鑄軋銅管質(zhì)量缺陷的改善方法探討

戴志剛 趙森森 孫永崗

摘要：本文主要研究鑄軋銅管質(zhì)量缺陷的改善方法，首先對當前的銅管加工工藝方法進行介紹，重點分析銅管鑄軋工藝中常見缺陷及原因，并對軋制溫度對銅管質(zhì)量的影響進行研究，在此基礎上總結分析提升銅管性能，減少質(zhì)量缺陷的思路方法，希望通過本文的研究能夠更加全面的了解鑄軋銅管生產(chǎn)及質(zhì)量缺陷的情況，同時也為后期更好的改善銅管生產(chǎn)缺陷提供參考。

關鍵詞：鑄軋法;銅管;質(zhì)量缺陷

一、引言

近年來隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，國民生活水平不斷提高，居民對于空調(diào)產(chǎn)品的質(zhì)量要求不斷提高。銅管是空調(diào)產(chǎn)品的重要部件，也是影響空調(diào)質(zhì)量的關鍵，但是目前國內(nèi)生產(chǎn)的銅管存在各種類型的質(zhì)量缺陷，因此在現(xiàn)階段加強對于鑄軋銅管質(zhì)量缺陷改善方法的研究具有重要的現(xiàn)實意義，一方面能夠更加全面的了解銅管生產(chǎn)的加工工藝及質(zhì)量缺陷問題，另一方面能夠總結制定合理的方法提升改善銅管加工質(zhì)量。

二、銅管加工工藝方法

在銅管生產(chǎn)加工行業(yè)中常用的工藝方法主要包括擠壓法和鑄軋法兩種，擠壓法相對傳統(tǒng)，生產(chǎn)效率、質(zhì)量都相對偏低，目前行業(yè)內(nèi)主要使用鑄軋法用于銅管的生產(chǎn)加工，這種生產(chǎn)工藝能夠?qū)崿F(xiàn)更加節(jié)能環(huán)保、更高精度的生產(chǎn)效果。擠壓法與鑄軋法在生產(chǎn)過程中都能得到較好的力學性能，擠壓法的晶粒更小。而鑄軋法生產(chǎn)的銅管在經(jīng)過退火處理后也不會產(chǎn)生大的力學性能波動，穩(wěn)定性更好。在表面質(zhì)量方面，鑄軋法生產(chǎn)的銅管表面粗糙度更低、劃傷更少，而且能夠減少殘余應力，獲得更好的表面質(zhì)量。另外鑄軋法加工銅管有助于縮小銅管的外徑偏差、不圓度、偏心度以及銅管壁厚偏差等問題，產(chǎn)品合格率會更高。

鑄軋法生產(chǎn)銅管最重要的工藝環(huán)節(jié)就是軋制成型工藝，該過程中管坯和軋輥頻繁的接觸分離，容易在接觸面形成狹長接觸帶，而且存在復雜的動態(tài)變化，不容易控制，容易出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。

三、銅管鑄軋工藝中常見缺陷及原因

（一）銅管鑄軋工藝密深陷傷缺陷

“密深陷傷”是紫銅管生產(chǎn)中常見的缺陷之一，主要出現(xiàn)在行星軋制法生產(chǎn)中，與生產(chǎn)銅管的規(guī)格尺寸有關，規(guī)格越小，線傷越細。相對輕微的線傷隨著后續(xù)的生產(chǎn)工序的推進會之間消失，但是如果前期的“密深陷傷”相對嚴重，后期會更加嚴重，導致生產(chǎn)的產(chǎn)品直接報廢，甚至會影響到生產(chǎn)作業(yè)的正常進行。

經(jīng)過對“密深陷傷”缺陷的觀察發(fā)現(xiàn)銅管的“密深陷傷”缺陷并不是完整連貫的，而是無數(shù)粗糙短線共同組成，這些粗糙點呈現(xiàn)為螺旋狀的分布。用顯微鏡觀察可以發(fā)現(xiàn)線上的粗糙點是發(fā)生了嚴重扭曲的晶粒，與周邊其他的晶粒有很大的差別，大量相似的出現(xiàn)扭曲的晶粒共同構成“密深線傷”，導致這種現(xiàn)象的原因是由于金屬材料的塑性變形過程中，流動性質(zhì)不一樣的金屬為了達到同步變形使得材料內(nèi)部出現(xiàn)附加應力，進而造成晶粒的扭曲，導致銅管產(chǎn)品表現(xiàn)為“密深線傷”或者“鋸齒傷”。

（二）銅管表面的“疲勞紋”

在銅管加工過程中需要對銅管進行拉拔，有些銅管會在表面形成“疲勞紋”，這種生產(chǎn)缺陷也是常見的生產(chǎn)問題之一。經(jīng)過研究發(fā)生這種問題的出現(xiàn)是由于在生產(chǎn)的過程中，銅管表面承受的拉伸應力介于材料的抗拉極限和屈服極限之間，表層金屬已經(jīng)斷晶，但是還沒有被拉斷，因此在表面的晶粒形成一種蠕變，成型后就呈現(xiàn)為橫向裂紋，而且肉眼能夠觀察出來，相對嚴重的缺陷甚至可以用手感觸出來。

造成這種生產(chǎn)缺陷的原因主要有三種，其一是在炸制過程中，軋制速度和冷卻溫度不合適，導致某些金屬組織未能再次結晶，進而對材料的屈服強度產(chǎn)生影響。在對材料進行拉伸加工時，銅管各部位的抗拉強度和延伸性能就會存在差異，之前未能正常再次結晶的位置就容易演變?yōu)椤捌诩y”缺陷。其二是在軋制過程中，銅管壁厚過厚，沒有完全將晶粒打碎細化，晶粒的再次結晶效果受到影響，在拉伸過程中拉伸率和摩擦力就會偏大，進而影響到光管表面的光滑程度。其三是由于在光管拉伸過程中使用的外膜油通常是常年循環(huán)使用的，每次使用之后都會混入銅粉等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)混入外膜油，就會導致外膜油的潤滑性能降低，在拉伸時就會產(chǎn)生更大的拉伸力，光管就容易出現(xiàn)魚鱗狀疲勞紋。除此之外，外模角度偏差也會對銅管表面質(zhì)量產(chǎn)生影響。

四、軋制溫度對銅管質(zhì)量的影響

在銅管的生產(chǎn)中，軋制溫度會直接影響到銅管的生產(chǎn)質(zhì)量，相關資料顯示，銅材料的熱脆性溫度約為650℃，如果在該溫度附近加工銅管就容易出現(xiàn)各種缺陷，使得銅管內(nèi)存在大量的不再結晶組織。銅管加工最合理的溫度范圍是720-820℃。軋制溫度的變化會對銅管質(zhì)量產(chǎn)生不同程度的影響。

（一）溫度過低，產(chǎn)生不完全再結晶

當銅管加工的溫度低于700℃時，變形組織再次結晶的時間縮短，銅材料中就會出現(xiàn)不完全再結晶組織，這些組織會殘留在銅管內(nèi)部。而且軋制溫度越低，不完全再結晶組織的數(shù)量越多。在對銅管進行拉伸處理時，銅管各處存在的不完全再結晶組織就會使得銅管出現(xiàn)表面“疲勞紋”或者“密深線傷”問題，甚至可能會造成銅管產(chǎn)品的整體報廢。

（二）動態(tài)再結晶條件要求

金屬材料學的相關理論指出，變形量、時間、溫度等都會對變形金屬再結晶產(chǎn)生影響，其中最關鍵的就是溫度因素。溫度越高，金屬材料在變形后就能獲得越大的驅(qū)動力，進而在越短的時間內(nèi)發(fā)生再次結晶。由此可知，足夠的過熱度是保障金屬變形后再結晶的重要條件。

五、提升銅管性能，減少質(zhì)量缺陷

在銅管的生產(chǎn)加工中，軋輥為銅管生產(chǎn)提供變形力。但是在工作過程中，軋輥處于高速運轉的狀態(tài)，因而會產(chǎn)生較高的溫度，在使用過程中需要對其進行降溫，與之接觸的變形區(qū)的溫度也會降溫冷卻。如果各工作區(qū)域的冷卻程度不同，出現(xiàn)局部過冷的情況就會使得銅管生產(chǎn)加工變形區(qū)的溫度產(chǎn)生差異，進而使得銅材料內(nèi)部的晶粒尺寸不能均勻分布，就容易出現(xiàn)各種缺陷。當軋輥的冷卻強度不斷提高時，變形溫度也會隨之提高，金屬晶粒就能在更長的時間區(qū)間內(nèi)長大，不同區(qū)域的金屬晶粒組織也會變得更加均勻。但是目前使用的行星軋機冷卻系統(tǒng)的噴頭設計不合理，不能達到理想的表面冷卻結果，因此需要對其進行改造。

（一）改造冷卻水噴頭

軋機冷卻系統(tǒng)中使用的冷卻水噴頭通常是采用斜噴設計，在使用過程中直接對變形區(qū)和管坯位置進行冷卻，銅管的變形溫度也會素質(zhì)降低，進而會對再結晶產(chǎn)生影響。而且噴水冷卻僅對變形區(qū)和入料區(qū)起作用，存在冷卻不均勻的情況。針對這種情況對冷卻水噴頭進行改造，主要是改造噴水孔的位置和噴水方向，將四圈噴水孔平均分布在外壁的四周，每一圈都與軋輥的工作區(qū)相對應，噴水方向設計為平面直噴。經(jīng)過改造后，冷卻水噴頭數(shù)量減少，冷卻強度降低，能夠有效提升銅管加工中的變形溫度。

（二）改造后生產(chǎn)銅管的性能變化

在改造前生產(chǎn)的銅管晶粒較大，而且不能均勻分布，而且產(chǎn)品容易出現(xiàn)表面裂紋等缺陷，甚至可能會出現(xiàn)銅管斷裂的情況。改造后生產(chǎn)的銅管經(jīng)過顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)銅管內(nèi)的晶粒細化程度明顯提升，而且各區(qū)域晶粒的尺寸也相對均勻，成品表面質(zhì)量也顯著提升。除此之外，銅管產(chǎn)品力學性能也明顯改善，抗拉強度從225提升到231，延伸率從39%提高到48%。

六、結語

通過本文的分析可知，目前使用的鑄軋法在生產(chǎn)銅管的過程中可能會造成“疲勞紋”和“密深線傷”的質(zhì)量問題，主要與其生產(chǎn)工藝有關，通過改良生產(chǎn)工藝能夠有效改善銅管產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。

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