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近年来，随着我国航天事业的不断发展，进一步提升空间探测能力的需求越来越迫切，我国已启动研制了大推力、大运载能力火箭。火箭采用全新的增压输送系统，波纹管是增压输送系统的重要组件，用于输送高温增压气体和低温液体燃料，同时通过自身尺寸的改变补偿增压输送管路在总装测试、燃料加注、储箱增压、箭体飞行过程中因温度变化和振动引起的结构变形。与传统增压输送系统相比，新型增压输送系统波纹管承受的振动量级更大，工作条件更严酷，这对制造波纹管的钢带性能提出了更高要求，波纹管用钢带的研制与供应已成为整个火箭研制的重要组成部分。

一、波纹管用钢带的研制过程

波纹管用钢带的研制分为方案初始、方案改进和方案确定3个阶段，各阶段又包含需求、方案和试验3个环节，如图1所示。在研制过程中，通过需求分析提出波纹管的性能需求，根据波纹管的性能需求选定钢带的技术方案，由工艺试验测试钢带在波纹管制造和试验中的各项性能，然后再回到需求环节，针对工艺试验结果查找存在问题，改进技术方案，采取迭代的方式层层优化，最终找到最优的钢带技术方案，并完成研制。

1.方案初始阶段

（1）需求分析

在工作中，波纹管需要在高低温条件下承受高频振动，补偿管路系统尺寸变化，完成腐蚀性流体的输送；要求波纹管在高低温条件下具备良好的刚度、强度、抗疲劳性能和耐腐蚀性能，这些性能需要通过波纹管用钢带的材料性能进行实现。波纹管和钢带应具备的性能见表1。

图1 钢带研制过程示意图

表1 波纹管和钢带应具备的性能

表2 初始方案发现的问题

（2）初始方案

综合钢带的各项性能要求，初始方案选择的钢带技术状态为“钢带，06Cr17Ni12Mo2，固溶-BA表面-PT，GB/T3280-2007，宽度400mm，各相应厚度规格”。其中，“BA表面”表示光亮热处理，能够获得较好的表面质量，“PT”表示厚度公差较高精度。初始方案所选钢带具备的性能，能够较好地契合需求分析中对钢带的要求，而且所选技术状态属于国家标准范围内，便于物资供应、研制工作快速展开。

（3）工艺试验

钢带技术状态提出后，订货工作紧急启动；钢带到货后，开始进行波纹管试制加工，加工中先把钢带卷曲成圆筒形，再对圆筒纵向焊缝进行焊接，然后把多层圆筒套合在一起，进行波纹成型加工；波纹管加工完成后，分别进行外观检验、气密性试验、强度试验、振动试验和高低温试验，并对波纹管各项性能进行测试。

2.方案改进阶段

（1）问题发现

通过工艺试验，波纹管在加工和试验环节发现的问题见表2。

在上述分析中，初始方案钢带存在宽度偏窄、厚度公差过大、抗拉强度偏低、表面粗糙度过大和碳含量偏高等问题，需要进行相应的方案改进。

（2）方案改进

基于发现的问题和分析结果，对方案进行以下几个方面的改进。

增大钢带宽度。为了减少圆筒拼接片数和焊缝数量，综合考虑宽度增加造成的厚度公差精度降低的不利影响，方案将钢带宽度从原来的400mm增加到600mm。

加严厚度公差。为避免钢带实际厚度因靠近公差下限而偏薄，方案将原来的厚度公差PT精度要求进一步加严。

增加表面粗糙度要求。初始方案钢带表面质量要求为BA表面（光亮退火表面），属于过程控制，缺少对表面粗糙度的量化要求，改进后要求钢带表面粗糙度优于Ra0.3μm。

降低钢带碳含量。初始方案钢带牌号06Cr17Ni12Mo2的碳含量要求为不大于0.08%，改进后钢带牌号调整为022Cr17Ni12Mo2，碳含量要求为不大于0.03%，碳含量上限降低了0.05%，其它元素含量不变，这样既能减少焊接过程中碳元素析出对焊缝的不利影响，又能不影响钢带的高温耐腐蚀性能和防低温脆化性能。

提高钢带抗拉强度要求。初始方案钢带抗拉强度要求为不小于515MPa，根据工艺试验中的数据分析，当抗拉强度实测值达到540MPa时，波纹管的刚度和强度良好，所以方案将抗拉强度要求提高为不小于540MPa，屈服强度保持初始方案的不小于205MPa。

由于022Cr17Ni12Mo2碳含量较低，抗拉强度和屈服强度在GB/T3280-2007中的标准值是较低的，而改进方案对这2项指标值的提高，形成了新钢带的供应难点。

在上述各项改进措施中，对钢带厚度公差、表面粗糙度和力学性能的新要求都超出了国家标准范围，无法在标准内选用，所以只能以特殊要求的形式提出。新方案钢带采购到货后，研制单位进行了新一轮波纹管工艺试验和需求验证，结果显示，新方案钢带解决了前期波纹管加工和试验中存在的问题，波纹管的各项性能均满足型号使用要求，新方案技术状态有效。

3.方案确定阶段

为了便于后续的技术状态管理，改进方案通过需求验证后，由钢带研制单位牵头、检测单位和生产厂家共同参与编制形成了运载火箭波纹管用钢带专用技术条件——不锈钢022Cr17Ni12Mo2钢带技术条件，明确了钢带的各项技术要求，规范了检验方法和验收规则，这对钢带的质量控制提供了有力保障。

二、波纹管用钢带的物资供应

波纹管用钢带是型号重要的原材料，技术指标多、工艺试验复杂、研制周期长，同时也是整个型号研制的短线之一。通过采取多种措施严把技术要求关和供应进度关，确保了型号研制以及型号投产的物资供应。

1.通过设计选型保证物资供应

对一项材料的设计选型，既关系到零件性能的实现，又关系到生产加工和材料供应等后续环节。在钢带研制的方案初始阶段，经过充分的需求分析，设计单位在GB/T3280-2007标准范围内对钢带技术指标进行选型，以使钢带供应过程具有成熟的国家标准作支撑，厂家投产和产品验收规范顺畅，进而确保了研制工作的顺利展开。

2.在供需关系中把握主动

一是双生产厂家保证供应。在方案改进阶段，钢带牌号由06Cr17Ni12Mo2调整为022Cr17Ni12Mo2，抗拉强度和屈服强度要求提高到540MPa和205MPa，大幅增加了钢带的生产难度，使得生产厂家只同意试生产，但不能保证合格率和交货期，这给研制工作的正常进行带来较大风险。为了扭转被动局面，采购单位紧急开拓新的生产厂家，分别组织上海和大连的2家公司同时进行攻关投产，最终大连公司生产出了合格产品，确保了后续研制工作的顺利进行。

二是编制独立的专用技术条件。过去的型号研制过程中通常是由生产厂家牵头编制专用技术条件，作为生产厂家的企业标准发布给采购单位，设计单位和采购单位再按照企业标准进行图纸选用和材料供应，这造成了生产厂家的供货垄断局面，当生产厂家发生企业重组、设备改造和政策调整等重大情况时，常常严重影响型号物资供应。

在编制波纹管用钢带专用技术条件之前，为了避免出现这种被动局面，设计单位牵头组织研制各方主导编制，形成了独立于生产厂家的航天企业标准——不锈钢022Cr17Ni12Mo2钢带技术条件，为将来的钢带供应赢得了主动。

3.分解需求数量，确保型号供应

2017年，某型号运载火箭紧急启动投产，采购单位向大连公司发出波纹管用钢带订货要求，但由于大连公司前期厂址搬迁和设备调试，生产线上滞留大量未执行合同，不能满足交货期要求，使得钢带供应陷入困境。

采购单位经过梳理、分析认为，虽然大连公司不能满足交货期要求，但存在变通的可能性，因为如果贸然更换生产厂家，新厂家也需要一个过程才能适应钢带技术条件，这并不能有效解决交货期问题，甚至还会带来质量隐患。

面对此情况，采购单位通过分解需求数量，与大连公司进行沟通、协调，主要措施包括：一是清理型号钢带需求，分解出首发火箭用量和后续发火箭用量；二是清理研制阶段留存的各项库存钢带，按照专用技术条件进行理化检验，合格品用于首发火箭使用；三是对于首发火箭仍然缺料的部分，组织大连公司按照最高优先级插队安排生产，由于缺料项数不多，数量不大，对大连公司总体生产秩序影响不大；四是对于后续发火箭需求的钢带，组织大连公司按照正常交货期安排生产，采购单位定期跟产。通过上述措施的实施，确保了首发火箭和后续发火箭的钢带供应。

三、实践效果

全新的运载火箭波纹管用钢带的研制与供应满足了复杂工作环境下火箭对波纹管性能的要求，确保了型号研制及投产的材料供应。

1.满足了波纹管的性能要求

在对波纹管需求分析的基础上，通过两轮设计选型和工艺试验，提出了满足波纹管性能要求，同时便于生产加工和材料供应的钢带技术状态。

2.形成了独立的专用技术条件

钢带技术状态明确后，编制形成了独立于生产厂家的航天企业标准——不锈钢022Cr17Ni12Mo2钢带技术条件，并最终落实到图纸中，确保了后续钢带供应的主动性。

3.确保了型号研制的材料供应

方案初始阶段，通过在GB/T3280-2007标准范围内进行钢带选型，使得钢带供应有了国家标准作支撑，供应过程规范顺畅，确保了研制工作的快速展开。在方案改进阶段，钢带供应难度大幅提高，通过组织2个生产厂家同时攻关生产，提高了钢带供应的可靠性，确保了后续研制工作的顺利进行。

4.确保了型号投产的材料供应

型号紧急投产后，面对钢带生产厂家受厂址搬迁和设备调试影响，在不能满足交货期要求的情况下采购单位积极应对，充分利用库存资源、分解型号首发和后续发缺料数量，组织厂家分批排产，既确保了首发火箭的紧急需求，又确保了后续发火箭的大批量需求。

从波纹管用钢带的研制和供应过程可以看到，好的设计选型能够促进材料供应，而好的材料供应又是设计意图在型号研制和投产中得以实现的物资保证，二者存在辩证统一的关系。波纹管用钢带是运载火箭用重要原材料，在后续的钢带供应工作中还应继续做好生产厂家的开拓工作，以提高供应渠道可靠性，同时还要做好钢带的战略储备工作，做到切实保证型号物资供应。