专利名称：高合金管穿孔顶头材料及其制造方法和表面处理方法
技术领域：
本发明涉及合金材料领域，尤其是指一种高合金管穿孔顶头材料及其表面处理方法。
背景技术：
无缝钢管的形成过程中，穿孔顶头是模具工具的重中之重，高温的钢坯在穿孔过程中，穿孔顶头要承受来自挤压、急骤的自身膨胀变形等各方面力的作用。工作条件极其恶劣，特别是在穿制高合金管时，其自身具有很好韧性，穿孔顶头一般只能选用传统价格、昂贵的全钥顶头穿制。业内技术人员均知，全钥顶头耐高温，而且在穿孔过程中顶头自身无需冷却还可以连续穿制。要穿孔的此类高合金钢，在高温下表面不能接触到水，不然会对管坯的产品质量产生极大的隐患，由于全钥顶头材质为粉末冶金组成，材料组织统散，硬度极低，在穿制钢管中顶头表面很容易磨损，顶头使用寿命周期短，综合性价比很低；如果采用合金较高的钨镍钥氧化顶头来穿制此类钢，是可以有效地减少穿孔成本。但此类顶头需要内腔用水冷却，否则只能穿到1-2支，顶头会出现鼻部塌腔，辗轧带粘钢，掉肉等现象严重， 从而造成管坯材料报废。中国专利ZL200910000886. 9公开了一种钢管热穿孔顶头新材料， 由于其在材料里增加了 MO和W元素的含量，同时加入了适量AL和稀土元素CE，提高了材料的强度、耐磨性能、硬度、塑性和热稳定性，有效的克服了现有技术的缺点，降低了成本， 但由于材料的种类复杂，制作时含量较难控制，所需的元素也不是平常容易取得的元素，制作成本较高，有待改进。
发明内容
本发明正是为了克服上述不足，提供一种成本适中，使用寿命长，性价比高的高合金管穿孔顶头材料。主要创新在于改变顶头的材质为铁基含Co、Nb、V、S、P等顶头材质， 具体是这样实施的一种高合金管穿孔顶头材料，其特征是该材料的成分(重量％)由C:
O.16-0. 4% Si 0. 6-1. 2% Mn:O. 4-1. 2% Cr:0. 5-2% Ni 2-5% Mo 0. 6-1. 6% W 0. 5-2. 5% Co 0. 8-1. 2% Nb 0. 3-0. 6% V 0. 3-0. 6% S ≤ O. 01% P ≤ O. 01%，余量为铁及不可避免的微量杂质。下面分别介绍各个合金元素在本发明高合金管穿孔顶头材料中的作用
I. C含量(重量百分比以下均同)O. 16-0. 4，C是碳化物形成元素，适量的碳能提高刚的硬度，但过量的碳的存在，减少了钢的韧性，不利于氧化和氮化处理，对恶劣的工况使用不利，不利于形成致密的氧化层。2. Si含量O. 6-1. 2，加入适量的Si可以提高氧化层与基体的粘接性，提高合金的抗高温回火性能，这对提高顶头的使用寿命是必不可少的。3. Mn含量O. 4-1. 2，加入适量的Mn，大大提高了穿孔顶头材料的高温强度。4. Cr含量O. 5-2,同样可以促进碳化物的形成，提高材料的高温强度，但过多易造成材料的成本提高。
5. Ni含量2-5，提高材料的高温強度。6. Mo含量0. 6-1. 6，提高材料的热强性能，耐磨性能和稳定性能，提高使用寿命。7. W含量0. 5-2. 5，促进碳化物形成，通过固溶强化提高材料的硬度。8. Co含量0.8-1. 2，作为脱氧剂与除气剂，在材料中引起晶内强化明显可致密合金钢的组织、细化晶粒、保持強度，明显提高強度及韧性、增强抗蠕变性、增加耐磨性。9. Ne含量0. 3-0. 6，作为炼钢时很好的脱氧剂与除气剂，在材料中引起晶内强化明显可致密合金钢的组织、细化晶粒、保持強度、明显提高強度及韧性、增强抗蠕变性、増加耐磨性。10. V含量0. 3，加入适量在材料中提高强度和韧性，作为脱氧剂。11. S含量< 0. 01，加入适量元素提高高温抗氧化性和耐氧化性和耐腐蚀性。12. P含量< 0. 01，加入适量元素提高高温抗氧化性和耐氧化性和耐腐蚀性。本发明通过在铁基中加入适量的Co、Nb、V、S、P等元素材料，使此类铁基合金具有足够的高温強度，合金元素W、Co、Mo、Cr、Nb、V在材料中引起晶内強化明显，从而大大提高了合金钢在高温下的使用性能，因而基体在800°C及至1000°C以上的工作环境下，无须水内部冷却，一般也不会发生断裂及其他破坏现象。这种顶头材料的制造方法为将上述元素按照比例放入中频炉熔化，保温温度为 1600-1750°C，钢水出炉温度为1460-1550°C，然后通过普通的砂型铸造浇注成型顶头的毛坯，冷却后经完全退火，退火温度为870-890°C，最后经机床加工成型。作为本发明的进ー步改进，制得的高合金管穿孔顶头材料表面的处理方法为包括以下步骤
用C3H6清洗高合金管穿孔顶头材料；
将高合金管穿孔顶头材料放入温度为850°C -1000°C的高温气氛炉内，通入50-60d3/ min 的酒精和 750-950m3/h 的 N2 ；
加热至 1050°C -1200°C，通入 30-40d3/min 的酒精、300_400d3/min 蒸馏水、300_600m3/ h的N2,控制炉压在90-120pa，保持4_6h ；
降低炉温，降温过程中通入20-40d3/min的酒精和280-320m3/h的N2,降温到700_900°C 取出高合金管穿孔顶头材料，让其自然冷却。利用本发明所述的高合金管穿孔顶头材料及其表面处理方法制得的穿孔顶头，具有使用寿命长，成本适中，穿孔效果好的特点。下面根据实施例对本发明做进ー步详细说明。
具体实施例方式实施例I :高合金管穿孔顶头材料，材料的成分重量配比为C 0. 16%，Si 0. 9%， Mn: 0. 4%, Cr: I. 5%, Ni :3%，Mo :1. 2%, W :2. 5%, Co 1%，Nb :0. 6%, V :0. 4%, S 0. 01%, P 0. 01%
，余量为铁及不可避免的微量杂质。制造时将以上元素按照比例放入中频炉熔化，保温温度为1600-1750°C，钢水出炉温度为1460-1550°C然后通过普通的砂型铸造浇注成型顶头的毛坯，冷却后经完全退火，退火温度为870-890°C，最后经机床加工成型。对上述高合金管穿孔顶头材料进行表面处理的方法包括以下步骤用C3H6清洗高合金管穿孔顶头材料；
将高合金管穿孔顶头材料放入温度为850°C -1000°C的高温气氛炉内，通入50-60d3/ min 的酒精和 750-950m3/h 的 N2 ；
加热至 1050°C -1200°C，通入 30-40d3/min 的酒精、300_400d3/min 蒸馏水、300_600m3/ h的N2,控制炉压在90-120pa，保持4_6h ；
降低炉温，降温过程中通入20-40d3/min的酒精和280-320m3/h的N2,降温到700_900°C 取出高合金管穿孔顶头材料，让其自然冷却，经实验得到的可穿孔钢管支数为20支。实施例2 5，制造方法和表面处理參考实施例1，各实施例的成份配比和材料获得的实验穿钢管支数见表一。表一
权利要求
1.一种高合金管穿孔顶头材料，其特征在于该材料的成份重量配比为c 0. 16-0. 4% Si 0. 6-1. 2% Mn:0. 4-1. 2% Cr :0. 5-2% Ni 2-5% Mo :0. 6-1. 6% W :0. 5-2. 5% Co 0. 8-1. 2% Nb 0. 3-0. 6% V 0. 3-0. 6% S^O. 01% P < 0. 01%，余量为铁及不可避免的微量杂质。
2.根据权利要求I所述的一种高合金管穿孔顶头材料，其特征在于制造方法为将权利要求I所述的元素按照比例放入中频炉熔化，保温温度为1600-1750°C，钢水出炉温度为 1460-15500C，然后通过普通的砂型铸造浇注成型顶头的毛坯，冷却后经完全退火，退火温度为870-890°C，最后经机床加工成型。
3.根据权利要求2所述的一种高合金管穿孔顶头材料，其特征在于材料的表面处理方法包括以下步骤用C3H6清洗高合金管穿孔顶头材料；将高合金管穿孔顶头材料放入温度为850°C -1000°C的高温气氛炉内，通入50-60d3/ min 的酒精和 750-950m3/h 的 N2 ；加热至 1050°C -1200°C，通入 30-40d3/min 的酒精、300_400d3/min 蒸馏水、300_600m3/ h的N2,控制炉压在90-120pa，保持4_6h ；降低炉温，降温过程中通入20-40d3/min的酒精和280-320m3/h的N2,降温到700_900°C 取出高合金管穿孔顶头材料，让其自然冷却。
全文摘要
一种高合金管穿孔顶头材料，其特征在于该材料的成份重量配比为C0.16-0.4% Si0.6-1.2% Mn:0.4-1.2% Cr:0.5-2% Ni2-5% Mo0.6-1.6% W0.5-2.5% Co0.8-1.2% Nb0.3-0.6% V0.3-0.6% S≤0.01% P≤0.01%，余量为铁及不可避免的微量杂质，利用本发明所述的高合金管穿孔顶头材料及其表面处理方法制得的穿孔顶头，具有使用寿命长，成本适中，穿孔效果好的特点。
文档编号C22C38/52GK102586700SQ20121005488
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月5日 优先权日2012年3月5日
发明者殷世春 申请人:宜兴市景程模具有限公司