鑄軋銅管質量缺陷的改善方法探討

戴志剛 趙森森 孫永崗

摘要：本文主要研究鑄軋銅管質量缺陷的改善方法，首先對當前的銅管加工工藝方法進行介紹，重點分析銅管鑄軋工藝中常見缺陷及原因，并對軋制溫度對銅管質量的影響進行研究，在此基礎上總結分析提升銅管性能，減少質量缺陷的思路方法，希望通過本文的研究能夠更加全面的了解鑄軋銅管生產及質量缺陷的情況，同時也為后期更好的改善銅管生產缺陷提供參考。

關鍵詞：鑄軋法;銅管;質量缺陷

一、引言

近年來隨著經濟社會的不斷發展，國民生活水平不斷提高，居民對于空調產品的質量要求不斷提高。銅管是空調產品的重要部件，也是影響空調質量的關鍵，但是目前國內生產的銅管存在各種類型的質量缺陷，因此在現階段加強對于鑄軋銅管質量缺陷改善方法的研究具有重要的現實意義，一方面能夠更加全面的了解銅管生產的加工工藝及質量缺陷問題，另一方面能夠總結制定合理的方法提升改善銅管加工質量。

二、銅管加工工藝方法

在銅管生產加工行業中常用的工藝方法主要包括擠壓法和鑄軋法兩種，擠壓法相對傳統，生產效率、質量都相對偏低，目前行業內主要使用鑄軋法用于銅管的生產加工，這種生產工藝能夠實現更加節能環保、更高精度的生產效果。擠壓法與鑄軋法在生產過程中都能得到較好的力學性能，擠壓法的晶粒更小。而鑄軋法生產的銅管在經過退火處理后也不會產生大的力學性能波動，穩定性更好。在表面質量方面，鑄軋法生產的銅管表面粗糙度更低、劃傷更少，而且能夠減少殘余應力，獲得更好的表面質量。另外鑄軋法加工銅管有助于縮小銅管的外徑偏差、不圓度、偏心度以及銅管壁厚偏差等問題，產品合格率會更高。

鑄軋法生產銅管最重要的工藝環節就是軋制成型工藝，該過程中管坯和軋輥頻繁的接觸分離，容易在接觸面形成狹長接觸帶，而且存在復雜的動態變化，不容易控制，容易出現質量缺陷。

三、銅管鑄軋工藝中常見缺陷及原因

（一）銅管鑄軋工藝密深陷傷缺陷

“密深陷傷”是紫銅管生產中常見的缺陷之一，主要出現在行星軋制法生產中，與生產銅管的規格尺寸有關，規格越小，線傷越細。相對輕微的線傷隨著后續的生產工序的推進會之間消失，但是如果前期的“密深陷傷”相對嚴重，后期會更加嚴重，導致生產的產品直接報廢，甚至會影響到生產作業的正常進行。

經過對“密深陷傷”缺陷的觀察發現銅管的“密深陷傷”缺陷并不是完整連貫的，而是無數粗糙短線共同組成，這些粗糙點呈現為螺旋狀的分布。用顯微鏡觀察可以發現線上的粗糙點是發生了嚴重扭曲的晶粒，與周邊其他的晶粒有很大的差別，大量相似的出現扭曲的晶粒共同構成“密深線傷”，導致這種現象的原因是由于金屬材料的塑性變形過程中，流動性質不一樣的金屬為了達到同步變形使得材料內部出現附加應力，進而造成晶粒的扭曲，導致銅管產品表現為“密深線傷”或者“鋸齒傷”。

（二）銅管表面的“疲勞紋”

在銅管加工過程中需要對銅管進行拉拔，有些銅管會在表面形成“疲勞紋”，這種生產缺陷也是常見的生產問題之一。經過研究發生這種問題的出現是由于在生產的過程中，銅管表面承受的拉伸應力介于材料的抗拉極限和屈服極限之間，表層金屬已經斷晶，但是還沒有被拉斷，因此在表面的晶粒形成一種蠕變，成型后就呈現為橫向裂紋，而且肉眼能夠觀察出來，相對嚴重的缺陷甚至可以用手感觸出來。

造成這種生產缺陷的原因主要有三種，其一是在炸制過程中，軋制速度和冷卻溫度不合適，導致某些金屬組織未能再次結晶，進而對材料的屈服強度產生影響。在對材料進行拉伸加工時，銅管各部位的抗拉強度和延伸性能就會存在差異，之前未能正常再次結晶的位置就容易演變為“疲勞紋”缺陷。其二是在軋制過程中，銅管壁厚過厚，沒有完全將晶粒打碎細化，晶粒的再次結晶效果受到影響，在拉伸過程中拉伸率和摩擦力就會偏大，進而影響到光管表面的光滑程度。其三是由于在光管拉伸過程中使用的外膜油通常是常年循環使用的，每次使用之后都會混入銅粉等雜質，這些雜質混入外膜油，就會導致外膜油的潤滑性能降低，在拉伸時就會產生更大的拉伸力，光管就容易出現魚鱗狀疲勞紋。除此之外，外模角度偏差也會對銅管表面質量產生影響。

四、軋制溫度對銅管質量的影響

在銅管的生產中，軋制溫度會直接影響到銅管的生產質量，相關資料顯示，銅材料的熱脆性溫度約為650℃，如果在該溫度附近加工銅管就容易出現各種缺陷，使得銅管內存在大量的不再結晶組織。銅管加工最合理的溫度范圍是720-820℃。軋制溫度的變化會對銅管質量產生不同程度的影響。

（一）溫度過低，產生不完全再結晶

當銅管加工的溫度低于700℃時，變形組織再次結晶的時間縮短，銅材料中就會出現不完全再結晶組織，這些組織會殘留在銅管內部。而且軋制溫度越低，不完全再結晶組織的數量越多。在對銅管進行拉伸處理時，銅管各處存在的不完全再結晶組織就會使得銅管出現表面“疲勞紋”或者“密深線傷”問題，甚至可能會造成銅管產品的整體報廢。

（二）動態再結晶條件要求

金屬材料學的相關理論指出，變形量、時間、溫度等都會對變形金屬再結晶產生影響，其中最關鍵的就是溫度因素。溫度越高，金屬材料在變形后就能獲得越大的驅動力，進而在越短的時間內發生再次結晶。由此可知，足夠的過熱度是保障金屬變形后再結晶的重要條件。

五、提升銅管性能，減少質量缺陷

在銅管的生產加工中，軋輥為銅管生產提供變形力。但是在工作過程中，軋輥處于高速運轉的狀態，因而會產生較高的溫度，在使用過程中需要對其進行降溫，與之接觸的變形區的溫度也會降溫冷卻。如果各工作區域的冷卻程度不同，出現局部過冷的情況就會使得銅管生產加工變形區的溫度產生差異，進而使得銅材料內部的晶粒尺寸不能均勻分布，就容易出現各種缺陷。當軋輥的冷卻強度不斷提高時，變形溫度也會隨之提高，金屬晶粒就能在更長的時間區間內長大，不同區域的金屬晶粒組織也會變得更加均勻。但是目前使用的行星軋機冷卻系統的噴頭設計不合理，不能達到理想的表面冷卻結果，因此需要對其進行改造。

（一）改造冷卻水噴頭

軋機冷卻系統中使用的冷卻水噴頭通常是采用斜噴設計，在使用過程中直接對變形區和管坯位置進行冷卻，銅管的變形溫度也會素質降低，進而會對再結晶產生影響。而且噴水冷卻僅對變形區和入料區起作用，存在冷卻不均勻的情況。針對這種情況對冷卻水噴頭進行改造，主要是改造噴水孔的位置和噴水方向，將四圈噴水孔平均分布在外壁的四周，每一圈都與軋輥的工作區相對應，噴水方向設計為平面直噴。經過改造后，冷卻水噴頭數量減少，冷卻強度降低，能夠有效提升銅管加工中的變形溫度。

（二）改造后生產銅管的性能變化

在改造前生產的銅管晶粒較大，而且不能均勻分布，而且產品容易出現表面裂紋等缺陷，甚至可能會出現銅管斷裂的情況。改造后生產的銅管經過顯微鏡觀察發現銅管內的晶粒細化程度明顯提升，而且各區域晶粒的尺寸也相對均勻，成品表面質量也顯著提升。除此之外，銅管產品力學性能也明顯改善，抗拉強度從225提升到231，延伸率從39%提高到48%。

六、結語

通過本文的分析可知，目前使用的鑄軋法在生產銅管的過程中可能會造成“疲勞紋”和“密深線傷”的質量問題，主要與其生產工藝有關，通過改良生產工藝能夠有效改善銅管產品的生產質量。

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