T2钢内螺纹管的研制
彭孙鸿 邓尔康 刘彩玲 韩 敏
Development of Multiple-Strand Ribbed Tube of Steel T2
Peng Sunhong
(Shanghai Power Equipment Research Institute, Shanghai 200240)
Deng Erkang, Liu Cailing and Han Min
(Shanghai Steel Tube Co Ltd)
现代高参数大容量火电锅炉，水冷壁的高温区都采用内螺纹管以防止水与管壁之间形成蒸汽膜，降低传热效率。内螺纹管的螺纹头数根据设计需要有8、12和14头不等。内螺纹的旋转方向可分单向和正反交叉两种，形式很多，各国尚无统一标准。国产1050 t/h锅炉(配300 MW机组)每台内螺纹管用量200～250 t；2045 t/h锅炉(配600 MW机组)每台内螺纹管用量约300 t。全国按年产12000 MW火电设备计算，需内螺纹管6000 t以上。
1 内螺纹管冷拔原理和制管材料
1.1 冷拔原理
冷拔内螺纹管的成形机构如图1所示。拔制时，内模螺旋沟槽的前沿侧边承受管料内壁凸肋前沿侧边的挤压，在沟槽受力侧的法向上产生挤压力，挤压力的切向分量将驱动内模和连杆旋转。可见，冷拔内螺纹管的技术关键是内壁凸肋的成形和工具设计。
图1 内螺纹管冷拔示意图
Fig.1 Schematic of cold drawing process for multiple-strand ribbed tube
1.2 内螺纹钢管材料
T2钢是在0.5%Mo钢基础上加入0.5%～ 0.8% Cr发展起来的低合金耐热钢。克服
了碳素钢和含钼钢的石墨化倾向，高温力学性能有所提高。
试制用钢坯由上海五钢公司提供，冶炼工艺为电弧炉冶炼+钢包炉二次精炼，热轧Φ110 mm圆坯。试制钢管的化学成分见表1。
表1 T2钢内螺纹管的化学成分/%
Table 1 Chemical compositions of steel T2 for multiple-strand
ribbed tube/%
2 冷拔工艺及钢管力学性能
2.1 钢管的冷拔加工
T2钢管的冷拔工艺流程：
荒管打头→酸洗检验→磷化→皂化→冷拔→中间退火→切头→酸洗
→矫直→涡流及超声波探伤→打头→酸洗→磷化→皂化→内螺纹凸肋成
形→保护气氛热处理→矫直→切头尾→成品检验→涂防锈层→包装→入
库
2.2 钢管的尺寸检验
在试制的Φ63.5×7 mm 8头内螺纹管中随机抽取12根管，头尾取
样进行测量，内、外径在相互垂直方向检测，壁厚在相当于时针3、6、
9、12的位置检测，数据频数N=80，最大和最小值范围列于表2。图2
为钢管剖面尺寸示意图，图3为内螺纹高和壁厚尺寸分布直方图。
表2 T2钢内螺纹管的主要尺寸/mm
Table 2 Main dimension of multiple-strand ribbed tube of steel
T2/mm
注：螺旋角P实测范围28°10′～29°10′
图2 内螺纹钢管剖面尺寸示意图
Fig.2 Schematic section of multiple-
strand ribbed tube
图3 内螺纹高H和壁厚D尺寸分布直方图
Fig.3 Distribution of ribbed high H and wall
thickness D of multiple-strand rifled tube
2.3 热处理工艺和室温力学性能
ASTM A213标准中规定，无论热轧还是冷拔的T2钢管，均可在650～730 ℃下进行最终热处理。试制热处理工艺为：920 ℃×30 min正火和920 ℃×30 min正火+700 ℃×2 h高温回火。室温拉伸试样按ASTM E8标准分别在钢管上切取纵向去肋的薄板型试样和保留外表面的条状试样，标距为50 mm。试验结果列于表3。
表3 T2钢管不同热处理工艺室温力学性能
Table 3 Mechanical properties of T2 steel tube with
different heat treatment
3 讨论
内螺纹高度是内螺纹管的主要尺寸参数。拉拔时，管料沿拔制方向的延伸变形是管料的主要变形，内螺纹处的壁厚也将参与延伸变形而被拉薄。图4是内螺纹管拔制壁厚压下量与螺纹高度的关系。由图可见，减壁量跟内螺纹高度成正比。足够的减壁量是获得足够的内螺纹高度的基本条件，但减壁率受拔制应力的限制不可能很大。通常采用增大管料的壁厚来实现增加减壁量的需要。而增加管料外径压下量来增加内螺纹高度作用较小。
图4 壁厚压下量对螺纹高度的影响
Fig.4 Effect of reduction of wall thickness on ribbed height 避免内螺纹凸肋侧边刮伤和塌陷畸变。内外模的轴向相对位置一旦产生相对位移，内模对变形区也随之产生相对位移，内螺纹凸肋边便会被刮伤。另外，内模转动阻力矩愈大，内模沟槽与管内壁凸肋侧边间的压力也愈大。当压应力超过金属表面压应力极限时，就会产生凸肋塌陷畸变。为了减少转动阻力矩应提高冷拔设备的刚度和加工精度。尽量避免小车、外模和拉杆尾座偏离拔制中心线等。
高压锅炉用Cr-Mo低合金钢的热强性能，主要由合金元素Cr和Mo的固溶强化起作用。在长期高温条件下运行，将缓慢析出碳化物相Mo2C以及Cr7C3,随后会聚集球化，使钢的高温强度下降。因此，钢管成品的热处理制度应使钢的合金元素充分固溶，并要有好的加工塑性。试验钢热处理后的显微组织为铁素体+珠光体，晶粒度 8.5级。未见带状组织。
4 结论
(1) T2钢内螺纹管的材料采用电弧炉冶炼+钢包炉二次精炼，热轧Φ110 mm管坯。经热穿管后，冷拔加工成8头内螺纹无缝钢管，各项技术性能和力学性能符合ASME SA-213标准要求。
(2) 试制内螺纹管的工模具设计合理，产品尺寸稳定。
(3) 试制采用的热处理工艺规范能满足产品使用需要。如果对热处理工艺作适当调整，还可进一步提高产品的性能。
作者简介：彭孙鸿，男，57岁，高级工程师。1964年毕业于华南工学院金属材料及热处理车间设备专业，从事电站材料开发研究和钢管生产技术管理。
作者单位：彭孙鸿 (上海发电设备成套设计研究所，上海 200240) 邓尔康 刘彩玲 韩 敏(上海钢管股份有限公司)
T2钢内螺纹管的研制
彭孙鸿 邓尔康 刘彩玲 韩 敏
Development of Multiple-Strand Ribbed Tube of Steel T2
Peng Sunhong
(Shanghai Power Equipment Research Institute, Shanghai 200240)
Deng Erkang, Liu Cailing and Han Min
(Shanghai Steel Tube Co Ltd)
现代高参数大容量火电锅炉，水冷壁的高温区都采用内螺纹管以防止水与管壁之间形成蒸汽膜，降低传热效率。内螺纹管的螺纹头数根据设计需要有8、12和14头不等。内螺纹的旋转方向可分单向和正反交叉两种，形式很多，各国尚无统一标准。国产1050 t/h锅炉(配300 MW机组)每台内螺纹管用量200～250 t；2045 t/h锅炉(配600 MW机组)每台内螺纹管用量约300 t。全国按年产12000 MW火电设备计算，需内螺纹管6000 t以上。
1 内螺纹管冷拔原理和制管材料
1.1 冷拔原理
冷拔内螺纹管的成形机构如图1所示。拔制时，内模螺旋沟槽的前沿侧边承受管料内壁凸肋前沿侧边的挤压，在沟槽受力侧的法向上产生挤压力，挤压力的切向分量将驱动内模和连杆旋转。可见，冷拔内螺纹管的技术关键是内壁凸肋的成形和工具设计。
图1 内螺纹管冷拔示意图
Fig.1 Schematic of cold drawing process for multiple-strand ribbed tube
1.2 内螺纹钢管材料
T2钢是在0.5%Mo钢基础上加入0.5%～ 0.8% Cr发展起来的低合金耐热钢。克服
了碳素钢和含钼钢的石墨化倾向，高温力学性能有所提高。
试制用钢坯由上海五钢公司提供，冶炼工艺为电弧炉冶炼+钢包炉二次精炼，热轧Φ110 mm圆坯。试制钢管的化学成分见表1。
表1 T2钢内螺纹管的化学成分/%
Table 1 Chemical compositions of steel T2 for multiple-strand
ribbed tube/%
2 冷拔工艺及钢管力学性能
2.1 钢管的冷拔加工
T2钢管的冷拔工艺流程：
荒管打头→酸洗检验→磷化→皂化→冷拔→中间退火→切头→酸洗
→矫直→涡流及超声波探伤→打头→酸洗→磷化→皂化→内螺纹凸肋成
形→保护气氛热处理→矫直→切头尾→成品检验→涂防锈层→包装→入
库
2.2 钢管的尺寸检验
在试制的Φ63.5×7 mm 8头内螺纹管中随机抽取12根管，头尾取
样进行测量，内、外径在相互垂直方向检测，壁厚在相当于时针3、6、
9、12的位置检测，数据频数N=80，最大和最小值范围列于表2。图2
为钢管剖面尺寸示意图，图3为内螺纹高和壁厚尺寸分布直方图。
表2 T2钢内螺纹管的主要尺寸/mm
Table 2 Main dimension of multiple-strand ribbed tube of steel
T2/mm
注：螺旋角P实测范围28°10′～29°10′
图2 内螺纹钢管剖面尺寸示意图
Fig.2 Schematic section of multiple-
strand ribbed tube
图3 内螺纹高H和壁厚D尺寸分布直方图
Fig.3 Distribution of ribbed high H and wall
thickness D of multiple-strand rifled tube
2.3 热处理工艺和室温力学性能
ASTM A213标准中规定，无论热轧还是冷拔的T2钢管，均可在650～730 ℃下进行最终热处理。试制热处理工艺为：920 ℃×30 min正火和920 ℃×30 min正火+700 ℃×2 h高温回火。室温拉伸试样按ASTM E8标准分别在钢管上切取纵向去肋的薄板型试样和保留外表面的条状试样，标距为50 mm。试验结果列于表3。
表3 T2钢管不同热处理工艺室温力学性能
Table 3 Mechanical properties of T2 steel tube with
different heat treatment
3 讨论
内螺纹高度是内螺纹管的主要尺寸参数。拉拔时，管料沿拔制方向的延伸变形是管料的主要变形，内螺纹处的壁厚也将参与延伸变形而被拉薄。图4是内螺纹管拔制壁厚压下量与螺纹高度的关系。由图可见，减壁量跟内螺纹高度成正比。足够的减壁量是获得足够的内螺纹高度的基本条件，但减壁率受拔制应力的限制不可能很大。通常采用增大管料的壁厚来实现增加减壁量的需要。而增加管料外径压下量来增加内螺纹高度作用较小。
图4 壁厚压下量对螺纹高度的影响
Fig.4 Effect of reduction of wall thickness on ribbed height 避免内螺纹凸肋侧边刮伤和塌陷畸变。内外模的轴向相对位置一旦产生相对位移，内模对变形区也随之产生相对位移，内螺纹凸肋边便会被刮伤。另外，内模转动阻力矩愈大，内模沟槽与管内壁凸肋侧边间的压力也愈大。当压应力超过金属表面压应力极限时，就会产生凸肋塌陷畸变。为了减少转动阻力矩应提高冷拔设备的刚度和加工精度。尽量避免小车、外模和拉杆尾座偏离拔制中心线等。
高压锅炉用Cr-Mo低合金钢的热强性能，主要由合金元素Cr和Mo的固溶强化起作用。在长期高温条件下运行，将缓慢析出碳化物相Mo2C以及Cr7C3,随后会聚集球化，使钢的高温强度下降。因此，钢管成品的热处理制度应使钢的合金元素充分固溶，并要有好的加工塑性。试验钢热处理后的显微组织为铁素体+珠光体，晶粒度 8.5级。未见带状组织。
4 结论
(1) T2钢内螺纹管的材料采用电弧炉冶炼+钢包炉二次精炼，热轧Φ110 mm管坯。经热穿管后，冷拔加工成8头内螺纹无缝钢管，各项技术性能和力学性能符合ASME SA-213标准要求。
(2) 试制内螺纹管的工模具设计合理，产品尺寸稳定。
(3) 试制采用的热处理工艺规范能满足产品使用需要。如果对热处理工艺作适当调整，还可进一步提高产品的性能。
作者简介：彭孙鸿，男，57岁，高级工程师。1964年毕业于华南工学院金属材料及热处理车间设备专业，从事电站材料开发研究和钢管生产技术管理。
作者单位：彭孙鸿 (上海发电设备成套设计研究所，上海 200240) 邓尔康 刘彩玲 韩 敏(上海钢管股份有限公司)