690 U形管生产精准投料方式研究

2020-01-01汤国振丁志达贾凤鸣

钢管 2019年5期

汤国振，丁志达，贾凤鸣

（宝银特种钢管有限公司，江苏宜兴 214200）

690合金具有较高强度、良好的组织稳定性、优越的加工性能和优异的耐腐蚀性能，尤其是具有很好的抗应力腐蚀开裂性能；因此成为新一代核电堆型蒸汽发生器用传热管的首选材料［1-4］。

690 U形管是用于核电站核岛中的核心部件蒸汽发生器中，超长、薄壁、小直径，尺寸精度、形状精度要求极高，制造难度大。由于质量要求苛刻，技术难度高、生产流程长、生产组织方式复杂，一直受制于国外，严重制约我国核电建设的发展。21世纪初，宝银特种钢管有限公司建成国内首条专业化生产线开始690 U形管的正式量产和供货，但由于各种条件的制约，该产品的成材率长期处于一个较低的水平，无法与国外同类型企业开展竞争。因此，根据产品特点和质量技术难点，改变和创新核电蒸汽发生器用690合金换热管的生产组织方式，提高产品的合格率、成材率，成为参与国内外竞争的基本条件［5］。

690合金换热管从原材料冶炼开始，经锻造、热挤压、多道冷轧、热处理、弯管、检验、包装等上百道工序的加工，最终成为成品U形管。工序繁多、可追溯性难度大、质量技术要求高、过程控制复杂［6］。在严格的核安全一级的质保体系管控下，生产制造过程中工序转移、管号信息追溯和工序质量控制等方面都对最终成材率有较大影响，在稳定可靠的三道冷轧成型工艺前提下，根据690 U形管的产品特点，有针对性地改进、优化冷加工生产组织方式，改善投料精准度，提高综合合格率，最终实现较高的成材率。

1 综合合格率的影响因素和控制方法

690 U形管成品冷加工变形过程中有多道次专门的质量检查：超声波＆涡流联合探伤、直管信噪比检查、U形管内涡流检验以及表面质量检查。通过计算每工序投料产出支数比得出产品的综合合格率，综合合格率的计算方法：合格U形管支数/投料支数×100%。

经多年的生产和运行经验，单工序合格率是综合合格率提高的关键因素。提高综合合格率的主要措施体现在以下两方面。

（1）核质保体系文件控制。

核质保体系文件是核产品生产过程必须遵循的依据。凡事有章可循、有人负责、有法可依、有人监督是核质保体系的根本，包括《质量计划》《程序文件》《作业指导书》《质量控制要点》《产品内控标准》等文件，必须通过内部流程进行编制、审核、批准后传至外部审批，批准后才可下发现场执行。并且，在生产过程中用户、业主及相关方在《质量计划》中选取见证点进行监督。建立了MES信息化系统，逐支编号进行流转，确保产品制造全过程的可溯源。

（2）工序过程执行“三工序”、“三检”制。

推动“三工序”活动，即检查上工序、控制本工序、服务下工序，本工序首先进行自检（首、中、末），工序与工序之间形成互检，不可逆工序前设立质量专检点进行专检，保证最终成品质量。

每天不定时进行工艺纪律检查，及时改正发现的违规现象；制定质量奖惩措施，对质量问题“零容忍”。通过以上措施，工序过程质量有效受控，产品综合合格率稳定在95%以上，较大地提升了产品最终成材率。成材率通过每工序投料产出质量比计算，计算方式：合格U形管质量/投料质量×100%。综合合格率是影响成材率的主要因素。

2 优化生产组织方式

传统的投料方式受制于过程控制的不稳定性，无法做到按每个弯曲半径规格投料，只能预留较大余量，根据最终成品直管的实际长度进行弯管投料。此种投料方式物料可控性较差。为满足包装计划，在弯管工序极易形成长料短投的现象，据统计，在以往项目生产中，长料短投占投料总数的1.78%，致使成材率下降1%。同时，此种投料方式使成品物料长度不匹配、U形管规格不齐全，而调整包装计划无法实现包装的连续性，严重影响生产效率。

为提高成材率，保证均衡生产，通过对设备制造厂蒸汽发生器的穿管顺序和包装顺序的研究，实行有目的投料，减少长料短投的比例，满足生产装箱要求。现以核电华龙一号堆型某项目蒸汽发生器用690 U形管束为例说明。

（1）包装设计，木箱定配。

U形管包装作为整个690合金U形传热管生产线的最后一道工序，往往被定义为辅助工序，容易被忽视。但该工序容易造成生产停顿，现场物料积压。但从以往项目中吸取的经验及日常的排产计划来看，理顺这一环节关键在于计划的“首尾呼应”。

“首尾呼应”指装箱需要什么规格的U形管，那计划投料就按什么规格的U形管投，切忌“供不应求”、“供大于求”的现象。装箱顺序和U形管规格、数量、长度、管坯质量及过程金属损耗等都是需要考虑的范围。

某项目蒸发器3个管束，每个管束7 997支U形管，按设备制造厂管板图：最小的3个小弯曲半径U形管需单独穿管，必须分开包装，其余由下往上逐层穿管，并要求每个包装箱和产品的总质量小于8 t。根据这些要求，设计了20个包装箱，包装信息见表1。其中A箱为穿管时所用的第一箱，其内部U形管装箱布置如图1所示。

（2）统计支数，定规投料。

包装方式确定后，制定包装计划，假设月计划需要完成A～E 5个木箱，共2 344支U形管的包装，首先统计该5个木箱每个规格的U形管数量、长度等。

A～E箱的各个规格的U形管数量统计成表。改进投料方式重点在于根据需求投料，即按照统计表中U形管的规格、长度、质量进行投料，每一根直管在生产初期就具有“规格身份”，这是从“实物决定身份”到“身份决定实物”的转变，加大了人为因素对于物料的干预，增强了计划实现的主动性。

表1 包装信息

图1 A箱内部U形管装箱布置

（3）统筹考虑，精确计算。

690 U形管冷加工生产共有3道主变形冷轧工序，Φ95 mm×16 mm原料→Φ65 mm×10 mm精制管→Φ33 mm×3.5 mm 中间品→Φ17.46 mm×1.02 mm成品管，前两道次轧制后都需进行分段，根据设备的上料长度要求，一般分为4～5段。若想材料利用率达到最高，必须从首道次轧制开始实行分段控制。

精制管中间品轧制是690 U形传热管第二道次冷轧工序，轧制后分段的长度、质量决定了最终U形管长度；因此，此道轧制的投料尤为关键，既要将后续工序的金属损耗计算在内，又必须控制好工序的材料浪费，计算的精确度直接决定最终成材率的高低。

产生金属消耗的工序主要为：中间品平头尾、中间品带式修磨、成品带式修磨、定尺切管，需要测算出上述等工序的金属损耗量和U形管成品的最终质量，基本可以确定精制管轧制中间品投料的质量。

中间品的尺寸为Φ33 mm×3.5 mm，两端平头的长度约为2 cm，中间品带式修磨的磨削量为单边0.03 mm，长度约为3.9 m，根据690合金材质的密度ρ=8.187×103kg/m3，计算出单根中间品的金属损耗M1=0.077 kg。

冷轧后的成品管尺寸为Φ17.46 mm×1.02 mm，按照技术要求，成品带式修磨的磨削量单边必须≥0.013 mm，成品的长度平均约为22 m，单根成品带式修磨的金属损耗M2=0.099 kg。

直管弯成相应规格的U形管后将管端工艺余量通过定尺切管切除，在整个生产线中，有两道工序需预留工艺余量：①直管联合探伤工序，探伤时两端各有150 mm的盲区；②U形管水压工序，两端各有200 mm的夹持段需切除，两者取其大，即成品管需预留400 mm的工艺余量最终切除，可计算该金属消耗M3=0.088 kg。

所以，单根690 U形管在整个冷加工生产过程的金属损耗M=M1+M2+M3=0.264 kg。中间品投料时，投料质量即为成品U形管质量+金属损耗质量。

A～E箱共5个木箱，涉及121种规格的U形管，且相邻的两个规格、长度和质量差距较小，但实际生产中不可能按照每个规格的长度、质量进行投料，一般情况下，会将相邻的5个规格统一按照其中质量最大者进行投料，加上金属损耗，可简化为表2的投料信息。

表2 投料信息

不计分段时的材料损失，按照1分4的分段方式，则若想投上述U形管，荒管的质量应在36.336～43.896 kg，原料管的质量在145.344～175.584 kg。

实际生产中，虽从原料开始控制，但管坯质量不可能全部满足需求，所以在分段时需改进。以往的分段基本采用的是均切，即分成相同长度的几段，容易产生材料浪费。例如一支管子的质量为42.3 kg，对照表2，按均切方式，只能按T34～T38规格切成4段，共42.136 kg，浪费0.164 kg金属材料，对批量生产来说，这些损失的金属材料累积数量对成材率有较大影响。

将传统的均切改进为套切，可以减少材料浪费，比如上段所述的42.3 kg坯料，经过计算，采用套切的方式，可以切成T29～T33规格的1段，T34～T38规格的3段，共42.256 kg，金属材料损失降低至0.044 kg，明显提高了材料利用率［7］。

荒管轧制成中间品的过程是控制材料利用率的关键工序，按炉号逐支称重、记录，按每支质量及表2的投料质量、数量，计算出切管长度，形成切管计划，见表3。