CN100494448C - 热加工用工具钢、热加工用工具以及无缝管制造用顶头 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种热加工用工具钢，在其表面生成的氧化皮的粘附性与润滑性良好，强度高。该工具钢含有C：0.05～0.5%，Si：0.1～1%，Mn：1.6～3.5%，Ni：0.05～0.5%，Mo：2～5%，W：2～5%，Cu：0.05～0.5%，剩余部分实质上由Fe所构成。还可以含Cr、Co、REM、Ti、Nb、V、Zr及B中的1种以上。由该钢制作的工具，其表面由厚度为50～1500μm的氧化皮覆盖。工具的代表例为无缝管制造用的穿孔顶头。

Description

热加工用工具钢、热加工用工具以及无缝管制造用顶头
技术领域
本发明涉及一种热加工用工具钢和热加工用工具。本发明的工具钢适合用作包含高Cr合金钢及Ni基合金的无缝管的制造中使用的穿孔压延机(例如，曼内斯曼式穿孔机)的顶头的原材料。所谓的高Cr合金钢是以含13％以上的Cr的不锈钢为代表的钢。
背景技术
目前，用于制造无缝钢管的压延机，其中以曼内斯曼式穿孔机为代表的穿孔压延机用的顶头，由基本组成为3％Cr—1％Ni—余部Fe的钢制作，其顶头在表面施行形成氧化皮的热处理后使用。该顶头是在用普通钢制造无缝钢管时穿孔用的。
但是，在对由含13％以上的Cr的不锈钢为代表的高Cr合金钢及Ni基合金制成的无缝管进行穿孔压延时，由于顶头表面的温度和表面压力上升，所以顶头的寿命明显变短。例如，在JIS的SUS304材料的穿孔中，1个孔型顶头就发生变形。
在穿孔压延中，对穿孔压延机的主轧辊进行喷水冷却。该冷却水散射到刚穿孔后高温的顶头。因此，顶头的表面突然被冷却，表面的氧化皮发生部分剥离，该剥离部分成为下次穿孔压延时发生烧接的原因。还有，为了预备下次使用，通常将使用后的顶头浸渍在冷却水中进行冷却，但此时的冷却有时会使顶头的原料金属产生相变裂纹。
作为以含13％以上的Cr的不锈钢为代表的高Cr合金钢及Ni基合金制成的无缝管等的制造时使用的穿孔压延机用的顶头，有如下的提案。
(a)由减少Cr含量提高了耐烧接性，添加Mo和W等提高了高温强度和氧化皮的粘附性的钢制成的顶头(日本专利文献1)。
(b)由通过大量添加Ni提高了氧化皮的润滑性、耐剥离性以及耐磨耗性，并且，通过添加过量的Mo或/和W提高了高温强度的钢制成的顶头(日本专利文献2)。
(c)通过由与上述(b)的顶头同样的钢制成，并限定基体金属与氧化皮界面的粗糙度，提高了耐烧接性和润滑性的顶头(日本专利文献3)。
(d)除了Ni、Cr、Co、W或/和Mo以外，还含有Cu作为必须成分的钢制成的具有优异耐磨耗性的顶头(日本专利文献4)。
(e)除了Cr、Ni、Co、Cu、W或/和Mo，还含有Ti或Zr作为必须成分的钢制成的提高了相对于循环使用时急冷急热的耐裂性的顶头(日本专利文献5)。
【专利文献1】日本专利特开昭63—282241号公报
【专利文献2】日本专利特开平4—74848号公报
【专利文献3】日本专利特开平4—270003号公报
【专利文献4】日本专利特开昭57—152446号公报
【专利文献5】日本专利特开昭60—208458号公报
但是，(a)的顶头，基体金属的高温强度及氧化皮的粘附性不够，在对长尺寸的钢坯穿孔时，即在进行穿孔长度较长的穿孔压延时不能确保足够的寿命。
(a)至(c)的顶头，表面压力最大、温度升高的顶头的前端部的氧化皮在穿孔过程中熔融、失去了绝热效果及耐磨耗性，顶头的前端容易发生熔损和变形。
(d)至(e)的顶头，由于Cr的含量过高不仅耐烧接性变差，而且由于高温强度也不够，存在顶头的前端容易发生熔损和变形的缺点。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种即使是在热加工变形阻力大的材料时使用，也具有较长寿命的工具钢及用该种钢所制造的工具。
本发明的第二个目的是提供一种在由以含13％以上Cr的不锈钢为代表的高Cr合金钢和Ni基合金一类的材料制造无缝管时的穿孔压延机用顶头，该顶头寿命长且不容易发生烧接。
本发明者们为了完成上述课题，进行了种种研究，得到以下的见解。
(a)在用Cr含量为13％以上的高Cr合金钢制管时，顶头表面形成的氧化皮的物理性质及其材料即热加工用工具钢(以下，称为“顶头材料”)的强度对顶头的寿命有很大影响。
(b)现在所使用的不锈钢制管用的顶头的材料，含有为提高高温强度而添加的Cr。但是，由于Cr与氧的亲合力高，用含Cr的材料制作的顶头，如果进行防止烧接的形成氧化皮的热处理，氧化皮的基体金属侧形成Cr氧化物浓缩的尖晶石型鳞，即，含大量Fe2CrO4的内层鳞层。该尖晶石型鳞为达到内层鳞的约20～90质量％。
基体金属的Cr浓度越高，内层鳞中的Cr的浓缩比例也变高。例如当基体金属中含0.5％的Cr时，内层鳞中的Cr浓度为1～5％左右。
(c)一般当被加工材料与工具含同种成分时，容易发生烧接。因为不锈钢含Cr，所以在对其穿孔压延时，顶头的内层鳞层中的Cr的浓缩程度越高越容易发生烧接。所以，为了防止烧接，需要抑制内层鳞中的Cr浓度的上升。
基于上述的见解，可以认为用不含Cr的钢作为顶头材料是防止烧接的一个方法。但是，在顶头材料中的Cr，是提高顶头的基体金属的组织稳定性、高温强度，提高形成的氧化皮的粘附性以及提高耐磨耗性的有用成分。所以，在现有技术中，顶头材料使用不添加Cr的钢是比较困难的。
这里，本发明者们对于不用Cr作为顶头材料的强化元素的不锈钢制管用的顶头进行了深入研究，结果，判明了以下情况。
(d)目前，Mn是用来改善组织稳定性的元素。但是，通过与其他合金成分组合，如下所述，作为进行不锈钢穿孔的顶头的原材料的构成成分具有极其有效的作用。
Mn与Cr同样，是奥氏体稳定化元素，使组织在高温下稳定，同时提高高温强度。另外，如果在顶头的原材料中添加大量的Mn，在通过形成氧化皮的热处理形成的氧化皮的基体金属侧形成含Mn氧化物的尖晶石型鳞，即，形成含大量Fe2MnO4的内层鳞。该Fe2MnO4为内层鳞的20～90质量％左右。
含有大量含上述Mn氧化物的尖晶石型鳞(Fe2MnO4)的内层鳞，由于实质上或是不含Cr，或是在含有Cr的情况下被Mn稀释，而大幅度地提高在进行不锈钢穿孔时的耐烧接性。另一方面，随着Mn的浓缩，内层鳞的耐磨耗性提高，穿孔中的氧化皮层的磨损减少，顶头的寿命提高。
(e)Mn与Cr不同，不是抑制钢氧化的元素。所以，在将不含Cr而含Mn的钢作为材料的顶头中，可以通过低温下短时间的形成氧化皮的热处理而形成足够厚度的氧化皮层。另外，与现有技术的含Cr的顶头材料相比较由于易于氧化，所以即使在穿孔操作结束后的冷却时，也容易在顶头的表面形成氧化皮，并由于该氧化皮的存在而提高顶头的寿命。
(f)但是，如果过多地添加Mn，钢的裂缝敏感性明显增高，冷却水等散射到刚在穿孔压延中使用的顶头表面时，有时顶头表面会产生裂缝。所以，其添加量是有限度的。另外，需要复合添加作为提高高温强度的元素的W和Mo。
(g)含Mn氧化物的内层鳞的熔点为1200℃以上，穿孔过程中不熔融。因此，不表现出润滑效果，穿孔需要的时间长，顶头的表面温度上升，而熔损。所以，为了使氧化皮具有润滑性，需要优化氧化皮的熔点。为了优化该熔点，可以利用W氧化物与Fe氧化物在1100℃附近发生共晶反应，以及Fe与Si的复合氧化物的熔点在1170℃附近的事实。即，若适当地调整W与Si的含量，能够促进氧化皮中的W氧化物及Fe与Si的复合氧化物的形成，能够优化氧化皮的熔点。
(h)含有大量含上述Mn氧化物的尖晶石型鳞(Fe2MnO4)的内层鳞，与Cr氧化物浓缩的尖晶石型鳞即含大量Fe2CrO4的内层鳞相比较附着力低，在制管过程中氧化皮层容易由于剥离而发生烧接和熔损。
(i)然而，如果以内层鳞为分散于其层中的金属粒子，则氧化皮的变形能增大，粘附力提高，在穿孔中不发生氧化皮剥离，而且在反复加热冷却的环境下也能大幅度地抑制氧化皮的剥离，提高润滑性和耐磨性。
(j)作为上述金属粒子，可以举出Ni、Cu及Co粒子。由于这些金属粒子，即使对以含有它们的钢为原材料的顶头进行形成氧化皮的热处理时，也不会被氧化，所以金属粒子直接在氧化皮层中分散析出。
(k)但是，过量添加Ni，使基体金属的马氏体相变温度上升。所以，在由轧辊冷却水的散射等使顶头突然冷却时有时会引起相变裂纹，导致顶头损伤。所以，Ni的含量是有限度的。但是，若减少Ni的含量，相应该部分氧化皮的粘附力下降。
另外，如果只添加Cu，也就是不添加Ni，则在氧化皮与基体金属的界面处形成低熔点的Cu金属层而引起Cu脆化，损伤顶头表面。但若将适量的Ni与Cu一起添加，分散在氧化皮中的金属粒子以及氧化皮与基体金属的界面处形成的金属层为Ni—Cu合金，可以抑制上述的Cu脆化。不只如此，还能够提高含Mn氧化物的尖晶石型鳞，也就是Fe2MnO4对基体金属的粘附性。
(1)Co氧化皮的粘附力的提高效果比Ni低，为了通过添加Co来提高氧化皮的粘附力需要过量添加。而过量添加Co又会导致原材料价格的上升。所以，作为顶头材料，优选Ni与Cu的复合添加钢，也可以根据需要添加Co。
根据上述诸多见解完成的本发明，主要是下述(1)的热加工用工具钢，下述(2)的热加工用工具，及下述(3)的无缝管制造的制造中使用的穿孔压延机用的顶头。在以下的记述中，关于成分含量的％为质量％。
(1)C：0.05～0.5％，Si：0.1～1％，Mn：1.6～3.5％，Ni：0.05～0.5％，Mo：2～5％，W：2～5％，Cu：0.05～0.5％，剩余部分：由Fe及杂质构成的热加工用工具钢。
(2)由上述(1)所述的热加工用工具钢制成，其表面由形成氧化皮的热处理形成的厚度为50～1500μm的氧化皮覆盖的热加工用工具。
(3)由上述(1)所述的热加工用工具钢制成，其表面由形成氧化皮的热处理形成的厚度为50～1500μm的氧化皮覆盖的无缝管的制造所使用的穿孔压延机用的顶头。
上述(1)的热加工用工具钢，除上述成分外，还可以含有选自下述(A)～(D)群中的至少1群中的至少1种成分。
(A)Cr：0.05～0.5％，
(B)Co：0.05～5％，
(C)Ti、Nb、V、Zr以及B的1种以上：合计为0.05～0.5％，
(D)REM：0.001～0.2％。
REM是指含从La至Lu的镧系15个元素和Sc及Y的共17个元素。
具体实施方式
下面，对于将本发明的热加工用工具钢、热加工用工具及无缝管的制造所使用的穿孔机用顶头做如上述的规定的理由进行详细说明。
1.热加工用工具钢
C：0.05～0.5％
C对提高钢的高温强度有效。但是，若含量不足0.05％就得不到足够的高温强度。另一方面，若超过0.5％则作为工具使用后的表面淬火的部分的硬度过高，容易产生烧裂。因此，C的含量为0.05～0.5％。下限优选为0.07％，更优选为0.1％。另外，上限优选为0.3％，更优选为0.2％。
Si：0.1～1％
Si作为钢的脱氧剂有效。另外，不仅在Ac1相变点的上升以及表面生成的氧化皮的致密化方面有效，还能使生成铁橄榄石(Fe2SiO4)的氧化皮的高温变形能增大，提高粘附性。若含量不足0.1％则得不到这些效果。另一方面，若超过1％则铁橄榄石(Fe2SiO4)生成过剩，不仅氧化皮的熔点下降，高温硬度也下降。基于这些理由，Si的含量在0.1～1％为宜。作为下限优选为0.15％，更优选为0.2％。另外，作为上限优选为0.6％，更优选为0.5％。
Mn：1.6～3.5％
为了控制钢的表面所生成的氧化皮的形态，以及提高钢的高温强度，Mn对本发明的钢是最重要的元素之一。若含量不足1.6％不仅看不到氧化皮的粘附性的改善效果，高温强度的提高效果也小，作为工具使用时，看不到寿命的提高。另一方面，若超过3.5％，基体金属的耐裂性下降，作为工具使用后的冷却时表面产生裂纹，寿命变短。由于这些理由，适宜的Mn含量为1.6～3.5％。作为下限优选为2％，更优选为2.5％。另外，作为上限优选为3.25％，更优选为3.2％。
Ni：0.05～0.5％
Ni在氧化皮层中，尤其在大量含有Fe2MnO4的内层鳞层中作为金属粒子分散析出，对提高氧化皮的耐剥离性有效。该效果在与后述的Cu一起添加时特别显著。但是，若含量不足0.05％则得不到上述的效果。另一方面，若超过0.5％，钢的耐相变烧裂性下降。因此，Ni含量在0.05～0.5％为宜。作为下限优选为0.15％，更优选为0.2％。另外，作为上限优选为0.45％，更优选为0.4％。
Mo：2～5％
Mo不仅对提高钢的高温强度有效，还是通过与Ni及Cu的复合添加以提高氧化皮的粘附性的有效成分。用2％以上可以得到这些效果，但5％其结果就饱和。所以，适宜的Mo含量为2～5％。作为下限优选为2.25％，更优选为2.5％。另外，作为上限优选为4.5％，更优选为4％。
W：2～5％
W可以提高钢的高温强度。还是控制氧化皮的润滑性的极其重要的元素。所以，需要含量至少为2％。另一方面，若超过5％，氧化皮的熔点过低使用中氧化皮层容易剥离，发生烧接。因此，W的适宜含量为2～5％。作为下限优选为2.5％，更优选为3％。另外，作为上限优选为4.5％，更优选为4％。
Cu：0.05～0.5％
Cu，在提高氧化皮的粘附性和润滑性等方面，在本发明钢中与上述的Ni同时为最重要的元素之一。如前所述特别是通过与Ni复合添加可以大幅度地提高氧化皮的粘附性和润滑性等。
Cu能够提高氧化皮的粘附性的事实，通过前面所列举的日本专利文献4及日本专利文献5可知。但是，在这些文献中公开的钢，都是Mn在1.5％以下的钢。另外，专利文献5所公开的钢，Cr的含量高达1～3％。与此相对的是，本发明的钢中，Mn为1.6～3.5％，并且Cr的含量即使在添加的情况下也只为0.05～0.5％。
如上所述在增大了Mn含量的钢中，形成大量含有含Mn氧化物的尖晶石型鳞(Fe2MnO4)的内层鳞。该鳞具有如上所述的显著的防止烧接效果，但与Cr浓缩了的鳞相比粘附性差。Cu起着提高其粘附性的作用。但是，若含量不足0.05％则得不到该效果。另一方面，若超过0.5％，在氧化皮与基体金属的界面处生成Cu含量高的软质合金层，氧化皮的耐剥离力下降，在穿孔作业中氧化皮从基体金属被带到被加工材料侧，容易发生烧接。基于这些理由，Cu含量的适宜范围为0.05～0.5％。作为下限优选为0.07％，更优选为0.075％。另外，作为上限优选为0.4％，更优选为0.3％。
以上为本发明的工具钢的必须成分。本发明的工具钢之一，除上述成分外，其余由Fe与杂质构成。
本发明的另一工具钢，除上述成分外，含有选自以下所述成分中的至少一种成分，余部由Fe与杂质构成。
Cr：0.05～0.5％
Cr虽然也可以不添加，但由于它是使氧化皮的粘附性提高的有效元素，所以也可根据需要添加。但若含量不足0.05％则得不到上述效果。另一方面，若超过0.5％则容易发生烧裂。另外，如上所述，如果Cr含量多则生成Cr浓缩了的尖晶石型鳞，在不锈钢加工时容易发生烧接。基于这些理由，在添加时Cr的含量为0.05～0.5％为佳。
Co：0.05～5％
Co虽然也可以不添加，但由于它是提高韧性的有效元素，同时还与上述Ni相同，作为金属粒子在氧化皮层中分散析出，是提高氧化皮的耐剥离性等的有效元素。所以也可根据需要添加。但是，若含量不足0.05％则得不到上述效果。另一方面，若超过5％则金属粒子过多容易发生烧接，同时工具的热疲劳特性下降，工具在反复加热与冷却时，其表面因热疲劳容易发生龟裂。另外，过剩的Co抑制氧化皮的形成。因此，在添加时Co的含量为0.05～5％为佳。
Ti、Nb、V、Zr、B：各个或2种以上的合计，0.05～0.5％
这些元素虽然也可以不添加，但由于这些元素都有细粒化作用，是提高韧性的有效元素，所以可根据需要添加1种或2种以上。但各个或合计的含量若不足0.05％则得不到上述效果。另一方面，若超过0.5％则出现脆化相，基体金属的强度下降。因此，在添加时这些元素的含量，各个或2种以上的合计，以0.05～0.5％为佳。
REM：0.001～0.2％
REM(即包含从La至Lu的镧系15元素和Sc及Y的17个元素)，虽然也可以不添加，但由于这些元素都是改善氧化皮的粘附性的有效成分，所以也可根据需要添加1种以上。但是，若各个或合计的含量不足0.001％则得不到上述效果，若超过0.2％则出现脆化相，强度下降。因此，添加时的含量，各个或2种以上的合计为0.001～0.2％为佳。
本发明的热加工用工具钢的其余部分为Fe和杂质。作为杂质的P和S的含量，只要是在该种钢中作为杂质含有的通常的水平则没有特别的问题。但是，由于P和S有时会使氧化皮的粘附性下降，所以优选二者都控制在0.01％以下。
2.热加工用工具钢以及穿孔压延机用顶头的氧化皮的厚度
本发明的用于热加工用工具和无缝管制造的穿孔压延机用顶头，由具有上述化学成分的热加工用工具钢制成。而且，其表面需要用由“形成氧化皮的热处理”形成的厚度为50～1500μm的氧化皮层覆盖。其理由如下。
若氧化皮层的厚度不足50μm，不仅绝热效果不充分，不能充分地抑制基体金属的温度上升，而且氧化皮层的磨损消耗快，工具形状提早变形，同时润滑性消失，从而发生烧接。
另一方面，若氧化皮层的厚度超过1500μm，会形成空隙和显微裂纹多的鳞层，与基体金属的粘附力下降，不仅在使用前的处理中鳞层容易剥离，在使用中也容易发生内外层鳞的层间剥离，在产品中产生裂纹。该裂纹在顶头进行穿孔时为穿孔后的管内面的裂纹。所以，氧化皮层的适宜的厚度为50～1500μm。
氧化皮层的厚度是合计了内层鳞和在其上形成的外层鳞二者的厚度。外层鳞，以FeO和Fe3O4为主体，其最外层为Fe2O3。
3.热加工用工具钢、热加工用工具以及穿孔压延机用顶头的制造
本发明的热加工用工具钢，通过由大气熔融法、AOD法及VOD法等公知的工序熔炼，将得到的钢液用铸锭法和连续铸造法制成钢锭或钢坯，然后，根据需要通过施行热压延等热加工成所规定形状的钢片制造。此时的制造条件没有特别的限制。
本发明的热加工用工具钢以及无缝管制造用的穿孔压延机用的顶头，可以通过将如上所得的钢液直接浇铸成规定的工具或顶头的形状，或通过对钢坯施行热锻造以形成规定的工具或顶头的形状进行制造。此时的制造条件也没有特别的限制。只是，形成氧化皮的热处理，优选在以下的条件下进行。
4.形成氧化皮的热处理的条件
(1)加热气氛
形成氧化皮的处理中，在加热气氛中含水蒸气很重要，炉内的水蒸气浓度需要保持5体积％以上。该条件可以通过使LNG、LPG、C气体及丁烷等燃料与空气混合燃烧得到。
(2)加热温度
鳞的厚度，依赖于加热温度与加热时间。为了使大量含Mn氧化物的尖晶石型鳞以均匀的厚度形成，优选在800℃以上进行处理。另外，若超过1200℃，生成的鳞熔融，所以优选加热温度在1200℃以下。
(3)加热时间
加热时间可以根据加热温度决定，以得到所规定的鳞厚度。
实施例
具有表1及表2所示的化学组成的60种合金钢，通过大气熔融熔炼，并将得到的钢锭进行热锻造后，外削，成型为无缝管制造用的穿孔压延机用的顶头。
将成型为规定形状的顶头，在LNG燃烧气氛(体积％，10％CO2、2％O2、20％H2O、其余：N2)中，按表3及表4中表示的种种温度和时间加热，并形成同样在表3及表4中表示的种种厚度的氧化皮层。
使用所得到的各顶头进行穿孔压延。穿孔压延是将下述尺寸的SUS304制的圆钢坯穿孔压延成形为下述尺寸的空心管坯。顶头连续供给多个钢坯的穿孔。穿孔条件如下。
钢坯及空心管坯的尺寸：
平行穿孔用
钢坯··直径70mm×长度1000mm
空心管坯··直径72mm×长度2200mm
扩管穿孔用
钢坯··直径65mm×长度1000mm
空心管坯··直径93mm×长度2200mm
钢坯的加热温度：1200℃
交叉角：15°
倾斜角：10°
顶头的尺寸：
平行穿孔用··直径54mm
扩管穿孔用····直径75mm
上述“平行穿孔”的意思是钢坯的直径与穿孔后的管坯(空心管坯)的外径基本相同，“扩管穿孔”的意思是管坯的外径比钢坯的直径大。
对可以供给穿孔压延的各顶头的使用次数(穿孔压延根数)与使用后的顶头的表面状况进行了调查。通过观察顶头的氧化皮层的剥离或磨损消耗，顶头发生的裂纹或烧接，顶头前端的熔损或变形状态进行能否使用的判定。
将调查的结果与形成氧化皮的热处理条件、氧化皮层的厚度、及原材料钢在1000℃时的拉伸强度(TS：N/mm2)一起，在表3及表4中表示。
由表3及表4可知，由本发明的工具钢制成的顶头(符号1～31)，可使用(穿孔压延)8次以上，而且使用后表面状况也良好，显示出优异的性能。
与此相对，符号32及33的钢制成的顶头，由于Cu的含量过少，所以氧化皮的粘附力低，穿孔中发生了氧化皮剥离熔损。另一方面，由符号34的钢制成的顶头，由于Cu的含量过多，穿孔中氧化皮正下方的基体金属变形，发生了前端烧接。
符号35的钢制成的顶头，由于Mn的含量过少而高温强度不够，穿孔压延了3根前端就发生了变形。而符号36的钢制成的顶头由于Mn的含量过多，穿孔时体部发生了烧裂。
由符号37的钢制成的顶头，由于Ni的含量过少而使氧化皮的粘附性差，穿孔4次就发生了前端熔损。而符号38的钢制成的顶头由于Ni的含量过多，在穿孔后的水冷时发生了烧裂。
由符号39的钢制成的顶头，由于Mo的含量过少而高温强度不够，穿孔4次就发生了前端变形。而由符号40的钢制成的顶头由于Ni和Mo的含量过多耐相变烧裂性差，穿孔3次就产生了相变裂纹。
由符号41的钢制成的顶头，由于W的含量过少而高温强度不够，穿孔3次就发生了前端变形。而由符号42的钢制成的顶头由于W的含量过多，穿孔中氧化皮软化，穿孔4次就发生了熔损。
由符号43的钢制成的顶头，由于C的含量过少而高温强度不够，使用5次前端就发生了变形。而由符号44的钢制成的顶头，由于C的含量过多在穿孔后的水冷却时体部产生裂纹。
由符号45的钢制成的顶头，由于Si的含量过少而氧化皮的粘附力不够，穿孔3次就发生了前端烧接。而由符号46的钢制成的顶头，由于Si的含量过多氧化皮在穿孔中软化，穿孔4次就发生了前端变形。
由符号47的钢制成的顶头，由于Cr的含量过多在穿孔后的水冷时体部产生了裂纹。由符号48和49的钢制成的顶头，由于Co的含量过多在穿孔中前端发生了缺损。
由符号50～54的钢制成的顶头，由于Ti、Nb、V、Zr及B中的任一种以上的含量过多，在穿孔中前端发生了缺损。另外，由符号55～58的钢制成的顶头，由于REM量过多在穿孔中前端发生了缺损。
由符号59和60的钢制成的顶头，虽然基体金属的化学组成都在本发明规定的范围内，但由前者的钢制成的顶头，由于氧化皮层的厚度为过薄至45μm所以几乎没有绝热效果，使用2次前端就变形了。而由后者的钢制成的顶头，由于氧化皮层的厚度为过厚至1600μm且多孔而粘附力低，前端部的氧化皮层提早剥离脱落的结果，使用4次前端就熔损了。
表1
表2
Figure C200480013137D00171
表3
Figure C200480013137D00181
表4
Figure C200480013137D00191
产业上的可利用性
本发明的热加工用工具钢具有优异的高温强度。另外，通过形成氧化皮的热处理在其表面形成的氧化皮与基体金属的粘附性高，而且相对于Cr含量高的钢，其耐烧接性及润滑性优异。所以，由通过在其表面进行形成氧化皮的热处理所赋予的规定厚度的氧化皮覆盖的本发明的热加工用工具，不仅使用寿命长，而且不会在产品上产生烧接裂纹等表面缺陷。本发明的工具钢特别适合作为由以Cr含量为13％以上的不锈钢为代表的高Cr合金钢或Ni基合金制成的无缝管的制造中所使用的穿孔压延机的顶头的原材料。该顶头的使用寿命长，而且有助于以较低的单位产品所需的工具消费量制造内面裂纹少的无缝管。

Claims (5)

1.一种无缝管制造中使用的穿孔压延机用的顶头，其特征在于，由下述热加工用工具钢制成，其表面由形成氧化皮的热处理所形成的厚度为50～1500μm的氧化皮覆盖，
所述热加工用工具钢，按质量％，含有C：0.05～0.5％，Si：0.1～1％，Mn：2.5～3.5％，Ni：0.05～0.5％，Mo：2～5％，W：2～5％及Cu：0.05～0.5％，剩余部分由Fe及杂质构成。
2.一种无缝管制造中使用的穿孔压延机用的顶头，其特征在于，由下述热加工用工具钢制成，其表面由形成氧化皮的热处理所形成的厚度为50～1500μm的氧化皮覆盖，所述热加工用工具钢，按质量％，含有C：0.05～0.5％，Si：0.1～1％，Mn：2.5～3.5％，Ni：0.05～0.5％，Mo：2～5％，W：2～5％及Cu：0.05～0.5％，另外还含有下述元素中的至少1种，剩余部分由Fe及杂质构成，
Cr：0.05～0.5％，
REM：0.001～0.2％，
REM为镧系元素、Sc及Y的17个元素。
3.一种无缝管制造中使用的穿孔压延机用的顶头，其特征在于，由下述热加工用工具钢制成，其表面由形成氧化皮的热处理所形成的厚度为50～1500μm的氧化皮覆盖，
所述热加工用工具钢，按质量％，含有C：0.05～0.5％，Si：0.1～1％，Mn：2.5～3.5％，Ni：0.05～0.5％，Mo：2～5％，W：2～5％，Cu：0.05～0.5％及Co：0.05～5％，剩余部分由Fe及杂质构成。
4.一种无缝管制造中使用的穿孔压延机用的顶头，其特征在于，由下述热加工用工具钢制成，其表面由形成氧化皮的热处理所形成的厚度为50～1500μm的氧化皮覆盖，所述热加工用工具钢，按质量％，含有C：0.05～0.5％，Si：0.1～1％，Mn：2.5～3.5％，Ni：0.05～0.5％，Mo：2～5％，W：2～5％及Cu：0.05～0.5％及Co：0.05～5％，另外还含有下述元素中的至少1种，剩余部分由Fe及杂质所构成，
Cr：0.05～0.5％，
REM：0.001～0.2％，
REM为镧系元素、Sc及Y的17个元素。
5.一种无缝管制造中使用的穿孔压延机用的顶头，其特征在于，由下述热加工用工具钢制成，其表面由形成氧化皮的热处理所形成的厚度为50～1500μm的氧化皮覆盖，
含有权利要求1至权利要求4的任一项所述的成分中除了Fe和杂质之外的成分，还含有合计为0.05～0.5质量％的选自Ti、Nb、V、Zr及B中的至少1种，剩余部分由Fe及杂质构成。
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