CN1221337C - 一种制造铜及铜合金管的热轧方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造铜及铜合金管材的热轧方法，属于金属管材轧制技术，所述的方法是利用行星轧管机对铜及铜合金的管坯进行热轧，具体的步骤为，管坯表面机加工处理；管坯在线加热至高于再结晶起始温度；管坯在701℃～850℃轧制温度之间进行单道次延伸率大于5的变形和以10m/min-30m/min的轧制速度热轧形成轧制件；最后使轧制件快速冷却等四个步骤，本发明的热轧方法相比于现有技术具有工序少、成材率高、制造成本低以及管材制品质量稳定等优点。

Description

一种制造铜及铜合金管的热轧方法

技术领域

本发明涉及一种制造铜及铜合金管材的热轧方法，该方法属于金属管材热轧技术。具体说，该方法是一种运用热轧和形变热处理原理，对水平连铸管坯或挤压管坯，经表面机加工净化处理和在线加热，继尔在超过再结晶温度条件下高变形速率的轧制中，发生动态再结晶后形成热轧制件，最后通过在线快速冷却，而加工制造铜及铜合金管材的方法。

背景技术

已有的铜及铜合金管材的制造方法，主要的有穿孔轧制法、挤压法、冷加工铸轧法及温加工铸轧法等四种。而传统的前两种方法，均存在着工序多、成材率低、管材制造成本高等不足，正在逐渐被其它技术所替代。而第三种冷加工铸轧法，如中国专利公开的申请号为88101739，名称为“冷加工铜及铜合金管的方法”，该方法是将连铸管坯或挤压管坯，直接送入PSW三辊行星轧机进行冷轧。它是利用管坯面积缩减和材料变形所产生的内磨擦，使管坯在升温到250℃～700℃(即对应材料的再结晶起始温度以上)的温度条件下，进行管材加工轧制的一种目前比较先进的方法。该方法具有工序少、成本低和成材率高等优点。但是由于该方法所采取的技术方案是冷轧加工，进入轧机变形区的管坯的温度，基本是环境温度，而致使管坯在进入变形区后的初始阶段，会在管坯的内外表面产生大量的裂纹，尽管裂纹很大部分会在轧制过程中被压合，但仍有一部分裂纹以折叠方式存在于制品管材的断面结构中。同时，由于这种方法仅靠自身变形内摩擦发热升温，据介绍，轧制温度为250℃～700℃。显然其超过再结晶温度的过热度不足，在管材轧制终结时，在管材的长度方向和在同一批轧件的多根管材之间存在着不同程度的不完全再结晶结构上的差异，这种不完全的再结晶，导致成品管材的局部抗拉强度和延伸率都不稳定。由于这种冷轧方式使动态再结晶过程到变形区中部才开始，以致这种再结晶是不完全的、不充分的，而不利于管材断面结构的细密和气孔、夹渣的排除。另外，管坯以环境温度送入变形区会对轧机轴承和齿轮造成严重冲击，使轧机的使用寿命降低，还会造成冬夏季的轧制质量不稳定。尤其是这种冷轧方法，对其来料管坯表面所不可避免存在的铸造缺陷，未作任何净化处理，这在管坯轧制过程中，不可避免地会将管坯表面存在的夹渣和气孔等铸造缺陷，揉和在管材的断面结构中。已知，铜及铜合金在600℃～700℃是热加工脆性区，在此温度加工会导致加工中产生大量的热裂纹，管材质量变差。因此，综观已有的冷加工铸轧铜及铜合金管的方法，其制成品管材所存在的折叠式裂纹，不完全再结晶，管坯表面铸造缺陷的存在，从而将严重影响管材质量和后续深加工管材的质量。

第四种温加工铸轧法，如中国专利公开的申请号为02138022.8号，名称为“温加工制造铜及铜合金管的方法”，该方法是将连铸管坯或挤压管坯，经过预热至环境温度至再结晶起始温度之间，然后送入三辊行星轧机进行轧制，轧制后在高于轧制温度30～80℃的条件下进行保温，再对轧件进行快速冷却来实现。它是利用预热温度和管坯面积缩减变形所产生热量叠加，使管坯在高于700℃温度下进行轧制，基本克服了中国专利88101739.6号专利冷轧方法的主要缺陷，但是叠加的轧制温度不易调控，使得制品质量不稳定；同时该方法为减少轧件咬入时对齿轮等设备的冲击，轧件端部预热温度与其他处不同，不易控制且降低了轧制效率；为使轧件充分再结晶，需要后续保温，增加了能耗和工序。因此，该轧制方法仍然存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制造工序少、成材率高、制造成本低、制品管材质量优良、稳定的铜及铜合金管材的热轧方法，以克服已有技术的不足。

实现本发明目的的原理，主要基于运用热加工和形变热处理原理，在先对连铸管坯或挤压管坯作表面机加工除杂处理，然后在线加热管坯超过其再结晶的起始温度，紧接着将管坯导入变形轧制设备，使管坯在701℃～850℃的温度范围内轧制成形，随即将成形的轧制件快速冷却而制成成品。

本发明所说的热轧加工与冷轧加工的根本区别所在是，本发明首先对经表面机加工除杂处理的管坯通过在线加热到再结晶起始温度之上，这种对管坯在线加热的技术措施，能够有效地降低轧制咬入时对轧机的冲击力，增加轧机轴承和齿轮的寿命，并且可以保证冬夏季度轧制的产品结构质量的稳定，可有效地降低能耗，节减制造成本。而且通过在线加热至在结晶起始温度之上能够使管坯的轧制温度上升至701℃～850℃，使之具有足够的过热度发生动态再结晶，避开铜及铜合金的热加工脆性区，从而提高了管坯变形的延伸系数，延长了管坯变形区域范围和动态再结晶的过程，而使管坯具有足够的条件，实现完全再结晶，从而使本发明达到提高轧制效率和管材质量的初衷。

本发明所说的热轧加工与温轧加工本质区别在于，在线加热温度高于再结晶起始温度，使得轧制温度能够达到701℃～850℃，使之具有足够的过热度发生动态再结晶，避开铜及铜合金的热加工脆性区，从而提高了管坯变形的延伸系数，延长了管坯变形区域范围和动态再结晶的过程，不需要对轧后的轧件进行均温保温处理；同时克服轧件咬入时对轧机的冲击，不需要对轧件头部的加热处理。节约了工序流程、提高了轧制效率、增加了轧制品质量的稳定性。

本发明由于进入变形区的管坯一开始变形就处于动态再结晶状态，因此可以允许使用较快的轧制速度，从而增加了单台轧机的产量。此外，在线加热使变形区的轧制温度均匀化，减少了轧后管材因变形区不均匀变形带来的温度变化，在随后的快速冷却时可以得到完全的等轴晶粒。

本发明涉及一种制造铜及铜合金管的热轧方法，其特征在于，利用行星轧管机对铜及铜合金管坯进行热轧，所述热轧方法的轧制步骤如下：

第一步，对管坯的表面进行机加工，以去掉管坯表面的铸造缺陷；

第二步，在线加热管坯，在保护气氛下将管坯加热至高于其对应材料的再结晶起始温度；

第三步，管坯热轧成形，在保护气氛下将第二步处理后的管坯导入行星轧管机，使管坯在701℃～850℃之间的轧制温度下以单道次延伸率大于5的变形和以10m/min-30m/min的轧制速度进行热轧成形，并得到管材轧制件；

第四步，快速冷却轧制件，使所述轧制件通过乳化液浴槽，实现快速冷却。

其中利用行星轧管机轧制的方法对铜及铜合金的管坯进行热轧，所述热轧方法进一步的轧制步骤如下：

在所述的热轧方法中，是利用具有保护气氛装置、可调控管坯轧制温度的2-6辊行星轧管机，对铜及铜合金的管坯进行热轧，其中所述的

第一步，对管坯的表面进行机加步骤，是采用车或铣或磨的加工方法，且其机加工切削深度控制在0.3mm～0.5mm范围内，以去掉管坯表面的铸造缺陷；

第二步，所述的在线加热管坯步骤，是采用在所述行星轧管机的入口处安装在线中频感应线圈，在保护气氛下将管坯加热到250～700℃；

第四步，所述的轧制成形的轧制件，以10m/min～30m/min的轧出速度，通过长度为1～1.5m的乳化液浴槽实现快速冷却。

所说的管坯材质为T2，TP1，TP2，B10，B30，HSn70-1，HAl77-2，H62，H68。

本发明根据铜及多种铜合金不同的再结晶温度，上述各步骤可以有多种具体的技术措施。但本发明经过反复实验而优选的各个步骤的具体技术措施是：

管坯表面机加工步骤，采取的是车或铣的机械加工方法，且其机加工切削深度，控制在能够去掉管坯表面铸造缺陷的范围内。通过管坯表面机加工，使管坯表面呈无氧化光亮态。而对水平连铸铜管坯而言，切削深度一般控制在0.3mm～0.5mm范围内。且由于铣加工工效高于车加工，故本发明推荐的是铣加工。经铣加工切削后所形成的废料，可以随即收集后回用。

管坯在线加热步骤，是在保护气氛条件下，将经第一步骤表面机加工的管坯，在线加热至250℃～700℃之间。本发明采取的在线加热技术措施，是采用在轧机入口处安装在线中频感应线圈。

管坯轧制步骤，是在保护气氛条件下，将第二步加热至250℃～700℃之间的管坯，紧接着导入行星轧管机。事实上本发明是在一道次的连续生产流水线上，依次进行本发明的4个步骤。因而正确地说，是将加热的管坯，紧接着导入变形轧制区。而管坯是在701℃～850℃的轧制温度条件下，轧制成形的。由于管坯是在其再结晶温度以上且在很大的过热度状态下发生形变的，无疑由于管坯的可塑性大，可使延伸系数增加达到5以上，变形区更长，这一切有利于铜及铜合金的动态再结晶的过程更完全、更充分，以获得更加均匀的细晶结构，由于热管坯是在多辊行星轧机的多个轧辊的反复辗轧下，从而有效地保证了制取高质量管材的成功。

在轧制件冷却步骤，是紧接着第三步骤将轧制成形的轧制件快速冷却至环境温度。而本发明水浴快速冷却的目的，是令管材轧制件以10m/min～30m/min的轧出速度，通过长约1～1.5m的乳化液浴槽内而实现的。快速冷却实质是一种形变热处理，其目的主要在于细化铜的晶粒，使本发明的管材，在后续深加工过程中乃至后续产品的工作状况下长期处于优良的力学性能状态。

正如在先描述的那样，管坯的轧制温度，是决定管坯轧制质量的主要因素。鉴于上述考虑，本发明特别注重变形轧制设备的选用，要求所选用的变形轧制设备至少应当满足可调控管坯变形温度、具有保护气氛装置，对管坯能够反复辗轧且辗轧面积较大等要求。本发明优选的变形轧制设备，是2～6辊行星轧管机。

本发明对于管坯轧制温度在在线加热、轧制和冷却三个步骤连续作业线上的在线调节和控制，是通过发以下三种技术措施来实现的：

第一种是应用在相关工序上的调控技术措施。它是通过调整管坯送进速度、管坯加热温度、通过轧辊的轧制冷却液流量、单道次延伸系数来调控管坯轧制温度的。

而第二种是应用在轧制设备的相关速度的调控技术措施。它是通过所说行星轧管机回转盘的转速及轧出速度来实现的变形速率的高低而调控管坯轧制温度的。本发明优选的调整行星轧管机回转盘的转速范围，控制在250rpm～500rpm之内，而调整轧出速度的范围，控制在10m/min～30m/min之内。

而第三种是应用在轧制设备的相关结构上的调控技术措施。它是通过调整所说行星轧管机的轧辊送进角度，而调控管坯轧制温度的。本发明优选的调整所说轧辊送进角度的范围，控制在6°～8°度之间。

采用本发明上述的技术方案，在制造铜及铜合金管时能够带来制造工序少、成材率高、制造成本低、制品管材质量优良稳定的有益效果，克服了已有技术的不足和缺陷。

具体实施方式

将通过下述具体实施方式对本发明的热轧方法作进一步说明，以便对本发明实现其目的的技术方案和特点得到更加详细的了解。

本发明的一种优选实施方式是，轧制磷脱氧铜(TP2)管。轧制是在XR-SG90三辊行星轧管机(为申请人自产的一种三辊行星轧管机)上进行的。管坯为水平连铸的，初始尺寸为φ86×23mm，轧前管坯经由3个铣头的铣加工设备，进行表面处理，其切削深度为0.3mm，使管坯表面呈无氧化光亮态，然后在线中频(2500Hz)感应加热，使管坯加热至260℃，然后进行由XR-SG90三辊行星轧管机的轧制加工。管坯进入变形区后很快升温至750℃，轧管机以轧出速度为15m/min进行工作，并持续不断将其所轧制的管件向前送进。随即使轧制管件进入长1.5m的乳化液浴槽内，轧制管件大约在6秒钟的时间内通过水浴，而快速冷却，然后弯曲成卷。轧制后的铜管规格为φ47×2.2mm，延伸系数为14.7。铜管表面无任何折叠纹和其他缺陷存在，轧后管体金相组织呈很细的等轴晶粒状态(完全再结晶态)。抗拉强度和延伸率分别为240Mpa～250MPa和45％～55％。涡流探伤检验结果反映，每千米仅为0～2个缺陷点。轧制后管材品质优良，轧制是成功的。

本发明的另一个优选实施方式是，热轧水平连铸HSn70-1黄铜管。轧制是在XR-SG90三辊行星轧管机上进行的，管坯初始尺寸为φ83×22mm，经铣加工对管坯表面进行切削处理，切削深度为0.5mm，使管坯表面呈无氧化光亮状态，然后采用在线中频(2500Hz)感应加热，使管坯升温至400℃，然后进入XR-SG90三辊行星轧管机，其后的轧制如同上述第一实施方式，而其轧制温度为800℃，轧出速度为18m/min，轧制后的黄铜管规格为φ47×2.2mm，其延伸系数为13.6，铜管表面无任何折叠纹和其他缺陷，其抗拉强度和延伸率分别为290Mpa～380MPa和25％～40％，电镜显示轧后管体的金相组织很致密。轧制是成功的。这种铜管在后续的拉伸中，几乎无因管体本身的缺陷而发生的断管现象。

综上所述，本发明所具有的在线连续作业工序少，自动化程度高，轧制速度快，且成材率高，管材制造成本低，管材品质好等优点，克服了现有技术存在的缺陷和不足，与已有技术相比较，本发明具有明显的实质性特点和显著的进步。

上述实施例在于对本发明的理解，不视为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的基础上作出的任何变通的、不经创造性劳动的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1、一种制造铜及铜合金管的热轧方法，其特征在于，利用行星轧管机对铜及铜合金的管坯进行热轧，所述热轧方法的轧制步骤如下：

第一步，对管坯的表面进行机加工，以去掉管坯表面的铸造缺陷；

第二步，在线加热管坯，在保护气氛下将管坯加热至高于其对应材料的再结晶起始温度；

第三步，管坯热轧成形，在保护气氛下将第二步处理后的管坯导入行星轧管机，使管坯在701℃～850℃之间的轧制温度下以单道次延伸率大于5的变形和以10m/min-30m/min的轧制速度进行热轧成形，并得到管材轧制件；

第四步，快速冷却轧制件，使所述轧制件通过乳化液浴槽，实现快速冷却。

2、根据权利要求1所述的一种制造铜及铜合金管的热轧方法，其特征在于，利用具有保护气氛装置、可调控管坯轧制温度的2～6辊行星轧管机，对铜及铜合金的管坯进行热轧，其中所述的

第一步，对管坯的表面进行机加步骤，是采用车或铣或磨的加工方法，且其机加工切削深度控制在0.3mm～0.5mm范围内，以去掉管坯表面的铸造缺陷；

第二步，所述的在线加热管坯步骤，是采用在所述行星轧管机的入口处安装在线中频感应线圈，在保护气氛下将管坯加热到250～700℃；

第四步，所述的轧制成形的轧制件，以10m/min～30m/min的轧出速度，通过长度为1～1.5m的乳化液浴槽实现快速冷却。

3、根据权利要求1或2所述的一种制造铜及铜合金管的热轧方法，其特征在于，第三步中，所述的管坯轧制温度是通过调节管坯送进速度、管坯加热温度、通过轧辊的轧制冷却液流量、单道次延伸系数来调控的。

4、根据权利要求1或2所述的一种制造铜及铜合金管的热轧方法，其特征在于，第三步中，所述的轧制温度是通过行星轧管机回转盘转速在250～500rpm范围，及轧出速度在10～30m/min范围内的调节而调控的。

5、根据权利要求1或2所述的一种制造铜及铜合金管的热轧方法，其特征在于，第三步中，所述的轧制温度，是通过行星轧管机轧辊送进角度在6°～8°范围内的调节而调控的。

6、根据权利要求1或2所述的一种制造铜及铜合金管的热轧方法，其特征在于，所说的管坯材质为T2，TP1，TP2，B10，B30，HSn70-1，HAl77-2，H62，H68。