無縫管制造用穿孔頂頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及在采用曼內(nèi)斯曼穿孔法進行的無縫管的制造中所使用的無縫管制造 用穿孔頂頭，特別是設(shè)及延長了壽命的穿孔頂頭。
【背景技術(shù)】
[0002] 油井管主要采用曼內(nèi)斯曼穿孔法制造。穿孔所使用的穿孔頂頭，在工具之中暴露 于最嚴酷的使用條件下。近年來，無縫管使用了熱態(tài)下的變形抗力高的不誘鋼、高合金，由 此穿孔頂頭的壽命越來越降低，在極端的情況下，1道次穿孔成為極限。
[0003] 關(guān)于穿孔頂頭的壽命延長，曾有下述報告：通過采用PTA堆焊、電弧噴鍛進行的表 面改性來改善壽命。
[0004] 專利文獻1公開了一種在母材的表面通過電弧噴鍛W化為主成分的鐵絲材料而 形成有由化3〇4、FeO等氧化物和Fe(金屬）構(gòu)成的被膜的穿孔社制用頂頭。通過該被膜，能 夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的隔熱性和防熱粘著性，得到壽命長的穿孔頂頭。
[0005] 專利文獻2主要設(shè)及專利文獻1的材料的改良，公開了在鑄造后、進行了脫氨處理 的高硬度的材料。
[0006] 運些發(fā)明雖然在穿孔頂頭的壽命延長方面取得了成功，但存在成本高、品質(zhì)產(chǎn)生 偏差等課題。
[0007] 作為一直W來的穿孔頂頭的壽命延長的方法，曾報告了對表面賦予氧化皮的發(fā) 明。
[0008] 專利文獻3公開了在表面生成了氧化皮的熱加工用工具。當氧化皮從外層起為赤 鐵礦、磁鐵礦、方鐵礦，磁鐵礦為40體積％ ^上時壽命延長。
[0009] 專利文獻4公開了能夠延長工具壽命的熱制管工具的制造方法。專利文獻4公開 了 ：與砂模相比，金屬模具鑄造的凝固組織微細，其結(jié)果，在基體（matrix)表面生成的氧化 皮由于基體組織的微細化而變得致密，耐剝離性和耐熱粘著性提高。
[0010] 專利文獻5公開了即使在將變形抗力高的材料進行制管的情況下也具有高的使 用壽命的熱制管用工具。專利文獻5中，通過Mo、W的大量添加來確保高溫變形性，通過Ni、 W改善了氧化皮的耐剝離性、耐磨損性。
[0011] 專利文獻6公開了穩(wěn)定地具有長的工具壽命的無縫鋼管穿孔社制用工具。在專利 文獻6中，使形成于基材側(cè)的氧化皮層為與鋼基體復(fù)雜交織的網(wǎng)狀氧化皮層，而且使從氧 化皮層與基材的界面起向基材側(cè)在深度方向上為500μm的范圍的組織為具有按面積率計 為50%W上的鐵素體相的組織，由此抑制氧化皮層的剝離、磨損，提高了穿孔社制用工具的 〇
[0012] 在先技術(shù)文獻
[0013] 專利文獻1 :國際公開第2009/057471號
[0014] 專利文獻2:國際公開第2014/050975號
[0015] 專利文獻3:日本特開平8-193241號公報
[0016] 專利文獻4 :日本特開平8-300014號公報
[0017] 專利文獻5 :日本特開平7-60314號公報 [001引專利文獻6 :日本特開2003-129184號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]W穿孔頂頭的壽命延長為目的，至今為止完成了許多發(fā)明，但針對不誘鋼、高合金 的穿孔壽命依然得不到滿足。
[0020] 穿孔頂頭的損傷是由（1)頭部烙損和熱粘著、W及似體部的折皺和哨肉導(dǎo)致的。 對于任一種損傷，高溫強度和氧化皮性狀（密著性、厚度）都產(chǎn)生影響。而且，作為其它損 傷，有（3)縱向裂縫（開裂損傷）。在該損傷方面，延展性、初性和耐熱裂性產(chǎn)生影響。
[0021] 如果不同時解決運3個課題，則不能夠?qū)崿F(xiàn)穿孔頂頭的壽命延長。本發(fā)明的課題 是提供通過（1)高溫強度的提高、（2)氧化皮性狀（密著性、厚度）的改善、（3)延展性、初 性的提高、耐熱裂性的改善，從而延長了壽命的無縫管制造用穿孔頂頭。
[0022] 本發(fā)明人潛屯、研究了將穿孔頂頭長壽命化的方法。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過選定適當?shù)?成分組成，使?jié)赏感裕捎残裕┨岣撸鬼旑^的組織成為適當量的碳化物和馬氏體，高溫強 度大大改善。
[0023] 在穿孔頂頭的制造的最終工序中，為了賦予潤滑性、隔熱性而實施氧化皮賦予處 理，在生成了氧化皮后，為了防止氧化皮的剝離而W20~50°C/小時的冷卻速度進行爐冷。 本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)：通過選定在該冷卻速度下使碳化物析出并且進行馬氏體相變的適當?shù)某煞?組成，能夠使高溫強度提高。
[0024] 另外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)氧化皮的密著性取決于頂頭的組織的晶粒的粗細度。
[0025] 作為穿孔頂頭可使用金屬模具或砂模鑄造的鑄鋼品。鑄造態(tài)的晶粒較粗大，為數(shù) 百μπι~數(shù)十mm。在進行了鐵素體-珠光體相變的穿孔頂頭中，通過用于賦予氧化皮的熱 處理（奧氏體相變）而使粗大的晶粒變得微細。但是，進行了馬氏體相變的穿孔頂頭，即使 為了賦予氧化皮而進行奧氏體相變，由于所謂的"記憶效應(yīng)"，因此晶粒仍然為粗大的狀態(tài)， 與W往的穿孔頂頭相比，氧化皮的密著性降低。
[0026] 如果僅反復(fù)進行退火，則具有本發(fā)明的成分組成的合金只會反復(fù)進行奧氏體一馬 氏體一奧氏體一馬氏體相變，晶粒仍然是鑄造的數(shù)百μπι~數(shù)十mm的粗大的粒子的狀態(tài)。
[0027] 將通過賦予氧化皮的加熱、爐冷處理而進行了鐵素體-珠光體相變的穿孔頂頭、 和進行了馬氏體相變的穿孔頂頭的晶粒照片分別示于圖1、圖2。鐵素體-珠光體組織的頂 頭的晶粒微細，為20μm，但進行了馬氏體相變的頂頭的晶粒粗大，為約500μm。其結(jié)果，馬 氏體組織頂頭的氧化皮界面面積，如圖2所示那樣明顯小于鐵素體+珠光體組織頂頭的氧 化皮界面面積，使用各頂頭進行13化不誘鋼穿孔試驗的結(jié)果，頂頭壽命也從6道次降低為 一半即3道次。目P，當僅僅使穿孔頂頭的組織成為馬氏體時，雖然能夠提高高溫強度，但得 不到充分的氧化皮密著性。
[0028] 在賦予氧化皮方面，基體與氧化皮的界面面積大時，氧化皮的密著性優(yōu)異。關(guān)于氧 化皮，由于相比于基體的晶粒內(nèi)選擇性地氧化晶界，因此頂頭的晶粒微細時，基體與氧化皮 界面面積增加，其結(jié)果，氧化皮的密著性提高。
[0029] 因此，本發(fā)明人潛屯、研究了在氧化皮賦予時進行馬氏體相變的頂頭的氧化皮賦予 時使晶粒微細化的方法。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過在氧化皮賦予之前，使碳化物粗大凝聚，能夠使 頂頭的組織的平均晶體粒徑變得微細。
[0030] 另外，關(guān)于延展性、初性、耐熱裂性，一般地認為在進行了馬氏體相變的穿孔頂頭 中，與W往的進行了鐵素體-珠光體相變的穿孔頂頭相比，延展性、初性、耐熱裂性降低。但 是，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過將C量和碳化物量最佳化，與至今為止的穿孔頂頭相比，能夠提高 延展性、初性、耐熱裂性。
[0031]目P，本發(fā)明提供通過（1)即使爐冷也進行馬氏體相變的澤透性非常高的成分組成 的設(shè)計、（2)使晶粒微細化、（3)在澤透性和碳化物量方面優(yōu)選的碳量的最佳化，從而長壽 命化了的穿孔頂頭，其要旨如下。
[0032] (1) -種無縫管制造用穿孔頂頭，是在表面形成了氧化皮的無縫管制造用穿孔 頂頭，其特征在于，除了上述氧化皮W外的頂頭的成分組成按質(zhì)量％計含有C:0. 10~ 0. 25%、Si:0. 05 ~0. 80%、Μη:0. 20 ~1. 00%、Ni:2. 5 ~3. 5%、Cr:1. 0 ~2. 0%、Mo: 2. 5 ~3. 5%、W:2. 5 ~3. 5%、佩：0. 07 ~0. 40%、和Ti:0. 03 ~0. 40%，余量為化和不 可避免的雜質(zhì)，除了上述氧化皮W外的頂頭的組織構(gòu)成包含1~10%的碳化物、和馬氏體 組織。
[003引似根據(jù)上述（1)所述的無縫管制造用穿孔頂頭，其特征在于，所述馬氏體組織的 平均晶體粒徑為50μmW下。
[0034] 做根據(jù)上述（1)或似所述的無縫管制造用穿孔頂頭，其特征在于，所述穿孔頂 頭的成分組成按質(zhì)量％計還含有Mg:0. 001~0. 100%、REM:0. 01~0. 50%、Ca:0. 0005~ 0. 0500%、A1 :0. 005 ~0. 200%、和B:0. 0001 ~0. 0050% 中的 1 種或 2 種W上。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明，能夠提供使高溫強度和氧化皮性狀（密著性、厚度）與W往的穿孔頂 頭相比顯著提高、并改善了延展性、初性、耐熱裂性的、長壽命的無縫管制造用穿孔頂頭。
【附圖說明】
[0036] 圖1是表示進行了鐵素體+珠光體相變的穿孔頂頭的組織的圖，（a)是穿孔頂頭 內(nèi)部的組織，化）是氧化皮界面的組織。
[0037] 圖2是表示進行了馬氏體相變的穿孔頂頭的組織的圖，（a)是穿孔頂頭內(nèi)部的組 織，化）是氧化皮界面的組織。
[003引圖3(a)是表示利用掃描型電子顯微鏡（SEM)觀察了附有氧化皮的穿孔頂頭的碳 化物組織的圖，化）是將碳化物進行了灰度二值化的圖。
[0039] 圖4(a)是表示碳化物凝聚處理后、附有氧化皮的穿孔頂頭的組織的圖，化）是表 示沒有實施碳化物凝聚處理、且附有氧化皮的穿孔頂頭的組織的圖。
【具體實施方式】
[0040]W下，對本發(fā)明進行詳細說明。首先，對本發(fā)明的穿孔頂頭的成分組成進行說明。 W下，關(guān)于成分組成的"％ "的表記意味著"質(zhì)量％ "。
[0041]C是對澤透性影響大的元素。另外，與Mo、W、Nb、化生成碳化物。如果C的含量低 于0. 10 %，則澤透性降低，在氧化皮賦予處理后的冷卻中得不到馬氏體。如果C的含量超過 0. 25 %，則碳化物量變多，初性和耐熱裂性降低。
[004引Si是脫氧元素。如果Si的含量低于0. 05%，則氧量變高，延展性降低。如果Si的含量超過0. 80%，則耐氧化性提高，氧化皮的膜厚變薄。
[004