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，新材料產(chǎn)業(yè)，2011，N0.2，p.62-65]。隨著我國海水淡化、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，高耐蝕、超長、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，國際上只有德國、韓國等少數(shù)國家可以批量生產(chǎn)高精度、大直徑白銅管材，國內(nèi)主要依賴進(jìn)口。
[0003]目前，大直徑(100mm以上)白銅管主要采用“半連鑄實心鑄錠一穿孔擠壓一酸洗一擴徑拉拔一中間退火一縮徑拉拔一退火”的工藝(簡稱“擠擴拉”工藝)[見:王華星等，一種大直徑白銅管的制作工藝方法，中國發(fā)明專利，授權(quán)號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、產(chǎn)品成材率低(低于40%)和成本高等問題。
[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(簡稱“鑄乳拉法”，[張習(xí)剛、陳明玉、王振明、范震、雷宇、陳會國、程大勇，大盤重白銅合金盤管的生產(chǎn)方法，中國發(fā)明專利，授權(quán)號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)實心鑄錠一熱擠壓管坯”，可簡化管坯生產(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，對連鑄管坯直接進(jìn)行拉拔加工，實現(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、成材率低、成本高等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對大直徑薄壁白銅管材傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝投資大、流程長、成材率低、成本高等問題，提供一種具有投資小、高成材率和低成本等特點的大直徑薄壁白銅管材短流程生產(chǎn)方法。
[0007]為實現(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，所述擴徑拉拔和縮徑拉拔可單獨、先后或交替進(jìn)行，道次擴徑延伸系數(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，所述管材拉拔過程中可進(jìn)行低溫回復(fù)退火，溫度300~500°C，退火時間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，退火時間為0.5~2h或半硬態(tài)產(chǎn)品退火溫度550~700°C，退火時間為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，適合于直接進(jìn)行擴徑或/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)有的擠擴拉工藝相比，生產(chǎn)工藝和設(shè)備簡單，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，簡化了生產(chǎn)工藝和減輕了環(huán)境負(fù)荷，無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。
【具體實施方式】
[0016]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，結(jié)合以下實施例，對本發(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，為了使公眾對本發(fā)明有更好的了解，在下文對本發(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。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(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是連鑄結(jié)晶器由被強制加熱的熱型段和被循環(huán)水強制冷卻的冷型段組合而成，通過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，對結(jié)晶時管材周向冷卻強度均勻性進(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)行擴徑或/和縮徑拉拔工藝加工，擴徑拉拔和縮徑拉拔可以單獨、先后或交替進(jìn)行，道次擴徑延伸系數(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