CN106282782B

CN106282782B - 高合金热轧穿孔顶头

Info

Publication number: CN106282782B
Application number: CN201610890285.XA
Authority: CN
Inventors: 孙宇; 陈洪琪; 高瑞全; 吕传涛; 文玉成; 曹岭; 姚勇; 丁磊; 张东须; 王宏权; 刘源; 杨永昌; 吕春莉; 肖旭; 安雷; 高建学; 孙世忠; 高卫彬
Original assignee: Tianjin Pipe Group Corp
Current assignee: Tianjin Steel Tube Manufacturing Co., Ltd.
Priority date: 2016-10-12
Filing date: 2016-10-12
Publication date: 2018-05-25
Anticipated expiration: 2036-10-12
Also published as: CN106282782A

Abstract

本发明提供一种高合金热轧穿孔顶头，钢种组成元素及质量百分比为：C 0.10～0.40％，Si 0.15～1.00％，Mn 0.10～0.50％，P≤0.030％，S≤0.015％，Ni 0.50～1.00％，Cr 0.50～1.50％，Mo 2.00～6.00％，W 7.50～15.00％，Cu≤0.10％，Nb≤0.10％，V 0.20～0.50％，Ti 0.005～0.025％，Al 0.02～0.20％，残余元素N≤100ppm、O≤80ppm、As≤80ppm、Sn≤80ppm、Pb≤50ppm，余量为Fe。本发明的效果是高合金耐热穿孔顶头具有高温轧制不熔融，不开裂，不粘钢。穿轧效果良好，避免了轧制缺陷的产生，也提高了钢管产品的表面质量及成材率，同时穿孔寿命提高5倍以上。

Description

高合金热轧穿孔顶头

技术领域

本发明涉及一种无缝不锈钢管热轧穿孔工具，是一种高合金热轧穿孔顶头。

背景技术

随着无缝不锈钢管生产量的迅速增加，因不锈钢材质热变形抗力大，且材质较粘，采用传统的圆坯热轧技术与工艺在大批量不锈钢管的穿孔轧制时，轧制工具如穿孔顶头、导板因发生粘钢现象造成工具消耗骤增，同时也导致轧制的不锈钢管内外表面质量出现如工具粘钢等各种缺陷，使轧制不锈钢的成本居高不下，轧制成材率、生产效率较低，给企业规模化生产造成较大的影响。

顶头穿轧圆坯过程中，穿孔顶头因在1200～1300℃高温钢管穿孔过程中承受轴向压应力和径向拉应力，高速旋转使顶头前部急剧升温，导致顶头产生头部熔融、开裂、粘钢等缺陷而失效。

目前生产中采用的顶头主要是碳钢穿孔采用的普通材质的顶头，如20CrNi3Mo、20CrNi2等，或钼基合金顶头等。采用普通顶头穿孔，寿命一般穿轧3～5支，更换工具频繁，严重影响正常生产秩序，也导致产品表面产生缺陷，成材率低。采用钼基合金顶头，因已有生产工艺及生产线，不能满足钼基顶头的预热≥800℃且不能被水溅到的要求，价格高昂，也难以推广使用。

目前顶头主要为碳钢钢管穿孔使用的顶头材质，及高合金钼基材质顶头，均不满足现有生产线及产品要求。从生产需要出发，急需开发既满足高温轧制要求不熔融，又不开裂不粘钢的高合金耐热穿孔顶头。

发明内容

本发明的目的是提供一种高合金热轧穿孔顶头，以提高顶头穿孔寿命，同时提高穿管的内表面质量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种高合金热轧穿孔顶头，钢种组成元素及质量百分比为：C 0.10～0.40％，Si 0.15～1.00％，Mn 0.10～0.50％，P≤0.030％，S≤0.015％，Ni 0.50～1.00％，Cr 0.50～1.50％，Mo 2.00～6.00％，W 7.50～15.00％，Cu≤0.10％，Nb≤0.10％，V 0.20～0.50％，Ti 0.005～0.025％，Al 0.02～0.20％，残余元素N≤100ppm、O≤80ppm、As≤80ppm、Sn≤80ppm、Pb≤50ppm，余量为Fe。

可添加B、Mg、Co元素，其质量百分比为B 0.001-0.01％，Mg 0.002～0.010％，Co0.05～0.30％。

本发明的效果是解决了传统顶头轧制出现的熔融、开裂、粘钢等难题。高合金耐热穿孔顶头具有高温轧制不熔融，不开裂，不粘钢。该高合金耐热穿孔顶头表面具有致密氧化膜，具有良好的高温耐热红硬性能，同时具有良好的韧性，穿孔寿命长。穿轧效果良好，避免了轧制缺陷的产生，也提高了钢管产品的表面质量及成材率，同时穿孔寿命提高5倍以上。

具体实施方式

结合实施例对本发明的高合金热轧穿孔顶头结构加以说明。

本发明的高合金热轧穿孔顶头设计思想是基于通过配置特定的C、Mo、W、V等组成元素及质量百分比，冶炼高纯净钢，形成特定的Mo、W、V等元素的碳化物、固溶析出强化及弥散强化等充分发挥各特定元素的高温性能配合优势。添加B、Mg、Co元素，充分发挥B、Mg、Co元素对强化晶界能的作用，综合强化材质耐高温红硬性能，通过热处理，得到本发明的高合金耐热穿孔顶头，具有良好的机械性能及高温耐热红硬性能，同时具有良好的韧性。生产时，再配合防护涂层的使用，使用寿命显著增长。

本发明的高合金热轧穿孔顶头钢种组成元素及质量百分比为：C 0.10～0.40％，Si 0.15～1.00％，Mn 0.10～0.50％，P≤0.030％，S≤0.015％，Ni 0.50～1.00％，Cr 0.50～1.50％，Mo 2.00～6.00％，W 7.50～15.00％，Cu≤0.10％，Nb≤0.10％，V 0.20～0.50％，Ti 0.005～0.025％，Al 0.02～0.20％，残余元素N≤100ppm、O≤80ppm、As≤80ppm、Sn≤80ppm、Pb≤50ppm，余量为Fe。

在上述配方中添加B、Mg、Co元素，其质量百分比为B 0.001-0.01％，Mg 0.002～0.010％，Co 0.05～0.30％。

本发明的高合金耐热穿孔顶头的组成成分说明：

C：碳元素为碳化物形成元素，用于提高顶头的高温强度，提高高温软化温度。但碳元素含量太高，会导致顶头韧性下降，易出现开裂。因此，碳元素含量需控制在0.10～0.40％范围。

Si：硅元素也能提高顶头的强度，同时提高氧化膜的强度，但加入大量的硅会降低韧性，所以将其含量控制在0.15～1.00％范围。

Mn：锰元素可以提高热强度，但含量过高易导致高温开裂，所以将其含量控制在0.10～0.50％范围。

P、S：P和S是杂质元素。为提高韧性和高温强度，要尽量降低其含量。但考虑炼钢的成本，为了得到更好的高温性能，最好P＜0.030％、S＜0.015％。

Cr：铬元素能提高高温强度，有利于形成表面氧化膜，但过高导致材质传热能力减慢，易形成开裂，将其含量控制在0.50～1.50％范围。

Ni：镍元素还能提高钢的热力学稳定性和钢的韧性，有利于形成粘着性好的氧化膜。含量过高，氧化能力下降且导热性降低。所以将其含量控制在0.50～1.00％范围。

Mo：钼元素通过形成碳化物、固溶强化、弥散强化等形式显著提高材质的热强性和回火稳定性，提高材质的塑性，及提高材质的耐磨性，增加对变形、开裂及磨损的抗力。综合考虑，将其含量控制在2.00～6.00％范围。

W：钨元素增大铁的自扩散激活能，显著的提高钢的再结晶温度，通过形成碳化物、固溶强化、弥散强化等形式提高材质红硬性和热强性，提高材质的耐高温性能，与钼元素复合使用时，效果更加显著。钨元素的碳化物颗粒细小均匀，降低钢的过热敏感性。综合考虑，将其含量控制在7.50～15.00％范围。

V：钒元素在钢中主要以碳化物及沉淀强化形式存在，细化钢的晶粒度，降低钢的过热敏感性，提高钢的回火稳定性及热强性。所以将其含量控制在0.20～0.50％范围。

Ti：钛元素是化学性质极为活泼的元素，与氮等元素有极强的结合力，因此，利用钛元素去除或固定氮元素后，再加入B元素，以利于B元素的有效利用。将其含量控制在0.005～0.025％范围。

Al：铝元素在钢中主要起脱氧作用，有细化晶粒的作用。铝结合钢液中的氮，减少铌、钒的碳氮化物夹杂。同时，钢冶炼时，严格控制氧化铝夹杂物的产生，夹杂物过多，导致材质耐高温性能严重下降。将其含量控制在0.02～0.20％范围。

B：硼元素是化学性质极为活泼的元素，只有以固溶态存在于钢中才能起到有益作用，大多析集或吸附在晶界上，对强化晶界能起到显著的作用，增强耐热钢的高温强度及持久塑性。硼元素含量过高，导致材质脆性增加，所以将其含量控制在0.001-0.010％范围。

Mg：镁元素在钢中强化晶界性能，降低杂质元素的危害，增强材质的断裂韧性性能及高温持久性能。将其含量控制在0.002～0.010％范围。

Co：钴元素加入钢中不形成碳化物，可形成连续固溶体，对钢的热强性和高温硬度有显著的提高。将其含量控制在0.05～0.30％范围。

钢冶炼过程，进行严格控制O、N元素含量，控制到最低水平，同时严格控制五害元素含量，五害元素在晶界偏聚，有强的降低晶界强度作用，降低材质高温塑性，As≤80ppm、Sn≤80ppm、Pb≤50ppm。可适量添加B、Mg、Co元素，以提高抗开裂性能及高温耐热红硬性能。

顶头制造，原料按组成元素及质量百分比进行冶炼，浇注，加工成所需形状的顶头。热处理工艺，将成型顶头加热到880～950℃保温3～4小时，随炉冷却到350℃后，出炉空冷。表面氧化处理，先对顶头进行微加工处理，再加热到1000～1100℃进行高温氧化，然后在600～750℃温度下保温4～5小时，得到成品顶头。

本发明的高合金耐热穿孔顶头表面要加工光滑，氧化处理后具有良好的结构致密的氧化膜保护层。热穿孔生产中，使用前顶头外表面添加防护润滑涂层。

以下为本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步的说明，但本发明不限于下面的实施例。

实施例：不添加B、Mg、Co元素

表1实施例中各元素含量

除Fe元素外，残余元素的含量均满足本发明要求。

按表1实施例中顶头组成元素的质量百分比，进行真空冶炼，浇注，锻造加工成所需尺寸要求的顶头。

热处理工艺，将成型顶头加热到一定温度，实施例1为910℃，实施例2为930℃，实施例3为950℃，分别保温4小时，随炉冷却到350℃后，出炉空冷，得到顶头初产品。

表面氧化处理，先对顶头初产品进行加工处理得到尺寸合格的顶头，再加热到一定温度，实施例1为1050℃，实施例2为1070℃，实施例3为1100℃，进行高温氧化，然后在750℃温度下保温5小时，得到最终成品顶头。

采用制备的成品顶头样品，开展了轧制热穿合金钢管试验，单个顶头热穿合金钢管数量(即顶头寿命)如表2所示。

表2单个顶头热穿合金钢管数量

此3个实施例，高合金耐热穿孔顶头比普通顶头的穿轧数量提高显著，穿轧的钢管管体内表面质量良好。此试验的高合金耐热穿孔顶头的开裂比例约为原来出现比例的50％，顶头的使用寿命明显延长，使用寿命大约是普通顶头的5-10倍。

实施例：添加B、Mg、Co元素

表3实施例中各元素含量

除Fe元素外，残余元素的含量均满足本发明要求。

按表3实施例中顶头组成元素的质量百分比，进行真空冶炼，浇注，锻造加工成所需尺寸要求的顶头。

热处理工艺，将成型顶头加热到一定温度，实施例4为910℃，实施例5为930℃，实施例6为950℃，分别保温4小时，随炉冷却到350℃后，出炉空冷，得到顶头初产品。

表面氧化处理，先对顶头初产品进行加工处理得到尺寸合格的顶头，再加热到一定温度，实施例4为1050℃，实施例5为1070℃，实施例6为1100℃，进行高温氧化，然后在750℃温度下保温5小时，得到最终成品顶头。

采用制备的成品顶头样品，开展了轧制热穿合金钢管试验，单个顶头热穿合金钢管数量(即顶头寿命)如表4所示。

表4单个顶头热穿合金钢管数量

此3个实施例，高合金耐热穿孔顶头比上述实施例1-3试制的顶头的穿轧数量又有明显提高，穿轧的钢管管体内表面质量良好。此试验的高合金耐热穿孔顶头没有出现开裂现象，顶头的使用寿命进一步提高，使用寿命大约是普通顶头的8-17倍。

本发明的高合金耐热穿孔顶头比普通顶头的穿轧数量提高显著，穿轧的钢管管体内表面质量良好。生产试验结果表明本发明的高合金耐热穿孔顶头具有良好的耐高温性能，可以明显延长使用寿命。

Claims

1.一种高合金耐热穿孔顶头，其特征是：该顶头的钢种组成元素及质量百分比为：C0.36、Si 0.39、Mn 0.43、P 0.021、S 0.010、 Cr 1.24、Ni 0.86、 Mo 5.22、W 13.01、V0.39、Al 0.14、Ti 0.014、B 0.0033、Mg 0.007、Co 0.27，残余元素N≤100ppm、O≤80ppm、As≤80ppm、Sn≤80ppm、Pb≤50ppm，余量为Fe；

采用所述组成元素及质量的钢种制造顶头，将成型顶头加热到950℃，保温4小时，随炉冷却到350℃后，出炉空冷，得到顶头初产品，再加热到1100℃进行高温氧化，然后在750℃温度下保温5小时，得到成品顶头；

使用所述高合金耐热穿孔顶头在热穿孔生产中能够平均热穿制9Cr合金钢管支数达173支，平均热穿制13Cr合金钢管支数80支。