一種高壓給水加熱器的u形無縫鋼管的製備方法
2023-07-21 06:47:46
專利名稱：一種高壓給水加熱器的u形無縫鋼管的製備方法
技術領域：
本發明涉及高壓給水加熱器，更具體地說，涉及一種主要用於製備高壓給水加熱器的U 形無縫鋼管的材料和和用該材料製備的高加管及其製備、包裝方法。
背景技術：
高壓給水加熱器是大型火力發電機組汽水循環系統中必不可少的關鍵設備，其作用是利 用做功後的蒸汽加熱進入鍋爐的給水，從而提高機組效率，降低能耗，減少排放，保護環境。 u形管是實現熱交換的壓力邊界，是決定高壓給水加熱器性能的核心部件。隨著國家節能減
排、保護環境的要求日益增高以及電力工業，尤其是火電工業的迅猛發展，大容量、高參數 的超臨界、超超臨界機組已經成為當前火力發電機組的發展方向，高加u形管的需求量曰益 增加。目前這類u形高加管由少數公司所壟斷，價格昂貴，且產能低，同時進口產品存在交
貨周期較長等問題，嚴重製約了我國火電工業的發展規模和速度。
為此高壓給水加熱器的製造商欲採用國內生產的u形無縫管替代進口產品，但是目前制
備U形無縫管常用材料SA556 C2,其C和Mn的含量範圍較寬(C《0.30%, Mn: 0.29 ~ 1.06% ), 存在力學性能不穩定的缺點。當C《0.15。/。時，高加U形管的強度過低，達不到使用要求；當 0 0.27%時，材料的強度過高，塑性較差，加工和焊接難度大。同時Mn的含量範圍過寬， 同樣會帶來類似的後果。此外目前的高加U形管在直管制造過程中大多採用冷拔工藝，由於 該工藝對管件施加的是單純縱向拉應力，管件在變形過程中易產生各種缺陷，其尺寸精度和 表面質量均不高，同時直管長度也有局限。所以選用SA556C2材質經冷拔工藝製成的高加U 形管大多存在管壁過厚、管徑較粗、長度不夠、U形彎弧部位的尺寸不夠精準及表面質量較 差等缺點，因此如何提供一種力學性能符合使用要求且性能穩定的超長、超薄及彎頭部位呈 半圓弧過度的高加U形無縫鋼管是本發明中創作人的研創動機所在。
中國專利ZL200310113100.7, "U形無縫不鏽鋼管及其加工工藝"，使用的材料為奧氏 體不鏽鋼，其成形加工工藝和鋼管結構與本專利有相似之處，但因材質不同，熱處理工藝則 完全不同，其主要應用低壓和耐腐蝕領域，而本專利產品則用於高溫、高壓環境。
有鑑於此，本發明中的申請人憑藉其多年從事相關行業的實踐與經驗，已成功申請的相 關專利("U形無縫不鏽鋼管及其加工工藝"、專利號ZL200310113100.7),通過配合環孔
型模具冷軋、過盈徑向加壓成U形的加工工藝，可製造出適用於各種低壓給水加熱器的U形 無縫不鏽鋼管；鑑於高加給水加熱器用無縫鋼管的特殊要求，以及考慮到產品性能與生產成 本的最佳結合，經潛心研究與開發，設計出一種高加管材料，將C和Mn含量控制在更窄範 圍，既保證其力學性能，又有利於加工和焊接；同時限制了有害元素S 、 P含量，防止MnS 夾雜物的析出，提高了鋼管的純淨度。同時採用冷拔和冷軋相結合的冷加工工藝，保證了高 加U形管直管的表面質量、尺寸精度，並使直管長度大大增加，利用彎管成型模具並採用過 盈徑向加壓法，製造出超長、薄壁及彎頭部位呈半圓弧過渡的U形無縫高加管，並結合U形 無縫高加管的材質、外形等方面的特點設計出特殊的包裝工藝。
發明內容
本發明的主要目的之一在於提供一種製備高加U形管的材料。
本發明的主要目的之一還在於提供一種使用上述材料製備的高加u形管。 本發明的另 一 目的在於提供一種使用上述材料製備的高加u形管的製備方法。 本發明的另 一 目的還在於提供一種使用上述材料製備的高加u形管的包裝方法。
一種用於製備高加U形管的材料，其特徵在於按質量分數計算，包含以下組分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,餘量為Fe。
採用上述材料製備成原料管的加工工藝為常規熱穿孔工藝，詳見雙遠華主編《現代無縫 鋼管生產技術》(化學工業出版社，2008)。
利用上述材料製備的高加U形無縫鋼管，其特徵在於由原料管先經多次冷拔、後經環 孔型模具一次冷軋、再過盈徑向加工成形，該U形無縫高加管各處的橫截面均呈封閉的圓環 狀或近似圓環狀，且壁厚在1至4毫米之間，管外徑在12至32毫米之間，所述U形高加管 展開後的長度在12至35米之間。
本發明中高加U形無縫管的製備方法，包括有下列步驟
1) 原料管的準備；
2) 通過冷拔設備將原料管連續冷拔至管外徑在38士0.40毫米、壁厚在2.95±0.3毫米的中間坯 管；
3) 通過冷拔設備將步驟2)中完成的中間坯管進一步冷拔到管外徑在30~32毫米、壁厚在 3.00~3.80毫米的中間半成品管；
4) 將步驟3 )中完成的中間半成品管經由環孔型^f莫具及冷軋設備冷軋至管外徑在16至19毫
米、壁厚在1.7~3.0毫米、長度在12至35米之間的成品直管，在此過程中中間半成品 管與成品直管之間的延伸率達2.45至2.97之間；
5) 利用彎管成型模具將步驟4)中完成的成品直管彎成U形管；
6) 對經步驟5 )中的U形管的彎頭部位進行去應力熱處理；
7) 對步驟6)後的U形管浸入水基防鏽液中進行防鏽處理，然後進行包裝；水基防鏽液的有 效成分是脂肪酸鹽。
另外，所述步驟2)中利用冷拔設備配合內模頂頭連續進行兩次冷拔，逐步減小鋼管外 徑、減小其壁厚。
另外，所述步驟2)後對所述中間坯管進行退火熱處理，熱處理後進行矯直、酸洗、磷 化、皂化處理。
另外，所述步驟3)中利用冷拔設備對步驟2)後的中間坯管進行空拔，減小鋼管外徑、 增加其壁厚。
另外，所述步驟3)後對所迷中間半成品管進行退火熱處理，熱處理後進行矯直、酸洗、 中和、鈍化處理。
另外，利用多頻次壓力擁 拭工藝對步驟4)中完成的成品直管進行去油和清潔處理，採 用浸泡丙酮的纖維布，並藉助高壓氣槍的壓力(>4MP),推進纖維布穿過成品直管內部的多 頻次擦拭工藝。
另外，對經所述步驟4)去油和清潔處理後的成品直管進行保護氣氛光亮熱處理，該保 護氣氛光亮熱處理採用氨分解後氮氣與氫氣體積比1: 3的混合氣體，光亮熱處理後進行矯直、 防鏽處理。
另外，所述步驟5)中利用彎管成型模具並採用過盈徑向加壓法使經步驟4)完成的成品 直管彎成U形管，且在彎頭部位呈半圓弧過渡。
另外，所迷步驟6)中對U形無縫高加管的彎頭部位採用中頻接觸式加熱進行去應力熱 處理，熱處理溫度》60(TC。
另外，所述步驟7)中防鏽處理後的U形無縫高加管利用梳型支架根據不同彎曲半徑進 行分層疊壘箱裝。
本發明中的無縫高加U形管主要用於電站汽輪機輔機中的高壓給水加熱器，具有口徑小， 線度長、管壁薄且均勻、彎頭部位成半圓弧過渡等特徵，性能上完全符合高壓給水加熱器的
使用要求。
本發明研究開發了高壓給水加熱器的新材料，不僅大大降低了高壓給水加熱器的製造成 本，同時提高了性能；釆用加長的冷軋機及環孔型模具，解決了超長、細小鋼管的加工難題，
冷軋出超長、細小、壁薄特徵的成品直管；利用彎管成型模具並採用過盈徑向加壓法，很好 地消除了無縫高加U形管的反彈影響，並使無縫高加U形管彎頭各處的橫截面均呈封閉的圓 環狀或近似圓環狀；採用對成品直管的保護氣氛光亮熱處理和小半徑彎管的局部去應力熱處 理，提高了U形管工藝和力學性能，並有利於U形管在脹接時與高壓給水加熱器管板間更好 地貼合；採用防鏽處理，防止管材在生產流轉和運輸過程中的鏽蝕，同時不影響管子-管板 封口焊接；利用梳狀支架將U形高加管分層疊壘，大大提高了包裝密度，避免了運輸過程中 的損壞，同時方便用戶安裝。
圖1是本發明中U形無縫高加管的結構流程圖 圖2為本發明中U形無縫高加管的工藝示意圖
圖3為本發明中U形無縫高加管於彎管工藝中彎管模具的結構示意圖
圖4為本發明中U形無縫高加管於彎管工藝中彎管模具的剖視示意圖
圖5為本發明中U形無縫高加管於包裝工藝中疊壘後的俯視示意圖 圖6為本發明中U形無縫高加管於包裝工藝中疊壘後的剖視示意圖 圖中數字分別表示
1.成品高加U形管2.彎管成型模具3.木箱4.塑料薄膜5. VPI薄膜6.聚乙 烯塑料薄膜7.隔條8.墊塊9.泡沫苯乙烯
具體實施例方式
下面將結合附圖對本發明中的具體實施例做進一步詳細說明。
實例中選用原料按質量分數計算，包含以下主要組分0.19%的C, 0.23%的Si， 0.91% 的Mn, 0.013 y。的P， 0.004 。/。的S， 0.25。/。的Cr, 0.05 。/q的Mo， 0.04%的V, 0.20%的Ni， 0.10%的Cu，，餘量為Fe。
如圖2所示，本發明中高加U形管1成形後的管外徑在12至32毫米之間，壁厚在1至 4毫米之間，所述U形管展開後的長度在12至35米之間。
欲製造本發明中的管外徑為16士0.10mm、壁厚在2士0.20mm、長度在24至30m中間的小 口徑、薄壁、特長U形無縫高加管，可採用下面實施例來完成。
實施例
如圖l所示，製得小口徑、薄壁、特長U形無縫高加管包括下列步驟
1) 將穿孔後得到①51 mmx4.25mm的管坯進行切尾、打頭、平整、酸洗、磷化、皂化. 磨修後，製得原料管；
2) 通過冷拔設備配合內模頂頭將原料管經過兩次冷拔，鋼管外徑先後減小至 45士0.50醒和38士0.40mm，壁厚先後減為3.45士0.30mm和2.95±0.30 mm,製得中間坯管；
3) 對步驟2)中的中間坯管進行退火熱處理，熱處理後進行矯直、酸洗、磷化、皂化 處理；
4) 通過冷拔設備對經過退火熱處理、矯直、酸洗、磷化、皂化處理後的中間坯管進一 步空拔，減小管外徑至30士0.20mm、增加管壁厚至3.10±0.30 mm,製得中間半成品管；
5) 對步驟4)後對所述中間半成品管進行退火熱處理，熱處理後進行矯直、酸洗、中 和、鈍化處理；
6) 通過冷軋設備配合孔型模具對經過退火熱處理、矯直、酸洗、中和、鈍化處理後的 中間半成品管一次性冷軋至管外徑為16士0.10mm、壁厚在2士0.20mm、長度在24至30m之間 的成品直管，在此過程中中間半成品管與成品直管之間的延伸率可達2.97;
7) 利用多頻次壓力擦拭工藝對步驟6)中完成的成品直管進行去油和清潔處理，採用 浸泡丙酮的纖維布，並藉助於高壓氣槍的壓力推進纖維布穿過成品直管內部，經過多次擦拭 即可擦去成品直管內部的油汙，保證了小口徑、特長管內壁的高清潔要求；
8) 對步驟7)經過去油和清潔處理後的成品直管進行保護氣氛光亮正火處理，該保護 氣氛光亮熱處理採用氨分解後氮氣與氫氣體積比1: 3的混合氣體；
9) 對經過保護氣氛光亮熱處理後的成品直管，進行矯直處理，並對成品直管進行防鏽 處理，防止成品直管在生產流轉中發生鏽蝕；
10) 利用彎管成型it具並採用過盈徑向加壓法將步驟9)中經保護氣氛光亮熱處理、 矯直、防鏽處理後的成品質管彎成特長、薄壁、無縫的U形高加管；
11) 對經步驟10)彎管處理後的U形無縫高加管的彎頭部位進行去應力熱處理，該熱 處理採用中頻接觸式加熱設備對U形彎頭部位進行局部熱處理，消除彎製成形時彎頭部位產 生的冷加工應力， 一般只需對彎曲半徑較小的u形無縫高加管進行處理，同時在加熱和冷卻 期間，管子內腔通入惰性氣體，防止內壁加熱區的氧化；
12 )對經步驟10和步驟11 )後的U形無縫高加管進行4全驗，包括理化檢驗、水壓檢驗、 合格後進行防鏽處理，避免成品U形無縫高加管表面在運輸、儲存和設備製造中發生鏽蝕， 最後釆用自主研發的利用梳狀支架將U形無縫高加管分層疊壘包裝工藝，大大提高了包裝密 度，既避免了運輸過程中的損壞，同時方便用戶安裝。
如圖3和圖4所示，本實施例中採用過盈徑向加壓法進行冷彎的方式，為了防止彎制後 產生反彈及小半徑彎頭內側出現皺紋和壓扁管子的現象，將彎管成型才莫具2製成圓半徑小於 成形後彎頭部位的半徑，並在成形時採用加壓方式，使鋼管彎制前產生預變形，以保證管子 反彈後彎頭部位的尺寸符合要求，並且採用該彎管成型模具2與加壓方式後所彎制而成的管 子具有表面光滑度好、不起皺糹丈等優點。
如圖5和圖6所示，本實施例中對成品U形無縫高加管採取分層疊壘裝於木箱3中，箱 內襯有塑料薄膜4和VPI薄膜5，箱子的頂部也應覆上一層聚乙烯塑料薄膜6,以防止管子 在裝卸、運輸和貯存時可能受到的汙染和受潮；所有U形管彎頭放置在同一個方向；同一層 根據U形管彎頭半徑大小，由裡向外依次排放，相鄰管子間用呈梳子狀的隔條7與墊塊8隔 開，以便從上到下抽出中心或較小彎曲半徑的管子時，外層或較大彎曲半徑的管子不會產生 塌陷；在U形管的直管端用泡沫苯乙蜂9與箱壁隔開，並起到固定作用，防止在運輸途中發 生碰撞而影響管子質量。採用本實施例中的包裝方法，不僅在運輸過程中減少損傷，同時大 大方便用戶安裝使用。
綜上所述，經採用上述生產工藝製得的U形無縫高加管展開直管長度為12~35m、最小 壁厚可達2士0.20mm、彎頭橢圓度《5%、彎頭彎曲半徑公差《1.5mm;拉伸試驗平均屈服強 度為340MPa,平均抗拉強度為530Mpa，平均延伸率為36.7%,完全符合高壓給水加熱器的 使用要求，具有低成本、高性能的雙重優點。
另外，上述雖然對本發明中的較佳實施例作了說明，但並不能作為本發明的保護範圍， 即對本領域的技術人員來說應明白，在不脫離本發明的設計精神下可對其做出等效的變化與 修飾，因此，凡是在不脫離本發明的設計精神下所作的等效變化與修飾，均應認為落入本發 明的保護範圍。
權利要求
1.一種高壓給水加熱器的U形無縫鋼管的製備方法，包括有下列步驟:1)原料管的準備；2)通過冷拔設備將原料管連續冷拔至管外徑在38±0.40毫米、壁厚在2.95±0.3毫米的中間坯管；3)通過冷拔設備將步驟2)中完成的中間坯管進一步冷拔到管外徑在30～32毫米、壁厚在3.00～3.80毫米的中間半成品管；4)將步驟3)中完成的中間半成品管經由環孔型模具及冷軋設備冷軋至管外徑在16至19毫米、壁厚在1.7～3.0毫米、長度在12至35米之間的成品直管，在此過程中中間半成品管與成品直管之間的延伸率達2.45至2.97之間；5)利用彎管成型模具將步驟4)中完成的成品直管彎成U形管；6)對經步驟5)中的U形管的彎頭部位進行去應力熱處理；7)對步驟6)後的U形管進行防鏽處理，然後進行包裝。
2、權利要求1所述的一種高壓給水加熱器的U形無縫鋼管的製備方法，其 特徵在於所述步驟2)中利用冷拔設備配合內模頂頭連續進行兩次冷拔，逐步 減小鋼管外徑、減小其壁厚。
3、 權利要求1所迷的一種高壓給水加熱器的U形無縫鋼管的製備方法，其特 徵在於所述步驟2)後對所述中間坯管進行退火熱處理，熱處理後進行矯直、 酸洗、磷化、皂化處理。
4、 權利要求1所述的一種高壓給水加熱器的U形無縫鋼管的製備方法，其特 徵在於所述步驟3 )中利用冷拔設備對步驟2 )後的中間坯管進行空拔，減小 鋼管外徑、增加其壁厚。
5、 權利要求1所述的一種高壓給水加熱器的U形無縫鋼管的製備方法，其特 徵在於所述步驟3)後對所述中間半成品管進行退火熱處理，熱處理後進行矯 直、酸洗、中和、鈍化處理。
6、 權利要求1所述的一種高壓給水加熱器的U形無縫鋼管的製備方法，其特 徵在於利用多頻次壓力擦拭工藝對步驟4)中完成的成品直管進行去油和清潔 處理，採用浸泡丙酮的纖維布，並藉助高壓氣槍的壓力，推進纖維布穿過成品直 管內部的多頻次擦拭工藝，高壓氣槍的壓力》鬥MP。
7、 權利要求1所述的一種高壓給水加熱器的U形無縫鋼管的製備方法，其 特徵在於對經所述步驟4)去油和清潔處理後的成品直管進行保護氣氛光亮熱 處理，該保護氣氛光亮熱處理採用氨分解後氮氣與氫氣體積比1: 3的混合氣體， 光亮熱處理後進行矯直、防鏽處理。
8、 權利要求1所述的一種高壓給水加熱器的U形無縫鋼管的製備方法，其 特徵在於所述步驟5 )中利用彎管成型模具並採用過盈徑向加壓法使經步驟4 ) 完成的成品直管彎成U形管，且在彎頭部位呈半圓弧過渡。
9、 權利要求1所述的一種高壓給水加熱器的U形無縫鋼管的製備方法，其 特徵在於所述步驟6 )中對U形無縫高加管的彎頭部位採用中頻接觸式加熱進 行去應力熱處理，熱處理溫度》60(TC。
10、 權利要求1所述的一種高壓給水加熱器的U形無縫鋼管的製備方法， 其特徵在於步驟7)的包裝方法為將成品U形無縫高加管採^^分層疊壘裝於 木箱(3)中，箱內村有塑料薄膜(4)和VPI薄膜(5),箱子的頂部覆有一層 聚乙烯塑料薄膜(6);所有U形管彎頭放置在同 一個方向；同 一層根據U形管 彎頭半徑大小，由裡向外依次排放，相鄰管子間用呈梳子狀的隔條(7)與墊塊(8)隔開。
全文摘要
一種高壓給水加熱器的U形無縫鋼管的製備方法，涉及高壓給水加熱器，包括原料管的準備；通過冷拔設備將原料管連續冷拔至管外徑在38±0.40毫米、壁厚在2.95±0.3毫米的中間坯管；通過冷拔設備中間坯管進一步冷拔到管外徑在30～32毫米、壁厚在3.00～3.80毫米的中間半成品管；將中間半成品管經由環孔型模具及冷軋設備冷軋至管外徑在16至19毫米、壁厚在1.7～3.0毫米、長度在12至35米之間的成品直管；利用彎管成型模具成品直管彎成U形管；對U形管的彎頭部位進行去應力熱處理；對U形管進行防鏽處理，然後進行包裝。本發明製備的高加管拉伸試驗平均屈服強度為340MPa，平均抗拉強度為530MPa，平均延伸率為36.7％，完全符合高壓給水加熱器的使用要求，具有低成本、高性能的雙重優點。
文檔編號C21D8/10GK101372020SQ20081015615
公開日2009年2月25日 申請日期2008年10月6日 優先權日2008年10月6日
發明者莊建新 申請人:江蘇銀環精密鋼管股份有限公司