摘要: 文章主要对铸轧法中的水平连铸、行星轧制等重点工序进行了详细分析和讨论，以期对白铜管铸轧法生产参数的确定提供参考意见。

关键词: 白铜合金管; 铸轧法; 水平连铸; 行星轧制

中图分类号: TG249． 9 文献标识码: A 文章编号: 1671 － 6795( 2016) 05 － 0053 － 04

世界性的淡水资源不足，已成为人们日益关注的问题。作为水资源的开源增量技术，海水淡化已经成为解决全球水资源危机的重要途径。我国海水淡化业虽然起步较晚，但发展速度快，日益成为热门产业，并已经列入国家“当前优先发展的高技术产业化重点领域指南”［1］，纳入了《海水利用专项规划》、《国家海洋事业发展规划纲要》、《国务院关于加快发展循环经济的若干意见》等国家中长期规划和文件中，得到国家相关产业政策在技术上和经济上的扶持，为推动我国海水淡化产业的跨越式发展，实现水资源可持续利用，保障国民经济和社会可持续发展起到了积极的促进作用。

白铜管具有良好的热传导性和抗腐蚀性能，尤其是抗海水冲击腐蚀能力，因此作为热交换器用冷凝管在海水淡化、船舶、核电站等领域得到了广泛的应用，BFe10 － 1 － 1 是制备白铜冷凝管***常用的合金牌号之一。目前，国内外 BFe10 － 1 － 1 白铜管主要采用传统的挤压法生产，但因其成材率低，单根重量小等原因满足不了市场的需求。铸轧法是一种先进的铜管生产工艺，在制冷空调用紫铜管的生产上取得了巨大成功。目前，该工艺已成功应用于 B5 普通白铜管的生产，并在 BFe10 － 1 － 1 管的生产上试用成功。应用铸轧法生产白铜管，不仅能克服传统挤压法效率低、投资大、成材率低、盘重小等缺点，而且易于生产大功率、大容量电站和核电站管式热交换器用超长管，因此，采用目前技术先进的铸轧法是生产白铜合金管材的发展趋势。

铸轧法的工艺路线为，原材料—水平连铸—矫直铣面—3 辊行星轧制—卧式收卷—凸轮式联合拉拔—倒立 式 圆 盘 拉 伸—矫 直 锯 切—光 亮 退 火—检 查 包装—成品。

水平连铸管坯和 3 辊行星轧制是铸轧法生产工艺中的两个关键工序，其技术难点主要体现在以下两方面，( 1) BFe10 － 1 － 1 合金熔点高、金属液流动性差，如何利用水平连铸制备合格的 BFe10 － 1 － 1 空心管坯; ( 2) 3 辊行星轧制过程是一种局部循环加载的复杂变形过程，BFe10 － 1 － 1 合金强度高对行星轧制的工艺与设备要求。通过确定合理的生产工艺参数，不仅对获得表面光亮、质量合格的 BFe10 － 1 － 1 白铜管，保证生产的顺利进行具有重要意义，同时也有利于优化生产设备的设计与投资。

本文将主要就水平连铸和行星轧制两道工序对铸轧法生产 BFe10 － 1 － 1 白铜管进行分析和探讨。

1.对水平连铸工序的分析与探讨

水平连铸是实现铸轧法的***道工序，水平连铸管坯质量的好坏直接决定着合金管的成品质量，图 1为水平连铸空心管坯示意图。水平连铸时，合金经熔化炉熔化后在保温炉内保温，达到浇注温度时启动拉坯机，金属液经进液口进入石墨模具，在水冷铜套作用下凝固成型，管坯出结晶器后直接喷水冷却。在水平连铸过程中，铸造温度和拉坯制度等对管坯质量有着重要影响。

1.1 铸造温度的影响

在 BFe10 － 1 － 1 白铜管坯水平连铸过程中，金属液进入结晶器后，在冷却水的作用下开始凝固形成坯壳。随着温度的降低，凝壳开始收缩，由于凝壳外层温度低，收缩量大，而内层温度高，收缩量小，因此造成凝壳存在内应力，当内应力过大时容易形成裂纹。铸造内应力可根据以下公式求得:

F = E·λ·△T［3］式中，F 为铸坯内应力，MPa; E 为弹性模量，MPa;λ 为线收缩系数，10－ 6/ K; ΔT 为凝壳两点之间的温差，K。从上述公式可以看出，当材料一定时，铸造内应力的大小与凝壳内外温差成正比，降低凝壳内外温差，可以降低凝壳内应力，从而抑制裂纹的形成。

当铸造温度过高时，凝壳内部冷却较慢仍保持较高温度，而外部冷却快，尤其在进入二冷区后，凝壳外表面在直接水冷的作用下温度急剧降低，造成凝壳内外温差过大，极易形成冷裂。

因此，水平连铸时，应尽量采取低温铸造。当然并非铸造温度越低越好，因为铸造温度过低，金属液粘度增大，流动性降低，导致在石墨模具内难以完整充 型，管 坯 表 面 会 出 现 冷 隔缺陷。因此，合理地选择铸造温度对水平连铸管坯的质量有着至关重要的影响。根据相关经验，浇铸温度选择在 1230℃ ～ 1250℃较为合适。

1．2 拉坯制度的影响

1．2．1拉坯模式的选择

水平连铸常用的拉坯方式有如下几种: ( 1) 拉—停—推—停式; (2) 拉—推式; ( 3) 拉—推—停—推式。拉坯模式的选择与合金强度有关，白铜合金宜采用拉—停—推—停的拉坯模式

。这种拉坯模式具有以下特点:( 1) 拉完之后有中停时间，使结晶器内的金属液有足够的时间冷却凝固，从而使坯壳增厚，提高其强度;

( 2) 及时的反推，可以及时补缩铸坯的冷缩量，焊合热裂纹，保证铸坯质量，同时合理的反推量还可以使坯壳松动，防止其与结晶器壁粘结，降低拉坯阻力。

1．2．2 拉坯速度的影响

拉坯速度的快慢是影响白铜管坯质量的关键因素。当其它铸造工艺参数确定时，拉坯速度越快，结晶器内液穴深度越深，液穴底部与铸坯表层的温差加大，铸造热应力也随之增大，从而导致热裂倾向增大。因此，在水平连铸时应适当降低拉坯速度，拉坯速度控制在 330 ～ 350mm/min 为妥。当拉坯速度确定后，采用高频率小拉程的拉坯制度有利于降低引锭阻力，获得表面光滑无裂纹的铸坯。

2.对行星轧制工序的分析与讨论

铸轧法技术的核心是行星轧制，通过施加大变形量使管坯铸造晶粒充分破碎，使轧制出的管坯晶粒细小均匀，内外表面光亮无氧化，为后道拉伸工序提供高质量的管坯。

2．1 轧制温度的确定

图 2 为 BFe10 － 1 － 1 白铜管高温力学性能变化曲线。从图 2 曲线可以看出，室温下 BFe10 － 1 － 1 白铜管坯具有良好的塑性，随着温度升高，管坯的抗拉强度以及延伸率均呈下降趋势，特别是在 600℃ 左右，延伸率和断面收缩率快速降低; 随着温度继续升高，延伸率和断面收缩率开始回升，而抗拉强度继续降低，说明在 600℃左右，BFe10 － 1 － 1 白铜管坯塑性***差。因此 BFe10 － 1 － 1 白铜管坯轧制时应该避开此温度区间，选择低温或者高温进行轧制。

若选择高温进行轧制，管坯变形抗力小，所需轧制力小，但需要对管坯加热至较高温度，能耗较大，同时失去了行星轧制的意义( 行星轧制的优点在于室温轧制并可实现完全再结晶) 。而低温轧制时，尽管管坯变形抗力大，对轧机及模具的性能要求较高，但是在轧制过程产生的摩擦热及塑性变形热使管坯温度迅速升高至 850℃左右，实现了管坯完全再结晶，使性能明显提高，可充分发挥行星轧制的优势。因此，BFe10 － 1 － 1 行星轧制时宜采用低温轧制。

2．2 偏转角的选择

如图 3 所示，3 辊行星轧机轧辊具有一定的倾斜角和偏转角，倾斜角为轧件提供了径向压力，从而使轧件发生径向压缩变形，而偏转角为轧件提供轴向向前的作用力，使轧件向前运动。

生产过程中应首先保证管坯的合理压下量，即先确定倾斜角，然后通过调整偏斜角使轧制速度趋于合理。行星轧机的倾斜角一般选择 50° ～ 55°，这样可大幅度提高轧制的断面缩减量，进行大变形轧制和轧制薄管坯。轧辊的偏转角是 3 辊行星轧制过程中的一个十分重要的参数，它将影响到轧辊所受到的轧制力和轧件的出口速度。

从几何学角度来分析，增加偏转角将增加轧件向前的速度分量，因而轧件出口速度将显著提高，可提高生产效率。但偏转角并非越大越好，因为增大偏转角，轧辊与轧件接触面积增加，摩擦力增大，轧辊受力随之增大，对轧机的结构及载荷提出了更高的要求，势必增加设备投资。因此，将轧辊的偏转角控制在合理范围内，既可以保证轧件合适的出口速度又不会使轧制力过高。根据相关经验，轧辊偏转角设定在 7° ～ 8°为合理的取值范围。

3.结论

在满足生产需求的前提下，合理选择水平连铸和行星轧制的主要工艺参数，可以生产出内外表面光亮无氧化，满足后续加工要求的高质量的 BFe10 － 1 － 1白铜管坯。

( 1) BFe10 － 1 － 1 白铜管坯水平连铸合理的浇铸温度为 1230℃ ～ 1250℃;

( 2) BFe10 － 1 － 1 白铜管坯水平连铸拉坯模式宜采用拉—停—推—停的模式，拉坯速度应控制在 330 ～350mm / min; 拉坯速度确定后，采用高频率小拉程的拉坯制度有利于降低引锭阻力，获得表面光滑无裂纹的铸坯;

( 3) BFe10 － 1 － 1 白铜管坯在 600℃ 左右时塑性***差，行星轧制时应该避开此温度区间。为充分发挥行星轧制的优势，节能降耗，BFe10 － 1 － 1

行星轧制时宜采用低温轧制;

( 4) BFe10 － 1 － 1 行星轧制时轧机的倾斜角宜选择 50° ～ 55°，轧辊的偏转角应控制在 7° ～ 8°。

来源：中国知网   作者：龚燃