CN109731943A - 一种大型换热器用超长u型不锈钢管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型换热器用超长U型不锈钢管及其制造方法，涉及换热器设备领域，其化学成分及质量百分比如下：C≤0.020%，Mn≤1.00%，P≤0.030%，S≤0.020%，Si≤0.80%，Cr：22.0%～23.0%，Mo：3.0%～3.5%，Ni：4.50%～6.50%，N：0.14%～0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质，具有可以有效的制造出换热器所需要的长形换热管的优点。

Description

一种大型换热器用超长U型不锈钢管及其制造方法

技术领域

本发明涉及换热器设备领域，特别是涉及一种大型换热器用超长U型不锈钢管及其制造方法。

背景技术

不锈钢钢管是一种中空的长条圆形钢材，主要广泛用于石油、化工、医疗、食品、轻工、机械仪表等工业输送管道以及机械结构部件等。另外，在折弯、抗扭强度相同时，重量较轻，所以也广泛用于制造机械零件和工程结构。也常用作家具厨具等，随着全球经济快速的发展，国内外不锈双相钢U型管的研发和使用也进入了高速发展时期，并日益实现在多领域广泛使用。

目前，公开号为CN104889705B的中国专利公开了一种用于换热器的不锈钢管生产方法，它包括圆钢原材料—剥皮—穿孔—荒管—抛光—检验—冷轧—冷拔—去油—退火—酸洗—成品；所述穿孔温度为1100～1190℃；所述冷拔时采用的润滑油为35～45wt％的石蜡与55～65wt％的机油混合物；所述退火分阶段进行，温度依次为第一阶段700～800℃、第二阶段930～970℃、第三阶段1010～1050℃、第四阶段1030～1080℃、第五阶段1030～1080℃，所述第四阶段和第五阶段为保温阶段共计保温6～10分钟；所述酸洗采用混酸酸洗，混酸包括配比为5～8wt％的氢氟酸和10～15wt％的硝酸，酸洗温度为40～60℃。

这种用于换热器的不锈钢管生产方法虽然制成的不锈钢管适合用于换热器中，成材率高，但是往往需要多段分开加工、安装，从而容易导致连接的地方出现缝隙等，对于换热器内部一冷一热的环境长时间使用易发生断裂等情况。

此外，管式换热器因其特殊的管状构造容易产生结垢现象，难以彻底清洗。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种大型换热器用超长U型不锈钢管，其化学成分及质量百分比如下：C≤0.020％，Mn≤1.00％，P≤0.030％，S≤0.020％，Si≤0.80％，Cr：22.0％～23.0％，Mo：3.0％～3.5％，Ni：4.50％～6.50％，N：0.14％～0.20％，余量为Fe和不可避免的杂质；

包括U型管本体，U型管本体一端设有过滤节，过滤节内卡接有过滤片，过滤节的内径大于U型管本体的内径。

技术效果：该配比制造出来的钢管可以有效的增加整体的完整性，其中锰Mn良好的脱氧剂和脱硫剂。钢中一般都含有一定量的锰，它能消除或减弱由于硫引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能，由于硫和磷对于钢管具有不好的一面，因此通过添加一定量的Mn可以有效的消除上述影响，但是不超过1％否则会使得提升钢管的抑制性，而硅能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆，含量超过12％时，使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性腐蚀的作用，还增加钢的热强性，铬为不锈钢耐酸钢及耐热钢的主要合金元素，钼在钢中能提高淬透性和热强性，防止回火脆性，增加剩磁和矫顽力以及在某些介质中的抗蚀性，镍在钢中强化铁素体并细化珠光体，总的效果是提高强度，对塑性的影响不显著。一般地讲，对不需调质处理而在轧钢、正火或退火状态使用的低碳钢，一定的含镍量能提高钢的强度而不显著降低其韧性，据统计，每增加1％的镍约可提高强度29.4Pa。随着镍含量的增加，钢的屈服程度比抗拉强度提高的快，因此含镍钢的比可较普通碳素钢高。镍在提高钢强度的同时，对钢的韧性、塑性以及其他工艺的性能的损害较其他合金元素的影响小，因此通过上述的配比可以有效的增加钢管整体的完整性，同时提升钢管的耐腐蚀性，使其可以有效的运用在换热器当中，承受不同种类介质的冷热交替。

本发明进一步限定的技术方案是：

进一步的，还添加有Nd：0.01％～0.02％。

前所述的一种大型换热器用超长U型不锈钢管，还添加有La：0.005％～0.015％。

前所述的一种大型换热器用超长U型不锈钢管，过滤节与U型管本体可拆卸连接。

前所述的一种大型换热器用超长U型不锈钢管，U型管本体包括可拆卸连接且左右对称的两部分单体，单体之间通过密封连接件连接密封，且密封连接件位于U型管本体的最低点；密封连接件的内径大于U型管本体的内径。

本发明的另一目的是提供一种大型换热器用超长U型不锈钢管的生产方法，其具有可以有效的根据上述配方制成的钢来制作钢管，可以有效的制作出换热器使用的较长的钢管，同时制造过程中可以有效减少缝隙、裂痕的出现，从而保障整个钢管的生产的优点。

一种大型换热器用超长U型不锈钢管的制造方法，包括如下步骤：管坯-检验-剥皮锯切-加热-穿孔-酸洗-荒管检验-冷轧-脱脂-热处理-矫直切管-酸洗-冷拔-脱脂-热处理-矫直切管-酸洗-中间检验-成品表检-无损检测-标识-弯管-试验-包装-发运，具体如下:

S1、对使用上述配方制造的管坯进行检验，检查管坯内部有无缝隙、缺口及裂痕等；

S2、对管坯呃表面进行剥皮锯切，将管坯表面的杂质、凸起等物质去除；

S3、对管坯进行加热至1200℃，并对表面相应需要穿孔的位置进行穿孔及冷却；

S4、将其放入稀释至20％左右的浓度，直接室温酸洗20～30分钟；检验酸洗情况，用水冲洗；

S5、将表面被水冲过的钢管进行冷轧，钢管采用二辊轧机进行1道次冷轧，冷轧速度为每分钟0.1～0.3m；

S6、将钢管浸入到脱脂溶液中，将管道平放在其中停留10～15分钟，整个过程转动两到三次；

S7、对钢管进行加热至900～1100℃加热30分钟，并进行矫直切管，同时将切下的钢管重复进行上述的工艺直至达到指定的长度；

S8、对完成的钢管进行检验，并相应的测试钢管的性能，最终完成生产并进行相应的包装和运输。

前所述的一种大型换热器用超长U型不锈钢管的生产方法，生产过程中在中间检验后为了达到适应的长度需要进行如下的拉长步骤，包括在中间检验和成品表检之间有多次冷拔-脱脂-热处理-空拔-矫直切管-脱脂。

前所述的一种大型换热器用超长U型不锈钢管的生产方法，钢管包括直管和弯管部分，直管在热处理步骤时采用连续式退火炉进行固溶处理，包括如下步骤：

D1、先对钢管进行第一次加热，第一次加热的温度范围为1000～1090℃；

D2、完成后进行第二次加热，第二次加热的温度范围为830～970℃

D3、进行冷却，使用冷却风机，冷却风机的转速为1000～1700rpm。

前所述的一种大型换热器用超长U型不锈钢管的生产方法，冷却区中的退火速度为30～60m/min，由冷却风机吹出冷却气体对带材进行冷却完成后使用水冷。

前所述的一种大型换热器用超长U型不锈钢管的生产方法，弯管通过电加热进行热处理，将弯管部分放入电加热器中，加热器温度600～800℃，同时充入氮气用于保护弯管结构。

本发明的有益效果是：

(1)本发明中加入一定量的钕可以使得钢管在高温下保持钢的细晶粒，提高高温强度，同时可以有效的提高生产出的不锈钢钢管的气密性和耐腐蚀性，使其在换热器中的使用寿命大大提高；

(2)本发明中添加稀土元素镧可以有效的延缓钢管接触疲劳裂纹的萌生和扩展，同时可以明显降低钢管表面塑性形变的范围，增加硬度，同时减少钢管内部的杂质，减小应力集中区，细化组织，提高强度，提高表面结合强度，增加整体的耐磨性；

(3)本发明中将通过上述配方制成的管坯进行检验，看是否符合制造标准，其次对于整体进行加工，通过一系列的操作，将整个钢管拉长，同时在整个过程中还需要进行不断的检验，以确保整个钢管制造过程的完整性，以及减少内部出现裂纹等情况，直至最后达到指定的长度，从而完成制作；

(4)本发明中由于生产的是大型换热器当中使用的钢管整体较长，因此需要多次的冷拔从而增加钢管的长度，同时经过冷拔过后的钢管还需要进行热处理，最后进行脱脂等工序使得钢管达到了指定的长度；

(5)本发明中由于换热器内用的钢管一定会存在直管部分和弯管部分，而直管部分往往通过使用连续式退火炉进行固溶处理，完成后使用水冷，由于直管部分的长度比较长因此才需要连续的进行热处理和冷却；

(6)本发明中由于弯管部分是弯折的对于钢管的韧性要求较高，因此为了减少直接的加热造成弯管结构的损伤，通过使用电加热可以有效的保护弯管部分，同时充入的氮气由于是惰性气体可以有效的保护弯管的整体结构；

(7)本发明中U型管本体一端设置过滤节，通过过滤节内的过滤片有效过滤易导致U型管结垢的物质，从而减少管内结垢，降低U型管清理难度和成本，节约清理时间；

(8)本发明中U型管本体设计为左右连接的两部分，通过密封连接件连接和密封，密封连接件内径大于U型管本体内径，因此该处流速大，流体不易在该处滞留，从而减少了结垢；在清理时U型管时只需将密封连接件拆下，同时从U型管本体两端各自通入清洁剂进行清理即可，因此，此设计能够节约一半的清洗时间，大大提高清理效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

其中：1、U型管本体；2、过滤节；3、密封连接件。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供的一种大型换热器用超长U型不锈钢管，包括U型管本体1，U型管本体1一端设有过滤节2，过滤节2内卡接有过滤片，过滤节2的内径大于U型管本体1的内径。过滤节2与U型管本体1可拆卸连接。U型管本体1包括可拆卸连接且左右对称的两部分单体，单体之间通过密封连接件3连接密封，且密封连接件3位于U型管本体1的最低点；密封连接件3的内径大于U型管本体1的内径。

其化学成分及质量百分比如下：C：0.020％，Mn：0.85％，P：0.021％，S：0.010％，Si：0.80％，Cr：22.3％，Mo：3.2％，Ni：5.25％，N：0.18％，Nd：0.02％，La：0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。

其生产方法如下：S1、对使用上述配方制造的管坯进行检验，检查管坯内部有无缝隙、缺口及裂痕等；S2、对管坯呃表面进行剥皮锯切，将管坯表面的杂质、凸起等物质去除；S3、对管坯进行加热至1200℃，并对表面相应需要穿孔的位置进行穿孔及冷却；S4、将其放入稀释至20％左右的浓度，直接室温酸洗20～30分钟；检验酸洗情况，用水冲洗；S5、将表面被水冲过的钢管进行冷轧，钢管采用二辊轧机进行1道次冷轧，冷轧速度为每分钟0.1～0.3m；S6、将钢管浸入到脱脂溶液中，将管道平放在其中停留10～15分钟，整个过程转动两到三次；S7、对钢管进行加热至900～1100℃加热30分钟，并进行矫直切管，同时将切下的钢管重复进行上述的工艺直至达到指定的长度；S8、对完成的钢管进行检验，并相应的测试钢管的性能，最终完成生产并进行相应的包装和运输。包括首先对管坯进行相应得检验，观察管坯表面是否有裂纹等情况，从而对管坯表面进行拨皮锯切，切除相应得杂质，同时对整个管坯进行加热至1200℃并进行穿孔，从而形成钢管，在穿孔完成后对钢管放入到酸洗槽内进行酸洗，酸洗完毕后的钢管进行初次的荒管检验，对荒管进行内部成分的检验，同时外观方面检查是否有裂纹、折叠、结疤、重皮等情况，如果有上述情况必须进行清除，检验合格过后的荒管进行冷拔，达到一定的形状和一定的力学性能，而在荒管处于常温的条件下进行拉拔有助于提升钢管精度高和表面光洁度，冷拔完成后进行脱脂，脱脂完成后进行热处理，热处理完成后进行相应的矫直切管，切断后的钢管继续放入酸洗，重新回到上述的工作程序中，直至将所需要的钢管冷拔到达指定的长度，在最后一次的热处理结束后通过空拔即外加模具直接轧头冷拔得到无缝的不锈钢钢管，对于钢管还需要最后的矫直切管、脱脂最后形成成品，对于成品需要进行相应的检测，包括内部的无损检测等，检测完毕后需要在钢管上进行标识，由于钢管作为换热器部分是有直管和弯管部分，直管在热处理步骤时采用连续式退火炉进行固溶处理，包括如下步骤：D1、先对钢管进行第一次加热，第一次加热的温度范围为1000～1090℃；D2、完成后进行第二次加热，第二次加热的温度范围为830～970℃；D3、进行冷却，使用冷却风机，冷却风机的转速为1000～1700rpm，弯管通过电加热进行热处理，弯管通过电加热进行热处理，将弯管部分放入电加热器中，加热器温度600～800℃，同时充入氮气用于保护弯管结构，对于弯管部分也需要进行检测，检测全部完成后进行包装，并发送至客户处。

其主要工作原理如下，主要是针对超长的钢管进行多次的冷拔处理，从而使得钢管可以达到指定的长度，在冷拔过后分直管和弯管部分进行不同的热处理方式，从而制成客户所需要的长形用于换热器内的无缝钢管，同时使用上述配料的配比可以有效的提高钢管的耐热性能，以及整体的完整性，提高在冷拔过程中钢管的韧性，同时稀土元素可以有效的与钢管内的有害物质相结合，减少钢管内部有害物质的含量，从而提高钢管的硬度。

实施例2

本实施例提供的一种大型换热器用超长U型不锈钢管，其化学成分及质量百分比如下：C：0.018％，Mn：0.92％，P：0.018％，S：0.013％，Si：0.79％，Cr：22.8％，Mo：3.5％，Ni：4.98％，N：0.16％，Nd：0.01％，La：0.012％，余量为Fe和不可避免的杂质。

实施例3

本实施例提供的一种大型换热器用超长U型不锈钢管，其化学成分及质量百分比如下：C：0.020％，Mn：0.76％，P：0.022％，S：0.008％，Si：0.73％，Cr：22.6％，Mo：3.4％，Ni：6.30％，N：0.19％，Nd：0.02％，La：0.011％，余量为Fe和不可避免的杂质。

将实施例1～实施例3得到的钢管进行力学性能测试，结果如表1：

表1实施例1～实施例3中钢管的力学性能测试结果

	弯曲强度/MPa	抗拉强度/MPa	内部损伤情况
				实施例1	1206	1426	无损
实施例2	1195	1378	无损
				实施例3	1201	1415	无损

可以发现，在生产过程中钢管出现缝隙、裂缝以及内部探伤时出现质量问题的状况较少，本发明可以有效的制作出大型换热器中使用的超长的U型管道，同时整个不锈钢管整体性能较好，有效的提高了管道的耐腐蚀性、耐环境变化的情况，从而提升换热器的使用寿命。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种大型换热器用超长U型不锈钢管，其特征在于，其化学成分及质量百分比如下：C≤0.020%，Mn≤1.00%，P≤0.030%，S≤0.020%，Si≤0.80%，Cr：22.0%～23.0%，Mo：3.0%～3.5%，Ni：4.50%～6.50%，N：0.14%～0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质；

包括U型管本体（1），所述U型管本体（1）一端设有过滤节（2），所述过滤节（2）内卡接有过滤片，所述过滤节（2）的内径大于所述U型管本体（1）的内径。

2.根据权利要求1所述的一种大型换热器用超长U型不锈钢管，其特征在于：还添加有Nd：0.01%～0.02%。

3.根据权利要求2所述的一种大型换热器用超长U型不锈钢管，其特征在于：还添加有La：0.005%～0.015%。

4.根据权利要求1所述的一种大型换热器用超长U型不锈钢管，其特征在于：所述过滤节（2）与所述U型管本体（1）可拆卸连接。

5.根据权利要求1所述的一种大型换热器用超长U型不锈钢管，其特征在于：所述U型管本体（1）包括可拆卸连接且左右对称的两部分单体，所述单体之间通过密封连接件（3）连接密封，且所述密封连接件（3）位于所述U型管本体（1）的最低点；所述密封连接件（3）的内径大于所述U型管本体（1）的内径。

6.根据权利要求1所述的一种大型换热器用超长U型不锈钢管的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：管坯-检验-剥皮锯切-加热-穿孔-酸洗-荒管检验-冷轧-脱脂-热处理-矫直切管-酸洗-冷拔-脱脂-热处理-矫直切管-酸洗-中间检验-成品表检-无损检测-标识-弯管-试验-包装-发运，具体如下:

S1、对使用上述配方制造的管坯进行检验，检查管坯内部有无缝隙、缺口及裂痕等；

S2、对管坯呃表面进行剥皮锯切，将管坯表面的杂质、凸起等物质去除；

S3、对管坯进行加热至1200℃，并对表面相应需要穿孔的位置进行穿孔及冷却；

S4、将其放入稀释至20%左右的浓度，直接室温酸洗20-30分钟；检验酸洗情况，用水冲洗；

S5、将表面被水冲过的钢管进行冷轧，钢管采用二辊轧机进行1 道次冷轧，冷轧速度为每分钟0.1～0.3m；

S6、将钢管浸入到脱脂溶液中，将管道平放在其中停留10～15分钟，整个过程转动两到三次；

S7、对钢管进行加热至900～1100℃加热30分钟，并进行矫直切管，同时将切下的钢管重复进行上述的工艺直至达到指定的长度；

S8、对完成的钢管进行检验，并相应的测试钢管的性能，最终完成生产并进行相应的包装和运输。

7.根据权利要求6所述的一种大型换热器用超长U型不锈钢管的制造方法，其特征在于：生产过程中在中间检验后为了达到适应的长度需要进行如下的拉长步骤，包括在中间检验和成品表检之间有多次冷拔-脱脂-热处理-空拔-矫直切管-脱脂。

8.根据权利要求7所述的一种大型换热器用超长U型不锈钢管的制造方法，其特征在于：钢管包括直管和弯管部分，直管在热处理步骤时采用连续式退火炉进行固溶处理，包括如下步骤：

D1、先对钢管进行第一次加热，第一次加热的温度范围为1000～1090℃；

D2、完成后进行第二次加热，第二次加热的温度范围为830～970℃

D3、进行冷却，使用冷却风机，冷却风机的转速为1000～1700rpm。

9.根据权利要求8所述的一种大型换热器用超长U型不锈钢管的生产方法，其特征在于：冷却区中的退火速度为30～60m/min，由冷却风机吹出冷却气体对带材进行冷却完成后使用水冷。

10.根据权利要求9所述的一种大型换热器用超长U型不锈钢管的生产方法，其特征在于：弯管通过电加热进行热处理，将弯管部分放入电加热器中，加热器温度600～800℃，同时充入氮气用于保护弯管结构。