blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2023-2-222-228blackmet-2518Research ArticleИННОВАЦИИ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРОМЫШЛЕННОМ И ЛАБОРАТОРНОМ ОБОРУДОВАНИИ, ТЕХНОЛОГИЯХ И МАТЕРИАЛАХINNOVATIONS IN METALLURGICAL INDUSTRIAL AND LABORATORY EQUIPMENT, TECHNOLOGIES AND MATERIALSАнализ природы происхождения характерных дефектов мелющих шаров из отбраковки непрерывнолитых заготовок рельсовой сталиOccurrence of characteristic defects of grinding balls from rejects of continuously cast billets of rail steelhttps://orcid.org/0000-0003-4403-9006УманскийА. А.UmanskiiA. A.

Александр Александрович Уманский, д.т.н., доцент кафедры металлургии черных металлов

Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Aleksandr A. Umanskii, Dr. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair of Ferrous Metallurgy

42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation

umanskii@bk.ruМорозовИ. С.MorozovI. S.

Иван Сергеевич Морозов, соискатель степени к.т.н. кафедры металлургии черных металлов

Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Ivan S. Morozov, Candidates for a Degree of Сand. Sci. (Eng.) of the Chair of Ferrous Metallurgy

42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation

ismorozov23@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7554-2168ПротопоповЕ. В.ProtopopovE. V.

Евгений Валентинович Протопопов, д.т.н., профессор, профессор кафедры металлургии черных металлов

Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Evgenii V. Protopopov, Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Chair of Ferrous Me­tallurgy

42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation

protopopov@sibsiu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9712-3757СимачевА. С.SimachevA. S.

Артем Сергеевич Симачев, к.т.н., доцент кафедры «Обработка металлов давлением и металловедение. ЕВРАЗ ЗСМК»

Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Artem S. Simachev, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair “Metal Forming and Metal Science. “EVRAZ ZSMK”

42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation

simachev_as@mail.ruДумоваЛ. В.DumovaL. V.

Любовь Валерьевна Думова, соискатель степени к.т.н. кафедры металлургии черных металлов

Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Lyubov’ V. Dumova, Candidates for a Degree of Сand. Sci. (Eng.) of the Chair of Ferrous Metallurgy

42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation

doumova@bk.ruСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian Federation202306062023662222228Copyright © Уманский А.А., Морозов И.С., Протопопов Е.В., Симачев А.С., Думова Л.В., 20232023Уманский А.А., Морозов И.С., Протопопов Е.В., Симачев А.С., Думова Л.В.Umanskii A.A., Morozov I.S., Protopopov E.V., Simachev A.S., Dumova L.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/2518

На основании металлографических исследований определены характерные дефекты мелющих шаров, прокатанных из отбраковки непрерывнолитых заготовок рельсовой стали марки К76Ф. Установлена взаимосвязь наличия внутренних дефектов шаров с их ударной стойкостью. Наибольшее влияние на снижение ударной стойкости шаров оказывают дефекты в виде внутренних трещин со скоплениями неметаллических включений в области их локализации и флокены. Такие дефекты являются причиной разрушения шаров при испытаниях на ударную стойкость в 62 и 17 % случаев соответственно. Влияние внутренних трещин без значительных скоплений неметаллических включений и закалочных микротрещин, расположенных по границам раздела фаз, оценивается на уровне 12 и 9 %. Установлены закономерности и механизм влияния химического состава отбраковки заготовок рельсовой стали К76Ф на вероятность разрушения производимых из них шаров при испытаниях на ударную стойкость. Увеличение содержания серы в заготовках рассматриваемой рельсовой стали снижает ударную стойкость производимых из них шаров, так как способствует образованию непластичных сульфидов, которые концентрируются в области расположения внутренних трещин. Повышение содержания водорода в рельсовой стали закономерно способствует увеличению вероятности образованию флокенов, которые значительно уменьшают устойчивость шаров к ударным нагрузкам. Увеличение концентрации углерода в исходных заготовках влияет на повышение вероятности разрушения шаров из стали К76Ф при копровых испытаниях, что объясняется образованием карбидов цементитного типа при достижении содержания углерода, соответствующего заэвтектоидной стали. В целом относительная степень влияния химического состава рельсовой стали марки К76Ф на ударную стойкость мелющих шаров составляет 48 %.

On the basis of metallographic studies, the authors determined the characteristic defects of grinding balls rolled from the rejects of continuously cast billets of K76F rail steel. Relationship of the presence of internal defects of the balls with their impact resistance was established. Defects in the form of internal cracks with accumulations of non-metallic inclusions in the area of their localization and flocks have the greatest impact on the reduction of balls impact resistance. Such defects are the cause of balls destruction during impact resistance tests in 62 and 17 % of cases, respectively. The effect of internal cracks without significant accumulations of non-metallic inclusions and quenching microcracks located along the boundaries of the phase interface was estimated at 12 and 9 %. The regularities and mechanism of influence of the rejects chemical composition of K76F rail steel billets on the probability of destruction of the balls produced from them during impact resistance tests were established. An increase in sulfur content in the billets of the studied rail steel reduces impact resistance of the balls produced from them, as it contributes to formation of non-plastic sulfides that concentrate in the area of internal cracks. An increase in hydrogen content in rail steel naturally contributes to an increase in probability of formation of the flocks, which significantly reduce the balls stability to shock loads. An increase in carbon content in the initial billets affects the increase in probability of destruction of K76F steel balls during copra tests. It is explained by formation of cementite-type carbides when carbon content corresponding to the eutectoid steel is reached. In general, the relative degree of influence of the K76F rail steel chemical composition on impact resistance of grinding balls is 48 %.

внутренние дефектымакроструктурамелющие шарыударная стойкостьрельсовая стальнепрерывнолитые заготовкиметаллографические исследованияinternal defectsmacrostructuregrinding ballsimpact resistancerail steelcontinuously cast billetsmetallographic studiesИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда, проект № 22-29-20170 и гранта Кемеровской области – Кузбасса.The research was supported the Russian Science Foundation (grant No. 22-29-20170) and the Kemerovo Region – Kuzbass.ReferencesРахутин М.Г., Бойко П.Ф. Пути совершенствования методов оценки основных характеристик мелющих шаров. Уголь. 2017;(12):49–52. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2017-12-49-52Rakhutin M.G., Boiko P.F. Ways to improve assessment methods of the main characteristics of grinding balls. Ugol’. 2017;(12):49–52. (In Russ.). https://doi.org/10.18796/0041-5790-2017-12-49-52Крутилин А.Н., Бестужев Н.И., Бестужев А.Н., Каленкович Д.Н. Мелющие тела. Проблемы. Перспективы. Литье и металлургия. 2009;(4(53)):26–33.Krutilin A.N., Bestuzhev N.I., Bestuzhev A.N., Kalenko­vich D.N. Grinding bodies. Problems. Prospective. Lit’e i metallurgiya. 2009;(4(53)):26–33. (In Russ.).Aldrich C. Consumption of steel grinding media in mills – A review. Minerals Engineering. 2013;49:77–91. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2013.04.023Aldrich C. Consumption of steel grinding media in mills – A review. Minerals Engineering. 2013;49:77–91. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2013.04.023Найзабеков А.Б., Мухаметкалиев Б.С., Арбуз А.С., Лежнев С.Н. Снижение расхода стальных мелющих шаров путем улучшения технологии их производства. Вести высших учебных заведений Черноземья. 2016;(4(46)):78–86.Naizabekov A.B., Mukhametkaliev B.S., Arbuz A.S., Lezhnev S.N. Reduction of consumption of steel grinding balls by improving their production technology. Vesti vysshikh uchebnykh zavedenii Chernozem’ya. 2016;(4(46)): 78–86. (In Russ.).Lam M.M., Serov A.I., Smyrnov Y.N., Ternavskii A.N., Mykheiev V.V. Production of hard (class V) grinding balls at PJSC “DMPZ”. Steel in Translation. 2017;47(5):325–329. https://doi.org/10.3103/S0967091217050072Lam M.M., Serov A.I., Smyrnov Y.N., Ternavskii A.N., Mykheiev V.V. Production of hard (class V) grinding balls at PJSC “DMPZ”. Steel in Translation. 2017;47(5):325–329. https://doi.org/10.3103/S0967091217050072Umucu Y., Deniz V. The effect of ball type in fine particles grinding on kinetic breakage parameters. Inzynieria Mine­ralna. 2015;16(1):197–203.Umucu Y., Deniz V. The effect of ball type in fine particles grinding on kinetic breakage parameters. Inzynieria Mine­ralna. 2015;16(1):197–203.Сталинский Д.В., Рудюк А.С., Соленый В.К. Выбор материала и технологий термической обработки мелющих шаров, работающих преимущественно в условиях абразивного износа. Сталь. 2017;(6):64–69.Stalinskii D.V., Rudyuk A.S., Solenyi V.K. Choice of material and technologies for heat treatment of grinding balls operating mainly in conditions of abrasive wear. Stal’. 2017;(6):64–69. (In Russ.).Bai X., Jin Y. Heat treatment of wear-resistant steel ball for large ball mills. Heat Treatment of Metals. 2017;42(5):193–196. https://doi.org/10.13251/j.issn.0254-6051.2017.05.040Bai X., Jin Y. Heat treatment of wear-resistant steel ball for large ball mills. Heat Treatment of Metals. 2017;42(5):193–196. https://doi.org/10.13251/j.issn.0254-6051.2017.05.040Arlazarov A., Bouaziz O., Masse J.P., Kegel F. Characterization and modeling of mechanical behavior of quenching and partitioning steels. Materials Science and Engineering: A. 2015; 620:293–300. https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.10.034Arlazarov A., Bouaziz O., Masse J.P., Kegel F. Characterization and modeling of mechanical behavior of quenching and partitioning steels. Materials Science and Engineering: A. 2015; 620:293–300. https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.10.034Zhang J., Ding H., Misra R.D.K., Wang C. Enhanced stability of retained austenite and consequent work hardening rate through pre-quenching prior to quenching and partitioning in a Q–P microalloyed steel. Materials Science and Engineering: A. 2014; 611:252–256. https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.05.074Zhang J., Ding H., Misra R.D.K., Wang C. Enhanced stability of retained austenite and consequent work hardening rate through pre-quenching prior to quenching and partitioning in a Q–P microalloyed steel. Materials Science and Engineering: A. 2014; 611:252–256. https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.05.074Camurri C., Carrasco C., Colàs R. Improving the working life of steel grinding balls by optimizing their hardness and tena­city. Materials Science Forum. 2014;783–786:2260–2265. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.783-786.2260Camurri C., Carrasco C., Colàs R. Improving the working life of steel grinding balls by optimizing their hardness and tena­city. Materials Science Forum. 2014;783–786:2260–2265. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.783-786.2260Efremenko V.G. Metallographic analysis of causes of destruction of rolled steel bodies for drum mills. Vestnik Priazovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2000;(9):89–91. (In Russ.).Efremenko V.G. Metallographic analysis of causes of destruction of rolled steel bodies for drum mills. Vestnik Priazovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2000;(9):89–91. (In Russ.).Umanskii A.A., Golovatenko A.V., Oskolkova T.N., Simachev A.S., Shchukin A.G. Influence of macro- and microstructure of steel grinding balls on their impact resistance. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2019;62(4):283–289. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-4-283-289Umanskii A.A., Golovatenko A.V., Oskolkova T.N., Simachev A.S., Shchukin A.G. Influence of macro- and microstructure of steel grinding balls on their impact resistance. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2019;62(4):283–289. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-4-283-289Pater Z., Tomczak J., Bulzak T., Cyganek Z., Andrietti S., Barbelet M. An innovative method for producing balls from scrap rail heads. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018;97(1-4):893–901. https://doi.org/10.1007/s00170-018-2007-9Pater Z., Tomczak J., Bulzak T., Cyganek Z., Andrietti S., Barbelet M. An innovative method for producing balls from scrap rail heads. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018;97(1-4):893–901. https://doi.org/10.1007/s00170-018-2007-9Tomczak J., Pater Z., Bulzak T. The flat wedge rolling mill for forming balls from heads of scrap railway rails. Archives of Metallurgy and Materials. 2018;63(1):5–12. https://doi.org/10.24425/118901Tomczak J., Pater Z., Bulzak T. The flat wedge rolling mill for forming balls from heads of scrap railway rails. Archives of Metallurgy and Materials. 2018;63(1):5–12. https://doi.org/10.24425/118901Pater Z., Tomczak J., Bulzak T. A cross wedge rolling process for forming 70 mm diameter balls from heads of scrap railway rails. Procedia Manufacturing. 2017;11:466–473. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2017.07.137Pater Z., Tomczak J., Bulzak T. A cross wedge rolling process for forming 70 mm diameter balls from heads of scrap railway rails. Procedia Manufacturing. 2017;11:466–473. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2017.07.137Баранов Н.А., Тулупов О.Н. Производство мелющих шаров из рельсовой стали. Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. 2017;(1) 96–99.Baranov N.A., Tulupov O.N. Production of grinding balls from rail steel. Aktual’nye problemy sovremennoi nauki, tekhniki i obrazovaniya. 2017;(1):96–99. (In Russ.).Головатенко А.В., Волков К.В., Александров И.В., Кузнецов Е.П., Дорофеев В.В., Сапелкин О.И. Ввод в эксплуа­тацию универсального рельсобалочного стана и освоение технологии производства рельсов на современном оборудовании в рельсобалочном цехе ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК». Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2014;6(1374):32–38.Golovatenko A.V., Volkov K.V., Aleksandrov I.V., Kuzne­tsov E.P., Dorofeev V.V., Sapelkin O.I. Commissioning of universal rail-and-beam mill and mastering the technology of rail production on modern equipment in the rail-and-beam workshop of JSC “EVRAZ ZSMK”. Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific, Technical and Economic Information. 2014;6(1374):32–38. (In Russ.).Shaburov D.V., Popov A.E., Zagumennov O.V. Rail production on a universal mill. Steel in Translation. 2016;46(7): 503–504. https://doi.org/10.3103/S0967091216070111Shaburov D.V., Popov A.E., Zagumennov O.V. Rail production on a universal mill. Steel in Translation. 2016;46(7): 503–504. https://doi.org/10.3103/S0967091216070111Герасимова Л.П., Ежов А.А., Маресев М.И. Изломы конструкционных сталей: справочник. М.: Металлургия; 1987:272.Gerasimova L.P., Ezhov A.A., Maresev M.I. Structural Steel Fractures: Handbook. Moscow: Metallurgiya; 1987;272. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.