一種耐高溫鋼管穿孔頂頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)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(qiáng)度合金層的耐高溫鋼管穿孔頂頭，屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)無(wú)縫鋼管出口量的增加，生產(chǎn)無(wú)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(chǎn)無(wú)縫鋼管的關(guān)鍵工具，穿孔頂頭的質(zhì)量的好壞和使用壽命的長(zhǎng)短對(duì)無(wú) 縫鋼管的產(chǎn)量、質(zhì)量和生產(chǎn)成本都有直接的影響。穿孔頂頭在工作時(shí)溫度很高，并承受很大 的復(fù)合應(yīng)力，使用中會(huì)出現(xiàn)變形、塌陷、粘鋼、開裂等失效。我國(guó)每年有超過百萬(wàn)的穿孔頂頭 因失效原因而被廢棄掉，并且這個(gè)數(shù)字正以15%以上的速度逐年增長(zhǎng)。如能將這些失效的 或新的穿孔頂頭利用激光熔覆技術(shù)對(duì)其表面進(jìn)行處理，每年可節(jié)省材料費(fèi)上億元。穿孔機(jī) 對(duì)被加熱至高溫的鋼坯進(jìn)行穿孔乳制。因此，壓進(jìn)鋼坯的穿孔頂頭在高溫下暴露的同時(shí)，還 受到高的壓力及長(zhǎng)期的高溫環(huán)境，容易出現(xiàn)塌鼻、粘鋼、開裂等失效問題，壽命不長(zhǎng)而研制 高質(zhì)量高壽命的穿孔頂頭已成為鋼管生產(chǎn)中的重要課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種耐磨性好，耐溫性好，使用 壽命長(zhǎng)的耐高溫鋼管穿孔頂頭。
[0004] 本發(fā)明的目的可通過下列技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：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(qiáng)度合金層，所述安裝部呈圓筒狀且在安裝部?jī)?nèi)壁上開 設(shè)有內(nèi)螺紋，頂部呈圓盤狀，連接部?jī)?nèi)部中空并與安裝部?jī)?nèi)部相通，連接部具有大端和小端 且連接部外側(cè)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(fā)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(qiáng)度合金層，鎳基合金層硬度比高強(qiáng)度合金層低，對(duì)高硬度高耐磨性的高強(qiáng)度 合金層起過渡作用，可以很好的緩解堆焊應(yīng)力，提高頂部的耐磨性，使頂頭具有較高的高溫 強(qiáng)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(jìn)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(zhì)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(zhì)。
[0007] 本發(fā)明鋼管穿孔頂頭通過合理地配伍原材料，適當(dāng)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(fā)明在添加稀土元素釔的同時(shí)，添加了鎢、硼、釩，不僅凈化鋼液控制夾雜物形 態(tài)，改善一次組織，而且有固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化的作用，又有良好的塑性，發(fā)揮微量稀土元 素強(qiáng)抑制局域弱化作用，起到綜合改善鋼的性能，進(jìn)而使本發(fā)明鋼管穿孔頂頭的力學(xué)性能 及機(jī)械性能優(yōu)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(zhǎng)。
[0008] 作為優(yōu)選，所述鋼管穿孔頂頭本體的組成元素及質(zhì)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(zhì)。
[0009] 進(jìn)一步優(yōu)選，所述鋼管穿孔頂頭本體的組成元素及質(zhì)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(zhì)。
[0010] 進(jìn)一步優(yōu)選，所述鋼管穿孔頂頭本體的組成元素及質(zhì)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(zhì)。
[0011] 進(jìn)一步優(yōu)選，所述鋼管穿孔頂頭本體的組成元素及質(zhì)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(zhì)。
[0012] 進(jìn)一步優(yōu)選，所述鋼管穿孔頂頭本體的組成元素及質(zhì)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(zhì)。
[0013] 進(jìn)一步優(yōu)選，所述鋼管穿孔頂頭本體的組成元素及質(zhì)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(zhì)。
[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(zhì)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(zhì)。
[0015] 鎳基合金層嚴(yán)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(rùn)濕性，防止在熔覆過程中產(chǎn)生裂紋和氣孔，同時(shí)保證鎳基合金層的硬度和強(qiáng)度；同時(shí) 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?shī)W氏體為主的基體；另外適量 的Cr、Mn、Cu元素對(duì)鎳基合金進(jìn)行了合金強(qiáng)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(qiáng)度合金層，但是依然具有良好的力學(xué)性能、機(jī)械性能，如在具有較高耐磨性與 耐溫性的同時(shí)，又具有較高的硬度、韌性、抗拉強(qiáng)度。
[0016] 作為優(yōu)選，所述鎳基合金層的組成元素及其質(zhì)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(zhì)。
[0017] 進(jìn)一步優(yōu)選，所述鎳基合金層的組成元素及其質(zhì)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(zhì)。
[0018] 進(jìn)一步優(yōu)選，所述鎳基合金層的組成元素及其質(zhì)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(zhì)。
[0019] 進(jìn)一步優(yōu)選，所述鎳基合金層的組成元素及其質(zhì)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(zhì)。
[0020] 進(jìn)一步優(yōu)選，所述鎳基合金層的組成元素及質(zhì)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