430不銹鋼管-TP304不銹鋼方管成型方法
發(fā)布于：2019-01-28 09:45:37 點(diǎn)擊量：864
當(dāng)前位置 ：滘鈿鋼業(yè) > 新聞動(dòng)態(tài) > 不銹鋼異形管- 專家告訴你不銹鋼管主要有六大標(biāo)準(zhǔn)信息
AP1000反應(yīng)堆是美國(guó)西屋電氣公司開發(fā)的兩環(huán)路第三代壓水式核電反應(yīng)堆系統(tǒng)，是目前較為先進(jìn)的反應(yīng)堆設(shè)計(jì)。本文所述產(chǎn)品為 AP1000反應(yīng)堆余熱排出換熱器支撐(核Ⅰ級(jí)部件支撐)用TP304不銹鋼方管，AP1000反應(yīng)堆余熱排出換熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，所用TP304不銹鋼方管根據(jù) ASME SA 479M標(biāo)準(zhǔn)及用戶采購(gòu)規(guī)范進(jìn)行制造，在 普通TP304不銹鋼基礎(chǔ)上控制N和Co元素含量 以滿足核電材料的特殊要求。
該TP304不銹鋼方管的外形尺寸及公差見 圖2和表1，與常見的等壁厚方管相比，其工藝特點(diǎn)為：①為保證管體材質(zhì)性能均勻一致，設(shè)計(jì)方要求 采用無縫鋼管熱擠壓+冷加工成 型工藝 ，排除了異 型鋼管生產(chǎn)通常采用的板材成 型+焊接工藝 ；②產(chǎn)品外形尺寸較大，冷加工所用圓管外徑超過240 mm，所需變形力大；③對(duì)單邊平面度及管體彎曲 度要求高，對(duì)冷加工精度要求很高；④最終成品管 要求經(jīng)固溶退火處理，但高溫?zé)崽幚韺?duì)產(chǎn)品外形易造成影響。
_x000d_1 變形工藝分析
_x000d_大直徑異型不銹鋼無縫鋼管的生產(chǎn)方法有熱擠壓、冷軋、滾模拉拔、固定模拉拔等。由于對(duì)該核電用TP304不銹鋼方管的尺寸精度要求較高, 采用直接熱擠壓至成品管的方法不適用(熱擠壓管的壁厚精度在±0.5 mm以上,且表面粗糙度較高);而滾模拉拔適用于拔制帶棱角的異型管, 對(duì)于此大圓弧角方形截面管也不適用;因此,最終確定采用圓管定徑定壁后經(jīng)鑒定模拉拔至最終尺寸的固定模拉拔方法進(jìn)行生產(chǎn)。
_x000d_相對(duì)于其他生產(chǎn)工藝,固定模拉拔存在拉拔力較大,產(chǎn)品表面容易拉傷等問題;如何通過工藝與模具設(shè)計(jì)解決這些問題, 是 TP304不銹鋼方管研發(fā)工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
_x000d_在不銹鋼圓管空拔至方管的過程中, 金屬質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)主要是橫向移動(dòng), 靠拉拔外模給予的徑向壓力實(shí)現(xiàn)。圓管空拔時(shí),若管體受到的徑向均布?jí)毫超過臨界圧力gk,管壁將發(fā)生塑性彎曲,即失穩(wěn),設(shè)計(jì)成品截面形狀將被破壞。臨界壓力qk可按下式計(jì)算:
_x000d_qk=[(N2-l )Sσs]/{R[ 1+(4σsR2)/(EtS2)] } (1)
_x000d_式中N--邊數(shù),為大于等于2的整數(shù);
_x000d_S--圓管壁厚, mm;
_x000d_σs--圓管屈服強(qiáng)度, MPa;
_x000d_R--圓管半徑, mm;
_x000d_Et--圓管正切模量, GPa。
_x000d_根據(jù)式( 1 )計(jì)算, 如采用不銹鋼圓管一道次空拔至方管的工藝,臨界壓力qk=69.2kN;而根據(jù)試驗(yàn)中拉拔力算得定徑段管壁受到徑向均布?jí)毫 =89 kN> qk,即難以保證拉拔后各邊充滿孔型,在試驗(yàn)中也證實(shí)了這一點(diǎn)。
_x000d_由于空拔至不銹鋼方管時(shí)邊部與角部金屬流動(dòng)速度不同, 會(huì)造成邊部與角部壁厚不同的現(xiàn)象。 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果, 空拔后方管角部增厚比邊部大0.2~0.4 mm。
_x000d_襯拉對(duì)不銹鋼方管的四角支撐性較好, 提高了拔制穩(wěn)定性,但采用同管1道次帶內(nèi)模襯拉至成品的工藝,由于圓變方變形與減壁變形同時(shí)進(jìn)行,拉拔力過大,會(huì).導(dǎo)致拉拔頭斷裂,如圖3所示。
_x000d_綜合以上分析, 最終決定采用圓管定徑定壁后, 1道次空拔至較大尺寸方管,加l道次襯拉至最終尺寸的工藝 。
_x000d_2第1道次空拔變形設(shè)計(jì)
_x000d_對(duì)于異型管空拔變形過程,周邊壓縮系數(shù)是最關(guān)鍵的參數(shù), 其表示拉拔前圓管周長(zhǎng)與成品管周長(zhǎng)的關(guān)系, 只有將周邊壓縮系數(shù)控制在一個(gè)適當(dāng)范圍才能保證空拔后產(chǎn)品截面形狀。 周邊壓縮系數(shù)77可根據(jù)下式計(jì)算:
_x000d_η=πD0/L0 (2)
_x000d_式中 D0一同管直徑, mm;
_x000d_L0一拉技后截面周長(zhǎng), mm。
_x000d_根據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn), 對(duì)于小直徑圓管變方管拉拔,η一般取1.06~1.14.
_x000d_第 1 道次空拔變形的周邊圧縮系數(shù)設(shè)為η1。 為選取最優(yōu)化的η1值,采用 Pro/E軟件建立拉拔件和拉拔模模型,采用 MARc有限元軟件對(duì)拉拔變形過程進(jìn)行模擬。取η1從1.00至1.20,間隔 0.01共21個(gè)數(shù)值,分別模擬拉拔后產(chǎn)品截面形狀。模擬結(jié)果表明:η1<1.08時(shí)方管四角無法完全充滿孔型,η1>1.15時(shí)方管四邊會(huì)產(chǎn)生內(nèi)凹。在兩種周邊壓縮系數(shù)情況下, 拉拔模孔型充滿情況如圖5所示。最后選取η1=1.10,經(jīng)過試驗(yàn)證實(shí)此η1 值合適。
_x000d_根據(jù)成品管尺寸算出第1道次空拔后不銹鋼方管尺寸:口225mmx13.5mm,四角圓弧r1=38mm。計(jì)算得出所需圓管的外徑為265 mm。
_x000d_3 第2道次襯拉變形設(shè)計(jì)
_x000d_第2道次襯拉最重要的參數(shù)為減壁量.如果沒有減壁, 在管壁與芯棒接觸之前就會(huì)出現(xiàn)管壁失穩(wěn), 由于不銹鋼鋼管的彈性恢復(fù), 失穩(wěn)情況不可能得到完全糾正。通常小尺寸異型管拉拔減壁量取 0.05~ 0.30 mm,經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)該取值對(duì)本產(chǎn)品來說過小, 會(huì)導(dǎo)致拔制后各邊平面度較差。對(duì)于不銹鋼鋼管,增大減壁量可消除第1道次空拔過程中產(chǎn)生的不均勻壁厚增加;同時(shí)會(huì)加大變形延伸系數(shù),保證成品管晶粒度≥4級(jí)的要求.但減壁量大會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)拉拔力増大的問題 。 在一次試驗(yàn)中設(shè)計(jì)減壁量為1.2mm,發(fā)生了拉拔頭斷裂、芯棒在管內(nèi)卡死的情況。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn),最終設(shè)定減壁量為0.5mm,延伸系數(shù)為1.173。相對(duì)于較大的產(chǎn)品尺寸, 小減壁量對(duì)拉拔模具加工精度提出了更高要求。
_x000d_同時(shí),第2道次周邊壓縮系數(shù)η2也是需要考慮的參數(shù), η2=(襯拉前方管周長(zhǎng))/(襯拉后方管周長(zhǎng))。η2值太大,金屬在孔型入口處就已充滿,并使平面部分起皺,導(dǎo)致內(nèi)模不能進(jìn)入定徑帶而拔出廢品:η2值太小,內(nèi)模無法進(jìn)人管內(nèi),拉拔過程無法實(shí)現(xiàn)。 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果, 選取η2=1.10。
_x000d_綜上所述,得出全部變形工藝如下:熱擠壓荒管尺寸 311 mmx24 mm;經(jīng)三輥冷軋機(jī)冷軋至圓管尺寸 265 mmx13.5 mm,延伸系數(shù)2.029;第1 道次空拔后方管尺寸225 mmxl3.5 mm,四角圓弧r1=38mm;最終尺寸203.2mmxl2.7mm,四角圓弧 r.=32 mm。 TP304不銹鋼成品方管如圖7所示。
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