CN104254407A - 用于穿孔机的顶头 - Google Patents
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Abstract
延长穿轧钢坯的穿孔机所使用的顶头的寿命。顶头(10)用于穿轧钢坯(36)的穿孔机(30)。顶头(10)包括顶头主体(12)、堆焊层(14)、以及喷镀膜(16)。堆焊层(14)形成在顶头主体(12)的表面。喷镀膜(16)至少覆盖顶头主体(12)的表面上的、从堆焊层(14)的后端到顶头主体(12)的最大外径的位置为止的区域。
Description
技术领域
本发明涉及一种顶头，更详细地说，涉及一种穿轧钢坯的穿孔机所用的顶头。
背景技术
穿孔机利用于曼内斯曼法的无缝钢管制造。穿孔机包括一对倾斜辊以及顶头。顶头配置在一对倾斜辊之间、且在轧制线上。穿孔机在倾斜辊的作用下使钢坯在周向上旋转，同时将钢坯压入顶头，穿轧钢坯而形成空心管坯。
穿孔机穿轧加热后的钢坯。所以，被压入钢坯的顶头暴露在高温中，并且承受高压。因此，顶头容易发生熔损、烧结。
通常在顶头的母材表面形成氧化皮。氧化皮隔断来自钢坯的热量而抑制熔损的发生。氧化皮还抑制烧结的发生。
然而，每次穿轧钢坯，氧化皮都会磨损。若氧化皮消失，则顶头的母材温度上升，顶头发生熔损。
为了提高顶头的寿命(使用次数)，提出了在顶头的母材表面形成氧化皮以外的保护膜。
在日本特许第4279350号公报中公开了电弧喷镀铁线材而在顶头的母材表面形成由氧化物和Fe构成的喷镀膜。
另外，参照日本特许第2776266号公报、日本特许第3891679号公报以及日本特开2009-101408号公报，公开了在顶头的母材表面形成堆焊层。
发明内容
发明要解决的问题
然而，近年，一直在要求顶头的更长寿命化。
本发明的目的在于提供一种顶头，该顶头用于穿轧钢坯的穿孔机，并且该顶头的寿命长。
用于解决问题的方案
本发明的实施方式的顶头用于穿轧钢坯的穿孔机。顶头包括顶头主体、堆焊层和喷镀膜。堆焊层形成在顶头主体的表面。喷镀膜至少覆盖顶头主体的表面上的、从堆焊层的后端到主体的最大外径的位置的区域。
本发明的实施方式的顶头的寿命变长。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的顶头的纵剖视图。
图2是表示使用图1所示的顶头的穿孔机的结构的示意图。
图3是表示图2的顶头的堆焊层和倾斜辊的圆凿部之间的关系的示意图。
图4是本发明的第2实施方式的顶头的纵剖视图。
图5是试验序号12～18的顶头的纵剖视图。
图6是试验序号19、20的顶头的纵剖视图。
具体实施方式
本发明的实施方式的顶头用于穿轧钢坯的穿孔机。顶头包括顶头主体、堆焊层以及喷镀膜。堆焊层形成在顶头主体的表面。喷镀膜至少覆盖顶头主体的表面上的、从堆焊层的后端到顶头主体的最大外径的位置为止的区域。
在穿轧钢坯时，顶头主体接触钢坯。因此，顶头主体容易熔损。在该容易熔损的部分设置高温强度较高的堆焊层。因此，顶头主体的高温强度提高。其结果，顶头主体变得难以熔损。
然而，如果在顶头的表面整体形成堆焊层，则容易发生烧结。因此，在本实施方式的顶头中，在顶头侧面形成喷镀膜。喷镀膜具有比堆焊层的耐烧结性优异的耐烧结性。因此，在本实施方式的顶头中，堆焊层抑制熔损，喷镀膜抑制烧结。其结果，顶头的寿命提高。
优选的是，堆焊层覆盖顶头主体的前端部分。在穿轧实心钢坯的情况下，顶头主体的前端部分接触钢坯。因此，顶头主体的前端部分容易熔损。该容易熔损的部分被堆焊层覆盖。其结果，顶头的前端部分难以熔损。
优选的是，顶头主体包括第1主体部以及第2主体部。第1主体部包括前端部分。第2主体部具有比第1主体部的后端的外径大的外径，并且从第1主体部的后端开始延伸。堆焊层形成在第1主体部的表面。喷镀膜形成在第2主体部的表面。
此时，即使堆焊层形成得比喷镀膜厚，也难以在堆焊层和喷镀膜之间的边界形成台阶。
优选的是，顶头主体包括第1主体部以及第2主体部。第1主体部包括顶头主体的前端部分。第2主体部自第1主体部的后端开始延伸。堆焊层形成在第2主体部的表面。
此时，顶头能够用于例如穿轧中空钢坯。
优选的是，顶头主体还包括第3主体部。第3主体部自第2主体部的后端开始延伸。第2主体部的前端的外径比第1主体部的后端的外径小。第3主体部具有比第2主体部的后端的外径大的外径。喷镀膜形成在第3主体部的表面。
此时，在第1主体部和第3主体部之间由第2主体部的表面形成底面，并且形成绕顶头主体的中心轴线延伸的凹槽。在该凹槽配置堆焊层。因此，即使堆焊层形成得比喷镀膜厚，也难以在堆焊层和喷镀膜之间的边界形成台阶。
优选的是，堆焊层的表面和喷镀膜的表面平滑地相连接。此时，由于在堆焊层和喷镀膜之间的边界不产生台阶，所以难以在穿轧后的空心管坯的内表面发生损伤。
优选的是，堆焊层含有碳化物。此时，堆焊层的高温强度进一步提高。
下面，参照附图说明本发明的实施方式的顶头。对于附图中相同或者相当的部分标注相同符号，不重复该说明。
实施方式
图1是本发明的第1实施方式的顶头10的纵剖视图。顶头10被用于例如穿轧实心的钢坯时。如图1所示，顶头10包括顶头主体12、堆焊层14以及喷镀膜16。
顶头主体
顶头主体12包括第1主体部22、第2主体部24以及后端部26。
第1主体部22包括顶头主体12的前端部分。第1主体部22的横截面是圆形。第1主体部22的外径自顶头10的前端朝向后端去而变大。
第2主体部24具有比第1主体部22的后端的外径大的外径。第2主体部24自第1主体部22的后端在顶头10的轴向上延伸。
第2主体部24的横截面是圆形，第2主体部24的前端的外径比第1主体部22的后端的外径大。第2主体部24与第1主体部22配置在同轴上。因此，在第2主体部24和第1主体部22之间的边界形成台阶。第2主体部24的前端面24FS具有圆环形状。
第2主体部24的外径自顶头10的前端朝向后端去而变大。第2主体部24的后端的外径是顶头主体12的最大外径。
后端部26在第2主体部的后侧与第2主体部24相邻地设置。后端部26的外径自顶头10的前端朝向后端去而变小。
顶头主体的保护膜
在所述顶头主体12，在其前部和后部形成不同的保护膜(堆焊层14和喷镀膜16)。
堆焊层
堆焊层14形成在顶头主体12的表面。堆焊层14至少覆盖顶头主体12的前端部分。在图1所示的例子中，堆焊层14覆盖第1主体部22的表面22S整体和第2主体部24的前端面24FS。堆焊层14采用例如等离子粉末堆焊(PTA：Plasma Transferred Arc)法、MIG(Metal Inert Gas)焊接法、TIG(TungstenInsert Gas)焊接法这些众所周知的堆焊而形成。堆焊层14的厚度是例如1mm以上。堆焊层14的厚度优选的是1mm～20mm，更优选的是2mm～10mm。在将堆焊层14的厚度做成比5mm厚的情况下，例如，堆焊层形成为多层。各层的厚度是例如2mm～5mm。在形成多层堆焊层之后，切削最上面的堆焊层的表面，调整到目标厚度即可。在将堆焊层14的厚度做成比2mm薄的情况下，在形成厚度为2mm以上的堆焊层之后，切削该堆焊层的表面，达到目标厚度即可。若堆焊层14过薄，则难以取得提高高温强度的效果。若堆焊层14过厚，则有可能在堆焊层14中产生裂纹。另外，堆焊层14的形成耗时，制造成本升高。堆焊层14的厚度不需要是恒定的。例如，堆焊层14的前端部可以比其他部分厚。堆焊层14的后端的外径比第2主体部24的前端的外径大。
堆焊层14是例如主成分为过渡性金属的合金。该合金是例如以钴(Co)为主成分、并含有铬(Cr)和钨(W)的合金(钨铬钴合金)。
堆焊层14也可以包含过渡性金属的碳化物。过渡性金属的碳化物是例如碳化铌(NbC)、碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)、碳化钒(VC)、碳化铬(CrC)等。含有例如20％～50体积％的过渡性金属的碳化物。过渡性金属的碳化物的平均粒径是例如65μm～135μm。
喷镀膜
喷镀膜16至少覆盖顶头主体12的表面上的、从堆焊层14的后端到顶头主体12的最大外径的位置为止的区域。在图1所示的例子中，喷镀膜16覆盖第2主体部24的侧面24SS和后端部26的侧面26SS。喷镀膜16采用例如电弧喷镀、等离子喷镀、火焰喷镀、高速火焰喷镀这些众所周知的喷镀而形成。喷镀膜16的厚度是例如400μm～800μm。
喷镀膜16的成分没有特别的限定。优选的是，喷镀膜16由铁(Fe)和铁的氧化物(例如Fe3O4、FeO等)构成。此时，喷镀膜16通过例如电弧喷镀铁线材而形成。而且，喷镀膜16也可以含有除铁系氧化物以外的氧化物(例如钨的氧化物(WO3))。
优选的是，铁的氧化物在由铁及铁的氧化物构成的喷镀膜16中所占的比例是55体积％～80体积％。铁的氧化物在喷镀膜16中所占的比例是例如表层侧比顶头主体12侧高。此时，铁的氧化物在喷镀膜16中所占的比例是，例如在喷镀膜16与顶头主体12的边界部是40体积％以下，在表层部是55体积％～80体积％。为了改变铁的氧化物在喷镀膜16中所占的比例，只要改变例如从电弧喷镀装置的喷镀喷嘴到顶头主体12的距离(喷镀距离)即可。
在图1所示的例子中，喷镀膜16的前端的外径和堆焊层14的后端的外径相同。换句话说，堆焊层14的表面和喷镀膜16的表面平滑地相连接。
顶头的制造方法
示出顶头10的制造方法的一例子。但是，顶头10的制造方法不限定于以下的制造方法。
首先，准备顶头主体12。接着，采用PTA法在第1主体部22的表面22S形成堆焊层14。接着，在将要形成喷镀膜16的区域(第2主体部24的侧面24SS和后端部26的侧面26SS)施加喷丸处理。由此，表面变粗糙，喷镀膜16容易附着。接着，通过电弧喷镀铁线材，在顶头主体12的侧面上的、除形成堆焊层14的区域以外的区域形成喷镀膜16。其结果，顶头10被制造出来。
图2是表示具备顶头10的穿孔机30的结构的示意图。在穿孔机30中，顶头10安装在芯轴34的前端，并配置在一对倾斜辊32、32之间、且在轧制线PL上。穿轧时，顶头10被压入实心的钢坯36，被暴露在高温下，并且承受高压。
顶头10的前端部分被堆焊层14覆盖。堆焊层14具有比喷镀膜、氧化皮的高温强度高的高温强度。因此，即使穿轧钢坯36，顶头10的前端部分也难以熔损。
而且，在顶头10的除前端部分以外的侧面形成喷镀膜16。喷镀膜具有比堆焊层大的耐烧结性。因此，与用堆焊层覆盖顶头主体12的表面整体的情况相比，顶头10难以烧结。
如上所述，在顶头10中，利用堆焊层抑制前端部分的熔损，利用喷镀膜抑制烧结。因此，顶头10的寿命变长。
通常，堆焊层形成得比喷镀膜厚。在顶头10中，第1主体部22的后端的外径比第2主体部24的前端的外径小。因此，在堆焊层14的表面和喷镀膜16的表面之间的边界不形成台阶，在顶头10中，堆焊层14的表面和喷镀膜16的表面平滑地相连接。因此，在通过穿轧钢坯36而得到的空心管坯的内表面难以发生损伤。
通常，穿轧钢坯的穿孔机所用的顶头包括轧制部和均整部。轧制部承担壁厚轧制的大部分。均整部精加工壁厚使其平滑。在图1所示的例子中，第1主体部22以及覆盖其表面的堆焊层14与轧制部101一致，第2主体部以及覆盖其侧面的喷镀膜16与均整部102一致。但是，这些部分没必要必须一致。总之，堆焊层14只要形成在于穿轧钢坯36时容易熔损的部分即可。容易熔损的部分是轧制部。特别容易熔损的部分是轧制部的前端部分和轧制部中的、与倾斜辊32的圆凿部321相对的部分(在正交于轧制线PL的方向上与圆凿部相对的部分)。如图3所示，一对倾斜辊32、32之间的间隔在圆凿部321、321之间(图3中的单点划线所示的位置GL)最短。通常，在轧制部中的、在轧制线方向上自与圆凿部321相对的位置GL至前后几cm(例如，前后分别3cm)的宽度WP处容易发生熔损。因此，优选的是，堆焊层14形成为至少覆盖从顶头的前端到比位置GL靠后方预定距离(例如3cm)的位置的区域。另外，从防止顶头烧结的观点出发，优选的是，在均整部不形成堆焊层14。
在图1中，喷镀膜16形成在第2主体部24和后端部26的表面整体。但是，如上所述，喷镀膜16至少覆盖从堆焊层14的后端到顶头主体12的最大外径的位置为止的区域即可。
第2实施方式
本发明的实施方式的顶头只要在主体部的表面形成堆焊层即可。图4示出其一例子。
图4表示本发明的第2实施方式的顶头50。顶头50被用于穿轧中空的钢坯时。换句话说，顶头50用于延伸轧机(第2穿孔机)。换言之，在使用顶头50的穿孔机中包括延伸轧机。
顶头50包括代替顶头主体12的顶头主体12A。顶头主体12A包括代替第1主体部22以及第2主体部24的第1主体部52、第2主体部54以及第3主体部56。
第1主体部52包括顶头主体12A的前端部分。第1主体部52的横截面是圆形。第1主体部52的外径从顶头50的前端朝向后端去而变大。
第2主体部54自第1主体部52的后端开始在顶头50的轴线方向上延伸。第2主体部54的横截面是圆形，第2主体部54的前端的外径比第1主体部52的后端的外径小。第2主体部54与第1主体部52配置在同轴上。因此，在第2主体部54与第1主体部52之间的边界形成台阶。第1主体部52的后端面52BS具有圆环形状。第2主体部54的外径从顶头50的前端朝向后端去而变大。
第3主体部56具有比第2主体部54的后端的外径大的外径。第3主体部56自第2主体部54的后端开始在顶头50的轴线方向上延伸。第3主体部56的横截面是圆形，第3主体部56的前端的外径比第2主体部54的后端的外径大。第3主体部56与第2主体部54配置在同轴上。因此，在第3主体部56和第2主体部54之间的边界形成台阶。第3主体部56的前端面56FS具有圆环形状。第3主体部56的外径从顶头50的前端朝向后端去而变大。第3主体部56的后端的外径是顶头主体12A的最大外径。后端部26与第3主体部56相邻地设置在第3主体部56的后侧。
在第1主体部52和第3主体部56之间形成凹槽58。凹槽58绕顶头主体12A的中心轴线沿周向延伸。凹槽58的底面由第2主体部54的表面形成。在本实施方式中，堆焊层14覆盖凹槽58的底面整体。堆焊层14设在于穿轧中空的钢坯时与钢坯接触的位置。
在图4所示的例子中，喷镀膜16的前端的外径和堆焊层14的后端的外径相同。换句话说，堆焊层14的表面和喷镀膜16的表面平滑地相连接。喷镀膜16覆盖第3主体部56的侧面56SS和后端部26的侧面26SS。
在图4所示的例子中，第1主体部52的后端的外径和堆焊层14的前端的外径相同。换句话说，堆焊层14的表面和第1主体部52的表面平滑地相连接。
在这样的顶头50中，也利用堆焊层抑制熔损，利用喷镀膜抑制烧结。因此，顶头50的寿命变长。
实施例
准备了表1所示的试验序号1～20的顶头。
表1
顶头
参照表1，在试验序号1～11的顶头中，如图1所示那样，在轧制部101形成堆焊层，在除轧制部101以外的部分(均整部102和退让部103)形成喷镀膜。试验序号2～6、8～11的堆焊层以表1所示的含量含有碳化物(NbC或者WC)。试验序号1和7的堆焊层不含碳化物。试验序号1～11的堆焊层中的任一个都采用PTA法形成。任一个堆焊层的厚度都是3.0mm。
试验序号1～11的喷镀膜中的任一个都是由铁和铁的氧化物构成，都是在相同条件下电弧喷镀铁丝而形成的。喷镀膜中的铁的氧化物的含有率是70％，任一个喷镀膜的厚度都是400μm。
在试验序号12～18的顶头中，如图5所示那样，在顶头主体201的、除后端面以外的表面整体形成保护膜202。试验序号12～16的保护膜202是堆焊层。这些堆焊层采用PTA法形成，任一个厚度都是3.0mm。
试验序号17和18的保护膜202是喷镀膜。喷镀膜采用与试验序号1～11的喷镀膜相同的方法形成，由铁和铁的氧化物构成，任一个铁的氧化物的含有率、喷镀膜的厚度都和试验序号1～11中的铁的氧化物的含有率、喷镀膜的厚度相同。
在试验序号19和20中，如图6所示那样，在顶头主体301的、除后端面以外的表面整体形成氧化皮302。试验序号19的氧化皮的厚度是1000μm，试验序号20的氧化皮的厚度是500μm。
试验方法
使用试验序号1～20的顶头，穿轧多个钢坯。各钢坯具有与日本JIS规格的SUS310S相当的化学成分，直径是70mm，长度是100mm。
每轧制1根钢坯，目测观察顶头表面，确认了有无熔损、烧结。在于轧制第n根(n是自然数)钢坯之后、于顶头表面发生了熔损或者烧结的情况下，将n-1根定义为该顶头能够轧制的钢坯根数(下面，称为循环次数)。此外，在于穿轧第n根钢坯的中途、顶头烧结在钢坯上而不能贯穿钢坯的情况下，循环次数定义为n-1次。
试验结果
在表1中示出试验结果。
试验序号1～11的循环次数多至6次以上。特别地，试验序号2～6、8～11的堆焊层中的碳化物含量是20％～50％。因此，其循环次数多于不含碳化物的试验序号1和7的循环次数。而且，试验序号3、4、6、9以及11的堆焊层中的碳化物含量是35％～50％。因此，其循环次数多于碳化物含量小于35％的试验序号2、5、8以及10的循环次数。此外，由于试验序号1～11的堆焊层中的任一个都发生了裂纹，所以终止了试验。
另一方面，试验序号12～16的循环次数低至2次以下。由于在这些试验序号的顶头中，在顶头主体整体形成堆焊层，所以在超过表1所记载的循环次数时，顶头在穿轧过程中烧结在钢坯上而无法贯穿钢坯。
试验序号17～20的循环次数低至3次以下。在这些试验序号的顶头中，在顶头主体整体形成喷镀膜或者氧化皮。因此，顶头的前端部分熔损。
以上，详细叙述了本发明的实施方式，但是这些最终也只是示例，所述实施方式丝毫不能限定本发明。
Claims (7)
1.一种顶头，该顶头用于穿轧钢坯的穿孔机，其中，该顶头包括：
顶头主体；
堆焊层，该堆焊层形成于所述顶头主体的表面；以及
喷镀膜，该喷镀膜至少覆盖所述顶头主体的表面上的、从所述堆焊层的后端到所述顶头主体的最大外径的位置为止的区域。
2.根据权利要求1所记载的顶头，其中，
所述堆焊层覆盖所述顶头主体的前端部分。
3.根据权利要求2所记载的顶头，其中，
所述顶头主体包括：
第1主体部，该第1主体部包括所述前端部分；以及
第2主体部，该第2主体部具有比所述第1主体部的后端的外径大的外径，并且自所述第1主体部的后端开始延伸，
所述堆焊层形成在所述第1主体部的表面，
所述喷镀膜形成在所述第2主体部的表面。
4.根据权利要求1所记载的顶头，其中，
所述顶头主体包括：
第1主体部，该第1主体部包括所述顶头主体的前端部分；以及
第2主体部，该第2主体部自所述第1主体部的后端开始延伸，
所述堆焊层形成在所述第2主体部的表面。
5.根据权利要求4所记载的顶头，其中，
所述顶头主体还包括第3主体部，该第3主体部自所述第2主体部的后端开始延伸，
所述第2主体部的前端的外径小于所述第1主体部的后端的外径，
所述第3主体部具有比所述第2主体部的后端的外径大的外径，
所述喷镀膜形成在所述第3主体部的表面。
6.根据权利要求1～5中的任一项所记载的顶头，其中，
所述堆焊层的表面和所述喷镀膜的表面平滑地相连接。
7.根据权利要求1～6中的任一项所记载的顶头，其中，
所述堆焊层含有碳化物。
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