專利名稱：一種銅鎳合金大規(guī)格厚壁無縫管材制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種銅合金領(lǐng)域技術(shù)，特別是一種銅鎳合金大規(guī)格厚壁無縫管材制造工藝。
背景技術(shù)：
BFelO-I-I合金具有良好的冷熱加工性能、優(yōu)良的耐腐蝕性能，在國外船舶海水管系中的應(yīng)用十分廣泛。經(jīng)過對BFelO-I-I合金進行多年的科研攻關(guān)和實船驗證，我國的船用BFelO-I-I合金在已實現(xiàn)國產(chǎn)化自主供貨，BFelO-I-I薄壁無縫管材可供貨的規(guī)格為O 8mm O 324mm，目前在我國的水面船舶海水管系中BFelO-I-I管材應(yīng)用比較廣泛，使用效果良好。近年來，隨著船舶海水管路中海水流速的提高，管路系統(tǒng)的承壓能力和腐蝕余量要求也有較大提高，需要增加壁厚以提高管材的承壓能力。因此，BFelO-I-I厚壁管材的需 求也逐漸增加。目前BFelO-I-I厚壁無縫管材國內(nèi)按設(shè)計要求可供貨的規(guī)格為OlOmm 0220mm，直徑大于0220mm的厚壁無縫管材因長度和精度無法滿足設(shè)計要求，須從國外進□。根據(jù)相關(guān)設(shè)計所的技術(shù)要求規(guī)定，BFelO-I-I厚壁無縫管的尺寸偏差應(yīng)滿足GB/T16866-2006規(guī)定的“高精級”，同時要求0 270的管材長度達到3. 5m以上；0 340的管材長度達到I. 5m以上。BFelO-I-I管材制備一般采用擠壓、拉拔或軋制的工藝。但因厚壁管加工具有其特殊性，尤其是大規(guī)格厚壁管，對設(shè)備能力要求很高，國內(nèi)銅加工企業(yè)一般也采用擠壓成型或擠壓成型然后拉伸的工藝制備BFelO-I-I厚壁管，但由于擠壓設(shè)備能力限制，制備的大規(guī)格(>220mm)厚壁管長度和尺寸偏差均無法滿足設(shè)計要求。隨著BFelO-I-I合金越來越廣泛的使用，世界各國也在不斷探索其大規(guī)格厚壁管的制備新工藝。如德國和俄羅斯采用推擠擴徑的工藝制備大規(guī)格厚壁管，如034OmmBFe 10-1-1合金厚壁管可長達I. 5m。意大利則采用斜軋擴徑的工藝來制備大規(guī)格的BFelO-I-I厚壁管。另外，離心鑄造法也可以用來制備BFelO-I-I合金厚壁管，日本和國內(nèi)的部分廠家采用離心鑄造工藝均可以制備出0 340mm的BFelO-I-I厚壁管坯和管材，長度可達I. 5m。但受該工藝特點限制，無法生產(chǎn)更長的厚壁管材。同時，通過離心鑄造制備的BFelO-I-I厚壁管為鑄態(tài)組織，晶粒粗大，產(chǎn)品內(nèi)部易出現(xiàn)氣孔等缺陷，無法滿足艦船海水管系對管材力學(xué)和工藝性能的要求。綜合以上可見，針對船舶高壓管路研發(fā)的BeElO-I-I大規(guī)格厚壁管材、可以填補國內(nèi)空白，滿足新型船舶海水管路的材料需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種銅鎳合金大規(guī)格厚壁無縫管材制造工藝，針對部分新型船舶海水管路中壓力較高，而國內(nèi)現(xiàn)有管材無法滿足設(shè)計要求的難題，采用鍛造或斜軋穿孔再進行機加工制備出管坯，然后通過旋壓成形工藝試驗，制備出尺寸偏差滿足設(shè)計要求，力學(xué)性能和晶粒度合格的BFelO-I-I管材，為新型船舶設(shè)計提供材料支持，滿足新型艦船設(shè)計使用要求。為了實現(xiàn)解決上述技術(shù)問題的目的，本發(fā)明的一種銅鎳合金大規(guī)格厚壁無縫管材制造工藝，包括
(I)管坯制備
采用BFelO-I-I合金的半連續(xù)鑄錠進行原料準(zhǔn)備，根據(jù)管坯長度計算所用鑄錠的重量或長度，鋸切下料。旋壓過程遵循體積不變原理，管坯長度首先按如下公式進行計算
(Dm+tO) XtOXLO= (Dm+t) XtXL
式中Dm-芯模直徑，mm ；
tO、t-變形前后的壁厚，mm ；
LO、L——變形前后的長度，mm ；
在計算值基礎(chǔ)上考慮加工余量確定鑄錠最終下料長度并完成下料，然后通過鍛造工藝或斜軋穿孔工藝進行管坯制備。a、鍛造工藝
鍛造工藝參數(shù)為加熱溫度900°C 1000°C，終鍛800°C，鍛造比不小于3，反復(fù)鐓拔至少兩次，完成鍛造后水冷，將管坯內(nèi)外表面機加工到設(shè)計管坯尺寸。專這樣可以控制管坯的晶粒度并最終實現(xiàn)對管材晶粒度的控制。b、斜軋穿孔工藝
斜軋穿孔具體工藝為加熱到850°C 950°C，采用斜孔穿軋設(shè)備進行斜軋穿孔加工，穿制出的管坯水冷到室溫；然后對管坯頭部缺陷進行機加工，表面缺陷進行修磨處理，得到表面光潔的管坯。斜軋穿孔過程中變形量較大，管坯內(nèi)部晶粒破碎充分。(2)旋壓成型
采用強力旋壓機將斜軋穿孔工藝得到的管坯進行旋壓成型，旋壓工藝的主要工藝參數(shù)包括
a、減薄率與道次
一道次減薄率理論值計算方法如下
Q =2 X sin a / (1+2 X sin a ) X (l~f/ (4X tO X sin a ))
式中Q-為一道次減薄率；
a——旋輪半椎角；
f-旋輪進給比；
to-管還變形前壁厚。根據(jù)理論值和材料特性，設(shè)計一道次減薄率為15% 25%，并根據(jù)道次減薄率和總減薄率確定旋壓道次。b、進給比與轉(zhuǎn)速
根據(jù)旋壓機參數(shù)和管材材料特點選擇合適的轉(zhuǎn)速。一般轉(zhuǎn)速在50 100m/min之間選擇比較合適。結(jié)合材料硬度和流動情況設(shè)計合適的進給比，旋輪進給比f的計算公式為 f=v/N
式中V——旋輪沿工件母線進給速度；N——主軸轉(zhuǎn)速。在確定了上述主要工藝參數(shù)后，對管坯進行旋壓加工，具體過程如下
I)將管坯安裝到相應(yīng)規(guī)格的芯軸上，根據(jù)壓下量調(diào)整旋輪間隙。2 )設(shè)定旋輪轉(zhuǎn)速和進給比，起旋。3)完成第一道次后，清理管坯表面的起皮和毛刺，以消除管材的表面缺陷，然后測
量管坯壁厚和直徑。4)管坯掉頭安裝，開始第二道次旋壓，完成后清理表面缺陷，測量管坯壁厚和直徑。5 )管坯掉頭安裝，進行第三道次旋壓，制備出管材。 道次間如果管坯表面出現(xiàn)毛刺、堆積現(xiàn)象，及時進行修磨清理；制備出管材后，進行切頭和熱處理退火；熱處理退火工藝為加熱到720±201，保溫0. 5 I小時，然后空冷
到室溫，得到厚壁無縫管材。經(jīng)熱處理退火處理后的厚壁無縫管材具有如下性能
(1)力學(xué)性能滿足Rm彡300MPa、A彡25%，與薄壁無縫管材相同；
(2)管材的晶粒平均直徑為0.01 0. 05mm ；
(3)管材的尺寸偏差滿足GB/T16866-2006中規(guī)定的“高精級”要求，長度分別滿足0 270的管材長度達到3. 5m以上；O 340的管材長度達到I. 5m以上；
(4)管材具有良好的變形加工性能，管材可以便宜地制備成彎頭、三通、變徑管；
(5)管材具有良好的焊接性能和耐腐蝕性能。這些技術(shù)方案也可以互相組合或者結(jié)合，從而達到更好的技術(shù)效果。通過采用上述技術(shù)方案，相對于國內(nèi)外的BlO厚壁無縫管材，本發(fā)明的0 270X 13, 0 340X16兩種規(guī)格管材達到如下效果
(I)長度大，三種規(guī)格管材長度分別達到3. 5m、I. 5m，滿足了艦船海水管路的設(shè)計要求。(2)尺寸精度高，三種規(guī)格管材的外徑、壁厚偏差滿足GB/T16866-2006中規(guī)定的“高精級”要求。(3)晶粒度高，管材的晶粒度不低于6級，平均直徑滿足0. 01 0. 05mm的要求。(4)性能優(yōu)良，本發(fā)明的厚壁無縫管材縱、橫向力學(xué)性能無差異，總體性能優(yōu)良，可以便宜地制備成彎頭、三通、變徑管。( 5 )本發(fā)明應(yīng)用于船舶海水管系，填補了國內(nèi)空白，在未來新型船舶海水管路以及其它高壓管路材料方面具有廣闊的市場前景。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本專利進一步解釋說明。但本專利的保護范圍不限于具體的實施方式。實施例I
1)0 400的半連續(xù)鑄錠為原料，采用鍛造工藝，具體工藝為加熱到980°C并充分保溫，兩火次鐓拔后沖孔，沖孔后進行5-7火次的拔長，完成后鍛造后水冷，制備出O 398 X 60 X 870mm的管坯毛坯，將管坯毛坯機加工到①368 X 30 X 850mm，然后采用強力旋壓機安裝0307的芯軸和選定的旋輪，分三道次進行旋壓加工，I)設(shè)計旋輪轉(zhuǎn)速為70r/min,進給比I. 0-1. 3mm/r。2)三個道次的管還設(shè)計壁厚分別為24mm—19mm一16mm, 3)每道次要求管坯掉頭并修磨毛刺和起皮。通過以上工藝制備出0 340X16X 1570mm的管材，然后將管材進行切頭和熱處理，熱處理為光亮退火，具體工藝為氬氣保護，730°C條件下保溫2小時。加工出的管材長度滿足設(shè)計要求，尺寸精度高，性能優(yōu)良。2) 0350的半連續(xù)鑄錠為原料，采用斜軋穿孔工藝制備管坯，將鑄錠加熱到950°C — 980°C，在斜軋穿孔機，制備出0310X35mm的管坯毛坯，將管坯毛坯機加工到
①300 X 28 X 1250mm，然后采用強力旋壓機配套0 243的芯軸和旋輪模具分道次加工，具體過程為1)設(shè)計旋輪轉(zhuǎn)速為80r/min，進給比I. 1-1. 3mm/r ；2)四個道次的管坯設(shè)計壁厚分別為24mm—20mm一16mm一13mm ；3)每道次要求管還掉頭并修磨毛刺和起皮。制備出O 270 X 13 X 3550mm的管材，然后將管材進行切頭和熱處理，熱處理為光亮退火，具體工藝為氬氣保護，730°C條件下保溫2小時。加工出的管材長度滿足設(shè)計要求，尺寸精度高，性能 優(yōu)良。
權(quán)利要求
1.一種銅鎳合金大規(guī)格厚壁無縫管材制造工藝，其特征是包括 (1)管坯制備 采用BFelO-I-I合金的半連續(xù)鑄錠進行原料準(zhǔn)備，根據(jù)管坯長度計算所用鑄錠的重量或長度，鋸切下料； 旋壓過程遵循體積不變原理，管坯長度首先按如下公式進行計算 (Dm+tO) XtOXLO= (Dm+t) XtXL 式中Dm-芯模直徑，mm ； t0、t-變形前后的壁厚，mm ； LO、L——變形前后的長度，mm ； 在計算值基礎(chǔ)上考慮加工余量確定鑄錠最終下料長度并完成下料，然后通過鍛造工藝或斜軋穿孔工藝進行管坯制備； a、鍛造工藝 鍛造工藝參數(shù)為加熱溫度900°C 1000°C，終鍛800°C，鍛造比不小于3，反復(fù)鐓拔至少兩次，完成鍛造后水冷，將管坯內(nèi)外表面機加工到設(shè)計管坯尺寸； b、斜軋穿孔工藝 斜軋穿孔具體工藝為加熱到850°C 950°C，采用斜孔穿軋設(shè)備進行斜軋穿孔加工，穿制出的管坯水冷到室溫；然后對管坯頭部缺陷進行機加工，表面缺陷進行修磨處理，得到表面光潔的管坯； (2)旋壓成型 采用強力旋壓機將斜軋穿孔工藝得到的管坯進行旋壓成型，旋壓工藝的主要工藝參數(shù)包括 a、減薄率與道次 一道次減薄率理論值計算方法如下Q =2X sin a / (1+2X sin a ) X (l~f/ (4X tO X sin a )) 式中Q-為一道次減薄率； a——旋輪半椎角； f-旋輪進給比； to-管還變形前壁厚； 根據(jù)理論值和材料特性，設(shè)計一道次減薄率為15% 25%，并根據(jù)道次減薄率和總減薄率確定旋壓道次； b、進給比與轉(zhuǎn)速 根據(jù)旋壓機參數(shù)和管材材料特點選擇合適的轉(zhuǎn)速； 結(jié)合材料硬度和流動情況設(shè)計合適的進給比，旋輪進給比f的計算公式為 f=v/N 式中V——旋輪沿工件母線進給速度； N——主軸轉(zhuǎn)速； 在確定了上述主要工藝參數(shù)后，對管坯進行旋壓加工，具體過程如下 1)將管坯安裝到相應(yīng)規(guī)格的芯軸上，根據(jù)壓下量調(diào)整旋輪間隙； 2)設(shè)定旋輪轉(zhuǎn)速和進給比，起旋；3)完成第一道次后，清理管坯表面的起皮和毛刺，以消除管材的表面缺陷，然后測量管坯壁厚和直徑； 4)管坯掉頭安裝，開始第二道次旋壓，完成后清理表面缺陷，測量管坯壁厚和直徑； 5)管坯掉頭安裝，進行第三道次旋壓，制備出管材； 道次間如果管坯表面出現(xiàn)毛刺、堆積現(xiàn)象，及時進行修磨清理；制備出管材后，進行切頭和熱處理退火；熱處理退火工藝為加熱到720±20°C，保溫0. 5 I小時，然后空冷到室溫，得到厚壁無縫管材。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種銅鎳合金大規(guī)格厚壁無縫管材制造工藝，采用B10合金鑄錠為原材料，通過鍛造工藝或斜軋穿孔工藝然后機加工的方法制備出合格管坯，再通過旋壓成型制備出合格管材，Φ270的管材長度達到3.5m以上；Φ340的管材長度達到1.5m以上，制備出的管材具有與薄壁管材相同的力學(xué)性能和工藝性能，晶粒平均直徑為0.01～0.05mm，冷熱加工和焊接性能優(yōu)良，可以便宜地制備出彎頭、三通、變徑管等管件產(chǎn)品。本發(fā)明應(yīng)用于船舶海水管系，填補了國內(nèi)空白，在未來新型船舶海水管路以及其它高壓管路材料方面具有廣闊的市場前景。
文檔編號B21D22/14GK102773303SQ201210245219
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月16日
發(fā)明者史鑫, 宋德軍, 胡偉民 申請人:中國船舶重工集團公司第七二五研究所