铜合金管材无酸洗制造工艺.pdf

本发明涉及铜合金管材加工技术，特别是涉及铜合金管冷加工率与退火温度、保温时间、保护气氛比例合理匹配的铜合金管材无酸洗制造工艺。所述铜合金管材无酸洗制造工艺包括：(1)采用带有氮氢混合保护气氛的辊底式退火炉进行铜合金材料的中间退火；(2)根据不同牌号的铜合金调整保护气氛的氮氢比例；(3)将应退火的铜合金管按相邻两次退火间总加工率的大小分为几个档次，根据铜合金牌号和相邻两次退火间的总加工率选择不同的退火温度、保温时间和氮氢混合保护气的比例，以控制退火管材表面膜的产生。采用这种方法，经中间退火后的铜管表面可以保持金属原有的本色，铜管表面也不会产生较厚的氧化膜。

1、  铜合金管材无酸洗制造工艺，其特征是：(1)采用带有氮氢混合保护气氛的辊底式退火炉进行铜合金材料的中间退火；(2)根据不同的铜合金牌号调整保护气氛的氮氢比例；(3)将应退火的铜合金管按总加工率的大小分为几个档次，根据铜合金牌号和加工率选择不同的退火温度、保温时间和氮氢混合保护气的比例，以控制退火管材表面皮膜的产生。

2、  如权利要求1所述的铜合金管材无酸洗制造工艺，其特征是：在所述氮氢混合保护气氛中，氢气的比例在3％～25％。

3、  如权利要求2所述的铜合金管材无酸洗制造工艺，其特征是：根据不同牌号的铜合金，在氮氢混合保护气氛中，氢气的含量如下，单位为体积百分数：
对于锌含量大于等于20％的普通高锌黄铜，H₂：15％～20％，N₂：余量；
对于锌含量小于20％的普通低锌黄铜，H₂：20％～25％，N₂：余量；
对于锡黄铜，                      H₂：18％～23％，N₂：余量；
对于铝黄铜，                      H₂：10％～15％，N₂：余量；
对于含镍5％～7％的普通白铜，      H₂：3％～8％，N₂：余量；
对于含镍10％的铁白铜，            H₂：5％～10％，N₂：余量；
对于含镍30％的铁白铜，            H₂：5％～10％，N₂：余量。

4、  如权利要求1所述的铜合金管材无酸洗制造工艺，其特征在于，所述总加工率的大小分为为四档次：
I   两次退火间总加工率小于等于25％；
II  两次退火间总加工率大于25％，小于等于40％；
III 两次退火间总加工率大于40％，小于等于60％；
IV  两次退火间总加工率大于60％。

5、  如权利要求1所述的铜合金管材无酸洗制造工艺，其特征在于，根据不同牌号的铜合金及两次退火间不同的总加工率档次，确定退火工艺参数，其中H₂与N₂的单位为体积百分数：
(1)对于锌含量大于等于20％的普通高锌黄铜，退火温度：560～670℃，保温时间10～11分，H₂ 20％～25％，N₂余量；
(2)对于锌含量小于20％的普通低锌黄铜，退火温度：560～670℃；保温时间10～11分；保护气氛：H₂ 18％～23％，N₂余量；
(3)锡黄铜，退火温度：560～710℃；保温时间11分；保护气氛：H₂18％～23％，N₂余量；
(4)铝黄铜，
退火温度：580～720℃；保温时间10～11分；保护气氛：H₂10％～15％，N₂余量；
(5)含镍5％～7％的普通白铜，
当两次退火间总加工率小于等于25％时：退火温度：680～760℃；保温时间13～14分；保护气氛：H₂3％～8％，N₂余量；
(6)含镍10％的铁白铜
退火温度：700～790℃；保温时间13～14分；保护气氛：H₂5％～10％，N₂余量；
(7)含镍30％的铁白铜
退火温度：730～840℃；保温时间13～14分；保护气氛：H₂5％～10％，N₂余量。

6、  如权利要求5所述的铜合金管材无酸洗制造工艺，其特征在于，对于锌含量大于等于20％的普通高锌黄铜，当两次退火间总加工率小于等于25％时：退火温度：650～670℃；保温时间11分；保护气氛：H₂20％～25％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于25％，小于等于40％时：退火温度：630～650℃；保温时间11分；保护气氛：H₂20％～25％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于40％，小于等于60％时：退火温度：580～600℃；保温时间10分；保护气氛：H₂20％～25％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于60％时：退火温度：560～580℃；保温时间10分；保护气氛：H₂ 20％～25％，N₂余量。

7、  如权利要求5所述的铜合金管材无酸洗制造工艺，其特征在于，对于锌含量小于20％的普通低锌黄铜，当两次退火间总加工率小于等于25％时：退火温度：630～660℃；保温时间11分；保护气氛：H₂ 15％～22％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于25％～40％时：退火温度：620～650℃；保温时间11分；保护气氛：H₂ 15％～20％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于40％～60％时：退火温度：600～620℃；保温时间10分；保护气氛：H₂ 15％～20％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于60％时：退火温度：580～600℃；保温时间10分；保护气氛：H₂ 15％～20％，N₂余量。

8、  如权利要求5所述的铜合金管材无酸洗制造工艺，其特征在于，对于锡黄铜，当两次退火间总加工率小于等于25％时：退火温度：680～710℃；保温时间11分；保护气氛：H₂ 18％～23％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于25％～40％时：退火温度：640～680℃；保温时间11分；保护气氛：H₂ 18％～23％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于40％～60％时：退火温度：600～640℃；保温时间10分；保护气氛：H₂ 18％～23％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于60％时：退火温度：560～600℃；保温时间10分；保护气氛：H₂ 18％～23％，N₂余量。

9、  如权利要求5所述的铜合金管材无酸洗制造工艺，其特征在于，对于铝黄铜，当两次退火间总加工率小于等于25％时：退火温度：680～720℃；保温时间11分；保护气氛：H₂ 10％～15％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于25％，小于等于40％时：退火温度：640～680℃；保温时间11分；保护气氛：H₂ 10％～15％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于40％，小于等于60％时：退火温度：600～640℃；保温时间10分；保护气氛：H₂ 10％～15％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于60％时：退火温度：580～600℃；保温时间10分；保护气氛：H₂ 10％～15％，N₂余量。

10、  如权利要求5所述的铜合金管材无酸洗制造工艺，其特征在于，对于含镍5％～7％的普通白铜，当两次退火间总加工率小于等于25％时：退火温度：740～760℃；保温时间14分；保护气氛：H₂ 3％～8％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于25％，小于等于40％时：退火温度：720～740℃；保温时间14分；保护气氛：H₂ 3％～8％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于40％，小于等于60％时：退火温度：700～720℃；保温时间13分；保护气氛：H₂ 3％～8％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于60％时：退火温度：680～700℃；保温时间13分；保护气氛：H₂ 3％～8％，N₂余量；
对于含镍10％的铁白铜，当两次退火间总加工率小于等于25％时：退火温度：760～790℃；保温时间14分；保护气氛：H₂ 5％～10％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于25％，小于等于40％时：退火温度：750～770℃；保温时间14分；保护气氛：H₂ 5％～10％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于40％，小于等于60％时：退火温度：730～750℃；保温时间13分；保护气氛：H₂ 5％～10％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于60％时：退火温度：700～730℃；保温时间13分；保护气氛：H₂ 5％～10％，N₂余量；
对于含镍30％的铁白铜，当两次退火间总加工率小于等于25％时：退火温度：800～840℃；保温时间14分；保护气氛：H₂ 5％～10％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于25％，小于等于40％时：退火温度：770～800℃；保温时间14分；保护气氛：H₂ 5％～10％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于40％，小于等于60％时：退火温度：750～770℃；保温时间13分；保护气氛：H₂ 5％～10％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于60％时：退火温度：730～760℃；保温时间13分；保护气氛：H₂ 5％～10％，N₂余量。

铜合金管材无酸洗制造工艺
技术领域
本发明涉及铜合金管材加工技术，特别是涉及铜合金管冷加工率与退火温度、保温时间、保护气氛比例合理匹配的铜合金管材无酸洗制造工艺。
背景技术
在传统铜合金管材的生产过程中，由于铜合金材料加工硬化较快，当材料承受一定加工率后便产生材料强度升高、塑性降低的现象，继续加工则会导致材料断裂、无法成型。这时，需要经过中间退火处理使材料软化恢复其塑性，而后再进行后续加工。经退火后的管材表面会产生厚度不同的氧化皮膜，影响管材的进一步加工以及成品的表面质量。通常需要通过酸洗的方法清除管材表面的氧化层。酸洗采用的酸液有硫酸、盐酸、硝酸等强酸，通过化学反应的方式使氧化皮膜与酸反应生成盐类，酸洗后的管材还必须经多次漂洗以彻底清除管材表面的残酸。这样的过程会产生含有重金属离子以及pH值很低的废水，即使采用多次漂洗和中和处理的方法也不能完全消除废水对环境的不利影响，同时造成水资源的浪费。再者，无论采用哪种酸液，酸洗过程中都会产生一些有害气体，直接影响操作者的健康和周边环境。随着加工技术和装备水平的提高，也可采用保护气氛光亮退火的方式进行加工过程的中间退火，但仅采用这种退火方式不考虑其先前所受到加工率的大小，使用相同的退火工艺参数，会使管材表面产生与金属本色相当的、一定厚度的皮膜，在后续的加工中无法完全消除，导致最终产品因表面缺陷而成为不合格品。
发明内容
本发明的目的是提供一种无酸洗的铜合金管材制造工艺。即不采用酸洗方法清除中间退火后铜管表面的氧化皮膜。而是按材料不同加工率来调整控制中间退火的温度和保温时间，同时根据不同的合金牌号配置保护性气氛的组成成分。采用这种方法，经中间退火后的铜管表面可以保持金属原有的本色，铜管表面也不会产生较厚的氧化膜。
所述铜合金管材无酸洗制造工艺包括：(1)采用带有氮氢混合保护气氛的辊底式退火炉(即炉体封闭，炉底为辊道，铜管在炉内边行走，边加热、冷却直至出炉)进行铜合金材料的中间退火；(2)根据不同牌号的铜合金调整保护气氛的氮氢比例；(3)将应退火的铜合金管按相邻两次退火间总加工率的大小分为几个档次，根据铜合金牌号和相邻两次退火间的总加工率选择不同的退火温度、保温时间和氮氢混合保护气的比例，以控制退火管材表面膜的产生。
在所述氮氢混合保护气氛中，氢气的比例在3％～25％。
根据不同牌号的铜合金，在氮氢混合保护气氛中，氢气的含量如下，单位为体积百分数：
对于锌含量大于等于20％的普通高锌黄铜，H₂：15％～20％，N₂：余量；
对于锌含量小于20％的普通低锌黄铜，H₂：20％～25％，N₂：余量；
对于锡黄铜，                      H₂：18％～23％，N₂：余量；
对于铝黄铜，                      H₂：10％～15％，N₂：余量；
对于含镍5％～7％的普通白铜，      H₂：3％～8％，N₂：余量；
对于含镍10％的铁白铜，            H₂：5％～10％，N₂：余量；
对于含镍30％的铁白铜，            H₂：5％～10％，N₂：余量。
所述相邻两次退火间总加工率的大小分为为四档次：
I    两次退火间总加工率小于等于25％；
II   两次退火间总加工率大于25％，小于等于40％；
III  两次退火间总加工率大于40％，小于等于60％；
IV   两次退火间总加工率大于60％。
根据不同牌号的铜合金及两次退火间不同的总加工率档次，确定退火工艺参数，其中H₂与N₂的单位为体积百分数：
(1)对于锌含量大于等于20％的普通高锌黄铜，退火温度：560～670℃，保温时间10～11分，H₂  20％～25％，N₂余量；
(2)对于锌含量小于20％的普通低锌黄铜，退火温度：560～670℃；保温时间10～11分；保护气氛：H₂  18％～23％，N₂余量；
(3)锡黄铜，退火温度：560～710℃；保温时间11分；保护气氛：H₂18％～23％，N₂余量；
(4)铝黄铜，
退火温度：580～720℃；保温时间10～11分；保护气氛：H₂  10％～15％，N₂余量；
(5)含镍5％～7％的普通白铜，
当两次退火间总加工率小于等于25％时：退火温度：680～760℃；保温时间13～14分；保护气氛：H₂  3％～8％，N₂余量；
(6)含镍10％的铁白铜
退火温度：700～790℃；保温时间13～14分；保护气氛：H₂  5％～10％，N₂余量；
(7)含镍30％的铁白铜
退火温度：730～840℃；保温时间13～14分；保护气氛：H₂  5％～10％，N₂余量。
铜管材的加工成型过程属压力加工过程，即通过对材料施加一定的压力使材料长度伸长、断面积减小达到使用所要求的尺寸。这种变形过程不是一次就可以完成，而是根据尺寸变化量的大小需要多道次才能完成。由于铜合金材料在压力加工过程中会产生硬化现象，即材料经一次或多次加工后，强度上升、塑性下降，继续加工就会产生断裂，使加工过程无法进行。这时需要进行退火(即将材料加热使其重新再结晶)，恢复材料原有塑性，以便继续加工。铜合金中不同材料所能够承受的加工率(即变形量)不尽相同，有的材料塑性较好可以承受多次变形才会出现硬化现象，而有的材料仅经一次或二次变形加工就产生了硬化需要退火处理。每一次变形量的大小称为道次加工率，其实质就是加工前的断面积减去加工后的断面积，再除以加工前的断面积，乘以100％。而两次退火间的总加工率则是上次退火或热加工(热加工因加工温度在再结晶温度以上，因此不会产生加工硬化)后经过多次变形至下次退火前加工量的总和，即上次退火后制品的断面积减去下次退火前制品的断面积，除以上次退火后制品的断面积，乘以100％。
本发明采用带有氮氢混合保护气氛的辊底式退火炉进行铜合金材料的中间退火。根据不同的合金牌号调整保护气氛的氮氢比例。将应退火的铜合金管按冷加工率的大小分为三档，根据合金牌号和加工率选择不同的退火温度、保温时间和氮氢混合保护气的比例，以控制退火管材表面皮膜的产生。按此工艺退火后管材的表面具有金属自身色泽，而铜管表面又不会产生较厚的氧化膜，再进行后续加工时，可不使用酸洗即可生产出表面质量优异的产品。
具体实施方式
所述铜合金管材无酸洗制造工艺，包括退火设备的选择和铜管加工率与退火工艺参数的控制，材料的加工率、退火温度、保温时间和混合保护气气氛比例的确定，其具体方案如下：
1)选用配有保护气氛的光亮退火炉，保护气氛选择氮氢混合气，其氢气比例在3％～25％的范围内可根据不同合金牌号自由调整。具体调整比例为：
普通高锌黄铜(锌含量大于等于20％)H₂  15％～20％，N₂余量；
普通低锌黄铜(锌含量小于20％)    H₂  20％～25％，N₂余量；
锡黄铜                          H₂  18％～23％，N₂余量；
铝黄铜                          H₂  10％～15％，N₂余量；
含镍5％～7％的普通白铜          H₂  3％～8％，  N₂余量；
含镍10％的铁白铜                H₂  5％～10％， N₂余量；
含镍30％的铁白铜                H₂  5％～10％， N₂余量。
2)确定管材两次退火间的总加工率，按不同的加工率分为四档：
I    两次退火间总加工率小于等于25％；
II   两次退火间总加工率大于25％，小于等于40％；
III  两次退火间总加工率大于40％，小于等于60％；
IV   两次退火间总加工率大于60％；
3)退火工艺
(1)普通高锌黄铜
当两次退火间总加工率小于等于25％时：退火温度：650～670℃；保温时间11分；保护气氛：H₂  20％～25％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于25％，小于等于40％时：退火温度：630～650℃；保温时间11分；保护气氛：H₂  20％～25％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于40％，小于等于60％时：退火温度：580～600℃；保温时间10分；保护气氛：H₂  20％～25％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于60％时：退火温度：560～580℃；保温时间10分；保护气氛：H₂  20％～25％，N₂余量；
(2)普通低锌黄铜
当两次退火间总加工率小于等于25％时：退火温度：630～660℃；保温时间11分；保护气氛：H₂  15％～22％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于25％～40％时：退火温度：620～650℃；保温时间11分；保护气氛：H₂  15％～20％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于40％～60％时：退火温度：600～620℃；保温时间10分；保护气氛：H₂  15％～20％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于60％时：退火温度：580～600℃；保温时间10分；保护气氛：H₂  15％～20％，N₂余量；
(3)锡黄铜
当两次退火间总加工率小于等于25％时：退火温度：680～710℃；保温时间11分；保护气氛：H₂  18％～23％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于25％～40％时：退火温度：640～680℃；保温时间11分；保护气氛：H₂  18％～23％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于40％～60％时：退火温度：600～640℃；保温时间10分；保护气氛：H₂  18％～23％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于60％时：退火温度：560～600℃；保温时间10分；保护气氛：H₂  18％～23％，N₂余量；
(4)铝黄铜
当两次退火间总加工率小于等于25％时：退火温度：680～720℃；保温时间11分；保护气氛：H₂  10％～15％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于25％，小于等于40％时：退火温度：640～680℃；保温时间11分；保护气氛：H₂  10％～15％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于40％，小于等于60％时：退火温度：600～640℃；保温时间10分；保护气氛：H₂  10％～15％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于60％时：退火温度：580～600℃；保温时间10分；保护气氛：H₂  10％～15％，N₂余量；
(5)含镍5％～7％的普通白铜
当两次退火间总加工率小于等于25％时：退火温度：740～760℃；保温时间14分；保护气氛：H₂  3％～8％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于25％，小于等于40％时：退火温度：720～740℃；保温时间14分；保护气氛：H₂  3％～8％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于40％，小于等于60％时：退火温度：700～720℃；保温时间13分；保护气氛：H₂  3％～8％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于60％时：退火温度：680～700℃；保温时间13分；保护气氛：H₂  3％～8％，N₂余量；
(6)含镍10％的铁白铜
当两次退火间总加工率小于等于25％时：退火温度：760～790℃；保温时间14分；保护气氛：H₂5％～10％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于25％，小于等于40％时：退火温度：750～770℃；保温时间14分；保护气氛：H₂  5％～10％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于40％，小于等于60％时：退火温度：730～750℃；保温时间13分；保护气氛：H₂  5％～10％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于60％时：退火温度：700～730℃；保温时间13分；保护气氛：H₂  5％～10％，N₂余量；
(7)含镍30％的铁白铜
当两次退火间总加工率小于等于25％时：退火温度：800～840℃；保温时间14分；保护气氛：H₂  5％～10％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于25％，小于等于40％时：退火温度：770～800℃；保温时间14分；保护气氛：H₂  5％～10％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于40％，小于等于60％时：退火温度：750～770℃；保温时间13分；保护气氛：H₂  5％～10％，N₂余量；
当两次退火间总加工率大于60％时：退火温度：730～760℃；保温时间13分；保护气氛：H₂  5％～10％，N₂余量。
例1：
锡黄铜HSn70-1，挤制管坯规格为Φ48×2.5mm，直拉伸二道至Φ34×1.5mm，中间退火，再经二道拉伸至成品Φ22×1.0mm，计算选择中间退火工艺。方法步骤如下：
步骤1，选用带有氮氢保护气氛的辊底式退火炉；材料为锡黄铜，保护气氛调整为H₂  18％～23％，N₂余量。
步骤2，确定总的冷加工率：挤制管坯(属热加工)至中间退火前为冷加工过程，因仅经一次拉伸变形就需进行中间退火，所以道次加工率等于总加工率。
道次加工率ϵ1=(48-2.5)×2.5-(34-1.5)×1.5(48-2.5)×2.5×100%=57.14%]]>
总加工率ϵ=(48-2.5)×2.5-(34-1.5)×1.5(48-2.5)×2.5×100%=57.14%;]]>
加工率在40～60％之间；
步骤3，选择中间退火工艺：退火温度600～640℃；保温时间10分；保护气氛氮氢比例为H₂  18％～23％，N₂余量。
例2：
铁白铜BFe10-1-1，行星轧制规格为56×2.6mm，二连拉38×1.8mm，直拉伸至24×1.4mm，中间退火，后加工成翅片管，计算选择中间退火工艺。方法步骤如下：
步骤1：选用带有氮氢保护气氛的辊底式退火炉；材料为铁白铜，保护气氛调整为H₂  5％～10％，N₂余量。
步骤2：确定总的冷加工率，行星轧制(为热加工过程)后至中间退火前为冷加工过程；
道次加工率ϵ1=(56-2.6)×2.6-(38-1.8)×1.8(56-2.6)×2.5×100%=53.07%]]>
道次加工率ϵ2=(38-1.8)×1.8-(24-1.4)×1.4(38-1.4)×1.4×100%=51.44%]]>
总加工率ϵ=(56-2.6)×2.6-(24-1.4)×1.4(56-2.6)×2.6×100%=77.21%;]]>
加工率大于60％；
步骤3：选择中间退火工艺，退火温度700～730℃；保温时间13分；保护气氛氮氢比例为H₂  5％～10％，N₂余量。