本發(fā)明屬于冷軋，具體涉及一種提高薄壁包殼管軋制質(zhì)量的方法。

背景技術(shù)：

1、鋯合金包殼管材是核反應堆核電站燃料組件的重要組成部分，其內(nèi)部包裹著燃料芯塊，是保障核反應堆安全正常運行的第一道屏障。pilger冷軋因其高尺寸精度、高表面質(zhì)量、高成品率的優(yōu)點被廣泛使用于鋯合金包殼管的軋制。

2、但是，如果軋制工模具設計不合理，則會導致軋制質(zhì)量下降。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關技術(shù)中的技術(shù)問題之一。

2、發(fā)明人認識到，核反應堆用鋯合金薄壁包殼管的壁厚和外徑之比小于1/30，相關技術(shù)中的工模具設計思路多用于對壁厚和外徑之比在1/15左右的厚壁包殼管的軋制，如果不進行軋制工模具的優(yōu)化，則將導致管材的尺寸精度和表面質(zhì)量不能同時得到提高。

3、發(fā)明人還認識到，由于pilger冷軋是一種壓力加工，包殼管的質(zhì)量與其軋制過程中壓力的大小和分布有密切的聯(lián)系。成品管材的壁厚外徑比越小，管材和工模具(孔型和芯頭)所承受的軋制壓力越大。如果工模具曲線設計不合理，工模具間可能會發(fā)生嚴重的磕碰和變形，導致軋制質(zhì)量下降，導致同軸度差、表面質(zhì)量差等問題。其中，同軸度將影響燃料組件的裝配，表面質(zhì)量將影響包殼管在核反應堆高溫蒸汽環(huán)境下的腐蝕性能。

4、為此，本發(fā)明的實施例提出一種提高薄壁包殼管軋制質(zhì)量的方法。

5、根據(jù)本發(fā)明實施例的提高薄壁包殼管軋制質(zhì)量的方法，包括：

6、配置軋制工模具和管坯；

7、利用所述軋制工模具軋制管坯，獲取在軋制過程中的軋制錐體；

8、對所述軋制錐體的不同位置進行取樣以獲取多個取樣段，獲取每個所述取樣段的特征參數(shù)；

9、基于多個所述特征參數(shù)，判斷所述管坯在軋制過程中的變形機制；

10、根據(jù)所述變形機制，調(diào)整軋制工模具的參數(shù)并形成新的軋制工模具；

11、重復上述步驟，迭代優(yōu)化軋制工模具的參數(shù)。

12、本發(fā)明實施例通過重新設計軋制工模具，提高鋯合金薄壁包殼管軋制質(zhì)量和性能，從而保障核反應堆的安全可靠運行。

13、在一些實施例中，所述對所述軋制錐體的不同位置進行取樣以獲取多個取樣區(qū)段，包括：

14、沿軋制方向，對所述軋制錐體進行區(qū)段劃分，并分切為多個軋制區(qū)段；

15、對每個所述軋制區(qū)段進行分切，獲取取樣段。

16、在一些實施例中，所述特征參數(shù)包括所述取樣段的金相組織、所述取樣段的表面形貌、所述取樣段的力學性能和腐蝕性能。

17、在一些實施例中，所述基于多個所述特征參數(shù)，判斷所述管坯在軋制過程中的變形機制，包括：

18、基于多個所述取樣段的金相組織和表面形貌，獲取管坯在軋制過程中內(nèi)部晶粒的分布和演變規(guī)律；

19、基于每個所述取樣段的金相組織、以及每個所述取樣段測定的力學性能和腐蝕性能，建立金相組織與力學性能和腐蝕性能之間的對應關系；

20、建立管坯在軋制過程中的金相組織變形機制、以及力學性能和腐蝕性能的變形機制。

21、在一些實施例中，所述表面形貌包括外形尺寸、直線度、圓度、表面缺陷中的任一種或多種；

22、和/或，所述力學性能通過壓力傳感器、有限元模擬中的任一種或多種方法獲得。

23、在一些實施例中，所述根據(jù)所述變形機制，調(diào)整軋制工模具的參數(shù)并形成新的軋制工模具，包括：

24、獲取軋制工模具的初始參數(shù)；

25、根據(jù)所述變形機制，對軋制工模具的部分初始參數(shù)進行調(diào)整；

26、基于調(diào)整后的參數(shù)，對其他的初始參數(shù)進行調(diào)整以優(yōu)化軋制工模具曲線；

27、基于調(diào)整后的所有參數(shù)制作新的軋制工模具。

28、在一些實施例中，所述軋制工模具的參數(shù)包括孔型參數(shù)和芯頭參數(shù)；

29、所述軋制工模具的孔型參數(shù)和芯頭參數(shù)滿足以下公式：

30、

31、

32、sbk＝q*d*nm；

33、

34、其中，dxk是在軋制方向上的截面x處孔型槽底的外徑；

35、df是軋制成型的管材的外徑；

36、cx是孔型形狀系數(shù)；

37、dl是管坯的外徑；

38、z是直徑方向上的孔型最小錐度；

39、li是管坯內(nèi)徑與芯頭外徑在孔型入口處的直徑方向上的間隙；

40、是截面x在長度為lk的變形段上的動坐標，lk是變形段長度，且孔型出口處孔型入口處

41、nx是間隙修正系數(shù)；

42、la是管坯外徑與孔型槽底在孔型入口處的直徑方向上的間隙；

43、exp1是孔型指數(shù)；

44、βmin是以％表示的孔型最小錐度；

45、exp2是間隙指數(shù)；

46、dxd是截面x處的芯頭直徑；

47、df是成品管材的內(nèi)徑；

48、cx是芯頭形狀系數(shù)；

49、dl是管坯的內(nèi)徑；

50、z是直徑方向上的芯頭最小錐度；

51、sbk是芯頭在直徑方向上的彈性回彈；

52、exp3是芯頭指數(shù)，由坯料金屬的特性確定；

53、αmin是以％表示的芯頭最小錐度；

54、q是芯頭在處所受的單位壓力；

55、d是芯頭在處的直徑；

56、nm是第一修正系數(shù)；

57、tx是孔型的軋槽深度；

58、sp是上下孔型之間的間隙；

59、gx是動坐標為的截面x到孔型出口之間線段所對應的孔型節(jié)圓上的圓弧的圓心角；

60、lx是動坐標為的截面x到孔型出口處的距離；

61、dr是軋輥軸上齒輪的節(jié)圓直徑。

62、在一些實施例中，exp1為2.0至3.5；

63、exp2為2.0；

64、exp3為1.7至3.5；

65、nm為0.4至1.0。

66、在一些實施例中，步驟根據(jù)所述變形機制，對軋制工模具的部分初始參數(shù)進行調(diào)整中，調(diào)整的所述孔型參數(shù)包括孔型的變形段的長度、孔型的最小錐度和上下孔型之間的間隙，調(diào)整的所述芯頭參數(shù)包括芯頭的最小錐度。

67、在一些實施例中，調(diào)整后的孔型的變形段的長度與調(diào)整前的孔型的變形段的長度的比值為1.2至2.5，調(diào)整后的孔型的最小錐度與調(diào)整前的孔型的最小錐度的比值為0.5至0.8，調(diào)整后的上下孔型之間的間隙與調(diào)整前的上下孔型之間的間隙的比值為0至5；調(diào)整后的芯頭的最小錐度與調(diào)整前的芯頭的最小錐度之間的比值為0.5至0.8。

技術(shù)特征：

1.一種提高薄壁包殼管軋制質(zhì)量的方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高薄壁包殼管軋制質(zhì)量的方法，其特征在于，所述對所述軋制錐體的不同位置進行取樣以獲取多個取樣區(qū)段，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高薄壁包殼管軋制質(zhì)量的方法，其特征在于，所述特征參數(shù)包括所述取樣段的金相組織、所述取樣段的表面形貌、所述取樣段的力學性能和腐蝕性能。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高薄壁包殼管軋制質(zhì)量的方法，其特征在于，所述基于多個所述特征參數(shù)，判斷所述管坯在軋制過程中的變形機制，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高薄壁包殼管軋制質(zhì)量的方法，其特征在于，所述表面形貌包括外形尺寸、直線度、圓度、表面缺陷中的任一種或多種；

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的提高薄壁包殼管軋制質(zhì)量的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述變形機制，調(diào)整軋制工模具的參數(shù)并形成新的軋制工模具，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的提高薄壁包殼管軋制質(zhì)量的方法，其特征在于，所述軋制工模具的參數(shù)包括孔型參數(shù)和芯頭參數(shù)；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的提高薄壁包殼管軋制質(zhì)量的方法，其特征在于，exp1為2.0至3.5；

9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的提高薄壁包殼管軋制質(zhì)量的方法，其特征在于，步驟根據(jù)所述變形機制，對軋制工模具的部分初始參數(shù)進行調(diào)整中，調(diào)整的所述孔型參數(shù)包括孔型的變形段的長度、孔型的最小錐度和上下孔型之間的間隙，調(diào)整的所述芯頭參數(shù)包括芯頭的最小錐度。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的提高薄壁包殼管軋制質(zhì)量的方法，其特征在于，調(diào)整后的孔型的變形段的長度與調(diào)整前的孔型的變形段的長度的比值為1.2至2.5，調(diào)整后的孔型的最小錐度與調(diào)整前的孔型的最小錐度的比值為0.5至0.8，調(diào)整后的上下孔型之間的間隙與調(diào)整前的上下孔型之間的間隙的比值為0至5；調(diào)整后的芯頭的最小錐度與調(diào)整前的芯頭的最小錐度之間的比值為0.5至0.8。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種提高薄壁包殼管軋制質(zhì)量的方法，提高薄壁包殼管軋制質(zhì)量的方法，包括配置軋制工模具和管坯；利用所述軋制工模具軋制管坯，獲取在軋制過程中的軋制錐體；對所述軋制錐體的不同位置進行取樣以獲取多個取樣段，獲取每個所述取樣段的特征參數(shù)；基于多個所述特征參數(shù)，判斷所述管坯在軋制過程中的變形機制；根據(jù)所述變形機制，調(diào)整軋制工模具的參數(shù)并形成新的軋制工模具；重復上述步驟，迭代優(yōu)化軋制工模具的參數(shù)。本發(fā)明提高鋯合金薄壁包殼管軋制質(zhì)量和性能，從而保障核反應堆的安全可靠運行。

技術(shù)研發(fā)人員：范雪明,張遙,梁俊平,李啟明,劉蕾,楊輝,李強
受保護的技術(shù)使用者：西北鋯管有限責任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9