防爆切割刀具制造工藝簡(jiǎn)述

防爆切割刀具也即防爆切管機(jī)高速鋼刀具。所謂防爆切割是指在運(yùn)營(yíng)和傳輸中的管線維修、搶修作業(yè)時(shí)，管道已出現(xiàn)介質(zhì)泄漏或管線附件失效需要更換作業(yè)中會(huì)出現(xiàn)介質(zhì)析出、外流等現(xiàn)象造成易燃易爆環(huán)境，在這種環(huán)境下進(jìn)行管道切割的設(shè)備或工具，我們稱之為防爆切割設(shè)備或防爆切割工具。

防爆切割刀具是指防爆切管機(jī)在進(jìn)行管道機(jī)械冷切割時(shí)所用的刀具總稱。一般來(lái)說(shuō)，管道機(jī)械冷切割分為自動(dòng)防爆切管機(jī)、人工切管機(jī)。而本文所簡(jiǎn)述的刀具是針對(duì)自動(dòng)切管機(jī)，而人工所用鉸接式切管機(jī)（手搖刀）結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，將在以后的文章中重點(diǎn)介紹。

防爆切管機(jī)所用的刀具材質(zhì)為高速鋼，其屬于萊氏體鋼，含有大量合金元素，形成大量一次碳化物和二次碳化物，一次共晶碳化物呈粗大骨骼狀或樹(shù)枝狀分布于鋼基體。鋼錠雖經(jīng)軋制和壓延，碳化物有一定程度破碎，但碳化物偏析依然嚴(yán)重，沿軋制方向呈帶狀、全網(wǎng)狀、半網(wǎng)狀或堆集狀分布。

防爆切管機(jī)所用高速鋼的工藝性能好，強(qiáng)度和韌性配合好，因此主要用來(lái)制造復(fù)雜的薄刃和耐沖擊的金屬切削刀具，也可制造高溫軸承和冷擠壓模具等。除用熔煉方法生產(chǎn)的高速鋼外，20世紀(jì)60年代以后又出現(xiàn)了粉末冶金高速鋼，它的優(yōu)點(diǎn)是避免了熔煉法生產(chǎn)所造成的碳化物偏析而引起機(jī)械性能降低和熱處理變形。

碳化物不均勻度隨原材料直徑和厚度增大而增加，共晶碳化物硬而脆且相當(dāng)穩(wěn)定，不能用正常熱處理方法消除，只有通過(guò)鍛造才能擊碎共晶碳化物，并同時(shí)配合相應(yīng)熱處理流程，才能使合金碳化物呈細(xì)、小、勻、圓分布于鋼基體，變脆性相為強(qiáng)化相。

在目前隨著國(guó)內(nèi)新技術(shù)新工藝發(fā)展，防爆切管機(jī)的防爆切割刀具所用高速鋼不僅是工具鋼，也可作模具鋼使用，一鋼二用，給高速鋼在工模具中的廣泛應(yīng)用帶來(lái)生機(jī)和繁榮。但往往因原材料碳化物未得到改善，影響了工模具質(zhì)量和使用壽命。

防爆切管機(jī)所用高速鋼英文簡(jiǎn)寫(xiě)為HSS，在國(guó)內(nèi)高速鋼也被稱為鋒鋼，或是風(fēng)鋼，白鋼，高速鋼是一種合金鋼，高速鋼有著很高的硬度，而且還很耐磨，有著抗高溫的特點(diǎn)，是一種十分常用的工具鋼。

高速鋼產(chǎn)品一般都是會(huì)將鋼材的表面磨得十分的光亮潔白，所以高速鋼也被稱為白鋼，高速鋼可以在空氣中淬火冷卻，高速鋼的淬透性好，所以高速鋼也被稱為風(fēng)鋼，同時(shí)高速鋼又比較容易磨得鋒利，所以高速鋼又被人們稱為鋒鋼，早在1900 年時(shí)，高速鋼就出現(xiàn)了，高速鋼可以使主軸轉(zhuǎn)速提高好幾倍，切削速度可以達(dá)到V = 30?50米/分，所以當(dāng)時(shí)人們稱這種鋼材為高速度工具鋼。

防爆切管機(jī)所用高速鋼合金碳化物形貌是產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)劣的關(guān)鍵因素。當(dāng)碳化物堆集在防爆切管機(jī)刀具的刃口或模具型腔尖角、筋和凸臺(tái)部位，切割基體成為應(yīng)力集中源，導(dǎo)致模具服役時(shí)崩刃、脆性損壞等早期失效。碳化物不均勻分布造成熱加工性能惡化，易鍛裂、淬裂和工模具嚴(yán)重畸變等缺陷。

為了大幅度提高防爆切管機(jī)高速鋼制工模具質(zhì)量和使用壽命，采取有效措施，改善合金碳化物形貌，變共晶碳化物脆性相為強(qiáng)化相。

高速鋼主要碳化物類(lèi)型及特性高速鋼包括通用高速鋼、高碳高速鋼、高碳高釩高速鋼、鈷高速鋼和超硬高速鋼等品種，主要有五種類(lèi)型碳化物。防爆切管機(jī)所用高速鋼共晶碳化物級(jí)別控制在≤3級(jí)，高精度模具控制在1-2級(jí)。對(duì)高速鋼原材料進(jìn)行鍛造，可達(dá)到對(duì)碳鋼、旋螺鋼管切割施工作業(yè)所要求的級(jí)別技術(shù)條件。

高速鋼原材料鍛造可改變共晶碳化物形貌高速鋼屬萊氏體鋼，合金碳化物約占總重量的15％-20％，共晶碳化物硬而脆，是脆性相。因粗大共晶碳化物割斷了金屬基體連續(xù)性，增加脆性，降低韌性，加大高速鋼鍛造難度。高速鋼具有導(dǎo)熱性差、塑性低、變形抗力大、鍛造溫度窄、淬透性高和變形發(fā)熱效應(yīng)大等特點(diǎn)，應(yīng)嚴(yán)格制訂合理鍛造工藝。

鍛前對(duì)原材料進(jìn)行低倍組織、碳化物級(jí)別和表面質(zhì)量檢查及探傷檢查。當(dāng)原材料縮孔或中心疏松≥2級(jí)時(shí)，將引起端面十字裂紋或中心裂紋；當(dāng)原材料表面有裂紋或折疊，鐓粗時(shí)將擴(kuò)展成大裂紋；原材料共晶碳化物級(jí)別太高，即使反復(fù)鐓造也難達(dá)到低級(jí)別要求。

因此，應(yīng)選用共晶碳化物適宜級(jí)別來(lái)鍛造。鍛坯低溫入爐，二級(jí)預(yù)熱，均勻加熱，充分透燒，緩慢升溫，嚴(yán)格控制鍛造加熱溫度、始鍛和終鍛溫度，嚴(yán)防出現(xiàn)“表熟里生、里熟表生、陰陽(yáng)面和兩頭白而中間黑”等“夾生”加熱缺陷，以防鍛裂。

造纖維組織流線，增強(qiáng)整體綜合力學(xué)性能，并使鋼淬火時(shí)體積變形各方向均勻一致，避免畸變，同時(shí)縮小鋼的縱向和橫向性能差距，達(dá)到基本一致，獲得良好的鋼管及螺旋鋼管道的機(jī)械冷切削加工性能、淬火工藝性能和與成品相似的尺寸和形狀，減少機(jī)械加工切削量并節(jié)約鋼材，一舉多得。

而在對(duì)不銹鋼管道、合金管道及美標(biāo)X80管材這一類(lèi)既有粘性又在高溫切割后呈現(xiàn)高硬度的管道材質(zhì)進(jìn)行管道切割作業(yè)時(shí)，防爆切管機(jī)刀具使用了更加先進(jìn)的合金技術(shù)，將在以后的文章中進(jìn)行介紹。

總之，防爆切管機(jī)刀具進(jìn)行管道切割作業(yè)，高速鋼刀具的原材料經(jīng)科學(xué)合理鍛造和優(yōu)化熱處理工藝使高速鋼合金碳化物發(fā)生質(zhì)的飛躍，變共晶碳化物脆性相為強(qiáng)化相，使之≤3級(jí)呈細(xì)、小、勻、圓高度彌散分布于鋼基體。高速鋼碳化物形貌的顯著改善，細(xì)化了晶粒，增強(qiáng)了晶粒之間結(jié)合力，消除了不均勻碳化物對(duì)基體切割作用和剝落現(xiàn)象，降低了過(guò)熱敏感性，提高了硬度、耐磨性、剛性、強(qiáng)韌性和整體物理、化學(xué)和綜合力學(xué)性能有著十分顯著技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。