專利名稱：一種高壓給水加熱器的u形無縫鋼管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓給水加熱器，更具體地說，涉及一種主要用于制備高壓給7jC加熱器的u
形無縫鋼管的材料和和用該材料制備的高加管及其制備、包裝方法。
背景技術(shù)：
高壓給水加熱器是大型火力發(fā)電機(jī)組汽水循環(huán)系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵設(shè)備，其作用是利 用做功后的蒸汽加熱進(jìn)入鍋爐的給水，從而提高機(jī)組效率，降低能耗，減少排放，保護(hù)環(huán)境。
U形管是實(shí)現(xiàn)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(jié)能減 排、保護(hù)環(huán)境的要求日益增高以及電力工業(yè)，尤其是火電工業(yè)的迅猛發(fā)展，大容量、高參數(shù) 的超臨界、超超臨界機(jī)組已經(jīng)成為當(dāng)前火力發(fā)電機(jī)組的發(fā)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(shù)公司所壟斷，價(jià)格昂貴，且產(chǎn)能低，同時(shí)進(jìn)口產(chǎn)品存在交 貨周期較長等問題，嚴(yán)重制約了我國火電工業(yè)的發(fā)展規(guī)模和速度。
為此高壓給水加熱器的制造商欲采用國內(nèi)生產(chǎn)的u形無縫管替代進(jìn)口產(chǎn)品，但是目前制 備U形無縫管常用材料SA556 C2,其C和Mn的含量范圍較寬(C《0.30%， Mn: 0.29 ~ 1.06% ), 存在力學(xué)性能不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。當(dāng)C《0.15。/。時(shí)，高加U形管的強(qiáng)度過低，達(dá)不到使用要求；當(dāng) C》0.27。/。時(shí)，材料的強(qiáng)度過高，塑性較差，加工和焊接難度大。同時(shí)Mn的含量范圍過寬， 同樣會(huì)帶來類似的后果。此外目前的高加U形管在直管制造過程中大多釆用冷拔工藝，由于 該工藝對(duì)管件施加的是單純縱向拉應(yīng)力，管件在變形過程中易產(chǎn)生各種缺陷，其尺寸精度和 表面質(zhì)量均不高，同時(shí)直管長度也有局限。所以選用SA556C2材質(zhì)經(jīng)冷拔工藝制成的高加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(zhǔn)及表面質(zhì)量較 差等缺點(diǎn)，因此如何提供一種力學(xué)性能符合使用要求且性能穩(wěn)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(fā)明中創(chuàng)作人的研創(chuàng)動(dòng)機(jī)所在。
中國專利ZL200310113100.7, "U形無縫不銹鋼管及其加工工藝"，使用的材料為奧氏 體不銹鋼，其成形加工工藝和鋼管結(jié)構(gòu)與本專利有相似之處，但因材質(zhì)不同，熱處理工藝則 完全不同，其主要應(yīng)用低樂和耐腐蝕領(lǐng)域，而本專利產(chǎn)品則用于高溫、高壓環(huán)境。
有鑒于此，本發(fā)明中的申請(qǐng)人憑借其多年從事相關(guān)行業(yè)的實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)，已成功申請(qǐng)的相 關(guān)專利("U形無縫不4秀鋼管及其加工工藝，，、專利號(hào)ZL200310113100.7),通過配合環(huán)孔 型模具冷軋、過盈徑向加壓成U形的加工工藝，可制造出適用于各種低壓給水加熱器的U形
無縫不銹鋼管；鑒于高加給水加熱器用無縫鋼管的特殊要求，以及考慮到產(chǎn)品性能與生產(chǎn)成 本的最佳結(jié)合，經(jīng)潛心研究與開發(fā)，設(shè)計(jì)出一種高加管材料，將C和Mn含量控制在更窄范 圍，既保證其力學(xué)性能，又有利于加工和焊接；同時(shí)限制了有害元素S、 P含量，防止MnS 夾雜物的析出，提高了鋼管的純凈度。同時(shí)采用冷拔和冷軋相結(jié)合的冷加工工藝，保證了高 加U形管直管的表面質(zhì)量、尺寸精度，并使直管長度大大增加，利用彎管成型模具并采用過 盈徑向加壓法，制造出超長、薄壁及彎頭部位呈半圓弧過渡的U形無縫高加管，并結(jié)合U形 無縫高加管的材質(zhì)、外形等方面的特點(diǎn)設(shè)計(jì)出特殊的包裝工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的之一在于提供一種制備高加U形管的材料。
本發(fā)明的主要目的之一還在于提供一種使用上述材料制備的高加u形管。 本發(fā)明的另一目的在于提供一種使用上述材料制備的高加u形管的制備方法。 本發(fā)明的另 一 目的還在于提供一種使用上述材料制備的高加u形管的包裝方法。
一種用于制備高加U形管的材料，其特征在于按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)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M,《0.20 %的Cu，《0.030 %的P, < 0.030 %的S,余量為Fe。
采用上述材料制備成原料管的加工工藝為常規(guī)熱穿孔工藝，詳見雙遠(yuǎn)華主編《現(xiàn)代無縫 鋼管生產(chǎn)技術(shù)》(化學(xué)工業(yè)出版社，2008)。
利用上述材料制備的高加U形無縫鋼管，其特征在于由原料管先經(jīng)多次冷拔、后經(jīng)環(huán) 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(huán) 狀或近似圓環(huán)狀，且壁厚在1至4毫米之間，管外徑在12至32毫米之間，所迷U形高加管 展開后的長度在12至35米之間。
本發(fā)明中高加U形無縫管的制備方法，包括有下列步驟
1) 原料管的準(zhǔn)備；
2) 通過冷拔設(shè)備將原料管連續(xù)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(shè)備將步驟2)中完成的中間坯管進(jìn)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(jīng)由環(huán)孔型模具及冷軋?jiān)O(shè)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(dá)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(duì)經(jīng)步驟5)中的U形管的彎頭部位進(jìn)行去應(yīng)力熱處理；
7) 對(duì)步驟6 )后的U形管浸入水基防銹液中進(jìn)行防銹處理，然后進(jìn)行包裝；水基防銹液的有 效成分是脂肪酸鹽。
另外，所述步驟2)中利用冷拔設(shè)備配合內(nèi)模頂頭連續(xù)進(jìn)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)后對(duì)所述中間坯管進(jìn)行退火熱處理，熱處理后進(jìn)行矯直、酸洗、磷 化、鬼化處理。
另外，所述步驟3)中利用冷拔設(shè)備對(duì)步驟2)后的中間坯管進(jìn)行空拔，減小鋼管外徑、 增加其壁厚。
另外，所述步驟3)后對(duì)所述中間半成品管進(jìn)行退火熱處理，熱處理后進(jìn)行矯直、酸洗、 中和、鈍化處理。
另外，利用多頻次壓力擦拭工藝對(duì)步驟4)中完成的成品直管進(jìn)行去油和清潔處理，采 用浸泡丙酮的纖維布，并借助高壓氣槍的壓力(>4MP)，推進(jìn)纖維布穿過成品直管內(nèi)部的多 頻次擦拭工藝。
另外，對(duì)經(jīng)所述步驟4)去油和清潔處理后的成品直管進(jìn)行保護(hù)氣氛光亮熱處理，該保 護(hù)氣氛光亮熱處理采用嚴(yán)分解后氮?dú)馀c氫氣體積比1: 3的混合氣體，光亮熱處理后進(jìn)行矯直、 防銹處理。
另外，所述步驟5 )中利用彎管成型模具并采用過盈徑向加壓法使經(jīng)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，所述步驟6 )中對(duì)U形無縫高加管的彎頭部位采用中頻接觸式加熱進(jìn)行去應(yīng)力熱 處理，熱處理溫度>600匸。
另夕卜，所述步驟7)中防銹處理后的U形無縫高加管利用梳型支架根據(jù)不同彎曲半徑進(jìn) 行分層疊壘箱裝。
本發(fā)明中的無縫高加U形管主要用于電站汽輪機(jī)輔機(jī)中的高壓給水加熱器，具有口徑小， 線度長、管壁薄且均勻、彎頭部位成半圓孤過渡等特征，性能上完全符合高壓給水加熱器的 使用要求。
本發(fā)明研究開發(fā)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制造成 本，同時(shí)提高了性能；采用加長的冷軋機(jī)及特殊的環(huán)孔型模具，解決了超長、細(xì)小鋼管的加
工難題，冷軋出超長、細(xì)小、壁薄特征的成品直管；利用彎管成型模具并釆用過盈徑向加壓 法，很好地消除了無縫高加U形管的反彈影響，并使無縫高加U形管彎頭各處的橫截面均呈 封閉的圓環(huán)狀或近似圓環(huán)狀；采用對(duì)成品直管的保護(hù)氣氛光亮熱處理和小半徑彎管的局部去 應(yīng)力熱處理，提高了U形管工藝和力學(xué)性能，并有利于U形管在脹接時(shí)與高壓給水加熱器管 板間更好地貼合；采用防銹處理，防止管材在生產(chǎn)流轉(zhuǎn)和運(yùn)輸過程中的銹蝕，同時(shí)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(yùn) 輸過程中的損壞，同時(shí)方 _用戶安裝。


圖1是本發(fā)明中U形無縫高加管的結(jié)構(gòu)流程圖 圖2為本發(fā)明中U形無縫高加管的工藝示意圖
圖3為本發(fā)明中U形無縫高加管于彎管工藝中彎管模具的結(jié)構(gòu)示意圖
圖4為本發(fā)明中U形無縫高加管于彎管工藝中彎管模具的剖視示意圖
圖5為本發(fā)明中U形無縫高加管于包裝工藝中疊壘后的俯視示意圖 圖6為本發(fā)明中U形無縫高加管于包裝工藝中疊壘后的剖視示意圖 圖中數(shù)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(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明中的具體實(shí)施例做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)例中選用原料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算，包含以下主要組分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，，余量為Fe。
如圖2所示，本發(fā)明中高加U形管1成形后的管外徑在12至32毫米之間，壁厚在1至 4毫米之間，所述U形管展開后的長度在12至35米之間。
欲制造本發(fā)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，可采用下面實(shí)施例來完成。
實(shí)施例
如圖l所示，制得小口徑、薄壁、特長U形無縫高加管包括下列步驟
1) 將穿孔后得到0>51 mmx4.25mm的管坯進(jìn)行切尾、打頭、平整、酸洗、磷化、皂化、
磨修后，制得原料管；
2) 通過冷拔設(shè)備配合內(nèi)模頂頭將原料管經(jīng)過兩次冷拔，鋼管外徑先后減小至 45±0.50mm和38±0.40mm,壁厚先后減為3.45±0.30imn和2.95±0.30 mm,制得中間坯管；
3) 對(duì)步驟2)中的中間坯管進(jìn)行退火熱處理，熱處理后進(jìn)行矯直、酸洗、磷化、急化 處理；
4) 通過冷拔設(shè)備對(duì)經(jīng)過退火熱處理、矯直、酸洗、磷化、皂化處理后的中間坯管進(jìn)一 步空拔，減小管外徑至30±0.20mm、增加管壁厚至3.10±0.30mm,制得中間半成品管；
5) 對(duì)步驟4)后對(duì)所述中間半成品管進(jìn)行退火熱處理，熱處理后進(jìn)行矯直、酸洗、中 和、鈍化處理；
6) 通過冷軋?jiān)O(shè)備配合孔型模具對(duì)經(jīng)過退火熱處理、矯直、酸洗、中和、鈍化處理后的 中間半成品管一次性冷軋至管外徑為16±0.10mm、壁厚在2±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(dá)2.97;
7) 利用多頻次壓力擦拭工藝對(duì)步驟6)中完成的成品直管進(jìn)行去油和清潔處理，采用 浸泡丙酮的纖維布，并借助于高壓氣槍的壓力推進(jìn)纖維布穿過成品直管內(nèi)部，經(jīng)過多次4察拭 即可擦去成品直管內(nèi)部的油污，保證了小口徑、特長管內(nèi)壁的高清潔要求；
8) 對(duì)步驟7)經(jīng)過去油和清潔處理后的成品直管進(jìn)行保護(hù)氣氛光亮正火處理，該保護(hù) 氣氛光亮熱處理采用氨分解后氮?dú)馀c氫氣體積比1: 3的混合氣體；
9) 對(duì)經(jīng)過保護(hù)氣氛光亮熱處理后的成品直管，進(jìn)行矯直處理，并對(duì)成品直管進(jìn)行防銹 處理，防止成品直管在生產(chǎn)流轉(zhuǎn)中發(fā)生銹蝕；
10) 利用彎管成型模具并采用過盈徑向加壓法將步驟9)中經(jīng)保護(hù)氣氛光亮熱處理、 矯直、防銹處理后的成品質(zhì)管彎成特長、薄壁、無縫的U形高加管；
11) 對(duì)經(jīng)步驟10)彎管處理后的U形無縫高加管的彎頭部位進(jìn)行去應(yīng)力熱處理，該熱 處理采用中頻接觸式加熱i殳備對(duì)U形彎頭部位進(jìn)行局部熱處理，消除彎制成形時(shí)彎頭部位產(chǎn) 生的冷加工應(yīng)力， 一般只需對(duì)彎曲半徑較小的U形無縫高加管進(jìn)行處理，同時(shí)在加熱和冷卻 期間，管子內(nèi)腔通入惰性氣體，防止內(nèi)壁加熱區(qū)的氧化；
12) 對(duì)經(jīng)步驟10和步驟11 )后的U形無縫高加管進(jìn)行檢驗(yàn)，包括理化檢驗(yàn)、水壓檢驗(yàn)、 合格后進(jìn)行防銹處理，避免成品U形無縫高加管表面在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和設(shè)備制造中發(fā)生銹蝕，
最后采用自主研發(fā)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(yùn)輸過程中的損壞，同時(shí)方便用戶安裝。
如圖3和圖4所示，本實(shí)施例中采用過盈徑向加壓法進(jìn)行冷彎的方式，為了防止彎制后 產(chǎn)生反彈及小半徑彎頭內(nèi)側(cè)出現(xiàn)皺紋和壓扁管子的現(xiàn)象，將彎管成型模具2制成圓半徑小于 成形后彎頭部位的半徑，并在成形時(shí)采用加壓方式，使鋼管彎制前產(chǎn)生預(yù)變形，以保證管子 反彈后彎頭部位的尺寸符合要求，并且采用該彎管成型模具2與加壓方式后所彎制而成的管
子具有表面光滑度好、不起皺紋等優(yōu)點(diǎn)。
如圖5和圖6所示，本實(shí)施例中對(duì)成品U形無縫高加管釆^^分層疊壘裝于木箱3中，箱 內(nèi)襯有塑料薄膜4和VPI薄膜5,箱子的頂部也應(yīng)覆上一層聚乙烯塑料薄膜6，以防止管子 在裝卸、運(yùn)輸和貯存時(shí)可能受到的污染和受潮；所有U形管彎頭放置在同一個(gè)方向；同一層 根據(jù)U形管彎頭半徑大小，由里向外依次排放，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(shí)，外層或較大彎曲半徑的管子不會(huì)產(chǎn)生 塌陷；在U形管的直管端用泡沫苯乙烯9與箱壁隔開，并起到固定作用，防止在運(yùn)輸途中發(fā) 生碰撞而影響管子質(zhì)量。采用本實(shí)施例中的包裝方法，不僅在運(yùn)輸過程中減少損傷，同時(shí)大 大方便用戶安裝使用。
綜上所述，選用調(diào)整成分后的20MnGJ作為原料，經(jīng)釆用上述生產(chǎn)工藝制得的U形無縫 高加管展開直管長度為12~35m、最小壁厚可達(dá)2士0.20mm、彎頭橢圓度《5%、彎頭彎曲半 徑公差《1.5mm;拉伸試驗(yàn)平均屈服強(qiáng)度為340MPa，平均抗拉強(qiáng)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(yōu)點(diǎn)。
另夕卜，上述雖然對(duì)本發(fā)明中的較佳實(shí)施例作了說明，但并不能作為本發(fā)明的保護(hù)范圍， 即對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說應(yīng)明白，在不脫離本發(fā)明的設(shè)計(jì)精神下可對(duì)其做出等效的變化與 修飾，因此，凡是在不脫離本發(fā)明的設(shè)計(jì)精神下所作的等效變化與修飾，均應(yīng)認(rèn)為落入本發(fā) 明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種高壓給水加熱器的U形無縫鋼管，其特征在于由原料管先經(jīng)多次冷拔、后經(jīng)環(huán)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(huán)狀或近似圓環(huán)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形高加管展開后的長度在12至35米之間。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓給水加熱器的U形無縫鋼管，其特征在 于管外徑為16士0.10mm、壁厚在2士0.20mm、長度在24至30m 。
全文摘要
一種高壓給水加熱器的U形無縫鋼管，涉及高壓給水加熱器，其特征在于由原料管先經(jīng)多次冷拔、后經(jīng)環(huán)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(huán)狀或近似圓環(huán)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形高加管展開后的長度在12至35米之間。本發(fā)明拉伸試驗(yàn)平均屈服強(qiáng)度為340MPa，平均抗拉強(qiáng)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(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F24H9/00GK101358772SQ200810156150
公開日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2008年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月6日
發(fā)明者莊建新 申請(qǐng)人:江蘇銀環(huán)精密鋼管股份有限公司