無(wú)縫鋼管的軋制用頂頭、該頂頭的制造方法以及使用該頂頭的無(wú)縫鋼管的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及作為熱加工用工具(hot rolling tool)的無(wú)縫鋼管的乳制用頂頭(plug for rolling of seamless steel pipe)、該頂頭的制造方法以及使用該頂頭的無(wú)縫鋼管的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為高溫制造無(wú)縫鋼管的方法，一直以來(lái)廣泛實(shí)施滿乃斯曼制管法(Mannesmannmill process)。該方法是首先利用穿乳機(jī)(piercing mill)對(duì)加熱至規(guī)定溫度的圓形鋼片(round shape steel)(以下稱為鋼還(billet))進(jìn)行穿孔乳制(piercing)而制造中空管還(hollow pieces or hollow steel tubes)(以下稱為空心管(hollow))，利用延伸乳機(jī)(elongator)、心棒乳管機(jī)(plug mill)或心軸乳管機(jī)(mandrel mill)等延伸乳機(jī)(main rolling mill)減小該空心管的壁厚，進(jìn)一步根據(jù)需要進(jìn)行再加熱后，利用減徑機(jī)(reducing mill)或定徑機(jī)(sizing mill)主要減小外徑(outer diameter)而得到規(guī)定尺寸的無(wú)縫鋼管的方法。
[0003]上述穿乳機(jī)有各種各樣的，一般有組合2根斜棍(barrel type roll)和頂頭以及2個(gè)導(dǎo)靴(guide shoe)的所謂的滿乃斯曼穿乳機(jī)(Mannesmann piercer)、組合3根斜棍和頂頭的所謂的三輥穿軋機(jī)、或者組合2根孔型輥(grooved roll)和頂頭的所謂的壓軋穿孔機(jī)(press rolling piercer)。
[0004]在上述穿孔軋制過程中，頂頭因與被加熱的鋼坯和空心管無(wú)間隙地接觸而經(jīng)常處于高溫、高載荷(high load)，容易磨損(wear)、恪損(deformat1n due to elevatedtemperature)。因此，通常在900?1000 °C的高溫下對(duì)頂頭實(shí)施氧化皮處理(scalehandling)，在頂頭表面形成厚度數(shù)十μπι?數(shù)百μ m的氧化皮被膜(scale film)，實(shí)現(xiàn)損耗(wear damage)的防止。例如專利文獻(xiàn)I中公開了對(duì)以鐵基合金(iron-base alloy)為基體的頂頭實(shí)施熱處理，在表面形成以磁鐵礦(magnetite)為主的氧化鐵系氧化皮(iron oxide scale)的技術(shù)。這樣的氧化皮(oxidized scale)在熱乳中作為非金屬膜(nonmetallie coating)夾在作為被乳制材的金屬與構(gòu)成頂頭的金屬之間以防止金屬接觸(metallic contact)，防止燒傷(seizure or sticking)、恪合(deposit1n)，并且減少摩擦，因此具有保護(hù)頂頭，提高壽命的效果。軋制材為大量含有Cr的高合金(high alloy)時(shí)，軋制材被加熱而生成的表面氧化皮(surface scale)本來(lái)就非常少，經(jīng)常發(fā)生與頂頭等工具的金屬接觸，使工具壽命(tool life)變差，因此在這樣的工具表面人工生成氧化皮的技術(shù)具有特別重大的效果。
[0005]然而如果對(duì)乳制材含有12質(zhì)量％以上的Cr的高合金鋼(high-alloy steel)進(jìn)行軋制，則即便使用如上所述的技術(shù)，用I個(gè)頂頭能夠軋制的軋制材根數(shù)最多也就10根左右，需要進(jìn)一步提高工具壽命。
[0006]進(jìn)行軋制材含有12質(zhì)量％以上的Cr的高合金鋼的軋制時(shí)頂頭壽命不充分的理由如下:乳制中的材料在高溫下強(qiáng)度高，而鐵基合金(iron-base alloy)制的頂頭的高溫強(qiáng)度(high-temperature strength)相對(duì)不足，即便利用氧化皮保護(hù)表面，也會(huì)因接觸載荷(contact load)導(dǎo)致頂頭的前端破損(crush)和表面凹陷(gouge)等變形(deformat1n)，由此表面氧化皮層被破壞，隨著產(chǎn)生燒傷等。
[0007]因此，作為在對(duì)如上所述的高合金鋼進(jìn)行軋制時(shí)延長(zhǎng)無(wú)縫鋼管的穿孔軋制用頂頭的壽命的方法，提出了如下方法:用陶瓷制作整個(gè)頂頭或前端部(ceramics)的方法(專利文獻(xiàn)2)，或者利用高溫強(qiáng)度優(yōu)異的鉬合金(molybdenum alloy)制作的方法(專利文獻(xiàn)
3)，或者在頂頭前端部粉末堆焊(powder overlaying welding)高溫強(qiáng)度高的Co基合金(cobalt base alloy)的方法(專利文獻(xiàn)4)，用Nb合金制作或被覆的方法(專利文獻(xiàn)5)等。此外，在專利文獻(xiàn)6中提出了一種形成有金屬一碳化物復(fù)合被膜并在最外表面形成了鐵系氧化物被膜的工具，該金屬一碳化物復(fù)合被膜是使碳化鈮粒子分散于由Co基合金或Ni基合金(nickel base alloy)構(gòu)成的基體金屬(matrix metal)而成的。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)1:日本特開平08 - 193241號(hào)公報(bào)
[0011]專利文獻(xiàn)2:日本特開昭60 - 137511號(hào)公報(bào)
[0012]專利文獻(xiàn)3:日本特開昭63 - 203205號(hào)公報(bào)
[0013]專利文獻(xiàn)4:日本特開昭62 - 050038號(hào)公報(bào)
[0014]專利文獻(xiàn)5:日本特開2001 - 038408號(hào)公報(bào)
[0015]專利文獻(xiàn)6:日本特開2007 - 160338號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]但是，在上述的現(xiàn)有技術(shù)中，存在如下的課題。
[0017]專利文獻(xiàn)2中所示的僅將頂頭前端部用陶瓷構(gòu)成并強(qiáng)化的方法雖然具有防止前端部燒傷的效果，但難以確保陶瓷部與金屬部的接合強(qiáng)度(joint strength)，另外陶瓷部對(duì)耐沖擊弱，在軋制中頂頭被破壞的危險(xiǎn)高，不實(shí)用。另外，專利文獻(xiàn)3中所示的使前端為Mo合金的方法具有價(jià)格非常高、并且鉬合金部的耐沖擊載荷(impact load)和熱疲勞(thermal fatigue)弱等缺點(diǎn)。
[0018]此外，上述專利文獻(xiàn)4?6中所示的通過噴鍍等在頂頭表面被覆Co基耐熱合金、Nb合金的方法存在如下問題:雖然合金部的高溫強(qiáng)度高，但由于合金部與軋制材直接進(jìn)行金屬接觸，所以摩擦熱(frict1n heat)非常高，頂頭進(jìn)一步升溫，雖然是耐熱合金(heat-resistant alloy)但強(qiáng)度不足，產(chǎn)生恪損。
[0019]本發(fā)明鑒于以上的問題點(diǎn)，對(duì)于在高合金鋼的無(wú)縫鋼管的軋制這樣的嚴(yán)苛條件下使用的頂頭提供大幅延長(zhǎng)其壽命的技術(shù)。
[0020]本發(fā)明人等為了解決上述課題進(jìn)行了深入研宄，完成了以下主要構(gòu)成的本發(fā)明。
[0021](I) 一種無(wú)縫鋼管軋制用頂頭，其特征在于，在金屬母材的表面被覆Co或Co基合金而成的被覆層的表面具有由Co系氧化物構(gòu)成的氧化層。
[0022](2)根據(jù)(I)所述的無(wú)縫鋼管的軋制用頂頭，其特征在于，上述Co基合金含有30質(zhì)量％以下的Ni。
[0023](3)根據(jù)(I)或(2)所述的無(wú)縫鋼管的軋制用頂頭，其特征在于，上述氧化層是利用高溫保持熱處理來(lái)生成的。
[0024](4)根據(jù)(I)或(2)所述的無(wú)縫鋼管的軋制用頂頭，其特征在于，上述氧化層是利用無(wú)縫鋼管軋制操作時(shí)的熱來(lái)生成的。
[0025](5)根據(jù)(I)或(2)所述的無(wú)縫鋼管的軋制用頂頭，其特征在于，上述氧化層是利用高溫保持熱處理和無(wú)縫鋼管軋制操作時(shí)的熱來(lái)生成的。
[0026](6)根據(jù)上述(I)?(5)所述的無(wú)縫鋼管的軋制用頂頭，上述氧化層的平均厚度為10 μ m ?40 μ m。
[0027](7)根據(jù)上述(I)?(6)所述的無(wú)縫鋼管的軋制用頂頭，上述金屬母材為鐵系材料。
[0028](8) 一種無(wú)縫鋼管的制造方法，使用上述⑴?(7)所述的無(wú)縫鋼管軋制用頂頭。
[0029](9) 一種無(wú)縫鋼管軋制用頂頭的制造方法，在金屬頂頭的表面以0.1?2_的厚度被覆Co或Co基合金后，在大氣中進(jìn)行300°C?1000°C的熱處理，使由Co系氧化物構(gòu)成的氧化層的平均厚度成為10 μπι?40 μπι。
[0030](10)根據(jù)(9)所述的無(wú)縫鋼管軋制用頂頭的制造方法，利用高溫保持熱處理進(jìn)行上述熱處理。
[0031](11)根據(jù)(9)或(10)所述的無(wú)縫鋼管軋制用頂頭的制造方法，利用無(wú)縫鋼管軋制操作時(shí)的熱進(jìn)行上述熱處理。
[0032]根據(jù)本發(fā)明，得到減少無(wú)縫鋼管的乳制中使用的頂頭的損耗(wear damage)的效果，對(duì)生產(chǎn)的效率化(productivity efficient)和低成本化發(fā)揮效果。
【附圖說明】
[0033]圖1是本發(fā)明的無(wú)縫鋼管用的穿孔頂頭(piercing plug)的截面示意圖(cross-sect1n pattern diagram)。
[0034]圖2是實(shí)施例中的頂頭的尺寸圖(dimens1nal drawing)。
[0035]圖3是現(xiàn)有技術(shù)的頂頭的外觀照片(appearance photograph)。
[0036]圖4是本發(fā)明的頂頭的外觀照片。
[0037]圖5是現(xiàn)有技術(shù)的氧化膜層(oxide layer)的微觀結(jié)構(gòu)(microstructure)的示意圖(pattern diagram)。
[0038]圖6是本發(fā)明的氧化膜層的微觀結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0039]圖7是示出表示本發(fā)明效果的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0040]圖8是表示在軋制中途采集的頂頭前端的氧化膜的損壞狀態(tài)(damagedcondit1n)的示意圖。
[0041]圖9是表示在軋制中途采集的從頂頭前端向后30_的位置的氧化膜的損壞狀態(tài)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]本發(fā)明中，Co基合金是指合金組成的最大含量〔質(zhì)量％〕的成分元素為Co的合金。
[0043]本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)Co在高溫下較容易氧化而在表面形成薄且穩(wěn)固的氧化層。Co與鐵系材料(ferrous materials)相比較氧化速度(oxidat1n rate)慢很多，但與Ni系超合金(nickel-base super alloys)或Co系超合金(cobalt-base super alloys)這種含有N1、W和Cr等的合金相比，氧化速度快，在大氣中實(shí)施高溫處理(high-temperature treatment)就能夠在表面容易地形成由Co系氧化物(cobalt-base oxide)構(gòu)成的氧化層(以下稱為Co系氧化層)。這樣的由Co系氧化物構(gòu)成的氧化層(Co系氧化層)與由鐵系頂頭的鐵系氧化物(feirous oxide)構(gòu)成的氧化層(以下稱為鐵系氧化層)同樣地防止軋制材的燒傷，提尚潤(rùn)滑性。
[0044]此外，上述Co系氧化層還作為隔熱層(heat-1nsulating layer)發(fā)揮作用，因此能夠防止頂頭表層部的過度溫度上升(increased temperature)，還防止變形、磨損。并且，Co系氧化層與由鐵系的氧化物構(gòu)成的氧化層(鐵系氧化層)相比較，非常牢固(tight)，表面也平滑，強(qiáng)度和壽命優(yōu)異。
[0045]然而，作為Co和Co基合金中的任一種的Co系材料(cobalt-base materials)，與鐵系材料相比價(jià)格高，例如將圖2所示的穿孔頂頭全部用Co系材料制作則在經(jīng)濟(jì)上是不