷卻；（7）回火：將步驟（5）加工后的頂頭工件回火至溫度720℃，保溫1.5個小時，出爐冷卻，加工后的頂頭工件硬度為28HRC；（8）精加工、焊接：根據產品圖樣編制車加工程序，對頂頭工件外形精加工，并在頂頭工件內部焊接連接套，焊接后精加工大端面；（9）滲氮：除去步驟（8）加工后的頂頭工件外表的油垢、銹班、劃痕、污漬等，并加入氧化爐，氧化爐初始溫度140℃，加熱至1200℃左右后保溫3個小時，出爐冷卻11個小時，加工后的頂頭工件硬度為31HRC?？估瓘姸龋é襜/MPa）屈服強度（σ0.2/MPa）延伸率（δ/%）沖擊韌性值αkv(J/cm2)現有方法680500665本發明方法8106301280提高率19%26%100%23%實施例2：一種新型鋼滲氮頂頭，按照質量百分比分別包括以下組份：碳：0.11，硅：0.29，錳：0.55，鉻：0.75，鎳：3.15，鉭：0.09，硫：0.015，磷：0.02。上述頂頭的制造方法為：（1）備料、原材料驗收：根據頂頭的重量、材質組分準備坯料，并取800g作為樣本進行復檢；（2）低溫裝爐：熔煉爐內爐溫降至800℃后裝爐，坯料設置于熔煉爐中間；（3）加熱：加熱30～40分鐘使熔煉爐內溫度升至1000℃后，加熱時間為7小時，且停止加熱后保溫32分鐘；（4）鍛造坯料：將步驟（3）加熱后的坯料放入熱鍛外模、定位圈、沖頭等工具，進行加工鍛造，始鍛溫度1150℃，終鍛溫度900℃，鍛造后對坯料釆用灰冷的方式進行冷卻，冷卻時間為6小時。；（5）粗加工：利用三爪卡盤夾步驟（4）鍛造后坯料的大端面，校正車平后鉆中心孔，并且根據頂頭數據對坯料外面校準車工，制成頂頭工件；（6）淬火：將步驟（5）加工后的頂頭工件加入淬火爐內加溫4個小時，淬火爐內溫度140℃，頂頭工件升溫至820℃后利用油冷冷卻；（7）回火：將步驟（5）加工后的頂頭工件回火至溫度690℃，保溫1.8個小時，出爐冷卻，加工后的頂頭工件硬度為26HRC；（8）精加工、焊接：根據產品圖樣編制車加工程序，對頂頭工件外形精加工，并在頂頭工件內部焊接連接套，焊接后精加工大端面；（9）滲氮：除去步驟（8）加工后的頂頭工件外表的油垢、銹班、劃痕、污漬等，并加入氧化爐，氧化爐初始溫度135℃，加熱至1150℃左右后保溫3.2個小時，出爐冷卻11個小時，加工后的頂頭工件硬度為31HRC?？估瓘姸龋é襜/MPa）屈服強度（σ0.2/MPa）延伸率（δ/%）沖擊韌性值αkv(J/cm2)現有方法680500665本發明方法750580995提高率10%16%50%46%實施例3：一種新型鋼滲氮頂頭，按照質量百分比分別包括以下組份：碳：0.13，硅：0.32，錳：0.55，鉻：0.87，鎳：3.05，鉭：0.07，銅：0.012。上述頂頭的制造方法為：（1）備料、原材料驗收：根據頂頭的重量、材質組分準備坯料，并取1400g作為樣本進行復檢；（2）低溫裝爐：熔煉爐內爐溫降至720℃后裝爐，坯料設置于熔煉爐中間；（3）加熱：加熱30～40分鐘使熔煉爐內溫度升至1150℃后，加熱時間為7.5小時，且停止加熱后保溫36分鐘；（4）鍛造坯料：將步驟（3）加熱后的坯料放入熱鍛外模、定位圈、沖頭等工具，進行加工鍛造，始鍛溫度1150℃，終鍛溫度970℃，鍛造后對坯料釆用灰冷的方式進行冷卻，冷卻時間為4小時；（5）粗加工：利用三爪卡盤夾步驟（4）鍛造后坯料的大端面，校正車平后鉆中心孔，并且根據頂頭數據對坯料外面校準車工，制成頂頭工件；（6）淬火：將步驟（5）加工后的頂頭工件加入淬火爐內加溫4個小時，淬火爐內溫度130℃，頂頭工件升溫至815℃后利用油冷冷卻；（7）回火：將步驟（5）加工后的頂頭工件回火至溫度760℃，保溫1.8個小時，出爐冷卻，加工后的頂頭工件硬度為27HRC；（8）精加工、焊接：根據產品圖樣編制車加工程序，對頂頭工件外形精加工，并在頂頭工件內部焊接連接套，焊接后精加工大端面；（9）滲氮：除去步驟（8）加工后的頂頭工件外表的油垢、銹班、劃痕、污漬等，并加入氧化爐，氧化爐初始溫度120℃，加熱至1200℃左右后保溫4個小時，出爐冷卻12個小時，加工后的頂頭工件硬度為30HRC。抗拉強度（σb/MPa）屈服強度（σ0.2/MPa）延伸率（δ/%）沖擊韌性值αkv(J/cm2)現有方法680500665本發明方法800650885提高率18%30%33%31%本發明方案所公開的技術手段不僅限于上述實施方式所公開的技術手段，還包括由以上技術特征任意組合所組成的技術方案。當前第1頁1 2 3