Исследование полей остаточных напряжений в особотонкостенных трубах из нержавеющей стали после волочения

Abstract

Обоснована задача исследования полей остаточных напряжений в особотонкостенных трубах из нержавеющей стали после волочения. Представлены результаты моделирования процесса финишного короткооправочного волочения и волочения раздачей на конической оправке холоднокатаных труб из стали ЭИ847 для оболочек ТВЭЛ атомных реакторов. Проведен сравнительный анализ точности размеров труб, полученных на производстве и при моделировании. Различия в значениях диаметров и толщин стенок труб получены в пределах допусков в соответствии с ТУ 14-159-293-2005, что свидетельствует о правильности математической модели. Получены распределения остаточных напряжений по стенке труб для случая волочения на короткой оправке и случая волочения раздачей. Показана целесообразность применения волочения раздачей на финишной стадии производства труб из коррозионностойких нержавеющих сталей. Рассмотрена одна из технологических особенностей волочения раздачей, заключающаяся в том, что в процессе протягивания оправки через трубу напряжения в очаге деформации в сумме с усилием волочения обеспечивают небольшое пластическое растяжение трубы после схода с оправки. Этот факт гарантирует прямолинейность изготовленной таким методом трубы. Показано, что волочение раздачей на конической оправке в последнем проходе обеспечивает благоприятное распределение остаточных напряжений по стенке трубы и может быть рекомендовано для повышения стойкости коррозионностойких труб, применяемых в атомной энергетике. Определены перспективы технологии, обеспечивающей уход от финишной холодной правки труб, которая, как показано, может приводить к низкому качеству поверхности, а также искажению полей остаточных напряжений в стенке труб. The article discusses investigations of the fields of residual stresses in thin-walled tubes made of stainless steel after drawing. The results of simulation of the finish short mandrel drawing and hand drawing on the conical mandrel of cold-rolled EI847 steel pipes for fuel cladding of nuclear reactors are presented. A comparative analysis of the dimensional accuracy of pipe obtained in the production and during simulation was made. Differences in sizes of diameters and wall thicknesses are obtained within the TU 14-159-293-2005 standard and show the correctness of the mathematical model. Distributions of residual stresses on pipe walls in case of drawing on short mandrel and in case of hand drawing were obtained. The importance of using hand drawing on the final stage of production of pipes from corrosion-resistant stainless steel is shown. One of the technological features of hand drawing is considered: in the process of pulling the mandrel through the tube the stresses in the deformation area together with the dragging increase providing small plastic stretching of the tube after leaving the mandrel. This fact guarantees the straightness of the pipe manufactured by this method. It is shown that hand drawing on the conical mandrel in the last passage provides favorable distribution of residual stresses on the pipe wall and can be recommended for the improvement of the corrosion resistance of pipes used in the nuclear industry. The technology prospects are shown which can avoid the final cold straightening of tubes leading to the low surface quality as well as to the distortion of fields of residual stresses in the pipe wall.