一种大口径无缝白铜管材的制备方法

技术领域

本发明涉及白铜管材制备技术领域，特别涉及一种大口径无缝白铜管材的制备方法。

背景技术

白铜合金因具备优良的耐蚀性和耐菌性特点，在船舶、海洋平台及其他海工装备领域具有广泛应用。

目前，国内大口径白铜管主要采用工艺如下：半连续铸造→挤压→酸洗→扩径拉拔→中间退火→缩径拉拔→退火，简称“挤扩拉”工艺， [一种大直径白铜管的制作工艺方法，专利号ZL200710054272 .X]。该方法存在以下问题：

1、设备投资大，需要大型挤压机；

2、成品率较低，挤压过程容易造成管坯偏心，后续扩径拉伸工序将会进一步造成管材壁厚不均匀；

3、工艺流程长，成材率低，生产成本高；

4、受挤压筒容量限制，产品尺寸规格难以做大。

另有一种采用“铸锭热锻+复合挤压+旋压”工艺制备大直径白铜薄壁管材的方法，[CN109622658A，一种大直径白铜薄壁管材的制备加工方法]，具体工艺为：铸锭→热锻→热挤压→机械加工→旋压→热处理→精整抛光。该方法存在以下局限性：

1）工艺流程长，需要经过热锻、挤压等多道次变形加工工序，生产成本较高；

2）所制管坯重量、尺寸受限于挤压模筒规格。

针对现有工艺的诸多问题和大口径无缝白铜管材的市场需求，本发明人在现有白铜管制备技术方法的基础上进行改进，提出一种流程更短、成材率高、成本更低的大口径无缝白铜管材的制备方法，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大口径无缝白铜管材的制备方法，该方法相比传统工艺不需要热锻或热挤压，具有流程短，成材率高的优势，铜水熔化和浇铸均在真空环境下进行，组织成分均匀、含气量少，加工的大口径无缝白铜管材管材壁厚均匀，而且无须热挤压工艺，管材重量不局限于挤压模筒规格。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供一种大口径无缝白铜管材的制备方法，包括以下步骤：

1）白铜合金真空离心铸造铜套毛坯

白铜合金熔炼温度为1320~1360℃，铜水浇注温度为1230~1250℃，离心铸造型筒外径φ288~φ1300mm，长度370-1550mm，浇注前型筒烘烤至250~300℃；浇注时离心机转速1200~1300r/min，浇注完毕后喷水冷却型筒；检测铸件温度，根据铸件温度的降低逐渐调低离心机转速，铸件冷却后脱模；

2）铜套毛坯均匀化退火

退火温度为950℃，保温时间为8h，水冷；

3）机械加工管坯

离心铸造并退火后的铜套毛坯由车床加工至所需尺寸且无缺陷的管坯，加工后的管坯内径为φ306~φ1037mm，壁厚为45~80mm；

4）强力旋压

利用强力旋压机对管坯进行若干道次旋压；

5）退火热处理

成品管材光亮退火炉退火，退火温度650～720℃，保温时间1-2小时；

6）精磨抛光

利用抛光机进行成品管材打磨，精磨抛光后的管材外径公差≤±0.5mm，壁厚公差≤±0.2mm，直线度≤3mm/m。

进一步的，所述根据铸件温度的降低逐渐调低离心机转速，铸件冷却后脱模，具体包括：温度1000℃时，离心机转速1000r/min；温度800℃时，离心机转速800r/min；温度600℃时，离心机转速600r/min；铸件冷却至400℃以下时脱模。

进一步的，所述强力旋压工艺具体为：单道次减薄率20~30%，累计减薄率≥75%，进给比1.5-2.5mm/r，旋压方式为反旋。

采用上述技术方案后，本发明的大口径无缝白铜管材的制备方法相比现有工艺的有益效果如下：

一、相比流程短，不需要热锻或热挤压，成材率高；

二、铜水熔化和浇铸均在真空环境下进行，组织成分均匀、含气量少，管材壁厚均匀；

三、无须热挤压，管材重量不局限于挤压模筒规格。

附图说明

图1为本发明一种大口径无缝白铜管材的制备方法工艺流程图；

图2是旋压至11mm厚度旋压态金相组织结构图；

图3是退火态金相组织结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例揭示的一种大口径无缝白铜管材的制备方法，步骤依次包括：白铜合金真空离心铸造铜套毛坯、铜套毛坯均匀化退火、机械加工管坯、强力旋压、退火热处理、精磨抛光，以下为各步骤的具体工艺：

1）白铜合金真空离心铸造铜套毛坯

白铜合金熔炼温度为1320~1360℃，铜水浇注温度为1230~1250℃，离心铸造型筒外径φ288~φ1300mm，长度370-1550mm，浇注前型筒烘烤至250~300℃；浇注时离心机转速1200~1300r/min，浇注完毕后立即喷水冷却型筒；用测温枪检测铸件温度，根据铸件温度的降低逐渐调低离心机转速，铸件冷却后脱模；

本实施例中，铸件冷却过程具体为：温度1000℃时，离心机转速1000r/min；温度800℃时，离心机转速800r/min；温度600℃时，离心机转速600r/min；铸件冷却至400℃以下时脱模。

2）铜套毛坯均匀化退火

退火温度为950℃，保温时间为8h，水冷；均匀化退火又称扩散退火，是指在略低于固相线温度长期保温的处理方法，该方法以减轻或消除钢锭、铸件、钢坯化学成分及显微组织偏析使其均匀化。

3）机械加工管坯

离心铸造并退火后的铜套毛坯由车床加工至所需尺寸且无缺陷的管坯，加工后的管坯内径为φ306~φ1037mm，壁厚为45~80mm。

4）强力旋压

利用三轮强力旋压机对管坯进行若干道次旋压；

本实施例中强力旋压工艺具体为：单道次减薄率20~30%，累计减薄率≥75%，进给比1.5-2.5mm/r，旋压方式为反旋。

5）退火热处理

成品管材光亮退火炉退火，退火温度650～720℃，保温时间1-2小时。

6）精磨抛光

利用专用抛光机进行成品管材打磨，精磨抛光后的管材外径公差≤±0.5mm，壁厚公差≤±0.2mm，直线度≤3mm/m。

以下为利用本发明大口径无缝白铜管材的制备方法对B10白铜合金大口径无缝薄壁管材进行加工的具体实例：

加工对象为B10白铜合金大口径无缝薄壁管材，其外径为508mm，壁厚为11mm，长度为6000mm，加工步骤具体为：

S1、白铜合金真空离心铸造铜套毛坯：按照B10白铜合金成分，在真空感应熔炼炉熔化，熔炼温度为1350℃；在真空环境下利用卧式离心浇铸机进行离心浇铸，浇注前型筒烘烤至300℃，铜水浇注温度为1240℃，浇注时离心机转速1250r/min；铜水完全浇注后立即喷水冷却型筒，用测温枪检测铸件温度，根据铸件温度降低调低离心机转速，温度1000℃时，离心机转速1000r/min；温度800℃时，离心机转速800r/min，以此类推；铸件冷却至380℃时脱模。浇铸完成后的铜套毛坯尺寸为φ636/φ448*966mm。

S2、铜套毛坯均匀化退火：将凝固冷却后的铜套毛坯进行均匀化处理，铜套毛坯随炉升温至950℃，保温8小时后入水快速冷却。

S3、机械加工管坯：车床加工铜套毛坯至尺寸为φ626/φ485*947mm的管坯，其中内径公差为+0.25mm。

S4、强力旋压：利用三轮强力旋压机对管坯进行共计六个道次的旋压，第一、二、三道次减薄率分别为21.43%、27.27%、30.00%，进给比为2.5mm/r；中间退火处理，退火条件为750℃*2h；退火后进行后续三道次旋压，第四、五道次减薄率分别为32.14%、31.58%，进给比为2mm/r；第六道次减薄率为15.38%，进给比1mm/r。

S5、退火热处理：将旋压后的铜套切掉头部和尾部加工余量后，进行退火处理，退火条件700℃*2h，随炉冷却至300℃后再空冷。

S6、精磨抛光：最终经过精磨抛光后的铜套尺寸为φ508/486*6000mm，其抗拉强度＞360MPa，延伸率＞25%。旋压态和退火态的金相组织分别如图2和3所示。

以上仅为本发明的具体实施例，并非对本发明的保护范围的限定。凡依本案的设计思路所做的等同变化，均落入本案的保护范围。