一种高温气冷堆蒸汽发生器螺旋换热管制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高温气冷堆蒸汽发生器螺旋换热管制备方法，其特征在于包括穿孔及荒管退火；荒管酸洗、检验；多道次中间管冷轧及热处理；成品冷拔及成品热处理；矫直及检验；螺旋管成形；消应力热处理及检验等步骤。采用本发明专利技术方法制备的螺旋换热管具有长度长，尺寸精度和表面质量高，同时具有良好力学性能，能够满足高温气冷堆蒸汽发生器的使用需要。足高温气冷堆蒸汽发生器的使用需要。足高温气冷堆蒸汽发生器的使用需要。

【技术实现步骤摘要】
一种高温气冷堆蒸汽发生器螺旋换热管制备方法


[0001]本专利技术涉及合金钢超长无缝管及多头螺旋管制造
，特别是涉及一种高温气冷堆直流式蒸汽发生器用超长多头螺旋合金钢换热管制备方法。

技术介绍

[0002]核电作为一种安全、清洁、低碳和高效的能源，一直以来受到高度重视。目前，全球在建核电站已逐步过渡到第三代核电技术，更为安全的第四代核能系统已成为核能研究人员在未来多年内重点研究的课题。第四代核电技术中高温气冷堆因其具有固有安全性，不需要场外应急安全等，具有固有安全性的反应堆在任何的事故情况下，反应堆都不会熔化，也不会造成大量放射性释放。被称为永不熔毁的堆芯。
[0003]自上世纪八十年代中以来清华大学开展了 10MW高温气冷实验堆（HTR
‑
10）的研究与开发。蒸发器是高温气冷堆示范电站的核心部件，由19个螺旋管束组件组成，每个组件有五层共35支多头螺旋管构成，其中ASME SA
‑
213 T22单支换热管长度达60米，且呈多头螺旋状，精度要求高，制造难度极大，属世界首创。2007年随着清华大学对高温气冷堆蒸汽发生器设计方案的优化，蒸汽发生器用传热管的长度及尺寸精度等做了大幅度的调整，其中传热管的单支长度从原35米增加至60米，尺寸要求也从原来仅对内径、壁厚的要求增加到内径、壁厚、外径三个要素同时控制，且技术指标由参照火电站用高压锅炉管提高到具有国际先进水平。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于针对高温气冷堆的设计要求，提供一种具有良好的组织及力学性能、优良的螺旋成形和尺寸精度和表面质量的用于高温气冷堆蒸汽发生器螺旋换热管制备方法。
[0005]本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案：一种高温气冷堆蒸汽发生器螺旋换热管制备方法，其特征在于包括下述步骤：（1）穿孔及荒管退火：将T22材质圆钢管坯加热穿孔形成无缝荒管；再对荒管进行退火热处理；荒管酸洗、检验：（2）将步骤（1）形成的荒管进行酸洗去除表面氧化皮，然后清水冲洗净，并吹干；同时对荒管进行表面质量检验；（3）多道次中间管冷轧及热处理：将步骤（2）检验合格的荒管进行多道次冷轧缩径和退火热处理；（4）成品冷拔及成品热处理：将步骤（3）的中间管进行冷拔成成品管，冷拔后进行去油并进行保护气氛成品正火热处理+回火热处理，形成成品换热管；（5）矫直及检验：
对步骤（4）中的成品管进行矫直，然后分别进行超声波检验、涡流检验、理化性能检验、水压实验、表面目视及尺寸检验；（6）螺旋管成形：将检验合格的成品直管进行螺旋成形，将螺旋管两端的直管进行弯管，然后再周向弯到螺旋管面上；（7）消应力热处理及检验：将成形的螺旋管固定后，放入真空热处理炉进行消应力热处理；将热处理后的螺旋管进行清洁，再经几何尺寸和表面质量检验合格后完成螺旋换热管的制备。
[0006]其进一步特征在于：所述步骤（3）中采用两道次中间管冷轧及热处理；检验合格的荒管进行一道次冷轧缩径，变形量控制在60%～70%，冷轧Q值为1.2
±
0.2；冷轧后进行去油、退火热处理，然后进行矫直、酸洗、检验、修磨、倒角处理；再对冷轧后的中间管进行二道次冷轧缩径，变形量控制在75%～85%，Q值为1.2
±
0.2；然后进行保护气氛退火热处理，再进行矫直、检验、修磨、倒角处理。
[0007]在中间管的冷轧过程中采用2个道次冷轧变形，引入冷轧过程Q值概念，Q=（lnSu
‑
lnS0）/（（ln（Du
‑
Su）
‑
ln（D0
‑
S0）），其中D0——冷轧前外径，Du——冷轧后外径，S0——冷轧前壁厚，Su——冷轧后壁厚。Q值反应了管材外径减小程度与壁厚减小程度的比例，必须保证Q值在合理范围内，才能使管材减径和减壁均匀，使金属流变也更均匀，从而管材内外表面质量（特别是光洁度）达到最佳状态，在此，将Q值控制在1.2
±
0.2范围内，第一道次变形量控制在60%～70%，由于成品管长度达60米，前2个道次采用变形量较大的冷轧，其中第二个道次变量达80%左右，轧制延伸率达5倍，解决了轧制前管子过长容易失稳造成表面质量下降和尺寸精度差的问题。成品采用无芯冷拔使成品管外径精度的一致得到保证，为后续多头螺旋管成型尺寸高精度提供了有利条件，且避免了超长管内壁清洁的难题。每个道次合金钢管在冷轧前必须对其一端内、外壁进行倒角处理，以使合金钢管在进行大变形冷轧时减小应力集中现象，防止头部发生开裂，影响产品质量。
[0008]进一步的：所述二道次冷轧缩径后的退火保护气氛为氮气和氢气。热处理采用氮气和氢气保护，使得热处理后的中间管表面无氧化皮，避免小口径管酸洗难的问题。
[0009]进一步的：两个道次的冷轧过程中，冷轧芯棒定径区域长度为100
±
10mm。为确保成品管尺寸精度和表面光洁度，适当减小芯棒定径区域的长度，而增加管材轧制变形区，从而使单位长度内的减径减小，防止管材在冷轧初期咬入段管材内壁失稳起皱而形成“轧折”等缺陷。
[0010]优选的：所述步骤（1）中圆钢管坯加热温度为1150~1230℃，荒管退火温度为760
±
15℃，保温85~95min后空气冷却；所述步骤（3）中第一道次退火温度为760
±
15℃，保温60~70min后空气冷却；第二道次退火温度为760
±
15℃，保温50~60min后空气冷却；所述步骤（4）中正火热处理温度为940
±
5℃，保温时间20~25min后炉内快速冷却至小于50℃出炉；回火热处理温度为760
±
5℃，保温时间40~45min后炉内冷却至小于50℃出炉。
[0011]成品管的正火和回火热处理均采用氮气+氢气保护，并调整氮气和氢气的比例，使合金钢表面形成一层精密的高温氧化膜，确保后续制造过程中不易锈蚀，满足表面质量要
求。为保证荒管和中间管低强度和优良的塑性，便于后续冷轧或冷拔加工，荒管和中间管退火热处理保温温度均采用了在接近合金钢临界点，并根据壁厚设计了合理的保温时间和冷却方式。
[0012]优选的：所述步骤（4）矫直过程中，成品管不旋转直线前进，矫直机辊子以成品管子为中心绕着管子周向运动，避免矫直对超长直管表面的损伤。
[0013]优选的：所述步骤（5）中水压测试后对管内充加热的氮气进行干燥。
[0014]优选的：所述步骤（6）中螺旋成形采用多头螺旋管成型机多根螺旋管同时成形。
[0015]本专利技术采用T22合金钢防止合金钢在热加工变形过程中因低熔点元素融化而产生裂纹等缺陷以及降低合金钢的塑韧性、高温持久强度及疲劳性能，保证成品的质量。采用大变形量的无芯冷拔，控制冷拔时的Q值使管材减径和减壁均匀，使金属流变也更均匀，保证成品的表面质量和尺寸精度。在成品管热处理中采用气氛保护，防止锈蚀。消应力处理采用真空热处理，避免热处理过程中螺旋管表面产生氧化现象，且固定架对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温气冷堆蒸汽发生器螺旋换热管制备方法，其特征在于包括下述步骤：（1）穿孔及荒管退火：将T22材质圆钢管坯加热穿孔形成无缝荒管；再对荒管进行退火热处理；（2）荒管酸洗、检验：将步骤（1）形成的荒管进行酸洗去除表面氧化皮，然后清水冲洗净，并吹干；同时对荒管进行表面质量检验；（3）多道次中间管冷轧及热处理：将步骤（2）检验合格的荒管进行多道次冷轧缩径和退火热处理；（4）成品冷拔及成品热处理：将步骤（3）的中间管进行冷拔成成品管，冷拔后进行去油并进行保护气氛成品正火热处理+回火热处理，形成成品换热管；（5）矫直及检验：对步骤（4）中的成品管进行矫直，然后分别进行超声波检验、涡流检验、理化性能检验、水压实验、表面目视及尺寸检验；（6）螺旋管成形：将检验合格的成品直管进行螺旋成形，将螺旋管两端的直管进行弯管，然后再周向弯到螺旋管面上；（7）消应力热处理及检验：将成形的螺旋管固定后，放入真空热处理炉进行消应力热处理；将热处理后的螺旋管进行清洁，再经几何尺寸和表面质量检验合格后完成螺旋换热管的制备。2.如权利要求1所述的高温气冷堆蒸汽发生器螺旋换热管制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中采用两道次中间管冷轧及热处理；检验合格的荒管进行一道次冷轧缩径，变形量控制在60%～70%，冷轧Q值为1.2
±
0.2；冷轧后进行去油、退火热处理，然后进行矫直、酸洗、检验、修磨、倒角处理；再对冷轧后的中间管进行二道次冷轧缩径，变形量控制在75%～85%，Q值为1.2
±
0.2；然后进行保护气氛退火热处理，再进行矫直、检验、修磨、倒角处理。3.如权利要求2所述的高温气冷堆蒸汽发生器螺旋换热管制备方法，其特征在于：所述二道次冷轧缩径后的退火保护气氛为氮气和氢气。4.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄建新，韩敏，许文军，韦刚，唐洁，
申请(专利权)人：宝银特种钢管有限公司，
类型：发明
国别省市：