Спосіб виготовлення цирконієвих труб

Спосіб виготовлення цирконієвих труб, що включає пресування трубної заготовки, нагрітої до температури, відповідної b-області, із заздалегідь нанесеним на неї захисним покриттям і подальшим гартуванням у воді, а також багатопрохідну холодну прокатку труби до готового розміру із здійсненням її термообробки після кожного з проходів, який відрізняється тим, що цирконієвий сплав пресованих заготовок вибирають, виходячи з величини вихідного bзерна в межах 5-10 мм і вмісту в ньому кисню в межах 0,05-0,15 %, а пресування здійснюють з коефіцієнтом витяжки 20-50, при цьому багатопрохідну холодну прокатку проводять з використанням оправок із зворотною конусністю. Винахід відноситься до області обробки металів тиском і може бути використаний при виготовленні цирконієвих труб для атомної енергетики. Відомий спосіб виготовлення цирконієвих труб, що включає пресування нагрітої до 700°С трубної заготовки із заздалегідь нанесеним на неї захисним покриттям і подальшу багатопрохідну холодну прокатку труб до готового розміру із здійсненням термічної обробки після кожного з проходів [«Циркониевые сплавы в атомной энергетике», М., Энергоиздат, 1981г., с.35, рис.2.17]. Метал труб, одержаних за цим способом, характеризується недостатньою дисперсністю структури, неоднорідністю величини зерна і нерівномірним розподілом ніобієвої фази, а також несприятливою текстурою, яка характеризується переважно радіальною орієнтацією гідридів і приводить до зниження експлуатаційних властивостей матеріалу під опромінюванням. Відомий також спосіб виготовлення цирконієвих труб, що включає пресування трубної заготовки із заздалегідь нанесеним на неї захисним покриттям після її нагріву до температури b-області, і подальшим загартуванням у воду, а також багатопрохідну холодну прокатку труби до готового розміру з термообробкою її після кожного з проходів. Причому після загартування здійснюється нагрів до температури 600-800°С, з наступною гвинтовою прокаткою. Витяжка при пресуванні складає m=6,7, а деформація на стані гвинтової прокатки проводиться з обтиском по товщині стінки 40-60%, при цьому трубу піддають багатопрохідній холодній прокатці на прямолінійних оправках [патент України на винахід №38160А, МПК В21С23/08, 2001р.]. Застосування пропонованого способу дозволяє одержати труби з цирконію більш високої якості, зокрема з більш однорідною структурою, високою корозійною стійкістю і механічними властивостями. Проте, вживання гвинтової прокатки в поєднанні з високотемпературним пресуванням приводить до підвищеного газонасичення поверхні труб і вимагає зняття великого шару металу (обточуванням і розточуванням), що підвищує витратний (19) UA (11) 81167 (13) C2 (21) a200600077 (22) 03.01.2006 (24) 10.12.2007 (72) СОКУРЕНКО ВІКТОР ПАВЛОВИЧ, UA, ВАХРУШЕВА ВІРА СЕРГІЇВНА, UA, СУХОМЛИН ГЕОРГІЙ ДМИТРОВИЧ, UA, БЛАГОВА ВАЛЕНТИНА ОЛЕКСІЇВНА, UA, БУРЯК ТЕТЯНА МИКОЛАЇВНА, UA, КОЛЕНКОВА ОКСАНА АНАТОЛІЇВНА, UA, ДЕРГАЧ ТЕТЯНА ОЛЕКСАНДРІВНА, UA (73) ДЕРЖАВНЕ ПІДПРИЄМСТВО "НАУКОВОДОСЛІДНИЙ ТА КОНСТРУКТОРСЬКОТЕХНОЛОГІЧНИЙ ІНСТИТУТ ТРУБНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ ІМ. Я.Ю. ОСАДИ", UA (56) UA 38160 A, 15.05.2001 UA 31165 A, 15.12.2000 UA 31558 A, 15.12.2000 RU 2110600 C1, 10.05.1998 UA 53696 C2, 17.02.2003 3 81167 4 коефіцієнт металу. Крім того, вказаний нагрів під одночасному зменшенні циклічності виробництва, гвинтову прокатку до температури 600-800°С а також забезпечення зниження витратного приводить до утворення неоднорідної структури, коефіцієнта металу. Це обумовлено тим, що за рахунок формування нової структурної виключена з процесу гвинтова прокатка, складової з іншим типом кристалічної ґратки. Для результатом чого є зниження витратного подібної структури характерна істотна різниця у коефіцієнта металу, а використання вихідної литої властивостях різних складових. Крім того, заготовки з однорідною вказаною дрібнозернистою гвинтова прокатка металу з подібною структурою структурою дозволяє здійснити гаряче пресування приводить до формування в гарячекатаній трубній з високими коефіцієнтами витяжки і одержати заготівці недостатньо високого рівня пластичності, трубну заготовку під холодний переділ, яка знижує рівень експлуатаційних характеристик та відрізняється більш високим рівнем технологічної не дозволяє застосовувати високі ступені обтиску пластичності і меншими розмірами в порівнянні з на холодному переділі, вимагаючи великої існуючим аналогом. Вживання на холодному кількості циклів холодної деформації для переділі запропонованої трубної заготовки, отримання готових труб з коефіцієнтом орієнтації одержаної у такий спосіб, дозволяє підвищити гідридів, задовольняючим вимогам [ТУ 95.405], обтиск і тим самим понизити кількість циклів забезпечуючих необхідні експлуатаційні холодної деформації. Використання оправок із властивості готових труб. зворотною конусністю дозволяє одержати готові В основі даного винаходу лежить рішення труби з коефіцієнтом орієнтації гідридів, задачі по удосконаленню способу виготовлення задовольняючим вимогам [ТУ 95.405]. При цьому цирконієвих труб шляхом вибору особливого додатковим ефектом від застосування оправок із цирконієвого сплаву для трубної заготовки, зміни зворотною конусністю є підвищення точності технологічної схеми і параметрів процесу її геометричних розмірів одержуваних труб. високотемпературної деформації, а також умов Пропонований спосіб здійснюється таким проведення холодної багатопрохідної деформації, чином. за рахунок чого забезпечується отримання Вибирають матеріал литої трубної заготовки з високого рівня експлуатаційних характеристик величиною b-зерна в межах 5-10мм, і вмістом готових труб при одночасному зменшенні кисню в межах 0,05-0,15%. На порожнисту трубну циклічності виробництва і зниженні витратного заготівку з цього сплаву наносять покриття, що коефіцієнта металу. захищає поверхню заготовки від газонасичення в Поставлена задача вирішена тим, що в процесі нагріву і пресування. Проводять нагрів способі виготовлення цирконієвих труб, що заготовки, наприклад в індукційній печі до включає пресування трубної заготовки нагрітої до температури, відповідної b-області, а потім температури b-області, із заздалегідь нанесеним проводять пресування заготовки, наприклад, на на неї захисним покриттям і подальшим горизонтальному пресі з витяжкою 20-50, після гартуванням у воду, а також багатопрохідну чого проводять загартування пресованої заготовки холодну прокатку труби до готового розміру із у воду. Одержану трубу піддають багатопрохідній здійсненням термообробки після кожного з холодній деформації з використанням оправок із проходів, згідно винаходу, цирконієвий сплав зворотною конусністю і термічною обробкою після пресованих заготовок вибирають, виходячи з кожного з циклів холодної деформації. величини початкового b-зерна в ньому в межах Конкретний приклад 5...10мм і вмісту кисню в межах 0,05-0,15%, а Матеріалом трубної заготовки був вибраний пресування здійснюють з коефіцієнтом витяжки сплав Zr1Nb, в якому вихідна величина b-зерна 20-50, при цьому багатопрохідну холодну прокатку складала 5...10мм, кількість кисню-0,1%. проводять з використанням оправок із зворотною На поверхню порожнистої трубної заготівки з конусністю. вказаного сплаву зовнішнім діаметром 205мм, Пропоновані параметри одержані дослідним завдовжки 350мм і діаметром внутрішнього отвору шляхом. 30мм було нанесено захисне покриття на основі При цьому під нагрівом до температури склопорошка. Після нанесення покриття заготовки відповідної b-області слід розуміти температурний поміщали у вертикальний індуктор високочастотної печі ОКБ 665, нагрівали до інтервал вище за точку поліморфного перетворення сплаву, при якій матеріал температури 1100°С, яка відповідає b-області переходить в однофазний стан з кристалічною даного сплаву, після чого здійснювали пресування граткою ОЦК типу. [«Циркониевые сплавы в з витяжкою m=50. В результаті пресування атомной енергетике», М.,Энергоиздат, 1981г., одержані труби розміром Æ 42´8мм. с.61]. Безпосередньо після пресування труби піддавали Відмінність пропонованого способу від загартуванню у воду. Потім, після зняття найближчого з аналогів полягає в пропонованому склопокриття в лужному розплаві і послідуючого виборі матеріалу цирконієвого сплаву, коефіцієнтів хімічного травлення, труби піддавали холодній 3-х витяжки при гарячому пресуванні і використанні прохідній прокатці на станах ХПТ32 і ХПТР-15-30, оправок із зворотною конусністю при холодній з використанням оправок із зворотною конусністю прокатці. 0,005. Холодну деформацію одержаних труб Технічним результатом вживання здійснювали по маршруту: пропонованого способу в порівнянні з найближчим 1) Æ 42´8мм®26´3мм; з аналогів є отримання більш високого рівня 2) Æ 26´3мм®15´1,9мм; експлуатаційних характеристик готових труб при 5 81167 3) Æ 15´1,9мм®9,13´0,7мм Після кожного проходу холодної прокатки труби піддавали термічній обробці у вакуумній печі ОКБ-1371 при температурі 580°С протягом 1 години для труб проміжних розмірів і 3 години на готовому розмірі. Аналогічно були одержані труби з параметрами, що виходять за пропоновані межі. Крім того, був випробуваний спосіб відповідний найближчому з аналогів. Всі виготовлені труби були піддані випробуванням на відповідність вимогам [ТУ 95.405]. Дані випробувань представлені в таблиці. З приведених в таблиці даних видно, що труби, виготовлені за пропонованим способом (див. №1-3 табл.) порівняно з найближчим із сплавів (див. №6 табл.) мають більш високі показники якості: наприклад, величина зерна в готових трубах складає 5-9мкм, тоді як по найближчому із сплавів - 7-12мм, питома прибавка у вазі зразків при корозійних випробуваннях у водяній парі при т-рі 400°С і тиску 200МПа за 200 годин випробувань не перевищує 22мг/дм2 (по найбільш близькому з аналогів - 20-28мг/дм2), коефіцієнт орієнтації гідридів, що є одним з найважливіших показників, що характеризує експлуатаційну довговічність труб не перевищує 0,27-0,30 (по вимогах [ТУ 95.405] не більше 0,3), по прототипу 0,45, коефіцієнт анізотропії рівний 1,7 порівняно з прототипом 1,3 (по вимогах [ТУ 95.405] не менше 1,4). Використання для отримання труб запропонованого способу дає можливість отримувати труби з високим рівнем експлуатаційних характеристик та приводить до зниження циклічності технологічного процесу як на стадії отримання гарячепресованої передільної труби, так і на стадії холодного переділу, а також зменшується в 1,5-2 рази, порівняно з найближчим з аналогів, витратний коефіцієнт металу. При виході за пропоновані межі параметрів способу за винаходом (див. №4, 5 табл.) збільшується величина зерна і різнозернистість металу готових труб, погіршується корозійна стійкість, збільшується коефіцієнт орієнтації гідридів, зменшується коефіцієнт анізотропії металу труб, знижується пластичність та підвищується витратний коефіцієнт металу. Таким чином, запропонований спосіб дає можливість одержувати цирконієві труби з більш високим рівнем механічних, корозійних і структурних характеристик, та забезпечити підвищення експлуатаційних властивостей. 6