超長(zhǎng)超薄大直徑無(wú)縫鋼管制造技術(shù)探討

文/謝榮華·武漢重工鑄鍛有限責(zé)任公司

某超長(zhǎng)超薄無(wú)縫鋼管鍛件，長(zhǎng)度≥11000mm，毛坯管壁厚≤25mm，精加工壁厚：m m，外圓直徑：。該產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于某型航天產(chǎn)品旋壓工藝的坯料制備，該類超長(zhǎng)超薄大直徑無(wú)縫鋼管的制造，尤其是軋制過(guò)程、熱處理過(guò)程、機(jī)械加工等工序過(guò)程的技術(shù)參數(shù)控制十分困難，因此，開(kāi)展相關(guān)的技術(shù)研究、探討是十分必要的。現(xiàn)以42CrMoA 材料為實(shí)例，研究其工藝實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

制造流程

超長(zhǎng)超薄大直徑無(wú)縫鋼管的制造流程：鋼錠冶煉→坯料鍛造→坯料粗車(chē)→筒體軋制→熱處理→相關(guān)試驗(yàn)→最終加工→包裝。

鋼錠冶煉

鋼錠采用經(jīng)電爐冶煉的鎮(zhèn)靜鋼，并經(jīng)爐外精煉。具體冶煉路線為：電爐冶煉(EF)+鋼包爐精煉及真空處理(LFV)+氬氣(Ar)保護(hù)下注。鋼錠凝固后采用熱送方式至鍛造工序。

鋼錠熔煉分析化學(xué)成分見(jiàn)表1。鋼錠實(shí)物如圖1所示。

表1 熔煉化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

圖1 鋼錠實(shí)物

坯料鍛造

為滿足軋制尺寸要求，鋼錠需鍛造制備符合要求的坯料。

鋼錠加熱

鋼錠鍛造前經(jīng)過(guò)加熱。加熱工藝如圖2 所示。

圖2 鋼錠加熱工藝

坯料鍛造成形

坯料成形的難度在于鋼錠鐓粗，鋼錠的高徑比較大，鐓粗時(shí)易產(chǎn)生彎曲變形，需要反復(fù)校直后再鐓粗。鋼錠加熱出爐后，錠身距冒口線50mm 壓鉗把，底部帶冒鐓粗，鐓粗后操作機(jī)夾持拔長(zhǎng)。鐓粗過(guò)程如圖3所示，拔長(zhǎng)過(guò)程如圖4 所示。

圖3 鐓粗過(guò)程及示意圖

圖4 拔長(zhǎng)過(guò)程及坯料示意圖

坯料鍛后熱處理

坯料鍛后執(zhí)行等溫退火，主參數(shù)控制在620±10℃，均保溫時(shí)間根據(jù)直徑尺寸按1.5h/100mm執(zhí)行。

筒體軋制

坯料粗車(chē)

將坯料兩端鋸平，外圓帶白，并進(jìn)行摸底探傷。粗車(chē)后坯料如圖5 所示。

圖5 粗車(chē)后坯料

軋制設(shè)備

φ820mm 精密斜軋機(jī)組(穿孔機(jī)、精軋機(jī))。

軋制過(guò)程

熱軋過(guò)程為一穿、二穿(第一火)+三穿、精軋(第二火)。主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。軋制后筒形件實(shí)物如圖6 所示。

圖6 軋制后筒形件實(shí)物

熱處理

軋制后進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理。

為防止軋件變形，在首尾兩端及中間部位墊U 形墊鐵。具體裝爐方式如圖7 所示。

圖7 裝爐示意圖

熱處理曲線如圖8 所示，淬火時(shí)為保證冷卻效果，水冷時(shí)工件充分竄動(dòng)。

圖8 熱處理工藝曲線

熱處理后實(shí)物如圖9 所示。

圖9 熱處理后實(shí)物

檢測(cè)試驗(yàn)

熱處理后進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)試驗(yàn)。包括：成品分析、超聲波檢測(cè)、力學(xué)性能檢測(cè)、非金屬夾雜物、晶粒度。

成品分析

成品分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 成品化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

超聲波檢測(cè)

按GB/T 6402-2008 標(biāo)準(zhǔn)4 級(jí)驗(yàn)收。探傷合格。

力學(xué)性能

力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 力學(xué)性能

非金屬夾雜物

非金屬夾雜物檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 非金屬夾雜物(級(jí))

晶粒度

晶粒度檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 晶粒度

最終加工

各項(xiàng)檢測(cè)試驗(yàn)合格后進(jìn)行最終加工。

兩端上端面套，上車(chē)床，以外圓為基準(zhǔn)找正，車(chē)外圓至最終交貨狀態(tài)。

再上深孔鉆鏜床，以外圓為基準(zhǔn)，加工內(nèi)孔至最終交貨狀態(tài)。

因工件長(zhǎng)度≥11000mm，壁厚≤25mm，直徑≥800mm，在加工過(guò)程中極易產(chǎn)生變形，為解決該問(wèn)題采取以下措施：

⑴在車(chē)床上加工時(shí)采取以下措施：①兩端端面套，裝夾長(zhǎng)度應(yīng)控制在30mm 以內(nèi)，且裝夾位置位于長(zhǎng)度本體以外；②刀具采用硬質(zhì)合金90°車(chē)刀；③切削時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為20r/min～25r/min，進(jìn)給速度為0.2mm/r～0.3mm/r，吃刀深度控制在0.2mm ～0.3mm；④切削時(shí)，必須使用切削液，對(duì)刀具進(jìn)行冷卻。

⑵在深孔鉆鏜床上加工時(shí)采取以下措施：①裝夾長(zhǎng)度應(yīng)控制在30mm 以內(nèi)，且裝夾位置位于長(zhǎng)度本體以外；在架位處，采用套筒對(duì)架位處進(jìn)行加固；②刀具采用硬質(zhì)合金機(jī)夾刀；③切削時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為18r/min ～20r/min，進(jìn)給速度為0.2mm/r ～0.3mm/r，吃刀深度控制在0.2mm ～0.3mm。

加工后筒形件實(shí)物見(jiàn)圖10。

圖10 最終加工后產(chǎn)品實(shí)物