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CN1370640A - 冷轧无缝铜管的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无缝非铁管的制造方法,尤其是由连铸或挤压成形的管坯并接着将管坯轧制成轧管尤其是在行星式斜辊穿轧机上轧制成无缝铜管的制造方法。按照本发明为了在所进入的轧制变形区(U)形成冷却区(K),管坯(3)通过冷却剂(15)特别是在高压下施加各向同心定向的、强烈的冲洗同时排除这些热量,使轧制铜管(4)的温升、尤其是升至再结晶温度的温升至少部分地被遏制。

Description

冷轧无缝铜管的方法
本发明涉及一种无缝非铁管(NE-Rohren)的制造方法，尤其是由连铸或挤压成形的管坯再接着轧制尤其是在行星式斜辊穿轧机上轧制无缝铜管的制造方法。
这样制造冷轧铜管的方法在文献US 4,876,870中已经描述过。其中涉及一种以连铸或挤压成形的初加工材料的外界温度制造非铁金属管、如铜管、镍管、锆管或钛管或者其合金管的方法，包括行星式冷轧机，以便在单次轧道中达到减缩至少70％，其中由于减缩，作为材料抵抗变形的阻力，产生温升直到再结晶温度，对于铜形成0.005至0.050mm的颗粒。对于铜材在轧制期间产生的温升在250℃至750℃之间。
在轧制上述材料时人们充分地利用这一物理效应，即轧制材料仅仅由于变形功就可以这样高地升温，以至达到对于再结晶足够高的温度。在此材料在轧制过程中经历两个不同的状态。在冷轧范围，即由室温升高到轧制温度，首先出现材料的冷作硬化。当接着继续变形并与此相关地继续升温时材料的变形强度降低并在最高温度区达到变形强度的最低值。根据变形率的大小这个温度区位于大约700至800℃。如果事先已经进行了大约70％的足够大的冷变形的时候，则会在这个温度范围里产生快速的组织再结晶。低的变形强度在意义上就等于材料的低抗拉强度或屈服强度，即材料实际上离开轧制的球化退火状态。
在许多情况下组织再结晶可能是适宜的，因为再结晶使继续加工变得容易。例如接着进行的管子外部加筋需要较低强度的球化退火组织，否则不可能没有材料缺陷地进行加筋。
在另一些情况下，例如在生产布线管时对于这个加工阶段不要求甚至不希望产生再结晶组织。通过由空心连铸的外径85×壁厚15mm的SF铜管接着进行皮尔格法(Kaltpilgern)冷轧成58×2.4mm的实验就已经表明，冷作硬化且没有再结晶的材料可以毫无问题地继续拉成15×1mm的布线管。在极限情况下甚至已经能够拉出6.35×0.3mm的热交换管。对于这种加工过程皮尔格法冷轧管已经不进行中间退火。
铜是一种无需中间热处理就可以承受剧烈拉伸过程的材料。在前述示例中，即在制造6.35×0.3mm的热交换管示例中全部拉伸比例就已达548∶1。因此皮尔格法冷轧作为一种在铜管制造中广为使用的方法是众所周知的。在轧制期间对管和轧辊施加冷却乳液。此外由于皮尔格法冷轧具有很好的变形效率，所以轧管以＜100℃的温度离开对应的轧机。
此外对于行星式斜辊穿轧方法的缺点是，尽管球化退火的铜管从尺寸上来说能够穿过去，但是不能直接在卷筒式拉丝机上继续加工。
管束的运输通常是以水平位置在所谓的网筐中进行。网筐是一个向上敞开的扁平的半圆容器，半圆容器在输送带上柔性地输送到不同的地点并可以通过专门的升降装置堆叠或提升到其它输送面。这一点由此来实现，即网筐与输送装置不是固定连接，而是仅松散地平放或悬挂。而这种网筐的缺点在于，由行星式斜辊穿轧机生产出来的软的轧管表面可能通过运输本身和接着进行的拉伸中受到损伤，因为各管束上下叠放并在运输和从网筐里拉出轧管时相互摩擦。管束越重，对轧管损伤的危险就越大。这种损伤在卷筒式拉丝机上就更大，因为卷筒式拉丝机相对于连续的直拉机来说以几倍高的速度进行拉伸。因此对于质量有特殊要求的、用于制冷设备的壁厚小于0.3mm的薄壁管，既所谓的ACR(空调和冰箱)管，管束在行星式斜辊穿轧机后面置于垂直位置，以便以这个位置自然的被较慢的前述直拉机拉伸。对于悬挂束的运输一般使用配有吊钩的固定设置在两点之间的链式输送带，而且其目的地不能随意调整。由于这些措施而只能使用非柔性输送系统和慢拉伸技术。这只适用于那些以传统的行星式斜辊穿轧机生产出来的软质轧管。假如在行星式斜辊穿轧机上也能够制造出硬质的、非再结晶的轧管，就可以自由选择以后的运输手段和拉伸设备并且还能够对于质量有特殊要求的ACR轧管使用网筐带式输送以及以水平位置在快速卷筒式拉丝机上拉伸管束。
前述的皮尔格冷轧方法相对于行星式斜辊穿轧机来说也不都是优点。
对于皮尔格冷轧方法涉及到一种带有往复行进的轧机机座的步进式轧制工艺。为了得到尺寸上令人满意的轧管，必需将所使用的管坯步进式地向前推进并旋转例如57°角。当配有特殊精整的轧辊短时间松开轧管时，只能在轧机机座的各个端点实行这种推进和旋转。在这里供使用的时间极其短暂并使管坯必需以很高的加速度推进和旋转。由于这个原因管坯的质量，即管坯的重量受到限制。按照现有的技术现状对于皮尔格冷轧法最大的管坯重量为大约550kg。而市场需求明显更重的管坯重量，因为由此可以减少拉伸时的辅助时间并减少输送机构如管束网筐的数量。
在DE-OS 1 752 996中可以得到关于皮尔格冷轧管轧机工作方法的描述。其中所描述的技术现状包括安置在轧辊轴径上的飞轮，飞轮在轧机机座的往复运动中与齿条啮合并由此向前向后旋转。
因为飞轮半径不能改变而实际的孔型轧制半径在轧辊转动过程中在很宽范围里变化，所以对于由该文献所公知的结构形式轧辊在要被轧制的轧管上滑动，由此使轧管质量变坏。在轧制滑动中产生并作用于管坯上的轴向力使得不能以通常的进给量轧制薄壁管，因为毛坯端面在精轧时迎着撞击起动，由此相应地使轧机功率下降。此外由于较大的轴向力使得轧机、毛坯进给机构、芯轴杆夹紧装置等一系列机构的寿命缩短。
由于皮尔格冷轧法普遍公知的断续而不连续工作方式的缺陷按照平稳变化的轧制过程要求更致力于行星式斜辊穿轧方法的应用。这种轧制方法具有另外的优点，不存在在皮尔格冷轧法中对所能采用的约550kg的毛坯重量的限制。在这里毛坯能够连续进给，因此能够采用重达750kg的毛坯重量甚至更重。此外材料的变形在相对短的变形区里以恒定的轧制过程全载拉伸。
但是对于行星式斜辊穿轧方法一个明显的缺点是，即使不需要或不期望低强度的球化退火组织，根据材料变形率的高低在组织再结晶的同时会自动产生一个高达700至800℃的温升。
由上述技术现状提出本发明的任务，提出一种行星式斜辊穿轧方法，该方法能够避免或克服上述缺点或困难，在变形过程中至少部分地防止温度升高至再结晶温度，其中材料能够以冷作硬化状态离开变形过程而由此更好地适应于继续进行的拉伸变形；生产过程也能够连续地推进而不象皮尔格冷轧法那样步进式往复进行。
为了解决这个任务，本发明提出由管坯和紧接着在行星式斜辊穿轧机上进行轧制而制造无缝铜管的方法，为了在所进入的轧制变形区形成冷却区，管坯通过冷却剂特别是在高压下施加各向同心定向的、强烈的冲洗同时排除这些热量，使轧制铜管的温升、尤其是升至再结晶温度的温升至少部分地被遏制。
由此通过按照本发明的方法不仅将皮尔格步进式方法的优点，而且也将行星式斜辊穿轧方法的优点相互结合形成极其柔性且高效的铜管制造方法。
一种实施方案规定，变形热量以＞10,000W/m2K的热传递量被排除同时以K＝≥2U确定冷却区长度。
按照本发明方法的另一实施方案规定，为了从外部附加地冷却轧制变形区，冷却剂、优选纯水，通过内轧模的固定杆透穿进管坯这样喷出，使变形区中的其余热量通过汽化排除并100％地将水蒸发。通过这一措施在变形轧制前的管坯上得到最佳的初级冷却效果。
本发明的另一实施方案规定，管坯进入变形区的速度这样进行调整，使变形区中的冷却时间T按照下式产生：
T＝2U/(V+V/L)+U/(V/L)≥2.5；其中
T＝冷却时间(秒)
U＝管坯冷却区长度(米)
V＝管轧制速度(米/秒)
L＝管坯(在变形区中的)伸长
本方法的另一有独创性的实施方案规定，在轧制冷却区出口侧设置二次冷却，例如浇注冷却水的水室，以便使已轧制铜管的温度下降到≤100℃。
按照本发明的方法还规定，这样建立二次冷却，使二次冷却可以直接在轧制冷却区的后面冷却轧出的铜管，由此能够以更好的可靠性将铜管的温度调整到≤100℃。
此外本方法优选的是，二次冷却这样紧密地靠近轧机床身的遮盖体设置，使遮盖体密封防止浇注遮盖体的保护气体逸出。
为了使制造过程最佳化，可以规定管坯直径与管坯厚度的比例为D/S≥5∶1。最后本方法优选的特征为，管坯在变形区中的长度限定在L≤8。
本发明的其它细节、特征和优点由下面对实施例简图的描述中给出。其中
图1以侧视图和截面图部分地表示在行星式斜辊穿轧机上将要被加工的管坯轧制成轧管。
图1以简要的形式画出了行星式斜辊穿轧机的辊缝。三个轧辊中的一个用1表示，内轧模用2表示而管坯用3表示。这个管坯3通过没有画出的推料机在箭头方向＝轧制方向上向前推进，一直到管坯前端被轧辊1所包围并通过轧辊自动向前移动，其中推料机在轧制期间也可以支持进给。以U表示的变形区起始于管坯3与轧辊1之间的接触点上。在这个变形区内部几乎完成全部变形工作，在以后的部分只是压平轧管。
分配管5围绕管坯3环状设置，分配管具有一列冷却液体喷嘴6。在此最好是纯水或者水中带有促进热传导的添加剂、如表面活性剂或者水中带有发挥润滑作用的添加剂。喷嘴射流15以高压和给定的喷射角度这样对准管坯3，使冷却区K被覆盖。该冷却区K的长度至少为2U。同时要考虑到，由于铜材的良导热性，部分变形热量可能在轧制期间回流进管坯3并能够在这里被去掉。在此冷却液体的压力这样调整，使热传递量达到至少10,000W/m2K。
具有优点的是，可以附加地通过内轧模2的固定杆7通过具有至少一个喷出孔9的钻孔8将最好是纯水喷射到管坯3，以便通过蒸发去除热量。同时这样调整水量，使得尽可能没有剩余地将水蒸发。
在行星式斜辊穿轧机的排出侧配有另一水冷却，以便将轧好的铜管4的温度降到≤100℃。这个水冷却最好由具有轧管4透孔11的封闭水室10构成。从对着轧制方向看去这样引导冷却水，使轧管离开轧机变形区以后就直接被冷却水环绕冲洗。
如进而简要所示，水室10这样紧密地靠在轧机床身遮盖体13上，使遮盖体13可以通过密封12防止保护气体逸出。同时水室10用来作为对气体的附加密封装置。排出到遮盖体13与水室10之间的水进入到缝隙14并从这里导出。

Claims (9)

1.一种无缝非铁管的制造方法，尤其是由连铸或挤压成形的管坯并接着进行轧制尤其是在行星式斜辊穿轧机上进行轧制的无缝铜管的制造方法，其特征为，为了在所进入的轧制变形区(U)形成冷却区(K)，管坯(3)通过冷却剂(15)特别是在高压下施加各向同心定向的、强烈的冲洗同时排除这些热量，使轧制铜管(4)的温升、尤其是升至再结晶温度的温升至少部分地被遏制。
2.如权利要求1所述的这种方法，其特征为，变形热量以＞10,000W/m2K的热传递量被散发同时以K＝≥2U确定冷却区长度。
3.如权利要求1或2所述的这种方法，其特征为，为了从外部附加地冷却轧制变形区(U)冷却剂，优选纯水，通过内轧模(2)的固定杆(7)透穿进管坯(3)这样喷出，使变形区(U)中的其余热量通过汽化散发并100％地将水蒸发。
4.如权利要求1至3中任一项或几项所述的这种方法，其特征为，管坯(3)进入变形区(U)的速度这样进行调整，使变形区(U)中的冷却时间(T)按照下式产生：
T＝2U/(V+V/L)+U/(V/L)≥2.5(秒)；其中
T＝冷却时间(秒)
U＝管坯冷却区长度(米)
V＝管轧制速度(米/秒)
L＝管坯(在变形区中的)伸长
5.如权利要求1至4中任一项或几项所述的这种方法，其特征为，在轧制冷却区(U)出口侧设置二次冷却，例如浇注冷却水的水室(10)，以便使已轧制铜管(4)的温度下降到≤100℃。
6.如权利要求1至5中任一项或几项所述的这种方法，其特征为，这样设置二次冷却，使二次冷却可以直接在轧制冷却区(U)的后面冷却轧出的铜管(4)。
7.如权利要求1至6中任一项或几项所述的这种方法，其特征为，二次冷却这样紧密地靠近轧机床身遮盖体(13)设置，使遮盖体密封防止浇注遮盖体的保护气体逸出。
8.如权利要求1至7中任一项或几项所述的这种方法，其特征为，管坯直径与管坯厚度的比例为D/S≥5∶1。
9.如权利要求1至8中任一项或几项所述的这种方法，其特征为，管坯(3)在变形区(U)中的伸长(L)限定在L≤8。
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