CN103769427B - 一种铌管的挤压方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种铌管的挤压方法,生产方法包括下述步骤:管坯准备、一次工频感应加热(600±10℃)、玻璃粉润滑、二次工频感应加热(1150±10℃)、扩孔(断面收缩率不大于20.0%)、三次工频感应加热(1200±10℃)、小变形挤压(挤压比不大于10,断面收缩率不大于90%)、空冷的工艺,最终实现了铌管的热挤压过程。采用该方法生产的铌无缝管,保证了足够的热加工塑性;采用小变形挤压方法,避免了铌流动性差的不利因素;性能及尺寸满足用户要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种铌管的挤压方法。
背景技术
铌管在离子溅射中有非常广泛的应用,然而作为靶材的铌管生产一直以来是限制该技术的瓶颈。
铌熔点高达2468℃,高温热变形抗力大,难于热加工成型,通常的热加工温度在1300℃以上。但是,铌在600℃以上的空气中会发生剧烈氧化,因此铌管的加工一直是世界难题。目前国内主要通过进口国外产品使用,对于铌锭直接挤压成无缝管国内尚无生产案例。
发明内容
为了防止热加工过程中温度过高造成的表面氧化导致产品失效,本发明提供了一种铌管的挤压方法,可以避免表面剧烈氧化。
本发明采用的技术方案是:
本发明涉及的铌管的Nb含量不小于99.95%,其余为一些冶炼的杂质元素。如C含量≤0.01%,N含量≤0.007%,O含量≤0.007%,Fe含量≤0.005%,Ni含量≤0.005%,Si含量≤0.010%。
铌管的挤压方法包括下述依次的步骤:
Ⅰ 管坯准备
铌锭规格:Φ277~450mm;
加工要求:中心通孔Φ60mm±5 mm,长度500~1500mm;
Ⅱ 一次感应加热
将坯料送至感应加热炉,为避免铌锭在600℃以上表面剧烈氧化,将一次感应加热温度设定为600±10℃,加热时间为6~7min,加热段功率500~650kW,均热时间为1~3min,均热段功率160~200kW,内外加热均匀,总时间控制在7~10min;
Ⅲ 玻璃粉润滑
坯料加热到600±10℃后,在装有玻璃粉的润滑台上进行内表面润滑,要求表面涂粉均匀,且形成熔融态,防止坯料继续氧化;
Ⅳ 二次感应加热
坯料进行玻璃粉润滑后,表面形成了防止氧化的玻璃粉涂层,再次将坯料送至工频感应加热炉进行二次感应加热,感应加热温度设定为1150±10℃,加热时间为4~4.5min,加热段功率750~850kW,均热时间1~3min,均热段功率160~200kW,内外加热均匀,总时间控制在5~7.5min;
Ⅴ 扩孔
二次感应加热完毕,玻璃粉润滑后进入扩孔机;使用扩孔锥完成扩孔;管料出扩孔机;扩孔过程要求断面收缩率不大于20%。
Ⅵ 三次感应加热
扩孔后管料进行三次工频感应加热,三次感应温度设定为1200±10℃,加热时间为2.2~3min,加热段功率750~850kW,均热时间为0.8~1.2min,均热段功率不大于200kW,总在炉时间为3~4.2min,感应加热完毕,出炉;
Ⅶ 挤压
管料经玻璃粉再次润滑,然后进入挤压机;并对挤压筒进行预热至不低于300℃,避免坯料温降过大,挤压速度为100-120mm/s,挤压比不大于10,断面收缩率不大于90%;
Ⅷ 空冷
挤压完成后管料自然冷却至室温,制成为外径不小于150mm,壁厚不小于10mm的铌管。
所述铌管的挤压方法,其特征是:步骤Ⅶ 挤压过程中,是根据挤压比配置挤压模具,管料在模具和挤压针的共同作用下成型,挤压针为圆柱形,置于管料内部,模具位于挤压筒端部,模具主体为圆环形,模具与挤压筒连接处为楔形。
挤压过程见图1,挤压比由坯料尺寸、挤压针尺寸、挤压模尺寸决定。需根据成品管材的尺寸要求,选择坯料规格及工模具尺寸。
本发明主要是针对铌管热塑性差的特点,设计了管坯准备、一次感应加热(600±10℃)、玻璃粉润滑、二次感应加热(1150±10℃)、扩孔(断面收缩率不大于20%)、三次感应加热(1200±10℃)、小变形挤压(挤压比不大于10,断面收缩率不大于90%)、空冷的工艺,最终实现了铌管的热挤压过程。玻璃粉润滑工艺避免了铌管在600℃以上发生氧化;经过该工艺后,可把管料加热到1150以上增加了可塑性。
本发明提供的铌管的挤压方法,带来的有益效果:
(1)加热温度达到1200±10℃,保证了足够的热加工塑性;(2)小变形挤压(挤压比不大于10,断面收缩率不大于90%)方法,避免了铌流动性差的不利因素;(3)制成为外径不小于150mm,壁厚不小于10mm的铌管,符合使用要求。
附图说明
图1为本发明铌管挤压过程示意图。
图中1为挤压杆;2为挤压筒;3为坯料;4为挤压模;5为挤压针;6为模垫;7为模座;8为管材。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
具体实施方式
实施例1:
国内公司对Nb(铌)管要求:
(1)材质:Nb(Nb含量≥99.95%,C含量≤0.01%,N含量≤0.007%,O含量≤0.007%,Fe含量≤0.005%,Ni含量≤0.005%,Si含量≤0.010%);
(2)规格:Φ154×14.5mm
(3)长度:7m
(4)技术要求:①外径公差:±2.0mm;②壁厚公差:±1.45mm;③表面无肉眼可见缺陷。
本实施例铌管的挤压方法,包括下述依次的步骤:
Ⅰ坯料准备
采用Φ277mm铌锭,中心通孔直径:Φ60mm,长度800mm;
Ⅱ 一次感应加热
9:00 进入一次感应炉加热,一次感应加热温度设定为600℃,加热功率550kW,均热功率165kW,均热时间3min,总时间10min;
9:10 出感应炉,外表面温度608℃,内表面温度598℃;
Ⅲ 玻璃粉润滑
9:11进行玻璃粉润滑;在装有玻璃粉的润滑台上进行内表面润滑,要求表面涂粉均匀,且形成熔融态,防止坯料继续氧化;
Ⅳ 二次感应加热
9:12再次将坯料送至工频感应加热炉进行二次感应加热,感应加热温度设定为1150℃,加热段功率780kW,均热时间2min,均热段功率165kW,内外加热均匀,在炉时间6min。
9:18出感应炉,外表面温度1152℃,内表面温度1147℃;
Ⅴ 扩孔
9:19再次进行玻璃粉润滑;
9:20使用Φ135mm的扩孔锥进行扩孔,断面收缩率为11%;为小变形扩孔;
Ⅵ 三次感应加热
9:21扩孔后管料进行三次工频感应加热,三次感应温度设定为1200℃,加热段功率770kW,均热段功率150kW,均热时间1min,总在炉时间4min;
9:25感应加热完毕,出炉;
Ⅶ 挤压
挤压设备为SMS MEER公司生产的60MN卧式挤压机;
9:26管料经玻璃粉再次润滑后入挤压机;挤压筒预热温度352℃,挤压速度115mm/s,挤压比7.8,断面收缩率87.18%;且挤压力峰值4500吨,未达到设备极限挤压力;
9:27管料挤压完成。
Ⅷ 空冷
11:26管料自然冷却至室温,制成外径155.3mm,壁厚14.6mm的铌管。
挤压过程示意见图1,挤压模4位于挤压筒2出口,坯料3在挤压模4的作用下断面收缩,形成管材8半成品。挤压模4通过模垫6固定在模座7上。
挤压比由坯料尺寸、挤压针尺寸、挤压模尺寸决定。需根据成品管材的尺寸要求,选择坯料规格及工模具尺寸。
实施例2:
国内公司对Nb管要求
(1)材质:Nb(Nb含量≥99.95%,C含量≤0.01%,N含量≤0.007%,O含量≤0.007%,Fe含量≤0.005%,Ni含量≤0.005%,Si含量≤0.010%);
(2)规格:Φ250×20mm
(3)长度:5m
(4)技术要求:①外径公差:±2.5mm;②壁厚公差:±2mm;③表面无肉眼可见缺陷。
本实施例铌管的挤压方法,包括下述依次的步骤:
Ⅰ坯料准备
采用Φ383mm铌锭,中心通孔直径:Φ60mm,长度800mm;
Ⅱ 一次感应加热
12:00 进入一次感应炉加热,一次感应加热温度设定为600℃,加热功率630kW,均热功率195kW,均热时间3min,总时间10min。
12:10 出感应炉,外表面温度607℃,内表面温度599℃;
Ⅲ 玻璃粉润滑
12:11进行玻璃粉润滑;在装有玻璃粉的润滑台上进行内表面润滑,要求表面涂粉均匀,且形成熔融态,防止坯料继续氧化;
Ⅳ 二次感应加热
12:12再次将坯料送至工频感应加热炉进行二次感应加热,感应加热温度设定为1150℃,加热段功率845kW,均热时间2min,均热段功率190kW,在炉时间6min。
12:18出感应炉,外表面温度1155℃,内表面温度1148℃;
Ⅴ 扩孔
12:19再次进行玻璃粉润滑;
12:20使用Φ225mm的扩孔锥进行扩孔,断面收缩率为20%;
Ⅵ 三次感应加热
12:21扩孔后管料进行三次工频感应加热,三次感应温度设定为1200℃,加热段功率850kW,均热段功率130kW,均热时间1min,总在炉时间4min。
12:25感应加热完毕,出炉;
Ⅶ 挤压
挤压设备为SMS MEER公司生产的60MN卧式挤压机;
12:26管料经玻璃粉再次润滑后入挤压机;挤压筒预热温度384℃,挤压速度113mm/s,挤压比5.95,断面收缩率83.19%;且挤压力峰值5300吨,未达到设备极限挤压力。
12:27管料挤压完成。
Ⅷ 空冷
14:27管料冷却至室温,制成外径250.4mm,壁厚19.9mm的铌管。
挤压过程示意见图1,挤压模4位于挤压筒2出口,坯料3在挤压模4的作用下断面收缩,形成管材8半成品。挤压模4通过模垫6固定在模座7上。
挤压比由坯料尺寸、挤压针尺寸、挤压模尺寸决定。需根据成品管材的尺寸要求,选择坯料规格及工模具尺寸。
Claims (1)
1.一种铌管的挤压方法,其特征在于:它包括下述依次的步骤:
Ⅰ坯料准备
管坯规格:Φ277~450mm;
加工要求:中心通孔Φ60mm±5 mm,长度500~1500mm;
Ⅱ一次感应加热
将坯料送至感应加热炉,一次感应加热温度设定为600±10℃,加热时间为6~7min,加热段功率500~650kW,均热时间为1~3min,均热段功率160~200kW,内外加热均匀,总时间控制在7~10min;
Ⅲ 玻璃粉润滑
坯料加热到600±10℃后,在装有玻璃粉的润滑台上进行内表面润滑,要求表面涂粉均匀,且形成熔融态,防止坯料继续氧化;
Ⅳ 二次感应加热
坯料进行玻璃粉润滑后,再次将坯料送至工频感应加热炉进行二次感应加热,感应加热温度设定为1150±10℃,加热时间为4~4.5min,加热段功率750~850kW,均热时间为1~3min,均热段功率160~200kW,内外加热均匀,总时间控制在5~7.5min;
Ⅴ扩孔
二次感应加热完毕,玻璃粉润滑后进入扩孔机;使用扩孔锥完成扩孔;管料出扩孔机;扩孔过程要求断面收缩率不大于20%;
Ⅵ三次感应加热
扩孔后管料进入工频感应加热炉进行三次感应加热,三次感应温度设定为1200±10℃,加热时间为2.2~3min,加热段功率750~850kW,均热时间为0.8~1.2min,均热段功率不大于200kW,总在炉时间为3~4.2min,感应加热完毕,出炉;
Ⅶ挤压
管料经玻璃粉再次润滑,然后进入挤压机;并对挤压筒进行预热至不低于300℃,避免坯料温降过大,挤压速度为100-120mm/s;挤压比不大于10,断面收缩率不大于90%;
挤压过程中,是根据挤压比配置挤压模具,管料在模具和挤压针的共同作用下成型,挤压针为圆柱形,置于管料内部,模具位于挤压筒端部,模具主体为圆环形,模具与挤压筒连接处为楔形;
Ⅷ 空冷
挤压完成后管料自然冷却至室温,制成为外径不小于150mm,壁厚不小于10mm的铌管。
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