專利名稱：穿軋用頂頭的制造方法及穿軋用頂頭的再生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠循環(huán)使用在用于制造無(wú)縫鋼管的穿軋機(jī)中的穿軋用頂頭(以下簡(jiǎn)稱為“頂頭”)的制造方法、該頂頭的再生方法。
背景技術(shù)：
廣泛采用滿乃斯曼式制管法作為以熱加工方式制造無(wú)縫鋼管的方法。在滿乃斯曼式制管法中，將被加熱到規(guī)定溫度的圓鋼坯輸送到穿軋機(jī)(piercer)中，然后對(duì)該圓鋼坯的軸心部進(jìn)行穿孔從而獲得被稱為“hollow shell”的空心管坯。
然后，將該空心管坯保持原樣地直接輸送到頂頭式管軋機(jī)(P lug mi 11 )、芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)(mandrel mill)等后續(xù)的延伸軋制機(jī)中來(lái)進(jìn)行延伸軋制、或者在依據(jù)需要使該空心管還通過(guò)與上述穿軋機(jī)相同結(jié)構(gòu)的延伸軋機(jī)(elongator)而被擴(kuò)徑、變薄之后將該空心管坯輸送到上述后續(xù)的延伸軋制機(jī)中來(lái)進(jìn)行延伸軋制。然后，使該空心管坯經(jīng)過(guò)拉伸縮徑軋機(jī)(stretch reducer)、均整機(jī)(reeler)、定徑機(jī)(sizer)等而對(duì)該空心管還進(jìn)行研磨、 形狀修整以及定徑(sizing)，從而制造出作為產(chǎn)品的無(wú)縫鋼管。
在利用穿軋機(jī)進(jìn)行的穿軋中，使用炮彈形狀的頂頭作為穿孔用工具。該頂頭安裝在心軸的頂端，由于對(duì)被加熱到1200°C左右高溫的鋼坯進(jìn)行穿孔，因此該頂頭處于在高溫條件下承受高表面壓力的狀態(tài)。因此，在頂頭的表面上形成有用于保護(hù)頂頭母材的氧化皮保護(hù)膜。氧化皮保護(hù)膜起到阻擋來(lái)自鋼坯的熱、并且防止該頂頭與鋼坯發(fā)生燒結(jié)的作用。
通常，以900°C 1000°C左右的高溫對(duì)由熱加工工具鋼構(gòu)成的頂頭進(jìn)行數(shù)小時(shí) 數(shù)十小時(shí)的熱處理，從而形成頂頭表面上的氧化皮保護(hù)膜。
近年來(lái)，對(duì)無(wú)縫鋼管的需求顯著增加，尤其對(duì)能用在嚴(yán)酷環(huán)境中的無(wú)縫鋼管的需求明顯增加。在嚴(yán)酷的環(huán)境中，適合使用不銹鋼、Ni基合金鋼、含有9%以上的Cr的高Cr 鋼這樣的高合金鋼的無(wú)縫鋼管。
在制造高合金鋼的無(wú)縫鋼管時(shí)，當(dāng)在穿軋中使用帶氧化皮保護(hù)膜的頂頭時(shí)，由于是對(duì)變形阻力較大的鋼坯進(jìn)行穿孔，因此頂頭上的氧化皮保護(hù)膜容易發(fā)生磨損、剝離。當(dāng)頂頭上的氧化皮保護(hù)膜發(fā)生磨損、剝離時(shí)，隔熱效果下降，因此頂頭母材的溫度上升，頂頭有可能產(chǎn)生熔損。
通常，在將帶氧化皮保護(hù)膜的頂頭用在制造高合金鋼的無(wú)縫鋼管時(shí)的穿軋中的情況下，因多次循環(huán)而使氧化皮保護(hù)膜磨損，頂頭的使用壽命變得極短。
另外，在使用氧化皮保護(hù)膜已經(jīng)被損耗了的頂頭而繼續(xù)進(jìn)行穿軋時(shí)，由于頂頭母材與鋼坯直接接觸，所以兩者發(fā)生燒結(jié)，并且在空心管坯的內(nèi)表面上產(chǎn)生缺陷而有損產(chǎn)品品質(zhì)。
因而，在制造高合金鋼的無(wú)縫鋼管時(shí)，必須頻繁更換頂頭，結(jié)果導(dǎo)致穿軋機(jī)的制造CN 102921732 A書明說(shuō)2/18 頁(yè)效率下降。特別在像近年這樣希望高效地生產(chǎn)無(wú)縫鋼管、推進(jìn)滿乃斯曼式制管設(shè)備的連續(xù)化的情況下，穿軋機(jī)的制造效率的下降會(huì)影響無(wú)縫鋼管的整體制造效率。
為了自心軸卸下在穿軋中用過(guò)的頂頭來(lái)進(jìn)行再生并重新使用于穿軋，必須重新形成氧化皮保護(hù)膜，為此所要進(jìn)行的熱處理耗費(fèi)大量時(shí)間和工時(shí)。因此，為了不降低穿軋機(jī)的制造效率、即使非常頻繁地更換頂頭也不會(huì)出現(xiàn)頂頭不夠的情況，需要確保巨大數(shù)量的頂頭。
考慮到上述情況，為了盡量減少要確保的頂頭的數(shù)量，進(jìn)行了各種謀求提高頂頭使用壽命的研究。例如，在日本特公平4-8498號(hào)公報(bào)(以下稱作“文獻(xiàn)I”)中提出了一種通過(guò)減少Cr且添加Mo、W等來(lái)提高頂頭母材的高溫強(qiáng)度、并且在頂頭的表面上生成并附著有密合性優(yōu)異的氧化皮的頂頭。
該文獻(xiàn)I所提出的頂頭在鋼坯的穿孔長(zhǎng)度很長(zhǎng)的情況下，頂頭母材的高溫強(qiáng)度以及氧化皮保護(hù)膜的密合性均不足，存在不能確保足夠長(zhǎng)的使用壽命這樣的缺點(diǎn)。
在日本特開(kāi)平4-74848號(hào)公報(bào)(以下稱作“文獻(xiàn)2”)以及日本特開(kāi)4-270003號(hào)公報(bào)(以下稱作“文獻(xiàn)3”)中，提出了一種采用具有能提高高溫變形阻力以及耐裂紋性的成分組成的頂頭母材、且在頂頭的表面上形成有氧化皮保護(hù)膜的頂頭。但是，上述文獻(xiàn)2以及文獻(xiàn)3所提出的頂頭在穿孔時(shí)，氧化皮保護(hù)膜在表面壓力最大且溫度上升的頂頭頂端部發(fā)生熔化而喪失隔熱性以及耐磨損性，因此存在頂頭的頂端部容易發(fā)生熔損、變形這樣的缺點(diǎn)。
在日本特公昭64-7147號(hào)公報(bào)(以下稱作“文獻(xiàn)4”)中提出了一種采用添加了 Cr 和Cu的頂頭母材、且在頂頭的表面上形成有氧化皮保護(hù)膜的頂頭。但是，該文獻(xiàn)4所提出的頂頭也具有在穿孔時(shí)容易在頂頭頂端部發(fā)生熔損、變形這樣的缺點(diǎn)。
總之，上述文獻(xiàn)I 4所提出的頂頭雖然都調(diào)整了頂頭母材的成分組成，但是在將上述頂頭應(yīng)用在高合金鋼的無(wú)縫鋼管的穿軋中的情況下，只通過(guò)設(shè)計(jì)頂頭母材的成分，無(wú)法期待充分提高頂頭的使用壽命。
另外，當(dāng)在穿軋中重新使用上述文獻(xiàn)1 4所提出的頂頭的情況下，為了再生氧化皮保護(hù)膜，仍然需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的熱處理。因此，還需要進(jìn)行將頂頭表面的保護(hù)膜換成氧化皮之外的保護(hù)膜來(lái)謀求提高頂頭的使用壽命的研究。
例如，在日本特開(kāi)平10-180315號(hào)公報(bào)(以下稱作“文獻(xiàn)5”)中提出了一種利用 SiC、Al203、Zr02或Si3N4這樣的陶瓷構(gòu)成表面的一部分來(lái)代替氧化皮、從而提高了高溫彎曲強(qiáng)度的頂頭。在日本特公昭59-13924號(hào)公報(bào)(以下稱作“文獻(xiàn)6”)中提出了一種在表面上等離子噴鍍Fe的氧化物粉末而形成有保護(hù)膜的頂頭。
但是，在文獻(xiàn)5所提出的頂頭中，穿孔時(shí)的撞擊可能使陶瓷部分產(chǎn)生缺損，所以需要在更換、搬運(yùn)頂頭時(shí)謹(jǐn)慎處理。此外，由陶瓷構(gòu)成的頂頭本身比較昂貴，也很難再生。另外，在文獻(xiàn)6所提出的頂頭中，為了制作以及再生頂頭，需要設(shè)置用于等離子噴鍍粉末的大規(guī)模裝置，需要花費(fèi)巨大的成本。
如上所述，為了不會(huì)使穿軋的制造效率下降，一直在研究能夠提高頂頭的使用壽命的對(duì)策，在將頂頭用在高合金鋼的無(wú)縫鋼管的穿軋中的情況下，只通過(guò)設(shè)計(jì)頂頭母材的成分，無(wú)法期待充分提高頂頭的使用壽命。
另外，當(dāng)在穿軋中重新使用頂頭的情況下，為了再生氧化皮保護(hù)膜而需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的熱處理。因此，雖然開(kāi)發(fā)出了利用陶瓷構(gòu)成頂頭的表面、或在表面上等離子噴鍍Fe4的氧化物粉末而形成保護(hù)膜來(lái)替代氧化皮，但都不是提高頂頭的使用壽命的有效的對(duì)策。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而做成的，目的在于提供一種在循環(huán)使用時(shí)使用壽命優(yōu)異、以低成本且能夠在短時(shí)間內(nèi)再生的穿軋用頂頭的制造方法、該穿軋用頂頭的再生方法以及能夠在一連串的用于循環(huán)使用頂頭的設(shè)備列(online)中再生頂頭的穿軋用頂頭的再生設(shè)備列。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明人針對(duì)能夠用在制造無(wú)縫鋼管的穿軋中的頂頭，以提高頂頭的使用壽命以及為了順利地循環(huán)使用而以低成本且在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)再生為目的，反復(fù)進(jìn)行了潛心研究，完成了本發(fā)明。
提供一種穿軋用頂頭的制造方法，其能夠循環(huán)使用在用于制造無(wú)縫鋼管的穿軋機(jī)中，其特征在于，該穿軋用頂頭的制造方法包括以下步驟對(duì)上述穿軋用頂頭的表面實(shí)施噴丸處理；以及對(duì)實(shí)施了噴丸處理的上述穿軋用頂頭的表面，一邊使噴鍍噴嘴逐漸遠(yuǎn)離該穿軋用頂頭的表面一邊利用鐵線材對(duì)該穿軋用頂頭的表面進(jìn)行電弧噴鍍，從而形成由氧化物和Fe構(gòu)成并且氧化物所占的區(qū)域的比率在表層側(cè)比母材側(cè)高的保護(hù)。
提供一種穿軋用頂頭的再生方法，其用于循環(huán)使用上述的穿軋用頂頭，其特征在于，該穿軋用頂頭的再生方法包括以下步驟對(duì)上述穿軋用頂頭的表面實(shí)施噴丸處理而將穿軋后殘留的保護(hù)膜去除；以及對(duì)去除了穿軋后殘留的保護(hù)膜的上述穿軋用頂頭的表面， 一邊使噴鍍噴嘴逐漸遠(yuǎn)離該穿軋用頂頭的表面一邊利用鐵線材對(duì)該穿軋用頂頭的表面進(jìn)行電弧噴鍍，從而形成由氧化物和Fe構(gòu)成并且氧化物所占的區(qū)域的比率在表層側(cè)比母材側(cè)高的保護(hù)膜。
本發(fā)明的主旨在于，提供下述(I)的穿軋用頂頭、(2)的穿軋用頂頭的再生方法、以及(3)的穿軋用頂頭的再生設(shè)備列。
(I) 一種穿軋用頂頭，其能夠循環(huán)使用在用于制造無(wú)縫鋼管的穿軋機(jī)中，其特征在于，利用鐵線材對(duì)噴丸處理(shot blast)后的該頂頭的母材表面進(jìn)行電弧噴鍍，從而形成由氧化物和Fe構(gòu)成的保護(hù)膜。
優(yōu)選在上述(I)的頂頭中，上述保護(hù)膜中的上述氧化物所占的區(qū)域的比率為55 80 %。另外，優(yōu)選上述保護(hù)膜中的上述氧化物所占的區(qū)域的比率在表層側(cè)比母材側(cè)高，在這種情況下，優(yōu)選上述保護(hù)膜中的上述氧化物所占的區(qū)域的比率在保護(hù)膜與母材的相鄰部為 40%以下，在表層部為55 80%。另外，優(yōu)選該頂頭為炮彈形狀，且上述保護(hù)膜的厚度在頂端部比主體部厚。另外，優(yōu)選在上述保護(hù)膜的表面上層疊有潤(rùn)滑劑。另外，優(yōu)選上述鐵線材含有W。
(2) —種用于循環(huán)使用上述(I)所述的穿軋用頂頭的再生方法，在對(duì)上述頂頭的表面實(shí)施噴丸處理而將穿軋后殘留的保護(hù)膜去除之后，利用鐵線材對(duì)該表面進(jìn)行電弧噴鍍， 從而形成由氧化物和Fe構(gòu)成的保護(hù)膜。
優(yōu)選在上述(2)的再生方法中，只在炮彈形狀的上述頂頭的頂端部進(jìn)行利用上述噴丸處理去除上述保護(hù)膜的操作以及利用上述電弧噴鍍形成上述保護(hù)膜的操作。
(3)—種能夠循環(huán)使用在用于制造無(wú)縫鋼管的穿軋機(jī)中的穿軋用頂頭的再生設(shè)備列，其特征在于，該設(shè)備排列有以下裝置心軸交接裝置，其用于將安裝有上述頂頭的心軸供給到穿軋機(jī)中，然后再回收穿軋后的心軸；頂頭更換裝置，其用于自該心軸交接裝置接收穿軋后的心軸，然后將穿軋后未進(jìn)行任何處理的頂頭更換為再生頂頭的心軸供給到上述心軸交接裝置中；噴丸裝置，其用于自該頂頭更換裝置接收穿軋后未進(jìn)行任何處理的頂頭，然后對(duì)該穿軋后未進(jìn)行任何處理的頂頭的表面實(shí)施噴丸處理；電弧噴鍍裝置，其用于接收被該噴丸裝置處理了的頂頭，然后利用鐵線材對(duì)該頂頭的表面進(jìn)行電弧噴鍍而形成有由氧化物和Fe構(gòu)成的保護(hù)膜的再生頂頭供給到上述頂頭更換裝置中，在上述裝置的排列中，依次將穿軋后未進(jìn)行任何處理的頂頭更換成再生頂頭并安裝在心軸上，然后將安裝有上述再生頂頭的心軸反復(fù)供給到穿軋機(jī)中。
優(yōu)選在上述(3)的再生設(shè)備列中，在將安裝有上述再生頂頭的心軸自上述心軸交接裝置供給到上述穿軋機(jī)的路徑上設(shè)置用于在上述再生頂頭的表面上層疊潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑劑噴射裝置。
采用本發(fā)明的穿軋用頂頭，由于形成在頂頭表面上的保護(hù)膜由氧化物和Fe構(gòu)成， 因此具有優(yōu)異的隔熱性和防燒結(jié)性，并且能夠提高頂頭的使用壽命，而且由于利用電弧噴鍍形成保護(hù)膜，因此能夠以低成本且在短時(shí)間內(nèi)制作以及再生頂頭。
另外，采用本發(fā)明的穿軋用頂頭的再生方法，通過(guò)使穿軋后未進(jìn)行任何處理的頂頭依次經(jīng)歷噴丸處理以及電弧噴鍍，能夠在頂頭的表面上重新形成由氧化物和Fe構(gòu)成的保護(hù)膜，因此能夠以低成本且在短時(shí)間內(nèi)再生頂頭。
此外，采用本發(fā)明的穿軋用頂頭的再生設(shè)備列，能夠構(gòu)成在短時(shí)間內(nèi)再生且更換頂頭的自動(dòng)化的一連串的用于循環(huán)使用頂頭的再生生產(chǎn)線，從而能夠不影響無(wú)縫鋼管的整體制造效率而在生產(chǎn)線上再生頂頭。
圖I是表示頂頭上的與電弧噴鍍距離相對(duì)應(yīng)的表面保護(hù)膜的X射線解析測(cè)量結(jié)果的圖。
圖2是表示頂頭上的與電弧噴鍍距離相對(duì)應(yīng)的表面保護(hù)膜的截面微觀組織的圖。
圖3是表示頂頭的保護(hù)膜中的氧化物比率與保護(hù)膜的密合力之間的相關(guān)性的圖。
圖4是表示頂頭的保護(hù)膜中的氧化物比率與保護(hù)膜的磨損量之間的相關(guān)性的圖。
圖5是表示頂頭的保護(hù)膜中的氧化物比率與連續(xù)穿軋次數(shù)(循次次數(shù))之間的相關(guān)性的圖。
圖6是表示逐漸增加噴鍍距離來(lái)進(jìn)行電弧噴鍍時(shí)的頂頭上的表面保護(hù)膜的截面微觀組織的圖。
圖7是表示在使用含有W的鐵線材而形成電弧噴鍍保護(hù)膜的頂頭中W含量與穿孔效率之間的關(guān)系的圖。
圖8是表示在使用含有W的鐵線材而形成電弧噴鍍保護(hù)膜的頂頭中穿孔效率與頂頭頂端的變形量之間的關(guān)系的圖。
圖9是示意性地表示帶電弧噴鍍保護(hù)膜頂頭的頂端部及其附近部在進(jìn)行10次穿孔后的狀態(tài)的剖視圖。
圖10是表示連續(xù)穿孔次數(shù)與殘留在頂頭主體部上的保護(hù)膜的厚度之間的相關(guān)性的圖。
圖11構(gòu)的圖。
圖12
圖13
圖14
圖15
圖16的圖。
圖17
圖18的另一例的圖。是示意性地表示用于循環(huán)使用本發(fā)明的穿軋用頂頭的再生設(shè)備列的整體結(jié)是表示頂頭更換裝置的整體結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。是用于說(shuō)明頂頭更換裝置中的頂頭的裝卸機(jī)構(gòu)的一例的主要部分剖視圖。 是表示噴丸裝置的整體結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。是表示電弧噴鍍裝置的整體結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。是示意性地表示在配置有潤(rùn)滑劑噴射裝置時(shí)的頂頭再生設(shè)備列的整體結(jié)構(gòu)是表示潤(rùn)滑劑噴射裝置的整體結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。是示意性地表示在配置有潤(rùn)滑劑噴射裝置時(shí)的頂頭再生設(shè)備列的整體結(jié)構(gòu)具體實(shí)施方式
本發(fā)明的穿軋用頂頭的特征在于，當(dāng)在頂頭母材的表面上形成保護(hù)膜時(shí)，使用電弧噴鍍裝置利用主要成分是Fe的鐵線材對(duì)頂頭母材的表面進(jìn)行電弧噴鍍，從而在頂頭母材的表面上形成由Fe304、Fe0等氧化物以及Fe (金屬)構(gòu)成的保護(hù)膜。
通過(guò)采用上述結(jié)構(gòu)，與以往利用熱處理形成氧化皮保護(hù)膜的操作相比，能夠在極短的時(shí)間內(nèi)利用電弧噴鍍?cè)谛轮谱鞯捻旑^的表面和再生頂頭的表面上形成保護(hù)膜。而且， 與以往的等離子噴鍍裝置相比，電弧噴鍍裝置能夠形成為相當(dāng)簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)，此外與以往作為等離子噴鍍的噴鍍材料的粉末相比，能夠廉價(jià)地采購(gòu)到作為電弧噴鍍的噴鍍材料的鐵線材。
另外，形成在本發(fā)明的穿軋用頂頭的表面上的混合有氧化物和Fe的保護(hù)膜具有優(yōu)異的隔熱性以及防燒結(jié)性。下面，說(shuō)明本發(fā)明的穿軋用頂頭所具有的特性。
圖I是表示頂頭上的與電弧噴鍍距離相對(duì)應(yīng)的表面保護(hù)膜的X射線解析測(cè)量結(jié)果的圖。圖2是表示頂頭上的與電弧噴鍍距離相對(duì)應(yīng)的表面保護(hù)膜的截面微觀組織的圖。所謂噴鍍距離是指從電弧噴鍍裝置的噴鍍噴嘴到作為保護(hù)膜對(duì)象物的頂頭母材的表面的距離。在圖I和圖2中，表不的是將噴鍛距離設(shè)為200mm、400mm、600mm、800mm、1000mm、1200mm 以及1400_時(shí)的利用電弧噴鍍形成的各保護(hù)膜的測(cè)量結(jié)果以及截面微觀組織。
從圖I可知，在利用電弧噴鍍形成在頂頭母材的表面上的保護(hù)膜中，噴鍍距離越大，氧化物即Fe3O4和FeO的含量越多而Fe的含量越少。這是因?yàn)樽試婂儑娮靽姵龅娜诨说膰婂儾牧?Fe)的氧化是與噴鍍距離相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行的。
另外，在圖2所示的保護(hù)膜的截面中，如圖中的區(qū)域所示，看起來(lái)呈淺灰色的區(qū)域表示Fe，看起來(lái)呈深灰色的區(qū)域表示氧化物，看起來(lái)呈黑色的區(qū)域表示空隙。從圖2得知， 例如在噴鍍距離為200mm時(shí)，氧化物占保護(hù)膜的20 % 30%的區(qū)域，F(xiàn)e占剩余的70 % 80%的區(qū)域。在噴鍍距離為IOOOmm時(shí)，氧化物占保護(hù)膜的80%左右的區(qū)域，F(xiàn)e占剩余的 20%左右的區(qū)域。從圖2的微觀組織同樣可知，噴鍍距離越大，氧化物越多而Fe越少。
這樣，氧化物在保護(hù)膜中所占的區(qū)域的比率(以下稱作“氧化物比率”)依據(jù)噴鍍距離的變化而變化。因而，通過(guò)調(diào)整噴鍍距離能夠控制保護(hù)膜中的氧化物比率。
圖3是表示頂頭的保護(hù)膜中的氧化物比率與保護(hù)膜的密合力之間的相關(guān)性的圖。保護(hù)膜的密合力用于表示保護(hù)膜與頂頭母材的表面之間的密合性能，是穿軋中的耐剝離性的指標(biāo)。即、若密合力較高，保護(hù)膜不易剝離，若密合力較低，保護(hù)膜容易剝離。如圖3所示， 保護(hù)膜的耐剝離性隨著保護(hù)膜中的氧化物比率的增加而下降，在氧化物比率為80%以上時(shí)而急劇下降。
圖4是表示頂頭的保護(hù)膜中的氧化物比率與保護(hù)膜的磨損量之間的相關(guān)性的圖。 保護(hù)膜的磨損量用于表示表面保護(hù)膜在被摩擦了 1600次時(shí)的重量減少量，是穿軋中的耐磨損性的指標(biāo)。即、若磨損量較小，則保護(hù)膜不易被磨損，若磨損量較大，則保護(hù)膜容易被磨損。如圖4所示，保護(hù)膜的耐磨損性隨著保護(hù)膜中的氧化物比率的增加而下降，在氧化物比率為80%以上時(shí)急劇下降。
在上述圖3和圖4中，保護(hù)膜的耐剝離性和耐磨損性之所以隨著保護(hù)膜中的氧化物比率的增加而下降，是因?yàn)榻橛谘趸锉舜酥g而有助于兩者結(jié)合的Fe (金屬)變少。
不過(guò)，從上述圖3和圖4可知，保護(hù)膜中的氧化物比率越低越能夠確保保護(hù)膜的耐剝離性和耐磨損性，但在氧化物比率過(guò)低時(shí)，F(xiàn)e占了保護(hù)膜的大部分，導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)地變高，隔熱性下降。因此，在進(jìn)行穿軋時(shí)，頂頭的頂端部容易發(fā)生熔損、變形。
圖5是表示頂頭的保護(hù)膜中的氧化物比率與連續(xù)穿軋次數(shù)(循環(huán)次數(shù))之間的相關(guān)性的圖。在進(jìn)行導(dǎo)出了圖5所示的結(jié)果的試驗(yàn)時(shí)，準(zhǔn)備母材是JIS規(guī)定的熱加工工具鋼的試驗(yàn)用頂頭，利用鐵線材對(duì)各個(gè)頂頭母材的表面進(jìn)行電弧噴鍍，從而形成400 μ m左右的保護(hù)膜。
在進(jìn)行電弧噴鍍時(shí)，為了使保護(hù)膜中的氧化物比率達(dá)到25%、45%、60%、75%以及85%，將噴鍍噴嘴的位置調(diào)整成與各氧化物比率對(duì)應(yīng)的噴鍍距離。另外，為了進(jìn)行比較， 在頂頭母材的表面上等離子噴鍍Fe3O4的粉末，從而形成保護(hù)膜。該等離子噴鍍頂頭相當(dāng)于上述文獻(xiàn)6所提出的頂頭，該頂頭上的保護(hù)膜全部由氧化物構(gòu)成。
使用所獲得的試驗(yàn)用頂頭進(jìn)行了反復(fù)穿軋被軋制材料的試驗(yàn)。使用材質(zhì)為SUS304 (JIS規(guī)定的奧氏體系不銹鋼)的高合金鋼且外徑為70mm、長(zhǎng)度為IOOOmm的圓鋼坯作為被軋制材料。在將該被軋制材料加熱到1200°C之后，使用上述試驗(yàn)用頂頭實(shí)施了將該被軋制材料成形成外徑為74_、壁厚為8. 6_、長(zhǎng)度為2200_的空心管還的穿孔試驗(yàn)。
此時(shí)，對(duì)于試驗(yàn)用頂頭，每次結(jié)束穿軋就檢查外觀，根據(jù)在頂頭的頂端部發(fā)生了熔損或變形時(shí)的循環(huán)次數(shù)、即能夠連續(xù)反復(fù)地進(jìn)行穿軋的最大循環(huán)次數(shù)(連續(xù)穿軋次數(shù))評(píng)價(jià)了頂頭的使用壽命。
如圖5中空心圓所示，在保護(hù)膜中的氧化物比率為25%的頂頭中，連續(xù)穿孔次數(shù)為O (零)，在氧化物比率為45 %和85 %的頂頭中，連續(xù)穿孔次數(shù)為I次，在氧化物比率為 60%和75%的頂頭中，連續(xù)穿孔次數(shù)為3次。
在用于比較的等離子噴鍍頂頭中，如圖5中黑色實(shí)心圓所示，連續(xù)穿孔次數(shù)為I 次。另外，在保護(hù)膜中的氧化物比率為25%和45%的頂頭中，發(fā)現(xiàn)頂頭的頂端部發(fā)生了熔損、變形。
根據(jù)圖5所示的結(jié)果可清楚得知，利用電弧噴鍍將保護(hù)膜中的氧化物比率調(diào)整成 55 80%的帶保護(hù)膜的頂頭具有等離子噴鍍頂頭的2倍以上的頂頭使用壽命，此外，將保護(hù)膜中的氧化物比率調(diào)整成60 75%的帶保護(hù)膜的頂頭具有等離子噴鍍頂頭的3倍以上的頂頭使用壽命。
因而，在將本發(fā)明的頂頭用在制造高合金鋼的無(wú)縫鋼管時(shí)的穿軋中的情況下，在將保護(hù)膜中的氧化物比率設(shè)為55 80%時(shí)，能夠成為使用壽命比以往的等離子噴鍍頂頭長(zhǎng)的頂頭。此外，從謀求進(jìn)一步提高頂頭的使用壽命的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選將保護(hù)膜中的氧化物比率設(shè)為60 75%。
接下來(lái)，進(jìn)一步研究了根據(jù)上述圖5所示的結(jié)果清楚得知的保護(hù)膜中的氧化物比率的有效性。在導(dǎo)出上述圖5所示的結(jié)果的試驗(yàn)所用的頂頭中，為了使保護(hù)膜中的氧化物比率在從保護(hù)膜與母材的相鄰部到表層部的整個(gè)區(qū)域上均勻，在恒定地保持噴鍍距離的狀態(tài)下進(jìn)行電弧噴鍍而形成保護(hù)膜，在此，還對(duì)為了使保護(hù)膜中的氧化物比率隨著靠近表層側(cè)而逐漸增加、一邊逐漸增加噴鍍距離一邊進(jìn)行電弧噴鍍而形成保護(hù)膜的頂頭實(shí)施了試驗(yàn)。
即、在形成保護(hù)膜時(shí)，以噴鍍噴嘴接近頂頭母材的表面的狀態(tài)、即以噴鍍距離較短的狀態(tài)下開(kāi)始進(jìn)行電弧噴鍍，之后逐漸拉遠(yuǎn)噴鍍噴嘴而以噴鍍距離變長(zhǎng)的狀態(tài)結(jié)束電弧噴鍍。由此，在頂頭母材的表面上形成氧化物比率隨著靠近表層側(cè)而逐漸增加的保護(hù)膜。該保護(hù)膜的氧化物比率在保護(hù)膜與母材的相鄰部上較低，在表層部上較高。
圖6是表示逐漸增加噴鍍距離來(lái)進(jìn)行電弧噴鍍時(shí)的頂頭中的表面保護(hù)膜的截面微觀組織的圖。與上述圖2相同，在圖6所示的保護(hù)膜的截面中，看起來(lái)呈淺灰色的區(qū)域表示Fe，看起來(lái)呈深灰色的區(qū)域表示氧化物，看起來(lái)呈黑色的區(qū)域表示空隙。如圖6所示，形成在頂頭母材的表面上的保護(hù)膜的氧化物比率在保護(hù)膜與母材的相鄰部上較低，在表層部上較聞。
使用上述帶保護(hù)膜的試驗(yàn)用頂頭實(shí)施了與上述穿孔試驗(yàn)相同的試驗(yàn)。根據(jù)上述由連續(xù)穿軋次數(shù)(循次次數(shù))決定的頂頭使用壽命進(jìn)行了評(píng)價(jià)。另外，為了進(jìn)行比較，針對(duì)以恒定地保持噴鍍距離的狀態(tài)進(jìn)行電弧噴鍍而在頂頭母材的表面上形成有氧化物比率在整個(gè)區(qū)域上均勻的保護(hù)膜的頂頭，也實(shí)施了相同的試驗(yàn)。該試驗(yàn)結(jié)果如下述表I所示。
表I
權(quán)利要求
1.一種穿軋用頂頭的制造方法，該穿軋用頂頭能夠循環(huán)使用在用于制造無(wú)縫鋼管的穿軋機(jī)中，其特征在于，該穿軋用頂頭的制造方法包括以下步驟 對(duì)上述穿軋用頂頭的表面實(shí)施噴丸處理；以及 對(duì)實(shí)施了噴丸處理的上述穿軋用頂頭的表面，一邊使噴鍍噴嘴逐漸遠(yuǎn)離該穿軋用頂頭的表面一邊利用鐵線材對(duì)該穿軋用頂頭的表面進(jìn)行電弧噴鍍，從而形成由氧化物和Fe構(gòu)成并且氧化物所占的區(qū)域的比率在表層側(cè)比母材側(cè)高的保護(hù)膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的穿軋用頂頭的制造方法，其特征在于， 上述保護(hù)膜中的上述氧化物所占的區(qū)域的比率在保護(hù)膜與母材的相鄰部為40%以下，在表層部為55 80%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的穿軋用頂頭的制造方法，其特征在于， 該穿軋用頂頭為炮彈形狀，上述保護(hù)膜的厚度在頂端部比主體部厚。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的穿軋用頂頭的制造方法，其特征在于， 該穿軋用頂頭為炮彈形狀，上述保護(hù)膜的厚度在頂端部比主體部厚。
5.根據(jù)權(quán)利要求I 4中任一項(xiàng)所述的穿軋用頂頭的制造方法，其特征在于， 該穿軋用頂頭的制造方法包括在上述保護(hù)膜的表面上層疊潤(rùn)滑劑的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求I 4中任一項(xiàng)所述的穿軋用頂頭的制造方法，其特征在于， 上述鐵線材含有W。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的穿軋用頂頭的制造方法，其特征在于， 上述鐵線材含有W。
8.一種穿軋用頂頭的再生方法，其用于循環(huán)使用權(quán)利要求I 7中任一項(xiàng)所述的穿軋用頂頭，其特征在于，該穿軋用頂頭的再生方法包括以下步驟 對(duì)上述穿軋用頂頭的表面實(shí)施噴丸處理而將穿軋后殘留的保護(hù)膜去除；以及 對(duì)去除了穿軋后殘留的保護(hù)膜的上述穿軋用頂頭的表面，一邊使噴鍍噴嘴逐漸遠(yuǎn)離該穿軋用頂頭的表面一邊利用鐵線材對(duì)該穿軋用頂頭的表面進(jìn)行電弧噴鍍，從而形成由氧化物和Fe構(gòu)成并且氧化物所占的區(qū)域的比率在表層側(cè)比母材側(cè)高的保護(hù)膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的穿軋用頂頭的再生方法，其特征在于， 只在炮彈形狀的上述穿軋用頂頭的頂端部進(jìn)行利用上述噴丸處理去除上述保護(hù)膜的操作以及利用上述電弧噴鍍形成上述保護(hù)膜的操作。
全文摘要
本發(fā)明提供一種穿軋用頂頭的制造方法及穿軋用頂頭的再生方法。穿軋用頂頭在母材的表面上通過(guò)電弧噴鍍主要成分是Fe的鐵線材而形成有由Fe3O4、FeO等氧化物和Fe(金屬)構(gòu)成的保護(hù)膜，因此能夠利用該保護(hù)膜實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的隔熱性以及防燒結(jié)性，獲得使用壽命長(zhǎng)的頂頭。另外，在再生該頂頭時(shí)，通過(guò)使穿軋后未進(jìn)行任何處理的頂頭依次經(jīng)歷噴丸處理以及電弧噴鍍，能夠在頂頭表面上重新形成保護(hù)膜，從而能夠以低成本且在短時(shí)間內(nèi)再生頂頭。
文檔編號(hào)C23C4/10GK102921732SQ20121041390
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2008年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月1日
發(fā)明者日高康善, 下田一宗, 中池纮嗣, 平瀨直也, 東田泰斗, 稻毛孝光, 永喜多淳, 中森正治, 吉川文人, 林良彥, 相坂隆行 申請(qǐng)人:住友金屬工業(yè)株式會(huì)社