包壳管作为核能系统的重要组件,起着隔离堆芯燃料和冷却剂的作用,保证包壳管的机械稳定性和完整性是核反应堆能够正常运行的重要前提。包壳管长期处于恶劣的服役环境中,包壳材料的选择和结构的设计都对其服役过程的稳定性有着极为重要的影响。316L不锈钢因其良好的耐高温、抗辐照性能,价格经济实惠等优点,成为目前较为理想的包壳材料。以往的包壳管之间采用管外焊接金属丝的方式进行隔离,但焊点在高温、高压液体的冲刷下容易脱落,导致隔离失效。因此提出了带肋包壳管一体式结构,但目前尚无此类异型管成形研究,并且其特征尺寸处于毫米级以下,需考虑尺度效应对成形的影响。此外管肋高度与壁厚相同,导致管肋高度填充困难,且管肋成形过程中,管材内壁极易出现凹陷。以上问题为带肋包壳管加工制造以及精度控制带来一定困难,本课题提出了带肋包壳管一体化冷拔成形工艺,并围绕316L不锈钢冷变形行为中的尺度效应及带肋包壳管成形中的科学问题和技术难点开展研究。首先,通过单轴拉伸试验研究了 316L不锈钢冷变形过程中晶粒尺寸对宏观流动应力和形变诱导孪晶、形变诱导马氏体相变行为的影响规律。结果表明:316L不锈钢变形行为对晶粒尺寸表现出很强的敏感性,宏观流动应力及屈服强度随晶粒尺寸的增加而降低;而内部形变孪晶和马氏体的含量随晶粒尺寸的增加而增加,并且晶粒尺寸随着变形量的增加不断减小。基于316L不锈钢单轴拉伸试验结果,建立了耦合尺度效应、位错滑移、形变孪晶、马氏体相变和晶粒细化的316L不锈钢本构模型。通过遗传算法对模型中参数进行了求解,并评估了模型对于宏观流动应力和微观组织演变预测方面的精度。结果表明:所建立本构模型能够准确描述316L不锈钢复杂的微观变形机制,同时具有精确的力学响应,反映材料宏/微观变形之间的联系。通过ABAQUS所提供的二次开发接口,将所建立的316L不锈钢多尺度本构模型嵌入有限元软件,建立了单轴拉伸有限元模型,通过与实验结果对比验证了模型的准确度。发现形变诱导孪晶行为只对材料初始晶粒尺寸敏感,而马氏体相变不仅对初始晶粒尺寸敏感,材料变形过程中发生的晶粒细化同样会对马氏体相变产生抑制的作用,并通过实验验证了模型的预测。建立了带肋包壳管冷拔有限元模型并进行了相应的冷拔成形实验,对管肋成形机制进行了分析,研究了管坯尺寸、拉拔工艺、工艺参数（模具半模角、肋槽角、拉拔速度和摩擦系数）对带肋包壳管成形的影响规律。结果表明:带肋包壳管成形主要难点是管肋的填充,管肋、圆管两区域之间变形量的差异是管肋成形的主要原因。管肋的高度和凹陷深度随管坯外径的增加而增加,随壁厚的增加而减小。管肋高度随模具半模角、摩擦系数及拉拔速度的增加而较小,随模具肋槽角的增加呈先增后减的趋势。当模具半模角6°、肋槽角10°、拉拔速度为5mm/s、摩擦系数为0.05时,管肋填充效果较好。此外,单道次拉拔无法获得肋高满足要求的带肋包壳管,而采用9.5-0.6mm管坯经双道次固定芯棒拉拔后,能够获得管肋高度符合尺寸要求的带肋包壳管,但内壁存在凹陷,并且发现固定芯棒拉拔工艺能够有效降低带肋包壳管内壁凹陷深度。基于所建立的有限元模型,分析了不同工艺参数（模具半模角、肋槽角、拉拔速度和摩擦系数）对带肋包壳管微观组织分布的影响规律。结果表明:随模具半模角、拉拔速度的增加,带肋包壳管的孪晶、马氏体含量不断降低,晶粒尺寸逐渐增大;当模具肋槽角为10°时,带肋包壳管具有最高的孪晶含量且带肋包壳管内、外壁晶粒尺寸相比于中心区域更为细小。而模具肋槽角为12°时,带肋包壳管的平均马氏体含量最高且平均晶粒尺寸最小;摩擦系数对于带肋包壳管微观组织分布的影响可以忽略。当半模角为6°、拉拔速度为5mm/s、肋槽角为10°、摩擦系数为0.05时,所成形带肋包壳管的管肋及内、外壁具有较高马氏体、孪晶含量,能够提高带肋包壳管强度,保证在组件间机械碰撞下结构的完整性和稳定性,并且管内、外壁较细的晶粒能够提高耐腐蚀性能,延长带肋包壳管的服役寿命。基于耦合尺度效应的带肋包壳管冷拔有限元模型,对带肋包壳管成形过程中的尺度效应进行了研究,分析了带肋包壳管冷拔成形过程中的内壁凹陷形成及消除机制,提出了凹陷的抑制和消除方法,并成功试制了满足尺寸要求且无缺陷的带肋包壳管。结果表明:随晶粒尺寸的增加,带肋包壳管的管肋高度降低而凹陷深度增加,并且所成形带肋包壳管的管肋出现凸起和毛刺的现象,管肋表面形貌呈现出波浪状。大直径厚壁管表现出与小直径薄壁管不同的规律,管肋高度随模具肋槽宽度和管坯厚度的增加而增加,而凹陷深度则随肋槽宽度的增加而增加,随壁厚的增加而减小。在模具型腔内及壁厚方向参与变形晶粒越多,越有利于管肋的填充并能够抑制缺陷的产生。本论文通过材料基础变形实验、有限元模拟以及冷拔成形实验对316L不锈钢带肋包壳管成形及缺陷控制进行了研究,丰富了小直径薄壁异型管的成形研究,为新一代包壳管的发展和应用提供了参考。