摘要: 文章主要對(duì)鑄軋法中的水平連鑄、行星軋制等重點(diǎn)工序進(jìn)行了詳細(xì)分析和討論，以期對(duì)白銅管鑄軋法生產(chǎn)參數(shù)的確定提供參考意見。

關(guān)鍵詞: 白銅合金管; 鑄軋法; 水平連鑄; 行星軋制

中圖分類號(hào): TG249． 9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1671 － 6795( 2016) 05 － 0053 － 04

世界性的淡水資源不足，已成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題。作為水資源的開源增量技術(shù)，海水淡化已經(jīng)成為解決全球水資源危機(jī)的重要途徑。我國(guó)海水淡化業(yè)雖然起步較晚，但發(fā)展速度快，日益成為熱門產(chǎn)業(yè)，并已經(jīng)列入國(guó)家“當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域指南”［1］，納入了《海水利用專項(xiàng)規(guī)劃》、《國(guó)家海洋事業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要》、《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的若干意見》等國(guó)家中長(zhǎng)期規(guī)劃和文件中，得到國(guó)家相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的扶持，為推動(dòng)我國(guó)海水淡化產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展，實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用，保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。

白銅管具有良好的熱傳導(dǎo)性和抗腐蝕性能，尤其是抗海水沖擊腐蝕能力，因此作為熱交換器用冷凝管在海水淡化、船舶、核電站等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，BFe10 － 1 － 1 是制備白銅冷凝管***常用的合金牌號(hào)之一。目前，國(guó)內(nèi)外 BFe10 － 1 － 1 白銅管主要采用傳統(tǒng)的擠壓法生產(chǎn)，但因其成材率低，單根重量小等原因滿足不了市場(chǎng)的需求。鑄軋法是一種先進(jìn)的銅管生產(chǎn)工藝，在制冷空調(diào)用紫銅管的生產(chǎn)上取得了巨大成功。目前，該工藝已成功應(yīng)用于 B5 普通白銅管的生產(chǎn)，并在 BFe10 － 1 － 1 管的生產(chǎn)上試用成功。應(yīng)用鑄軋法生產(chǎn)白銅管，不僅能克服傳統(tǒng)擠壓法效率低、投資大、成材率低、盤重小等缺點(diǎn)，而且易于生產(chǎn)大功率、大容量電站和核電站管式熱交換器用超長(zhǎng)管，因此，采用目前技術(shù)先進(jìn)的鑄軋法是生產(chǎn)白銅合金管材的發(fā)展趨勢(shì)。

鑄軋法的工藝路線為，原材料—水平連鑄—矯直銑面—3 輥行星軋制—臥式收卷—凸輪式聯(lián)合拉拔—倒立 式 圓 盤 拉 伸—矯 直 鋸 切—光 亮 退 火—檢 查 包裝—成品。

水平連鑄管坯和 3 輥行星軋制是鑄軋法生產(chǎn)工藝中的兩個(gè)關(guān)鍵工序，其技術(shù)難點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下兩方面，( 1) BFe10 － 1 － 1 合金熔點(diǎn)高、金屬液流動(dòng)性差，如何利用水平連鑄制備合格的 BFe10 － 1 － 1 空心管坯; ( 2) 3 輥行星軋制過程是一種局部循環(huán)加載的復(fù)雜變形過程，BFe10 － 1 － 1 合金強(qiáng)度高對(duì)行星軋制的工藝與設(shè)備要求。通過確定合理的生產(chǎn)工藝參數(shù)，不僅對(duì)獲得表面光亮、質(zhì)量合格的 BFe10 － 1 － 1 白銅管，保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行具有重要意義，同時(shí)也有利于優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)與投資。

本文將主要就水平連鑄和行星軋制兩道工序?qū)﹁T軋法生產(chǎn) BFe10 － 1 － 1 白銅管進(jìn)行分析和探討。

1.對(duì)水平連鑄工序的分析與探討

水平連鑄是實(shí)現(xiàn)鑄軋法的***道工序，水平連鑄管坯質(zhì)量的好壞直接決定著合金管的成品質(zhì)量，圖 1為水平連鑄空心管坯示意圖。水平連鑄時(shí)，合金經(jīng)熔化爐熔化后在保溫爐內(nèi)保溫，達(dá)到澆注溫度時(shí)啟動(dòng)拉坯機(jī)，金屬液經(jīng)進(jìn)液口進(jìn)入石墨模具，在水冷銅套作用下凝固成型，管坯出結(jié)晶器后直接噴水冷卻。在水平連鑄過程中，鑄造溫度和拉坯制度等對(duì)管坯質(zhì)量有著重要影響。

1.1 鑄造溫度的影響

在 BFe10 － 1 － 1 白銅管坯水平連鑄過程中，金屬液進(jìn)入結(jié)晶器后，在冷卻水的作用下開始凝固形成坯殼。隨著溫度的降低，凝殼開始收縮，由于凝殼外層溫度低，收縮量大，而內(nèi)層溫度高，收縮量小，因此造成凝殼存在內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力過大時(shí)容易形成裂紋。鑄造內(nèi)應(yīng)力可根據(jù)以下公式求得:

F = E·λ·△T［3］式中，F(xiàn) 為鑄坯內(nèi)應(yīng)力，MPa; E 為彈性模量，MPa;λ 為線收縮系數(shù)，10－ 6/ K; ΔT 為凝殼兩點(diǎn)之間的溫差，K。從上述公式可以看出，當(dāng)材料一定時(shí)，鑄造內(nèi)應(yīng)力的大小與凝殼內(nèi)外溫差成正比，降低凝殼內(nèi)外溫差，可以降低凝殼內(nèi)應(yīng)力，從而抑制裂紋的形成。

當(dāng)鑄造溫度過高時(shí)，凝殼內(nèi)部冷卻較慢仍保持較高溫度，而外部冷卻快，尤其在進(jìn)入二冷區(qū)后，凝殼外表面在直接水冷的作用下溫度急劇降低，造成凝殼內(nèi)外溫差過大，極易形成冷裂。

因此，水平連鑄時(shí)，應(yīng)盡量采取低溫鑄造。當(dāng)然并非鑄造溫度越低越好，因?yàn)殍T造溫度過低，金屬液粘度增大，流動(dòng)性降低，導(dǎo)致在石墨模具內(nèi)難以完整充 型，管 坯 表 面 會(huì) 出 現(xiàn) 冷 隔缺陷。因此，合理地選擇鑄造溫度對(duì)水平連鑄管坯的質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，澆鑄溫度選擇在 1230℃ ～ 1250℃較為合適。

1．2 拉坯制度的影響

1．2．1拉坯模式的選擇

水平連鑄常用的拉坯方式有如下幾種: ( 1) 拉—?！啤Ｊ? (2) 拉—推式; ( 3) 拉—推—?！剖?。拉坯模式的選擇與合金強(qiáng)度有關(guān)，白銅合金宜采用拉—?！啤５睦髂Ｊ?/span>

。這種拉坯模式具有以下特點(diǎn):( 1) 拉完之后有中停時(shí)間，使結(jié)晶器內(nèi)的金屬液有足夠的時(shí)間冷卻凝固，從而使坯殼增厚，提高其強(qiáng)度;

( 2) 及時(shí)的反推，可以及時(shí)補(bǔ)縮鑄坯的冷縮量，焊合熱裂紋，保證鑄坯質(zhì)量，同時(shí)合理的反推量還可以使坯殼松動(dòng)，防止其與結(jié)晶器壁粘結(jié)，降低拉坯阻力。

1．2．2 拉坯速度的影響

拉坯速度的快慢是影響白銅管坯質(zhì)量的關(guān)鍵因素。當(dāng)其它鑄造工藝參數(shù)確定時(shí)，拉坯速度越快，結(jié)晶器內(nèi)液穴深度越深，液穴底部與鑄坯表層的溫差加大，鑄造熱應(yīng)力也隨之增大，從而導(dǎo)致熱裂傾向增大。因此，在水平連鑄時(shí)應(yīng)適當(dāng)降低拉坯速度，拉坯速度控制在 330 ～ 350mm/min 為妥。當(dāng)拉坯速度確定后，采用高頻率小拉程的拉坯制度有利于降低引錠阻力，獲得表面光滑無(wú)裂紋的鑄坯。

2.對(duì)行星軋制工序的分析與討論

鑄軋法技術(shù)的核心是行星軋制，通過施加大變形量使管坯鑄造晶粒充分破碎，使軋制出的管坯晶粒細(xì)小均勻，內(nèi)外表面光亮無(wú)氧化，為后道拉伸工序提供高質(zhì)量的管坯。

2．1 軋制溫度的確定

圖 2 為 BFe10 － 1 － 1 白銅管高溫力學(xué)性能變化曲線。從圖 2 曲線可以看出，室溫下 BFe10 － 1 － 1 白銅管坯具有良好的塑性，隨著溫度升高，管坯的抗拉強(qiáng)度以及延伸率均呈下降趨勢(shì)，特別是在 600℃ 左右，延伸率和斷面收縮率快速降低; 隨著溫度繼續(xù)升高，延伸率和斷面收縮率開始回升，而抗拉強(qiáng)度繼續(xù)降低，說明在 600℃左右，BFe10 － 1 － 1 白銅管坯塑性***差。因此 BFe10 － 1 － 1 白銅管坯軋制時(shí)應(yīng)該避開此溫度區(qū)間，選擇低溫或者高溫進(jìn)行軋制。

若選擇高溫進(jìn)行軋制，管坯變形抗力小，所需軋制力小，但需要對(duì)管坯加熱至較高溫度，能耗較大，同時(shí)失去了行星軋制的意義( 行星軋制的優(yōu)點(diǎn)在于室溫軋制并可實(shí)現(xiàn)完全再結(jié)晶) 。而低溫軋制時(shí)，盡管管坯變形抗力大，對(duì)軋機(jī)及模具的性能要求較高，但是在軋制過程產(chǎn)生的摩擦熱及塑性變形熱使管坯溫度迅速升高至 850℃左右，實(shí)現(xiàn)了管坯完全再結(jié)晶，使性能明顯提高，可充分發(fā)揮行星軋制的優(yōu)勢(shì)。因此，BFe10 － 1 － 1 行星軋制時(shí)宜采用低溫軋制。

2．2 偏轉(zhuǎn)角的選擇

如圖 3 所示，3 輥行星軋機(jī)軋輥具有一定的傾斜角和偏轉(zhuǎn)角，傾斜角為軋件提供了徑向壓力，從而使軋件發(fā)生徑向壓縮變形，而偏轉(zhuǎn)角為軋件提供軸向向前的作用力，使軋件向前運(yùn)動(dòng)。

生產(chǎn)過程中應(yīng)首先保證管坯的合理壓下量，即先確定傾斜角，然后通過調(diào)整偏斜角使軋制速度趨于合理。行星軋機(jī)的傾斜角一般選擇 50° ～ 55°，這樣可大幅度提高軋制的斷面縮減量，進(jìn)行大變形軋制和軋制薄管坯。軋輥的偏轉(zhuǎn)角是 3 輥行星軋制過程中的一個(gè)十分重要的參數(shù)，它將影響到軋輥所受到的軋制力和軋件的出口速度。

從幾何學(xué)角度來(lái)分析，增加偏轉(zhuǎn)角將增加軋件向前的速度分量，因而軋件出口速度將顯著提高，可提高生產(chǎn)效率。但偏轉(zhuǎn)角并非越大越好，因?yàn)樵龃笃D(zhuǎn)角，軋輥與軋件接觸面積增加，摩擦力增大，軋輥受力隨之增大，對(duì)軋機(jī)的結(jié)構(gòu)及載荷提出了更高的要求，勢(shì)必增加設(shè)備投資。因此，將軋輥的偏轉(zhuǎn)角控制在合理范圍內(nèi)，既可以保證軋件合適的出口速度又不會(huì)使軋制力過高。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，軋輥偏轉(zhuǎn)角設(shè)定在 7° ～ 8°為合理的取值范圍。

3.結(jié)論

在滿足生產(chǎn)需求的前提下，合理選擇水平連鑄和行星軋制的主要工藝參數(shù)，可以生產(chǎn)出內(nèi)外表面光亮無(wú)氧化，滿足后續(xù)加工要求的高質(zhì)量的 BFe10 － 1 － 1白銅管坯。

( 1) BFe10 － 1 － 1 白銅管坯水平連鑄合理的澆鑄溫度為 1230℃ ～ 1250℃;

( 2) BFe10 － 1 － 1 白銅管坯水平連鑄拉坯模式宜采用拉—?！啤５哪Ｊ?，拉坯速度應(yīng)控制在 330 ～350mm / min; 拉坯速度確定后，采用高頻率小拉程的拉坯制度有利于降低引錠阻力，獲得表面光滑無(wú)裂紋的鑄坯;

( 3) BFe10 － 1 － 1 白銅管坯在 600℃ 左右時(shí)塑性***差，行星軋制時(shí)應(yīng)該避開此溫度區(qū)間。為充分發(fā)揮行星軋制的優(yōu)勢(shì)，節(jié)能降耗，BFe10 － 1 － 1

行星軋制時(shí)宜采用低溫軋制;

( 4) BFe10 － 1 － 1 行星軋制時(shí)軋機(jī)的傾斜角宜選擇 50° ～ 55°，軋輥的偏轉(zhuǎn)角應(yīng)控制在 7° ～ 8°。

來(lái)源：中國(guó)知網(wǎng)   作者：龔燃