CN104646955B - 一种20CrNi4材质穿孔顶头的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种20CrNi4材质穿孔顶头的制备方法，包括以下步骤：准备材料‑‑铸锭‑‑电渣重熔‑‑锻打‑‑退火‑‑精加工‑‑渗碳‑‑去应力退火；本发明采用AOD炉冶炼刨花料，可脱碳精炼，钢水质量好，铸锭后再电渣重熔后锻打成顶头，顶头的质量好，使用寿命延长3倍，减少了钢管生产过程中顶头更换次数，提高了劳动生产率，降低了穿孔费用，成本很低，又能周而复始利用，形成循环产业链，节约了顶头制造成本，提高了经济效益。

Description

一种20CrNi4材质穿孔顶头的制备方法

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种20CrNi4材质穿孔顶头的制备方法。

背景技术

顶头在钢管生产过程中作穿孔用，不锈钢管采用钼顶头穿孔，低合金钢和碳钢钢管均采用20CrNi4或15CrNi3MoW材质铸造顶头，普通穿孔顶头采用砂型铸造工艺，铸造时用中频炉冶炼，一次性浇注成型，每个顶头穿孔寿命不超过300支钢管，且极不稳定，少的仅穿孔几十支钢管，大部分顶头的穿孔寿命为150-220支钢管，平均寿命仅180支左右，顶头报废多为开裂。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种20CrNi4材质穿孔顶头的制备方法，用20CrNi4材质的刨花料采用AOD炉铸方锭，用方锭作电极，采用电渣重熔工艺，制成圆钢，再锻打成所需的顶头，加工出的顶头质量好，成本低，又能周而复始利用，形成循环产业链，节约了顶头制造成本，提高了经济效益。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种20CrNi4材质穿孔顶头的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：准备材料--铸锭--电渣重熔--锻打--退火--精加工--渗碳--去应力退火。

具体步骤为：

（1）准备原料：采用20CrNi4材质刨花料，检验刨花料的金属元素含量，准备需要添加的金属元素；

（2）铸锭：将刨花料用AOD炉熔化，精炼，添加金属元素，使钢水成分合格，钢水温度保持在1640-1650℃之间，去除表面浮渣，然后将钢水倒出至钢包，停留20-40秒，钢水温度在1620℃时浇注，将钢水注入方钢锭模，铸成方钢锭，方钢锭铸成后，在钢锭模内保温24小时、冷却后出模；

（3）电渣重熔：将浇注的方钢锭作电渣重熔电极，重熔成圆钢锭，电渣重熔的方法为：采用水冷铜结晶器，将电极在结晶器上方固定好，保持电极与结晶器内壁间隙均匀，电极离地板间隙1cm，渣系采用CaF2、Al2O3粉末按1:1比例搅拌均匀，并经350℃烘干，在坩埚内熔成渣液后迅速倒入水冷铜结晶器，接通电源，即可进行电渣重熔，重熔电流根据所需圆钢尺寸确定，一般为3000-7000A之间，重熔电压50V；

（4）锻打：将圆钢锭均匀加热至1100℃，采用10吨电液锤锻打，经墩粗、拔长、拔尖、切断、成型、冲孔等工序后即可锻打为所需的各种型号的顶头；

（5）热处理：顶头锻打完成后放入退火炉，以80℃/小时的速度加热至720℃，保温24小时，随炉冷却至150℃出炉，空冷；

（6）冷却后精加工，精加工完毕渗碳处理;

（7）装配：渗碳完毕待冷却后装配尾节，再焊接，焊完回火，回火温度380℃，保温2小时，随炉冷却至150℃出炉空冷，待完全冷却后精车，检验合格包装发货。

作为本发明的一种改进，步骤（2）后的圆钢锭直径比方钢锭对角尺寸小10-50mm。

本发明的有益效果是：

本发明所述的一种20CrNi4材质穿孔顶头的制备方法，采用刨花料铸造后用电渣重熔加锻打工艺生产顶头，刨花料本是低价值的废料，采用AOD炉冶炼后钢锭中气体含量、S、P含量很低，减少了锻打开裂倾向，再进行电渣重熔，使钢锭中的杂质元素进一步去除，获得洁净的钢水后快速冷却成型为所需要的圆钢锭，晶粒细化，再经锻打后组织更密实，锻打后退火可以稳定组织，提高其机械性能，消除锻打过程中的内应力，使用时不开裂，强度和耐磨性变好，使用寿命长，采用本发明所述的制备方法制作的顶头在实际使用时，顶头寿命稳定，顶头穿孔平均寿命达550支左右，使用寿命延长3倍，减少了钢管生产过程中顶头更换次数，提高了劳动生产率，降低了穿孔费用，节约了生产成本，经济效益明显。

步骤（3）采用电渣重熔工艺重熔的圆钢，重量与顶头毛坯重量相当，圆钢直径等于或略小于顶头外径；圆钢的重量和外径根据顶头规格确定。

采用AOD炉冶炼刨花料，可脱碳精炼，钢水质量好，铸锭后再电渣重熔后锻打成顶头，既能保证顶头的质量很好，成本很低，又能周而复始利用，形成循环产业链，节约了顶头制造成本，提高了经济效益。

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

本实施例所述的一种20CrNi4材质穿孔顶头的制备方法，包括以下步骤：准备材料--铸锭--电渣重熔--锻打--退火--精加工--渗碳--去应力退火。

具体步骤为：

（1）准备原料：采用20CrNi4材质刨花料，检验刨花料的金属元素含量，准备需要添加的金属元素；

（2）铸锭：将刨花料用AOD炉熔化，精炼，添加金属元素，使钢水成分合格，钢水温度保持在1640℃，去除表面浮渣，然后将钢水倒出至钢包，停留30秒，钢水温度在1620℃时浇注，将钢水注入方钢锭模，铸成方钢锭，方钢锭对角尺寸为100-800mm，方钢锭铸成后，在钢锭模内保温24小时、冷却后出模；

（3）电渣重熔：将浇注的方钢锭作电渣重熔电极，重熔成圆钢锭，方钢锭对角尺寸比圆钢锭直径大，一般大10-50mm，圆钢大小根据顶头规格设定，电渣重熔的方法为：采用水冷铜结晶器，将电极在结晶器上方固定好，保持电极与结晶器内壁间隙均匀，电极离地板间隙1cm，渣系采用CaF2、Al2O3粉末按1:1比例搅拌均匀，并经350℃烘干，在坩埚内熔成渣液后迅速倒入水冷铜结晶器，接通电源，即可进行电渣重熔，重熔电流为5500A，重熔电压50V；

（4）锻打：将圆钢锭均匀加热至1100℃，采用10吨电液锤锻打，经墩粗、拔长、拔尖、切断、成型、冲孔等工序后即可锻打为所需的各种型号的顶头；

（5）热处理：顶头锻打完成后放入退火炉，以80℃/小时的速度加热至720℃，保温24小时，随炉冷却至150℃出炉，空冷；

（6）冷却后精加工，精加工完毕渗碳处理;

（7）装配：渗碳完毕待冷却后装配尾节，再焊接，焊完回火，回火温度380℃，保温2小时，随炉冷却至150℃出炉空冷，待完全冷却后精车，检验合格包装发货。

采用本实施例所述的制备方法制作的顶头其力学性能：抗拉强度σb (MPa)：950(95)，屈服强度σs(MPa)：698(70)，伸长率δ5(％)：14，断面收缩率 ψ(％)：58，冲击功 Akv (J)：78，冲击韧性值αkv(J/cm2)：92(9)，硬度：204HB，在实际使用时，顶头寿命稳定，顶头穿孔寿命达570支。

Claims (2)

1.一种20CrNi4材质穿孔顶头的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：准备材料--铸锭--电渣重熔--锻打--退火--精加工--渗碳--去应力退火；

具体步骤为：

（1）准备原料：采用20CrNi4材质刨花料，检验刨花料的金属元素含量，准备需要添加的金属元素；

（2）铸锭：将刨花料用AOD炉熔化，精炼，添加金属元素，使钢水成分合格，钢水温度保持在1640-1650℃之间，去除表面浮渣，然后将钢水倒出至钢包，停留20-40秒，钢水温度在1620℃时浇注，将钢水注入方钢锭模，铸成方钢锭，方钢锭铸成后，在钢锭模内保温24小时、冷却后出模；

（3）电渣重熔：将浇注的方钢锭作电渣重熔电极，重熔成圆钢锭，电渣重熔的方法为：采用水冷铜结晶器，将电极在结晶器上方固定好，保持电极与结晶器内壁间隙均匀，电极离地板间隙1cm，渣系采用CaF2、Al2O3粉末按1:1比例搅拌均匀，并经350℃烘干，在坩埚内熔成渣液后迅速倒入水冷铜结晶器，接通电源，即可进行电渣重熔，重熔电流根据所需圆钢尺寸确定，电流为3000-7000A，重熔电压50V；

（4）锻打：将圆钢锭均匀加热至1100℃，采用10吨电液锤锻打，经墩粗、拔长、拔尖、切断、成型、冲孔工序后即可锻打为所需的各种型号的顶头；

（5）热处理：顶头锻打完成后放入退火炉，以80℃/小时的速度加热至720℃，保温24小时，随炉冷却至150℃出炉，空冷；

（6）冷却后精加工，精加工完毕渗碳处理；

（7）装配：渗碳完毕待冷却后装配尾节，再焊接，焊完回火，回火温度380℃，保温2小时，随炉冷却至150℃出炉空冷，待完全冷却后精车，检验合格包装发货。

2.根据权利要求1所述的一种20CrNi4材质穿孔顶头的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的圆钢锭直径比方钢锭对角尺寸小10-50mm。