CN107363124A - 航空航天用无缝钢管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航空航天附件的生产技术领域，具体公开了一种航空航天用无缝钢管的制造方法，旨在解决现有生产方法制造航空航天用无缝钢管的成本较高的问题。该航空航天用无缝钢管的制造方法，包括制钢坯步骤、轧制步骤、热定径步骤、张力减径步骤和退火步骤。该制造方法通过采用“制钢坯→轧制→热定径→张力减径→退火”等工艺步骤生产制造航空航天用无缝钢管，取消了电渣扒皮锻坯步骤，直接使钢坯经周期轧管机组轧制得到初道管坯，再采用两次定径的方式得到相应的规格的成品管，在保证产品尺寸、性能满足要求的前提下，使得平均每吨管的生产成本降低9％左右，从而使产品更具经济实效，提高了产品的市场竞争力。
Description
技术领域
本发明属于航空航天附件的生产技术领域，具体涉及一种航空航天用无缝钢管的制造方法。
背景技术
随着航空航天事业的发展进入新的阶段，高水平或超高水平的航空航天活动更加频繁，航空航天技术的发展极大地引领和促进着航空航天材料的发展，推动航空航天材料朝着质量更高、品类更新、功能更强和更具经济实效的方向发展。30CrMnSiA是一种典型的Cr-Mn-Si系统的中碳调质钢，其特点是高的比强和高硬度，经调质后,具有优良的综合力学性能，常用来制造承受巨大冲击及循环载荷的中等截面的重要零件,如飞机起落架、发动机架、机翼主梁、翼梁接头、无缝钢管等,是目前飞机结构中应用最广泛的钢材。
除了以上的发展方向外，航空航天产品的经济实效也是也是一个急需发展的方向。现有的航空航天用无缝钢管为小口径30CrMnSiA无缝钢管，其采用连轧工艺生产，具体工艺为：“电渣扒皮锻坯→159连轧机组轧制→连续炉退火→探伤”。为满足钢管热处理、质量和使用等方面的要求，该工艺的坯料采用电渣扒皮锻坯，通过锻造使材料的组织致密、均匀，使其各向异性不明显等。但是，锻造工序需要花费的成本较高，导致整个产品的生产成本提高。
发明内容
本发明提供了一种航空航天用无缝钢管的制造方法，旨在解决现有生产方法制造航空航天用无缝钢管的成本较高的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：航空航天用无缝钢管的制造方法，包括制钢坯步骤和轧制步骤，还包括热定径步骤、张力减径步骤和退火步骤；
轧制步骤，将制钢坯步骤所制得的钢坯加热至1230～1270℃后，先对其进行穿孔，再采用周期轧管机将钢坯轧制为初道管坯；
热定径步骤，将初道管坯加热至880±10℃后，再采用定径机将初道管坯定径为二道管坯；
张力减径步骤，将二道管坯加热至880±10℃后，再采用张力减径机将二道管坯减径为成品管；
退火步骤，对成品管退火，制得航空航天用无缝钢管。
进一步的是，制钢坯步骤，包括以下工艺流程：原料选取→电炉冶炼→LF炉精炼→VD炉精炼→连铸或模注→电渣重熔→标记、检查、清理→钢坯入库。
进一步的是，制钢坯步骤中，在标记、检查、清理工序前，将制得的钢坯缓冷后冷送退火，在780±20℃的温度条件下保温12h。
进一步的是，轧制步骤中，在轧制后，对初道管坯进行外表面喷砂，并将初道管坯外表面的缺陷修磨干净。
进一步的是，轧制步骤中，采用环形炉对钢坯进行加热，炉温按1230～1270℃控制，加热时间大于等于6.5h；所采用的周期轧管机为Φ508mm周期轧管机。
进一步的是，热定径步骤中，采用再加热炉对初道管坯进行加热，炉温按900±15℃控制，出炉时初道管坯的温度按880±10℃控制，步进周期为72s。
进一步的是，热定径步骤中，所采用的定径机为十二机架三辊定径机。
进一步的是，张力减径步骤中，采用再加热炉对二道管坯进行加热，炉温按900±15℃控制，出炉时二道管坯的温度按880±10℃控制，步进周期为60s。
进一步的是，张力减径步骤中，所采用的张力减径机为二十四机架三辊张力减径机。
进一步的是，退火步骤中，采用连续炉进行退火；连续炉加热一段炉温按720±15℃控制，加热二段炉温按720±10℃控制，均热段炉温按710±10℃控制，步进周期为300s。
本发明的有益效果是：该制造方法通过采用“制钢坯→轧制→热定径→张力减径→退火”等工艺步骤生产制造航空航天用无缝钢管，取消了电渣扒皮锻坯步骤，直接使钢坯经周期轧管机组轧制得到初道管坯，再采用两次定径的方式得到相应的规格的成品管，在保证产品尺寸、性能满足要求的前提下，使得平均每吨管的生产成本降低9％左右，从而使产品更具经济实效，提高了产品的市场竞争力。另外，采用两次定径的方式，一方面为轧管提供更多的孔型选择，便于组织生产、提高生产的灵活性；另一方面，还有利于无缝钢管的尺寸精度控制。
附图说明
图1是实施例中Ⅲ号航空航天用无缝钢管的内壁处放大100倍后的金相显微图；
图2是实施例中Ⅲ号航空航天用无缝钢管的壁厚中部处放大100倍后的金相显微图；
图3是实施例中Ⅲ号航空航天用无缝钢管的外壁处放大100倍后的金相显微图；
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
航空航天用无缝钢管的制造方法，包括制钢坯步骤、轧制步骤、热定径步骤、张力减径步骤和退火步骤；
制钢坯步骤，一般包括以下工艺流程：原料选取→电炉冶炼→LF炉精炼→VD炉精炼→连铸或模注→电渣重熔→标记、检查、清理→钢坯入库；通常可以选择废钢和生铁作为主要原料；在标记、检查、清理工序前，一般还需将制得的钢坯缓冷后冷送退火，在780±20℃的温度条件下保温12h；
轧制步骤，将制钢坯步骤所制得的钢坯加热至1230～1270℃后，先对其进行穿孔，再采用周期轧管机将钢坯轧制为初道管坯；通常采用Φ508mm周期轧管机对穿孔后钢坯进行轧制；在轧制后，通常需要对初道管坯进行外表面喷砂，并将初道管坯外表面的缺陷修磨干净；对于初道管坯的质量，外径公差可按照±1.0％D进行控制，壁厚公差可按照±8％S进行控制；其中，D为标准航空航天用无缝钢管的外径，S为标准航空航天用无缝钢管的壁厚；
热定径步骤，将初道管坯加热至880±10℃后，再采用定径机将初道管坯定径为二道管坯；定径前一般需要高压水除磷，通常采用十二机架三辊定径机将初道管坯定径；
张力减径步骤，将二道管坯加热至880±10℃后，再采用张力减径机将二道管坯减径为成品管；减径前一般需要高压水除磷，通常采用二十四机架三辊张力减径机将二道管坯减径；
退火步骤，对成品管退火，制得航空航天用无缝钢管。
作为本发明的一种优选方案，轧制步骤中，采用环形炉对钢坯进行加热，炉温按1230～1270℃控制，加热时间大于等于6.5h。
作为本发明的另一种优选方案，热定径步骤中，采用再加热炉对初道管坯进行加热，炉温按900±15℃控制，出炉时初道管坯的温度按880±10℃控制，步进周期为72s。
作为本发明的再一种优选方案，张力减径步骤中，采用再加热炉对二道管坯进行加热，炉温按900±15℃控制，出炉时二道管坯的温度按880±10℃控制，步进周期为60s。
对成品管进行退火处理，能够均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒，调整硬度，消除内应力和加工硬化，改善钢的成形及切削加工性能。考虑到一次生产的钢管支数较多，为缩短周期，降低成本，优选采用连续炉进行退火；具体的温控过程为，连续炉加热一段炉温按720±15℃控制，加热二段炉温按720±10℃控制，均热段炉温按710±10℃控制，步进周期为300s。
作为本发明的又一种优选方案，该航空航天用无缝钢管的制造方法还包括对制得的航空航天用无缝钢管进行探伤的步骤。
本发明方法特别适用于利用30CrMnSiA钢制造航空航天用无缝钢管，通过该制造方法能有效地控制钢管的生产成本，且生产方法简单，适合大生产操作。
实施例
采用本发明方法生产制造航空航天用无缝钢管，要求制造规格为Ф127*19，选择钢号为30CrMnSiA的钢材进行制造。30CrMnSiA钢中各化学成分的重量百分比为：C 0.28％～0.34％，Si 0.90％～1.20％，Mn 0.80％～1.10％，Cr 0.80％～1.10％，Mo≤0.15％，Ni≤0.30％，W≤0.20％，V≤0.03％，Ti≤0.03％，P≤0.020％，S≤0.015％，Cu≤0.20％，余量为铁和杂质。
具体制造方法如下：
制钢坯步骤，选择废钢和生铁作为主要原料，其他原料按上述重量百分比进行获取，然后将原料依次经电炉冶炼、LF炉精炼、VD炉精炼、连铸和电渣重熔工序制成钢坯，钢坯为Φ350mm锭型；最后，将制得的钢坯缓冷后冷送退火，在780±20℃的温度条件下保温12h；其中，电渣重熔工序，自耗电极的规格为Φ240mm，电压按68～74V控制，电流按9200～10000A控制，渣量为40Kg；要求：自耗电极要砂干净；渣料要清洁、干燥，严格按基本操作规程做好起弧造渣工作；交换电极要快，作好补缩操作，钢坯头部夹渣必须严格清除；
轧制步骤，采用环形炉对钢坯进行加热，炉温按1230～1270℃控制，加热时间大于等于6.5h；钢坯加热后，先对其进行穿孔，再采用Φ508mm周期轧管机将钢坯轧制为初道管坯；初道管坯的外径公差按照±1.0％D进行控制，其壁厚公差按照±8％S进行控制；在轧制后，对初道管坯进行外表面喷砂，认真检查初道管坯内外表面质量，将初道管坯外表面的缺陷修磨干净；
热定径步骤，采用再加热炉对初道管坯进行加热，炉温按900±15℃控制，出炉时初道管坯的温度按880±10℃控制，步进周期为72s，逐齿布料；初道管坯加热后，再采用十二机架三辊定径机将初道管坯定径为二道管坯；定径前的高压水除鳞要正常使用，定径后如果二道管坯外表面氧化皮较严重需进行喷砂处理；
张力减径步骤，采用再加热炉对二道管坯进行加热，炉温按900±15℃控制，出炉时二道管坯的温度按880±10℃控制，步进周期为60s，逐齿布料；二道管坯加热后，再采用二十四机架三辊张力减径机将二道管坯减径为成品管；减径前的高压水除鳞要正常使用；
退火步骤，采用连续炉对成品管进行退火，制得航空航天用无缝钢管；连续炉加热一段炉温按720±15℃控制，加热二段炉温按720±10℃控制，均热段炉温按710±10℃控制，步进周期为300s；
探伤步骤，对制得的多根航空航天用无缝钢管分别进行探伤检查。
对上述实施例制得的航空航天用无缝钢管进行质量检验，结果如下：
(一)、产品外观检验结果：内外表面质量良好，无目视可见的裂纹、折叠、轧折、离层和结疤等缺陷存在。
(二)、产品尺寸检验结果：多根航空航天用无缝钢管中，外径最小为126.3mm、外径最大为127.8mm，壁厚最小为17.5mm、壁厚最大为20.8mm，满足用户使用要求(航空航天用无缝钢管的外径允许偏差为：D±0.75％，航空航天用无缝钢管的壁厚允许偏差为：S±10％)。
(三)、产品低倍及非金属夹杂物检验结果：
取样并分别标注批号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，金物检验结果见下表1，非金属夹杂物见下表2。
表1：金物检验
表2：非金属夹杂物
| 批号 | A粗 | A细 | B粗 | B细 | C粗 | C细 | D粗 | D细 | DS |
| Ⅰ | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.5 | 0 |
| Ⅱ | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.5 | 0 |
| Ⅲ | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.5 | 0 |
(四)、产品性能检验结果：各批号航空航天用无缝钢管的性能数据见下表3。
表3：航空航天用无缝钢管的性能数据
(五)、产品的微观检验结果：如图1、图2和图3所示，图1、图2和图3分别为Ⅲ号航空航天用无缝钢管的内壁处、壁厚中部处和外壁处放大100倍后的金相显微图，图中表示的组织为“珠光体+铁素体”，可见铁素体晶粒细小，珠光体呈块状，没有魏氏组织，内、中、外带状轻微，力学性能良好。
根据以上检验结果，可见采用本发明方法制造的航空航天用无缝钢管的表面质量、产品尺寸及各项性能指标均满足用户使用要求。而且，本发明方法通过采用“制钢坯→轧制→热定径→张力减径→退火”等工艺步骤生产制造航空航天用无缝钢管，取消了电渣扒皮锻坯步骤，直接使钢坯经周期轧管机组轧制得到初道管坯，再采用两次定径的方式得到相应的规格的成品管；与现有技术相比，平均每吨航空航天用无缝钢管的生产成本降低9％左右。
Claims (10)
1.航空航天用无缝钢管的制造方法，包括制钢坯步骤和轧制步骤，其特征在于：还包括热定径步骤、张力减径步骤和退火步骤；
轧制步骤，将制钢坯步骤所制得的钢坯加热至1230～1270℃后，先对其进行穿孔，再采用周期轧管机将钢坯轧制为初道管坯；
热定径步骤，将初道管坯加热至880±10℃后，再采用定径机将初道管坯定径为二道管坯；
张力减径步骤，将二道管坯加热至880±10℃后，再采用张力减径机将二道管坯减径为成品管；
退火步骤，对成品管退火，制得航空航天用无缝钢管。
2.如权利要求1所述的航空航天用无缝钢管的制造方法，其特征在于：制钢坯步骤，包括以下工艺流程：原料选取→电炉冶炼→LF炉精炼→VD炉精炼→连铸或模注→电渣重熔→标记、检查、清理→钢坯入库。
3.如权利要求2所述的航空航天用无缝钢管的制造方法，其特征在于：制钢坯步骤中，在标记、检查、清理工序前，将制得的钢坯缓冷后冷送退火，在780±20℃的温度条件下保温12h。
4.如权利要求1所述的航空航天用无缝钢管的制造方法，其特征在于：轧制步骤中，在轧制后，对初道管坯进行外表面喷砂，并将初道管坯外表面的缺陷修磨干净。
5.如权利要求4所述的航空航天用无缝钢管的制造方法，其特征在于：轧制步骤中，采用环形炉对钢坯进行加热，炉温按1230～1270℃控制，加热时间大于等于6.5h；所采用的周期轧管机为Φ508mm周期轧管机。
6.如权利要求1、2、3、4或5所述的航空航天用无缝钢管的制造方法，其特征在于：热定径步骤中，采用再加热炉对初道管坯进行加热，炉温按900±15℃控制，出炉时初道管坯的温度按880±10℃控制，步进周期为72s。
7.如权利要求6所述的航空航天用无缝钢管的制造方法，其特征在于：热定径步骤中，所采用的定径机为十二机架三辊定径机。
8.如权利要求1、2、3、4或5所述的航空航天用无缝钢管的制造方法，其特征在于：张力减径步骤中，采用再加热炉对二道管坯进行加热，炉温按900±15℃控制，出炉时二道管坯的温度按880±10℃控制，步进周期为60s。
9.如权利要求8所述的航空航天用无缝钢管的制造方法，其特征在于：张力减径步骤中，所采用的张力减径机为二十四机架三辊张力减径机。
10.如权利要求1、2、3、4或5所述的航空航天用无缝钢管的制造方法，其特征在于：退火步骤中，采用连续炉进行退火；连续炉加热一段炉温按720±15℃控制，加热二段炉温按720±10℃控制，均热段炉温按710±10℃控制，步进周期为300s。
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