铸轧铜管质量缺陷的改善方法探讨

戴志刚 赵森森 孙永岗

摘要：本文主要研究铸轧铜管质量缺陷的改善方法，首先对当前的铜管加工工艺方法进行介绍，重点分析铜管铸轧工艺中常见缺陷及原因，并对轧制温度对铜管质量的影响进行研究，在此基础上总结分析提升铜管性能，减少质量缺陷的思路方法，希望通过本文的研究能够更加全面的了解铸轧铜管生产及质量缺陷的情况，同时也为后期更好的改善銅管生产缺陷提供参考。

关键词：铸轧法;铜管;质量缺陷

一、引言

近年来随着经济社会的不断发展，国民生活水平不断提高，居民对于空调产品的质量要求不断提高。铜管是空调产品的重要部件，也是影响空调质量的关键，但是目前国内生产的铜管存在各种类型的质量缺陷，因此在现阶段加强对于铸轧铜管质量缺陷改善方法的研究具有重要的现实意义，一方面能够更加全面的了解铜管生产的加工工艺及质量缺陷问题，另一方面能够总结制定合理的方法提升改善铜管加工质量。

二、铜管加工工艺方法

在铜管生产加工行业中常用的工艺方法主要包括挤压法和铸轧法两种，挤压法相对传统，生产效率、质量都相对偏低，目前行业内主要使用铸轧法用于铜管的生产加工，这种生产工艺能够实现更加节能环保、更高精度的生产效果。挤压法与铸轧法在生产过程中都能得到较好的力学性能，挤压法的晶粒更小。而铸轧法生产的铜管在经过退火处理后也不会产生大的力学性能波动，稳定性更好。在表面质量方面，铸轧法生产的铜管表面粗糙度更低、划伤更少，而且能够减少残余应力，获得更好的表面质量。另外铸轧法加工铜管有助于缩小铜管的外径偏差、不圆度、偏心度以及铜管壁厚偏差等问题，产品合格率会更高。

铸轧法生产铜管最重要的工艺环节就是轧制成型工艺，该过程中管坯和轧辊频繁的接触分离，容易在接触面形成狭长接触带，而且存在复杂的动态变化，不容易控制，容易出现质量缺陷。

三、铜管铸轧工艺中常见缺陷及原因

（一）铜管铸轧工艺密深陷伤缺陷

“密深陷伤”是紫铜管生产中常见的缺陷之一，主要出现在行星轧制法生产中，与生产铜管的规格尺寸有关，规格越小，线伤越细。相对轻微的线伤随着后续的生产工序的推进会之间消失，但是如果前期的“密深陷伤”相对严重，后期会更加严重，导致生产的产品直接报废，甚至会影响到生产作业的正常进行。

经过对“密深陷伤”缺陷的观察发现铜管的“密深陷伤”缺陷并不是完整连贯的，而是无数粗糙短线共同组成，这些粗糙点呈现为螺旋状的分布。用显微镜观察可以发现线上的粗糙点是发生了严重扭曲的晶粒，与周边其他的晶粒有很大的差别，大量相似的出现扭曲的晶粒共同构成“密深线伤”，导致这种现象的原因是由于金属材料的塑性变形过程中，流动性质不一样的金属为了达到同步变形使得材料内部出现附加应力，进而造成晶粒的扭曲，导致铜管产品表现为“密深线伤”或者“锯齿伤”。

（二）铜管表面的“疲劳纹”

在铜管加工过程中需要对铜管进行拉拔，有些铜管会在表面形成“疲劳纹”，这种生产缺陷也是常见的生产问题之一。经过研究发生这种问题的出现是由于在生产的过程中，铜管表面承受的拉伸应力介于材料的抗拉极限和屈服极限之间，表层金属已经断晶，但是还没有被拉断，因此在表面的晶粒形成一种蠕变，成型后就呈现为横向裂纹，而且肉眼能够观察出来，相对严重的缺陷甚至可以用手感触出来。

造成这种生产缺陷的原因主要有三种，其一是在炸制过程中，轧制速度和冷却温度不合适，导致某些金属组织未能再次结晶，进而对材料的屈服强度产生影响。在对材料进行拉伸加工时，铜管各部位的抗拉强度和延伸性能就会存在差异，之前未能正常再次结晶的位置就容易演变为“疲劳纹”缺陷。其二是在轧制过程中，铜管壁厚过厚，没有完全将晶粒打碎细化，晶粒的再次结晶效果受到影响，在拉伸过程中拉伸率和摩擦力就会偏大，进而影响到光管表面的光滑程度。其三是由于在光管拉伸过程中使用的外膜油通常是常年循环使用的，每次使用之后都会混入铜粉等杂质，这些杂质混入外膜油，就会导致外膜油的润滑性能降低，在拉伸时就会产生更大的拉伸力，光管就容易出现鱼鳞状疲劳纹。除此之外，外模角度偏差也会对铜管表面质量产生影响。

四、轧制温度对铜管质量的影响

在铜管的生产中，轧制温度会直接影响到铜管的生产质量，相关资料显示，铜材料的热脆性温度约为650℃，如果在该温度附近加工铜管就容易出现各种缺陷，使得铜管内存在大量的不再结晶组织。铜管加工最合理的温度范围是720-820℃。轧制温度的变化会对铜管质量产生不同程度的影响。

（一）温度过低，产生不完全再结晶

当铜管加工的温度低于700℃时，变形组织再次结晶的时间缩短，铜材料中就会出现不完全再结晶组织，这些组织会残留在铜管内部。而且轧制温度越低，不完全再结晶组织的数量越多。在对铜管进行拉伸处理时，铜管各处存在的不完全再结晶组织就会使得铜管出现表面“疲劳纹”或者“密深线伤”问题，甚至可能会造成铜管产品的整体报废。

（二）动态再结晶条件要求

金属材料学的相关理论指出，变形量、时间、温度等都会对变形金属再结晶产生影响，其中最关键的就是温度因素。温度越高，金属材料在变形后就能获得越大的驱动力，进而在越短的时间内发生再次结晶。由此可知，足够的过热度是保障金属变形后再结晶的重要条件。

五、提升铜管性能，减少质量缺陷

在铜管的生产加工中，轧辊为铜管生产提供变形力。但是在工作过程中，轧辊处于高速运转的状态，因而会产生较高的温度，在使用过程中需要对其进行降温，与之接触的变形区的温度也会降温冷却。如果各工作区域的冷却程度不同，出现局部过冷的情况就会使得铜管生产加工变形区的温度产生差异，进而使得铜材料内部的晶粒尺寸不能均匀分布，就容易出现各种缺陷。当轧辊的冷却强度不断提高时，变形温度也会随之提高，金属晶粒就能在更长的时间区间内长大，不同区域的金属晶粒组织也会变得更加均匀。但是目前使用的行星轧机冷却系统的喷头设计不合理，不能达到理想的表面冷却结果，因此需要对其进行改造。

（一）改造冷却水喷头

轧机冷却系统中使用的冷却水喷头通常是采用斜喷设计，在使用过程中直接对变形区和管坯位置进行冷却，铜管的变形温度也会素质降低，进而会对再结晶产生影响。而且喷水冷却仅对变形区和入料区起作用，存在冷却不均匀的情况。针对这种情况对冷却水喷头进行改造，主要是改造喷水孔的位置和喷水方向，将四圈喷水孔平均分布在外壁的四周，每一圈都与轧辊的工作区相对应，喷水方向设计为平面直喷。经过改造后，冷却水喷头数量减少，冷却强度降低，能够有效提升铜管加工中的变形温度。

（二）改造后生产铜管的性能变化

在改造前生产的铜管晶粒较大，而且不能均匀分布，而且产品容易出现表面裂纹等缺陷，甚至可能会出现铜管断裂的情况。改造后生产的铜管经过显微镜观察发现铜管内的晶粒细化程度明显提升，而且各区域晶粒的尺寸也相对均匀，成品表面质量也显著提升。除此之外，铜管产品力学性能也明显改善，抗拉强度从225提升到231，延伸率从39%提高到48%。

六、结语

通过本文的分析可知，目前使用的铸轧法在生产铜管的过程中可能会造成“疲劳纹”和“密深线伤”的质量问题，主要与其生产工艺有关，通过改良生产工艺能够有效改善铜管产品的生产质量。

参考文献：

[1]刘阳.ACR铜管加工工艺与质量缺陷的研究[D].辽宁：沈阳理工大学，2017.

[2]陈进方.铸轧法生产TP2铜管典型缺陷及组织性能研究[D].江西：江西理工大学，2009.

[3]马勇，刘新伟，王云岗， 等.磷铜管表面质量缺陷及其对策的初步探讨[J].引文版：工程技术，2016，（004）：28.

[4]魏凯，姜业欣，肖柱.空调铜管连铸管坯质量关键影响因素分析[J].科技创新与应用，2020，（28）：92-94，97.