专利名称：铜合金管线材在线去应力处理方法及专用装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及铜合金管材制备技术，具体地说是一种铜合金管线材在线去应力处理方法及专用装置，尤其适合于铜合金连铸连轧管线材的生产。
背景技术：
铜合金管材因具有良好的抗腐蚀能力和较高的强度，因而广泛地应用于发电用冷凝器、船舶冷凝器、供水加热器、蒸馏器、油冷却器及水处理装置用热交换器等工业。铜合金(如黄铜等)与紫铜相比，其加工硬化指数较大，变形能力、变形抗力均不相同。在管线材制造过程中，塑性变形(轧制、拉拔)道次变形量较小，而道次间的退火次数也多。铜合金管材生产中最常见和最重要的问题是如何快速简便地消除加工硬化，其退火的质量和技术水平直接关系到铜合金管材的质量。对于铜合金管线材而言，退火是最关键的问题之一。铜合金管线材连续化生产过程中，快节有效的在线退火技术是急需解决的重要问题。
目前铜合金管线材的退火方法主要有链动式移动连续化退火、箱组式不连续退火和电加热半连续退火等。链动式移动连续化退火方法一般是采用一组箱式加热炉，让整盘的管线材在移动链的带动下，在炉内连续移动完成退火过程。这种方法的优点是可以与管线材连续化生产相匹配，实现规模化和高生产率，并可以施加气体保护装置；其缺点是需要将管线材盘结，退火的效率较低，且设备占用空间很大。箱组式不连续退火方法的优点是设备占用的空间较少，生产机动灵活，可以组织小型化和不连续生产；其缺点是退火的效率低、退火炉内空间有限，不适合组成大规模连续化生产。电加热半连续退火方法的优点是退火的效率较高，设备占用空间小，灵活性高；其缺点是不适合处理太长的管线、极薄壁管和极细线材，且难以施加气体保护措施。
发明内容
为了克服上述不足，本发明的目的是提供一种在确保连续化退火的同时能避免氧化、占用空间小的铜合金管线材在线去应力处理方法及专用装置，具有高效率在线退火的特点。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下铜合金管线材在线去应力处理方法，其特征在于在管线材轧制和拉拔的盘卷前，经由专用在线去应力处理装置，采用中高频感应加热，使管线材在穿过所述在线去应力处理装置过程中进行退火，在出口处进行冷却处理，使管线材在盘卷前完成退火全过程；具体为1)从轧制或拉拔区出来的管线材，首先进入所述专用装置加热区，加热可分为两个阶段首先进入加热阶段，铜合金管线材在感应线圈作用下加热，迅速升温到去应力退火温度，处于加热阶段的感应线圈选用的功率和频率根据被处理管线材的截面积确定，一般控制在功率15～50kW，频率5～50kHz；而后进入恒温阶段，在均匀温度下保温，处于恒温阶段的感应线圈的功率和功率根据被处理管线材的截面积确定，一般控制在功率15～40kW，频率5～50kHz；2)随后管线材进入冷却区，冷却可分为两个阶段先是风冷，降低温度50℃～100℃，使管线材在高温状态下冷却速度不要太快，避免影响退火的效果；后是液冷，由于液体冷却的效率较高，使从冷却区出来的管线材可以很快降低温度到盘卷温度；从冷却区出来的管线材可以进入收盘区；另外，本发明所述去应力处理温度为200℃～400℃范围内；所述风冷或液冷分别采用两个对称方向的吹风口或喷液口；所述冷却液为水；所述在加热的同时，可以施加气体保护；所述感应线圈采用中高频感应线圈；所述保护气体为氩气或氮气；所述管线材运行速度为5～60m/min；其专用装置，其特征在于包括加热、冷却两个处理区，其中加热区由至少3组感应线圈组成，每组感应线圈分别由通过安装在线圈端部的传感器控制其温度，第一组加热用感应线圈选用功率范围15～50kW，频率5～50kHz，而后面的恒温用至少两组感应线圈每组功率为15～40kW，频率5～50kHz；所述冷却区包括风冷区、液冷区两个处理区，风冷区在管线材两侧水平方向对称设置吹风管；吹风管的一个端部靠近管线材、具有至少8个吹风口，液冷区在管线材两侧水平方向对称设置喷液管，喷液管的一个端部靠近管线材、具有至少3个喷液口，所述喷液管与外冷却池相通；所述冷却区与收盘区相接；所述感应线圈采用中高频感应线圈，可为3～6组。
本发明具有如下优点1.采用本发明方法进行退火处理时，退火过程可以与轧制和拉拔工序实现同步完成；可以施加气体保护，避免退火造成的氧化；生产设备简便占用空间小，易于实现自动化控制。与现有技术中方法相比，由于中高频感应加热的速率极快，使本发明具有退火处理速度快、效率高、成本低，可以确保连续化生产过程的特点。
2.采用本发明能实现铜合金管线材的连续高效率在线退火，为连续化大规模生产提供技术保证。本发明也适用于大口径管材的热处理。
图1为发明管线材在线去应力处理方法专用装置的结构示意图。
图2为图1中冷却区中风冷区结构示意图。
图3为图1中冷却区中液冷区结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。
本发明铜合金管线材在线去应力处理方法为在TP2脱氧铜管线材3轧制和拉拔的盘卷前，经由专用在线去应力处理装置，采用高频感应加热，使管线材3在穿过所述在线去应力处理装置过程中进行退火，在出口处进行冷却处理，使管线材3在盘卷前完成退火全过程；具体为1)从轧制或拉拔区出来的管线材3，首先进入所述专用装置加热区1，加热分为两个阶段首先进入加热阶段，铜合金管线材3在感应线圈11作用下加热，以50℃/s的速度迅速升温到去应力退火的温度范围(本实施例300℃)，第一组感应线圈11选用的功率控制在15～50kW范围、频率控制在5～50kHz范围的中高频感应线圈(本实施例功率35kW、频率15kHz)；而后进入恒温阶段，在均匀温度下保温，处于恒温阶段感应线圈11采用中高频感应线圈，其功率均控制在15～40kW范围、频率控制在5～50kHz范围的(本实施例25kW、频率15kHz)；2)随后管线材3进入冷却区2，冷却可分为两个阶段先是风冷，降低温度50℃～100℃(TP2脱氧铜低温去应力退火降低80℃左右，本实施例降低温度80℃)，使管线材3在高温状态下冷却速度不要太快，避免影响退火的效果；后是液冷，由于液体冷却的效率较高，使从冷却区出来的管线材3可以很快降低温度到盘卷允许的温度；从冷却区2出来的管线材3可以进入收盘区；液冷却采用冷却液，所述冷却液为水；如图1所示，所述专用装置，包括加热、冷却两个处理区，其中加热区1由3组中高频感应线圈11组成，每组中高频感应线圈11分别由通过安装在线圈端部的传感器控制其温度，第一组加热用中高频感应线圈11选用功率35kW、频率15kHz，而后面的恒温用两组中高频感应线圈11，每组功率为25kW、频率15kHz；中高频感应线圈11温度的控制是采用现有技术通用型控制系统，具体为通过安装在线圈端部的传感器与中高频感应线圈11电连接，由可控硅调整中高频感应线圈11的输出功率，频率和功率的调整与管线材3运行速度相匹配；如图2、图3所示，所述冷却区2包括风冷区、液冷区两个处理区，风冷区在管线材3两侧水平方向对称设置长方形吹风管21；吹风管21的一个端部靠近管线材3、具有8个φ2mm圆形吹风口(分两排，每排4个吹风口)，液冷区在管线材3两侧水平方向对称设置长方形喷液管22，喷液管22的一个端部靠近管线材3、具有3个φ2mm圆形喷液口，所述喷液管22与外冷却池相通，使喷液口喷出的冷却液温度趋于恒定，控制管线材3至盘卷温度；所述冷却区2与收盘区相接。
本发明原理是通过改变退火加热方式，利用3组中高频感应线圈11，使从轧制或拉拔出来的管线材3快速被加热到去应力退火要求的温度范围，当管线材3通过加热区(中高频感应线圈组)时，实现退火过程；然后管线材3进入冷却区，冷却区由两部分组成，即风冷却和液冷却，冷却液采用水，是循环使用的，在外部有足够大的冷却池，使喷液口喷出的冷却液温度趋于恒定，从冷却区出来的管线材3温度达到盘卷允许的温度范围，这样实现了铜合金管线材3的线连续化退火与轧制和拉拔工序同步进行，提高管线材3的生产效率并降低成本。
本发明工作过程本实施例采用TP2脱氧铜管线材3，从轧制或拉拔区出来的管线材3直接进入所述专用装置，首先进入加热处理区，铜合金管线材3在中高频感应线圈11作用下，被加热迅速升温到去应力退火的温度200～400℃，由于本实施例使用了3组中高频感应线圈11，每组中高频感应线圈11是分别控制的，第一组中高频感应线圈11的任务主要是加热升温，选用的功率35kW，而后面的两组中高频感应线圈11主要任务是均匀温度和保温，中高频感应线圈11的功率可以适当小些25kW；温度的控制是通过非接触式方法测量温度(如红外线测温等)，将信息反馈给中高频感应线圈11，由可控硅调整中高频感应线圈11的输出功率，由于管线材3的运行速度较快，所以这种控制考虑至后效应，而至后效应的调整是与管线材3运行速度相匹配的。随后，管线材3进入冷却区2，冷却分两个阶段，先是风冷，风冷的好处是不至于使管线材3在高温区冷却速度太快，影响退火的效果，利用风冷降低一定温度80℃左右；而后是液冷，由于液体冷却的效率较高，使管线材3可以很快降低温度到盘卷温度。从冷却区2出来的管线材3可以进入收盘区。
其结果是采用本发明方法及装置处理的TP2脱氧铜管，其去应力退火很充分，不需要进行退火炉退火，可以达到直接进入下一道次的拉拔工序。
实施例2与实施例1不同之处在于本发明在加热的同时，可以施加气体(氩气或氮气等)保护，本实施例施加氩气保护；所述感应线圈11可为3～6组。
权利要求
1.一种铜合金管线材在线去应力处理方法，其特征在于在管线材轧制和拉拔的盘卷前，经由专用在线去应力处理装置，采用中高频感应加热，使管线材在穿过所述在线去应力处理装置过程中进行退火，在出口处进行冷却处理，使管线材在盘卷前完成退火全过程；具体为1)从轧制或拉拔区出来的管线材，首先进入所述专用装置加热区，加热可分为两个阶段首先进入加热阶段，铜合金管线材在感应线圈作用下加热，迅速升温到去应力退火温度，处于加热阶段的感应线圈选用的频率控制在5～50kHz范围，选用的功率控制在15～50kW功率范围，而后进入恒温区，在均匀温度下保温，处于恒温区的感应线圈的功率控制在15～40kW功率范围，选用的频率控制在5～50kHz范围；2)随后管线材进入冷却区，冷却可分为两个阶段先是风冷，降低温度50℃～100℃，使管线材在高温状态下冷却速度不要太快，避免影响退火的效果；后是液冷，由于液体冷却的效率较高，使从冷却区出来的管线材可以很快降低温度到盘卷允许的温度；从冷却区出来的管线材可以进入收盘区。
2.按权利要求1所述铜合金管线材在线去应力处理方法，其特征在于所述去应力退火温度为200℃～400℃范围内。
3.按权利要求1所述铜合金管线材在线去应力处理方法，其特征在于所述风冷或液冷分别采用两个对称方向的吹风口或喷液口。
4.按权利要求1所述铜合金管线材在线去应力处理方法，其特征在于所述冷却液为水。
5.按权利要求1所述铜合金管线材在线去应力处理方法，其特征在于所述在加热的同时，可以施加气体保护。
6.按权利要求1所述铜合金管线材在线去应力处理方法，其特征在于所述感应线圈采用中高频感应线圈。
7.按权利要求5所述铜合金管线材在线去应力处理方法，其特征在于所述保护气体为氩气或氮气。
8.一种按权利要求1所述铜合金管线材在线去应力处理方法的专用装置，其特征在于包括加热、冷却两个处理区，其中加热区(1)由至少3组感应线圈(11)组成，每组感应线圈(11)分别由通过安装在线圈端部的传感器控制其温度，第一组加热用感应线圈(11)选用15～50kW功率范围，选用的频率控制在5～50kHz范围，而后面的恒温用至少两组感应线圈每组的功率为15～40kW功率范围，选用的频率控制在5～50kHz范围；所述冷却区包括风冷区、液冷区两个处理区，风冷区在管线材(3)两侧水平方向对称设置吹风管(21)；吹风管(21)的一个端部靠近管线材(3)、具有至少8个吹风口，液冷区在管线材(3)两侧水平方向对称设置喷液管(22)，喷液管(22)的一个端部靠近管线材(3)、具有至少3个喷液口，所述喷液管(22)与外冷却池相通；所述冷却区(2)与收盘区相接。
9.按权利要求8所述铜合金管线材在线去应力处理方法，其特征在于所述感应线圈(11)采用中高频感应线圈，可为3～6组。
全文摘要
本发明公开一种铜合金管线材在线去应力处理方法及专用装置。它在管线材轧制和拉拔的盘卷前，经由专用在线去应力处理装置，采用中高频感应加热，使管线材在穿过所述在线去应力处理装置过程中进行退火，在出口处进行冷却处理，使管线材在盘卷前完成退火全过程；具体为1)从轧制或拉拔区出来的管线材，首先进入专用装置加热区，先加热到去应力退火温度，而后在均匀温度下保温；2)随后管线材进入冷却区，先是风冷，降低温度50℃～100℃，后是液冷，使从冷却区出来的管线材可以很快降低温度到盘卷温度；从冷却区出来的管线材可以进入收盘区。本发明能在确保连续化退火的同时避免氧化，且占用空间小，具有高效率在线退火的特点。
文档编号C22F1/08GK1396296SQ0213263
公开日2003年2月12日 申请日期2002年7月19日 优先权日2002年7月19日
发明者张金利, 张士宏, 周文龙, 许沂, 李长杰, 胡新胜, 赵红生, 于传富, 蒋强 申请人:中国科学院精密铜管工程研究中心