Selected Properties of Input Stock Material for the Production of Thin-Walled Cylindrical Products by Cold Flow Forming

This paper presents test results for the steel grade 15HGMV metallurgical purity, microstructure, method of production and effect on the mechanical performance of the input stock material for calibre 227 mm missile motor casings manufactured by cold flow forming. The reference product for the determination of preliminary design criteria of missile casings of the higher calibre were calibre 122 mm missiles manufactured in Poland. The final mechanical properties of the casings are a cumulative effect of quenching and tempering and strain hardening during cold flow forming. The research and industrial practice carried out so far have demonstrated that the production process of a Feniks missile (with a 1.5 mm thick casing wall) requires steel grades of extremely high purity. This steel grade is manufactured by VAD (Vacuum Arc Degassing) melting, followed by ESR (ElectroSlag Remelting) or, alternatively by melting and casting in vacuum oven. The content of hard and non-deformable non-metallic inclusions such as oxides is critical to the success of cold flow forming. The cal. 227 mm missile casings feature walls approximately 2.5 mm thick and produced by cold flow forming from a quenched and tempered intermediate product. New material specifications should be developed for this reason to enable correct cold flow forming and contribute to a significant improvement in the cost efficiency of manufacturing. The investigations covered herein were guided by an assumption that the thicker wall sections might make the material specifications applicable to lower-calibre missiles to restrictive and obsolete about cal. 227 missiles. After initial laboratory tests, this hypothesis will be verified in industrial experiments on the production of prototype missile casings from input stock materials varying in metallurgical purity.

W artykule przedstawiono wyniki badań czystości metalurgicznej stali 15CrMoV6-10-3 (15HGMV), mikrostruktury, sposobu jej uzyskania i wpływu na właściwości mechaniczne materiału przeznaczonego do wytwarzania eksperymentalnych korpusów silników rakiet kalibru 227 mm metodą zgniatania obrotowego na zimno. Produkowane w kraju rakiety kal. 122 mm stanowiły wyrób odniesienia do określenia wstępnych wymagań dla korpusów rakiet większego kalibru. Finalne właściwości mechaniczne korpusów są sumarycznym efektem ulepszania cieplnego i umocnienia odkształceniowego w procesie zgniatania obrotowego na zimno. Dotychczas przeprowadzone badania i praktyka przemysłowa, wykazały, że wytworzenie korpusu rakiety Feniks (o grubości ścianki ok. 1,5 mm) wymaga bardzo wysokiej czystości stali, którą uzyskuje się w procesie wytapiania w piecu elektrycznym z próżniowym odgazowaniem i następnym przetopem elektrożużlowym lub alternatywnie w procesie wytapiania i odlewania w piecu próżniowym. Szczególnie istotna w trakcie zgniatania obro owego jest zawartość twardych nieodkształcalnych wtrąceń niemetalicznych takich jak tlenki. Korpusy rakiet 227 mm charakteryzuje ścianka o grubości ok. 2,5 mm uzyskiwana metodą zgniatania obrotowego z półwyrobu ulepszonego cieplnie. Z tego powodu należy opracować nowe wymagania dla materiału do poprawnego przeprowadzenia procesu zgniatania obrotowego, które mogą przyczynić się do istotnej redukcji kosztów wytwarzania. Podejmując zagadnienie stwierdzono, że ze względu na większe grubości ścianek korpusów rakiet 227 mm, stosowanie dla nich wymagań dotyczących mniejszych kalibrów może być zbyt restrykcyjne i niekonieczne. Hipoteza ta po przeprowadzeniu wstępnych badań laboratoryjnych zostanie zweryfikowana na podstawie wyników eksperymentów przemysłowych wytwarzania prototypowych korpusów z materiałów o zróżnicowanym poziomie czystości metalurgicznej.