CN108034859A - NiCu30合金管材加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种NiCu30合金管材加工工艺,是针对解决现有同类方法加工制得的成品稳定性欠佳,加工工艺复杂,成本高的技术问题而设计。该合金管材加工工艺的管坯化学成分为Fe1.55%,C0.05%,S<0.005%,Si0.04%,Mn1.13%,Cu28.9%;其要点是所述管坯依次通过挤压加工、冷加工、酸洗加工得到,冷加工包括管材轧制和热处理;挤压加工工艺:光锭→加热→穿孔→扒皮→扩孔→加热→挤压→矫直→切定尺→碱洗→酸洗→检查→转料。冷加工的管坯热处理工艺先通过电阻加热炉加热,再通过真空退火炉进行退火,结晶退火温度在650~850℃之间,在700℃×1h时退火,得到加工率为30~80%的管材。
Description
技术领域
本发明涉及合金管材的加工工艺,是一种NiCu30合金管材加工工艺。
背景技术
NiCu30合金,又称为蒙乃尔合金,是一种镍基耐蚀合金。该合金由于其显著的耐蚀特性和较高的力学性能,被广泛用作耐腐蚀设备的材料。NiCu30合金屈强比小,延伸率高,需要完善的热处理工艺加以保证。现有此类合金及其加工工艺,如中国专利文献中披露的申请号 201510760215.8,申请公布日2016.02.17,发明名称“一种高耐腐蚀镍铜合金无缝管及其制造方法”;该镍铜合金无缝管的化学成分以重量百分比计为:Ni≥60,Cu35-37,Fe≤2,Mn ≤1,C<0.4,Si<0.3,S<0.015,Pb<0.01,Bi<0.15,Sn<0.22,Sb<0.13,余量不可避免的微量元素;及其制造方法包括如下步骤:冶炼、铸造圆形管坯、圆形管坯加热、穿孔、第一次酸洗、冷轧、脱脂、热处理、精整、第二次酸洗。上述镍铜合金无缝管的加工工艺,但较难应用于NiCu30合金管材的加工生产,此类加工工艺应用于NiCu30合金管材的加工生产,还需对加工流程进行进一步地改进和完善。
发明内容
为克服上述不足,本发明的目的是向本领域提供NiCu30合金管材加工工艺,使其解决现有同类方法加工制得的成品稳定性欠佳,以及加工工艺较为复杂,成本较高的技术问题。其目的是通过如下技术方案实现的。
一种NiCu30合金管材加工工艺,该合金管材加工工艺的管坯化学成分为Fe1.55%, C0.05%,S<0.005%,Si0.04%,Mn1.13%,Cu28.9%,管坯直径Φ215mm,长度≥450mm,管坯通过坯料铸锭成型;其加工工艺的要点是所述管坯依次通过挤压加工、冷加工、酸洗加工得到成品,冷加工包括管材轧制和热处理,成品的管材为Φ25×2mm;所述挤压加工工艺的流程具体如下:光锭→加热→穿孔→扒皮→扩孔→加热→挤压→矫直→切定尺→碱洗→酸洗→检查→转料。上述加工工艺,以及其中的挤压加工工艺制得的NiCu30合金管材稳定性较好,加工生产成本较低,加工工艺较为简单。
所述挤压加工工艺的穿孔、扩孔、加热具体如下:穿孔直径为Φ75mm,加热温度为1200℃,保温时间为10分钟,得到锭坯,扩孔直径为Φ85mm。上述穿孔采用1000吨穿孔设备上进行穿孔,加热温度1150℃-1250℃,保温时间5-10分钟均可实施,但上述加热温度和保温时间为最佳条件。
所述挤压加工工艺采用玻璃粉润滑,加热温度1150℃,保温10分钟,中慢速挤压,得到管坯。上述挤压加工工艺得到的管坯表面光滑,有轻微沟条、桔皮,符合加工要求。
所述冷加工的管坯轧制流程具体如下:采用两辊开坯,成品由两辊轧机生产,生产时表面涂抹润滑剂,修复孔型曲线。从而能生产出尺寸精度和外表面质量完全满足要求的管材,同时缩短生产周期,降低生产成本。
所述管坯的Φ25×2mm轧制工艺为:Φ80×9mm→Φ70×7mm→Φ50×4.5mm→Φ36×3.2mm →Φ25×2mm。
所述冷加工的管坯热处理工艺先通过电阻加热炉加热,再通过真空退火炉进行退火,结晶退火温度在650~850℃之间,在700℃×1h时退火,完全再结晶,得到加工率为30~80%的管材。上述加工得到的管材加工率在30~80%范围内符合较理想的性能匹配,晶粒的大小、晶粒数较为合理,晶粒较均匀细小。
所述酸洗工艺中管材的冷加工表面在HNO310%、H2O和3%铬酸进行酸洗3分钟。上述酸洗工艺得到的管材内外表面光亮,表面无氧化皮,外径减少0.01mm。
所述酸洗工艺中管材的真空退火表面在HNO310-15%、H2O和3-5%铬酸钾进行酸洗5-6分钟,内外表面去除氧化层。上述酸洗工艺得到的管材内外表面去除氧化皮彻底,外径减少 0.08-0.10mm。
本发明的加工工艺可行,生产加工流程简单、方便、成本低,制得的合金管材稳定性好,加工率稳定;其特别适合作为NiCu30合金管材的加工生产,以及同类产品加工工艺的改进。
附图说明
图1是本发明的相同加工率下,不同退火温度与组织性能的关系形貌图一。
图2是本发明的相同加工率下,不同退火温度与组织性能的关系形貌图二。
图3是本发明的相同加工率下,不同退火温度与组织性能的关系形貌图三。
图4是本发明的相同加工率下,不同退火温度与组织性能的关系形貌图四。
图5是本发明的相同加工率下,不同退火温度与组织性能的关系形貌图五。
图6是本发明的加热温度与强度的关系曲线图。
图7是本发明的加热温度与延伸率的关系曲线图。
图8是本发明的不同加工率,相同退火温度与组织性能的关系形貌图一。
图9是本发明的不同加工率,相同退火温度与组织性能的关系形貌图二。
图10是本发明的不同加工率,相同退火温度与组织性能的关系形貌图三。
图11是本发明的不同加工率,相同退火温度与组织性能的关系形貌图四。
图12是本发明的不同加工率,相同退火温度与组织性能的关系形貌图五。
图13是本发明的不同加工率,相同退火温度与组织性能的关系形貌图六。
图14是本发明的加工率与性能的关系曲线图。
图15是本发明的加工率与延伸率的关系曲线图。
具体实施方式
现结合附图,对本发明结构和使用作进一步描述。本发明针对NiCu30合金管材进行研究,确定其热处理工艺参数,研究加工工艺和组织性能的匹配关系,确定最佳工艺路线。具体研究和工艺流程如下:试验研究用料的管坯化学成分满足以下表1的规定:
元素 | Fe | C | S | Si | Mn | Cu |
成分% | 1.55 | 0.05 | <0.005 | 0.04 | 1.13 | 28.9 |
上述管坯规格:直径Φ215,长度≥450mm,坯料形式:铸锭;成品规格:Φ25×2mm,管材力学性能:退火态管材的横向室温力学性能满足以下表2的规定:
状态 | 抗拉强度Rm(MPa) | 屈服强度Rp(MPa) | 延伸率A50(%) |
退火的 | ≥483 | ≥193 | ≥35 |
应力消除的 | ≥586 | ≥379 | ≥15 |
上述管坯加工涉及挤压工艺,挤压工艺流程如下:光锭→加热→穿孔→扒皮→扩孔→加热→挤压→矫直→切定尺→碱洗→酸洗→检查→转料;挤压规格:Φ86×9mm和Φ80×9mm两种规格进行试验。穿孔、扩孔、加热:在1000吨穿孔设备上进行穿孔,穿孔直径为Φ75mm,加热温度分别试验1150℃、1200℃、1250℃,保温时间5、10分钟。试验结果见表3:
由以上试验得出:穿孔直径为Φ75mm,加热温度为1200℃,保温时间为10分钟,获得理想穿孔锭坯,扩孔直径为Φ85mm。
上述挤压加工工艺采用玻璃粉润滑,加热温度1150℃、1200℃,保温10分钟,试验规格:Φ86×9mm和Φ80×9mm。试验结果见表4:
注:a指管材的内表面;b指管材的外表面。
由以上试验可见,采用玻璃粉润滑,中慢速挤压,Φ86×9mm和Φ80×9mm,加热温度 1150℃,获得理想管坯。
冷加工的管坯轧制工艺选择:方案一、管坯经两辊系列开坯,成品由多辊轧机生产;多辊轧机生产成品尺寸精度高,而且对内外表面润滑剂要求低;方案二、管坯经两辊开坯,成品由两辊轧机生产;生产周期短,生产成本低,但尺寸精度控制较多辊低,且对表面润滑剂要求高。经前期工艺试验确定,采用两辊开坯,成品由两辊轧机生产的工艺,有合适的表面润滑剂配比选用,较合理的孔型修复曲线,能生产出尺寸精度和外表面质量完全满足要求的管材,同时缩短生产周期,降低生产成本。管坯的Φ25×2mm轧制工艺为:Φ80×9mm→Φ70 ×7mm→Φ50×4.5mm→Φ36×3.2mm→Φ25×2mm。
上述管坯加工涉及冷加工:主要针对Φ25×2mm规格进行冷加工的工艺摸索试验,工作如下:1、不同加工率,相同退火制度下的组织与性能关系试验;2、相同加工率,不同退火制度下的组织与性能关系试验。
冷加工的管坯热处理工艺,相同加工率下,不同退火温度与组织性能的关系,如图1-图 5所示,图1是Φ36×3.2mm×200 650℃×1h,图2是Φ36×3.2mm×200 700℃×1h,图3是Φ36×3.2mm×200 750℃×1h,图4是Φ36×3.2mm×200 800℃×1h,图5是Φ 36×3.2mm×200 850℃×1h。不同加工率,相同退火温度与组织性能的关系,如图8-如图 13所示,图8是Φ25×2(700℃×3h)×200加工率ε=56%,图9是Φ25×2(750℃×3h) ×200加工率ε=56%,图10是Φ70×7.5(700℃×3h)×200加工率ε=27%,图11是Φ70 ×7.5(750℃×3h)×200加工率ε=27%,图12是Φ36×3.2(700℃×3h)×200加工率ε=83%,图13是Φ50×4.5(700℃×3h)×200加工率ε=67%。
相同加工率下,不同退火温度与组织性能的关系,NICU30管材退火温度与组织关系见图 1-图5;不同加工率,相同退火温度与组织性能的关系,NiCu30管材退火温度与组织的关系见图8-图13,由图可见:(1)加工率为50%左右时,NiCu30合金的再结晶退火温度在650~ 700℃之间;(2)在700℃×1h时退火,NiCu30合金已经完全再结晶。从而得出随退火温度的升高,晶粒尺寸在逐渐长大,但仍能够满足要求。热处理设备:电阻加热炉;由图6、图7 可见,随着退火温度的升高,抗拉强度Rm由640MPa降为485MPa;退火温度为800~700℃之间,其抗拉强度在495~570MPa,变化相对较小;屈服强度Rp0.2由225MPa降为205MPa;延伸率A50由36.5%升为39.5%。退火温度在700~800℃之间屈服强度有一较稳定的数值,但退火温度高于800℃时其强度明显降低,其塑性指标无显著升高;因此,NiCu30合金管材的再结晶热处理温度为650~850℃。热处理设备:真空退火炉;如图14、图15所示,得出在相同的退火温度下,不同的加工率,晶粒的大小、晶粒数不同。加工率大于80%与加工率小于30%,所获得的组织晶粒都较粗大。相反,加工率在30~80%范围内,获得较均匀细小的晶粒。退火温度与性能的关系,如图14、图15所示,得出加工率小于30%,大于80%,室温强度都逐渐降低,同样延伸率也逐渐降低;加工率在30~80%范围内有一个较理想的性能匹配。
最后,制得的上述管坯加工涉及酸洗工艺,为了除掉冷加工表面润滑层和退火过程中对表面造成的氧化、污染,经反复数十次试验得结果见表5:
由表5得到:1、冷加工表面润滑层按表5中酸液配比获得理想的表面质量;2、氧化表面在真空退火状态下,按表中酸液配比获得理想的表面质量,较酸洗前尺寸要减少0.05mm左右;3、在大气退火状态下,管材外表面氧化层按表中酸液配比无法去除。
通过以上工艺研究得到以下结论:1、NiCu30管材加工工艺路线基本可行;2、管坯规格:直径为Φ215mm,长度为≥450mm,穿孔直径为Φ75mm,加热温度为1200℃,保温时间为10 分钟,得到穿孔锭坯,扩孔直径为Φ85mm;3、采用玻璃粉润滑,中慢速挤压,Φ86×9mm和Φ80×9mm,得到管坯;4、管坯轧制采用两辊开坯,成品由两辊轧机生产的工艺,得到管材;5、NiCu30合金管材的再结晶热处理温度为650~850℃;6、相同的退火温度下,加工率在 30~80%范围内,获得较均匀细小的晶粒。
Claims (8)
1.一种NiCu30合金管材加工工艺,该合金管材加工工艺的管坯化学成分为Fe1.55%,C0.05%,S<0.005%,Si0.04%,Mn1.13%,Cu28.9%,管坯直径Φ215mm,长度≥450mm,管坯通过坯料铸锭成型;其特征在于所述管坯依次通过挤压加工、冷加工、酸洗加工得到成品,冷加工包括管材轧制和热处理,成品的管材为Φ25×2mm;所述挤压加工工艺的流程具体如下:光锭→加热→穿孔→扒皮→扩孔→加热→挤压→矫直→切定尺→碱洗→酸洗→检查→转料。
2.根据权利要求1所述的NiCu30合金管材加工工艺,其特征在于所述挤压加工工艺的穿孔、扩孔、加热具体如下:穿孔直径为Φ75mm,加热温度为1200℃,保温时间为10分钟,得到锭坯,扩孔直径为Φ85mm。
3.根据权利要求1所述的NiCu30合金管材加工工艺,其特征在于所述挤压加工工艺采用玻璃粉润滑,加热温度1150℃,保温10分钟,中慢速挤压,得到管坯。
4.根据权利要求1所述的NiCu30合金管材加工工艺,其特征在于所述冷加工的管坯轧制流程具体如下:采用两辊开坯,成品由两辊轧机生产,生产时表面涂抹润滑剂,修复孔型曲线。
5.根据权利要求1所述的NiCu30合金管材加工工艺,其特征在于所述管坯的Φ25×2mm轧制工艺为:Φ80×9mm→Φ70×7mm→Φ50×4.5mm→Φ36×3.2mm→Φ25×2mm。
6.根据权利要求1所述的NiCu30合金管材加工工艺,其特征在于所述冷加工的管坯热处理工艺先通过电阻加热炉加热,再通过真空退火炉进行退火,结晶退火温度在650~850℃之间,在700℃×1h时退火,完全再结晶,得到加工率为30~80%的管材。
7.根据权利要求1所述的NiCu30合金管材加工工艺,其特征在于所述酸洗工艺中管材的冷加工表面在HNO310%、H2O和3%铬酸进行酸洗3分钟。
8. 根据权利要求1所述的NiCu30合金管材加工工艺,其特征在于所述酸洗工艺中管材的真空退火表面在HNO310-15%、H2O 和3-5%铬酸钾进行酸洗5-6分钟,内外表面去除氧化层。
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