一種大直徑薄壁白銅管材短流程生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種大直徑薄壁白銅管材短流程生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]
白銅具有較高的強(qiáng)度、良好的導(dǎo)熱性能和耐腐蝕性能，廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電、船舶、海水淡化等領(lǐng)域的熱交換和海水管路用管。其中海水管路用管(包括管路、法蘭、閥門、波紋管)的尺寸范圍一般為外徑50~310mm、壁厚3~10mm，是海水淡化、船舶等領(lǐng)域的重要結(jié)構(gòu)部件[張文毓，艦船用管系材料的現(xiàn)狀和趨勢(shì)，新材料產(chǎn)業(yè)，2011，N0.2，p.62-65]。隨著我國(guó)海水淡化、船舶等海洋工業(yè)的迅速發(fā)展，白銅管的需求量快速增長(zhǎng)，高耐蝕、超長(zhǎng)、大直徑、高精度白銅管材是海洋工程用關(guān)鍵銅合金材料。但產(chǎn)品生產(chǎn)難度大，國(guó)際上只有德國(guó)、韓國(guó)等少數(shù)國(guó)家可以批量生產(chǎn)高精度、大直徑白銅管材，國(guó)內(nèi)主要依賴進(jìn)口。
[0003]目前，大直徑(100mm以上)白銅管主要采用“半連鑄實(shí)心鑄錠一穿孔擠壓一酸洗一擴(kuò)徑拉拔一中間退火一縮徑拉拔一退火”的工藝(簡(jiǎn)稱“擠擴(kuò)拉”工藝)[見(jiàn):王華星等，一種大直徑白銅管的制作工藝方法，中國(guó)發(fā)明專利，授權(quán)號(hào)ZL 200710054272.X ;陳琴，劉廣龍，李娟，大口徑白銅管產(chǎn)品開發(fā)及工藝研究，上海有色金屬，2013，Vol34，N0.2，p.55-58])進(jìn)行生產(chǎn)。然而，在“擠擴(kuò)拉”工藝中，生產(chǎn)直徑200mm以上的管坯需要5000噸以上的大型擠壓設(shè)備，生產(chǎn)投資大，生產(chǎn)過(guò)程中需要酸洗工序，環(huán)境負(fù)荷較重；且采用普通鑄造一擠壓管坯進(jìn)行拉拔加工，道次變形量小，加工道次和中間退火次數(shù)多，導(dǎo)致工藝流程長(zhǎng)、產(chǎn)品成材率低(低于40%)和成本高等問(wèn)題。
[0004]采用水平連鑄工藝制備管坯，取代傳統(tǒng)的鑄造一擠壓管坯，結(jié)合后續(xù)冷加工生產(chǎn)白銅管材，是解決上述問(wèn)題的重要途徑。張習(xí)剛等人發(fā)明了“水平連鑄空心管坯一外表面銑面一行星乳制/冷乳一直拉或盤拉”工藝(簡(jiǎn)稱“鑄乳拉法”，[張習(xí)剛、陳明玉、王振明、范震、雷宇、陳會(huì)國(guó)、程大勇，大盤重白銅合金盤管的生產(chǎn)方法，中國(guó)發(fā)明專利，授權(quán)號(hào)CN201310003223.9])。該工藝采用普通水平連鑄工藝制備管坯，取代傳統(tǒng)的“半連續(xù)實(shí)心鑄錠一熱擠壓管坯”，可簡(jiǎn)化管坯生產(chǎn)工藝，降低能耗和提高生產(chǎn)效率，但連鑄管坯內(nèi)外表面易產(chǎn)生橘皮、偏析瘤、褶皺等缺陷，冷加工前其外表面需要銑面，降低了成材率，其內(nèi)表面缺陷清理困難，被帶入后續(xù)加工工序，影響產(chǎn)品質(zhì)量。此外，普通水平連鑄難以生產(chǎn)大直徑、薄壁合金管坯，由于管坯徑向柱狀晶組織發(fā)達(dá)和致密度低等問(wèn)題，需要進(jìn)行大變形量的乳制加工改善管材的組織性能，因此，主要用于生產(chǎn)直徑60_以下較小規(guī)格的白銅管，難以生產(chǎn)Φ 100mm以上大直徑薄壁管材。
[0005]基于上述背景，本發(fā)明提出采用熱冷組合鑄型水平連鑄工藝生產(chǎn)大規(guī)格薄壁白銅管坯，對(duì)連鑄管坯直接進(jìn)行拉拔加工，實(shí)現(xiàn)大直徑、薄壁、高精度、高質(zhì)量白銅管材短流程生產(chǎn)，解決傳統(tǒng)大直徑薄壁白銅管材生產(chǎn)工藝投資大、流程長(zhǎng)、成材率低、成本高等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對(duì)大直徑薄壁白銅管材傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝投資大、流程長(zhǎng)、成材率低、成本高等問(wèn)題，提供一種具有投資小、高成材率和低成本等特點(diǎn)的大直徑薄壁白銅管材短流程生產(chǎn)方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種大直徑薄壁白銅管材短流程生產(chǎn)方法，所述方法采用熱冷組合鑄型水平連鑄技術(shù)，生產(chǎn)具有內(nèi)外表面質(zhì)量好、組織致密、軸向取向組織的大規(guī)格薄壁白銅管坯，在不進(jìn)行表面處理的條件下直接對(duì)管坯進(jìn)行后續(xù)多道次拉拔加工，生產(chǎn)大直徑薄壁白銅管材。
[0008]進(jìn)一步的，所述方法步驟具體如下:
(1)采用熱冷組合鑄型水平連鑄工藝生產(chǎn)直徑為Φ160~350πι，壁厚5~30mm 的白銅管還;
(2)對(duì)步驟(1)中外徑160~350mm、壁厚5~30mm的連鑄管坯分多道次進(jìn)行擴(kuò)徑或/和縮徑拉拔工藝加工；
(3)將步驟(2)中加工后的管材進(jìn)行成品光亮退火，對(duì)組織和性能進(jìn)行調(diào)控，使產(chǎn)品具有光亮的表面狀態(tài)，滿足實(shí)際使用要求。
[0009]進(jìn)一步的，所述步驟(1)具體為，銅液溫度1150~1300°C，熱型溫度1100~1250°C，冷型一次冷卻水流量1500~4000 L/h，噴水二次冷卻水流量800~2000 L/h，牽引速度50~300mm/mi η η
[0010]進(jìn)一步的，所述步驟(2)具體為，所述擴(kuò)徑拉拔和縮徑拉拔可單獨(dú)、先后或交替進(jìn)行，道次擴(kuò)徑延伸系數(shù)0.80-1.0，道次縮徑延伸系數(shù)1.1-1.5，拉拔速度l~100m/min，生產(chǎn)出外徑100~320mm、壁厚3~20mm的白銅管材。
[0011]進(jìn)一步的，所述管材拉拔過(guò)程中可進(jìn)行低溫回復(fù)退火，溫度300~500°C，退火時(shí)間0.5?2h。
[0012]進(jìn)一步的，所述步驟(3)具體為:軟態(tài)產(chǎn)品退火溫度700~850°C，退火時(shí)間為0.5~2h或半硬態(tài)產(chǎn)品退火溫度550~700°C，退火時(shí)間為0.5~2h ；
退火保護(hù)氣氛為2%H2，剩余為N2。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于，(1)與鑄乳拉工藝的普通水平連鑄生產(chǎn)管坯相比，本發(fā)明采用的熱冷組合鑄型水平連鑄工藝可生產(chǎn)大直徑、薄壁白銅管坯，具有內(nèi)外表面光潔、組織致密、冷加工性能優(yōu)良等特點(diǎn)，適合于直接進(jìn)行擴(kuò)徑或/和縮徑拉拔加工。
[0014](2)本發(fā)明所提供的生產(chǎn)方法與現(xiàn)有的擠擴(kuò)拉工藝相比，生產(chǎn)工藝和設(shè)備簡(jiǎn)單，投資小。由于采用熱冷組合鑄型水平連鑄工藝生產(chǎn)的白銅管坯內(nèi)外表面質(zhì)量好，該管坯無(wú)需進(jìn)行外表面銑面和內(nèi)表面處理，可直接進(jìn)行后續(xù)拉拔加工，另外，省去了擠壓、酸洗等工序，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝和減輕了環(huán)境負(fù)荷，無(wú)需大噸位擠壓和酸洗等設(shè)備，降低了設(shè)備投資。
[0015](3)與擠擴(kuò)拉生產(chǎn)工藝相比，本發(fā)明提供的方法工藝流程短、成材率高、生產(chǎn)成本低。本發(fā)明所采用的連鑄連鑄管坯具有高致密、高軸向取向柱狀晶組織，其冷加工成形性能大幅度優(yōu)于普通鑄造或擠壓的管坯，可進(jìn)行多道次大變形量的拉拔加工，有利于提高道次加工率，減少拉拔道次，減少甚至省去中間退火等環(huán)節(jié)，顯著縮短了工藝流程，降低了能耗和生產(chǎn)成本，提高了成材率。擠擴(kuò)拉工藝生產(chǎn)外徑100mm以上、壁厚3mm以上的白銅管材，成材率低于40%，而采用本發(fā)明工藝，成材率可提高到70%-80%以上，工藝流程縮短一半以上。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，結(jié)合以下實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0017]相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對(duì)本發(fā)明有更好的了解，在下文對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)沒(méi)有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。
[0018]一種大直徑薄壁白銅管材短流程生產(chǎn)方法，技術(shù)方案為:所述方法采用熱冷組合鑄型水平連鑄技術(shù)，生產(chǎn)具有內(nèi)外表面質(zhì)量好、組織致密、軸向取向組織的大規(guī)格薄壁白銅管坯，在不進(jìn)行表面處理的條件下直接對(duì)管坯進(jìn)行后續(xù)多道次拉拔加工，生產(chǎn)大直徑薄壁白銅管材。所述熱冷組合鑄型水平連鑄的特點(diǎn)是連鑄結(jié)晶器由被強(qiáng)制加熱的熱型段和被循環(huán)水強(qiáng)制冷卻的冷型段組合而成，通過(guò)控制管材凝固界面位置處于熱型段與冷型段之間的區(qū)域，生產(chǎn)高表面質(zhì)量、軸向取向組織的管坯，另一方面，冷型段結(jié)晶器采用周向冷卻水分區(qū)控制方式，對(duì)結(jié)晶時(shí)管材周向冷卻強(qiáng)度均勻性進(jìn)行控制，獲得組織性能均勻的管坯。
[0019]一種大直徑薄壁白銅管材短流程生產(chǎn)方法，具體步驟如下:
(1)采用熱冷組合鑄型水平連鑄工藝生產(chǎn)直徑為Φ160~350πι，壁厚5~30mm
的白銅(如BFelO-1-l和BFe30-l-l)管坯:銅液溫度1150~1300°C，熱型(鑄型加熱段)溫度1100~1250°C，冷型(水冷結(jié)晶器)一次冷卻水流量1500~4000 L/h,噴水二次冷卻水流量 800?2000 L/h，牽引速度 50~300 mm/min ；
(2)對(duì)步驟(1)中外徑160~350mm、壁厚5~30mm的連鑄管坯分多道次進(jìn)行擴(kuò)徑或/和縮徑拉拔工藝加工，擴(kuò)徑拉拔和縮徑拉拔可以單獨(dú)、先后或交替進(jìn)行，道次擴(kuò)徑延伸系數(shù)
0.80~1.0，道次縮徑延伸系數(shù)1.1~1.5，拉拔速度l~100m/min，可生產(chǎn)出外徑100~320mm、壁厚3~20mm的白銅管材。上述管材拉拔過(guò)程中根據(jù)需要可進(jìn)行低溫回復(fù)退火，溫度300~500°C，退火時(shí)