CN105750846B - 一种低合金高强钢深孔构件的快速成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低合金高强钢深孔构件的快速成形方法，包括：管坯件成形、盲孔件成形、退火、复合焊接、热处理步骤。管坯件壁厚与外径之比小于0.4，通过三辊斜轧穿孔、连轧延伸、微张力定径成形；所述的盲孔件加热温度1100～1200℃、热挤压变形量30～70%；退火温度650～750℃，保温时间2～3h；所述的焊接，采用TIG焊焊接打底层和电弧焊焊接覆盖层的方法，将管坯件和盲孔件连接；热处理，在860～900℃温度保温0.5～1min后进行油淬，然后在260～300℃回火2～3h。本发明能够有效提高深孔构件的制造效率，同时深孔构件强韧性较好、制造成本低，现场操作和维护方便，具有广泛的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属深孔构件的成形方法。
背景技术
随着国家大飞机、高速轨道装备、新能源、高端武器装备等重大工程的实施，对高强合金钢深孔构件的应用需求越来越广泛和迫切，不仅要求具有很高的强度，还需要具有优良的塑性和韧性，制造成本低廉。目前对于通孔型管坯一般采用挤压穿孔或辊斜轧穿孔工艺，挤压穿孔工艺流程一般包括预制坯、反挤压、切底、空心坯料正挤压、校形等工艺，工艺流程较长；两辊斜轧穿孔一般应用于薄壁管坯穿孔，两辊斜轧的倾斜角一般6°～12°，效率较低；三辊斜轧一般应用于厚壁管坯穿孔，壁厚精度可以达到±5％。深孔构件一次整体挤压成形困难，主要原因在于大长径比构件反挤压过程中凸模承受的压力快速增大，凸模容易失稳失效，而减壁旋压工艺效率低下。尽管国内外学者对低合金高强钢开展了电子束焊接、激光焊接等工艺研究，但由于电子束受真空室影响、激光焊受激光功率影响，无法焊接大长径比高强度合金钢构件，也不能保证厚壁焊缝质量。随着国民经济发展对深孔构件的需求广泛，如何降低深孔构件的制造成本、提高制造效率成为关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低合金高强钢深孔构件的快速成形方法，解决高强深孔构件整体挤压成形难度大、效率低的问题，
为了实现上述目的，采用以下技术方案：一种低合金高强钢深孔构件的快速成形方法，其特征在于：包括如下步骤：管坯件成形、盲孔件成形、退火、复合焊接和热处理；
管坯件成形，管坯件的壁厚与外径之比小于0.4，始锻加热温度1100～1200℃，然后进行三辊热轧穿孔、连轧延伸、微张力定径，三辊斜轧穿孔的螺旋角α在13°～20°、倾斜角β在10°～15°，初始机架的最大减径率小于3%，成品机架的最大减径率小于0.5%，前一机架的孔型短半轴小于后一机架的长半轴；
盲孔件成形，计算棒料下料尺寸，棒料加热温度1100～1200℃，进行热反挤压成形，变形量30～70%；
退火，是将管坯件、盲孔件进行同炉退火，退火温度650～750℃，保温时间2～3h，炉冷至适当温度出炉空冷至室温；
复合焊接，采用TIG焊焊接打底层和电弧焊焊接覆盖层的方法，将管坯件和盲孔件进行连接，TIG焊采用高温合金焊条，电弧焊采用低氢型焊条；焊条烘烤温度200～300℃、保温时间1.5～2h，管坯件和盲孔件的焊接部位预热温度220～250℃；
热处理，在860～900℃温度保温0.5～1min后进行油淬，然后在260～300℃回火2～3h。
本发明公开的一种低合金高强钢深孔构件的快速成形方法，在现有设备资源上容易实现，能够有效提高深孔构件的制造效率，实现高强合金深孔构件的快速成形，提高深孔构件的制造效率，同时通过热处理改善母材和焊缝的组织性能，保证高强深孔构件的制造性能，降低制造成本，深孔构件强韧性较好、制造成本低，现场操作和维护方便，在深海石油装备、锅炉装备、高速轨道装备、弹箭武器等重大工程中具有广泛的应用价值。
说明书附图
图1为三辊斜轧示意图；
图2为辊轮与坯料间螺旋角α示意图；
图3为辊轮与坯料间倾斜角β示意图；
图4为反挤压示意图；
图5为深孔构件结构示意一；
图6为深孔构件结构示意二。
图中，1-上模板，2-上垫板，3-凸模固定套，4-凸模，5-凹模，6-下垫板，7-下模板，8-坯料。
具体实施方式
以下结合实例对本发明作进一步说明。
实施例1
（1）深孔构件的结构图如图5，材料为30CrMnSiNi2A，最大外径为296mm、最大壁厚为36mm、总长2460mm。
（2）管坯件壁厚与直径之比设计为0.14，棒料在环形炉中将坯料加热至1120±10℃，在热轧穿孔机上进行三辊热轧穿孔，穿孔芯棒采用H13钢，芯棒直径为218mm，芯棒内部通循环冷却水，三辊斜轧的螺旋角α在16°、倾斜角β在10.5°；如图1至图3所示。当穿孔完后的毛管接着进行限动芯棒三辊连轧延伸，通过芯棒保证轧件的壁厚，芯棒直径为216mm；接着在多架三辊张力减径机上进行微张力定径，其中初始机架的最大减径率为2.14%，成品机架的最大减径率为0.48%，前一机架的孔型短半轴小于后一机架的长半轴。
（3）盲孔件成形选用的棒料直径为300mm，在电阻炉中加热至1120±10℃，反挤压模具的凸凹模预热温度为300℃，反挤压件变形量50.1%。反挤压采用的设备如图4所示。
（4）将管坯件、盲孔件在热处理炉中进行退火处理，退火温度为680±10℃，保温时间2.5h，炉冷至450℃后出炉空冷至室温。
（5）将管坯件、盲孔件焊接部位进行加工与除锈处理，采用TIG焊（Tungsten InertGas Welding）方法将管坯件、盲孔件进行打底层预连接，焊条采用HTG-1高温合金材料，焊条预热温度250℃、保温时间1.5h；接着电弧焊方法焊接覆盖层，焊条采用H18Mn2CrMoB低氢型材料，焊条预热温度220℃、保温时间1.5h。
（6）在860℃温度保温0.5h后进行油淬，然后在260℃回火2.5h。
（7）对深孔构件进行取样测试，母体抗拉强度大于1600MPa、屈服强度大于1400MPa、延伸率大于11%，焊接接头抗拉强度大于1400MPa、屈服强度大于1200MPa、延伸率大于15%。
实施例2
（1）深孔构件的结构图如图6，材料为40CrNi2Si2MoVA，最大外径为380mm、最大壁厚为45mm、总长2930mm。
（2）管坯件壁厚与直径之比设计为0.15，在环形炉中将坯料加热至1150±10℃，在热轧穿孔机上进行三辊热轧穿孔，穿孔芯棒采用H13钢，芯棒直径为270mm，芯棒内部通循环冷却水，三辊斜轧的螺旋角α在16°、倾斜角β在10.5°；当穿孔完后的毛管接着进行限动芯棒三辊连轧延伸，通过芯棒保证轧件的壁厚，芯棒直径为268mm；接着在多架三辊张力减径机上进行微张力定径，其中初始机架的最大减径率为2.36%，成品机架的最大减径率为0.45%，前一机架的孔型短半轴小于后一机架的长半轴。
（3）盲孔件成形选用的棒料直径为384mm，在电阻炉中加热至1150±10℃，反挤压模具的凸凹模预热温度为300℃，反挤压件变形量52.7%。
（4）将管坯件、盲孔件在热处理炉中进行退火处理，退火温度为700±10℃，保温时间2.5h，炉冷至450℃后出炉空冷至室温。
（5）将管坯件、盲孔件焊接部位进行加工与除锈处理，采用TIG焊方法将管坯件、盲孔件进行打底层预连接，焊条采用HTG-1高温合金材料，焊条预热温度220℃、保温时间2h；接着电弧焊方法焊接覆盖层，焊条采用H18Mn2CrMoB低氢型材料，焊条预热温度220℃、保温时间2h。
（6）在870℃温度保温0.5h后进行油淬，然后在300℃回火2h。
（7）对深孔构件进行取样测试，母体抗拉强度大于1800MPa、屈服强度大于1600MPa、延伸率大于10%，焊接接头抗拉强度大于1500MPa、屈服强度大于1100MPa、延伸率大于12%。
Claims (1)
1.一种高强合金深孔构件的快速成形方法，其特征在于：包括如下步骤：管坯件成形、盲孔件成形、退火、复合焊接和热处理；
管坯件成形，管坯件的壁厚与外径之比小于0.4，始锻加热温度1100～1200℃，然后进行三辊热轧穿孔、连轧延伸、微张力定径，三辊斜轧穿孔的螺旋角α在13°～20°、倾斜角β在10°～15°，初始机架的最大减径率小于3%，成品机架的最大减径率小于0.5%，前一机架的孔型短半轴小于后一机架的孔型长半轴；
盲孔件成形，计算棒料下料尺寸，棒料加热温度1100～1200℃，进行热反挤压成形，变形量30～70%；
退火，是将管坯件、盲孔件进行同炉退火，退火温度650～750℃，保温时间2～3h，炉冷至适当温度出炉空冷至室温；
复合焊接，采用TIG焊焊接打底层和电弧焊焊接覆盖层的方法，将管坯件和盲孔件进行连接，TIG焊采用高温合金焊条，电弧焊采用低氢型焊条；焊条烘烤温度200～300℃、保温时间1.5～2h，管坯件和盲孔件的焊接部位预热温度220～250℃；
热处理，在860～900℃温度保温0.5～1min后进行油淬，然后在260～300℃回火2～3h。
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