一種耐高溫鋼管穿孔頂頭的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種耐高溫鋼管穿孔頂頭，具體涉及一種頂部表面激光熔覆鎳基合金 層及高強度合金層的耐高溫鋼管穿孔頂頭，屬于金屬材料技術領域。
【背景技術】
[0002] 隨著我國無縫鋼管出口量的增加，生產無縫鋼管所使用的備件的消耗量也逐年增 大。穿孔頂頭是生產無縫鋼管的關鍵工具，穿孔頂頭的質量的好壞和使用壽命的長短對無 縫鋼管的產量、質量和生產成本都有直接的影響。穿孔頂頭在工作時溫度很高，并承受很大 的復合應力，使用中會出現變形、塌陷、粘鋼、開裂等失效。我國每年有超過百萬的穿孔頂頭 因失效原因而被廢棄掉，并且這個數字正以15%以上的速度逐年增長。如能將這些失效的 或新的穿孔頂頭利用激光熔覆技術對其表面進行處理，每年可節省材料費上億元。穿孔機 對被加熱至高溫的鋼坯進行穿孔乳制。因此，壓進鋼坯的穿孔頂頭在高溫下暴露的同時，還 受到高的壓力及長期的高溫環境，容易出現塌鼻、粘鋼、開裂等失效問題，壽命不長而研制 高質量高壽命的穿孔頂頭已成為鋼管生產中的重要課題。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是針對現有技術中存在的不足，提供一種耐磨性好，耐溫性好，使用 壽命長的耐高溫鋼管穿孔頂頭。
[0004] 本發明的目的可通過下列技術方案來實現：一種耐高溫鋼管穿孔頂頭，包括由頂 部、連接部和安裝部一體成型組成的本體，在頂部表面激光熔覆形成的鎳基合金層，以及在 鎳基合金層表面激光熔覆形成的高強度合金層，所述安裝部呈圓筒狀且在安裝部內壁上開 設有內螺紋，頂部呈圓盤狀，連接部內部中空并與安裝部內部相通，連接部具有大端和小端 且連接部外側壁為外凸的圓弧面，連接部大端與安裝部相連且平滑過渡，連接部小端與頂 部相連且連接部小端的外徑等于頂部的最小外徑。
[0005] 本發明耐高溫鋼管穿孔頂頭在頂部的基體上先激光熔覆一層鎳基合金層，再激光 熔覆一層高強度合金層，鎳基合金層硬度比高強度合金層低，對高硬度高耐磨性的高強度 合金層起過渡作用，可以很好的緩解堆焊應力，提高頂部的耐磨性，使頂頭具有較高的高溫 強度，而且具有較高的變形阻力以及耐熱沖擊性，因而熔損和變形受到抑制，進而提高鋼管 穿孔頂頭的性能。
[0006] 在上述耐高溫鋼管穿孔頂頭中，所述鋼管穿孔頂頭本體的組成元素及質量百 分比為：碳（C) :0· 30-0. 50 %，鉻（Cr) : 12. 50-14. 50 %，鎳（Ni) :3· 00-4. 20 %，鎢（W): 2. 20-2. 8%，釩（V) :0.05-0. 20%，硼（B) :0.02-0. 25%，稀土釔（Y) :0.05-0. 25%，余量為 鐵（Fe)以及不可避免的雜質。
[0007] 本發明鋼管穿孔頂頭通過合理地配伍原材料，適當提高了鎳、鉻的含量，省去了 錳、硅、鉬等元素，并添加了鎢、硼、釩以及稀土元素釔，一方面，稀土元素釔得加入改善頂頭 本體的致密性，降低氧化速率，提高氧化膜的抗剝落性能，從而顯著改善其高溫抗氧化性。 另一方面，本發明在添加稀土元素釔的同時，添加了鎢、硼、釩，不僅凈化鋼液控制夾雜物形 態，改善一次組織，而且有固溶強化和沉淀強化的作用，又有良好的塑性，發揮微量稀土元 素強抑制局域弱化作用，起到綜合改善鋼的性能，進而使本發明鋼管穿孔頂頭的力學性能 及機械性能優異，具有較好的耐磨性和范圍較寬的耐溫性，并提高其使用壽命長。
[0008] 作為優選，所述鋼管穿孔頂頭本體的組成元素及質量百分比為：碳（C): 0· 35-0. 45 %，鉻（Cr) :13· 00-14. 00 %，鎳（Ni) :3· 50-4. 00 %，鎢（W) :2· 25-2. 60 %，釩 (V) :0.08-0. 18%，硼（B) :0.05-0. 22%，稀土釔（Y) :0.06-0. 20%，余量為鐵（Fe)以及不 可避免的雜質。
[0009] 進一步優選，所述鋼管穿孔頂頭本體的組成元素及質量百分比為：碳（C): 0· 42 %，鉻（Cr) :13· 20 %，鎳（Ni) :3· 60 %，鎢（W) :2· 50 %，釩（V) :0· 12 %，硼（B): 0. 15%，稀土釔（Y) :0. 10%，余量為鐵（Fe)以及不可避免的雜質。
[0010] 進一步優選，所述鋼管穿孔頂頭本體的組成元素及質量百分比為：碳（C): 0· 35 %，鉻（Cr) :14. 00 %，鎳（Ni) :3· 50 %，鎢（W) :2· 60 %，釩（V) :0· 08 %，硼（B): 0.22%，稀土釔（Y) :0.06%，余量為鐵（Fe)以及不可避免的雜質。
[0011] 進一步優選，所述鋼管穿孔頂頭本體的組成元素及質量百分比為：碳（C): 0· 45 %，鉻（Cr) :13. 00 %，鎳（Ni) :4. 00 %，鎢（W) :2· 25 %，釩（V) :0· 18 %，硼（B): 0.05%，稀土釔（Y) :0.20%，余量為鐵（Fe)以及不可避免的雜質。
[0012] 進一步優選，所述鋼管穿孔頂頭本體的組成元素及質量百分比為：碳（C): 0· 30%，鉻（Cr) :14· 50%，鎳（Ni) :3· 00%，鎢（W) :2· 8%，釩（V) :0· 05%，硼（B) :0· 25%， 稀土釔（Y) :0.05%，余量為鐵（Fe)以及不可避免的雜質。
[0013] 進一步優選，所述鋼管穿孔頂頭本體的組成元素及質量百分比為：碳（C): 0· 50 %，鉻（Cr) :12· 50 %，鎳（Ni) :4· 20 %，鎢（W) :2· 20 %，釩（V) :0· 20 %，硼（B): 0.02%，稀土釔（Y) :0.25%，余量為鐵（Fe)以及不可避免的雜質。
[0014] 在上述耐高溫鋼管穿孔頂頭中，所述鎳基合金層的組成元素及質量百分比為：碳 (C) :0· 01-0. 04%，鉻（Cr) :20· 0-25. 0%，硅（Si) :1· 20-1. 80%，錳（Mn) :0· 10-0. 80%，銅 (Cu) 15%，硼（B) :0.60-1. 00%，余量為鎳（Ni)以及不可避免的雜質。
[0015] 鎳基合金層嚴格控制了 C的含量，使其在0. 01-0. 04%之間，有利于提高鎳基合金 層的潤濕性，防止在熔覆過程中產生裂紋和氣孔，同時保證鎳基合金層的硬度和強度；同時 鎳基合金層中通過添加適量的B、Si使合金在凝固后形成以奧氏體為主的基體；另外適量 的Cr、Mn、Cu元素對鎳基合金進行了合金強化。鎳基合金層作為過渡合金層在高溫下雖然 硬度小于高強度合金層，但是依然具有良好的力學性能、機械性能，如在具有較高耐磨性與 耐溫性的同時，又具有較高的硬度、韌性、抗拉強度。
[0016] 作為優選，所述鎳基合金層的組成元素及其質量百分比為：碳（C) :0. 02-0. 04%， 鉻（Cr) :21.0-24.0 %，硅（Si) :1.30-1.56 %，錳（Mn) :0.25-0.60 %，銅（Cu): 0.03-0. 12%，硼（B) :0.80-0. 90%，余量為鎳（Ni)以及不可避免的雜質。
[0017] 進一步優選，所述鎳基合金層的組成元素及其質量百分比為：碳（C) :0. 03%，鉻 (Cr) :22· 0%，硅（Si) :1· 40%，錳（Mn) :0· 40%，銅（Cu) :0· 08%，硼⑶：0· 85%，余量為鎳 (Ni)以及不可避免的雜質。
[0018] 進一步優選，所述鎳基合金層的組成元素及其質量百分比為：碳（C) :0. 025%，鉻 (Cr) :21. 5%，硅（Si) :1. 35%，錳（Mn) :0· 30%，銅（Cu) :0· 10%，硼⑶：0· 80%，余量為鎳 (Ni)以及不可避免的雜質。
[0019] 進一步優選，所述鎳基合金層的組成元素及其質量百分比為：碳（C) :0. 035%，鉻 (0):23.0%，硅如）：1.50%，錳〇?11):0.50%，銅（(：11) :0.04%，硼出）：0.90%，余量為鎳 (Ni)以及不可避免的雜質。
[0020] 進一步優選，所述鎳基合金層的組成元素及質量百分比為：碳（C) :0.01 %，鉻 (Cr) :25· 0%，硅（Si) :L 20%，錳（Mn) :0· 80%，硼⑶：0· 60%，余量為鎳（N