Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ

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 деформацией трубы на выходе из волоки, 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, волочение трубы осуществляют с величиной коэффициента вытяжки по сечению трубы λ в интервале 1,25≤λ≤1,48, при этом коэффициент вытяжки по стенке λ_s составляет 0,90λ≤λ_s≤0,94λ.

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 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_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 деформация трубы, так и 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 коррозионностойких сталей для ядерных реакторов.