专利名称：U形无缝不锈钢管及其加工工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种钢管及其加工工艺，更具体地说，涉及一种主要用于给水加热器的U形无缝不锈钢管及其加工工艺。
背景技术：
随着电力的紧缺及电力工业的迅猛发展，使得电站汽轮机辅机中给水加热器也迅猛发展，从而导致主要用于给水加热器的U形钢管的需求量不断增加，而目前主要用于给水加热器的奥氏体不锈钢U形管大都采用进口的SA-688M“U”形焊管，这种U形焊管不仅存在因进口而导致成本过高、运输周期长等问题，而且由于其是由不锈钢带于卷管后焊接而成，即使采用最好的焊接技术，也因焊缝的存在而在使用过程中具有一定的风险性，并且对焊接的技术要求太高，进一步导致成本居高不下。
为此部分给水加热器的制造商欲采用无缝U形不锈钢管来替代目前所使用的U形焊管，但是目前通过冷拔、冷轧加工工艺制成的U形无缝不锈钢管由于管壁过厚、管径较粗、长度不够及U形弯弧部分不够精确等问题而不能达到给水加热器所需的要求，因此如何提供一种具有特长、薄壁及弯头部位呈半圆弧过渡的U形无缝不锈钢管及其加工工艺是本发明中创作人的研创动机所在。
有鉴于此，本发明中的创作人凭借其多年从事相关行业的经验与实践，并经潜心研究与开发，终于设计出一种具有特长、壁薄及弯头部位呈半圆弧过渡的U形无缝不锈钢管及其加工工艺。
发明内容
本发明的主要目的在于解决目前没有适用于给水加热器的U形无缝不锈钢管的问题。
本发明的另一目的在于解决目前没有能加工出适用于给水加热器的U形无缝不锈钢管的问题。
本发明中的U形无缝不锈钢管由原料管经环孔型模具冷轧、过盈径向加压成形，该U形无缝不锈钢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0.8至2.11毫米之间，管外径在15.9至25.4毫米之间，所述U形管展开后的长度在24至30米之间。
最好，所述U形无缝不锈钢管的壁厚为0.9±0.1毫米，直径为16±0.1毫米，展开后的长度在26至28米之间。
本发明中U形无缝不锈钢管的加工工艺，包括有下列步骤1)原料管的准备；2)通过冷轧设备将原料管冷轧至直径在32至45mm之间、壁厚在1.8至3mm之间的中间坯管；3)利用冷拔或冷轧设备将步骤2)中完成的中间坯管进一步冷拔或冷轧至直径在26至27mm之间、壁厚在1.4至1.8mm之间的中间半成品管；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壁厚在0.8至2.11毫米之间，管外径在15.9至25.4毫米之间，长度在24至30米之间的成品直管，在此步骤中中间半成品管与成品直管之间的延伸率达2.5以上；5)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；6)利用弯管成型模具将步骤5)中经去油和清洁处理后的成品直管弯成特长、薄壁、无缝的U形不锈钢管；7)对经步骤6)处理后的U形无缝不锈钢管的弯头部位进行固溶热处理。
另外，所述步骤6)中利用弯管成型模具并采用过盈径向加压法使经步骤5)去油和清洁处理后的成品直管弯成U形管，且在弯头部位呈半圆弧过渡。
另外，对经所述步骤5)去油和清洁处理后的成品直管进行保护气氛热固溶处理，该保护气氛热固溶处理采用氨分解后氮气与氢气体积比近似为1∶3的混合气体。
另外，所述步骤5)中的去油和清洁处理是采用毛刷与纤维布，并借助于高压水的压力推进毛刷及纤维布穿过成品直管内部的多次擦拭工艺。
另外，所述U型无缝不锈钢管于步骤7)后对弯头部分进行酸洗钝化处理，即采用硝酸浓度为12％左右、氢氟酸浓度为5％左右的混合液在温度为50℃至60℃条件进行酸洗钝化处理。
另外，在所述步骤2)与步骤3)后均对所述中间坯管、中间直坯管进行去油、热固溶处理及酸洗处理。
另外，在所述步骤5)中也可对成品直管进行固溶热处理。
本发明中的U形无缝不锈钢管主要用于电站汽轮机辅机中的给水加热器，具有小口径、特长、管壁薄且均匀及弯头部位呈半圆弧过渡等特征，不仅提高了钢管的质量，而且完全符合给水加热器的使用要求。
本发明由于采用了加长的冷轧机及特殊的环孔型模具，而冷轧出具有特长、壁薄特征的成品直管，并经多道去油、热处理、酸洗处理后再经弯管模具并采用过盈径向加压法弯制成U形无缝不锈钢管，该U形无缝不锈钢管具有内壁清洁、无氧化、弯头部位无冷加工应力及内外表面残余氯化物不超过10.7mg/m2等优点。
图1是本发明中U形无缝不锈钢管的工艺流程图；图2是本发明中U形无缝不锈钢管的结构示意图；图3是本发明中U形无缝不锈钢管于冷轧工艺过程中环孔型模具的结构示意图；图4是本发明中U形无缝不锈钢管于冷轧工艺过程中环孔型模具的剖视示意图；图5是本发明中U形无缝示锈钢管于弯管工艺过程中弯管模具的结构示意图；图6是本发明中U形无缝示锈钢管于弯管工艺过程中弯管模具的剖视示意图。
具体实施例方式
下面将结合附图对本发明中的具体实施例作进一步详细说明。
如图2所示，本发明中U形无缝不锈钢管1主要用于给水加热器，其成形后的壁厚在0.8至2.11毫米之间，管外径在15.9至25.4毫米之间，所述U形管展开后的长度在24至30米之间。
并且采周更精确的工艺可以使成形后U型无缝不锈钢管的壁厚在0.9至1.8毫米之间，管外径在16至19毫米之间，所述U形管展开后的长度在25至30米之间。也可以使壁厚在0.9至1.0毫米之间，管外径在16至17毫米之间，所述U形管展开后的长度在26至28米之间。不过最好是壁厚为0.9±0.1毫米，管外径为16±0.1毫米，展开后长度在26至28米之间的小口径、薄壁、特长直管。
欲制造本发明中直径为16±0.1mm、壁厚为0.9±0.1mm、展开后长度在26至28米之间的小口径、薄壁、特长U形无缝不锈钢管，可采用下列多种实施例来完成。
实施例一如图1所示，制得小口径、薄壁、特长U形无缝不锈钢管包括下列步骤1)对Φ80×6.5的管坯进行穿孔及酸洗除鳞处理，制得原料管；2)通过冷轧设备将原料管冷轧至直径为38±4mm的中间坯管，该中间坯管的壁厚为2.5±0.5mm；3)对中间坯管以目前冷轧工艺中的去油、中间热处理、矫直及酸洗等方式进行去油、中间热处理及酸洗处理；4)进一步利用LG60或LG30冷轧机将步骤2)中完成的中间坯管冷轧至直径为26±1mm，壁厚为1.6±0.2mm的中间半成品管；5)对中间半成品管以目前冷轧工艺中的去油、中间热处理、矫直及酸洗等方式进行去油、中间热处理及酸洗处理；6)将经步骤4)冷轧并经步骤5)处理后的中间半成品管经由环孔型模具及冷轧设备多次往复冷轧至直径为16±0.1mm、厚度为0.9±0.1mm、长度在24米至30米之间的成品直管，在此步骤中中间半成品管与成品直管之间的延伸率达2.5以上；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，该去油和清洁处理过程采用毛刷与纤维布，并借助于压力在1.1至1.6MPa之间的高压水推进毛刷及纤维布穿过成品直管内部，经多次(可以是两次)重复后即可擦去成品直管内部的油污，保证了小口径、特长管管内壁的高清洁度要求；8)对步骤7)中经去油和清洁处理后的成品直管进行保护气氛热固溶处理，该保护气氛热固溶处理是采用氨分解后氮气与氢气体积比近似为1∶3的混合气体，保证了钢管内外表面的光亮度；9)利用弯管成型模具并采用过盈径向加压法将步骤8)中经保护气氛固溶热处理后的成品直管弯成特长、薄壁、无缝的U形不锈钢管；10)对经步骤9)弯管处理后的U形无缝不锈钢管的弯头部位进行固溶热处理，该固溶热处理采用中频接触式加热设备(采用市售的设备，如型号为RCWE)对U形弯头部位进行局部固溶热处理，由于该固溶热处理是为了消除钢管在弯制成形时产生的冷加工应力，因此一般仅需对弯曲半径较小的U形无缝不锈钢管进行处理，且为了减少接触处的电弧烧伤率，一般处理的温度控制在1040℃至1100℃之间，同时在加热和冷却期间，管子内腔通入氩气，以防止管子内壁加热区的氧化，保护钢管的性能；
11)对经步骤10)热固溶处理后的U形无缝不锈钢管的弯头部位进行酸洗钝化处理，该酸洗钝化处理中采用硝酸浓度为12％、氢氟酸浓度为5％的混合液，且在温度为50℃至60℃条件下进行，以清除弯头部位热处理时外表面产生的氧化，从而制得成品。
在该实施例一中，步骤1)至步骤5)均采用现有不锈钢管冷轧处理的技术。
本实施例中步骤6)采用的冷轧设备是现有的LG30冷轧机，但对冷轧机后部送进装置及上下料的支架作了加长改进，由于该技术对本领域的普通技术人员来说可以不经任何创造性劳动就能实现，为此不再对该冷轧设备进行详细说明。如图3和图4所示，用于冷轧成品直管的模具采用环孔型模具，该环孔型模具包括有一组对置的轧辊20及一可穿入中间半成品管中间的芯棒(图中未示出)，其中轧辊20中间设有与冷轧设备连接的穿孔21，而于轮周缘设有一用于轧置成品直管的凹槽22，当两轧辊2对置后两凹槽22扣合呈一圆，且成品直管出口处的凹槽直径为成品直管的管外径，而芯棒的工作部位为一锥形，最小直径为成品直管的管内径，其中在安装时芯棒的一端直接固定于冷轧设备上。其中芯棒与轧辊中凹槽的直径均按一定比例循序减小，该环孔型模具对钢管进行往复式冷轧。
如图5和图6所示，本实施例中过盈径向加压法采用冷弯的方式，为了防止弯制后产生反弹及小半径弯头内侧出现皱纹及压扁管子的现象，将模具3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，并且采用该模具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。
实施例二制得小口径、薄壁、特长U形无缝不锈钢管包括下列步骤1)对Φ65×6的管坯进行穿孔及酸洗除鳞处理，制得原料管；2)通过冷轧设备将原料管冷轧至直径为40±5mm的中间坯管，该中间坯管的壁厚为2.3±0.5mm；
3)进一步利用冷拔机将步骤2)中完成的中间坯管冷拔至直径在25至27mm之间，壁厚在1.4至1.6mm之间的中间半成品管；4)将经步骤3)冷拔后的中间半成品管经由环孔型模具及冷轧设备冷轧至直径为160.1mm、厚度为0.9±0.1mm、长度在24米至30米之间的成品直管，在此步骤中中间半成品管与成品直管之间的延伸率达2.5以上；5)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，该去油和清洁处理过程采用毛刷与纤维布，并借助于压力在1.1至1.6MPa之间的高压水推进毛刷及纤维布穿过成品直管内部，经多次(可以是两次)重复后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度要求；6)对经步骤5)去油和清洁处理后的成品直管进行保护气氛热固溶处理，该保护气氛热固溶处理是采用氨分解后氮气与氢气体积比近似为1∶3的混合气体，保证了钢管内外表面的光亮度；7)利用弯管成型模具并采用过盈径向加压法将步骤6)中经气氛固溶热处理后的成品直管弯成特长、薄壁、无缝的U形不锈钢管；8)对经步骤7)弯管处理后的U形无缝不锈钢管的弯头部位进行固溶热处理，该固溶热处理采用中频接触式加热设备，由于该固溶热处理是为了消除钢管在弯制成形时产生的冷加工应力，因此一般仅需对弯曲半径较小的U形无缝不锈钢管进行处理，且为了减少接触处的电弧烧伤率，一般处理的温度控制在1040℃至1100℃之间，同时在加热和冷却期间，管子内腔通入氩气，以防止管子内壁加热区的氧化，保护钢管的性能。
实施例三如图1所示，制得小口径、薄壁、特长U形无缝不锈钢管包括下列步骤步骤1)至5)与实施例一相同；步骤6)是将经步骤4)冷轧并经步骤5)处理后的中间半成品管经由环孔型模具及冷轧设备冷轧至直径为16±0.1mm、厚度为0.9±0.1mm、长度在24米至30米之间的成品直管，在此步骤中中间半成品管与成品直管之间的延伸率达2.5以上；步骤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，该去油和清洁处理过程采用毛刷与纤维布，并借助于压力在1.1至1.6MPa之间的高压水推进毛刷及纤维布穿过成品直管内部，经多次(可以是两次)重复后即可擦去成品直管内部的油污，保证了小口径、特长管管内壁的高清洁度要求；步骤8)利用弯管成型模具并采用过盈径向加压法将步骤7)中经去油和清洁处理后的成品直管弯成特长、薄壁、无缝的U形不锈钢管；步骤9)对经步骤8)弯管处理后的U形无缝不锈钢管的弯头部位进行固溶热处理，该固溶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固溶热处理，由于该固溶热处理是为了消除钢管在弯制成形时产生的冷加工应力，因此一般仅需对弯曲半径较小的U形无缝不锈钢管进行处理，且为了减少接触处的电弧烧伤率，一般处理的温度控制在1040℃至1100℃之间，同时在加热和冷却期间，管子内腔通入氩气，以防止管子内壁加热区的氧化，保护钢管的性能；步骤10)对经步骤9)热固溶处理后的U形无缝不锈钢管的弯头部位进行酸洗钝化处理，该酸洗钝化处理中采用硝酸浓度为12％、氢氟酸浓度为5％的混合液，且在温度为50℃至60℃条件下进行，以清除弯头部位热处理时外表面产生的氧化。
综上所述，经采用上述工艺制得的U形无缝不锈钢管符合给水加热器的使用要求，并且具有更好的性能。
另外，上述虽然对本发明中的多个较佳实施例作了说明，但并不能作为本发明的保护范围，即对本领域的普通技术人员来说应该明白，在不脱离本发明的设计精神下可以对其作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出的等效变化与修饰，均应认为落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种U形无缝不锈钢管，其特征在于由原料管经环孔型模具冷轧、过盈径向加压成形的U形无缝不锈钢管，该U形无缝不锈钢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0.8至2.11毫米之间，管外径在15.9至25.4毫米之间，所述U形管展开后的长度在24至30米之间。
2.根据权利要求1中所述的U形无缝不锈钢管，其特征在于所述U形无缝不锈钢管的壁厚为0.9±0.1毫米，直径为16±0.1毫米，展开后的长度在26至28米之间。
3.一种U形无缝不锈钢管的加工工艺，包括有下列步骤1)原料管的准备；2)通过冷轧设备将原料管冷轧至直径在32至45mm之间、壁厚在1.8至3mm之间的中间坯管；3)利用冷拔或冷轧设备将步骤2)中完成的中间坯管进一步冷拔或冷轧至直径在26至27mm之间、壁厚在1.4至1.8mm之间的中间半成品管；4)将步骤3)中完成的中间半成品管直接冷轧至壁厚在0.8至2.11毫米之间，管外径在15.9至25.4毫米之间，长度在24至30米之间的成品直管，在此步骤中中间半成品管与成品直管之间的延伸率达2.5以上；5)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；6)利用弯管成型模具将步骤5)中经去油和清洁处理的成品直管弯成特长、薄壁、无缝的U形不锈钢管；7)对经步骤6)处理后的U形无缝不锈钢管的弯头部位进行固溶热处理。
4.根据权利要求3中所述的U形无缝不锈钢管的加工工艺，其特征在于所述步骤6)中利用弯管成型模具并采用过盈径向加压法使经步骤5)去油和清洁处理后的成品直管弯成U形管，且在弯头部位呈半圆弧过渡。
5.根据权利要求3中所述的U形无缝不锈钢管的加工工艺，其特征在于所述步骤4)中通过环孔型模具及冷轧设备多次反复冷轧而成。
6.根据权利要求3至5中任意一项所述的U形无缝不锈钢管的加工工艺，其特征在于对经所述步骤5)去油和清洁处理后的成品直管进行保护气氛热固溶处理，该保护气氛热固溶处理采用氨分解后氮气与氢气体积比近似为1∶3的混合气体。
7.根据权利要求3至5中任意一项所述的U形无缝不锈钢管的加工工艺，其特征在于所述步骤5)中的去油和清洁处理是采用毛刷与纤维布，并借助于高压水的压力推进毛刷及纤维布穿过成品直管内部的多次擦拭工艺。
8.根据权利要求7中所述的U形无缝不锈钢管的加工工艺，其特征在于所述高压水的压力在1.1至1.6MPa之间。
9.根据权利要求3至5中任意一项所述的U形无缝不锈钢管的加工工艺，其特征在于所述U型无缝不锈钢管于步骤7)后对弯头部位进行酸洗钝化处理，即采用硝酸浓度为12％、氢氟酸浓度为5％的混合液在温度为50℃至60℃度条件进行酸洗钝化处理。
10.一种给水加热器，其特征在于使用了权利要求1中所述的U形无缝不锈钢管。
11.一种给水加热器，其特征在于使用了利用权利要求3中所述工艺制得的U形无缝不锈钢管。
12.根据权利要求1中所述的U形无缝不锈钢管，其特征在于所述U形无缝不锈钢管用于石化、化工等行业的换热设备中。
全文摘要
本发明公开了一种U形无缝不锈钢管及其加工工艺，该U形无缝不锈钢管主要用于给水加热器。其由原料管经环孔型模具冷轧及过盈径向加压成形，该U形无缝不锈钢管各处的横截面均呈封闭的圆环状或近似圆环状，其中壁厚在0.8至2.11毫米之间，管外径在15.9至25.4毫米之间，所述U形管展开后的长度在24至30米之间。
文档编号F01D25/00GK1554892SQ200310113100
公开日2004年12月15日 申请日期2003年12月26日 优先权日2003年12月26日
发明者庄建新 申请人:庄建新