專利名稱：冷軋無縫銅管的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種無縫非鐵管(NE-Rohren)的制造方法，尤其是由連鑄或擠壓成形的管坯再接著軋制尤其是在行星式斜輥穿軋機上軋制無縫銅管的制造方法。
這樣制造冷軋銅管的方法在文獻US 4,876,870中已經(jīng)描述過。其中涉及一種以連鑄或擠壓成形的初加工材料的外界溫度制造非鐵金屬管、如銅管、鎳管、鋯管或鈦管或者其合金管的方法，包括行星式冷軋機，以便在單次軋道中達到減縮至少70％，其中由于減縮，作為材料抵抗變形的阻力，產(chǎn)生溫升直到再結(jié)晶溫度，對于銅形成0.005至0.050mm的顆粒。對于銅材在軋制期間產(chǎn)生的溫升在250℃至750℃之間。
在軋制上述材料時人們充分地利用這一物理效應，即軋制材料僅僅由于變形功就可以這樣高地升溫，以至達到對于再結(jié)晶足夠高的溫度。在此材料在軋制過程中經(jīng)歷兩個不同的狀態(tài)。在冷軋范圍，即由室溫升高到軋制溫度，首先出現(xiàn)材料的冷作硬化。當接著繼續(xù)變形并與此相關(guān)地繼續(xù)升溫時材料的變形強度降低并在最高溫度區(qū)達到變形強度的最低值。根據(jù)變形率的大小這個溫度區(qū)位于大約700至800℃。如果事先已經(jīng)進行了大約70％的足夠大的冷變形的時候，則會在這個溫度范圍里產(chǎn)生快速的組織再結(jié)晶。低的變形強度在意義上就等于材料的低抗拉強度或屈服強度，即材料實際上離開軋制的球化退火狀態(tài)。
在許多情況下組織再結(jié)晶可能是適宜的，因為再結(jié)晶使繼續(xù)加工變得容易。例如接著進行的管子外部加筋需要較低強度的球化退火組織，否則不可能沒有材料缺陷地進行加筋。
在另一些情況下，例如在生產(chǎn)布線管時對于這個加工階段不要求甚至不希望產(chǎn)生再結(jié)晶組織。通過由空心連鑄的外徑85×壁厚15mm的SF銅管接著進行皮爾格法(Kaltpilgern)冷軋成58×2.4mm的實驗就已經(jīng)表明，冷作硬化且沒有再結(jié)晶的材料可以毫無問題地繼續(xù)拉成15×1mm的布線管。在極限情況下甚至已經(jīng)能夠拉出6.35×0.3mm的熱交換管。對于這種加工過程皮爾格法冷軋管已經(jīng)不進行中間退火。
銅是一種無需中間熱處理就可以承受劇烈拉伸過程的材料。在前述示例中，即在制造6.35×0.3mm的熱交換管示例中全部拉伸比例就已達548∶1。因此皮爾格法冷軋作為一種在銅管制造中廣為使用的方法是眾所周知的。在軋制期間對管和軋輥施加冷卻乳液。此外由于皮爾格法冷軋具有很好的變形效率，所以軋管以＜100℃的溫度離開對應的軋機。
此外對于行星式斜輥穿軋方法的缺點是，盡管球化退火的銅管從尺寸上來說能夠穿過去，但是不能直接在卷筒式拉絲機上繼續(xù)加工。
管束的運輸通常是以水平位置在所謂的網(wǎng)筐中進行。網(wǎng)筐是一個向上敞開的扁平的半圓容器，半圓容器在輸送帶上柔性地輸送到不同的地點并可以通過專門的升降裝置堆疊或提升到其它輸送面。這一點由此來實現(xiàn)，即網(wǎng)筐與輸送裝置不是固定連接，而是僅松散地平放或懸掛。而這種網(wǎng)筐的缺點在于，由行星式斜輥穿軋機生產(chǎn)出來的軟的軋管表面可能通過運輸本身和接著進行的拉伸中受到損傷，因為各管束上下疊放并在運輸和從網(wǎng)筐里拉出軋管時相互摩擦。管束越重，對軋管損傷的危險就越大。這種損傷在卷筒式拉絲機上就更大，因為卷筒式拉絲機相對于連續(xù)的直拉機來說以幾倍高的速度進行拉伸。因此對于質(zhì)量有特殊要求的、用于制冷設備的壁厚小于0.3mm的薄壁管，既所謂的ACR(空調(diào)和冰箱)管，管束在行星式斜輥穿軋機后面置于垂直位置，以便以這個位置自然的被較慢的前述直拉機拉伸。對于懸掛束的運輸一般使用配有吊鉤的固定設置在兩點之間的鏈式輸送帶，而且其目的地不能隨意調(diào)整。由于這些措施而只能使用非柔性輸送系統(tǒng)和慢拉伸技術(shù)。這只適用于那些以傳統(tǒng)的行星式斜輥穿軋機生產(chǎn)出來的軟質(zhì)軋管。假如在行星式斜輥穿軋機上也能夠制造出硬質(zhì)的、非再結(jié)晶的軋管，就可以自由選擇以后的運輸手段和拉伸設備并且還能夠?qū)τ谫|(zhì)量有特殊要求的ACR軋管使用網(wǎng)筐帶式輸送以及以水平位置在快速卷筒式拉絲機上拉伸管束。
前述的皮爾格冷軋方法相對于行星式斜輥穿軋機來說也不都是優(yōu)點。
對于皮爾格冷軋方法涉及到一種帶有往復行進的軋機機座的步進式軋制工藝。為了得到尺寸上令人滿意的軋管，必需將所使用的管坯步進式地向前推進并旋轉(zhuǎn)例如57°角。當配有特殊精整的軋輥短時間松開軋管時，只能在軋機機座的各個端點實行這種推進和旋轉(zhuǎn)。在這里供使用的時間極其短暫并使管坯必需以很高的加速度推進和旋轉(zhuǎn)。由于這個原因管坯的質(zhì)量，即管坯的重量受到限制。按照現(xiàn)有的技術(shù)現(xiàn)狀對于皮爾格冷軋法最大的管坯重量為大約550kg。而市場需求明顯更重的管坯重量，因為由此可以減少拉伸時的輔助時間并減少輸送機構(gòu)如管束網(wǎng)筐的數(shù)量。
在DE-OS 1 752 996中可以得到關(guān)于皮爾格冷軋管軋機工作方法的描述。其中所描述的技術(shù)現(xiàn)狀包括安置在軋輥軸徑上的飛輪，飛輪在軋機機座的往復運動中與齒條嚙合并由此向前向后旋轉(zhuǎn)。
因為飛輪半徑不能改變而實際的孔型軋制半徑在軋輥轉(zhuǎn)動過程中在很寬范圍里變化，所以對于由該文獻所公知的結(jié)構(gòu)形式軋輥在要被軋制的軋管上滑動，由此使軋管質(zhì)量變壞。在軋制滑動中產(chǎn)生并作用于管坯上的軸向力使得不能以通常的進給量軋制薄壁管，因為毛坯端面在精軋時迎著撞擊起動，由此相應地使軋機功率下降。此外由于較大的軸向力使得軋機、毛坯進給機構(gòu)、芯軸桿夾緊裝置等一系列機構(gòu)的壽命縮短。
由于皮爾格冷軋法普遍公知的斷續(xù)而不連續(xù)工作方式的缺陷按照平穩(wěn)變化的軋制過程要求更致力于行星式斜輥穿軋方法的應用。這種軋制方法具有另外的優(yōu)點，不存在在皮爾格冷軋法中對所能采用的約550kg的毛坯重量的限制。在這里毛坯能夠連續(xù)進給，因此能夠采用重達750kg的毛坯重量甚至更重。此外材料的變形在相對短的變形區(qū)里以恒定的軋制過程全載拉伸。
但是對于行星式斜輥穿軋方法一個明顯的缺點是，即使不需要或不期望低強度的球化退火組織，根據(jù)材料變形率的高低在組織再結(jié)晶的同時會自動產(chǎn)生一個高達700至800℃的溫升。
由上述技術(shù)現(xiàn)狀提出本發(fā)明的任務，提出一種行星式斜輥穿軋方法，該方法能夠避免或克服上述缺點或困難，在變形過程中至少部分地防止溫度升高至再結(jié)晶溫度，其中材料能夠以冷作硬化狀態(tài)離開變形過程而由此更好地適應于繼續(xù)進行的拉伸變形；生產(chǎn)過程也能夠連續(xù)地推進而不象皮爾格冷軋法那樣步進式往復進行。
為了解決這個任務，本發(fā)明提出由管坯和緊接著在行星式斜輥穿軋機上進行軋制而制造無縫銅管的方法，為了在所進入的軋制變形區(qū)形成冷卻區(qū)，管坯通過冷卻劑特別是在高壓下施加各向同心定向的、強烈的沖洗同時排除這些熱量，使軋制銅管的溫升、尤其是升至再結(jié)晶溫度的溫升至少部分地被遏制。
由此通過按照本發(fā)明的方法不僅將皮爾格步進式方法的優(yōu)點，而且也將行星式斜輥穿軋方法的優(yōu)點相互結(jié)合形成極其柔性且高效的銅管制造方法。
一種實施方案規(guī)定，變形熱量以＞10,000W/m2K的熱傳遞量被排除同時以K＝≥2U確定冷卻區(qū)長度。
按照本發(fā)明方法的另一實施方案規(guī)定，為了從外部附加地冷卻軋制變形區(qū)，冷卻劑、優(yōu)選純水，通過內(nèi)軋模的固定桿透穿進管坯這樣噴出，使變形區(qū)中的其余熱量通過汽化排除并100％地將水蒸發(fā)。通過這一措施在變形軋制前的管坯上得到最佳的初級冷卻效果。
本發(fā)明的另一實施方案規(guī)定，管坯進入變形區(qū)的速度這樣進行調(diào)整，使變形區(qū)中的冷卻時間T按照下式產(chǎn)生T＝2U/(V+V/L)+U/(V/L)≥2.5；其中T＝冷卻時間(秒)U＝管坯冷卻區(qū)長度(米)V＝管軋制速度(米/秒)L＝管坯(在變形區(qū)中的)伸長本方法的另一有獨創(chuàng)性的實施方案規(guī)定，在軋制冷卻區(qū)出口側(cè)設置二次冷卻，例如澆注冷卻水的水室，以便使已軋制銅管的溫度下降到≤100℃。
按照本發(fā)明的方法還規(guī)定，這樣建立二次冷卻，使二次冷卻可以直接在軋制冷卻區(qū)的后面冷卻軋出的銅管，由此能夠以更好的可靠性將銅管的溫度調(diào)整到≤100℃。
此外本方法優(yōu)選的是，二次冷卻這樣緊密地靠近軋機床身的遮蓋體設置，使遮蓋體密封防止?jié)沧⒄谏w體的保護氣體逸出。
為了使制造過程最佳化，可以規(guī)定管坯直徑與管坯厚度的比例為D/S≥5∶1。最后本方法優(yōu)選的特征為，管坯在變形區(qū)中的長度限定在L≤8。
本發(fā)明的其它細節(jié)、特征和優(yōu)點由下面對實施例簡圖的描述中給出。其中

圖1以側(cè)視圖和截面圖部分地表示在行星式斜輥穿軋機上將要被加工的管坯軋制成軋管。
圖1以簡要的形式畫出了行星式斜輥穿軋機的輥縫。三個軋輥中的一個用1表示，內(nèi)軋模用2表示而管坯用3表示。這個管坯3通過沒有畫出的推料機在箭頭方向＝軋制方向上向前推進，一直到管坯前端被軋輥1所包圍并通過軋輥自動向前移動，其中推料機在軋制期間也可以支持進給。以U表示的變形區(qū)起始于管坯3與軋輥1之間的接觸點上。在這個變形區(qū)內(nèi)部幾乎完成全部變形工作，在以后的部分只是壓平軋管。
分配管5圍繞管坯3環(huán)狀設置，分配管具有一列冷卻液體噴嘴6。在此最好是純水或者水中帶有促進熱傳導的添加劑、如表面活性劑或者水中帶有發(fā)揮潤滑作用的添加劑。噴嘴射流15以高壓和給定的噴射角度這樣對準管坯3，使冷卻區(qū)K被覆蓋。該冷卻區(qū)K的長度至少為2U。同時要考慮到，由于銅材的良導熱性，部分變形熱量可能在軋制期間回流進管坯3并能夠在這里被去掉。在此冷卻液體的壓力這樣調(diào)整，使熱傳遞量達到至少10,000W/m2K。
具有優(yōu)點的是，可以附加地通過內(nèi)軋模2的固定桿7通過具有至少一個噴出孔9的鉆孔8將最好是純水噴射到管坯3，以便通過蒸發(fā)去除熱量。同時這樣調(diào)整水量，使得盡可能沒有剩余地將水蒸發(fā)。
在行星式斜輥穿軋機的排出側(cè)配有另一水冷卻，以便將軋好的銅管4的溫度降到≤100℃。這個水冷卻最好由具有軋管4透孔11的封閉水室10構(gòu)成。從對著軋制方向看去這樣引導冷卻水，使軋管離開軋機變形區(qū)以后就直接被冷卻水環(huán)繞沖洗。
如進而簡要所示，水室10這樣緊密地靠在軋機床身遮蓋體13上，使遮蓋體13可以通過密封12防止保護氣體逸出。同時水室10用來作為對氣體的附加密封裝置。排出到遮蓋體13與水室10之間的水進入到縫隙14并從這里導出。
權(quán)利要求
1.一種無縫非鐵管的制造方法，尤其是由連鑄或擠壓成形的管坯并接著進行軋制尤其是在行星式斜輥穿軋機上進行軋制的無縫銅管的制造方法，其特征為，為了在所進入的軋制變形區(qū)(U)形成冷卻區(qū)(K)，管坯(3)通過冷卻劑(15)特別是在高壓下施加各向同心定向的、強烈的沖洗同時排除這些熱量，使軋制銅管(4)的溫升、尤其是升至再結(jié)晶溫度的溫升至少部分地被遏制。
2.如權(quán)利要求1所述的這種方法，其特征為，變形熱量以＞10,000W/m2K的熱傳遞量被散發(fā)同時以K＝≥2U確定冷卻區(qū)長度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的這種方法，其特征為，為了從外部附加地冷卻軋制變形區(qū)(U)冷卻劑，優(yōu)選純水，通過內(nèi)軋模(2)的固定桿(7)透穿進管坯(3)這樣噴出，使變形區(qū)(U)中的其余熱量通過汽化散發(fā)并100％地將水蒸發(fā)。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項或幾項所述的這種方法，其特征為，管坯(3)進入變形區(qū)(U)的速度這樣進行調(diào)整，使變形區(qū)(U)中的冷卻時間(T)按照下式產(chǎn)生T＝2U/(V+V/L)+U/(V/L)≥2.5(秒)；其中T＝冷卻時間(秒)U＝管坯冷卻區(qū)長度(米)V＝管軋制速度(米/秒)L＝管坯(在變形區(qū)中的)伸長
5.如權(quán)利要求1至4中任一項或幾項所述的這種方法，其特征為，在軋制冷卻區(qū)(U)出口側(cè)設置二次冷卻，例如澆注冷卻水的水室(10)，以便使已軋制銅管(4)的溫度下降到≤100℃。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項或幾項所述的這種方法，其特征為，這樣設置二次冷卻，使二次冷卻可以直接在軋制冷卻區(qū)(U)的后面冷卻軋出的銅管(4)。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項或幾項所述的這種方法，其特征為，二次冷卻這樣緊密地靠近軋機床身遮蓋體(13)設置，使遮蓋體密封防止?jié)沧⒄谏w體的保護氣體逸出。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項或幾項所述的這種方法，其特征為，管坯直徑與管坯厚度的比例為D/S≥5∶1。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項或幾項所述的這種方法，其特征為，管坯(3)在變形區(qū)(U)中的伸長(L)限定在L≤8。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無縫非鐵管的制造方法,尤其是由連鑄或擠壓成形的管坯并接著將管坯軋制成軋管尤其是在行星式斜輥穿軋機上軋制成無縫銅管的制造方法。按照本發(fā)明為了在所進入的軋制變形區(qū)(U)形成冷卻區(qū)(K),管坯(3)通過冷卻劑(15)特別是在高壓下施加各向同心定向的、強烈的沖洗同時排除這些熱量,使軋制銅管(4)的溫升、尤其是升至再結(jié)晶溫度的溫升至少部分地被遏制。
文檔編號B21B25/00GK1370640SQ0113395
公開日2002年9月25日 申請日期2001年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月17日
發(fā)明者E·羅勒 申請人:Sms米爾股份有限公司