防爆切割刀具制造工藝簡述

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

防爆切割刀具是指防爆切管機在進行管道機械冷切割時所用的刀具總稱。一般來說，管道機械冷切割分為自動防爆切管機、人工切管機。而本文所簡述的刀具是針對自動切管機，而人工所用鉸接式切管機（手搖刀）結構比較簡單，將在以后的文章中重點介紹。

防爆切管機所用的刀具材質為高速鋼，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。

防爆切管機所用高速鋼的工藝性能好，強度和韌性配合好，因此主要用來制造復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60年代以后又出現(xiàn)了粉末冶金高速鋼，它的優(yōu)點是避免了熔煉法生產(chǎn)所造成的碳化物偏析而引起機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穩(wěn)定，不能用正常熱處理方法消除，只有通過鍛造才能擊碎共晶碳化物，并同時配合相應熱處理流程，才能使合金碳化物呈細、小、勻、圓分布于鋼基體，變脆性相為強化相。

在目前隨著國內(nèi)新技術新工藝發(fā)展，防爆切管機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用帶來生機和繁榮。但往往因原材料碳化物未得到改善，影響了工模具質量和使用壽命。

防爆切管機所用高速鋼英文簡寫為HSS，在國內(nèi)高速鋼也被稱為鋒鋼，或是風鋼，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，是一種十分常用的工具鋼。

高速鋼產(chǎn)品一般都是會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鋼，同時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，高速鋼就出現(xiàn)了，高速鋼可以使主軸轉速提高好幾倍，切削速度可以達到V = 30?50米/分，所以當時人們稱這種鋼材為高速度工具鋼。

防爆切管機所用高速鋼合金碳化物形貌是產(chǎn)品質量優(yōu)劣的關鍵因素。當碳化物堆集在防爆切管機刀具的刃口或模具型腔尖角、筋和凸臺部位，切割基體成為應力集中源，導致模具服役時崩刃、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、淬裂和工模具嚴重畸變等缺陷。

為了大幅度提高防爆切管機高速鋼制工模具質量和使用壽命，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化相。

高速鋼主要碳化物類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，主要有五種類型碳化物。防爆切管機所用高速鋼共晶碳化物級別控制在≤3級，高精度模具控制在1-2級。對高速鋼原材料進行鍛造，可達到對碳鋼、旋螺鋼管切割施工作業(yè)所要求的級別技術條件。

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)熱效應大等特點，應嚴格制訂合理鍛造工藝。

鍛前對原材料進行低倍組織、碳化物級別和表面質量檢查及探傷檢查。當原材料縮孔或中心疏松≥2級時，將引起端面十字裂紋或中心裂紋；當原材料表面有裂紋或折疊，鐓粗時將擴展成大裂紋；原材料共晶碳化物級別太高，即使反復鐓造也難達到低級別要求。

因此，應選用共晶碳化物適宜級別來鍛造。鍛坯低溫入爐，二級預熱，均勻加熱，充分透燒，緩慢升溫，嚴格控制鍛造加熱溫度、始鍛和終鍛溫度，嚴防出現(xiàn)“表熟里生、里熟表生、陰陽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，增強整體綜合力學性能，并使鋼淬火時體積變形各方向均勻一致，避免畸變，同時縮小鋼的縱向和橫向性能差距，達到基本一致，獲得良好的鋼管及螺旋鋼管道的機械冷切削加工性能、淬火工藝性能和與成品相似的尺寸和形狀，減少機械加工切削量并節(jié)約鋼材，一舉多得。

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

總之，防爆切管機刀具進行管道切割作業(yè)，高速鋼刀具的原材料經(jīng)科學合理鍛造和優(yōu)化熱處理工藝使高速鋼合金碳化物發(fā)生質的飛躍，變共晶碳化物脆性相為強化相，使之≤3級呈細、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，細化了晶粒，增強了晶粒之間結合力，消除了不均勻碳化物對基體切割作用和剝落現(xiàn)象，降低了過熱敏感性，提高了硬度、耐磨性、剛性、強韌性和整體物理、化學和綜合力學性能有著十分顯著技術經(jīng)濟效益。