无缝管制造用穿孔顶头的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及在采用曼内斯曼穿孔法进行的无缝管的制造中所使用的无缝管制造 用穿孔顶头，特别是设及延长了寿命的穿孔顶头。
【背景技术】
[0002] 油井管主要采用曼内斯曼穿孔法制造。穿孔所使用的穿孔顶头，在工具之中暴露 于最严酷的使用条件下。近年来，无缝管使用了热态下的变形抗力高的不诱钢、高合金，由 此穿孔顶头的寿命越来越降低，在极端的情况下，1道次穿孔成为极限。
[0003] 关于穿孔顶头的寿命延长，曾有下述报告：通过采用PTA堆焊、电弧喷锻进行的表 面改性来改善寿命。
[0004] 专利文献1公开了一种在母材的表面通过电弧喷锻W化为主成分的铁丝材料而 形成有由化3〇4、FeO等氧化物和Fe(金属）构成的被膜的穿孔社制用顶头。通过该被膜，能 够实现优异的隔热性和防热粘着性，得到寿命长的穿孔顶头。
[0005] 专利文献2主要设及专利文献1的材料的改良，公开了在铸造后、进行了脱氨处理 的高硬度的材料。
[0006] 运些发明虽然在穿孔顶头的寿命延长方面取得了成功，但存在成本高、品质产生 偏差等课题。
[0007] 作为一直W来的穿孔顶头的寿命延长的方法，曾报告了对表面赋予氧化皮的发 明。
[0008] 专利文献3公开了在表面生成了氧化皮的热加工用工具。当氧化皮从外层起为赤 铁矿、磁铁矿、方铁矿，磁铁矿为40体积％ ^上时寿命延长。
[0009] 专利文献4公开了能够延长工具寿命的热制管工具的制造方法。专利文献4公开 了 ：与砂模相比，金属模具铸造的凝固组织微细，其结果，在基体（matrix)表面生成的氧化 皮由于基体组织的微细化而变得致密，耐剥离性和耐热粘着性提高。
[0010] 专利文献5公开了即使在将变形抗力高的材料进行制管的情况下也具有高的使 用寿命的热制管用工具。专利文献5中，通过Mo、W的大量添加来确保高溫变形性，通过Ni、 W改善了氧化皮的耐剥离性、耐磨损性。
[0011] 专利文献6公开了稳定地具有长的工具寿命的无缝钢管穿孔社制用工具。在专利 文献6中，使形成于基材侧的氧化皮层为与钢基体复杂交织的网状氧化皮层，而且使从氧 化皮层与基材的界面起向基材侧在深度方向上为500μm的范围的组织为具有按面积率计 为50%W上的铁素体相的组织，由此抑制氧化皮层的剥离、磨损，提高了穿孔社制用工具的 〇
[0012] 在先技术文献
[0013] 专利文献1 :国际公开第2009/057471号
[0014] 专利文献2:国际公开第2014/050975号
[0015] 专利文献3:日本特开平8-193241号公报
[0016] 专利文献4 :日本特开平8-300014号公报
[0017] 专利文献5 :日本特开平7-60314号公报 [001引专利文献6 :日本特开2003-129184号公报
【发明内容】
[0019]W穿孔顶头的寿命延长为目的，至今为止完成了许多发明，但针对不诱钢、高合金 的穿孔寿命依然得不到满足。
[0020] 穿孔顶头的损伤是由（1)头部烙损和热粘着、W及似体部的折皱和哨肉导致的。 对于任一种损伤，高溫强度和氧化皮性状（密着性、厚度）都产生影响。而且，作为其它损 伤，有（3)纵向裂缝（开裂损伤）。在该损伤方面，延展性、初性和耐热裂性产生影响。
[0021] 如果不同时解决运3个课题，则不能够实现穿孔顶头的寿命延长。本发明的课题 是提供通过（1)高溫强度的提高、（2)氧化皮性状（密着性、厚度）的改善、（3)延展性、初 性的提高、耐热裂性的改善，从而延长了寿命的无缝管制造用穿孔顶头。
[0022] 本发明人潜屯、研究了将穿孔顶头长寿命化的方法。其结果发现，通过选定适当的 成分组成，使泽透性（泽硬性）提高，使顶头的组织成为适当量的碳化物和马氏体，高溫强 度大大改善。
[0023] 在穿孔顶头的制造的最终工序中，为了赋予润滑性、隔热性而实施氧化皮赋予处 理，在生成了氧化皮后，为了防止氧化皮的剥离而W20~50°C/小时的冷却速度进行炉冷。 本发明人发现：通过选定在该冷却速度下使碳化物析出并且进行马氏体相变的适当的成分 组成，能够使高溫强度提高。
[0024] 另外，本发明人发现氧化皮的密着性取决于顶头的组织的晶粒的粗细度。
[0025] 作为穿孔顶头可使用金属模具或砂模铸造的铸钢品。铸造态的晶粒较粗大，为数 百μπι~数十mm。在进行了铁素体-珠光体相变的穿孔顶头中，通过用于赋予氧化皮的热 处理（奥氏体相变）而使粗大的晶粒变得微细。但是，进行了马氏体相变的穿孔顶头，即使 为了赋予氧化皮而进行奥氏体相变，由于所谓的"记忆效应"，因此晶粒仍然为粗大的状态， 与W往的穿孔顶头相比，氧化皮的密着性降低。
[0026] 如果仅反复进行退火，则具有本发明的成分组成的合金只会反复进行奥氏体一马 氏体一奥氏体一马氏体相变，晶粒仍然是铸造的数百μπι~数十mm的粗大的粒子的状态。
[0027] 将通过赋予氧化皮的加热、炉冷处理而进行了铁素体-珠光体相变的穿孔顶头、 和进行了马氏体相变的穿孔顶头的晶粒照片分别示于图1、图2。铁素体-珠光体组织的顶 头的晶粒微细，为20μm，但进行了马氏体相变的顶头的晶粒粗大，为约500μm。其结果，马 氏体组织顶头的氧化皮界面面积，如图2所示那样明显小于铁素体+珠光体组织顶头的氧 化皮界面面积，使用各顶头进行13化不诱钢穿孔试验的结果，顶头寿命也从6道次降低为 一半即3道次。目P，当仅仅使穿孔顶头的组织成为马氏体时，虽然能够提高高溫强度，但得 不到充分的氧化皮密着性。
[0028] 在赋予氧化皮方面，基体与氧化皮的界面面积大时，氧化皮的密着性优异。关于氧 化皮，由于相比于基体的晶粒内选择性地氧化晶界，因此顶头的晶粒微细时，基体与氧化皮 界面面积增加，其结果，氧化皮的密着性提高。
[0029] 因此，本发明人潜屯、研究了在氧化皮赋予时进行马氏体相变的顶头的氧化皮赋予 时使晶粒微细化的方法。其结果发现，通过在氧化皮赋予之前，使碳化物粗大凝聚，能够使 顶头的组织的平均晶体粒径变得微细。
[0030] 另外，关于延展性、初性、耐热裂性，一般地认为在进行了马氏体相变的穿孔顶头 中，与W往的进行了铁素体-珠光体相变的穿孔顶头相比，延展性、初性、耐热裂性降低。但 是，本发明人发现，通过将C量和碳化物量最佳化，与至今为止的穿孔顶头相比，能够提高 延展性、初性、耐热裂性。
[0031]目P，本发明提供通过（1)即使炉冷也进行马氏体相变的泽透性非常高的成分组成 的设计、（2)使晶粒微细化、（3)在泽透性和碳化物量方面优选的碳量的最佳化，从而长寿 命化了的穿孔顶头，其要旨如下。
[0032] (1) -种无缝管制造用穿孔顶头，是在表面形成了氧化皮的无缝管制造用穿孔 顶头，其特征在于，除了上述氧化皮W外的顶头的成分组成按质量％计含有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%，余量为化和不 可避免的杂质，除了上述氧化皮W外的顶头的组织构成包含1~10%的碳化物、和马氏体 组织。
[003引似根据上述（1)所述的无缝管制造用穿孔顶头，其特征在于，所述马氏体组织的 平均晶体粒径为50μmW下。
[0034] 做根据上述（1)或似所述的无缝管制造用穿孔顶头，其特征在于，所述穿孔顶 头的成分组成按质量％计还含有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 种或 2 种W上。
[0035] 根据本发明，能够提供使高溫强度和氧化皮性状（密着性、厚度）与W往的穿孔顶 头相比显著提高、并改善了延展性、初性、耐热裂性的、长寿命的无缝管制造用穿孔顶头。
【附图说明】
[0036] 图1是表示进行了铁素体+珠光体相变的穿孔顶头的组织的图，（a)是穿孔顶头 内部的组织，化）是氧化皮界面的组织。
[0037] 图2是表示进行了马氏体相变的穿孔顶头的组织的图，（a)是穿孔顶头内部的组 织，化）是氧化皮界面的组织。
[003引图3(a)是表示利用扫描型电子显微镜（SEM)观察了附有氧化皮的穿孔顶头的碳 化物组织的图，化）是将碳化物进行了灰度二值化的图。
[0039] 图4(a)是表示碳化物凝聚处理后、附有氧化皮的穿孔顶头的组织的图，化）是表 示没有实施碳化物凝聚处理、且附有氧化皮的穿孔顶头的组织的图。
【具体实施方式】
[0040]W下，对本发明进行详细说明。首先，对本发明的穿孔顶头的成分组成进行说明。 W下，关于成分组成的"％ "的表记意味着"质量％ "。
[0041]C是对泽透性影响大的元素。另外，与Mo、W、Nb、化生成碳化物。如果C的含量低 于0. 10 %，则泽透性降低，在氧化皮赋予处理后的冷却中得不到马氏体。如果C的含量超过 0. 25 %，则碳化物量变多，初性和耐热裂性降低。
[004引Si是脱氧元素。如果Si的含量低于0. 05%，则氧量变高，延展性降低。如果Si的含量超过0. 80%，则耐氧化性提高，氧化皮的膜厚变薄。
[004