钢管在现代工业生产中占据重要地位。随着我国加大对石油、天然气等能源的开发力度以及“西气东输”战略的实施,国内对钢管产品的需求日益上升。穿孔顶头是生产无缝钢管最重要的部件之一,顶头工作状况非常恶劣,承受着最高1200℃的高温以及复杂的交变应力,每完成一次穿管工作后顶头会受到一次水冷来降低其表面温度,顶头在急冷急热的工作环境容易产生热疲劳,极易在工作中造成损坏,因此提高穿孔顶头的使用寿命成为目前众多科研人员研究的热点。Stellite X-40是一种Co基高温温耐磨合金,可以在800℃条件下进行稳定工作。合金组织主要由Co固溶体基体相及碳化物强化相组成,高温条件下Cr、W等合金元素的存在可提高γ-Co固溶体基体的固溶强化能力及碳化物弥散强化能力,使得合金具有很强的抗冲击及抗磨损能力。本实验采用热喷涂及激光重熔等技术在顶头表面制备.层Stellite X-40合金防护涂层,来提高穿孔顶头表面高温强度和耐磨性,从而提高顶头的使用寿命。采用等离子喷涂、高速火焰喷涂、激光重熔的方法在穿孔顶头钢表面制备Stellite X-40合金涂层,使用光学显微镜、扫描电子显微镜,透射电子显微镜、X射线衍射仪等设备分析了涂层的显微组织、物相组成。采用显微维氏硬度计、高温管式炉、高温摩擦磨损试验机等设备测试了涂层的硬度、抗热震性能及抗高温磨损性能。通过实验分析确定顶头合金牌号为20CrNi3MoV合金结构钢,显微组织为粒粒状贝氏体,平均显微维氏硬度为322 HV0.2,屈服强度为804.25 MPa,抗拉强度为985.05 MPa,断裂延伸率为7.69%。等离子喷涂涂层及高速火焰喷涂涂层为层状结构,等离子喷涂涂层孔隙为5.92%,平均显微硬度为335 HV0.2;高速火焰喷涂涂层孔隙率为2.45%,平均显微硬度为525 HV0.2。等离子喷涂涂层热震20次后涂层失效,高速火焰喷涂涂层热震10次后涂层失效。基体材料耐磨性能最差,试样磨损失重42.3 mg,摩擦系数为0.52。高速火焰喷涂涂层抗高温磨损性能最好,涂层表面摩擦系数最高,高温摩擦过程中涂层剥落是造成摩擦系数高的主要原因。高速火焰喷涂涂层磨损失重24.5 mg,失重量是基体的57.9%,摩擦系数为0.56。等离子喷涂涂层抗高温磨损性能次之,具有最低的摩擦系数,试样磨损失重28.8 mg,失重量是基体的68.1%,摩擦系数为0.3 3。热喷涂涂层在高温摩擦过程中表面生成的一层合金氧化膜,具有一定的减磨作用,热喷涂涂层抗高温磨损性能好于基体材料。采用激光功率440 W,扫描速度9 mm/s,离焦量+4 mm,保护气流量3.5 L/min工艺参数对涂层进行激光重熔。重熔涂层与基体为冶金结合,重熔态组织为γ-Co固溶体基体相与枝晶间析出的富Cr相和碳化物相组成。重熔后涂层抗热震性能提高,经过50次热震后涂层未发生失效,激光重熔后涂层抗高温磨损性能有所降低,但是比基体的抗高温磨损性能好,试样磨损失重为29.7 mg,失重量是基体的70.2%,摩擦系数为0.43,低于高速火焰喷涂涂层的摩擦系数。Fe元素在涂层中的扩散造成重熔态涂层硬度降低,涂层平均显微维氏硬度为335.9 HV0.2。重熔后涂层缺陷被消除,涂层组织均匀性更好,涂层表面摩擦系数变小。实验结果表明Stellite X-40合金热喷涂涂层和激光重熔涂层均具有很好的抗高温磨损性能,火焰喷涂涂层的耐磨性最好,重熔涂层抗热震性能最好,在穿孔顶头表面制备Stellite X-40合金涂层可以进一步提高顶头的使用寿命。