一種穿孔頂頭及其表面處理方法
【專利摘要】本發明公開了一種穿孔頂頭的表面處理方法，包括以下步驟：步驟一，在頂頭本體的圓周面及頭部端面上通過加工得到與頂頭本體為一體的且呈螺旋或環狀的基體，基體與基體之間形成螺旋槽或者環形槽；步驟二，將步驟一得到的頂頭本體放入加熱爐內，升溫至900—110CTC，通入氧化性介質，保溫5—10小時，然后降溫至800—900°C，出爐后緩冷至常溫，連續地在螺旋槽或者環形槽的槽底和槽側壁面以及基體的表面生成一層氧化層。本發明的穿孔頂頭表面處理方法使氧化層的有效厚度獲得增大，從而提高頂頭的使用壽命。
【專利說明】一種穿孔頂頭及其表面處理方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及到無縫鋼管生產領域，具體涉及到管坯穿孔及毛管擴孔時使用的穿孔 頂頭及其表面處理方法。
【背景技術】
[0002] 穿孔頂頭使用過程中要承受復雜的軋制力、摩擦力、冷熱交替的熱應力，為有效提 高頂頭使用壽命，目前最好的做法就是通過熱處理方法在頂頭表面生成一層具有隔熱、潤 滑作用的氧化層，或通過復合處理技術在頂頭表面涂覆一層高溫強度及耐磨性好、且具有 隔熱、潤滑作用的保護層。該保護層的質量好壞就成了決定頂頭壽命的關鍵因素。
[0003] 目前通用的方法是氧化處理：將表面加工到規定形狀的頂頭裝入溫度在l〇〇〇°C 左右（不同廠家、不同產品的溫度要求不同，溫度范圍一般在900- IKKTC之間）、密封的馬 弗罐中，按工藝規定的流量向馬弗罐中通過氧化性介質（如水、氨水、或水+特定的有機介 質）及載流氣體（一般為氮氣），經過2至3小時處理后，在頂頭表面形成一定厚度的氧化 層。
[0004] 由于氧化物塑性差、松脆的特性決定了氧化層不宜厚，否則氧化層與基體結合不 牢、甚至剝落，一般頂頭表面氧化處理的氧化層厚度為0. 2?0. 8mm左右（最大不超過 I. Omm)，而且，其結構分為內外2層，真正在使用中起保護作用的有效氧化層厚度只有氧化 層總厚度的1/2,從而，目前的頂頭在現場的使用過程中，穿制13Cr、超級13Cr等材質的高 合金管2至3根鋼管就報廢了，對于生產廠商來說，穿孔頂頭的成本實則太高。因此，國內 外頂頭制造企業及相關科技工作者均在不斷探索改進頂頭表面保護層的方法，以延長穿孔 頂頭的壽命，以及降低生產廠商的使用成本。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種氧化層有效厚度獲得增 大的穿孔頂頭及其表面處理方法。
[0006] 穿孔頂頭的表面處理方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟一，在頂頭本體的圓周面及頭部端面上通過加工得到與頂頭本體為一體的且 呈螺旋或環狀的基體，基體與基體之間形成螺旋槽或者環形槽；
[0008] 步驟二，將步驟一得到的頂頭本體放入加熱爐內，升溫至900- IKKTC，通入氧化 性介質，保溫5 -10小時，然后降溫至800- 900°C，出爐后緩冷或空冷至常溫，連續地在螺 旋槽或者環形槽的槽底和槽側壁面以及基體的表面生成一層氧化層。
[0009] 生成于螺旋槽或者環形槽中的氧化層，填滿該螺旋槽或者環形槽。
[0010] 螺旋槽或者環形槽的槽深與槽寬的比值為1. 5- 3。
[0011] 螺旋槽或者環形槽的深度為〇. 5 - 5. 5mm，寬度為0. 3 - 3. 0mm。
[0012] 基體的寬度與任意一個相鄰螺旋槽或者環形槽的寬度之和為1 一3. 5mm。
[0013] 一種穿孔頂頭，包括頂頭本體，在頂頭本體的圓周面及頭部端面上成型有與頂頭 本體為一體的且呈螺旋或環狀的基體，基體與基體之間形成螺旋槽或者環形槽，頂頭本體 經氧化后，連續地在螺旋槽或者環形槽的槽底和槽側壁面以及基體的表面生成一層氧化 層。
[0014] 生成于螺旋槽或者環形槽中的氧化層，填滿該螺旋槽或者環形槽。
[0015] 螺旋槽或者環形槽的槽深與槽寬的比值為1. 5- 3。
[0016] 螺旋槽或者環形槽的深度為0. 5 - 5. 5mm，寬度為0. 3 - 3. 0mm。
[0017] 基體的寬度與任意一個相鄰螺旋槽或者環形槽的寬度之和為1 一3. 5mm。
[0018] 采用了上述方案，由于本發明在頂頭本體上加工出了螺旋槽或者環形槽，而后結 合到氧化處理，在氧化處理過程中，金屬元素與氧結合形成氧化物時發生體積膨脹，在槽寬 合適時，氧化物膨脹的體積可以恰好把螺旋槽或者環形槽填滿。對于基體而言在氧化處理 過程中其表面也要受得氧化的作用，氧化后得以部份保留，起到骨架支持作用，可以有效防 止氧化層在使用過程中脫落，增加了頂頭本體表面氧化層有效厚度，同時保證了頂頭外部 形狀不變，不影響鋼管質量。因此，通過氧化前預處理形成了螺旋槽或者環形槽以及基體， 頂頭本體在氧化處理后獲得地表面有效隔熱、潤滑作用的氧化層厚度得以增加，同時減少 了軋制過程中頂頭基體的吸熱面積。
[0019] 綜上所述，本發明在氧化處理前通過機加工方法在頂頭本體表面（一定范圍內） 形成一定深度的槽，利用氧化過程中體積膨脹使槽內充滿金屬氧化物，達到增大氧化層有 效厚度、增強隔熱效果的目的，從而大大提高頂頭使用壽命。特別是在穿軋高合金管時，可 以使頂頭壽命提高2-3倍。本發明的穿孔頂頭在寶鋼穿制高合金管時，一根穿孔頂頭可以 穿制6至7支高合金管，與現有的穿孔頂頭相比，其使用壽命為現有的穿孔頂頭2倍以上。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 圖1為頂頭本體局部示意圖，該頂頭本體圓周面上成型有螺旋槽或者環形槽以及 基體；
[0021] 圖2為頂頭本體氧化處理后，在螺旋槽或者環形槽以及基體表面形成連續氧化層 地示意圖；
[0022] 圖3為本發明第一實施例的局部金相照片（50倍放大）；
[0023] 圖4為本發明第二實施例的局部金相照片（50倍放大）；
[0024] 圖5為本發明第三實施例的局部金相照片（50倍放大）。
【具體實施方式】
[0025] 如圖1和圖2,穿孔頂頭的表面處理方法，包括以下步驟：
[0026] 步驟一，如圖1，在頂頭本體1的圓周面及頭部端面上通過加工得到與頂頭本體1 為一體的且呈螺旋或環狀的基體2,基體與基體之間形成螺旋槽或者環形槽3 ;螺旋槽或者 環形槽的槽深與槽寬的比值為1. 5- 3。螺旋槽或者環形槽的深度h為0. 5- 5. 5mm，寬度 b為0. 3 - 3. 0mm。基體2的寬度與任意一個相鄰螺旋槽或者環形槽的寬度之和t為1一 3. 5_(基體2的寬度與任意一個相鄰螺旋槽或者環形槽的寬度之和也稱之為節距）。
[0027] 步驟二，如圖2,將步驟一得到的頂頭本體1放入加熱爐內，升溫至900- IKKTC， 通入氧化性介質，保溫5 -10小時，然后降溫至800- 900°C，出爐后緩冷或空冷至常溫，連 續地在螺旋槽或者環形槽3的槽底和槽側壁面以及基體2的表面生成一層氧化層4,即在螺 旋槽或者環形槽3的槽底和槽側壁面以及基體2的氧化層4為一個整體。生成于螺旋槽或 者環形槽中的氧化層4,填滿該螺旋槽或者環形槽。這里需要說明的是，在圖2中，在沒有氧 化處理前，基體2至頂頭本體內壁面的高度為H1，螺旋槽或者環形槽的寬度為L1，在氧化處 理后，基體2至頂頭本體內壁面的高度為H2,螺旋槽或者環形槽的寬度為L2,從圖2的示意 中可以顯示地看出，H2小于Hl，L2小于Ll，其原因在于，氧化過程中頂頭表面的金屬元素與 氧結合，頂頭表面的金屬元素被氧化，體積膨脹的氧化物沿著頂頭的徑向擴張以及填充螺 旋槽或者環形槽，氧化層有效厚度得到增加。隨著基體表面和螺旋槽或者環形槽的表面被 氧化轉換為氧化層，以及增加的氧化層占據了螺旋槽或者環形槽的空間，從而使得H2小于 Hl，L2 小于 L1。
[0028] 如圖1和圖2,本發明的一種穿孔頂頭，包括頂頭本體1，在頂頭本體1的圓周面及 頭部端面上成型有與頂頭本體為一體的且呈螺旋或環狀的基體2,基體與基體之間形成螺 旋槽或者環形槽3,螺旋槽或者環形槽3的槽深與槽寬的比值為1. 5- 3。螺旋槽或者環形 槽的深度h為0. 5 - 5. 5mm，寬度b為0. 3 - 3. 0mm。基體的寬度與任意一個相鄰螺旋槽或者 環形槽的寬度之和為1 一3. 5mm。頂頭本體1經氧化后，連續地在螺旋槽或者環形槽的槽底 和槽側壁面以及基體的表面生成一層氧化層4,即在螺旋槽或者環形槽3的槽底和槽側壁 面以及基體2的氧化層4為一個整體。具體的氧化過程同上述方法中的氧化過程，在此不 再贅述。生成于螺旋槽或者環形槽中的氧化層4,填滿該螺旋槽或者環形槽。
[0029] 實施例1 :
[0030] 在正常外形加工好的穿孔頂頭的錐部表面及頭部端面通過機械加加得到若干間 隔的環形槽，環形槽的寬度b = 0. 5_，節距t = 1_，深度h = 1_，頂頭放入加熱爐內，升 溫至l〇〇〇°C，通入氧化性介質，保溫一段時間7小時，進行氧化處理，然后降溫至900°C，出 爐后緩冷至常溫。出爐后的頂頭本體在50倍的顯微鏡下獲得的金相照片如圖3所示，氧化 層幾乎將環形槽填滿，經過檢測，位于基體表面的氧化層的厚度為3. 3_，比現有的氧化層 的厚度增加了 3倍多。
[0031] 實施例2:
[0032] 在正常外形加工好的穿孔頂頭的錐部表面通過機械加加得到若干間隔的環形槽， 環形槽的寬度b = I. 5mm，節距t = 3mm，深度h = 2mm，頂頭放入加熱爐內，升溫至1050°C， 通入氧化性介質，保溫一段時間8小時，進行氧化處理，然后降溫至850°C，出爐后緩冷至常 溫。出爐后的頂頭本體在50倍的顯微鏡下獲得的金相照片如圖4所示，經過檢測，位于基 體表面的氧化層的厚度為3 mm，比現有的氧化層的厚度增加了 3倍。
[0033] 實施例3 :
[0034] 在正常外形加工好的穿孔頂頭的錐部表面通過機械加加得到若干間隔的環形 槽，環形槽的寬度b = 2. 5mm，節距t = 3. 5mm，深度h = 3mm，頂頭放入加熱爐內，升溫至 IKKTC，通入氧化性介質，保溫一段時間10小時，進行氧化處理，然后降溫至800°C，出爐后 緩冷至常溫。出爐后的頂頭本體在50倍的顯微鏡下獲得的金相照片如圖5所示，經過檢測， 位于基體表面的氧化層的厚度為2. 5_，比現有的氧化層的厚度增加了 2倍多。
【權利要求】
1. 穿孔頂頭的表面處理方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一，在頂頭本體的圓周面及頭部端面上通過加工得到與頂頭本體為一體的且呈螺 旋或環狀的基體，基體與基體之間形成螺旋槽或者環形槽； 步驟二，將步驟一得到的頂頭本體放入加熱爐內，升溫至900- IKKTC，通入氧化性介 質，保溫5-10小時，然后降溫至800-900°C，出爐后緩冷或空冷至常溫，連續地在螺旋槽 或者環形槽的槽底和槽側壁面以及基體的表面生成一層氧化層。
2. 根據權利要求1所述的穿孔頂頭的表面處理方法，其特征在于，生成于螺旋槽或者 環形槽中的氧化層，填滿該螺旋槽或者環形槽。
3. 根據權利要求1所述的穿孔頂頭的表面處理方法，其特征在于，螺旋槽或者環形槽 的槽深與槽寬的比值為1. 5- 3。
4. 根據權利要求1所述的穿孔頂頭的表面處理方法，其特征在于，基體的寬度與任意 一個相鄰螺旋槽或者環形槽的寬度之和為1 一3. 5mm。
5. -種穿孔頂頭，包括頂頭本體，其特征在于，在頂頭本體的圓周面及頭部端面上成型 有與頂頭本體為一體的且呈螺旋或環狀的基體，基體與基體之間形成螺旋槽或者環形槽， 頂頭本體經氧化后，連續地在螺旋槽或者環形槽的槽底和槽側壁面以及基體的表面生成一 層氧化層。
6. 根據權利要求5所述的一種穿孔頂頭，其特征在于，生成于螺旋槽或者環形槽中的 氧化層，填滿該螺旋槽或者環形槽。
7. 根據權利要求5所述的一種穿孔頂頭，其特征在于，螺旋槽或者環形槽的槽深與槽 寬的比值為1. 5- 3。
8. 根據權利要求5所述的一種穿孔頂頭，其特征在于，基體的寬度與任意一個相鄰螺 旋槽或者環形槽的寬度之和為1 一3. 5mm。
【文檔編號】C23C8/02GK104213069SQ201410426140
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月26日 優先權日:2014年8月26日
【發明者】朱建軍, 全小兵, 陳明, 潘強, 諸長偉 申請人:常州寶菱重工機械有限公司