航天用GH3600合金管材生产工艺优化

航天用GH3600合金管材作为广泛应用于运载火箭上及动力装置的氢氧火箭发动机，是我国航天新一代运载火箭发展规划研制的新型发动机的重要组成部分，每台发动机喷管延伸段需要372根GH3600合金无缝管材。目前，美国正在规划以氢氧火箭发动机为基础的轨道转移飞行器及单级入轨的航天飞机，为登月研制的土星火箭，其二、三级采用J-2氢氧发动机。法国等西欧国家研制的阿里安火箭以及日本正在研制的运载火箭的上面级均采用氢氧发动机作为其主动力装置。GH3600合金无缝管也是我国新一代的氢氧发动机的主要配套产品和关键攻关项目。目前国内镍基管材的开坯主要采用锻造或斜轧穿孔工艺。科研人员通过改进挤压开坯方式、控制加工工艺、退火工艺及成品的清洗方式，提高了管材的成品率及组织稳定性。

该产品的原料要求不同于国标中对于GH3600合金的技术要求，其主要区别在于“真空感应+电渣重熔”的熔炼方式及夹杂成分的要求。原料尺寸Φ145mm×2820mm，锻态，晶粒度3～6级。

国内镍基管材一般采用的开坯方式主要包括锻造(挤压)及斜轧穿孔。其中锻造工艺主要应用于各种结构件的开坯，斜轧穿孔工艺主要应用于管材的开坯。斜轧穿孔工艺效率高、成品率高，但由于自身的结构限制，不论是两辊、三辊斜轧穿孔开坯，材料的受力方式都不是三向压应力，从而使管坯的横截面上不可避免地产生了环状微裂纹而影响后续加工。因此，航天用GH3600合金管材选用挤压开坯方式。

经过多次的试验总结，挤压开坯设备选用25MN卧式挤压机，挤压参数为：加热温度960～980℃(低档慢速)，保温时间90～120min，挤压速度80～100mm•s-1，挤压比6.5～8.0。挤压后用Φ20～Φ90mm七辊矫直机矫直，挤压后管坯晶粒度为7.5～10级。

产品的一般道次变形加工率20%～60%，退火间道次加工率浮动范围不能太大，以保证成品管材的晶粒度均匀，退火间总加工率57%～67%。同时为了提高成品管材的内窥镜通过率，在管坯规格为Φ39mm×5mm时，对管坯进行内表面镗孔。经过对比，在管坯规格为Φ39mm×5mm时对管坯追加镗孔处理可明显增加成品的复检通过率。GH3600合金管的退火工艺：退火温度970±30℃，保温时间45min，停炉温度≤150℃，真空度≤10-2Pa。

常规的管材内表面的清洗方法主要采用溶剂长时间浸泡以及超声波结合溶剂浸泡清洗。这两种方式各自有其明显的优点，并在实际生产中大量采用，但是对于长度大于5m并且长径比大于1000的金属管材的清洗，效果不明显。因此，对GH3600合金成品管材清洗改用溶剂浸泡加酒精浸泡的脱脂棉球，通过高压气体清洗的方法。经过多次试验，该方法的综合成本及清洁效果较好。

航天用GH3600合金管材生产工艺优化对提高我国航天发展的综合实力起到一定的促进作用。