СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ Российский патент 2010 года по МПК B21C1/24 

Изобретение относится к производству труб и может быть использовано при изготовлении тонкостенных труб из коррозионно-стойких 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, с внеконтактными упруго-пластическими деформациями на выходе из волоки, а также связанная 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, сначала осуществляют прокатку и безоправочное волочение трубной заготовки, после чего проводят волочение на закрепленной цилиндрической оправке, 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.

Прокатка и безоправочное волочение, проведенное до волочения трубы на закрепленной оправке, позволяет обеспечить стабильность размеров трубы и снизить упругую и тепловую деформацию на стадии волочения трубы на закрепленной цилиндрической оправке.

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 коррозионно-стойких 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 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 нецелесообразен из-за малого зазора между внутренней поверхностью трубы-заготовки и цилиндрической поверхностью оправки, приводящего к нагнетанию смазки в зону, прилегающую к очагу обжатия трубы, раздутию тонкостенной трубы перед входом в волоку и, в итоге, к обрыву трубы.

Производство труб вн. 6,6×0,20 включает следующие операции:

Прокатка на стане ХПТ-90 100×12→78×8,5 Обточка, расточка 78×8,5→77×7 Прокатка на стане ХПТ-55 77×7→41×3,6 Прокатка на стане ХПТ-32 41×3,6→20×1,41 Прокатка на стане ХПТР - 15÷30 20×1,41→17×0,90 Прокатка на стане ХПТР - 15÷30 17×0,90→15×0,40 Безоправочное волочение 15×0,40→12×0,43→8,5×0,47 Прокатка на стане ХПТЗ - 8÷15 8,5×0,47→7,52×0,26 Волочение на закрепленной оправке 7,52×0,26→вн. 6,6×0,20

Способ осуществляется следующим образом:

При изготовлении бесшовных холоднодеформированных особотонкостенных труб из коррозионно-стойкой стали ЭИ-847 по ТУ 14-159-293-2005 для оболочек ТВЭЛов ядерных реакторов 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_oп=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.

Назначаемая вытяжка является наиболее статистически значимым параметром, поскольку определяет как силу волочения, от которой зависит внеконтактная вытяжка, 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 коррозионно-стойких сталей для ядерных реакторов.

Изобретение предназначено для повышения точности размеров сечения прецизионных труб, например, из коррозионно-стойких сталей для оболочек тепловыделяющих элементов ядерных реакторов. Способ включает волочение трубы в конусной волоке на закрепленной цилиндрической оправке. Стабильность размеров труб и снижение упругой и тепловой деформации обеспечивается за счет того, что сначала осуществляют прокатку и безоправочное волочение трубной заготовки, после чего проводят волочение на закрепленной цилиндрической оправке, при котором 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.

Способ изготовления тонкостенных труб, включающий волочение трубы в конусной волоке на закрепленной цилиндрической оправке, отличающийся тем, что осуществляют прокатку и безоправочное волочение трубной заготовки, после чего проводят волочение на закрепленной цилиндрической оправке с коэффициентом вытяжки по сечению трубы λ, составляющим 1,25≤λ≤1,48, и коэффициентом вытяжки по стенке трубы λ_s, составляющим 0,90λ≤λ_s≤0,94λ.