專利名稱：溫加工制造銅及銅合金管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬管材軋制技術(shù)。具體說的是一種運用溫加工和形變熱處理原理，由水平連鑄銅及銅合金管坯，經(jīng)表面機加工凈化處理和預(yù)加熱，繼爾在超過再結(jié)晶溫度條件下的高延伸系數(shù)和高變形速率的軋制中，發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶后，進行在線快速冷卻，而加工制造銅及銅合金管的方法。
實現(xiàn)本發(fā)明的目的的技術(shù)構(gòu)想，主要基于運用溫加工和形變熱處理原理，在先對連鑄管坯作表面機加工除雜處理，然后賦予管坯一定的溫度，緊接著將管坯導(dǎo)入變形軋制設(shè)備，使管坯在預(yù)加熱溫度，和變形軋制過程中產(chǎn)生的變形熱，兩者疊加而升溫至再結(jié)晶溫度之上的溫度條件下，以高變形速率進行軋制而成形，隨即在均溫條件下，快速冷卻而制成成品。而本發(fā)明所說的溫加工，是與熱軋加工和冷軋加工的根本區(qū)別所在。具體地說，本發(fā)明的在先對經(jīng)表面機加工除雜處理的管坯的預(yù)加熱，僅是加熱到環(huán)境溫度至再結(jié)晶溫度之間。本發(fā)明這種對管坯預(yù)加熱的技術(shù)措施，與熱軋加工方法相比較，能夠有效降低能耗，節(jié)減制造成本，而與冷軋加工方法相比較，又能夠使管坯的變形軋制溫度，上升至再結(jié)晶溫度之上，且具有足夠的過熱度，而提高了管坯變形的延伸系數(shù)，延長了管坯變形區(qū)域范圍和銅或銅合金的動態(tài)再結(jié)晶的過程，而使銅或銅合金具有足夠的條件，實現(xiàn)完全再結(jié)晶，從而達到提高軋制效率和制成品管材質(zhì)量之本發(fā)明的初衷。
本發(fā)明實現(xiàn)其目的的具體技術(shù)方案是，它包括管坯預(yù)熱，管坯軋制和軋制件冷卻步驟，而它以水平連鑄管坯為基料，且依次按照以下步驟進行管坯表面機加工；管坯預(yù)熱到環(huán)境溫度至再結(jié)晶溫度之間，管坯在再結(jié)晶溫度以上以高變形速率進行軋制；軋制件快速冷卻，且管坯預(yù)熱和管坯軋制步驟，是在保護氣氛中進行的。
本發(fā)明根據(jù)銅及各種銅合金不同的再結(jié)晶溫度，上述各步驟可以有多種具體的技術(shù)措施。但本發(fā)明經(jīng)過反復(fù)實驗而優(yōu)選的各個步驟的具體技術(shù)措施是在管坯表面機加工步驟，采取的是車或銑或磨的機械加工方法，且其機加工切削深度，控制在能夠去掉管坯表面鑄造缺陷的范圍內(nèi)。通過管坯表面機加工，使管坯表面呈無氧化光亮態(tài)。而對水平連鑄銅及銅合金管坯而言，切削深度一般控制在0.3mm～0.5mm范圍內(nèi)即可。且由于銑加工工效高于車加工，故本發(fā)明推薦的是銑加工。經(jīng)銑加工切削后所形成的銅或銅合金廢料，可以隨即收集后回用。
在管坯預(yù)熱步驟，是在保護氣氛條件下，將經(jīng)第一步驟表面機加工的管坯，預(yù)加熱至75℃～250℃。由于銅合金尤其是黃銅(cu-zn)或白銅(cu-Ni)的再結(jié)晶溫度較高，常溫下可塑性低，尤其是在管坯變形熱傳導(dǎo)尚未形成之前，建立穩(wěn)定軋制狀態(tài)比較困難，而本發(fā)明在管坯預(yù)加熱步驟，特地對管坯頭部的局部長度(約300mm)范圍內(nèi)，加熱至300℃～500℃。而其以后的預(yù)加熱溫度仍然是75℃～250℃。本發(fā)明采取的預(yù)加熱技術(shù)措施，是在線可燃氣體火焰加熱，或者是卡電電阻加熱，或者是管式電爐加熱。
在管坯軋制步驟，是在保護氣氛條件下，將第二步驟預(yù)加熱至75℃～250℃的管坯，緊接著導(dǎo)入變形軋制設(shè)備。事實上本發(fā)明是在一道次的連續(xù)生產(chǎn)流水線上，依次進行本發(fā)明的4個步驟。因而正確地說，是將預(yù)加熱管坯，緊接著導(dǎo)入變形軋制區(qū)。而管坯是在其預(yù)加熱溫度和其在高變形速率軋制過程產(chǎn)生的形變熱，兩者疊加在一起而升溫至700℃～850℃的軋制溫度條件下軋制成形的。由于管坯是在銅或銅合金的再結(jié)晶溫度以上，且在一定的過熱度狀態(tài)下發(fā)生形變的，無疑由于管坯的可塑性大，可使延伸系數(shù)增加，變形區(qū)更長，這一切都有利于銅或銅合金的動態(tài)再結(jié)晶的過程更完全、更充分，以獲得更加均勻的細晶結(jié)構(gòu)。且在多輥行星軋機的多個軋輥的反復(fù)輾軋下，而有效保證了本發(fā)明制取高質(zhì)量制成品管材的成功。
在軋制件冷卻步驟，是緊接著第三步驟將軋制成形的軋制件，在均溫條件下快速冷卻至環(huán)境溫度。所謂均溫，也可稱之為恒溫。而均溫的實質(zhì)內(nèi)涵是，在已經(jīng)完成變形軋制程序后，且運行離開變形軋制區(qū)的軋制件的外圍，采用電感應(yīng)線圈對軋制件再加熱，使其溫度在變形軋制溫度700℃～850℃的基礎(chǔ)上，再升高30℃～80℃，且讓此溫度均衡地保持一定時間，而令軋制件整體溫度保持均勻一致。而后，再讓均熱的管材軋制件導(dǎo)入水浴快速冷卻至環(huán)境溫度。而本發(fā)明水浴快速冷卻的目的，是令管材軋制件以10m/min～20m/min的軋出速度，通過長約1～1.5m的乳化液浴槽而實現(xiàn)的?？焖倮鋮s實質(zhì)是一種形變熱處理，其目的主要在于進一步細化銅或銅合金的晶粒，使本發(fā)明的制成品管材，在后續(xù)深加工過程中乃至后續(xù)產(chǎn)品的工作狀況下，長期處于優(yōu)良的力學性能狀態(tài)。
正如在先描述的那樣，管坯變形軋制的溫度，是決定管坯延伸系數(shù)的主要因素，特別是所加工軋制的銅合金管材，系多元合金，其組分含量的差異很大。鑒于上述考慮，本發(fā)明特別注重變形軋制設(shè)備的選用。其變形軋制設(shè)備至少應(yīng)當滿足可調(diào)控管坯變形溫度，具有保護氣氛裝置，對管坯能夠反復(fù)輾軋且輾軋面積較大等要求。本發(fā)明優(yōu)選的變形軋制設(shè)備，是能夠滿足以上所說要求的2～6輥行星軋管機。
本發(fā)明對于管坯軋制溫度在預(yù)加熱、軋制和冷卻三個步驟連續(xù)作業(yè)線上的在線調(diào)節(jié)和控制，是通過以下三種技術(shù)措施來實現(xiàn)的第一種是應(yīng)用在相關(guān)工序上的調(diào)控技術(shù)措施。它是在固定變形區(qū)冷卻液流量的條件下，通過調(diào)整管坯送進力、管坯預(yù)熱溫度和管坯延伸系數(shù)來實現(xiàn)調(diào)控管坯軋制溫度的。
而第二種是應(yīng)用在軋制設(shè)備的相關(guān)速度的調(diào)控技術(shù)措施。它是通過調(diào)整所說行星軋管機回轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速及軋出速度所實現(xiàn)的變形速率的高低，而調(diào)控管坯軋制溫度的。本發(fā)明優(yōu)選的調(diào)整行星軋管機回轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速范圍，控制在280rpm至500rpm之內(nèi)，而調(diào)整軋出速度的范圍，控制在10m/min至20m/min之內(nèi)。
而第三種是應(yīng)用在軋制設(shè)備的相關(guān)結(jié)構(gòu)上的調(diào)控技術(shù)措施。它是通過調(diào)整所說行星軋管機的軋輥送進角度，而調(diào)控管坯軋制溫度的。本發(fā)明優(yōu)選的調(diào)整所說軋輥送進角度的范圍，控制在6°～8°之間。
本發(fā)明的典型實施方式之一，軋制的是磷脫氧銅(TP2)管。軋制是在改進后的XR-SG90三輥行星軋管機上進行的。管坯為水平連鑄的，初始尺寸為φ86×23mm，軋前管坯經(jīng)由3個銑頭的銑加工設(shè)備，進行表面處理，其切削深度為0.3mm，使管坯表面呈無氧化光亮態(tài)，然后在線預(yù)加熱。采用乙炔火焰加熱，使管坯預(yù)熱至120℃，然后進行由改進后的XR-SG90三輥行星軋機的軋制加工。管坯在預(yù)熱溫度和形變熱溫度兩者疊加后，很快升溫至720℃。軋管機以軋出速度為12m/min進行工作，并持續(xù)不斷將其所軋制的管件向前送進。在緊挨軋制區(qū)的所輸送出來的管件的外圍，安裝有電感應(yīng)加熱器，使軋制件繼續(xù)升溫至750℃，并將750℃的溫升持續(xù)保持5～10秒鐘時間，隨即使軋制管件進入長1m的乳化液浴槽內(nèi)，軋制管件大約在5秒鐘的時間內(nèi)通過水浴，而快速冷卻至環(huán)境溫度。然后向上預(yù)彎成卷。軋制后的銅管規(guī)格為φ47×2.2mm。延伸系數(shù)為14.7，鋼管表面無任何折疊紋和其它缺陷存在，軋后管體金相組織呈很細的等軸晶粒狀態(tài)(完全再結(jié)晶態(tài))，其抗拉強度和延伸率分別為240MPa～250Mpa和45％～55％。渦流探傷檢驗結(jié)果反映，每千僅為0～2個缺陷點。軋制后管材品質(zhì)優(yōu)量。軋制是成功的。
本發(fā)明的具體實施方式
之二。溫軋水平連鑄H68黃銅管。軋制是在改進后的XR-SG90三輥行星軋管機上進行的。管坯初始尺寸為φ83×22mm。經(jīng)銑加工對管坯表面進行切削處理，切削深度為0.5mm，使管坯表面呈無氧化光亮狀態(tài)；然后采用管式電爐熱輻射預(yù)加熱，使管坯頭部升溫至400℃，然后進入改進后的XR-SG90三輥行星軋管機，先將管頭建立穩(wěn)定軋制狀態(tài)，等待管頭軋制成型之后，將管坯預(yù)熱溫度下降到150℃，以后管坯進入軋制程序。其后的軋制程序如同具體實施方式
之一。而其軋制溫度為800℃，軋出速度為18m/min，管件冷卻前的均溫溫度為830℃，快速冷卻的乳化液浴槽的長度為1.5m。軋制后的黃銅管的規(guī)格為φ47×2.2mm，其延伸系數(shù)為13.6。銅管表面無任何折疊紋和其它缺陷。其抗拉強度和延伸率分別為290MPa～380MPa和25％～40％，電鏡顯示軋后管體的金相組織很致密。軋制是成功的。這種銅管在后續(xù)的拉伸中，幾乎無因管體本身的缺陷而發(fā)生斷管現(xiàn)象。
綜上所述，本發(fā)明所具有的在線連續(xù)作業(yè)工序少，自動化程度高，且成材率高，管材制造成本低，管材品質(zhì)好等特點，是顯而易見的。與已有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有明顯的實質(zhì)性特點和顯著的進步。
權(quán)利要求
1.一種溫加工制造銅及銅合金管的方法，它包括管坯預(yù)熱、管坯軋制和軋制件冷卻步驟，其特征在于，它依次按照以下步驟進行管坯表面機加工；管坯預(yù)熱到環(huán)境溫度至再結(jié)晶溫度之間；管坯在再結(jié)晶溫度以上，以高變形速率進行軋制；軋制件快速冷卻，且管坯預(yù)熱和管坯軋制步驟，是在保護氣氛中進行的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫加工制造銅及銅合金管的方法，其特征在于，它的各個步驟的技術(shù)措施是a、在管坯表面機加工步驟，采取的是車或銑或磨的機械加工方法，且其機加工切削深度，控制在能夠去掉管坯表面鑄造缺陷的范圍內(nèi)；b、在管坯預(yù)熱步驟，是在保護氣氛條件下，將經(jīng)第一步驟經(jīng)機加工的管坯預(yù)加熱到75℃～250℃；c、在管坯軋制步驟，是在保護氣氛條件下，將第二步驟預(yù)加熱的管坯，導(dǎo)入變形軋制設(shè)備，而管坯是在其預(yù)加熱溫度和變形軋制過程產(chǎn)生的變形熱兩者疊加而升溫至700℃～850℃的軋制溫度條件下，以高變形速率進行軋制而成形的；d、在軋制件冷卻步驟，是緊接著第三步驟將軋制成形的軋制件，在均溫條件下，以130℃/秒～160℃/秒降溫速率快速冷卻至環(huán)境溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的溫加工制造銅及銅合金管的方法，其特征在于，所說的高變形速率，是通過行星軋管機回轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速在280～500RPM范圍，及軋出速度在10～20m/mim范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)而調(diào)控的，且通過高變形速率的調(diào)控，而調(diào)控管坯軋制溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫加工制造銅及銅合金管的方法，其特征在于，銅合金管坯的預(yù)加熱，它在管坯頭部的局部長度范圍內(nèi)，預(yù)加熱溫度為300℃～500℃，而其其余部分的預(yù)加熱溫度則為75℃～250℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫加工制造銅及銅合金管的方法，其特征在于，所說的均溫條件下快速冷卻的均溫溫度，為軋制溫度以上30℃～80℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫加工制造銅及銅合金管的方法，其特征在于，所說的變形軋制設(shè)備，是可調(diào)控管坯變形溫度的且具有保護氣氛裝置的2～6輥行星軋管機。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫加工制造銅及銅合金管的方法，其特征在于，所說的管坯軋制溫度，是在固定變形區(qū)冷卻液流量的情況下，通過調(diào)節(jié)管坯送進力、管坯預(yù)熱溫度和延伸系數(shù)來調(diào)控的。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫加工制造銅及銅合金管的方法，其特征在于，所說的管坯軋制溫度，是通過行星軋管機軋輥送進角度在6°～8°范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)而調(diào)控的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溫加工制造銅及銅合金管的方法，屬于金屬管材軋制技術(shù)。它依次包括，管坯表面機加工處理；管坯預(yù)熱到環(huán)境溫度至再結(jié)晶溫度之間；管坯在再結(jié)晶溫度以上高變形速率軋制；軋制件快速冷卻等4個步驟。本發(fā)明克服了已有技術(shù)的工序多、成材率低、制造成本高、制成品質(zhì)量不穩(wěn)定等不足。本發(fā)明的延伸系數(shù)在8～16之間，軋制速度在10～20m/min之間。本發(fā)明是目前一種區(qū)別于熱軋加工和冷軋加工，而采用溫加工制造銅及銅合金管的先進方法。
文檔編號B21B9/00GK1390677SQ0213802
公開日2003年1月15日 申請日期2002年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月24日
發(fā)明者肖克建, 田福生, 祁威 申請人:江蘇興榮高新科技股份有限公司