CN104213069B - 一种穿孔顶头及其表面处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种穿孔顶头的表面处理方法，包括以下步骤：步骤一，在顶头本体的圆周面及头部端面上通过加工得到与顶头本体为一体的且呈螺旋或环状的基体，基体与基体之间形成螺旋槽或者环形槽；步骤二，将步骤一得到的顶头本体放入加热炉内，升温至900—1100℃，通入氧化性介质，保温5—10小时，然后降温至800—900℃，出炉后缓冷至常温，连续地在螺旋槽或者环形槽的槽底和槽侧壁面以及基体的表面生成一层氧化层。本发明的穿孔顶头表面处理方法使氧化层的有效厚度获得增大，从而提高顶头的使用寿命。

Description

一种穿孔顶头及其表面处理方法

技术领域

本发明涉及到无缝钢管生产领域，具体涉及到管坯穿孔及毛管扩孔时使用的穿孔顶头及其表面处理方法。

背景技术

穿孔顶头使用过程中要承受复杂的轧制力、摩擦力、冷热交替的热应力，为有效提高顶头使用寿命，目前最好的做法就是通过热处理方法在顶头表面生成一层具有隔热、润滑作用的氧化层，或通过复合处理技术在顶头表面涂覆一层高温强度及耐磨性好、且具有隔热、润滑作用的保护层。该保护层的质量好坏就成了决定顶头寿命的关键因素。

目前通用的方法是氧化处理：将表面加工到规定形状的顶头装入温度在1000℃左右(不同厂家、不同产品的温度要求不同，温度范围一般在900—1100℃之间)、密封的马弗罐中，按工艺规定的流量向马弗罐中通过氧化性介质(如水、氨水、或水+特定的有机介质)及载流气体(一般为氮气)，经过2至3小时处理后，在顶头表面形成一定厚度的氧化层。

由于氧化物塑性差、松脆的特性决定了氧化层不宜厚，否则氧化层与基体结合不牢、甚至剥落，一般顶头表面氧化处理的氧化层厚度为0.2～0.8mm左右(最大不超过1.0mm)，而且，其结构分为内外2层，真正在使用中起保护作用的有效氧化层厚度只有氧化层总厚度的1/2，从而，目前的顶头在现场的使用过程中，穿制13Cr、超级13Cr等材质的高合金管2至3根钢管就报废了，对于生产厂商来说，穿孔顶头的成本实则太高。因此，国内外顶头制造企业及相关科技工作者均在不断探索改进顶头表面保护层的方法，以延长穿孔顶头的寿命，以及降低生产厂商的使用成本。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种氧化层有效厚度获得增大的穿孔顶头及其表面处理方法。

穿孔顶头的表面处理方法，包括以下步骤：

步骤一，在顶头本体的圆周面及头部端面上通过加工得到与顶头本体为一体的且呈螺旋或环状的基体，基体与基体之间形成螺旋槽或者环形槽；

步骤二，将步骤一得到的顶头本体放入加热炉内，升温至900—1100℃，通入氧化性介质，保温5—10小时，然后降温至800—900℃，出炉后缓冷或空冷至常温，连续地在螺旋槽或者环形槽的槽底和槽侧壁面以及基体的表面生成一层氧化层。

生成于螺旋槽或者环形槽中的氧化层，填满该螺旋槽或者环形槽。

螺旋槽或者环形槽的槽深与槽宽的比值为1.5—3。

螺旋槽或者环形槽的深度为0.5—5.5mm，宽度为0.3—3.0mm。

基体的宽度与任意一个相邻螺旋槽或者环形槽的宽度之和为1—3.5mm。

一种穿孔顶头，包括顶头本体，在顶头本体的圆周面及头部端面上成型有与顶头本体为一体的且呈螺旋或环状的基体，基体与基体之间形成螺旋槽或者环形槽，顶头本体经氧化后，连续地在螺旋槽或者环形槽的槽底和槽侧壁面以及基体的表面生成一层氧化层。

生成于螺旋槽或者环形槽中的氧化层，填满该螺旋槽或者环形槽。

螺旋槽或者环形槽的槽深与槽宽的比值为1.5—3。

螺旋槽或者环形槽的深度为0.5—5.5mm，宽度为0.3—3.0mm。

基体的宽度与任意一个相邻螺旋槽或者环形槽的宽度之和为1—3.5mm。

采用了上述方案，由于本发明在顶头本体上加工出了螺旋槽或者环形槽，而后结合到氧化处理，在氧化处理过程中，金属元素与氧结合形成氧化物时发生体积膨胀，在槽宽合适时，氧化物膨胀的体积可以恰好把螺旋槽或者环形槽填满。对于基体而言在氧化处理过程中其表面也要受得氧化的作用，氧化后得以部份保留，起到骨架支持作用，可以有效防止氧化层在使用过程中脱落，增加了顶头本体表面氧化层有效厚度，同时保证了顶头外部形状不变，不影响钢管质量。因此，通过氧化前预处理形成了螺旋槽或者环形槽以及基体，顶头本体在氧化处理后获得地表面有效隔热、润滑作用的氧化层厚度得以增加，同时减少了轧制过程中顶头基体的吸热面积。

综上所述，本发明在氧化处理前通过机加工方法在顶头本体表面(一定范围内)形成一定深度的槽，利用氧化过程中体积膨胀使槽内充满金属氧化物，达到增大氧化层有效厚度、增强隔热效果的目的，从而大大提高顶头使用寿命。特别是在穿轧高合金管时，可以使顶头寿命提高2-3倍。本发明的穿孔顶头在宝钢穿制高合金管时，一根穿孔顶头可以穿制6至7支高合金管，与现有的穿孔顶头相比，其使用寿命为现有的穿孔顶头2倍以上。

附图说明

图1为顶头本体局部示意图，该顶头本体圆周面上成型有螺旋槽或者环形槽以及基体；

图2为顶头本体氧化处理后，在螺旋槽或者环形槽以及基体表面形成连续氧化层地示意图；

图3为本发明第一实施例的局部金相照片(50倍放大)；

图4为本发明第二实施例的局部金相照片(50倍放大)；

图5为本发明第三实施例的局部金相照片(50倍放大)。

具体实施方式

如图1和图2，穿孔顶头的表面处理方法，包括以下步骤：

步骤一，如图1，在顶头本体1的圆周面及头部端面上通过加工得到与顶头本体1为一体的且呈螺旋或环状的基体2，基体与基体之间形成螺旋槽或者环形槽3；螺旋槽或者环形槽的槽深与槽宽的比值为1.5—3。螺旋槽或者环形槽的深度h为0.5—5.5mm，宽度b为0.3—3.0mm。基体2的宽度与任意一个相邻螺旋槽或者环形槽的宽度之和t为1—3.5mm(基体2的宽度与任意一个相邻螺旋槽或者环形槽的宽度之和也称之为节距)。

步骤二，如图2，将步骤一得到的顶头本体1放入加热炉内，升温至900—1100℃，通入氧化性介质，保温5—10小时，然后降温至800—900℃，出炉后缓冷或空冷至常温，连续地在螺旋槽或者环形槽3的槽底和槽侧壁面以及基体2的表面生成一层氧化层4，即在螺旋槽或者环形槽3的槽底和槽侧壁面以及基体2的氧化层4为一个整体。生成于螺旋槽或者环形槽中的氧化层4，填满该螺旋槽或者环形槽。这里需要说明的是，在图2中，在没有氧化处理前，基体2至顶头本体内壁面的高度为H1，螺旋槽或者环形槽的宽度为L1，在氧化处理后，基体2至顶头本体内壁面的高度为H2，螺旋槽或者环形槽的宽度为L2，从图2的示意中可以显示地看出，H2小于H1，L2小于L1，其原因在于，氧化过程中顶头表面的金属元素与氧结合，顶头表面的金属元素被氧化，体积膨胀的氧化物沿着顶头的径向扩张以及填充螺旋槽或者环形槽，氧化层有效厚度得到增加。随着基体表面和螺旋槽或者环形槽的表面被氧化转换为氧化层，以及增加的氧化层占据了螺旋槽或者环形槽的空间，从而使得H2小于H1，L2小于L1。

如图1和图2，本发明的一种穿孔顶头，包括顶头本体1，在顶头本体1的圆周面及头部端面上成型有与顶头本体为一体的且呈螺旋或环状的基体2，基体与基体之间形成螺旋槽或者环形槽3，螺旋槽或者环形槽3的槽深与槽宽的比值为1.5—3。螺旋槽或者环形槽的深度h为0.5—5.5mm，宽度b为0.3—3.0mm。基体的宽度与任意一个相邻螺旋槽或者环形槽的宽度之和为1—3.5mm。顶头本体1经氧化后，连续地在螺旋槽或者环形槽的槽底和槽侧壁面以及基体的表面生成一层氧化层4，即在螺旋槽或者环形槽3的槽底和槽侧壁面以及基体2的氧化层4为一个整体。具体的氧化过程同上述方法中的氧化过程，在此不再赘述。生成于螺旋槽或者环形槽中的氧化层4，填满该螺旋槽或者环形槽。

实施例1：

在正常外形加工好的穿孔顶头的锥部表面及头部端面通过机械加加得到若干间隔的环形槽，环形槽的宽度b＝0.5mm，节距t＝1mm，深度h＝1mm，顶头放入加热炉内，升温至l000℃，通入氧化性介质，保温一段时间7小时，进行氧化处理，然后降温至900℃，出炉后缓冷至常温。出炉后的顶头本体在50倍的显微镜下获得的金相照片如图3所示，氧化层几乎将环形槽填满，经过检测，位于基体表面的氧化层的厚度为3.3mm，比现有的氧化层的厚度增加了3倍多。

实施例2：

在正常外形加工好的穿孔顶头的锥部表面通过机械加加得到若干间隔的环形槽，环形槽的宽度b＝1.5mm，节距t＝3mm，深度h＝2mm，顶头放入加热炉内，升温至l050℃，通入氧化性介质，保温一段时间8小时，进行氧化处理，然后降温至850℃，出炉后缓冷至常温。出炉后的顶头本体在50倍的显微镜下获得的金相照片如图4所示，经过检测，位于基体表面的氧化层的厚度为3 mm，比现有的氧化层的厚度增加了3倍。

实施例3：

在正常外形加工好的穿孔顶头的锥部表面通过机械加加得到若干间隔的环形槽，环形槽的宽度b＝2.5mm，节距t＝3.5mm，深度h＝3mm，顶头放入加热炉内，升温至l100℃，通入氧化性介质，保温一段时间10小时，进行氧化处理，然后降温至800℃，出炉后缓冷至常温。出炉后的顶头本体在50倍的显微镜下获得的金相照片如图5所示，经过检测，位于基体表面的氧化层的厚度为2.5mm，比现有的氧化层的厚度增加了2倍多。

Claims (8)

1.穿孔顶头的表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，在顶头本体的圆周面及头部端面上通过加工得到与顶头本体为一体的且呈螺旋或环状的基体，基体与基体之间形成螺旋槽或者环形槽；

步骤二，将步骤一得到的顶头本体放入加热炉内，升温至900—1100℃，通入氧化性介质，保温5—10小时，然后降温至800—900℃，出炉后缓冷或空冷至常温，在螺旋槽或者环形槽的槽底和槽侧壁面以及基体的表面生成一层连续的氧化层。

2.根据权利要求1所述的穿孔顶头的表面处理方法，其特征在于，生成于螺旋槽或者环形槽中的氧化层，填满该螺旋槽或者环形槽。

3.根据权利要求1所述的穿孔顶头的表面处理方法，其特征在于，螺旋槽或者环形槽的槽深与槽宽的比值为1.5—3。

4.根据权利要求1所述的穿孔顶头的表面处理方法，其特征在于，基体的宽度与任意一个相邻螺旋槽或者环形槽的宽度之和为1—3.5mm。

5.一种穿孔顶头，包括顶头本体，其特征在于，在顶头本体的圆周面及头部端面上成型有与顶头本体为一体的且呈螺旋或环状的基体，基体与基体之间形成螺旋槽或者环形槽，顶头本体经氧化后，在螺旋槽或者环形槽的槽底和槽侧壁面以及基体的表面生成一层连续的氧化层。

6.根据权利要求5所述的一种穿孔顶头，其特征在于，生成于螺旋槽或者环形槽中的氧化层，填满该螺旋槽或者环形槽。

7.根据权利要求5所述的一种穿孔顶头，其特征在于，螺旋槽或者环形槽的槽深与槽宽的比值为1.5—3。

8.根据权利要求5所述的一种穿孔顶头，其特征在于，基体的宽度与任意一个相邻螺旋槽或者环形槽的宽度之和为1—3.5mm。