本发明属于机械设备领域，具体涉及一种新型钢渗氮顶头及其加工工艺。
背景技术：
：顶头作为无缝钢管生产必备的工具，工作环境通常是高温高压的，同时又要保证顶头表面没有任何可能影响无缝钢管质量的瑕疵，这要求顶头必须具有高强度、高硬度与高韧性的特质，同时也因工作环境恶劣，导致顶头的高强度、高硬度与高韧性持续较短，容易产生磨损等影响钢管质量的损坏。技术实现要素：为解决上述问题，本发明公开了一种新型钢渗氮顶头及其加工工艺，以用来解决顶头在工作工程中容易损坏的问题。一种新型钢渗氮顶头，按照质量百分比分别包括以下组份：碳：0.10～0.17，硅：0.17～0.37，锰：0.30～0.60，铬：0.60～0.90，镍：2.75～3.15，钽：0.05～0.11，铜：≤0.030，硫：≤0.035，磷：≤0.035。上述顶头的制造方法为：（1）备料、原材料验收：根据顶头的重量、材质组分准备坯料，并取500g～1500g作为样本进行复检；（2）低温装炉：熔炼炉内炉温降至100℃～800℃后装炉，坯料设置于熔炼炉中间；（3）加热：加热30～40分钟使熔炼炉内温度升至1050℃～1150℃后，加热时间为2～8小时，且停止加热后保温30～40分钟；（4）锻造坯料：将步骤（3）加热后的坯料放入热锻外模、定位圈、冲头等工具，进行加工锻造，始锻溫度1100℃～1150℃，终锻温度800℃～1000℃；（5）粗加工：利用三爪卡盘夹步骤（4）锻造后坯料的大端面，校正车平后钻中心孔，并且根据顶头数据对坯料外面校准车工，制成顶头工件；（6）淬火：将步骤（5）加工后的顶头工件加入淬火炉内加温3～4个小时，淬火炉内溫度≤200℃，顶头工件升温至780℃～850℃后利用油冷冷却；（7）回火：将步骤（5）加工后的顶头工件回火至温度680℃～780℃，保温1.5～2个小时，出炉冷却；（8）精加工、焊接：根据产品图样编制车加工程序，对顶头工件外形精加工，并在顶头工件内部焊接连接套，焊接后精加工大端面；（9）渗氮：除去步骤（8）加工后的顶头工件外表的油垢、锈班、划痕、污渍等，并加入氧化炉，氧化炉初始温度≤200℃，加热至1000℃～1200℃左右后保温2～4个小时，出炉冷却10～14个小时。作为本发明的一种改进，所述步骤（4）锻造后对坯料釆用灰冷的方式进行冷却，冷却时间为3-6小时。作为本发明的一种改进，所述步骤（7）加工后的顶头工件硬度为25HRC～28HRC。作为本发明的一种改进，所述步骤（9）加工后的顶头工件硬度为28HRC～32HRC。本发明的有益效果是：本发明所述的一种新型钢渗氮顶头，选用特殊的成分配比，使其自身强度、韧性显著提高；同时在锻造工艺中加入渗氮的步骤，不仅增强了顶头的强度与塑性，更加增强了顶头的淬透性，满足了重负荷条件下要求的高强度、高硬度与高韧性的要求，同时表面耐磨性佳、热处理变形小，有良好的综合力学性能。具体实施方式下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。实施例1：一种新型钢渗氮顶头，按照质量百分比分别包括以下组份：碳：0.15，硅：0.29，锰：0.45，铬：0.82，镍：2.95，钽：0.07，铜：0.01，硫：0.022，磷：0.01。上述顶头的制造方法为：（1）备料、原材料验收：根据顶头的重量、材质组分准备坯料，并取1200g作为样本进行复检；（2）低温装炉：熔炼炉内炉温降至600℃后装炉，坯料设置于熔炼炉中间；（3）加热：加热38分钟使熔炼炉内温度升至1150℃后，加热时间为6小时，且停止加热后保温40分钟；（4）锻造坯料：将步骤（3）加热后的坯料放入热锻外模、定位圈、冲头等工具，进行加工锻造，始锻溫度1150℃，终锻温度960℃；锻造后坯料釆用灰冷的方式进行冷却，冷却时间为5小时（5）粗加工：利用三爪卡盘夹步骤（4）锻造后坯料的大端面，校正车平后钻中心孔，并且根据顶头数据对坯料外面校准车工，制成顶头工件；（6）淬火：将步骤（5）加工后的顶头工件加入淬火炉内加温2个小时，淬火炉内溫度160℃，顶头工件升温至830℃后利用油冷冷却；（7）回火：将步骤（5）加工后的顶头工件回火至温度720℃，保温1.5个小时，出炉冷却，加工后的顶头工件硬度为28HRC；（8）精加工、焊接：根据产品图样编制车加工程序，对顶头工件外形精加工，并在顶头工件内部焊接连接套，焊接后精加工大端面；（9）渗氮：除去步骤（8）加工后的顶头工件外表的油垢、锈班、划痕、污渍等，并加入氧化炉，氧化炉初始温度140℃，加热至1200℃左右后保温3个小时，出炉冷却11个小时，加工后的顶头工件硬度为31HRC。抗拉强度（σb/MPa）屈服强度（σ0.2/MPa）延伸率（δ/%）冲击韧性值αkv(J/cm2)现有方法680500665本发明方法8106301280提高率19%26%100%23%实施例2：一种新型钢渗氮顶头，按照质量百分比分别包括以下组份：碳：0.11，硅：0.29，锰：0.55，铬：0.75，镍：3.15，钽：0.09，硫：0.015，磷：0.02。上述顶头的制造方法为：（1）备料、原材料验收：根据顶头的重量、材质组分准备坯料，并取800g作为样本进行复检；（2）低温装炉：熔炼炉内炉温降至800℃后装炉，坯料设置于熔炼炉中间；（3）加热：加热30～40分钟使熔炼炉内温度升至1000℃后，加热时间为7小时，且停止加热后保温32分钟；（4）锻造坯料：将步骤（3）加热后的坯料放入热锻外模、定位圈、冲头等工具，进行加工锻造，始锻溫度1150℃，终锻温度900℃，锻造后对坯料釆用灰冷的方式进行冷却，冷却时间为6小时。；（5）粗加工：利用三爪卡盘夹步骤（4）锻造后坯料的大端面，校正车平后钻中心孔，并且根据顶头数据对坯料外面校准车工，制成顶头工件；（6）淬火：将步骤（5）加工后的顶头工件加入淬火炉内加温4个小时，淬火炉内溫度140℃，顶头工件升温至820℃后利用油冷冷却；（7）回火：将步骤（5）加工后的顶头工件回火至温度690℃，保温1.8个小时，出炉冷却，加工后的顶头工件硬度为26HRC；（8）精加工、焊接：根据产品图样编制车加工程序，对顶头工件外形精加工，并在顶头工件内部焊接连接套，焊接后精加工大端面；（9）渗氮：除去步骤（8）加工后的顶头工件外表的油垢、锈班、划痕、污渍等，并加入氧化炉，氧化炉初始温度135℃，加热至1150℃左右后保温3.2个小时，出炉冷却11个小时，加工后的顶头工件硬度为31HRC。抗拉强度（σb/MPa）屈服强度（σ0.2/MPa）延伸率（δ/%）冲击韧性值αkv(J/cm2)现有方法680500665本发明方法750580995提高率10%16%50%46%实施例3：一种新型钢渗氮顶头，按照质量百分比分别包括以下组份：碳：0.13，硅：0.32，锰：0.55，铬：0.87，镍：3.05，钽：0.07，铜：0.012。上述顶头的制造方法为：（1）备料、原材料验收：根据顶头的重量、材质组分准备坯料，并取1400g作为样本进行复检；（2）低温装炉：熔炼炉内炉温降至720℃后装炉，坯料设置于熔炼炉中间；（3）加热：加热30～40分钟使熔炼炉内温度升至1150℃后，加热时间为7.5小时，且停止加热后保温36分钟；（4）锻造坯料：将步骤（3）加热后的坯料放入热锻外模、定位圈、冲头等工具，进行加工锻造，始锻溫度1150℃，终锻温度970℃，锻造后对坯料釆用灰冷的方式进行冷却，冷却时间为4小时；（5）粗加工：利用三爪卡盘夹步骤（4）锻造后坯料的大端面，校正车平后钻中心孔，并且根据顶头数据对坯料外面校准车工，制成顶头工件；（6）淬火：将步骤（5）加工后的顶头工件加入淬火炉内加温4个小时，淬火炉内溫度130℃，顶头工件升温至815℃后利用油冷冷却；（7）回火：将步骤（5）加工后的顶头工件回火至温度760℃，保温1.8个小时，出炉冷却，加工后的顶头工件硬度为27HRC；（8）精加工、焊接：根据产品图样编制车加工程序，对顶头工件外形精加工，并在顶头工件内部焊接连接套，焊接后精加工大端面；（9）渗氮：除去步骤（8）加工后的顶头工件外表的油垢、锈班、划痕、污渍等，并加入氧化炉，氧化炉初始温度120℃，加热至1200℃左右后保温4个小时，出炉冷却12个小时，加工后的顶头工件硬度为30HRC。抗拉强度（σb/MPa）屈服强度（σ0.2/MPa）延伸率（δ/%）冲击韧性值αkv(J/cm2)现有方法680500665本发明方法800650885提高率18%30%33%31%本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。当前第1页1 2 3