CN101358772A - 一种高压给水加热器的u形无缝钢管 - Google Patents

Abstract

一种高压给水加热器的U形无缝钢管，涉及高压给水加热器，其特征在于：由原料管先经多次冷拔、后经环孔型模具一次冷轧、再过盈径向加工成形，该U形无缝高加管各处的横截面均呈封闭的圆环状或近似圆环状，且壁厚在1至4毫米之间，管外径在12至32毫米之间，所述U形高加管展开后的长度在12至35米之间。本发明拉伸试验平均屈服强度为340MPa，平均抗拉强度为530MPa，平均延伸率为36.7％，完全符合高压给水加热器的使用要求，具有低成本、高性能的双重优点。

Description

一种高压给水加热器的U形无缝钢管

技术领域

本发明涉及高压给水加热器，更具体地说，涉及一种主要用于制备高压给水加热器的U形无缝钢管的材料和和用该材料制备的高加管及其制备、包装方法。

背景技术

高压给水加热器是大型火力发电机组汽水循环系统中必不可少的关键设备，其作用是利用做功后的蒸汽加热进入锅炉的给水，从而提高机组效率，降低能耗，减少排放，保护环境。U形管是实现热交换的压力边界，是决定高压给水加热器性能的核心部件。随着国家节能减排、保护环境的要求日益增高以及电力工业，尤其是火电工业的迅猛发展，大容量、高参数的超临界、超超临界机组已经成为当前火力发电机组的发展方向，高加U形管的需求量日益增加。目前这类U形高加管由少数公司所垄断，价格昂贵，且产能低，同时进口产品存在交货周期较长等问题，严重制约了我国火电工业的发展规模和速度。

为此高压给水加热器的制造商欲采用国内生产的U形无缝管替代进口产品，但是目前制备U形无缝管常用材料SA556 C2，其C和Mn的含量范围较宽(C≤0.30％，Mn：0.29～1.06％)，存在力学性能不稳定的缺点。当C≤0.15％时，高加U形管的强度过低，达不到使用要求；当C≥0.27％时，材料的强度过高，塑性较差，加工和焊接难度大。同时Mn的含量范围过宽，同样会带来类似的后果。此外目前的高加U形管在直管制造过程中大多采用冷拔工艺，由于该工艺对管件施加的是单纯纵向拉应力，管件在变形过程中易产生各种缺陷，其尺寸精度和表面质量均不高，同时直管长度也有局限。所以选用SA556 C2材质经冷拔工艺制成的高加U形管大多存在管壁过厚、管径较粗、长度不够、U形弯弧部位的尺寸不够精准及表面质量较差等缺点，因此如何提供一种力学性能符合使用要求且性能稳定的超长、超薄及弯头部位呈半圆弧过度的高加U形无缝钢管是本发明中创作人的研创动机所在。

中国专利ZL200310113100.7，“U形无缝不锈钢管及其加工工艺”，使用的材料为奥氏体不锈钢，其成形加工工艺和钢管结构与本专利有相似之处，但因材质不同，热处理工艺则完全不同，其主要应用低压和耐腐蚀领域，而本专利产品则用于高温、高压环境。

有鉴于此，本发明中的申请人凭借其多年从事相关行业的实践与经验，已成功申请的相关专利(“U形无缝不锈钢管及其加工工艺”、专利号ZL200310113100.7)，通过配合环孔型模具冷轧、过盈径向加压成U形的加工工艺，可制造出适用于各种低压给水加热器的U形无缝不锈钢管；鉴于高加给水加热器用无缝钢管的特殊要求，以及考虑到产品性能与生产成本的最佳结合，经潜心研究与开发，设计出一种高加管材料，将C和Mn含量控制在更窄范围，既保证其力学性能，又有利于加工和焊接；同时限制了有害元素S、P含量，防止MnS夹杂物的析出，提高了钢管的纯净度。同时采用冷拔和冷轧相结合的冷加工工艺，保证了高加U形管直管的表面质量、尺寸精度，并使直管长度大大增加，利用弯管成型模具并采用过盈径向加压法，制造出超长、薄壁及弯头部位呈半圆弧过渡的U形无缝高加管，并结合U形无缝高加管的材质、外形等方面的特点设计出特殊的包装工艺。

发明内容

本发明的主要目的之一在于提供一种制备高加U形管的材料。

本发明的主要目的之一还在于提供一种使用上述材料制备的高加U形管。

本发明的另一目的在于提供一种使用上述材料制备的高加U形管的制备方法。

本发明的另一目的还在于提供一种使用上述材料制备的高加U形管的包装方法。

一种用于制备高加U形管的材料，其特征在于：按质量分数计算，包含以下组分：0.15～0.27％的C，0.17～0.50％的Si，0.50～1.06％的Mn，≤0.25％的Cr，≤0.15％的Mo，≤0.08％的V，≤0.25％的Ni，≤0.20％的Cu，≤0.030％的P，≤0.030％的S，余量为Fe。

采用上述材料制备成原料管的加工工艺为常规热穿孔工艺，详见双远华主编《现代无缝钢管生产技术》(化学工业出版社，2008)。

利用上述材料制备的高加U形无缝钢管，其特征在于：由原料管先经多次冷拔、后经环孔型模具一次冷轧、再过盈径向加工成形，该U形无缝高加管各处的横截面均呈封闭的圆环状或近似圆环状，且壁厚在1至4毫米之间，管外径在12至32毫米之间，所述U形高加管展开后的长度在12至35米之间。

本发明中高加U形无缝管的制备方法，包括有下列步骤：

1)原料管的准备；

2)通过冷拔设备将原料管连续冷拔至管外径在38±0.40毫米、壁厚在2.95±0.3毫米的中间坯管；

3)通过冷拔设备将步骤2)中完成的中间坯管进一步冷拔到管外径在30～32毫米、壁厚在3.00～3.80毫米的中间半成品管；

4)将步骤3)中完成的中间半成品管经由环孔型模具及冷轧设备冷轧至管外径在16至19毫米、壁厚在1.7～3.0毫米、长度在12至35米之间的成品直管，在此过程中中间半成品管与成品直管之间的延伸率达2.45至2.97之间；

5)利用弯管成型模具将步骤4)中完成的成品直管弯成U形管；

6)对经步骤5)中的U形管的弯头部位进行去应力热处理；

7)对步骤6)后的U形管浸入水基防锈液中进行防锈处理，然后进行包装；水基防锈液的有效成分是脂肪酸盐。

另外，所述步骤2)中利用冷拔设备配合内模顶头连续进行两次冷拔，逐步减小钢管外径、减小其壁厚。

另外，所述步骤2)后对所述中间坯管进行退火热处理，热处理后进行矫直、酸洗、磷化、皂化处理。

另外，所述步骤3)中利用冷拔设备对步骤2)后的中间坯管进行空拔，减小钢管外径、增加其壁厚。

另外，所述步骤3)后对所述中间半成品管进行退火热处理，热处理后进行矫直、酸洗、中和、钝化处理。

另外，利用多频次压力擦拭工艺对步骤4)中完成的成品直管进行去油和清洁处理，采用浸泡丙酮的纤维布，并借助高压气枪的压力(≥4MP)，推进纤维布穿过成品直管内部的多频次擦拭工艺。

另外，对经所述步骤4)去油和清洁处理后的成品直管进行保护气氛光亮热处理，该保护气氛光亮热处理采用氨分解后氮气与氢气体积比1∶3的混合气体，光亮热处理后进行矫直、防锈处理。

另外，所述步骤5)中利用弯管成型模具并采用过盈径向加压法使经步骤4)完成的成品直管弯成U形管，且在弯头部位呈半圆弧过渡。

另外，所述步骤6)中对U形无缝高加管的弯头部位采用中频接触式加热进行去应力热处理，热处理温度≥600℃。

另外，所述步骤7)中防锈处理后的U形无缝高加管利用梳型支架根据不同弯曲半径进行分层叠垒箱装。

本发明中的无缝高加U形管主要用于电站汽轮机辅机中的高压给水加热器，具有口径小，线度长、管壁薄且均匀、弯头部位成半圆弧过渡等特征，性能上完全符合高压给水加热器的使用要求。

本发明研究开发了高压给水加热器的新材料，不仅大大降低了高压给水加热器的制造成本，同时提高了性能；采用加长的冷轧机及特殊的环孔型模具，解决了超长、细小钢管的加工难题，冷轧出超长、细小、壁薄特征的成品直管；利用弯管成型模具并采用过盈径向加压法，很好地消除了无缝高加U形管的反弹影响，并使无缝高加U形管弯头各处的横截面均呈封闭的圆环状或近似圆环状；采用对成品直管的保护气氛光亮热处理和小半径弯管的局部去应力热处理，提高了U形管工艺和力学性能，并有利于U形管在胀接时与高压给水加热器管板间更好地贴合；采用防锈处理，防止管材在生产流转和运输过程中的锈蚀，同时不影响管子-管板封口焊接；利用梳状支架将U形高加管分层叠垒，大大提高了包装密度，避免了运输过程中的损坏，同时方便用户安装。

附图说明

图1是本发明中U形无缝高加管的结构流程图

图2为本发明中U形无缝高加管的工艺示意图

图3为本发明中U形无缝高加管于弯管工艺中弯管模具的结构示意图

图4为本发明中U形无缝高加管于弯管工艺中弯管模具的剖视示意图

图5为本发明中U形无缝高加管于包装工艺中叠垒后的俯视示意图

图6为本发明中U形无缝高加管于包装工艺中叠垒后的剖视示意图

图中数字分别表示：

1.成品高加U形管  2.弯管成型模具  3.木箱  4.塑料薄膜  5.VPI薄膜  6.聚乙烯塑料薄膜  7.隔条  8.垫块  9.泡沫苯乙烯

具体实施方式：

下面将结合附图对本发明中的具体实施例做进一步详细说明。

实例中选用原料按质量分数计算，包含以下主要组分：0.19％的C，0.23％的Si，0.91％的Mn，0.013％的P，0.004％的S，0.25％的Cr，0.05％的Mo，0.04％的V，0.20％的Ni，0.10％的Cu，，余量为Fe。

如图2所示，本发明中高加U形管1成形后的管外径在12至32毫米之间，壁厚在1至4毫米之间，所述U形管展开后的长度在12至35米之间。

欲制造本发明中的管外径为16±0.10mm、壁厚在2±0.20mm、长度在24至30m中间的小口径、薄壁、特长U形无缝高加管，可采用下面实施例来完成。

实施例

如图1所示，制得小口径、薄壁、特长U形无缝高加管包括下列步骤：

1)将穿孔后得到Φ51mm×4.25mm的管坯进行切尾、打头、平整、酸洗、磷化、皂化、磨修后，制得原料管；

2)通过冷拔设备配合内模顶头将原料管经过两次冷拔，钢管外径先后减小至45±0.50mm和38±0.40mm，壁厚先后减为3.45±0.30mm和2.95±0.30mm，制得中间坯管；

3)对步骤2)中的中间坯管进行退火热处理，热处理后进行矫直、酸洗、磷化、皂化处理；

4)通过冷拔设备对经过退火热处理、矫直、酸洗、磷化、皂化处理后的中间坯管进一步空拔，减小管外径至30±0.20mm、增加管壁厚至3.10±0.30mm，制得中间半成品管；

5)对步骤4)后对所述中间半成品管进行退火热处理，热处理后进行矫直、酸洗、中和、钝化处理；

6)通过冷轧设备配合孔型模具对经过退火热处理、矫直、酸洗、中和、钝化处理后的中间半成品管一次性冷轧至管外径为16±0.10mm、壁厚在2±0.20mm、长度在24至30m之间的成品直管，在此过程中中间半成品管与成品直管之间的延伸率可达2.97；

7)利用多频次压力擦拭工艺对步骤6)中完成的成品直管进行去油和清洁处理，采用浸泡丙酮的纤维布，并借助于高压气枪的压力推进纤维布穿过成品直管内部，经过多次擦拭即可擦去成品直管内部的油污，保证了小口径、特长管内壁的高清洁要求；

8)对步骤7)经过去油和清洁处理后的成品直管进行保护气氛光亮正火处理，该保护气氛光亮热处理采用氨分解后氮气与氢气体积比1∶3的混合气体；

9)对经过保护气氛光亮热处理后的成品直管，进行矫直处理，并对成品直管进行防锈处理，防止成品直管在生产流转中发生锈蚀；

10)利用弯管成型模具并采用过盈径向加压法将步骤9)中经保护气氛光亮热处理、矫直、防锈处理后的成品质管弯成特长、薄壁、无缝的U形高加管；

11)对经步骤10)弯管处理后的U形无缝高加管的弯头部位进行去应力热处理，该热处理采用中频接触式加热设备对U形弯头部位进行局部热处理，消除弯制成形时弯头部位产生的冷加工应力，一般只需对弯曲半径较小的U形无缝高加管进行处理，同时在加热和冷却期间，管子内腔通入惰性气体，防止内壁加热区的氧化；

12)对经步骤10和步骤11)后的U形无缝高加管进行检验，包括理化检验、水压检验、合格后进行防锈处理，避免成品U形无缝高加管表面在运输、储存和设备制造中发生锈蚀，最后采用自主研发的利用梳状支架将U形无缝高加管分层叠垒包装工艺，大大提高了包装密度，既避免了运输过程中的损坏，同时方便用户安装。

如图3和图4所示，本实施例中采用过盈径向加压法进行冷弯的方式，为了防止弯制后产生反弹及小半径弯头内侧出现皱纹和压扁管子的现象，将弯管成型模具2制成圆半径小于成形后弯头部位的半径，并在成形时采用加压方式，使钢管弯制前产生预变形，以保证管子反弹后弯头部位的尺寸符合要求，并且采用该弯管成型模具2与加压方式后所弯制而成的管子具有表面光滑度好、不起皱纹等优点。

如图5和图6所示，本实施例中对成品U形无缝高加管采取分层叠垒装于木箱3中，箱内衬有塑料薄膜4和VPI薄膜5，箱子的顶部也应覆上一层聚乙烯塑料薄膜6，以防止管子在装卸、运输和贮存时可能受到的污染和受潮；所有U形管弯头放置在同一个方向；同一层根据U形管弯头半径大小，由里向外依次排放，相邻管子间用呈梳子状的隔条7与垫块8隔开，以便从上到下抽出中心或较小弯曲半径的管子时，外层或较大弯曲半径的管子不会产生塌陷；在U形管的直管端用泡沫苯乙烯9与箱壁隔开，并起到固定作用，防止在运输途中发生碰撞而影响管子质量。采用本实施例中的包装方法，不仅在运输过程中减少损伤，同时大大方便用户安装使用。

综上所述，选用调整成分后的20MnGJ作为原料，经采用上述生产工艺制得的U形无缝高加管展开直管长度为12～35m、最小壁厚可达2±0.20mm、弯头椭圆度≤5％、弯头弯曲半径公差≤1.5mm；拉伸试验平均屈服强度为340MPa，平均抗拉强度为530Mpa，平均延伸率为36.7％，完全符合高压给水加热器的使用要求，具有低成本、高性能的双重优点。

另外，上述虽然对本发明中的较佳实施例作了说明，但并不能作为本发明的保护范围，即对本领域的技术人员来说应明白，在不脱离本发明的设计精神下可对其做出等效的变化与修饰，因此，凡是在不脱离本发明的设计精神下所作的等效变化与修饰，均应认为落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1、一种高压给水加热器的U形无缝钢管，其特征在于：由原料管先经多次冷拔、后经环孔型模具一次冷轧、再过盈径向加工成形，该U形无缝高加管各处的横截面均呈封闭的圆环状或近似圆环状，且壁厚在1至4毫米之间，管外径在12至32毫米之间，所述U形高加管展开后的长度在12至35米之间。

2、根据权利要求1所述的一种高压给水加热器的U形无缝钢管，其特征在于：管外径为16±0.10mm、壁厚在2±0.20mm、长度在24至30m。

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