高速鋼、硬質合金刀具在管道帶壓開孔中的應用

帶壓開孔工程施工作業中，帶壓開孔刀隨著鉆桿的轉動和進刀總成的推進，刀具實現對管道的層層切削直至切透。而現實的工程中管材有很多種材質，那就需要不同材質的帶壓開孔刀來對不同類型的管道進行帶壓開孔作業。下面就對帶壓開孔刀的材質來詳細進行分析：

1.高速鋼

高速鋼（HSS）是一種具有高硬度、高耐磨性和高耐熱性的工具鋼，又稱高速工具鋼或鋒鋼，俗稱白鋼。高速鋼刀具是一種比普通刀具要堅韌，更容易切割的刀具。高速鋼比碳素工具鋼具有更好的韌性、強度、耐熱性，切削速度比碳素工具鋼（鐵碳合金）高很多，因此得名高速鋼；而硬質合金剛比高速鋼的性能更好，切削速度可以再提高2-3倍。

1.1高速鋼的切削加工工藝性能以及強度和韌性配合好，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。除用熔煉方法生產的高速鋼外，20世紀60年代以后又出現了粉末冶金高速鋼，它的優點是避免了熔煉法生產所造成的碳化物偏析而引起機械性能降低和熱處理變形。

1.2而目前較為先進的高速鋼制備技術是使用噴射成型技術。所謂的噴射成型是將液態金屬經高壓惰性氣體霧化成彌散液滴，噴射到收集器上形成連續致密，具有一定形狀的近終形坯，工藝過程分為5個階段：金屬釋放、霧化階段、噴射階段、沉積階段和沉積坯凝固。

這種工藝生產的高速鋼是一種融合了傳統鑄造和粉末冶金優點的冶金技術，具有致密度高，等軸晶組織細小均勻；形成合金的含氧量低；流程短、成品率高、沉積效率高、能源利用率高、成本低；合金性能提高等優點。

但這種方法也存在著沉積態坯件中有一定量的疏松，通?？赏ㄟ^擠壓、熱冷軋或熱等靜壓可達到收完全密室，其最終產品效率明顯低于100%。材料損失來源于熔滴的過噴；熔滴或顆粒從坯件表面濺射等許多原因。

因此，高速鋼刀具屬于合金刀具的范疇。一般的工具鋼也屬于合金鋼只不過是鐵碳合金，高速鋼分為：普通高速鋼和優質高速鋼。高速鋼刀具在帶壓開孔工程施工中，其高速切削管道壁所產生高熱情況下（無冷卻手段且運行于最高速度的情況下約500℃）仍能保持高的硬度，HRC能在60以上。

高速鋼鉆頭材質是一種成分復雜的合金鋼，含有鎢、鉬、鉻、釩、鈷等碳化物形成元素。合金元素總量達10～25%左右。它在高速切削產生高熱情況下(約500℃)仍能保持高的硬度，HRC能在60以上。這就是高速鋼最主要的特性——紅硬性。而碳素工具鋼經淬火和低溫回火后，在室溫下雖有很高的硬度，但當溫度高于200℃時，硬度便急劇下降，在500℃硬度已降到與退火狀態相似的程度，完全喪失了切削金屬的能力，這就限制了碳素工具鋼制作切削工具用。而高速鋼由于紅硬性好，彌補了碳素工具鋼的致命缺點。

1.3高速鋼的化學成分

高速鋼是由大量W、MO、Cr、Co、V等元素組成高碳、高合金鋼，含氧碳量約為0.7%~1.65%，合金元素總量達到10%~25%左右。

高速鋼按性能分類，可分為三種基本系列，即HSS-L、HSS、HSS-E等。

2.硬質合金刀具

硬質合金具有硬度高、耐磨、強度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優良性能，特別是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的溫度下也基本保持不變，在1000℃時仍有很高的硬度。

硬質合金廣泛用作刀具材料，尤其是帶壓開孔刀具領域中，用于切削鑄鐵、有色金屬、塑料、化纖、石墨、玻璃、石材和普通鋼材等管道材質，也可以用來切削耐熱鋼、不銹鋼、高錳鋼、難加工的管道材料。硬質合金是以高硬度難熔金屬的碳化物（WC、TiC)微米級粉末為主

要成分，以鈷（Co）或鎳（Ni）、鉬（Mo）為粘結劑，在真空爐或氫氣還原爐中燒結而成的粉末冶金制品。

硬質合金具有硬度高、耐磨、強度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優良性能，特別是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的溫度下也基本保持不變，在1000℃時仍有很高的硬度。

除碳原子外，氮原子、硼原子也能進入金屬晶格的空隙中，形成間隙固溶體。它們與間隙型碳化物的性質相似，能導電、導熱、熔點高、硬度大，同時脆性也大。

鎢鋼帶壓開孔刀具材質主要成分為碳化鎢和鈷，其占所有成分的99%，1%為其他金屬，所以稱作鎢鋼，又稱為硬質合金，被認為是現代工業的牙齒。鎢鋼是至少含有一種金屬碳化物組成的燒結復合材料。碳化鎢，碳化鈷，碳化鈮、碳化鈦，碳化鉭是鎢鋼的常見組份。碳化物組份(或相)的晶粒尺寸通常在0.2-10微米之間，碳化物晶粒使用金屬粘結劑結合在一起。粘結金屬一般是鐵族金屬，常用的是鈷、鎳。因此就有了鎢鈷合金、鎢鎳合金及鎢鈦鈷合金。鎢鋼鉆頭材質燒結成型就是將粉末壓制成坯料，再進燒結爐加熱到一定溫度（燒結溫度），并保持一定的時間（保溫時間），然后冷卻下來，從而得到所需性能的鎢鋼材料。

帶壓開孔刀的材質一般分為HSS,HSS含鈷、粉末HSS，鎢鋼鉆頭，以上鉆頭材料硬度逐級升高，正常情況下要分析和測試帶壓開孔刀工件或耐磨性，可把鉆頭的硬度和工件的硬度轉化成HV韋氏硬度，如果鉆頭的硬度大于工件的硬度3倍以上就可以了，當然鉆頭的表面硬度大于工件表面硬度越高越好，鉆頭的壽命就越長。

在正確分析管道材質硬度后，還要考慮管道材質的粘性及導熱性能，從綜合方面來考慮選擇擇帶壓開孔刀的選型。