CN105268753A - 一种挤压机及利用挤压机制备大口径厚壁无缝铜管的方法 - Google Patents

一种挤压机及利用挤压机制备大口径厚壁无缝铜管的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铜管制备方法，特别是涉及一种利用挤压机制备大口径厚壁无缝铜管的方法。本发明通过在挤压机中挤压垫与铜坯料之间增设挤压垫环和隔热棉，使挤压垫环接触紫铜坯料后快速升温、膨胀，挤压垫环与挤压筒单边间隙≤1.5mm，防止挤压过程铜坯料从挤压垫、挤压筒的间隙反流；制坯后对坯料进行无缺陷处理、预热挤压过程中与坯料接触的模具表面、并采用特制铜管挤压润滑介质涂抹（润滑）挤压模具预热面，有效解决了大口径厚壁无缝铜管的内外表面质量，使产品质量得到有效改善。本发明制造方法具有制造流程简单、材料利用率高及满足不同规格产品的制造要求；质量方面：制品具有整体晶粒度均匀一致、产品性能好、使用寿命长等优点；因此，该产品拥有生产成本低及市场竞争力强等优势。

Description

一种挤压机及利用挤压机制备大口径厚壁无缝铜管的方法
技术领域：
本发明涉及一种铜管制备方法，特别是涉及一种利用挤压机制备大口径厚壁无缝铜管的方法。
背景技术：
大口径厚壁无缝铜管挤压制造属国内首创。
大口径厚壁无缝紫铜管广泛地应用于钛合金金、镍基合金及特种钢冶炼用结晶器制造。近年来，随着我国大飞机、深水潜艇等产业的发展，真空冶炼用结晶器的用量不断创下历史新高，迫使我国的整体工业装备水平需要进一步提升。结晶器被称为电渣、真空冶炼设备的“心脏”，而国内制造紫铜结晶器通常采用两种工艺制造：一种是紫铜锭锻造成铜棒，轴线方向加工孔的方式制造；另一种方式是采用紫铜板卷焊。第一种锻造方法，锻造过程需要分火次加热锻造，且锻造过程中每个区域的成型温度、变形量等均不一致、导致产品整体性能不均匀，使用过程中结晶器局部易产生“缩腰”等局部缺陷，导致结晶器过早报废。第二种方法，紫铜板卷焊结晶器，焊缝沿轴线方向直线分布，焊接熔合区、热影响区、本体三区域的组织不一致，使用过程中用于结晶器内部是高温金属液凝固过程、外部通常通水冷却，结晶器在反复使用过程中，焊接区域受到周期性的热涨、冷缩作用，导致结晶器使用过程中，焊接区域过早开裂报废，并且在焊接区域开裂，将难以在开裂区域进行补焊修复。若能使产品的整体晶粒度、组织及性能均匀一致，将使国产大型结晶器的使用寿命提高3～5倍。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用寿命长，产品质量稳定的一种利用挤压机制备大口径厚壁无缝铜管的方法。
技术解决方案
一种挤压机，包括：挤压垫环，挤压垫置于铜坯料底部，所述挤压垫与铜坯料之间设有挤压垫环，防止挤压过程中紫铜反流。
进一步：为了尽快提高挤压垫环温度，挤压垫环与挤压筒单边间隙≤1.5mm，在挤压垫与挤压垫环之间设有隔热棉。
所述挤压垫环垫厚度20～30mm。
一种利用挤压机制备铜管的方法，依次包括下列步骤：
（1）采用制坯机对铜锭镦粗、穿孔制坯；
（2）将步骤（1）坯料进行无缺陷处理；
（3）制备铜管挤压用润滑介质，按重量比取MoS240%～56%、石墨15～20%，其余为油脂进行均匀混合；
（4）为了提高挤压产品表面质量，预热挤压模、挤压筒内表面及芯棒外表面，然后用挤压介质涂抹预热表面；
（5）利用垂直挤压机进行大口径厚壁无缝铜管挤压制造，挤压垫上铺一层隔热棉，然后在隔热棉上放置挤压垫环；坯料放入由挤压模、挤压筒、芯棒及挤压垫环构成的挤压模具型腔内，以一定速度向上推挤坯料，使坯料从挤压模、芯棒组成的间隙中均匀挤出；
（6）挤压结束，将制品空冷至室温，然后在400℃±10℃的退火炉内退火热处理，退火过程中去除附着在制品表面的润滑剂，即得到制品。
进一步：步骤（1）铜锭尽快转入镦粗筒内镦粗、保压，保压时间40～50s；穿孔针速度为90±5mm/s。
进一步：步骤（4）中挤压模、挤压筒内表面及芯棒外表面的预热温度为300±20℃；
进一步：步骤（5）以15±3mm/s的速度向上推挤坯料。
所述挤压垫采用H13模具钢，挤压垫环采用45钢材。
本发明为利于大型模具装配，室温下挤压垫环与挤压筒间的单边间隙为5mm，由于挤压筒外侧采用钢丝缠绕，预热后挤压筒内径尺寸变化量小，本发明挤压机中挤压垫与铜坯料之间增设挤压垫环和隔热棉，接触紫铜坯料后挤压垫环快速升温，使挤压垫环与挤压筒单边间隙≤1.5mm，防止挤压过程铜坯料从挤压垫、挤压筒的间隙反流。
本发明在坯料进行无缺陷处理，采用特制铜管挤压用润滑介质，有效解决了大口径厚壁无缝铜管的内外表面质量，使产品质量得到有效改善。
本发明制造方法具有制造流程简单、材料利用率高及满足不同规格产品的制造要求；质量方面：制品整体晶粒度、组织均匀一致、产品性能好、使用寿命长等优点；因此，该产品拥有生产成本低及市场竞争力强等优势。
附图说明
图1为本发明大口径厚壁无缝铜管挤压示意图；
图2为本发明大口径厚壁无缝铜管管件先挤出端的晶粒度图；
图3为本发明大口径厚壁无缝铜管管件二分之一长度处晶粒度图；
图4本发明大口径厚壁无缝铜管管件冲剪端晶粒度图。
具体实施方式
实施例1
生产Φ1020×30×6000mm的紫铜（Z2）材质的大口径厚壁无缝紫铜管。
1紫铜（Z2）坯料重量11.5吨；
2铜锭转入天然气加热炉，尽快升温至850℃，保温6小时；将加热、保温后的紫铜坯料转运至镦粗筒内，镦粗钢以90mm/s镦粗将铜锭镦粗、且在1.5万吨的压力下降紫铜锭保压45s，以改善材料组织；
3采用1.5万吨制坯机镦粗铜锭后，在原工位采用Φ940穿孔针沿铜锭轴线方向穿孔制坯，穿孔针穿孔速度为90mm/s，穿孔制坯后将坯料空冷至室温，对坯料表面进行无目视缺陷处理。
4用电子称按重量比取MoS245%～50%、石墨15～20%、其余为油脂，共计35kg，装入塑料筒内搅拌均匀，即完成挤压用润滑剂配置；
5预热挤压筒、挤压模内表面及芯棒外表面至300±20℃，将挤压介质均匀涂抹挤压筒、挤压模内表面及芯棒外表面；
6将采用45钢制造的挤压垫环装入挤压工位；
7利用3.6万吨垂直挤压机进行大口径厚壁无缝铜管挤压制造，冷态坯料装入天然气加热炉，尽快升温至800℃保温4h；然后将该坯料放入由挤压模、挤压筒、芯棒及挤压垫环组成的挤压模具型腔内，挤压垫以15mm/s的速度向上推挤紫铜坯料，使坯料从挤压模、芯棒组成的间隙中挤压均匀，完成无缝紫铜管的挤压制造；
8挤压后将铜管件在400℃±10℃的退火炉内退货处理2h，紫铜管表面残留的润滑剂在热处理过程中得以去除，即得到制品——紫铜管件；
9对本发明制造的大口径厚壁无缝紫铜管沿长度方向、从先挤出端等距离检测三点处横向晶粒度（二分之一壁厚处取样），检测结果如图2、3、4所示。可见，本产品沿管件长度方向晶粒度均匀一致。另外，采用本发明方法制造的大口径厚壁无缝紫铜管已制成紫铜结晶器，并在我国某单位试用。原先锻造工艺制造的大口径厚壁无缝紫铜管制结晶器平均冶炼难变形金属96炉，采用本发明挤压机制造的大口径厚壁无缝紫铜管制结晶器已冶炼难变形金属325炉，实验表面本发明制造的产品使用寿命有了显著的提高。

Claims (7)

1.一种挤压机，包括：挤压垫环，挤压垫置于铜坯料底部，其特征是，挤压垫与铜坯料之间设有挤压垫环。
2.根据权利要求1所述的一种挤压机，其特征是，挤压垫与挤压垫环之间设有隔热棉，隔热棉厚度5～10mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种挤压机，其特征是，挤压垫环垫厚度20～30mm。
4.一种利用挤压机制备铜管的方法，其特征是，依次包括下列步骤：
（1）采用制坯机对铜锭镦粗、穿孔制坯；
（2）将步骤（1）坯料进行无缺陷处理；
（3）制备铜管挤压用润滑介质，按重量比取MoS240%～56%、石墨15～20%，其余为油脂进行均匀混合；
（4）为了提高挤压产品表面质量，预热挤压模、挤压筒内表面及芯棒外表面，然后用挤压介质涂抹预热表面；
（5）利用垂直挤压机进行大口径厚壁无缝铜管挤压制造，挤压垫上铺一层隔热棉，然后在隔热棉上放置挤压垫环；坯料放入由挤压模、挤压筒、芯棒及挤压垫环构成的挤压模具型腔内，然后以一定速度向上推挤坯料，使坯料从挤压模、芯棒组成的间隙中均匀挤出；
（6）挤压结束，将制品空冷至室温，在400℃±10℃的退火炉内退火热处理，退火过程中去除附着在制品表面的润滑剂，即得到制品。
5.根据权利要求4所述的一种利用挤压机制备铜管的方法，其特征是，步骤（1）铜锭尽快转入镦粗筒内镦粗、保压，保压时间40～50s；穿孔针速度为90±5mm/s。
6.根据权利要求4所述的一种利用挤压机制备铜管的方法，其特征是，步骤（4）中挤压模、挤压筒内表面及芯棒外表面的预热温度为300±20℃；
根据权利要求4所述的一种利用挤压机制备铜管的方法，其特征是，步骤（5）以15±3mm/s的速度向上推挤坯料。
7.根据权利要求4所述的一种利用挤压机制备铜管的方法，其特征是，挤压垫采用H13模具钢，挤压垫环采用45钢材。
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