大口径白铜管产品开发及工艺研究

陈 琴,刘广龙,李 娟

(镍钴研究设计院，甘肃 金昌 737100)

0 前 言

精密铜镍合金项目生产的大规格BFe10-1-1白铜管主要应用于军用舰船制造和石油化工行业,市场需求强劲,产品附加值高，市场准入壁垒高[1-2].目前大规格BFe10-1-1白铜管,国内只有中铝洛铜一家生产,最大规格为φ324 mm,且由于设备及工艺原因,大批量的生产销售尚有一定难度.江苏高新张铜曾成功试制出国内最大规格φ324 mm×4 mm的BFe10-1-1大口径白铜管,且长度不超过4 m.目前高新张铜已停产.由于挤压设备的挤压能力及其管坯挤压技术的限制,不能挤压出质量较好的薄壁大口径管材,而且模具损耗大,致使挤压、拉拔工序成材率极低.国际上只有法国一家公司可以生产最大规格φ400 mm的BFe10-1-1管材,主要用于军工行业,且生产保密.德国生产的φ340 mm×16 mm大口径BFe10-1-1管,技术较成熟,该产品主要用于出口.精密铜材公司开发的φ159 mm×3 mm,长度6 000 mm；φ219 mm×4.0 mm,长度为6 000 mm以及φ400 mm×10 mm,长度6 000 mm左右的铜合金管材可以替代进口.

公司采用国际铜加工行业最先进的德国中频熔炼炉与MS Meer可生产最大φ440 mm的铜锭铸造机;意大利进口的最大铜挤压能力为55 MN正向挤压机,如图1所示.采用国内具有一流生产能力的3 000 kN液压拉拔机(如图2所示)和φ80～230 mm管材矫直机等加工设备,以设备优势为依托,将大规格铜合金管材(口径在φ108 mm以上)作为项目亮点,建设成为国内大口径铜合金管材生产基地.

图1 55 MN正向挤压机Fig.1 55-MN forward extrusion machine

图2 3 000 kN液压拉拔机Fig.2 3000-kN hydraulic drawbench

1 产品开发

公司目前已成功开发出φ159 mm×3 mm、φ219 mm×4 mm和φ400 mm×10 mm的大口径白铜管.工艺流程如下:

(1)φ159 mm×3 mm大口径白铜管产品开发.

工艺:熔炼与铸造φ310 mm的铸锭→锯切成锭坯→挤压→ 酸洗→衬拉→矫直→退火.

(2)φ219 mm×4 mm大口径白铜管产品开发.

工艺:熔炼与铸造φ310 mm的铸锭→锯切成锭坯→挤压→酸洗→多道次拉伸 →矫直→退火.

(3)φ239 mm×4.5 mm大口径白铜管产品开发.

工艺:熔炼与铸造φ440 mm的铸锭,锯切φ440 mm×550 mm的锭坯→挤压直径为φ239 mm×4.5 mm→酸洗.

图3～图8为已开发的大口径白铜管产品.图3为3 000 kN液压拉拔机正在拉伸φ159 mm×3 mm的管坯;图4为55 MN正向挤压机挤制的φ242 mm×6 mm的管坯;图5为拉制好的φ159 mm×3 mm的管坯;图6为挤制的φ239 mm×4.5 mm的管坯;图7为φ219 mm×4 mm的管坯;图8为φ210 mm×10 mm的管坯.

图3 拉伸φ159 mm×3mm 铜管Fig.3 Stretching a φ159 mm×3 mm copper tube

图4 φ242 mm×6 mm的挤制管坯Fig.4 φ242 mm×6 mm extruded tube blank

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

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

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

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

2 产品检测

2.1 化学成分

在BFe10-1-1大口径白铜管生产过程中,化学成分的检测尤为重要,只有合格的铸锭才能生产出合格的管材.在整个生产过程中,首先要做好炉前与炉后化验,且对铸锭的头部、尾部及中间取样化验化学成分,这是生产铁白铜尤为重要的一点,以防止Mn元素的挥发而造成产品成分不合格.表1为抽检的一部分不同规格管坯的化学成分,检测设备为日本理学的直读光谱分析仪.由表1可知,BFe10-1-1大口径白铜管化学成分满足国标要求.

2.2 铸锭切片O、N中含量分析

对用于挤压φ159 mm×3 mm、φ219 mm×4 mm、φ400 mm×10 mm和φ210 mm×10 mm的φ310 mm、φ440 mm铸锭坯料切片后取样进行O、N元素质量分数的检测,结果见表2.

表1 不同规格管坯的化学成分Tab.1 The chemical composition of various tube blanks

表2 不同规格管坯的化学成分Tab.2 The chemical composition of tube blanks with different specifications

2.3 金相组织分析

2.3.1 铸锭金相组织分析

对φ310 mm、φ440 mm的铸锭坯料切片后取样进行微观金相组织分析,金相组织如图9中所示.从图9可看出,组织均匀,未见夹渣及孔洞.

2.3.2 管材金相组织分析

拉伸后的大口径BFe10-1-1白铜管进行金相组织分析,如图10所示.采用辊底式光亮退火炉进行退火,BFe10-1-1大口径管白铜管显微金相如图11所示.可以看出,大口径白铜管在拉伸时组织被拉长,而退火后被拉长而破碎的组织在退火时,发生回复和再结晶,表现为再结晶组织.

图9 铸锭微观金相组织Fig.9 The metallurgical structure of an ingot

图10 未退火拉制管组织100×Fig.10 The metallurgical structure ×100 of an unannealed drawn tube

图11 拉制管退火组织 100×Fig.11 The metallurgical structure ×100 of an annealed drawn tube

2.4 力学性能检测

依照GB/T 228-2010金属力学性能检测取样方法进行取样,然后在拉力试验机上进行拉伸,测量抗拉强度和延伸率,结果见表3.

表3 力学性能检测结果Tab.3 Results of mechanical property test

3 结 论

(1)φ159 mm×3 mm、φ219 mm×4 mm和φ400 mm×10 mm大口径BFe10-1-1白铜管的化学成分和力学性能等指标均满足国标要求;

(2)铸造出的φ310 mm、φ440 mm的BFe10-1-1白铜铸锭坯料组织内部成分均匀,没有夹渣及孔洞等缺陷;

(3)大口径白铜管的生产目前尚处于开发、试生产阶段,还未大批量出口,后续将充分利用设备优势,进一步优化工艺,拓展产品规格、提升产品质量,为我国大口径白铜管全面替代进口做出贡献.

参考文献:

[1] 钟卫佳,铜加工实用技术[M].北京:冶金工业出版社,2007：234.

[2] 狄大江.舰船用铜及铜合金管[J].有色金属加工,2011,40 (1):33.