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白铜合金管铸轧法生产工艺的探讨，，，，，涉及对水平连铸工序以及对行星轧制工序的分析与讨论

发布时间：2021-06-30点击：2994

摘要: 文章主要对铸轧法中的水平连铸、行星轧制等重点工序进行了详细分析和讨论，，，，，以期对白铜管铸轧法生产参数的确定提供参考意见。。。。。。。。

关键词: 白铜合金管; 铸轧法; 水平连铸; 行星轧制

中图分类号: TG249． 9 文献标识码: A 文章编号: 1671 － 6795( 2016) 05 － 0053 － 04

世界性的淡水资源不足，，，，，已成为人们日益关注的问题。。。。。。。。作为水资源的开源增量技术，，，，，海水淡化已经成为解决全球水资源危�；；；；；；；闹匾揪丁�。。。。。。。我国海水淡化业虽然起步较晚，，，，，但发展速度快，，，，，日益成为热门产业，，，，，并已经列入国家“当前优先发展的高技术产业化重点领域指南”［1］，，，，，纳入了《海水利用专项规划》、《国家海洋事业发展规划纲要》、《国务院关于加快发展循环经济的若干意见》等国家中长期规划和文件中，，，，，得到国家相关产业政策在技术上和经济上的扶持，，，，，为推动我国海水淡化产业的跨越式发展，，，，，实现水资源可持续利用，，，，，保障国民经济和社会可持续发展起到了积极的促进作用。。。。。。。。

白铜管具有良好的热传导性和抗腐蚀性能，，，，，尤其是抗海水冲击腐蚀能力，，，，，因此作为热交换器用冷凝管在海水淡化、船舶、核电站等领域得到了广泛的应用，，，，，BFe10 － 1 － 1 是制备白铜冷凝管***常用的合金牌号之一。。。。。。。。目前，，，，，国内外 BFe10 － 1 － 1 白铜管主要采用传统的挤压法生产，，，，，但因其成材率低，，，，，单根重量小等原因满足不了市场的需求。。。。。。。。铸轧法是一种先进的铜管生产工艺，，，，，在制冷空调用紫铜管的生产上取得了巨大成功。。。。。。。。目前，，，，，该工艺已成功应用于 B5 普通白铜管的生产，，，，，并在 BFe10 － 1 － 1 管的生产上试用成功。。。。。。。。应用铸轧法生产白铜管，，，，，不仅能克服传统挤压法效率低、投资大、成材率低、盘重小等缺点，，，，，而且易于生产大功率、大容量电站和核电站管式热交换器用超长管，，，，，因此，，，，，采用目前技术先进的铸轧法是生产白铜合金管材的发展趋势。。。。。。。。

铸轧法的工艺路线为，，，，，原材料—水平连铸—矫直铣面—3 辊行星轧制—卧式收卷—凸轮式联合拉拔—倒立式圆盘拉伸—矫直锯切—光亮退火—检查包装—成品。。。。。。。。

水平连铸管坯和 3 辊行星轧制是铸轧法生产工艺中的两个关键工序，，，，，其技术难点主要体现在以下两方面，，，，，( 1) BFe10 － 1 － 1 合金熔点高、金属液流动性差，，，，，如何利用水平连铸制备合格的 BFe10 － 1 － 1 空心管坯; ( 2) 3 辊行星轧制过程是一种局部循环加载的复杂变形过程，，，，，BFe10 － 1 － 1 合金强度高对行星轧制的工艺与设备要求。。。。。。。。通过确定合理的生产工艺参数，，，，，不仅对获得表面光亮、质量合格的 BFe10 － 1 － 1 白铜管，，，，，保证生产的顺利进行具有重要意义，，，，，同时也有利于优化生产设备的设计与投资。。。。。。。。

本文将主要就水平连铸和行星轧制两道工序对铸轧法生产 BFe10 － 1 － 1 白铜管进行分析和探讨。。。。。。。。

1.对水平连铸工序的分析与探讨

水平连铸是实现铸轧法的***道工序，，，，，水平连铸管坯质量的好坏直接决定着合金管的成品质量，，，，，图 1为水平连铸空心管坯示意图。。。。。。。。水平连铸时，，，，，合金经熔化炉熔化后在保温炉内保温，，，，，达到浇注温度时启动拉坯机，，，，，金属液经进液口进入石墨模具，，，，，在水冷铜套作用下凝固成型，，，，，管坯出结晶器后直接喷水冷却。。。。。。。。在水平连铸过程中，，，，，铸造温度和拉坯制度等对管坯质量有着重要影响。。。。。。。。

1.1 铸造温度的影响

在 BFe10 － 1 － 1 白铜管坯水平连铸过程中，，，，，金属液进入结晶器后，，，，，在冷却水的作用下开始凝固形成坯壳。。。。。。。。随着温度的降低，，，，，凝壳开始收缩，，，，，由于凝壳外层温度低，，，，，收缩量大，，，，，而内层温度高，，，，，收缩量小�。。。。。。。�，，，因此造成凝壳存在内应力，，，，，当内应力过大时容易形成裂纹。。。。。。。。铸造内应力可根据以下公式求得:

F = E·λ·△T［3］式中，，，，，F 为铸坯内应力，，，，，MPa; E 为弹性模量，，，，，MPa;λ 为线收缩系数，，，，，10－ 6/ K; ΔT 为凝壳两点之间的温差，，，，，K。。。。。。。。从上述公式可以看出，，，，，当材料一定时，，，，，铸造内应力的大小与凝壳内外温差成正比，，，，，降低凝壳内外温差，，，，，可以降低凝壳内应力，，，，，从而抑制裂纹的形成。。。。。。。。

当铸造温度过高时，，，，，凝壳内部冷却较慢仍保持较高温度，，，，，而外部冷却快，，，，，尤其在进入二冷区后，，，，，凝壳外表面在直接水冷的作用下温度急剧降低，，，，，造成凝壳内外温差过大，，，，，极易形成冷裂。。。。。。。。

因此，，，，，水平连铸时，，，，，应尽量采取低温铸造。。。。。。。。当然并非铸造温度越低越好，，，，，因为铸造温度过低，，，，，金属液粘度增大，，，，，流动性降低，，，，，导致在石墨模具内难以完整充型，，，，，管坯表面会出现冷隔缺陷。。。。。。。。因此，，，，，合理地选择铸造温度对水平连铸管坯的质量有着至关重要的影响。。。。。。。。根据相关经验，，，，，浇铸温度选择在 1230℃ ～ 1250℃较为合适。。。。。。。。

1．2 拉坯制度的影响

1．2．1拉坯模式的选择

水平连铸常用的拉坯方式有如下几种: ( 1) 拉—停—推—停式; (2) 拉—推式; ( 3) 拉—推—停—推式。。。。。。。。拉坯模式的选择与合金强度有关，，，，，白铜合金宜采用拉—停—推—停的拉坯模式

。。。。。。。。这种拉坯模式具有以下特点:( 1) 拉完之后有中停时间，，，，，使结晶器内的金属液有足够的时间冷却凝固，，，，，从而使坯壳增厚，，，，，提高其强度;

( 2) 及时的反推，，，，，可以及时补缩铸坯的冷缩量，，，，，焊合热裂纹，，，，，保证铸坯质量，，，，，同时合理的反推量还可以使坯壳松动，，，，，防止其与结晶器壁粘结，，，，，降低拉坯阻力。。。。。。。。

1．2．2 拉坯速度的影响

拉坯速度的快慢是影响白铜管坯质量的关键因素。。。。。。。。当其它铸造工艺参数确定时，，，，，拉坯速度越快，，，，，结晶器内液穴深度越深，，，，，液穴底部与铸坯表层的温差加大，，，，，铸造热应力也随之增大，，，，，从而导致热裂倾向增大。。。。。。。。因此，，，，，在水平连铸时应适当降低拉坯速度，，，，，拉坯速度控制在 330 ～ 350mm/min 为妥。。。。。。。。当拉坯速度确定后，，，，，采用高频率小拉程的拉坯制度有利于降低引锭阻力，，，，，获得表面光滑无裂纹的铸坯。。。。。。。。

2.对行星轧制工序的分析与讨论

铸轧法技术的核心是行星轧制，，，，，通过施加大变形量使管坯铸造晶粒充分破碎，，，，，使轧制出的管坯晶粒细小均匀，，，，，内外表面光亮无氧化，，，，，为后道拉伸工序提供高质量的管坯。。。。。。。。

2．1 轧制温度的确定

图 2 为 BFe10 － 1 － 1 白铜管高温力学性能变化曲线。。。。。。。。从图 2 曲线可以看出，，，，，室温下 BFe10 － 1 － 1 白铜管坯具有良好的塑性，，，，，随着温度升高，，，，，管坯的抗拉强度以及延伸率均呈下降趋势，，，，，特别是在 600℃ 左右，，，，，延伸率和断面收缩率快速降低; 随着温度继续升高，，，，，延伸率和断面收缩率开始回升，，，，，而抗拉强度继续降低，，，，，说明在 600℃左右，，，，，BFe10 － 1 － 1 白铜管坯塑性***差。。。。。。。。因此 BFe10 － 1 － 1 白铜管坯轧制时应该避开此温度区间，，，，，选择低温或者高温进行轧制。。。。。。。。

若选择高温进行轧制，，，，，管坯变形抗力小�。。。。。。。�，，，所需轧制力小�。。。。。。。�，，，但需要对管坯加热至较高温度，，，，，能耗较大，，，，，同时失去了行星轧制的意义( 行星轧制的优点在于室温轧制并可实现完全再结晶) 。。。。。。。。而低温轧制时，，，，，尽管管坯变形抗力大，，，，，对轧机及模具的性能要求较高，，，，，但是在轧制过程产生的摩擦热及塑性变形热使管坯温度迅速升高至 850℃左右，，，，，实现了管坯完全再结晶，，，，，使性能明显提高，，，，，可充分发挥行星轧制的优势。。。。。。。。因此，，，，，BFe10 － 1 － 1 行星轧制时宜采用低温轧制。。。。。。。。

2．2 偏转角的选择

如图 3 所示，，，，，3 辊行星轧机轧辊具有一定的倾斜角和偏转角，，，，，倾斜角为轧件提供了径向压力，，，，，从而使轧件发生径向压缩变形，，，，，而偏转角为轧件提供轴向向前的作用力，，，，，使轧件向前运动。。。。。。。。

生产过程中应首先保证管坯的合理压下量，，，，，即先确定倾斜角，，，，，然后通过调整偏斜角使轧制速度趋于合理。。。。。。。。行星轧机的倾斜角一般选择 50° ～ 55°，，，，，这样可大幅度提高轧制的断面缩减量，，，，，进行大变形轧制和轧制薄管坯。。。。。。。。轧辊的偏转角是 3 辊行星轧制过程中的一个十分重要的参数，，，，，它将影响到轧辊所受到的轧制力和轧件的出口速度。。。。。。。。

从几何学角度来分析，，，，，增加偏转角将增加轧件向前的速度分量，，，，，因而轧件出口速度将显著提高，，，，，可提高生产效率。。。。。。。。但偏转角并非越大越好，，，，，因为增大偏转角，，，，，轧辊与轧件接触面积增加，，，，，摩擦力增大，，，，，轧辊受力随之增大，，，，，对轧机的结构及载荷提出了更高的要求，，，，，势必增加设备投资。。。。。。。。因此，，，，，将轧辊的偏转角控制在合理范围内，，，，，既可以保证轧件合适的出口速度又不会使轧制力过高。。。。。。。。根据相关经验，，，，，轧辊偏转角设定在 7° ～ 8°为合理的取值范围。。。。。。。。

3.结论

在满足生产需求的前提下，，，，，合理选择水平连铸和行星轧制的主要工艺参数，，，，，可以生产出内外表面光亮无氧化，，，，，满足后续加工要求的高质量的 BFe10 － 1 － 1白铜管坯。。。。。。。。

( 1) BFe10 － 1 － 1 白铜管坯水平连铸合理的浇铸温度为 1230℃ ～ 1250℃;

( 2) BFe10 － 1 － 1 白铜管坯水平连铸拉坯模式宜采用拉—停—推—停的模式，，，，，拉坯速度应控制在 330 ～350mm / min; 拉坯速度确定后，，，，，采用高频率小拉程的拉坯制度有利于降低引锭阻力，，，，，获得表面光滑无裂纹的铸坯;

( 3) BFe10 － 1 － 1 白铜管坯在 600℃ 左右时塑性***差，，，，，行星轧制时应该避开此温度区间。。。。。。。。为充分发挥行星轧制的优势，，，，，节能降耗，，，，，BFe10 － 1 － 1

行星轧制时宜采用低温轧制;

( 4) BFe10 － 1 － 1 行星轧制时轧机的倾斜角宜选择 50° ～ 55°，，，，，轧辊的偏转角应控制在 7° ～ 8°。。。。。。。。

来源：中国知网作者：龚燃