重庆钢管扣件租赁高合金钢管穿孔顶头的开发
来源:    发布时间: 2017-11-28 10:47   1518 次浏览   大小:  16px  14px  12px
    随着科学技术的进步和高合金钢管市场需求的不断升温,高合金钢管穿孔顶头(以下简称高合金顶头)的需求量相应增大,其附加值也比普通顶头高得多,市场前景十分看好。但因其恶劣的工作环境,高合金顶头在穿孔过程中直接与高温管坯
    随着科学技术的进步和高合金钢管市场需求的不断升温,高合金钢管穿孔顶头(以下简称高合金顶头)的需求量相应增大,其附加值也比普通顶头高得多,市场前景十分看好。但因其恶劣的工作环境,高合金顶头在穿孔过程中直接与高温管坯接触,其受力复杂,承受着巨大的轴向力、压应力、切应力以及表面摩擦力,同时存在机械冲击和高温高压、急冷急热以及轧制力的作用[1,2],在各种复杂应力的综合作用下,高合金顶头的寿命不高,容易发生早期鼻部塌鼻、粘钢、掉肉和开裂等失效[3,4],平均寿命约3~10支钢管/只。因此,进一步研究高合金顶头的材料性能、铸造、热处理工艺方法、组织性能等,也成为迫在眉睫的工作。
    1 重庆钢管扣件租赁高合金顶头的开发
    1.1 材质的合理选择
    高合金顶头与普通常规顶头的区别在于其穿管材质的不同,高合金顶头主要穿管对象为T91、高铬钢等材质,使用工况也更加恶劣,这也决定了对高合金顶头基体材质耐高温、耐磨、耐压等性能的更高要求。
    合金元素在钢中形成固溶体,产生固溶强化作用,使钢的强度、硬度提高;形成化合物,化合物种类分为合金渗碳体如(Fe, Mn)3C和特殊碳化物如VC,WC,MoC,Cr7C3及Cr23C6等。这些碳化物尤其是特殊碳化物均具有高的硬度和强度且弥散分布,对钢的性能影响非常重要。参考以往生产顶头的经验和合金元素对钢性能的影响,对高合金顶头材质选用含有较多碳化物形成元素的Cr,Mo合金元素,具有较好高温硬度、耐磨性的W合金元素和具有较好韧性、氧化性的Ni合金元素,以及其它在高温下具有较高的强度、硬度并能强化组织、提高耐磨性的Co,Nb,V合金元素,其成分参数范围如表1所示。
    1.2 生产工艺流程及设备简介
    生产工艺流程为:熔炼→浇铸→开箱→清铲→热处理→机加工→高温氧化→成品。
    高合金顶头试制规格为Ф136 mm×280 mm,随炉浇铸试块,试块规格为Ф40 mm×30 mm。
    生产设备有炼钢电弧炉、井式气体氧化炉、硬度计、电子显微镜、金相试样抛光机、金相试样切割机、拉伸测量仪、测量冲击功测量仪和缓冷坑等。
    1.3 铸造工艺
    根据高合金顶头图纸,考虑收缩率、加工余量、拔模斜度等,设计出铸造工艺图如图1和图2所示。高合金顶头端部设计为帽口,做木模实样四副,分别固定在870 mm×870 mm型板上,砂型内腔及浇道上涂料2遍,每箱浇注4只高合金顶头,热割帽口。
    对上述铸造方法生产的高合金顶头进行外观质量检验,其外观质量良好,没有发现气孔、缩孔、夹砂等表面铸造缺陷;对内部质量进行检验,将顶头横向、纵向切割剖开,进行着色探伤,结果显示:内部没有发现明显的铸造缺陷,在靠近心部处有些微疏松现象出现,从理论上分析,符合铸造特点。
    1.4 热处理工艺
    结合高合金顶头合金元素多、含量高的特点,采用了普通顶头所不常采用的热处理工序,并对各热处理工序的工艺参数进行合理设计,采用金相分析手段,分析了各热处理工艺对高合金顶头组织与性能的影响。
    高合金顶头经铸造后,进行如下热处理工序:均匀化退火→球化退火→氧化处理→回火处理。工序分析说明如下:
    高合金顶头因合金元素多、含量高,铸件在凝固时,势必存在偏析现象,造成成分和组织的不均匀性。为消除或减少化学成分偏析及显微组织的不均匀性,考虑对该批高合金顶头进行均匀化退火处理;经均匀化退火处理后的顶头,化学成分偏析与组织会得到一定程度的改善。考虑到后续切削加工性能,因此进行球化处理。高合金顶头表面氧化后,出炉温度较高,相当于一次正火处理,为减少应力,在氧化后增加回火处理,一方面减少应力,另一方面使得氧化质量进一步改善。
    1.4.1 均匀化退火和球化退火
    钢件均匀化退火加热温度[5]通常选择在AC3或ACcm以上150~300 ℃,视钢种和偏析程度而异;出炉温度方面,高合金钢及高淬透性钢种最好在350 ℃左右出炉,以免产生应力及使硬度偏高[6]。高合金顶头的均匀化退火工艺如下:在600~650 ℃保温2 h,随炉升温,升温速度100~150 ℃/h,升温至1050~1150 ℃时保温9 h,随炉冷却至800~950 ℃时保温2 h,出炉空冷,冷却至约350 ℃时进行球化处理。
    高合金顶头经均匀化退火后,为改善切削性能和晶粒粗大状况,进行球化处理,工艺如下:在700~800 ℃时加热保温3~5 h,随炉冷却,冷却速度为10~20 ℃/h,至650~700 ℃时等温4~6 h,再随炉冷却至500 ℃出炉空冷。
    1.4.2 氧化处理与回火处理
    高温氧化处理使高合金顶头的表面形成深灰色、完整光滑致密的氧化膜,且与顶头基体有良好的粘附性。氧化膜起到保护层的作用,在穿孔时有承受高温、高压摩擦、旋转扭曲等恶劣工作条件的适应能力,可以有效地提高高合金顶头的使用寿命,起到隔热和润滑作用[7]。在穿孔过程中顶头表面氧化膜中的Fe3O4、Fe(Fe2-x)CrxO4及(FeCr)O主要起隔热作用,此外Fe(Fe2-x)CrxO、(FeCr)O还起到更重要的强化外层氧化物与本体金属的结合强度的作用[8]。由此可见,从隔热和增加氧化层的附着性角度出发,在顶头的表面氧化处理中,应尽量获得由FeO、Fe3O4、Fe(Fe2-x)CrxO 和(FeCr)O 等氧化物所组成的氧化膜,这样才能大幅度地提高顶头的使用寿命。考虑增加由氧化性气氛扩散所决定的Fe(Fe2-x)CrxO 及(FeCr)O层的厚度[9],尤其是加大其沿晶界扩散速度和深度,能大幅度地提高顶头表面氧化膜的耐久性。http://www.cqhzjzzl.cn/