無縫管制造用穿孔頂頭的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及在采用曼內斯曼穿孔法進行的無縫管的制造中所使用的無縫管制造 用穿孔頂頭，特別是設及延長了壽命的穿孔頂頭。
【背景技術】
[0002] 油井管主要采用曼內斯曼穿孔法制造。穿孔所使用的穿孔頂頭，在工具之中暴露 于最嚴酷的使用條件下。近年來，無縫管使用了熱態下的變形抗力高的不誘鋼、高合金，由 此穿孔頂頭的壽命越來越降低，在極端的情況下，1道次穿孔成為極限。
[0003] 關于穿孔頂頭的壽命延長，曾有下述報告：通過采用PTA堆焊、電弧噴鍛進行的表 面改性來改善壽命。
[0004] 專利文獻1公開了一種在母材的表面通過電弧噴鍛W化為主成分的鐵絲材料而 形成有由化3〇4、FeO等氧化物和Fe(金屬）構成的被膜的穿孔社制用頂頭。通過該被膜，能 夠實現優異的隔熱性和防熱粘著性，得到壽命長的穿孔頂頭。
[0005] 專利文獻2主要設及專利文獻1的材料的改良，公開了在鑄造后、進行了脫氨處理 的高硬度的材料。
[0006] 運些發明雖然在穿孔頂頭的壽命延長方面取得了成功，但存在成本高、品質產生 偏差等課題。
[0007] 作為一直W來的穿孔頂頭的壽命延長的方法，曾報告了對表面賦予氧化皮的發 明。
[0008] 專利文獻3公開了在表面生成了氧化皮的熱加工用工具。當氧化皮從外層起為赤 鐵礦、磁鐵礦、方鐵礦，磁鐵礦為40體積％ ^上時壽命延長。
[0009] 專利文獻4公開了能夠延長工具壽命的熱制管工具的制造方法。專利文獻4公開 了 ：與砂模相比，金屬模具鑄造的凝固組織微細，其結果，在基體（matrix)表面生成的氧化 皮由于基體組織的微細化而變得致密，耐剝離性和耐熱粘著性提高。
[0010] 專利文獻5公開了即使在將變形抗力高的材料進行制管的情況下也具有高的使 用壽命的熱制管用工具。專利文獻5中，通過Mo、W的大量添加來確保高溫變形性，通過Ni、 W改善了氧化皮的耐剝離性、耐磨損性。
[0011] 專利文獻6公開了穩定地具有長的工具壽命的無縫鋼管穿孔社制用工具。在專利 文獻6中，使形成于基材側的氧化皮層為與鋼基體復雜交織的網狀氧化皮層，而且使從氧 化皮層與基材的界面起向基材側在深度方向上為500μm的范圍的組織為具有按面積率計 為50%W上的鐵素體相的組織，由此抑制氧化皮層的剝離、磨損，提高了穿孔社制用工具的 〇
[0012] 在先技術文獻
[0013] 專利文獻1 :國際公開第2009/057471號
[0014] 專利文獻2:國際公開第2014/050975號
[0015] 專利文獻3:日本特開平8-193241號公報
[0016] 專利文獻4 :日本特開平8-300014號公報
[0017] 專利文獻5 :日本特開平7-60314號公報 [001引專利文獻6 :日本特開2003-129184號公報
【發明內容】
[0019]W穿孔頂頭的壽命延長為目的，至今為止完成了許多發明，但針對不誘鋼、高合金 的穿孔壽命依然得不到滿足。
[0020] 穿孔頂頭的損傷是由（1)頭部烙損和熱粘著、W及似體部的折皺和哨肉導致的。 對于任一種損傷，高溫強度和氧化皮性狀（密著性、厚度）都產生影響。而且，作為其它損 傷，有（3)縱向裂縫（開裂損傷）。在該損傷方面，延展性、初性和耐熱裂性產生影響。
[0021] 如果不同時解決運3個課題，則不能夠實現穿孔頂頭的壽命延長。本發明的課題 是提供通過（1)高溫強度的提高、（2)氧化皮性狀（密著性、厚度）的改善、（3)延展性、初 性的提高、耐熱裂性的改善，從而延長了壽命的無縫管制造用穿孔頂頭。
[0022] 本發明人潛屯、研究了將穿孔頂頭長壽命化的方法。其結果發現，通過選定適當的 成分組成，使澤透性（澤硬性）提高，使頂頭的組織成為適當量的碳化物和馬氏體，高溫強 度大大改善。
[0023] 在穿孔頂頭的制造的最終工序中，為了賦予潤滑性、隔熱性而實施氧化皮賦予處 理，在生成了氧化皮后，為了防止氧化皮的剝離而W20~50°C/小時的冷卻速度進行爐冷。 本發明人發現：通過選定在該冷卻速度下使碳化物析出并且進行馬氏體相變的適當的成分 組成，能夠使高溫強度提高。
[0024] 另外，本發明人發現氧化皮的密著性取決于頂頭的組織的晶粒的粗細度。
[0025] 作為穿孔頂頭可使用金屬模具或砂模鑄造的鑄鋼品。鑄造態的晶粒較粗大，為數 百μπι~數十mm。在進行了鐵素體-珠光體相變的穿孔頂頭中，通過用于賦予氧化皮的熱 處理（奧氏體相變）而使粗大的晶粒變得微細。但是，進行了馬氏體相變的穿孔頂頭，即使 為了賦予氧化皮而進行奧氏體相變，由于所謂的"記憶效應"，因此晶粒仍然為粗大的狀態， 與W往的穿孔頂頭相比，氧化皮的密著性降低。
[0026] 如果僅反復進行退火，則具有本發明的成分組成的合金只會反復進行奧氏體一馬 氏體一奧氏體一馬氏體相變，晶粒仍然是鑄造的數百μπι~數十mm的粗大的粒子的狀態。
[0027] 將通過賦予氧化皮的加熱、爐冷處理而進行了鐵素體-珠光體相變的穿孔頂頭、 和進行了馬氏體相變的穿孔頂頭的晶粒照片分別示于圖1、圖2。鐵素體-珠光體組織的頂 頭的晶粒微細，為20μm，但進行了馬氏體相變的頂頭的晶粒粗大，為約500μm。其結果，馬 氏體組織頂頭的氧化皮界面面積，如圖2所示那樣明顯小于鐵素體+珠光體組織頂頭的氧 化皮界面面積，使用各頂頭進行13化不誘鋼穿孔試驗的結果，頂頭壽命也從6道次降低為 一半即3道次。目P，當僅僅使穿孔頂頭的組織成為馬氏體時，雖然能夠提高高溫強度，但得 不到充分的氧化皮密著性。
[0028] 在賦予氧化皮方面，基體與氧化皮的界面面積大時，氧化皮的密著性優異。關于氧 化皮，由于相比于基體的晶粒內選擇性地氧化晶界，因此頂頭的晶粒微細時，基體與氧化皮 界面面積增加，其結果，氧化皮的密著性提高。
[0029] 因此，本發明人潛屯、研究了在氧化皮賦予時進行馬氏體相變的頂頭的氧化皮賦予 時使晶粒微細化的方法。其結果發現，通過在氧化皮賦予之前，使碳化物粗大凝聚，能夠使 頂頭的組織的平均晶體粒徑變得微細。
[0030] 另外，關于延展性、初性、耐熱裂性，一般地認為在進行了馬氏體相變的穿孔頂頭 中，與W往的進行了鐵素體-珠光體相變的穿孔頂頭相比，延展性、初性、耐熱裂性降低。但 是，本發明人發現，通過將C量和碳化物量最佳化，與至今為止的穿孔頂頭相比，能夠提高 延展性、初性、耐熱裂性。
[0031]目P，本發明提供通過（1)即使爐冷也進行馬氏體相變的澤透性非常高的成分組成 的設計、（2)使晶粒微細化、（3)在澤透性和碳化物量方面優選的碳量的最佳化，從而長壽 命化了的穿孔頂頭，其要旨如下。
[0032] (1) -種無縫管制造用穿孔頂頭，是在表面形成了氧化皮的無縫管制造用穿孔 頂頭，其特征在于，除了上述氧化皮W外的頂頭的成分組成按質量％計含有C:0. 10~ 0. 25%、Si:0. 05 ~0. 80%、Μη:0. 20 ~1. 00%、Ni:2. 5 ~3. 5%、Cr:1. 0 ~2. 0%、Mo: 2. 5 ~3. 5%、W:2. 5 ~3. 5%、佩：0. 07 ~0. 40%、和Ti:0. 03 ~0. 40%，余量為化和不 可避免的雜質，除了上述氧化皮W外的頂頭的組織構成包含1~10%的碳化物、和馬氏體 組織。
[003引似根據上述（1)所述的無縫管制造用穿孔頂頭，其特征在于，所述馬氏體組織的 平均晶體粒徑為50μmW下。
[0034] 做根據上述（1)或似所述的無縫管制造用穿孔頂頭，其特征在于，所述穿孔頂 頭的成分組成按質量％計還含有Mg:0. 001~0. 100%、REM:0. 01~0. 50%、Ca:0. 0005~ 0. 0500%、A1 :0. 005 ~0. 200%、和B:0. 0001 ~0. 0050% 中的 1 種或 2 種W上。
[0035] 根據本發明，能夠提供使高溫強度和氧化皮性狀（密著性、厚度）與W往的穿孔頂 頭相比顯著提高、并改善了延展性、初性、耐熱裂性的、長壽命的無縫管制造用穿孔頂頭。
【附圖說明】
[0036] 圖1是表示進行了鐵素體+珠光體相變的穿孔頂頭的組織的圖，（a)是穿孔頂頭 內部的組織，化）是氧化皮界面的組織。
[0037] 圖2是表示進行了馬氏體相變的穿孔頂頭的組織的圖，（a)是穿孔頂頭內部的組 織，化）是氧化皮界面的組織。
[003引圖3(a)是表示利用掃描型電子顯微鏡（SEM)觀察了附有氧化皮的穿孔頂頭的碳 化物組織的圖，化）是將碳化物進行了灰度二值化的圖。
[0039] 圖4(a)是表示碳化物凝聚處理后、附有氧化皮的穿孔頂頭的組織的圖，化）是表 示沒有實施碳化物凝聚處理、且附有氧化皮的穿孔頂頭的組織的圖。
【具體實施方式】
[0040]W下，對本發明進行詳細說明。首先，對本發明的穿孔頂頭的成分組成進行說明。 W下，關于成分組成的"％ "的表記意味著"質量％ "。
[0041]C是對澤透性影響大的元素。另外，與Mo、W、Nb、化生成碳化物。如果C的含量低 于0. 10 %，則澤透性降低，在氧化皮賦予處理后的冷卻中得不到馬氏體。如果C的含量超過 0. 25 %，則碳化物量變多，初性和耐熱裂性降低。
[004引Si是脫氧元素。如果Si的含量低于0. 05%，則氧量變高，延展性降低。如果Si的含量超過0. 80%，則耐氧化性提高，氧化皮的膜厚變薄。
[004