一種20CrNi4材質穿孔頂頭的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料加工技術領域，具體涉及一種20CrNi4材質穿孔頂頭的制備方法。
【背景技術】
[0002]頂頭在鋼管生產過程中作穿孔用，不銹鋼管采用鑰頂頭穿孔，低合金鋼和碳鋼鋼管均采用20CrNi4或15CrNi3MoW材質鑄造頂頭，普通穿孔頂頭采用砂型鑄造工藝，鑄造時用中頻爐冶煉，一次性澆注成型，每個頂頭穿孔壽命不超過300支鋼管，且極不穩(wěn)定，少的僅穿孔幾十支鋼管，大部分頂頭的穿孔壽命為150-220支鋼管，平均壽命僅180支左右，頂頭報廢多為開裂。

【發(fā)明內容】

[0003]為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種20CrNi4材質穿孔頂頭的制備方法，用20CrNi4材質的刨花料采用AOD爐鑄方錠，用方錠作電極，采用電渣重熔工藝，制成圓鋼，再鍛打成所需的頂頭，加工出的頂頭質量好，成本低，又能周而復始利用，形成循環(huán)產業(yè)鏈，節(jié)約了頂頭制造成本，提高了經濟效益。
[0004]為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案如下:
一種20CrNi4材質穿孔頂頭的制備方法，其特征在于:包括以下步驟:準備材料一鑄錠一電洛重熔一鍛打一退火一精加工一滲碳一去應力退火。
[0005]具體步驟為:
(1)準備原料:采用20CrNi4材質刨花料，檢驗刨花料的金屬元素含量，準備需要添加的金屬兀素；
(2)鑄錠:將刨花料用AOD爐熔化，精煉，添加金屬元素，使鋼水成分合格，鋼水溫度保持在1640-1650°C之間，去除表面浮渣，然后將鋼水倒出至鋼包，停留20-40秒，鋼水溫度在1620°C時澆注，將鋼水注入方鋼錠模，鑄成方鋼錠，方鋼錠鑄成后，在鋼錠模內保溫24小時、冷卻后出模；
(3)電渣重熔:將澆注的方鋼錠作電渣重熔電極，重熔成圓鋼錠，電渣重熔的方法為:采用水冷銅結晶器，將電極在結晶器上方固定好，保持電極與結晶器內壁間隙均勻，電極離地板間隙1cm，渣系采用CaF2、A1203粉末按1:1比例攪拌均勻，并經350°C烘干，在坩堝內熔成渣液后迅速倒入水冷銅結晶器，接通電源，即可進行電渣重熔，重熔電流根據所需圓鋼尺寸確定，一般為3000-7000A之間，重熔電壓50V ；
(4)鍛打:將圓鋼錠均勻加熱至1100°C，采用10噸電液錘鍛打，經墩粗、拔長、拔尖、切斷、成型、沖孔等工序后即可鍛打為所需的各種型號的頂頭；
(5)熱處理:頂頭鍛打完成后放入退火爐，以80°C/小時的速度加熱至720°C，保溫24小時，隨爐冷卻至150°C出爐，空冷；
(6)冷卻后精加工，精加工完畢滲碳處理； (7)裝配:滲碳完畢待冷卻后裝配尾節(jié)，再焊接，焊完回火，回火溫度380°C，保溫2小時，隨爐冷卻至150°C出爐空冷，待完全冷卻后精車，檢驗合格包裝發(fā)貨。
[0006]作為本發(fā)明的一種改進，步驟(2)后的圓鋼錠直徑比方鋼錠對角尺寸小10_50mm。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明所述的一種20CrNi4材質穿孔頂頭的制備方法，采用刨花料鑄造后用電渣重熔加鍛打工藝生產頂頭，刨花料本是低價值的廢料，采用AOD爐冶煉后鋼錠中氣體含量、S、P含量很低，減少了鍛打開裂傾向，再進行電渣重熔，使鋼錠中的雜質元素進一步去除，獲得潔凈的鋼水后快速冷卻成型為所需要的圓鋼錠，晶粒細化，再經鍛打后組織更密實，鍛打后退火可以穩(wěn)定組織，提高其機械性能，消除鍛打過程中的內應力，使用時不開裂，強度和耐磨性變好，使用壽命長，采用本發(fā)明所述的制備方法制作的頂頭在實際使用時，頂頭壽命穩(wěn)定，頂頭穿孔平均壽命達550支左右，使用壽命延長3倍，減少了鋼管生產過程中頂頭更換次數，提高了勞動生產率，降低了穿孔費用，節(jié)約了生產成本，經濟效益明顯。
[0008]步驟(3 )采用電渣重熔工藝重熔的圓鋼，重量與頂頭毛坯重量相當，圓鋼直徑等于或略小于頂頭外徑；圓鋼的重量和外徑根據頂頭規(guī)格確定。
[0009]采用AOD爐冶煉刨花料，可脫碳精煉，鋼水質量好，鑄錠后再電渣重熔后鍛打成頂頭，既能保證頂頭的質量很好，成本很低，又能周而復始利用，形成循環(huán)產業(yè)鏈，節(jié)約了頂頭制造成本，提高了經濟效益。
【具體實施方式】
[0010]下面結合【具體實施方式】，進一步闡明本發(fā)明，應理解下述【具體實施方式】僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
實施例
[0011]本實施例所述的一種20CrNi4材質穿孔頂頭的制備方法，包括以下步驟:準備材料一鑄錠一電渣重熔一鍛打一退火一精加工一滲碳一去應力退火。
[0012]具體步驟為:
(1)準備原料:采用20CrNi4材質刨花料，檢驗刨花料的金屬元素含量，準備需要添加的金屬兀素；
(2)鑄錠:將刨花料用AOD爐熔化，精煉，添加金屬元素，使鋼水成分合格，鋼水溫度保持在1640°C，去除表面浮渣，然后將鋼水倒出至鋼包，停留30秒，鋼水溫度在1620°C時澆注，將鋼水注入方鋼錠模，鑄成方鋼錠，方鋼錠對角尺寸為100-800mm，方鋼錠鑄成后，在鋼錠模內保溫24小時、冷卻后出模；
(3)電渣重熔:將澆注的方鋼錠作電渣重熔電極，重熔成圓鋼錠，方鋼錠對角尺寸比圓鋼錠直徑大，一般大10_50mm，圓鋼大小根據頂頭規(guī)格設定，電渣重熔的方法為:采用水冷銅結晶器，將電極在結晶器上方固定好，保持電極與結晶器內壁間隙均勻，電極離地板間隙lcm，渣系采用CaF2、A1203粉末按1:1比例攪拌均勻，并經350°C烘干，在坩堝內熔成渣液后迅速倒入水冷銅結晶器，接通電源，即可進行電渣重熔，重熔電流為5500A，重熔電壓50V;
(4)鍛打:將圓鋼錠均勻加熱至1100°C，采用10噸電液錘鍛打，經墩粗、拔長、拔尖、切斷、成型、沖孔等工序后即可鍛打為所需的各種型號的頂頭； (5)熱處理:頂頭鍛打完成后放入退火爐，以80°C/小時的速度加熱至720°C，保溫24小時，隨爐冷卻至150°C出爐，空冷；
(6)冷卻后精加工，精加工完畢滲碳處理；
(7)裝配:滲碳完畢待冷卻后裝配尾節(jié)，再焊接，焊完回火，回火溫度380°C，保溫2小時，隨爐冷卻至150°C出爐空冷，待完全冷卻后精車，檢驗合格包裝發(fā)貨。
[0013]采用本實施例所述的制備方法制作的頂頭其力學性能:抗拉強度ob (MPa):950 (95)，屈服強度σ s (MPa):698 (70)，伸長率δ 5(% ): 14，斷面收縮率Ψ (% ):58，沖擊功Akv (J):78，沖擊韌性值akv(J/cm2):92 (9)，硬度:204HB，在實際使用時，頂頭壽命穩(wěn)定，頂頭穿孔壽命達570支。
【主權項】
1.一種20CrNi4材質穿孔頂頭的制備方法，其特征在于:包括以下步驟:準備材料一鑄錠一電渣重熔一鍛打一退火一精加工一滲碳一去應力退火； 具體步驟為: (1)準備原料:采用20CrNi4材質刨花料，檢驗刨花料的金屬元素含量，準備需要添加的金屬兀素； (2)鑄錠:將刨花料用AOD爐熔化，精煉，添加金屬元素，使鋼水成分合格，鋼水溫度保持在1640-1650°C之間，去除表面浮渣，然后將鋼水倒出至鋼包，停留20-40秒，鋼水溫度在1620°C時澆注，將鋼水注入方鋼錠模，鑄成方鋼錠，方鋼錠鑄成后，在鋼錠模內保溫24小時、冷卻后出模； (3)電渣重熔:將澆注的方鋼錠作電渣重熔電極，重熔成圓鋼錠，電渣重熔的方法為:采用水冷銅結晶器，將電極在結晶器上方固定好，保持電極與結晶器內壁間隙均勻，電極離地板間隙1cm，渣系采用CaF2、A1203粉末按1:1比例攪拌均勻，并經350°C烘干，在坩堝內熔成渣液后迅速倒入水冷銅結晶器，接通電源，即可進行電渣重熔，重熔電流根據所需圓鋼尺寸確定，一般為3000-7000A之間，重熔電壓50V ； (4)鍛打:將圓鋼錠均勻加熱至1100°C，采用10噸電液錘鍛打，經墩粗、拔長、拔尖、切斷、成型、沖孔等工序后即可鍛打為所需的各種型號的頂頭； (5)熱處理:頂頭鍛打完成后放入退火爐，以80°C/小時的速度加熱至720°C，保溫24小時，隨爐冷卻至150°C出爐，空冷； (6)冷卻后精加工，精加工完畢滲碳處理； (7)裝配:滲碳完畢待冷卻后裝配尾節(jié)，再焊接，焊完回火，回火溫度380°C，保溫2小時，隨爐冷卻至150°C出爐空冷，待完全冷卻后精車，檢驗合格包裝發(fā)貨。
2.根據權利要求1所述的一種20CrNi4材質穿孔頂頭的制備方法，其特征在于:步驟(3)所述的圓鋼錠直徑比方鋼錠對角尺寸小10-50mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種20CrNi4材質穿孔頂頭的制備方法，包括以下步驟：準備材料-鑄錠-電渣重熔-鍛打-退火-精加工-滲碳-去應力退火；本發(fā)明采用AOD爐冶煉刨花料，可脫碳精煉，鋼水質量好，鑄錠后再電渣重熔后鍛打成頂頭，頂頭的質量好，使用壽命延長3倍，減少了鋼管生產過程中頂頭更換次數，提高了勞動生產率，降低了穿孔費用，成本很低，又能周而復始利用，形成循環(huán)產業(yè)鏈，節(jié)約了頂頭制造成本，提高了經濟效益。
【IPC分類】B23P15-00, C21D8-00, C22B9-18, C21C7-068
【公開號】CN104646955
【申請?zhí)枴緾N201410783769
【發(fā)明人】曹明剛
【申請人】江蘇皓宇合金機械有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2014年12月18日