大口徑白銅管產品開發及工藝研究

陳 琴,劉廣龍,李 娟

(鎳鈷研究設計院，甘肅 金昌 737100)

0 前 言

精密銅鎳合金項目生產的大規格BFe10-1-1白銅管主要應用于軍用艦船制造和石油化工行業,市場需求強勁,產品附加值高，市場準入壁壘高[1-2].目前大規格BFe10-1-1白銅管,國內只有中鋁洛銅一家生產,最大規格為φ324 mm,且由于設備及工藝原因,大批量的生產銷售尚有一定難度.江蘇高新張銅曾成功試制出國內最大規格φ324 mm×4 mm的BFe10-1-1大口徑白銅管,且長度不超過4 m.目前高新張銅已停產.由于擠壓設備的擠壓能力及其管坯擠壓技術的限制,不能擠壓出質量較好的薄壁大口徑管材,而且模具損耗大,致使擠壓、拉拔工序成材率極低.國際上只有法國一家公司可以生產最大規格φ400 mm的BFe10-1-1管材,主要用于軍工行業,且生產保密.德國生產的φ340 mm×16 mm大口徑BFe10-1-1管,技術較成熟,該產品主要用于出口.精密銅材公司開發的φ159 mm×3 mm,長度6 000 mm；φ219 mm×4.0 mm,長度為6 000 mm以及φ400 mm×10 mm,長度6 000 mm左右的銅合金管材可以替代進口.

公司采用國際銅加工行業最先進的德國中頻熔煉爐與MS Meer可生產最大φ440 mm的銅錠鑄造機;意大利進口的最大銅擠壓能力為55 MN正向擠壓機,如圖1所示.采用國內具有一流生產能力的3 000 kN液壓拉拔機(如圖2所示)和φ80～230 mm管材矯直機等加工設備,以設備優勢為依托,將大規格銅合金管材(口徑在φ108 mm以上)作為項目亮點,建設成為國內大口徑銅合金管材生產基地.

圖1 55 MN正向擠壓機Fig.1 55-MN forward extrusion machine

圖2 3 000 kN液壓拉拔機Fig.2 3000-kN hydraulic drawbench

1 產品開發

公司目前已成功開發出φ159 mm×3 mm、φ219 mm×4 mm和φ400 mm×10 mm的大口徑白銅管.工藝流程如下:

(1)φ159 mm×3 mm大口徑白銅管產品開發.

工藝:熔煉與鑄造φ310 mm的鑄錠→鋸切成錠坯→擠壓→ 酸洗→襯拉→矯直→退火.

(2)φ219 mm×4 mm大口徑白銅管產品開發.

工藝:熔煉與鑄造φ310 mm的鑄錠→鋸切成錠坯→擠壓→酸洗→多道次拉伸 →矯直→退火.

(3)φ239 mm×4.5 mm大口徑白銅管產品開發.

工藝:熔煉與鑄造φ440 mm的鑄錠,鋸切φ440 mm×550 mm的錠坯→擠壓直徑為φ239 mm×4.5 mm→酸洗.

圖3～圖8為已開發的大口徑白銅管產品.圖3為3 000 kN液壓拉拔機正在拉伸φ159 mm×3 mm的管坯;圖4為55 MN正向擠壓機擠制的φ242 mm×6 mm的管坯;圖5為拉制好的φ159 mm×3 mm的管坯;圖6為擠制的φ239 mm×4.5 mm的管坯;圖7為φ219 mm×4 mm的管坯;圖8為φ210 mm×10 mm的管坯.

圖3 拉伸φ159 mm×3mm 銅管Fig.3 Stretching a φ159 mm×3 mm copper tube

圖4 φ242 mm×6 mm的擠制管坯Fig.4 φ242 mm×6 mm extruded tube blank

圖5 φ159 mm×3 mm的管坯Fig.5 φ159 mm×3 mm tube blank

圖6 φ239 mm×4.5 mm的管坯 Fig.6 φ239 mm×4.5 mm tube blank

圖7 φ219 mm×4 mm的管坯Fig.7 φ219 mm×4 mm tube blank

圖8 φ210 mm×10 mm的管坯Fig.8 φ210 mm×10 mm tube blank

2 產品檢測

2.1 化學成分

在BFe10-1-1大口徑白銅管生產過程中,化學成分的檢測尤為重要,只有合格的鑄錠才能生產出合格的管材.在整個生產過程中,首先要做好爐前與爐后化驗,且對鑄錠的頭部、尾部及中間取樣化驗化學成分,這是生產鐵白銅尤為重要的一點,以防止Mn元素的揮發而造成產品成分不合格.表1為抽檢的一部分不同規格管坯的化學成分,檢測設備為日本理學的直讀光譜分析儀.由表1可知,BFe10-1-1大口徑白銅管化學成分滿足國標要求.

2.2 鑄錠切片O、N中含量分析

對用于擠壓φ159 mm×3 mm、φ219 mm×4 mm、φ400 mm×10 mm和φ210 mm×10 mm的φ310 mm、φ440 mm鑄錠坯料切片后取樣進行O、N元素質量分數的檢測,結果見表2.

表1 不同規格管坯的化學成分Tab.1 The chemical composition of various tube blanks

表2 不同規格管坯的化學成分Tab.2 The chemical composition of tube blanks with different specifications

2.3 金相組織分析

2.3.1 鑄錠金相組織分析

對φ310 mm、φ440 mm的鑄錠坯料切片后取樣進行微觀金相組織分析,金相組織如圖9中所示.從圖9可看出,組織均勻,未見夾渣及孔洞.

2.3.2 管材金相組織分析

拉伸后的大口徑BFe10-1-1白銅管進行金相組織分析,如圖10所示.采用輥底式光亮退火爐進行退火,BFe10-1-1大口徑管白銅管顯微金相如圖11所示.可以看出,大口徑白銅管在拉伸時組織被拉長,而退火后被拉長而破碎的組織在退火時,發生回復和再結晶,表現為再結晶組織.

圖9 鑄錠微觀金相組織Fig.9 The metallurgical structure of an ingot

圖10 未退火拉制管組織100×Fig.10 The metallurgical structure ×100 of an unannealed drawn tube

圖11 拉制管退火組織 100×Fig.11 The metallurgical structure ×100 of an annealed drawn tube

2.4 力學性能檢測

依照GB/T 228-2010金屬力學性能檢測取樣方法進行取樣,然后在拉力試驗機上進行拉伸,測量抗拉強度和延伸率,結果見表3.

表3 力學性能檢測結果Tab.3 Results of mechanical property test

3 結 論

(1)φ159 mm×3 mm、φ219 mm×4 mm和φ400 mm×10 mm大口徑BFe10-1-1白銅管的化學成分和力學性能等指標均滿足國標要求;

(2)鑄造出的φ310 mm、φ440 mm的BFe10-1-1白銅鑄錠坯料組織內部成分均勻,沒有夾渣及孔洞等缺陷;

(3)大口徑白銅管的生產目前尚處于開發、試生產階段,還未大批量出口,后續將充分利用設備優勢,進一步優化工藝,拓展產品規格、提升產品質量,為我國大口徑白銅管全面替代進口做出貢獻.

參考文獻:

[1] 鐘衛佳,銅加工實用技術[M].北京:冶金工業出版社,2007：234.

[2] 狄大江.艦船用銅及銅合金管[J].有色金屬加工,2011,40 (1):33.