防爆切割刀具制造工艺简述

防爆切割刀具也即防爆切管机高速钢刀具。所谓防爆切割是指在运营和传输中的管线维修、抢修作业时，管道已出现介质泄漏或管线附件失效需要更换作业中会出现介质析出、外流等现象造成易燃易爆环境，在这种环境下进行管道切割的设备或工具，我们称之为防爆切割设备或防爆切割工具。

防爆切割刀具是指防爆切管机在进行管道机械冷切割时所用的刀具总称。一般来说，管道机械冷切割分为自动防爆切管机、人工切管机。而本文所简述的刀具是针对自动切管机，而人工所用铰接式切管机（手摇刀）结构比较简单，将在以后的文章中重点介绍。

防爆切管机所用的刀具材质为高速钢，其属于莱氏体钢，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状或树枝状分布于钢基体。钢锭虽经轧制和压延，碳化物有一定程度破碎，但碳化物偏析依然严重，沿轧制方向呈带状、全网状、半网状或堆集状分布。

防爆切管机所用高速钢的工艺性能好，强度和韧性配合好，因此主要用来制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具，也可制造高温轴承和冷挤压模具等。除用熔炼方法生产的高速钢外，20世纪60年代以后又出现了粉末冶金高速钢，它的优点是避免了熔炼法生产所造成的碳化物偏析而引起机械性能降低和热处理变形。

碳化物不均匀度随原材料直径和厚度增大而增加，共晶碳化物硬而脆且相当稳定，不能用正常热处理方法消除，只有通过锻造才能击碎共晶碳化物，并同时配合相应热处理流程，才能使合金碳化物呈细、小、匀、圆分布于钢基体，变脆性相为强化相。

在目前随着国内新技术新工艺发展，防爆切管机的防爆切割刀具所用高速钢不仅是工具钢，也可作模具钢使用，一钢二用，给高速钢在工模具中的广泛应用带来生机和繁荣。但往往因原材料碳化物未得到改善，影响了工模具质量和使用寿命。

防爆切管机所用高速钢英文简写为HSS，在国内高速钢也被称为锋钢，或是风钢，白钢，高速钢是一种合金钢，高速钢有着很高的硬度，而且还很耐磨，有着抗高温的特点，是一种十分常用的工具钢。

高速钢产品一般都是会将钢材的表面磨得十分的光亮洁白，所以高速钢也被称为白钢，高速钢可以在空气中淬火冷却，高速钢的淬透性好，所以高速钢也被称为风钢，同时高速钢又比较容易磨得锋利，所以高速钢又被人们称为锋钢，早在1900 年时，高速钢就出现了，高速钢可以使主轴转速提高好几倍，切削速度可以达到V = 30〜50米/分，所以当时人们称这种钢材为高速度工具钢。

防爆切管机所用高速钢合金碳化物形貌是产品质量优劣的关键因素。当碳化物堆集在防爆切管机刀具的刃口或模具型腔尖角、筋和凸台部位，切割基体成为应力集中源，导致模具服役时崩刃、脆性损坏等早期失效。碳化物不均匀分布造成热加工性能恶化，易锻裂、淬裂和工模具严重畸变等缺陷。

为了大幅度提高防爆切管机高速钢制工模具质量和使用寿命，采取有效措施，改善合金碳化物形貌，变共晶碳化物脆性相为强化相。

高速钢主要碳化物类型及特性高速钢包括通用高速钢、高碳高速钢、高碳高钒高速钢、钴高速钢和超硬高速钢等品种，主要有五种类型碳化物。防爆切管机所用高速钢共晶碳化物级别控制在≤3级，高精度模具控制在1-2级。对高速钢原材料进行锻造，可达到对碳钢、旋螺钢管切割施工作业所要求的级别技术条件。

高速钢原材料锻造可改变共晶碳化物形貌高速钢属莱氏体钢，合金碳化物约占总重量的15％-20％，共晶碳化物硬而脆，是脆性相。因粗大共晶碳化物割断了金属基体连续性，增加脆性，降低韧性，加大高速钢锻造难度。高速钢具有导热性差、塑性低、变形抗力大、锻造温度窄、淬透性高和变形发热效应大等特点，应严格制订合理锻造工艺。

锻前对原材料进行低倍组织、碳化物级别和表面质量检查及探伤检查。当原材料缩孔或中心疏松≥2级时，将引起端面十字裂纹或中心裂纹；当原材料表面有裂纹或折叠，镦粗时将扩展成大裂纹；原材料共晶碳化物级别太高，即使反复镦造也难达到低级别要求。

因此，应选用共晶碳化物适宜级别来锻造。锻坯低温入炉，二级预热，均匀加热，充分透烧，缓慢升温，严格控制锻造加热温度、始锻和终锻温度，严防出现“表熟里生、里熟表生、阴阳面和两头白而中间黑”等“夹生”加热缺陷，以防锻裂。

造纤维组织流线，增强整体综合力学性能，并使钢淬火时体积变形各方向均匀一致，避免畸变，同时缩小钢的纵向和横向性能差距，达到基本一致，获得良好的钢管及螺旋钢管道的机械冷切削加工性能、淬火工艺性能和与成品相似的尺寸和形状，减少机械加工切削量并节约钢材，一举多得。

而在对不锈钢管道、合金管道及美标X80管材这一类既有粘性又在高温切割后呈现高硬度的管道材质进行管道切割作业时，防爆切管机刀具使用了更加先进的合金技术，将在以后的文章中进行介绍。

总之，防爆切管机刀具进行管道切割作业，高速钢刀具的原材料经科学合理锻造和优化热处理工艺使高速钢合金碳化物发生质的飞跃，变共晶碳化物脆性相为强化相，使之≤3级呈细、小、匀、圆高度弥散分布于钢基体。高速钢碳化物形貌的显著改善，细化了晶粒，增强了晶粒之间结合力，消除了不均匀碳化物对基体切割作用和剥落现象，降低了过热敏感性，提高了硬度、耐磨性、刚性、强韧性和整体物理、化学和综合力学性能有着十分显著技术经济效益。