專利名稱：一種銅鎳合金大規(guī)格厚壁無(wú)縫管材制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種銅合金領(lǐng)域技術(shù)，特別是一種銅鎳合金大規(guī)格厚壁無(wú)縫管材制造工藝。
背景技術(shù)：
BFelO-I-I合金具有良好的冷熱加工性能、優(yōu)良的耐腐蝕性能，在國(guó)外船舶海水管系中的應(yīng)用十分廣泛。經(jīng)過(guò)對(duì)BFelO-I-I合金進(jìn)行多年的科研攻關(guān)和實(shí)船驗(yàn)證，我國(guó)的船用BFelO-I-I合金在已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化自主供貨，BFelO-I-I薄壁無(wú)縫管材可供貨的規(guī)格為O 8mm O 324mm，目前在我國(guó)的水面船舶海水管系中BFelO-I-I管材應(yīng)用比較廣泛，使用效果良好。近年來(lái)，隨著船舶海水管路中海水流速的提高，管路系統(tǒng)的承壓能力和腐蝕余量要求也有較大提高，需要增加壁厚以提高管材的承壓能力。因此，BFelO-I-I厚壁管材的需 求也逐漸增加。目前BFelO-I-I厚壁無(wú)縫管材國(guó)內(nèi)按設(shè)計(jì)要求可供貨的規(guī)格為OlOmm 0220mm，直徑大于0220mm的厚壁無(wú)縫管材因長(zhǎng)度和精度無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求，須從國(guó)外進(jìn)□。根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)所的技術(shù)要求規(guī)定，BFelO-I-I厚壁無(wú)縫管的尺寸偏差應(yīng)滿足GB/T16866-2006規(guī)定的“高精級(jí)”，同時(shí)要求0 270的管材長(zhǎng)度達(dá)到3. 5m以上；0 340的管材長(zhǎng)度達(dá)到I. 5m以上。BFelO-I-I管材制備一般采用擠壓、拉拔或軋制的工藝。但因厚壁管加工具有其特殊性，尤其是大規(guī)格厚壁管，對(duì)設(shè)備能力要求很高，國(guó)內(nèi)銅加工企業(yè)一般也采用擠壓成型或擠壓成型然后拉伸的工藝制備BFelO-I-I厚壁管，但由于擠壓設(shè)備能力限制，制備的大規(guī)格(>220mm)厚壁管長(zhǎng)度和尺寸偏差均無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。隨著BFelO-I-I合金越來(lái)越廣泛的使用，世界各國(guó)也在不斷探索其大規(guī)格厚壁管的制備新工藝。如德國(guó)和俄羅斯采用推擠擴(kuò)徑的工藝制備大規(guī)格厚壁管，如034OmmBFe 10-1-1合金厚壁管可長(zhǎng)達(dá)I. 5m。意大利則采用斜軋擴(kuò)徑的工藝來(lái)制備大規(guī)格的BFelO-I-I厚壁管。另外，離心鑄造法也可以用來(lái)制備BFelO-I-I合金厚壁管，日本和國(guó)內(nèi)的部分廠家采用離心鑄造工藝均可以制備出0 340mm的BFelO-I-I厚壁管坯和管材，長(zhǎng)度可達(dá)I. 5m。但受該工藝特點(diǎn)限制，無(wú)法生產(chǎn)更長(zhǎng)的厚壁管材。同時(shí)，通過(guò)離心鑄造制備的BFelO-I-I厚壁管為鑄態(tài)組織，晶粒粗大，產(chǎn)品內(nèi)部易出現(xiàn)氣孔等缺陷，無(wú)法滿足艦船海水管系對(duì)管材力學(xué)和工藝性能的要求。綜合以上可見，針對(duì)船舶高壓管路研發(fā)的BeElO-I-I大規(guī)格厚壁管材、可以填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，滿足新型船舶海水管路的材料需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種銅鎳合金大規(guī)格厚壁無(wú)縫管材制造工藝，針對(duì)部分新型船舶海水管路中壓力較高，而國(guó)內(nèi)現(xiàn)有管材無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求的難題，采用鍛造或斜軋穿孔再進(jìn)行機(jī)加工制備出管坯，然后通過(guò)旋壓成形工藝試驗(yàn)，制備出尺寸偏差滿足設(shè)計(jì)要求，力學(xué)性能和晶粒度合格的BFelO-I-I管材，為新型船舶設(shè)計(jì)提供材料支持，滿足新型艦船設(shè)計(jì)使用要求。為了實(shí)現(xiàn)解決上述技術(shù)問(wèn)題的目的，本發(fā)明的一種銅鎳合金大規(guī)格厚壁無(wú)縫管材制造工藝，包括
(I)管坯制備
采用BFelO-I-I合金的半連續(xù)鑄錠進(jìn)行原料準(zhǔn)備，根據(jù)管坯長(zhǎng)度計(jì)算所用鑄錠的重量或長(zhǎng)度，鋸切下料。旋壓過(guò)程遵循體積不變?cè)?，管坯長(zhǎng)度首先按如下公式進(jìn)行計(jì)算
(Dm+tO) XtOXLO= (Dm+t) XtXL
式中Dm-芯模直徑，mm ；
tO、t-變形前后的壁厚，mm ；
LO、L——變形前后的長(zhǎng)度，mm ；
在計(jì)算值基礎(chǔ)上考慮加工余量確定鑄錠最終下料長(zhǎng)度并完成下料，然后通過(guò)鍛造工藝或斜軋穿孔工藝進(jìn)行管坯制備。a、鍛造工藝
鍛造工藝參數(shù)為加熱溫度900°C 1000°C，終鍛800°C，鍛造比不小于3，反復(fù)鐓拔至少兩次，完成鍛造后水冷，將管坯內(nèi)外表面機(jī)加工到設(shè)計(jì)管坯尺寸。專這樣可以控制管坯的晶粒度并最終實(shí)現(xiàn)對(duì)管材晶粒度的控制。b、斜軋穿孔工藝
斜軋穿孔具體工藝為加熱到850°C 950°C，采用斜孔穿軋?jiān)O(shè)備進(jìn)行斜軋穿孔加工，穿制出的管坯水冷到室溫；然后對(duì)管坯頭部缺陷進(jìn)行機(jī)加工，表面缺陷進(jìn)行修磨處理，得到表面光潔的管坯。斜軋穿孔過(guò)程中變形量較大，管坯內(nèi)部晶粒破碎充分。(2)旋壓成型
采用強(qiáng)力旋壓機(jī)將斜軋穿孔工藝得到的管坯進(jìn)行旋壓成型，旋壓工藝的主要工藝參數(shù)包括
a、減薄率與道次
一道次減薄率理論值計(jì)算方法如下
Q =2 X sin a / (1+2 X sin a ) X (l~f/ (4X tO X sin a ))
式中Q-為一道次減薄率；
a——旋輪半椎角；
f-旋輪進(jìn)給比；
to-管還變形前壁厚。根據(jù)理論值和材料特性，設(shè)計(jì)一道次減薄率為15% 25%，并根據(jù)道次減薄率和總減薄率確定旋壓道次。b、進(jìn)給比與轉(zhuǎn)速
根據(jù)旋壓機(jī)參數(shù)和管材材料特點(diǎn)選擇合適的轉(zhuǎn)速。一般轉(zhuǎn)速在50 100m/min之間選擇比較合適。結(jié)合材料硬度和流動(dòng)情況設(shè)計(jì)合適的進(jìn)給比，旋輪進(jìn)給比f(wàn)的計(jì)算公式為 f=v/N
式中V——旋輪沿工件母線進(jìn)給速度；N——主軸轉(zhuǎn)速。在確定了上述主要工藝參數(shù)后，對(duì)管坯進(jìn)行旋壓加工，具體過(guò)程如下
I)將管坯安裝到相應(yīng)規(guī)格的芯軸上，根據(jù)壓下量調(diào)整旋輪間隙。2 )設(shè)定旋輪轉(zhuǎn)速和進(jìn)給比，起旋。3)完成第一道次后，清理管坯表面的起皮和毛刺，以消除管材的表面缺陷，然后測(cè)
量管坯壁厚和直徑。4)管坯掉頭安裝，開始第二道次旋壓，完成后清理表面缺陷，測(cè)量管坯壁厚和直徑。5 )管坯掉頭安裝，進(jìn)行第三道次旋壓，制備出管材。 道次間如果管坯表面出現(xiàn)毛刺、堆積現(xiàn)象，及時(shí)進(jìn)行修磨清理；制備出管材后，進(jìn)行切頭和熱處理退火；熱處理退火工藝為加熱到720±201，保溫0. 5 I小時(shí)，然后空冷
到室溫，得到厚壁無(wú)縫管材。經(jīng)熱處理退火處理后的厚壁無(wú)縫管材具有如下性能
(1)力學(xué)性能滿足Rm彡300MPa、A彡25%，與薄壁無(wú)縫管材相同；
(2)管材的晶粒平均直徑為0.01 0. 05mm ；
(3)管材的尺寸偏差滿足GB/T16866-2006中規(guī)定的“高精級(jí)”要求，長(zhǎng)度分別滿足0 270的管材長(zhǎng)度達(dá)到3. 5m以上；O 340的管材長(zhǎng)度達(dá)到I. 5m以上；
(4)管材具有良好的變形加工性能，管材可以便宜地制備成彎頭、三通、變徑管；
(5)管材具有良好的焊接性能和耐腐蝕性能。這些技術(shù)方案也可以互相組合或者結(jié)合，從而達(dá)到更好的技術(shù)效果。通過(guò)采用上述技術(shù)方案，相對(duì)于國(guó)內(nèi)外的BlO厚壁無(wú)縫管材，本發(fā)明的0 270X 13, 0 340X16兩種規(guī)格管材達(dá)到如下效果
(I)長(zhǎng)度大，三種規(guī)格管材長(zhǎng)度分別達(dá)到3. 5m、I. 5m，滿足了艦船海水管路的設(shè)計(jì)要求。(2)尺寸精度高，三種規(guī)格管材的外徑、壁厚偏差滿足GB/T16866-2006中規(guī)定的“高精級(jí)”要求。(3)晶粒度高，管材的晶粒度不低于6級(jí)，平均直徑滿足0. 01 0. 05mm的要求。(4)性能優(yōu)良，本發(fā)明的厚壁無(wú)縫管材縱、橫向力學(xué)性能無(wú)差異，總體性能優(yōu)良，可以便宜地制備成彎頭、三通、變徑管。( 5 )本發(fā)明應(yīng)用于船舶海水管系，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，在未來(lái)新型船舶海水管路以及其它高壓管路材料方面具有廣闊的市場(chǎng)前景。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本專利進(jìn)一步解釋說(shuō)明。但本專利的保護(hù)范圍不限于具體的實(shí)施方式。實(shí)施例I
1)0 400的半連續(xù)鑄錠為原料，采用鍛造工藝，具體工藝為加熱到980°C并充分保溫，兩火次鐓拔后沖孔，沖孔后進(jìn)行5-7火次的拔長(zhǎng)，完成后鍛造后水冷，制備出O 398 X 60 X 870mm的管坯毛坯，將管坯毛坯機(jī)加工到①368 X 30 X 850mm，然后采用強(qiáng)力旋壓機(jī)安裝0307的芯軸和選定的旋輪，分三道次進(jìn)行旋壓加工，I)設(shè)計(jì)旋輪轉(zhuǎn)速為70r/min,進(jìn)給比I. 0-1. 3mm/r。2)三個(gè)道次的管還設(shè)計(jì)壁厚分別為24mm—19mm一16mm, 3)每道次要求管坯掉頭并修磨毛刺和起皮。通過(guò)以上工藝制備出0 340X16X 1570mm的管材，然后將管材進(jìn)行切頭和熱處理，熱處理為光亮退火，具體工藝為氬氣保護(hù)，730°C條件下保溫2小時(shí)。加工出的管材長(zhǎng)度滿足設(shè)計(jì)要求，尺寸精度高，性能優(yōu)良。2) 0350的半連續(xù)鑄錠為原料，采用斜軋穿孔工藝制備管坯，將鑄錠加熱到950°C — 980°C，在斜軋穿孔機(jī)，制備出0310X35mm的管坯毛坯，將管坯毛坯機(jī)加工到
①300 X 28 X 1250mm，然后采用強(qiáng)力旋壓機(jī)配套0 243的芯軸和旋輪模具分道次加工，具體過(guò)程為1)設(shè)計(jì)旋輪轉(zhuǎn)速為80r/min，進(jìn)給比I. 1-1. 3mm/r ；2)四個(gè)道次的管坯設(shè)計(jì)壁厚分別為24mm—20mm一16mm一13mm ；3)每道次要求管還掉頭并修磨毛刺和起皮。制備出O 270 X 13 X 3550mm的管材，然后將管材進(jìn)行切頭和熱處理，熱處理為光亮退火，具體工藝為氬氣保護(hù)，730°C條件下保溫2小時(shí)。加工出的管材長(zhǎng)度滿足設(shè)計(jì)要求，尺寸精度高，性能 優(yōu)良。
權(quán)利要求
1.一種銅鎳合金大規(guī)格厚壁無(wú)縫管材制造工藝，其特征是包括 (1)管坯制備 采用BFelO-I-I合金的半連續(xù)鑄錠進(jìn)行原料準(zhǔn)備，根據(jù)管坯長(zhǎng)度計(jì)算所用鑄錠的重量或長(zhǎng)度，鋸切下料； 旋壓過(guò)程遵循體積不變?cè)恚芘鏖L(zhǎng)度首先按如下公式進(jìn)行計(jì)算 (Dm+tO) XtOXLO= (Dm+t) XtXL 式中Dm-芯模直徑，mm ； t0、t-變形前后的壁厚，mm ； LO、L——變形前后的長(zhǎng)度，mm ； 在計(jì)算值基礎(chǔ)上考慮加工余量確定鑄錠最終下料長(zhǎng)度并完成下料，然后通過(guò)鍛造工藝或斜軋穿孔工藝進(jìn)行管坯制備； a、鍛造工藝 鍛造工藝參數(shù)為加熱溫度900°C 1000°C，終鍛800°C，鍛造比不小于3，反復(fù)鐓拔至少兩次，完成鍛造后水冷，將管坯內(nèi)外表面機(jī)加工到設(shè)計(jì)管坯尺寸； b、斜軋穿孔工藝 斜軋穿孔具體工藝為加熱到850°C 950°C，采用斜孔穿軋?jiān)O(shè)備進(jìn)行斜軋穿孔加工，穿制出的管坯水冷到室溫；然后對(duì)管坯頭部缺陷進(jìn)行機(jī)加工，表面缺陷進(jìn)行修磨處理，得到表面光潔的管坯； (2)旋壓成型 采用強(qiáng)力旋壓機(jī)將斜軋穿孔工藝得到的管坯進(jìn)行旋壓成型，旋壓工藝的主要工藝參數(shù)包括 a、減薄率與道次 一道次減薄率理論值計(jì)算方法如下Q =2X sin a / (1+2X sin a ) X (l~f/ (4X tO X sin a )) 式中Q-為一道次減薄率； a——旋輪半椎角； f-旋輪進(jìn)給比； to-管還變形前壁厚； 根據(jù)理論值和材料特性，設(shè)計(jì)一道次減薄率為15% 25%，并根據(jù)道次減薄率和總減薄率確定旋壓道次； b、進(jìn)給比與轉(zhuǎn)速 根據(jù)旋壓機(jī)參數(shù)和管材材料特點(diǎn)選擇合適的轉(zhuǎn)速； 結(jié)合材料硬度和流動(dòng)情況設(shè)計(jì)合適的進(jìn)給比，旋輪進(jìn)給比f(wàn)的計(jì)算公式為 f=v/N 式中V——旋輪沿工件母線進(jìn)給速度； N——主軸轉(zhuǎn)速； 在確定了上述主要工藝參數(shù)后，對(duì)管坯進(jìn)行旋壓加工，具體過(guò)程如下 1)將管坯安裝到相應(yīng)規(guī)格的芯軸上，根據(jù)壓下量調(diào)整旋輪間隙； 2)設(shè)定旋輪轉(zhuǎn)速和進(jìn)給比，起旋；3)完成第一道次后，清理管坯表面的起皮和毛刺，以消除管材的表面缺陷，然后測(cè)量管坯壁厚和直徑； 4)管坯掉頭安裝，開始第二道次旋壓，完成后清理表面缺陷，測(cè)量管坯壁厚和直徑； 5)管坯掉頭安裝，進(jìn)行第三道次旋壓，制備出管材； 道次間如果管坯表面出現(xiàn)毛刺、堆積現(xiàn)象，及時(shí)進(jìn)行修磨清理；制備出管材后，進(jìn)行切頭和熱處理退火；熱處理退火工藝為加熱到720±20°C，保溫0. 5 I小時(shí)，然后空冷到室溫，得到厚壁無(wú)縫管材。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種銅鎳合金大規(guī)格厚壁無(wú)縫管材制造工藝，采用B10合金鑄錠為原材料，通過(guò)鍛造工藝或斜軋穿孔工藝然后機(jī)加工的方法制備出合格管坯，再通過(guò)旋壓成型制備出合格管材，Φ270的管材長(zhǎng)度達(dá)到3.5m以上；Φ340的管材長(zhǎng)度達(dá)到1.5m以上，制備出的管材具有與薄壁管材相同的力學(xué)性能和工藝性能，晶粒平均直徑為0.01～0.05mm，冷熱加工和焊接性能優(yōu)良，可以便宜地制備出彎頭、三通、變徑管等管件產(chǎn)品。本發(fā)明應(yīng)用于船舶海水管系，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，在未來(lái)新型船舶海水管路以及其它高壓管路材料方面具有廣闊的市場(chǎng)前景。
文檔編號(hào)B21D22/14GK102773303SQ201210245219
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月16日
發(fā)明者史鑫, 宋德軍, 胡偉民 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所