一种双合金涂层无缝钢管顶头及制造方法属激光加工领域。为了解决钼合金顶头钼合金易脱落，提高使用寿命并降低成本，本发明专利技术在顶头的鼻部、工作部激光宽带熔覆镍基或钴基合金涂层，在矫直部、平行部激光宽带熔覆铁基合金涂层，获得一种双合金涂层无缝钢管顶头；顶头制备步骤：采用铸造方式进行顶头的制造；对铸造的顶头进行机械加工，在顶头的外表面为激光熔覆工艺预留１．０－３．０ｍｍ的熔覆厚度；用镍基或钴基合金进行鼻部顶端的激光熔覆；对鼻部侧面以及工作部进行激光熔覆，熔覆粉末用镍基或钴基合金，然后激光不间断用铁基合金连续完成矫直部、平行部的激光熔覆；去应力热处理：进行顶头鼻部喷水孔机械加工，并完成激光涂层打磨、磨削处理。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无缝钢管穿管机顶头以及激光熔覆表面涂层技术，属于激光 加工纟支术领域。
技术介绍
穿管机顶头是热轧生产无缝钢管大量消耗的部件之一，其使用寿命直接关 系到钢管企业的生产效率和经济效益。在无缝钢管生产过程中，顶头需要螺旋 式前进，需要承受极大的轴向和径向应力，因高温和摩擦的共同作用，顶头极 易破坏，并使管坯内表面受到损伤，造成成品管表面质量差。顶头的失效形式 主要是塌鼻及靠近鼻子下方工作部分的疲劳开裂，即顶头尖锥形鼻部塌陷造成 鼻部变钝或消失，以及工作部受到热疲劳作用而在顶头纵向出现裂紋，其它部 位为正常磨损。由于以上失效原因，造成钢基顶头在普通碳钢管时，寿命一般在240 - 280只左右，穿合金钢管时，寿命仅为十几只。另外对于不锈钢管， 国内外均采用钼合金顶头，目前能满足使用要求，但价格昂贵，在1500元/只 左右。因此，提高顶头的寿命是保证高的生产率和钢管质量的重要因素之一。 目前，提高顶头寿命的方法主要有选择合适的材质、改进润滑剂、设计合理 的顶头形式、采用新的顶头加工工艺、表面涂层处理、高温氧化处理、钼合金 复合等。中国专利86106418在钢基顶头鼻部镶嵌钼合金，并在鼻部外表面烧 结涂层，再经真空烧结成组合材料涂层。中国专利2C0710303896. O提供了一 种等离子焊枪熔覆陶瓷-金属复合材料顶头的制备方法。中国专利 200810051364. 7 ^是供了一种负压铸型腔内在顶头鼻部燃烧合成TiC陶瓷-金 属的顶头。中国专利98111401. 6提供了一种采用焊接热熔方式在鼻部嵌有高 热强性材料鼻头的组合顶头。美国专利5031434提供了一种钼或钼合金粉末包 覆具有凹凸表面基体的复合顶头，借助基体材料与表面熔结的钼壳层的热膨 胀，通过冷收缩实现钼壳层与基体的物理结合。这种顶头钼含量较高，制造复 杂且成本高，钼壳层也易脱落。美国专利6202463提供了一种啕瓷复合的顶头，通过将SiC、 Zn02、 A1203、 Si3N4等陶资粉末制成模型然后烧结，在打磨和 磨削成顶头的形状。这种顶头制造方法及其复杂、成本极高。以上传统的常规方法仍然不尽人意，顶头的使用寿命尚需进一步，成本进 一步降低。激光熔覆技术可实现工件的强化、修复和激光快速制造，具有广阔 的应用前景。激光熔覆表面涂层技术比常规涂层方法有更明显的优点，可以实 现涂层与基体之间的冶金结合，涂层厚度可以实现比较精确的控制，可对涂层 材料的成分进行灵活调整。为了提高顶头的使用寿命，并根据顶头的不同工作 部位的失效特点，在合金钢(35CrMo、 20CrNi4、 3Cr2W8等)顶头的鼻部、工 作部以及矫直部、平行部分别熔覆两种不同的合金材料，达到节省贵重金属 材料、降^^处理成本的目的。
技术实现思路
为了解决钼合金顶头钼合金易脱落，提高顶头的使用寿命并降低制造成 本，提供，其特征在于在合金钢 (35CrMo、 20CrNi4、 3Cr2W8、 H13钢等)制造的顶头1的鼻部2、工作部4 激光宽带熔覆高硬度、高强度、耐热抗氧化的镍基或钴基合金涂层，在矫直 部5 、平行部6激光宽带熔覆价粉氏廉、耐磨性优良的铁基合金涂层，获得 一种双合金涂层无缝钢管顶头。高硬度、高强度、耐热抗氧化的镍基合金，其化学成分为C: 0.4-0.5 %、 Cr: 15-18%、 Si: 2-3%、 W: 8-10%、 Mo: 2.5-3.5%、 B: 1.5-2. 0%、余量Ni。高硬度、高强度、耐热抗氧化的钴基合金，其化学成分为C: 0.3-0.4 %、 B: 2.0 — 2.5%、 Cr: 20-21%、 Fe: 2-3%、 Mo: 2.5-3.5%、 Ni: 3 -4%、 Si: 1.5-2.0%、 W: 8-10%、余量Co。价格低廉、耐磨性优异的铁基合金，其化学成分为C: 0.60 - 0.70%、 B: 1.5 — 2. 0%、 Cr: 25 - 28 %、 Ni: 2-3%、 Si: 1. 0 — 1.5% 、余量Fe。本专利技术的，其特征在于，包括 以下步骤(1) 采用铸造方式进行合金钢(35CrMo、 20CrNi4、 3Cr2W8、 H13钢等) 顶头的制造；(2) 对铸造的顶头进行机械加工，并且根据实际需要，在顶头的外表面 为激光熔覆工艺预留1.0-3. 0腿的熔覆厚度，以顶头螺紋7进行装卡和固定；(3) 用镍基或钴基合金进行鼻部顶端的激光熔覆，熔覆轨迹为圓环线， 搭接率为40%-60%;对鼻部侧面以及工作部进行激光熔覆，熔覆材料为镍 基合金粉末或钴基合金粉末，然后激光不间断用铁基合金连续完成矫直部、 平行部的激光熔覆，熔覆轨迹为螺旋线，搭接率为40% - 60%,在两种材料 的过渡部，采用梯度渐变送粉的方式完成粉末种类的切换；(4) 顶头去应力热处理在400 - 50(TC保温8小时，然后随炉緩冷；(5) 进行顶头鼻部喷水孔的机械加工，并完成激光涂层打磨、磨削处理。 本专利技术的效果，体现在激光熔覆所用的材料不同于常规喷涂、堆焊工艺使用的镍基合金、钴基合金以及铁基合金，材料配比属于自主研发，适合于 激光熔覆工艺，另外，在双合金结合处激光熔覆工艺采用了成分梯度渐变的 方式，消除了双合金之间因材料突变而产生的应力集中问题，消除了结合处 易出现裂紋的问题。 附图说明图l是穿管机顶头基体及各部位涂层示意图 图2是顶头鼻部端面激光熔覆轨迹示意图 图3是顶头回转面激光熔覆轨迹示意图1.顶头2.鼻部3.喷水孔4.工作部5.矫直部6.平4亍部7.顶头螺紋8. 圆环熔覆轨迹9.螺旋熔覆轨迹具体实施方式 实施例1(1) 选取3Cr2W8为顶头基材，并获得铸造毛坯；(2) 对顶头毛坯进行常规机械加工，在顶头的外表面为激光熔覆工艺预 留1. 0腿厚度，以顶头螺紋7实现激光熔覆前的装卡和固定；5(3)采用激光宽带熔覆工艺，侧向送粉，喷嘴见申请者已授权专利ZL200520121771.2，双筒送粉方式，其中一筒装填镍基合金粉末，另外一筒 装填铁基合金粉末；(4 )先用镍基合金粉末进行鼻部顶端的激光熔覆，熔覆轨迹为圆环线， 搭接率为40%;(5) 对鼻部侧面以及工作部进行激光熔覆，熔覆粉末材料为镍基合金粉 末，然后激光不间断用铁基合金连续完成矫直部、平行部的激光熔覆，熔覆 轨迹为螺旋线，搭接率为40%,在两种材料的接合部，采用梯度渐变送粉的 方式完成粉末种类的切换，所用镍基合金粉末化学成分为C: 0. 4wt%、 Cr: 15. Owt%、 Si: 2. Owt%、 W: 8. Owt%、 Mo: 2. 5wt%、 B: 1.5wt%、余量 Ni，所用铁基合金粉末的化学成分为C: 0. 6wt%、 B: 1.5wt%、 Cr: 25 wt %、 Ni: 2. Owt%、 Si: 1.0wt%、余量Fe;(6) 顶头去应力热处理在40(TC保温8小时，然后随炉緩冷；(7) 进行顶头鼻部喷水孔的机械加工，并完成激光涂层打磨、磨削处理， 获得双合金涂层顶头。在某钢管厂实际使用效果表明，与原氧化处理的35CrMo顶头相比， 穿材质为37Mn5的无缝钢管的数量由300只提高到550只，综合经济效益提 高70%左右。 实施例2(1)选取20CrNi4为顶头基材，并获得铸造毛坯本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种双合金涂层无缝钢管顶头，其特征在于：在顶头（１）的鼻部（２）、工作部（４）激光宽带熔覆镍基或钴基合金涂层，在矫直部（５）、平行部（６）激光宽带熔覆铁基合金涂层，获得一种双合金涂层无缝钢管顶头； 所述的镍基合金，其化学成分为Ｃ：０．４－０．５ｗｔ％、Ｃｒ：１５－１８ｗｔ％、Ｓｉ：２－３ｗｔ％、Ｗ：８－１０ｗｔ％、Ｍｏ：２．５－３．５ｗｔ％、Ｂ：１．５－２．０ｗｔ％、余量Ｎｉ； 所述的钴基合金，其化学成分为Ｃ：０．３－０．４ｗｔ％、Ｂ：２．０－２．５ｗｔ％、Ｃｒ：２０－２１ｗｔ％、Ｆｅ：２－３ｗｔ％、Ｍｏ：２．５－３．５ｗｔ％、Ｎｉ：３－４ｗｔ％、Ｓｉ：１．５－２．０ｗｔ％、Ｗ：８－１０ｗｔ％、余量Ｃｏ； 所述的铁基合金，其化学成分为Ｃ：０．６０－０．７０ｗｔ％、Ｂ：１．５－２．０ｗｔ％、Ｃｒ：２５－２８ｗｔ％、Ｎｉ：２－３ｗｔ％、Ｓｉ：１．０－１．５ｗｔ％、余量Ｆｅ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨胶溪，左铁钏，刘华东，丁啸，雷丽，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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