湯國振，丁志達，賈鳳鳴

（寶銀特種鋼管有限公司，江蘇 宜興 214200）

690合金具有較高強度、良好的組織穩(wěn)定性、優(yōu)越的加工性能和優(yōu)異的耐腐蝕性能，尤其是具有很好的抗應力腐蝕開裂性能；因此成為新一代核電堆型蒸汽發(fā)生器用傳熱管的首選材料［1-4］。

690 U形管是用于核電站核島中的核心部件蒸汽發(fā)生器中，超長、薄壁、小直徑，尺寸精度、形狀精度要求極高，制造難度大。由于質(zhì)量要求苛刻，技術難度高、生產(chǎn)流程長、生產(chǎn)組織方式復雜，一直受制于國外，嚴重制約我國核電建設的發(fā)展。21世紀初，寶銀特種鋼管有限公司建成國內(nèi)首條專業(yè)化生產(chǎn)線開始690 U形管的正式量產(chǎn)和供貨，但由于各種條件的制約，該產(chǎn)品的成材率長期處于一個較低的水平，無法與國外同類型企業(yè)開展競爭。因此，根據(jù)產(chǎn)品特點和質(zhì)量技術難點，改變和創(chuàng)新核電蒸汽發(fā)生器用690合金換熱管的生產(chǎn)組織方式，提高產(chǎn)品的合格率、成材率，成為參與國內(nèi)外競爭的基本條件［5］。

690合金換熱管從原材料冶煉開始，經(jīng)鍛造、熱擠壓、多道冷軋、熱處理、彎管、檢驗、包裝等上百道工序的加工，最終成為成品U形管。工序繁多、可追溯性難度大、質(zhì)量技術要求高、過程控制復雜［6］。在嚴格的核安全一級的質(zhì)保體系管控下，生產(chǎn)制造過程中工序轉(zhuǎn)移、管號信息追溯和工序質(zhì)量控制等方面都對最終成材率有較大影響，在穩(wěn)定可靠的三道冷軋成型工藝前提下，根據(jù)690 U形管的產(chǎn)品特點，有針對性地改進、優(yōu)化冷加工生產(chǎn)組織方式，改善投料精準度，提高綜合合格率，最終實現(xiàn)較高的成材率。

1 綜合合格率的影響因素和控制方法

690 U形管成品冷加工變形過程中有多道次專門的質(zhì)量檢查：超聲波＆渦流聯(lián)合探傷、直管信噪比檢查、U形管內(nèi)渦流檢驗以及表面質(zhì)量檢查。通過計算每工序投料產(chǎn)出支數(shù)比得出產(chǎn)品的綜合合格率，綜合合格率的計算方法：合格U形管支數(shù)/投料支數(shù)×100%。

經(jīng)多年的生產(chǎn)和運行經(jīng)驗，單工序合格率是綜合合格率提高的關鍵因素。提高綜合合格率的主要措施體現(xiàn)在以下兩方面。

（1）核質(zhì)保體系文件控制。

核質(zhì)保體系文件是核產(chǎn)品生產(chǎn)過程必須遵循的依據(jù)。凡事有章可循、有人負責、有法可依、有人監(jiān)督是核質(zhì)保體系的根本，包括《質(zhì)量計劃》《程序文件》《作業(yè)指導書》《質(zhì)量控制要點》《產(chǎn)品內(nèi)控標準》等文件，必須通過內(nèi)部流程進行編制、審核、批準后傳至外部審批，批準后才可下發(fā)現(xiàn)場執(zhí)行。并且，在生產(chǎn)過程中用戶、業(yè)主及相關方在《質(zhì)量計劃》中選取見證點進行監(jiān)督。建立了MES信息化系統(tǒng)，逐支編號進行流轉(zhuǎn)，確保產(chǎn)品制造全過程的可溯源。

（2）工序過程執(zhí)行“三工序”、“三檢”制。

推動“三工序”活動，即檢查上工序、控制本工序、服務下工序，本工序首先進行自檢（首、中、末），工序與工序之間形成互檢，不可逆工序前設立質(zhì)量專檢點進行專檢，保證最終成品質(zhì)量。

每天不定時進行工藝紀律檢查，及時改正發(fā)現(xiàn)的違規(guī)現(xiàn)象；制定質(zhì)量獎懲措施，對質(zhì)量問題“零容忍”。通過以上措施，工序過程質(zhì)量有效受控，產(chǎn)品綜合合格率穩(wěn)定在95%以上，較大地提升了產(chǎn)品最終成材率。成材率通過每工序投料產(chǎn)出質(zhì)量比計算，計算方式：合格U形管質(zhì)量/投料質(zhì)量×100%。綜合合格率是影響成材率的主要因素。

2 優(yōu)化生產(chǎn)組織方式

傳統(tǒng)的投料方式受制于過程控制的不穩(wěn)定性，無法做到按每個彎曲半徑規(guī)格投料，只能預留較大余量，根據(jù)最終成品直管的實際長度進行彎管投料。此種投料方式物料可控性較差。為滿足包裝計劃，在彎管工序極易形成長料短投的現(xiàn)象，據(jù)統(tǒng)計，在以往項目生產(chǎn)中，長料短投占投料總數(shù)的1.78%，致使成材率下降1%。同時，此種投料方式使成品物料長度不匹配、U形管規(guī)格不齊全，而調(diào)整包裝計劃無法實現(xiàn)包裝的連續(xù)性，嚴重影響生產(chǎn)效率。

為提高成材率，保證均衡生產(chǎn)，通過對設備制造廠蒸汽發(fā)生器的穿管順序和包裝順序的研究，實行有目的投料，減少長料短投的比例，滿足生產(chǎn)裝箱要求。現(xiàn)以核電華龍一號堆型某項目蒸汽發(fā)生器用690 U形管束為例說明。

（1）包裝設計，木箱定配。

U形管包裝作為整個690合金U形傳熱管生產(chǎn)線的最后一道工序，往往被定義為輔助工序，容易被忽視。但該工序容易造成生產(chǎn)停頓，現(xiàn)場物料積壓。但從以往項目中吸取的經(jīng)驗及日常的排產(chǎn)計劃來看，理順這一環(huán)節(jié)關鍵在于計劃的“首尾呼應”。

“首尾呼應”指裝箱需要什么規(guī)格的U形管，那計劃投料就按什么規(guī)格的U形管投，切忌“供不應求”、“供大于求”的現(xiàn)象。裝箱順序和U形管規(guī)格、數(shù)量、長度、管坯質(zhì)量及過程金屬損耗等都是需要考慮的范圍。

某項目蒸發(fā)器3個管束，每個管束7 997支U形管，按設備制造廠管板圖：最小的3個小彎曲半徑U形管需單獨穿管，必須分開包裝，其余由下往上逐層穿管，并要求每個包裝箱和產(chǎn)品的總質(zhì)量小于8 t。根據(jù)這些要求，設計了20個包裝箱，包裝信息見表1。其中A箱為穿管時所用的第一箱，其內(nèi)部U形管裝箱布置如圖1所示。

（2）統(tǒng)計支數(shù)，定規(guī)投料。

包裝方式確定后，制定包裝計劃，假設月計劃需要完成A～E 5個木箱，共2 344支U形管的包裝，首先統(tǒng)計該5個木箱每個規(guī)格的U形管數(shù)量、長度等。

A～E箱的各個規(guī)格的U形管數(shù)量統(tǒng)計成表。改進投料方式重點在于根據(jù)需求投料，即按照統(tǒng)計表中U形管的規(guī)格、長度、質(zhì)量進行投料，每一根直管在生產(chǎn)初期就具有“規(guī)格身份”，這是從“實物決定身份”到“身份決定實物”的轉(zhuǎn)變，加大了人為因素對于物料的干預，增強了計劃實現(xiàn)的主動性。

表1 包裝信息

圖1 A箱內(nèi)部U形管裝箱布置

（3）統(tǒng)籌考慮，精確計算。

690 U形管冷加工生產(chǎn)共有3道主變形冷軋工序，Φ95 mm×16 mm原料→Φ65 mm×10 mm精制管→Φ33 mm×3.5 mm 中間品→Φ17.46 mm×1.02 mm成品管，前兩道次軋制后都需進行分段，根據(jù)設備的上料長度要求，一般分為4～5段。若想材料利用率達到最高，必須從首道次軋制開始實行分段控制。

精制管中間品軋制是690 U形傳熱管第二道次冷軋工序，軋制后分段的長度、質(zhì)量決定了最終U形管長度；因此，此道軋制的投料尤為關鍵，既要將后續(xù)工序的金屬損耗計算在內(nèi)，又必須控制好工序的材料浪費，計算的精確度直接決定最終成材率的高低。

產(chǎn)生金屬消耗的工序主要為：中間品平頭尾、中間品帶式修磨、成品帶式修磨、定尺切管，需要測算出上述等工序的金屬損耗量和U形管成品的最終質(zhì)量，基本可以確定精制管軋制中間品投料的質(zhì)量。

中間品的尺寸為Φ33 mm×3.5 mm，兩端平頭的長度約為2 cm，中間品帶式修磨的磨削量為單邊0.03 mm，長度約為3.9 m，根據(jù)690合金材質(zhì)的密度ρ=8.187×103kg/m3，計算出單根中間品的金屬損耗M1=0.077 kg。

冷軋后的成品管尺寸為Φ17.46 mm×1.02 mm，按照技術要求，成品帶式修磨的磨削量單邊必須≥0.013 mm，成品的長度平均約為22 m，單根成品帶式修磨的金屬損耗M2=0.099 kg。

直管彎成相應規(guī)格的U形管后將管端工藝余量通過定尺切管切除，在整個生產(chǎn)線中，有兩道工序需預留工藝余量：①直管聯(lián)合探傷工序，探傷時兩端各有150 mm的盲區(qū)；②U形管水壓工序，兩端各有200 mm的夾持段需切除，兩者取其大，即成品管需預留400 mm的工藝余量最終切除，可計算該金屬消耗M3=0.088 kg。

所以，單根690 U形管在整個冷加工生產(chǎn)過程的金屬損耗M=M1+M2+M3=0.264 kg。中間品投料時，投料質(zhì)量即為成品U形管質(zhì)量+金屬損耗質(zhì)量。

A～E箱共5個木箱，涉及121種規(guī)格的U形管，且相鄰的兩個規(guī)格、長度和質(zhì)量差距較小，但實際生產(chǎn)中不可能按照每個規(guī)格的長度、質(zhì)量進行投料，一般情況下，會將相鄰的5個規(guī)格統(tǒng)一按照其中質(zhì)量最大者進行投料，加上金屬損耗，可簡化為表2的投料信息。

表2 投料信息

不計分段時的材料損失，按照1分4的分段方式，則若想投上述U形管，荒管的質(zhì)量應在36.336～43.896 kg，原料管的質(zhì)量在145.344～175.584 kg。

實際生產(chǎn)中，雖從原料開始控制，但管坯質(zhì)量不可能全部滿足需求，所以在分段時需改進。以往的分段基本采用的是均切，即分成相同長度的幾段，容易產(chǎn)生材料浪費。例如一支管子的質(zhì)量為42.3 kg，對照表2，按均切方式，只能按T34～T38規(guī)格切成4段，共42.136 kg，浪費0.164 kg金屬材料，對批量生產(chǎn)來說，這些損失的金屬材料累積數(shù)量對成材率有較大影響。

將傳統(tǒng)的均切改進為套切，可以減少材料浪費，比如上段所述的42.3 kg坯料，經(jīng)過計算，采用套切的方式，可以切成T29～T33規(guī)格的1段，T34～T38規(guī)格的3段，共42.256 kg，金屬材料損失降低至0.044 kg，明顯提高了材料利用率［7］。

荒管軋制成中間品的過程是控制材料利用率的關鍵工序，按爐號逐支稱重、記錄，按每支質(zhì)量及表2的投料質(zhì)量、數(shù)量，計算出切管長度，形成切管計劃，見表3。

表3 Ф65 mm×10 mm荒管軋制中間品分段計劃

材料損耗Q=G-G1n-G2n，式中，G為實際質(zhì)量。材料損耗體現(xiàn)了材料利用率，一般在投料時每根精制管的材料損耗必須控制在相鄰兩個投料質(zhì)量差值以下。

（4）定點反饋，及時補充。

整個生產(chǎn)過程中管材不可避免會出現(xiàn)質(zhì)量問題，部分管材會因探傷不合格而報廢，部分管材會因端部有缺陷，切除后無法滿足其投料時的長度規(guī)格。因此，需要在生產(chǎn)過程中設置反饋點，及時統(tǒng)計所有到該點的管材的合格數(shù)量、長度，根據(jù)統(tǒng)計的情況將缺少的規(guī)格及時補充投料，以滿足連續(xù)生產(chǎn)的要求。

經(jīng)研究，確定成品管投料工序為反饋點，該工序為直管生產(chǎn)階段的最后工序，需測量每支直管長度并記錄，同時根據(jù)投料計劃及直管實際長度進行彎管投料。

通過上述研究和過程實施，項目的成材率明顯得到提升，從剛起步的48%上升至90%以上，綜合合格率從60%提升至95%，合格率與成材率之間的差值從12%縮小至5%，提升了7%。

3 結(jié) 語

（1）優(yōu)化核電蒸發(fā)器用690 U形管冷加工生產(chǎn)組織方式能夠提高產(chǎn)品的成材率，優(yōu)化的關鍵在于提高產(chǎn)品綜合合格率和投料精準度。

（2）提高合格率的關鍵在于保證完善的核質(zhì)保體系的良好實踐和過程質(zhì)量控制的實現(xiàn)，應采取措施保證每一道工序的精準操作和精細化控制，從而保證最終成品的高質(zhì)量。

（3）應根據(jù)包裝需求計劃排產(chǎn)，做到“首尾呼應”。按照最終U形管的包裝順序確定投料的規(guī)格，在投料的時候賦予每支管材“規(guī)格身份”，做到定規(guī)投料。

（4）精準投料是實現(xiàn)計劃排產(chǎn)的手段。應從細節(jié)方面控制精準投料的有效性，至少包括三方面：①精確計算生產(chǎn)全流程的材料損耗，納入投料質(zhì)量；②根據(jù)三道次冷軋的特性，控制原料管的質(zhì)量，并在原料管投料時做好套切工作，減少材料浪費；③定點反饋，及時做好補充投料。

在核電蒸發(fā)器用690 U形管冷加工過程質(zhì)量穩(wěn)定的情況下，精確控制每道次冷變形前的投料質(zhì)量，精確計算材料損耗，并考慮U形管的包裝順序，減少“長料短投”，從而使產(chǎn)品成材率得到顯著提高。