CN116000574A - 一种薄壁筒型毛坯的制造方法及薄壁筒型毛坯及应用 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种薄壁筒形毛坯的制造方法及薄壁筒形毛坯及应用，涉及金属材料成型技术领域。所述薄壁筒形毛坯的制造方法包括制造管坯、制造无缝钢管、制造管段和制造薄壁筒型毛坯。在制造管坯步骤中，本申请通过对高纯净度的钢锭进行大变形比锻造，锻造比5～10，充分破碎铸态组织和夹杂物聚集，降低微观偏析，并通过控制末火次变形量35％～60％，促使管坯组织充分再结晶，使实心管坯获得尽可能均匀的细小再结晶组织，为保证成品薄壁筒体毛坯的高强度高韧性打下基础。
Description
技术领域
本申请涉及金属材料成型技术领域，特别涉及一种薄壁筒形毛坯的制造方法及薄壁筒形毛坯及应用。
背景技术
固体火箭发动机壳体采用超高强度钢制造。为了保证使用安全性，设计要求壳体抗拉强度≥1620MPa，断裂韧度≥80MPa.m0.5，且必须通过一定压力下的水压爆破试验考核，以避免低应力脆断，壳体所用薄壁筒型毛坯也要满足上述性能要求。此外，为了改善焊接性能，需降低壳体材料的碳含量。这种情况下，为了确保满足前述高强度高韧性，壳体材料的制造是有难度的，包括以下几方面：(1)纯净度要求高：要求P≤0.005％，S≤0.002％，[O]≤0.002％，[N]≤0.0035％；(2)晶粒度要求：壳体用薄壁筒型毛坯晶粒度应≥4级。
当前，薄壁筒型毛坯主要采用环轧方式生产。随着航天武器日益要求更远射程、更大机动能力，固体火箭发动机壳体的尺寸随之增加，壳体所用薄壁筒型毛坯的外径和高度更大。环轧方式生产薄壁筒型毛坯需经过分段下料、冲孔、扩孔等多个火次，工序复杂，金属利用率低。当薄壁筒型毛坯高度大于600mm时，还需制作马架等辅助工装进行马架扩孔，工序更复杂，生产效率低，金属利用率低，无法适应批量生产要求。公开号为CN112853079A的中国发明专利申请提出一种大直径薄壁高筒型环锻件成型方法，采用环轧方式，经过下料、镦拔冲孔、制坯、轧环制成高度518mm环锻件，仅成型就需至少三个火次，只适用于小批量生产，无法满足大型薄壁筒体毛坯的批量生产。
因此，近年来出现了采用无缝管生产薄壁筒型毛坯的技术。大多数无缝钢管采用连铸圆坯直接加热，经穿孔、热轧、减定径后制成，这种生产方式生产效率高，总体成材率高，便于批量生产。通常以凝固后的连铸坯作为管坯，为了尽可能破碎铸态组织，通常管坯加热温度≥1250℃，有的甚至高达1275～1290℃。如公开号为CN115074603A的中国发明专利申请采用连铸圆坯直接经穿孔轧管定径，管坯加热温度为1270-1275℃；公开号为CN115110010A的中国发明专利申请采用连铸坯直接加热，经穿孔热轧定径生产无缝钢管，管坯加热温度1260-1290℃；授权公告号为CN112974535B的中国发明专利以连铸圆坯作为管坯，经过加热、穿孔、斜轧和减径后获得无缝钢管，管坯均热段温度1220-1280℃；授权公告号为CN113817956B的中国发明专利对连铸圆坯进行加热、穿孔、轧制、定径后获得无缝钢管，管坯加热温度1240-1270℃。在这么高的加热温度下，通常材料具有较好的热塑性，但无缝钢管变形过程中，除了轧辊对轧件压下产生的基本变形外，还存在由于斜轧穿孔引起的附加变形，如轴向变形、切向变形、扭曲变形等，这些变形在横截面上呈不均匀分布，导致金属变形过程中产生剪切应力，可能造成裂纹、折叠、分层等缺陷。铸态组织存在夹杂物聚集、气孔、疏松等缺陷，晶粒粗大不均，塑性差，在钢管生产过程中更容易因附加变形的不均匀应变而引起前述裂纹、折叠、分层等缺陷。若以这种方式生产无缝钢管作为发动机壳体所用薄壁筒型毛坯，是无法满足壳体对高强度和高韧性要求的，也无法确保通过水压爆破考核。
发明内容
本申请的目的是提供一种薄壁筒形毛坯的制造方法及薄壁筒形毛坯及应用，解决现有的薄壁筒体毛坯制造方法无法满足批量生产要求或超高强度钢薄壁筒体毛坯高强度高韧性的性能要求的技术问题。
为实现上述目的，本申请实施例采用以下技术方案：一种薄壁筒型毛坯的制造方法，包括以下步骤：
制造管坯：对钢锭进行锻造，总变形比为5-10，末次火变形量为35-60％，得到实心管坯；
制造无缝钢管：对实心管坯依次进行加热、穿孔、轧管、减定径、冷却、高温回火，得到无缝钢管；
制造管段：对无缝钢管依次进行锯切、正火、球化退火，得到筒型毛坯用管段；
制造薄壁筒型毛坯：对筒型毛坯用管段进行机加工，得到所述薄壁筒型毛坯。
在上述技术方案中，本申请实施例通过对高纯净度的钢锭进行大变形比锻造，锻造比5～10，充分破碎铸态组织和夹杂物聚集，降低微观偏析，并通过控制末火次变形量35％～60％，促使管坯组织充分再结晶，使实心管坯获得尽可能均匀的细小再结晶组织，为保证成品薄壁筒体毛坯的高强度高韧性打下基础，使得本申请可以通过制造无缝钢管获得满足高强度高韧性的性能要求的超高强度钢薄壁筒体毛坯，并满足批量生产的要求。
进一步地，根据本申请实施例，其中，在制造管坯步骤中，管坯锻后埋砂冷却至100℃，然后按≤150℃/h升温至920℃正火，保温时间按壁厚系数2min/mm控制，出炉空冷至表面温度200℃，再按≤100℃/h升温至720℃保温，保温时间12-20h，炉冷至550℃后出炉空冷至室温。
进一步地，根据本申请实施例，其中，在制造无缝钢管步骤中，对管坯进行预热、加热和均热，均热温度为1200～1240℃。
进一步地，根据本申请实施例，其中，在制造无缝钢管步骤中，采用锥形穿孔机对管坯进行斜轧穿孔，穿孔开轧温度1190～1230℃，终轧温度1160～1200℃，穿孔阶段延伸系数为1.5～3，穿孔阶段直径扩径率为3％～10％。
进一步地，根据本申请实施例，其中，在制造无缝钢管步骤中，采用轧管机对穿孔后的毛管进行精轧，精轧温度1020～1170℃，轧管总延伸系数为2.2～4。
进一步地，根据本申请实施例，其中，在制造无缝钢管步骤中，减定径工序轧制入口温度为930～1120℃，出口温度为800～930℃，减径量控制在5％～15％。
进一步地，根据本申请实施例，其中，在制造无缝钢管步骤中，对减定径后的钢管以≥2.5℃/s的冷速进行快速冷却，冷至650℃-600℃时移至冷床空冷。
进一步地，根据本申请实施例，其中，在制造无缝钢管步骤中，对无缝钢管进行矫直、精整，然后进行表面涡流探伤和超声波无损探伤。
进一步地，根据本申请实施例，其中，在制造管段步骤中，按≤200℃/h升温至920℃正火，保温时间按壁厚系数2.5min/mm控制，出炉空冷至室温，再按≤120℃/h升温至800-850℃，保温时间1-5h，以≤30℃/h冷速炉冷至750℃后保温1-20h，以≤20℃/h冷速炉冷至550℃后出炉空冷至室温。
为了实现上述目的，本申请实施例还公开了一种薄壁筒型毛坯。
进一步地，根据本申请实施例，其中，薄壁筒型毛坯的外径≥320mm，外径/壁厚比为10～25。
进一步地，根据本申请实施例，其中，薄壁筒型毛坯的化学成分包括以下组分：
C：0.27-0.32％，Si：1.40-1.70％，Mn：0.70-1.00％，Cr：1.00-1.30％，Mo：0.40-0.55％，Ni：0.25％，V：0.08-0.15％、[O]＜0.002％，[N]＜0.0035％，[H]＜0.0002％，P≤0.005％，S≤0.002％，余量为Fe和不可避免杂质元素。
进一步地，根据本申请实施例，其中，薄壁筒型毛坯的抗拉强度≥1620MPa。
进一步地，根据本申请实施例，其中，薄壁筒型毛坯的断裂韧度≥80MPa.m0.5。
进一步地，根据本申请实施例，其中，薄壁筒体毛坯的晶粒度≥4级。
为了实现上述目的，本申请实施例还公开了一种薄壁筒型毛坯在发动机壳体上的应用。
与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：
本发明对钢锭进行锻造开坯，要求锻造比足够大5～10，以充分破碎铸态粗大组织，消除夹杂物聚集，尽可能在整个横截面上实现较大的均匀变形，通过控制末火次变形量，保证管坯组织充分再结晶，并通过对管坯进行正火，利用相变重结晶细化晶粒并进一步均匀组织，获得的实心棒材组织致密均匀，晶粒细小，为后续无缝钢管生产提供高质量的实心管坯。
管坯经加热后可一火生产无缝钢管，避免了现有技术采用环轧方式火次多，工序复杂，金属利用率低，难以批量生产的问题。管坯在锻造过程中经历了大变形，铸态组织和微观偏析等均得到显著改善，因此整个无缝管生产过程的延伸系数无需过大，但是为了促进高温加热后的粗大组织充分破碎和再结晶，穿孔过程的变形量也不宜过小，管坯穿孔过程的延伸系数为1.5～3，以保证管坯横截面上有较充分的变形，破碎粗大晶粒，促进变形再结晶；穿孔过程的直径扩径率控制在3％～10％，避免过大扩径率造成的内外表面缺陷，恶化壁厚不均。
无缝钢管经正火+球化退火后，可改善管材变形过程中的应变和组织不均匀，消除变形过程中的残余应力，改善碳化物的尺寸和形态，获得较低的硬度，为后续薄壁筒体毛坯的机加工创造良好的条件。
采用本发明的制造方法，可确保薄壁筒体毛坯满足抗拉强度≥1620MPa，断裂韧度≥80MPa.m0.5，由薄壁筒体毛坯制成的零件通过水压爆破考核。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案进行清楚、完整地描述，及优点更加清楚明白，对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“中”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“侧”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“一”、“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
出于简明和说明的目的，实施例的原理主要通过参考例子来描述。在以下描述中，很多具体细节被提出用以提供对实施例的彻底理解。然而明显的是，对于本领域普通技术人员，这些实施例在实践中可以不限于这些具体细节。在一些实例中，没有详细地描述公知方法和结构，以避免无必要地使这些实施例变得难以理解。另外，所有实施例可以互相结合使用。
本申请提供了一种薄壁筒形毛坯的制造方法，用于解决现有技术中存在技术问题。该问题在本申请背景技术中已指出，即：现有超高强度钢薄壁筒体毛坯采用环轧方式生产，工序复杂、火次多、金属利用率低、无法满足批量生产要求；常用无缝钢管采用连铸管坯经穿孔、轧管和减定径方式生产，但管坯加热温度过高，无法满足超高强度钢薄壁筒体毛坯高强度高韧性的性能要求。
为此，本申请提出的薄壁筒形毛坯的制造方法包括以下步骤：
制造管坯：对钢锭进行锻造，总变形比为5-10，末次火变形量为35-60％，得到实心管坯；
制造无缝钢管：对实心管坯依次进行加热、穿孔、轧管、减定径、冷却、高温回火，得到无缝钢管；
制造管段：对无缝钢管依次进行锯切、正火、球化退火，得到筒型毛坯用管段；
制造薄壁筒型毛坯：对筒型毛坯用管段进行机加工，得到所述薄壁筒型毛坯。
具体的，本申请实施例通过对高纯净度的钢锭进行大变形比锻造，锻造比5～10，充分破碎铸态组织和夹杂物聚集，降低微观偏析，并通过控制末火次变形量35％～60％，促使管坯组织充分再结晶，使实心管坯获得尽可能均匀的细小再结晶组织，为保证成品薄壁筒体毛坯的高强度高韧性打下基础，使得本申请可以通过制造无缝钢管获得满足高强度高韧性的性能要求的超高强度钢薄壁筒体毛坯，并满足批量生产的要求。优选的，锻造比为6-9，末火次变形量为40％～55％。
在此基础上，在制造管坯步骤中，管坯锻后埋砂冷却至100℃，然后按≤150℃/h升温至920℃正火，保温时间按壁厚系数2min/mm控制，出炉空冷至表面温度200℃，再按≤100℃/h升温至720℃保温，保温时间12-20h，炉冷至550℃后出炉空冷至室温。
此外，本申请通过进一步控制无缝钢管生产过程的参数，获得组织均匀晶粒细小的无缝钢管。考虑到本申请的管坯已经过大变形比的锻造变形，充分破碎了铸态组织和夹杂物聚集，减轻了微观偏析，因此在无缝钢管生产过程中，为了避免钢管成品晶粒粗大，将管坯均热温度控制为1200～1240℃，优选为1200-1220℃。斜轧穿孔阶段的变形量分配可适当提高，但不可过大以避免内外壁缺陷和严重壁厚不均。具体的，在管坯穿孔过程中，穿孔开轧温度1190～1230℃，优选为1210～1220℃，终轧温度1160～1200℃，优选为1180-1190℃，延伸系数为1.5～3，优选为1.6～2.8，穿孔过程的直径扩径率控制在3％～10％，优选为5％～10％；轧管阶段，通过精轧改善钢管内外壁表面质量和尺寸精度，总延伸系数为2.2～4，优选为2.2～3，精轧温度1020～1170℃，优选为1030～1150℃；减定径阶段，对毛管进一步加工以提高外径尺寸精度，降低壁厚不均匀性，减定径工序轧制入口温度为930～1120℃，优选为1000～1100℃，出口温度为800～930℃，优选为850-900℃，减径量控制在5％～15％；为了避免冷却过程中亚动态再结晶晶粒的长大，获得组织细小的无缝钢管，减定径后对钢管以≥2.5℃/s的冷速进行快速冷却，冷至650℃-600℃时移至冷床空冷。最后，对无缝钢管进行矫直、精整，然后进行表面涡流探伤和超声波无损探伤。
在制造管段步骤中，对锯切下料后的无缝钢管管段进行正火和球化退火，具体步骤为：按≤200℃/h升温至920℃正火，保温时间按壁厚系数2.5min/mm控制，出炉空冷至室温，再按≤120℃/h升温至800-850℃，优选为820-840℃，保温时间1-5h，优选为2-3h，以≤30℃/h冷速炉冷至750℃后保温1-20h，优选为6-12hr，以≤20℃/h冷速炉冷至550℃后出炉空冷至室温。通过上述步骤，充分消除残余应力，以保证管段机加工时尺寸稳定性，保证薄壁筒体毛坯的高尺寸精度要求。正火后，无缝钢管管段获得马氏体和贝氏体非平衡组织，球化退火时，在此非平衡组织基体上析出大量碳化物并逐渐成长为球状，可进一步降低硬度和残余应力，提高管段的可切削性，保证薄壁筒体毛坯的高尺寸精度要求。
此外，本申请还公开了一种薄壁筒型毛坯，外径≥320mm，外径/壁厚比为10～25。为了获得高强度高韧性的D406A钢薄壁筒体毛坯，其实心管坯的化学成分(以重量百分比计)包括：C：0.27-0.32％，Si：1.40-1.70％，Mn：0.70-1.00％，Cr：1.00-1.30％，Mo：0.40-0.55％，V：0.08-0.15％、[O]＜0.002％，[N]＜0.0035％，[H]＜0.0002％，P≤0.010％，S≤0.005％，余量为Fe和不可避免杂质元素，其中优选C含量为0.28-0.30％，优选P≤0.005％，优选S≤0.002％，优选[O]＜0.0015％，优选[N]＜0.0030％。
C是提高强度最有效的元素，但是过高C含量会导致韧性下降并提高碳当量，对焊接性能不利，故C含量优选为0.28-0.30％。
为了保证高强度下的高韧性，提高材料抵抗裂纹失稳扩展的能力，满足断裂韧度KIC≥80MPa.m0.5，需尽可能提高钢材纯净度，降低有害杂质元素含量，减少夹杂物数量，尤其是大尺寸夹杂物的尺寸和数量，故优选P≤0.005％，优选S≤0.002％，优选[O]≤0.0015％，优选[N]≤0.0025％。
P是影响塑性和韧性的有害元素，在D406A钢中应将其控制在较低水平，优选P≤0.005％。S元素在钢中主要以条状MnS夹杂物形式存在，影响钢的热塑性和冲击韧性，在D406A钢中严格控制其含量，优选S≤0.002％。氧和氮是有害脆性氧化物夹杂和氮化物夹杂的重要来源，对韧性不利，需严格控制，优选[O]≤0.0015％，优选[N]≤0.0025％。
通过严控上述元素的含量，获得D406A钢薄壁筒体毛坯，优选该D406A超高强度钢薄壁筒体毛坯的抗拉强度≥1620MPa，优选该D406A超高强度钢薄壁筒体毛坯的屈服强度
≥1320MPa，优选该D406A超高强度钢薄壁筒体毛坯的断裂韧度≥80MPa.m0.5。
以下结合具体实施例，对本发明的有益效果做进一步说明，但本申请并不限于这些实施例。
实施例1：
一种超高强度钢D406A钢锭，其化学成分(以重量百分数计)包括C：0.28％，Si：1.52％，Mn：0.86％，P：0.005％，S：0.002％，Cr：1.15％，Ni：0.25％，Mo：0.49％，V：0.10％，[O]：0.0007％，[N]：0.0015％，[H]：0.00006％。
钢锭加热至1200℃进行锻造，总锻造比7.3，末火次变形量54％，获得实心管坯。实心管坯加热至1220℃保温后，经斜轧穿孔获得毛管，穿孔开轧温度1213℃，终轧温度1182℃，穿孔阶段延伸率为1.77，扩径率为5.9％。毛管继续经轧管精轧，精轧温度1075℃，轧管总延伸率2.3。接着进行减定径轧制，入口温度1020℃，出口温度899℃，减径量13％，获得无缝钢管。无缝钢管经高温回火后进行矫直、精整后进行表面涡流探伤和超声波探伤，合格后入库。
将探伤合格的无缝钢管进行锯切下料，按120℃/h速率升温至920℃进行正火，保温时间按壁厚系数2.5min/mm控制，出炉空冷至室温，再按120℃/h升温至820℃，保温2h，以≤30℃/h冷速炉冷至750℃后保温6h，以≤20℃/h冷速炉冷至550℃后出炉空冷至室温。获得薄壁筒体毛坯管段。
再按照图纸要求，对薄壁毛坯筒体管段进行机加工，获得薄壁筒体毛坯。
实施例2：
一种超高强度钢D406A钢锭，其化学成分(以重量百分数计)包括C：0.29％，Si：1.50％，Mn：0.91％，P：0.005％，S：0.0015％，Cr：1.12％，Ni：0.25％，Mo：0.50％，V：0.10％，[O]：0.0005％，[N]：0.0013％，[H]：0.00005％。
钢锭加热至1200℃进行锻造，总锻造比8.2，末火次变形量52％，获得实心管坯。实心管坯加热至1220℃保温后，经斜轧穿孔获得毛管，穿孔开轧温度1218℃，终轧温度1162℃，穿孔阶段延伸率为1.87，扩径率为9.2％。毛管继续经轧管精轧，精轧温度1150℃，轧管总延伸率2.6。接着进行减定径轧制，入口温度1026℃，出口温度889℃，减径量5％，获得无缝钢管。无缝钢管经高温回火后进行矫直、精整后进行表面涡流探伤和超声波探伤，合格后入库。
将探伤合格的无缝钢管进行锯切下料，按150℃/h速率升温至920℃进行正火，保温时间按壁厚系数2.5min/mm控制，出炉空冷至室温，再按120℃/h升温至820℃，保温3h，以≤30℃/h冷速炉冷至750℃后保温10h，以≤20℃/h冷速炉冷至550℃后出炉空冷至室温。获得薄壁筒体毛坯管段。
再按照图纸要求，对薄壁毛坯筒体管段进行机加工，获得薄壁筒体毛坯。
实施例3：
一种超高强度钢D406A钢锭，其化学成分(以重量百分数计)包括C：0.30％，Si：1.56％，Mn：0.97％，P：0.005％，S：0.0013％，Cr：1.10％，Ni：0.25％，Mo：0.51％，V：0.11％，[O]：0.0006％，[N]：0.0012％，[H]：0.000065％。
钢锭加热至1200℃进行锻造，总锻造比8.6，末火次变形量51％，获得实心管坯。实心管坯加热至1220℃保温后，经斜轧穿孔获得毛管，穿孔开轧温度1218℃，终轧温度1182℃，穿孔阶段延伸率为2.3，扩径率为8.7％。毛管继续经轧管精轧，精轧温度1120℃，轧管总延伸率2.8。接着进行减定径轧制，入口温度1084℃，出口温度873℃，减径量14％，获得无缝钢管。无缝钢管经高温回火后进行矫直、精整后进行表面涡流探伤和超声波探伤，合格后入库。
将探伤合格的无缝钢管进行锯切下料，按120℃/h速率升温至920℃进行正火，保温时间按壁厚系数2.5min/mm控制，出炉空冷至室温，再按120℃/h升温至820℃，保温5h，以≤30℃/h冷速炉冷至750℃后保温8h，以≤20℃/h冷速炉冷至550℃后出炉空冷至室温。获得薄壁筒体毛坯管段。
再按照图纸要求，对薄壁毛坯筒体管段进行机加工，获得薄壁筒体毛坯。
实施例4：
一种超高强度钢D406A钢锭，其化学成分(以重量百分数计)包括C：0.30％，Si：1.53％，Mn：0.88％，P：0.005％，S：0.0015％，Cr：1.15％，Ni：0.25％，Mo：0.50％，V：0.11％，[O]：0.0008％，[N]：0.0011％，[H]：0.00006％。
钢锭加热至1200℃进行锻造，总锻造比8.3，末火次变形量48％，获得实心管坯。实心管坯加热至1230℃保温后，经斜轧穿孔获得毛管，穿孔开轧温度1220℃，终轧温度1172℃，穿孔阶段延伸率为2.1，扩径率为9.6％。毛管继续经轧管精轧，精轧温度1150℃，轧管总延伸率2.6。接着进行减定径轧制，入口温度1080℃，出口温度897℃，减径量13％，获得无缝钢管。无缝钢管经高温回火后进行矫直、精整后进行表面涡流探伤和超声波探伤，合格后入库。
将探伤合格的无缝钢管进行锯切下料，按120℃/h速率升温至920℃进行正火，保温时间按壁厚系数2.5min/mm控制，出炉空冷至室温，再按120℃/h升温至820℃，保温4h，以≤30℃/h冷速炉冷至750℃后保温11h，以≤20℃/h冷速炉冷至550℃后出炉空冷至室温。获得薄壁筒体毛坯管段。
再按照图纸要求，对薄壁毛坯筒体管段进行机加工，获得薄壁筒体毛坯。
实施例5：
一种超高强度钢D406A钢锭，其化学成分(以重量百分数计)包括C：0.285％，Si：1.45％，Mn：0.80％，P：0.005％，S：0.002％，Cr：1.10％，Ni：0.25％，Mo：0.485％，V：0.10％，[O]：0.0006％，[N]：0.0011％，[H]：0.00005％。
钢锭加热至1200℃进行锻造，总锻造比5.1，末火次变形量35％，获得实心管坯。实心管坯加热至1220℃保温后，经斜轧穿孔获得毛管，穿孔开轧温度1214℃，终轧温度1183℃，穿孔阶段延伸率为1.65，扩径率为6.3％。毛管继续经轧管精轧，精轧温度1135℃，轧管总延伸率2.7。接着进行减定径轧制，入口温度1010℃，出口温度850℃，减径量7％，获得无缝钢管。无缝钢管经高温回火后进行矫直、精整后进行表面涡流探伤和超声波探伤，合格后入库。
将探伤合格的无缝钢管进行锯切下料，按120℃/h速率升温至920℃进行正火，保温时间按壁厚系数2.5min/mm控制，出炉空冷至室温，再按120℃/h升温至820℃，保温4h，以≤30℃/h冷速炉冷至750℃后保温11h，以≤20℃/h冷速炉冷至550℃后出炉空冷至室温。获得薄壁筒体毛坯管段。
实施例6：
一种超高强度钢D406A钢锭，其化学成分(以重量百分数计)包括C：0.29％，Si：1.55％，Mn：0.56％，P：0.005％，S：0.0016％，Cr：1.13％，Ni：0.25％，Mo：0.49％，V：0.10％，[O]：0.0007％，[N]：0.0015％，[H]：0.00007％。
钢锭加热至1200℃进行锻造，总锻造比6.5，末火次变形量60％，获得实心管坯。实心管坯加热至1225℃保温后，经斜轧穿孔获得毛管，穿孔开轧温度1215℃，终轧温度1187℃，穿孔阶段延伸率为1.73，扩径率为7.4％。毛管继续经轧管精轧，精轧温度1128℃，轧管总延伸率2.9。接着进行减定径轧制，入口温度1030℃，出口温度870℃，减径量9％，获得无缝钢管。无缝钢管经高温回火后进行矫直、精整后进行表面涡流探伤和超声波探伤，合格后入库。
将探伤合格的无缝钢管进行锯切下料，按120℃/h速率升温至920℃进行正火，保温时间按壁厚系数2.5min/mm控制，出炉空冷至室温，再按120℃/h升温至820℃，保温4h，以≤30℃/h冷速炉冷至750℃后保温11h，以≤20℃/h冷速炉冷至550℃后出炉空冷至室温。获得薄壁筒体毛坯管段。
再按照图纸要求，对薄壁毛坯筒体管段进行机加工，获得薄壁筒体毛坯。
实施例7：
一种超高强度钢D406A钢锭，其化学成分(以重量百分数计)包括C：0.29％，Si：1.51％，Mn：0.89％，P：0.005％，S：0.002％，Cr：1.13％，Ni：0.25％，Mo：0.5％，V：0.10％，[O]：0.0009％，[N]：0.0016％，[H]：0.00006％。
钢锭加热至1200℃进行锻造，总锻造比9.5，末火次变形量40％，获得实心管坯。实心管坯加热至1230℃保温后，经斜轧穿孔获得毛管，穿孔开轧温度1219℃，终轧温度1184℃，穿孔阶段延伸率为2.45，扩径率为8.2％。毛管继续经轧管精轧，精轧温度1145℃，轧管总延伸率2.4。接着进行减定径轧制，入口温度1060℃，出口温度880℃，减径量12％，获得无缝钢管。无缝钢管经高温回火后进行矫直、精整后进行表面涡流探伤和超声波探伤，合格后入库。
将探伤合格的无缝钢管进行锯切下料，按120℃/h速率升温至920℃进行正火，保温时间按壁厚系数2.5min/mm控制，出炉空冷至室温，再按120℃/h升温至820℃，保温4h，以≤30℃/h冷速炉冷至750℃后保温11h，以≤20℃/h冷速炉冷至550℃后出炉空冷至室温。获得薄壁筒体毛坯管段。
再按照图纸要求，对薄壁毛坯筒体管段进行机加工，获得薄壁筒体毛坯。
实施例8：
一种超高强度钢D406A钢锭，其化学成分(以重量百分数计)包括C：0.30％，Si：1.49％，Mn：0.93％，P：0.005％，S：0.0017％，Cr：1.15％，Ni：0.25％，Mo：0.51％，V：0.11％，[O]：0.00012％，[N]：0.0017％，[H]：0.00008％。
钢锭加热至1200℃进行锻造，总锻造比9，末火次变形量58％，获得实心管坯。实心管坯加热至1220℃保温后，经斜轧穿孔获得毛管，穿孔开轧温度1215℃，终轧温度1185℃，穿孔阶段延伸率为2.8，扩径率为9.7％。毛管继续经轧管精轧，精轧温度1130℃，轧管总延伸率2.5。接着进行减定径轧制，入口温度1050℃，出口温度860℃，减径量11％，获得无缝钢管。无缝钢管经高温回火后进行矫直、精整后进行表面涡流探伤和超声波探伤，合格后入库。
将探伤合格的无缝钢管进行锯切下料，按120℃/h速率升温至920℃进行正火，保温时间按壁厚系数2.5min/mm控制，出炉空冷至室温，再按120℃/h升温至820℃，保温4h，以≤30℃/h冷速炉冷至750℃后保温11h，以≤20℃/h冷速炉冷至550℃后出炉空冷至室温。获得薄壁筒体毛坯管段。
再按照图纸要求，对薄壁毛坯筒体管段进行机加工，获得薄壁筒体毛坯。
对比例1：
一种超高强度钢D406A钢锭，其化学成分(以重量百分数计)包括C：0.27％，Si：1.57％，Mn：0.95％，P：0.006％，S：0.003％，Cr：1.16％，Ni：0.25％，Mo：0.51％，V：0.12％，[O]：0.00016％，[N]：0.0024％，[H]：0.00005％。
钢锭加热至1200℃进行锻造，总锻造比4.5，末火次变形量54％，获得实心管坯。实心管坯加热至1245℃保温后，经斜轧穿孔获得毛管，穿孔开轧温度1230℃，终轧温度1190℃，穿孔阶段延伸率为1.46，扩径率为6.7％。毛管继续经轧管精轧，精轧温度1157℃，轧管总延伸率2.03。接着进行减定径轧制，入口温度1108℃，出口温度906℃，减径量6％，获得无缝钢管。无缝钢管经高温回火后进行矫直、精整后进行表面涡流探伤和超声波探伤，合格后入库。
将探伤合格的无缝钢管进行锯切下料，按120℃/h速率升温至920℃进行正火，保温时间按壁厚系数2.5min/mm控制，出炉空冷至室温，再按120℃/h升温至820℃，保温4h，以≤30℃/h冷速炉冷至750℃后保温11h，以≤20℃/h冷速炉冷至550℃后出炉空冷至室温。获得薄壁筒体毛坯管段。
再按照图纸要求，对薄壁毛坯筒体管段进行机加工，获得薄壁筒体毛坯。
对比例2：
一种超高强度钢D406A钢锭，其化学成分(以重量百分数计)包括C：0.28％，Si：1.46％，Mn：0.83％，P：0.0045％，S：0.004％，Cr：1.15％，Ni：0.25％，Mo：0.50％，V：0.10％，[O]：0.00017％，[N]：0.0023％，[H]：0.00005％。
钢锭加热至1200℃进行锻造，总锻造比10.5，末火次变形量52％，获得实心管坯。实心管坯加热至1250℃保温后，经斜轧穿孔获得毛管，穿孔开轧温度1232℃，终轧温度1192℃，穿孔阶段延伸率为1.37，扩径率为9.5％。毛管继续经轧管精轧，精轧温度1135℃，轧管总延伸率2.15。接着进行减定径轧制，入口温度1095℃，出口温度894℃，减径量8％，获得无缝钢管。无缝钢管经高温回火后进行矫直、精整后进行表面涡流探伤和超声波探伤，合格后入库。
将探伤合格的无缝钢管进行锯切下料，按120℃/h速率升温至920℃进行正火，保温时间按壁厚系数2.5min/mm控制，出炉空冷至室温，再按120℃/h升温至820℃，保温4h，以≤30℃/h冷速炉冷至750℃后保温11h，以≤20℃/h冷速炉冷至550℃后出炉空冷至室温。获得薄壁筒体毛坯管段。
再按照图纸要求，对薄壁毛坯筒体管段进行机加工，获得薄壁筒体毛坯。
对比例3：
一种超高强度钢D406A钢锭，其化学成分(以重量百分数计)包括C：0.29％，Si：1.43％，Mn：0.79％，P：0.005％，S：0.0035％，Cr：1.2％，Ni：0.25％，Mo：0.49％，V：0.10％，[O]：0.0002％，[N]：0.003％，[H]：0.00006％。
钢锭加热至1200℃进行锻造，总锻造比7.3，末火次变形量20％，获得实心管坯。实心管坯加热至1255℃保温后，经斜轧穿孔获得毛管，穿孔开轧温度1234℃，终轧温度1195℃，穿孔阶段延伸率为1.69，扩径率为8.3％。毛管继续经轧管精轧，精轧温度1173℃，轧管总延伸率2.6。接着进行减定径轧制，入口温度1115℃，出口温度920℃，减径量10％，获得无缝钢管。无缝钢管经高温回火后进行矫直、精整后进行表面涡流探伤和超声波探伤，合格后入库。
将探伤合格的无缝钢管进行锯切下料，按120℃/h速率升温至920℃进行正火，保温时间按壁厚系数2.5min/mm控制，出炉空冷至室温，再按120℃/h升温至820℃，保温4h，以≤30℃/h冷速炉冷至750℃后保温11h，以≤20℃/h冷速炉冷至550℃后出炉空冷至室温。获得薄壁筒体毛坯管段。
再按照图纸要求，对薄壁毛坯筒体管段进行机加工，获得薄壁筒体毛坯。
对比例4：
一种超高强度钢D406A钢锭，其化学成分(以重量百分数计)包括C：0.30％，Si：1.65％，Mn：0.85％，P：0.005％，S：0.0032％，Cr：1.23％，Ni：0.25％，Mo：0.51％，V：0.10％，[O]：0.0017％，[N]：0.0035％，[H]：0.00006％。
钢锭加热至1200℃进行锻造，总锻造比8.2，末火次变形量70％，获得实心管坯。实心管坯加热至1240℃保温后，经斜轧穿孔获得毛管，穿孔开轧温度1234℃，终轧温度1198℃，穿孔阶段延伸率为2.19，扩径率为7.6％。毛管继续经轧管精轧，精轧温度1171℃，轧管总延伸率2.7。接着进行减定径轧制，入口温度1106℃，出口温度908℃，减径量13％，获得无缝钢管。无缝钢管经高温回火后进行矫直、精整后进行表面涡流探伤和超声波探伤，合格后入库。
将探伤合格的无缝钢管进行锯切下料，按120℃/h速率升温至920℃进行正火，保温时间按壁厚系数2.5min/mm控制，出炉空冷至室温，再按120℃/h升温至820℃，保温4h，以≤30℃/h冷速炉冷至750℃后保温11h，以≤20℃/h冷速炉冷至550℃后出炉空冷至室温。获得薄壁筒体毛坯管段。
再按照图纸要求，对薄壁毛坯筒体管段进行机加工，获得薄壁筒体毛坯。
表1是上述实施例制成的D406A钢薄壁筒体毛坯所用无缝钢管的力学性能。
表1
通过以上描述可见，本发明的实施例实现了以下效果：本申请通过大变形比锻造获得组织均匀致密、晶粒细小的实心管坯，再通过对实心管坯进行加热、斜轧穿孔、轧管、减定径后，获得无缝钢管，再通过对无缝钢管进行正火和球化退火，进一步细化晶粒，均匀组织，降低硬度，降低残余应力，确保机加工后薄壁筒体毛坯的高尺寸精度。本申请提出的技术方案提高解决了现有技术采用环轧生产薄壁筒体毛坯存在的火次多、金属利用率低、工序复杂、不适用于批量生产的问题。采用本申请技术方案制造的超高强度D406A钢薄壁筒体毛坯，性能满足高强度高韧性的要求，实现了抗拉强度≥1620MPa，断裂韧度≥80MPa.m0.5，晶粒度≥4级。
尽管上面对本申请说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本申请，但是本申请不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本申请精神和范围内，一切利用本申请构思的申请创造均在保护之列。
Claims (16)
1.一种薄壁筒型毛坯的制造方法，其特征在于，包括：
制造管坯：对钢锭进行锻造，总变形比为5-10，末次火变形量为35-60％，得到实心管坯；
制造无缝钢管：对所述实心管坯依次进行加热、穿孔、轧管、减定径、冷却、高温回火，得到无缝钢管；
制造管段：对所述无缝钢管依次进行锯切、正火、球化退火，得到筒型毛坯用管段；
制造薄壁筒型毛坯：对所述筒型毛坯用管段进行机加工，得到所述薄壁筒型毛坯。
2.根据权利要求1所述的一种薄壁筒型毛坯的制造方法，其特征在于，在所述制造管坯步骤中，管坯锻后埋砂冷却至100℃，然后按≤150℃/h升温至920℃正火，保温时间按壁厚系数2min/mm控制，出炉空冷至表面温度200℃，再按≤100℃/h升温至720℃保温，保温时间12-20h，炉冷至550℃后出炉空冷至室温。
3.根据权利要求1所述的一种薄壁筒型毛坯的制造方法，其特征在于，在所述制造无缝钢管步骤中，对管坯进行预热、加热和均热，均热温度为1200～1240℃。
4.根据权利要求1所述的一种薄壁筒型毛坯的制造方法，其特征在于，在所述制造无缝钢管步骤中，采用锥形穿孔机对管坯进行斜轧穿孔，穿孔开轧温度1190～1230℃，终轧温度1160～1200℃，穿孔阶段延伸系数为1.5～3，穿孔阶段直径扩径率为3％～10％。
5.根据权利要求1所述的一种薄壁筒型毛坯的制造方法，其特征在于，在所述制造无缝钢管步骤中，采用轧管机对穿孔后的毛管进行精轧，精轧温度1020～1170℃，轧管总延伸系数为2.2～4。
6.根据权利要求1所述的一种薄壁筒型毛坯的制造方法，其特征在于，在所述制造无缝钢管步骤中，减定径工序轧制入口温度为930～1120℃，出口温度为800～930℃，减径量控制在5％～15％。
7.根据权利要求1所述的一种薄壁筒型毛坯的制造方法，其特征在于，在所述制造无缝钢管步骤中，对减定径后的钢管以≥2.5℃/s的冷速进行快速冷却，冷至650℃-600℃时移至冷床空冷。
8.根据权利要求1所述的一种薄壁筒型毛坯的制造方法，其特征在于，在所述制造无缝钢管步骤中，对无缝钢管进行矫直、精整，然后进行表面涡流探伤和超声波无损探伤。
9.根据权利要求1所述的一种薄壁筒型毛坯的制造方法，其特征在于，在所述制造管段步骤中，按≤200℃/h升温至920℃正火，保温时间按壁厚系数2.5min/mm控制，出炉空冷至室温，再按≤120℃/h升温至800-850℃，保温时间1-5h，以≤30℃/h冷速炉冷至750℃后保温1-20h，以≤20℃/h冷速炉冷至550℃后出炉空冷至室温。
10.一种薄壁筒型毛坯，其特征在于，采用如权利要求1所述的一种薄壁筒型毛坯的制造方法制造而成。
11.根据权利要求10所述的一种薄壁筒型毛坯，其特征在于：所述薄壁筒型毛坯的外径≥320mm，外径/壁厚比为10～25。
12.根据权利要求10所述的一种薄壁筒型毛坯，其特征在于：所述薄壁筒型毛坯的化学成分包括以下组分：
C：0.27-0.32％，Si：1.40-1.70％，Mn：0.70-1.00％，Cr：1.00-1.30％，Mo：0.40-0.55％，Ni：0.25％，V：0.08-0.15％、[O]＜0.002％，[N]＜0.0035％，[H]＜0.0002％，P≤0.005％，S≤0.002％，余量为Fe和不可避免杂质元素。
13.根据权利要求10所述的一种薄壁筒型毛坯，其特征在于：所述薄壁筒型毛坯的抗拉强度≥1620MPa。
14.根据权利要求10所述的一种薄壁筒型毛坯，其特征在于：所述薄壁筒型毛坯的断裂韧度≥80MPa.m0.5。
15.根据权利要求10所述的一种薄壁筒型毛坯，其特征在于：所述薄壁筒体毛坯的晶粒度≥4级。
16.一种如权利要求1-9中的任一项所述的薄壁筒型毛坯的制造方法制造而成的薄壁筒型毛坯或如权利要求10-15中的任一项所述的薄壁筒型毛坯在发动机壳体上的应用。
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