СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ Российский патент 2010 года по МПК B21C1/00 

Изобретение относится к производству труб и может быть использовано при изготовлении тонкостенных труб из коррозионностойких сталей для оболочек тепловыделяющих элементов ядерных реакторов.

В качестве прототипа выбран способ волочения труб на закрепленной оправке (Перлин И.Л., Ерманок М.З. «Теория волочения». М.: Металлургия, 1971, с.448), включающий волочение трубы в конусной волоке на закрепленной цилиндрической оправке.

Недостатком указанного способа является низкая точность размеров труб, связанная с внеконтактной упруго-пластической деформацией на входе из зоны обжатия, а также с упругими и тепловыми деформациями трубы после завершения волочения. Если диаметры калибрующего пояска волоки и рабочей поверхности оправки выполнены равными номинальным размерам готовой трубы, то реальные диаметры трубы оказываются меньше номинальных, а толщина стенки - больше номинальной.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение точности размеров сечения прецизионных труб.

Указанная задача решается тем, что в способе изготовления тонкостенных труб, включающем волочение трубы в конусной волоке на закрепленной цилиндрической оправке, калибровку наружного диаметра трубы осуществляют волокой, диаметр калибрующей части которой принимают равным D_вол=D(1+0,035logλ), где D - номинальный наружный диаметр готовой трубы, λ - коэффициент вытяжки по сечению трубы, калибровку внутреннего диаметра трубы осуществляют цилиндрической оправкой, диаметр которой принимают равным D_оп=d(1+0,025logλ), где d - номинальный внутренний диаметр готовой трубы, при этом коэффициент вытяжки по сечению трубы λ составляет 1,25≤λ≤1,48, а коэффициент вытяжки по стенке трубы λ_s составляет 0,90λ≤λ_s≤0,94λ.

Диаметр калибрующей части волоки и диаметр оправки определяют с учетом внеконтактной деформации, а также упругой и тепловой деформации трубы после завершения волочения.

Если диаметры калибрующего пояска волоки и рабочей поверхности оправок выполнены равными номинальным размерам готовой трубы, то реальные размеры трубы оказываются меньше номинальных, а толщина стенки - больше номинальной, что значительно снижает точность изготовления труб.

Указанная зависимость величины диаметра калибрующей части волоки и диаметра оправки от коэффициента вытяжки по сечению трубы определена экспериментальным путем.

Выбор значения коэффициента вытяжки λ за проход не менее 1,25 обоснован тем, что в данном случае достигается проработка структуры металла труб. Применительно к трубам из коррозионностойких сталей это обеспечивает получение величины аустенитного зерна металла после последующей финишной термической обработки труб не крупнее 6 балла, а также механических свойств металла труб не ниже норм, регламентированных современными действующими техническими условиями. Верхнее значение коэффициента вытяжки за проход λ ограничено величиной внеконтактной вытяжки, а также упругой и тепловой деформацией разгрузки трубы после волочения.

Выбор λ не более 1,48 обоснован тем, что эта деформация трубы в данном случае не выводит размер ее внутреннего диаметра за нижнюю границу поля допуска. Выбор коэффициента вытяжки по стенке трубы λ_s=S₀/S не менее 0,90λ обоснован тем, что в этом случае достигается практически полное «выглаживание» поверхности металла трубы: изменение ее топографии и снижение шероховатости, что обеспечивает получение субмикронной чистоты наружной и внутренней поверхностей трубы. Выбор λ_s более 0,94λ не целесообразен из-за малого зазора между внутренней поверхностью трубы-заготовки и цилиндрической поверхностью оправки, приводящего к нагнетанию смазки в зону, прилегающую к очагу обжатия трубы, и раздутию тонкостенной трубы перед входом в волоку и, в итоге, к обрыву трубы.

Способ осуществляется следующим образом.

При изготовлении бесшовных холоднодеформированных особотонкостенных труб из коррозионностойкой стали ЭИ-847 по ТУ 14-159-293-2005 для оболочек ТВЭЛов ядерного реактора с размерами: внутренний диаметр 6,6 мм при толщине стенки 0,2 мм и с допусками по внутреннему диаметру ±0,020 мм по толщине стенки ±0,030 мм, использовали трубную заготовку, полученную на ХПТР 8-15 с наружным диаметром D₀=7,590…7,727 мм и толщиной стенки S₀=0,254…0,266 мм. Для чистового волочильного прохода на закрепленной цилиндрической оправке использовали волоку с диаметром калибрующего пояска D_вол=7,033 мм и оправку диаметром D_оп=6,622 мм. Коэффициент вытяжки по сечению трубы составлял λ=1,365. В результате получены трубы в диапазоне внутренних диаметров от 6,594 мм до 6,608 мм, толщин стенок от 0,203 мм до 0,211 мм. Полученные размеры сечения труб достаточно большой партии полностью укладываются в поля допусков, регламентированные ТУ 14-159-293-2005. Трубы такой точности показывают высокую технологичность при осуществлении реакторных сборок.

Особотонкостенные трубы из стали ЭИ-847 по ТУ 14-159-293-2005 с внутренним диаметром готовой трубы 11,6 мм и толщиной стенки 0,2 мм с такими же допусками, как у труб вн.⌀6,6×0,2 мм, производили короткооправочным волочением из заготовки наружным диаметром 12,796…12,905 мм и толщиной стенки 0,276…0,286 мм. Использовали волоку диаметром 12,063 мм и оправку диаметром 11,643 мм. Коэффициент вытяжки по сечению составил λ=1,410, коэффициент вытяжки по стенке

λ_s=0,94λ. После волочения и охлаждения труб внутренний диаметр партии протянутых труб колебался в диапазоне от 11,595 мм до 11,612 мм, а толщина стенки трубы от 0,210 мм до 0,214 мм.

Зависимости для определения диаметров волоки и оправки, полученные опытным путем, имеют высокую статистическую надежность и позволяют получать особотонкостенные трубы с узкими полями допусков на внутренний и наружный диаметры и толщину стенок труб. Назначаемая вытяжка является наиболее статистически значимым параметром, поскольку определяет как силу волочения, от которой зависит величина внеконтактной деформации, так и деформационный разогрев труб во время волочения, а следовательно, и величины упругой и тепловой деформации труб после завершения волочения.

Трубы с такими же готовыми размерами, протянутые из тех же заготовок по способу-прототипу, когда размеры волок и оправок совпадали с номинальными размерами готовых труб, все без исключения по диаметру вышли за поле минусового допуска, а по толщине стенки - за поле плюсового допуска.

Таким образом, предложенный способ обеспечивает более высокую точность размеров особотонкостенных труб, в частности, из коррозионостойких сталей для ядерных реакторов.

Изобретение предназначено для повышения точности размеров сечения тонкостенных прецизионных труб при изготовлении их, преимущественно для оболочек тепловыделяющих элементов ядерных реакторов из коррозионностойких сталей. Способ включает волочение трубы в конусной волоке на закрепленной цилиндрической оправке. Высокая точность размеров труб, исключающая воздействие после волочения внеконтактной упругопластической деформации, обеспечивается за счет того, что калибровку наружного диаметра трубы осуществляют волокой, диаметр калибрующей части которой принимают равным D_вол=D(1+0,035logλ), где D - номинальный наружный диаметр готовой трубы, λ - коэффициент вытяжки по сечению трубы, калибровку внутреннего диаметра трубы осуществляют цилиндрической оправкой, диаметр которой принимают равным D_оп=d(1+0,025logλ), где d - номинальный внутренний диаметр готовой трубы, при этом коэффициент вытяжки по сечению трубы λ составляет 1,25≤λ≤1,48, а коэффициент вытяжки по стенке трубы λ_s составляет

0,90λ_s≤λ_s≤0,94λ.

Способ изготовления тонкостенных труб, включающий волочение трубы в конусной волоке на закрепленной цилиндрической оправке, отличающийся тем, что калибровку наружного диаметра трубы осуществляют волокой, диаметр калибрующей части которой равен D_вол=D(1+0,035logλ), где D - номинальный наружный диаметр готовой трубы, λ - коэффициент вытяжки по сечению трубы, калибровку внутреннего диаметра трубы осуществляют цилиндрической оправкой, диаметр которой принимают равным D_оп=d(l+0,025logλ), где d - номинальный внутренний диаметр готовой трубы, при этом коэффициент вытяжки по сечению трубы λ составляет 1,25≤λ≤1,48, а коэффициент вытяжки по стенке трубы λ_s составляет 0,90λ≤λ_s≤0,94λ.