CN108034859A

CN108034859A - NiCu30合金管材加工工艺

Info

Publication number: CN108034859A
Application number: CN201711142576.1A
Authority: CN
Inventors: 李延芳; 吴朝晖
Original assignee: Ningbo Dahongying University
Current assignee: Ningbo Dahongying University
Priority date: 2017-11-17
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2018-05-15

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

NiCu30合金管材加工工艺

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

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。