Способ холодной прокатки многогранных труб

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к продольной прокатке многогранных труб, и может быть использовано в металлургической и машиностроительной отраслях промышленности при изготовлении многогранных чехловых труб тепловыделяющих сборок атомных реакторов на быстрых нейтронах.Целью изобретения является повышение жесткости и радиационной стойкости труб из коррозионностойких сталей ферритного и аустенитного классов, используемых для чехлов тепловыделяющих сборок атомных реакторов.На фиг, 1 изображено поперечное сечение исходной заготовки - круглой трубы; на фиг,2 - поперечное сечение очага деформации перпендикулярно оси прокатки; на фиг, 3 - поперечное сечение многогранной оправки.Способ холодной прокатки многогранных труб заключается в том, что из круглой трубы 1 с заданным отношением ее толщины стенки Б, к наружному диаметру 1)равным 0,021 - 0,041, формообразуют многогранную трубу 2 продольной прокаткой в многоугольном калибре, образованном, например, четырьмя валками 3, на многогранной оправке 4 с продольными трапециевидными канавками 5. Продольные канавки 5 расположены с заданным шагом 1 на каждой грани оправки, при этом боковые стороны б трапеции канавок наклонены к грани оправки 4 под углом а, а ширина Ь дна канавок менее ширины вершин выступов между ними, т,е, менее половины шага 1 их расположения, При холодной прокатке многогранной трубы 2 стенку трубы деформируют с относительной степенью деформации е= 0,2 - 0,3, в результате чего на стенках многогранной трубы с внутренней стороны образуются ребра 7.Высота и угол наклона стороны трапеции канавки оправки определены из математического выражения/Е=ьЬ lяГпа.=К Я сЬ о стЭто математическое выражение получено экспериментальным путем,Многогранные трубы, являющиеся силовыми элементами ядерных реакторов, должны иметь высокую продольную жесткость граней и высокую радиационную стойкость при большом объеме внутреннего пространства с наименьшими габаритами и минимальной толщиной стенки,Исследованиями и расчегами установлено, что таким требованиям отвечают многогранные трубы с отношением толщины стенки к размеру "под ключ", равным 0,020,03, при этом величина относительной степени холодной деформации стенки должна находиться в интервале 0,20-0,30,При отношении толщины стенки к размеру "под ключ" менее 0,02 продольная жесткость стенки трубы будет недостаточна для использования труб в атомных реакторах. Превышение этим отношением величины 0,03 придает стенке жесткость, которая не требуется для труб этого назначения, вызывает излишний расход металла, увеличивает массу и габариты изделия, снижает эффективность работы атомного реактора. Исследования показали, что многогранные трубы, полученные с относительной стапенью холодной деформации стенки менее 0,20, обладают невысокой радиационной стойкостью, т.к, степень деформации менее 0,20 является критической для сталей, так как при этом создается недостаточная плотнесть дислокаций в материале, что при бомбардировке быстрыми нейтронами приводит к возникновению вакансионных пор в материале трубы, труба теряет пластичность и- стабильность геометрических размеров. Все это может привести к преждевременному выходу- из строя тепловыделяющих сборок,Холодная деформация стенки трубы более 0,30 приводит к нарушению оптимального соотношения ферритной и сорбитной составляющих коррозионностойких сталей, в связи с чем сталь становится склонной к низко- температурной хрупкости, которая усиливается при нейтронном облучении, что вызывает те же негативные последствия, описанные выше для случая прокатки коррозионностойких сталей со степенью холодной деформации . стенки менее 0,20. При решении задачи повышения радиационной стойкости трубы необходимо, чтобы степень холодной деформации как в стенке трубы, так и в получаемых ребрах находилась в заявленных пределах, Исследованиями установлено, что боковые грани продольных канавок оправки должны быть наклонены к ее грани, а ширина дна канавок должна быть менее половины шага их расположения. Кроме того, геометрические параметры канавек оправки (угол а, ширина дна канавок, шаг их, расположения и глубина) должны быть взаимосвязаны с режимом деформации и толщиной стенки круглой трубы в определенном соотношении, указанном в формуле изобретения. Эта взаимосвязанная совокупность признаков создает такие стесненные условия деформации в формообразовании канавками оправки ребер на5 1820537многогранных трубах, при которых обеспечивается равенство степени холодной деформации в стенке трубы и в ребрах,Установлено, что оптимальным наклономбоковых граней продольных канавок оправкик ее грани является диапазон углов от 40до 65.Коэффициент состояния контактных поверхностей деформируемой трубы и оправки(К) зависит от материала трубы, наличия ивида подсмазочного покрытия, вида смазкии ее вязкости и других факторов. Какпоказали экспериментальные исследования,величина коэффициента К находится впределах от 0,1 до 0,5, причем при прокаткена определенных смазках коррозионно стойких сталей, более склонных к налипанию наинструмент, его величина приближается в1,0 для сталей, менее склонных к налипаниюна инструмент, величина коэффициента Кблизка к значению 1,5,Пример 1 . Для получения шестиграннойтрубы из стали ЭП(12 Х 13 М 1 БФРШ)ферритового класса с размером под ключ"94,5 мм при толщине стенки 2,5 мм(отношение толщины стенки к размеру "под5 ключ" составляет 0,026) используюткруглую трубу с наружным диаметром 107,5мм.При прокатке в валках применяютоправку с размером "под ключ" 89,5 мм сшестью продольными канавками глубиной Ь= 1,35 мм на каждой ее грани, расположенными с шагом 1 = 7,8 мм, Боковые сторонытрапеции канавок наклонены к граниоправки под углом а= 60, а ширина днаканавок Ь равна 3,2 мм, что менее ширинывершин выступов между ними, т,е, менееполовины шага их расположения, По заданным геометрическим параметрам оправки Ь,Ь, 1 и а и конечной толщине стенки Бсучетом экспериментально полученного значения коэффициента К = 1,0 для принятиямарки стали из соотношения параметровканавок оправки с режимом деформации итолщиной стенки круглой трубы можноопределить исходную толщину стенки круглой трубы и степень деформации стенки.Из математического соотношения определяют; Ь а /Ь о от К ЬстЯст 5 оЬ Бпла Ьто ЬБТак как ст К Ч -Ь Подставляя в последнее выражение заданные и известные параметры, можнополучить: ЛБ=1,0 ммТеперь определяют толщину стенкикруглой трубы:Бо=Бс.+Мст=2,5+1,0=3,5 мм,Степень деформации стенки многогранной трубы составляет;ЬБстс = - = 0,29,ст Бо а отношение толщины стенки Б, круглой трубы к ее наружному диаметру 1.)о составляет 0,033,П р и м е р 2. Для получения шестигранной трубы из стали ЭИ( 12 Х 17 Н 13 М 2 Т) аустенитного класса с размером "под ключ" 153,0 мм при толщине стенки 4,5 мм (отношение толщины стенки к размеру "под ключ" составляет 0,029) используют круглую трубу с наружным диаметром 159,0 мм,При прокатке в валках применяют оправку с размером "под ключ" 144, мм с 12-ю продольными канавками глубиной Ь = 1,6 мм на каждой ее грани, расположенными с шагом 1 = 8,2 мм, Боковые грани канавок наклонены к грани оправки под углом а = 60 а ширина дна канавок Ь равна 4,0 мм,По заданным геометрическим параметрам оправки- Ь, Ь, 1 и а и конечйои толщине стенки- Бс учетом экспериментально полученного значения коэффициента К = 1,5 для данной марки стали из заявленного соотношения параметров канавок оправки с режимом деформации и толщиной стенки круглой трубы можно определить исходную толщину стенки круглой трубы и степень деформации стенки,Аналогично описанному выше примеру 1 можно получить:ЬБ=1,1 ммТеперь определяют толщину стенки круглой трубы;Б,=5,5 ммСтепень деформации стенки многогранной трубы составляет: я=.-0,20,а отношение толщины стенки Б, круглой трубы к ее наружному диаметру Ро составляет 0,035,Изобретение обеспечивает получение труб, грани которых обладают повышенной продольной жесткостью при минимальных потерях в объеме внутреннего пространства и наименьших внешних габаритах, Полученные трубы обладают оптимальными параметрами в расходах материала, эффективностью работы в ядерных реакторах с точки зрения минимальности энергетических потерь, обладают повышенной эксплуатационной надежностью работы в ядерных реакторах7 1820537 благодаря повышенной радиационной стойкости, обеспечиваемой оптимальными режимами их изготовления,ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ где Ь - высота трапеции канавки многогранной оправки, мм;а угол наклона стороны трапеции канавки,мм;К - безразмерный коэффициент, учитывающий материал прокатываемой трубы исостояние контактных поверхностей деформируемой трубы и оправки, равный1,0-1,5;1 - шаг расположения канавок на оправке,мм;Ь - ширина дна канавок, мм;Я - толщина стенки круглой трубы, мм;оя относительная степень деформациистенки трубы;ьяе == 0203,ст Яогде ЛБ - величина абсолютного обжатиястенки трубы, мм,Способ холодной прокатки многогранных труб, включающий продольную прокатку круглой трубы в многоугольном валковом калибре на многогранной оправке с продольными канавками на каждой грани, отличающийся тем, что, с целью повьппения жесткости и радиационной стойкости труб из коррозионностойких сталей ферритного и аустенитного классов, используемых для чехлов тепловыделяющих сборок атомныхч реакторов, деформируют с относит ельнои степенью деформации 0,2-0,3 круглую трубу с отношением толщины стенки к ее наружному диаметру, равным 0,02-0,041, на оправке с равномерно расположенными трапециевидными канавками, ширина дна которых менее ширины вершин выступов между ними, а высота и угол наклона стороны трапеции канавки определены из выражения