[发明专利]一种黄铜管材的短流程高效生产方法

说明书

技术领域

 本发明属于金属材料领域，涉及一种黄铜直管/盘管的短流程高效生产方法。

背景技术

黄铜是以锌为主要元素的铜合金，其导热性能、力学性能、加工性能、耐腐蚀性能优良。一般为了改善黄铜的性能会添加锡、铝、锰等金属构成多元合金，即为特殊黄铜，如：在黄铜中加铅或铋能改善黄铜的切削性能；加入锡能显著改善黄铜的抗海水、海洋大气腐蚀的能力；同时添加多种元素（铝、锰、硅、铁、锡等）还可以制成高强度、高耐磨性的耐磨黄铜。正因为黄铜具有以上特性，黄铜合金管材被广泛用于电站、船舶和制冷等行业的热交换器用换热管，建筑用供排水管和汽车用高耐磨同步齿环管等领域。

目前，黄铜管材的主要生产方法有三种：第一种是传统的挤压生产工艺，即半连续铸锭－热挤压－（冷轧）－拉伸[见：孙德华. C33000 α单相铅黄铜管材的研制.有色金属加工, 2010, 39(1): 42-45]，传统工艺的特点是产品质量高，但生产流程长、成材率低、设备投资大、产品成本高。第二种是铸轧工艺，即水平连铸管坯－多道次冷轧或行星轧制－拉伸，与传统的挤压工艺相比，由于采用连铸方法直接制备铜管坯，可大幅度提高生产效率，同时，三辊行星轧制单道次的加工变形量大，因而进一步提高了生产效率。虽然铸轧工艺与传统的挤压工艺相比流程大幅度缩短、生产成本显著降低，但也存在管坯质量较差(如外表面橘皮、内表面褶皱、缩松、发达的径向柱状晶组织等)、生产设备与工艺较为复杂、能源消耗大等不足。第三种是上引连铸管坯-拉拔法，与上述两种工艺相比，上引连铸生产管坯可直接用于拉拔，省去了挤压、轧制两道工序，提高成材率，降低生产成本。所铸管坯组织均匀，表面质量较高[见：李倬等，一种铜合金上引连铸管坯的生产方法，中国发明专利，CN1350897A，2002-5-29和梁新海，一种上引连铸生产黄铜管坯的方法，中国发明专利，CN101670424A，2010-3-17]。上引连铸-拉拔生产铜合金管材不足之处在于：一是目前可生产管坯规格的局限性，仅能生产外径在42mm以下的管坯，不易生产规格较大的产品，而且生产能力较小[刘华鼐等，铜合金管棒材加工工艺.北京：化学工业出版社，2009]。二是由于气体上浮的原因，上引连铸的管坯致密度较差，产品质量较低。

另外，在生产小直径（3～10mm）、薄壁（0.3～0.7mm）电缆管、阴极管等精密铜管方面，谢建新等人开发了精密铜管短流程制备加工工艺[见：谢建新，娄花芬，王自东等，铜及铜合金精密管材短流程制备工艺，中国发明专利，ZL200710065281.9，2009-06-10]，其特点是采用热型连铸方法成形直径15～40mm、壁厚1～3mm的薄壁铜管，然后直接进行盘拉, 生产小直径、薄壁精密管材。与传统的挤压法相比，省去了热挤压及冷轧管工序；与水平连铸法相比，省去了铣面和行星轧制工序。因此，新工艺可以大幅度缩短流程，节约能耗，显著提高成材率，降低成本，该工艺在管坯连铸方面基于热型连铸，液-固界面被控制在铸型的出口附近，其优点是:①连铸管材的的内外表面光洁，可以达到镜面状态, 不需任何处理即可直接用于轧制、拉拔等冷加工；②沿轴向生长的连续柱状晶组织有利于后续的轴向延伸变形[张鸿，谢建新，王自东，王浩，连续定向凝固铜棒及其冷加工后的组织和力学性能.机械工程材料，2004，28（2）：31-33]。而采用热型连铸技术生产管坯存在的问题是：①只能实现小直径（≤Ф50mm）、薄壁（≤3mm）管材的连铸成形，且拉铸速度较慢，生产效率较低，较适合高质量精密细小黄铜管材的生产；②由于固液界面在铸型出口附近，工艺控制难度较大，容易出现拉漏事故。