Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

Научно-технический и научно-производственный журнал "Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия"

DOIhttps://doi.org/10.17073/0368-0797

Издается с января 1958 года.

Учредители - Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» и Сибирский государственный индустриальный институт. Издатель - Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС». Выходит 12 раз в год.

Журнал публикует результаты фундаментальных, прикладных и научных исследований по актуальным вопросам черной металлургии.

Основные разделы журнала: Металлургические технологииРесурсосбережение в черной металлургииЭкология и рациональное природопользованиеИнновации в металлургическом промышленном и лабораторном оборудовании, технологиях и материалахНаука - производствуИнформационные технологии и автоматизация в черной металлургииФизико-химические основы металлургических процессов;МатериаловедениеСтали особого назначенияЭкономическая эффективность металлургического производства.

Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». 

Журнал включен в Scopus (с 2017 г.), Russian Science Citation Index на платформе Web of Science, Research Bible, OCLC и Google Scholar.

Текущий выпуск

Том 62, № 1 (2019)
Скачать выпуск PDF
 
5-7 37
Аннотация
Рассмотрены выводы комиссии, возглавляемой Д.И. Менделеевым, направленной в конце XIX в. на Урал, чтобы выяснить причины отставания металлургической промышленности Урала от роста промышленности на Юге России. Комиссия обследовала железорудную базу Урала, запасы его древесины и способы ее доставки к заводам, установила тип владельцев заводов. Были сделаны важные выводы о дальнейшем развитии промышленности.

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

8-14 32
Аннотация

В связи с развитием в Армении производства меди и молибдена возникает необхօдимость создания технологий переработки полученных шлаков действующих металлургических заводов с извлечением из них ценных металлов. Это касается медных шлаков Алавердийского медеплавильного завода с содержанием FeO ~ 50 % и молибденовых шлаков Ереванского завода «Чистое железо» с содержанием SiO2 ~80 %. Эти шлаки получаются при высоких температурах (с получением FeO·SiO2 , CaO·SiO2 , Fe3 O4 ) и, следовательно, они малоактивны для дальнейшего их использования. Между тем указанные шлаки богаты оксидами железа и кремния и могут служить дешевым сырьем для получения силицидов железа. Силициды железа могут использоваться в микро- и наноэлектронике, а также в металлургии в  качестве легирующей добавки в производстве сталей со специальными физико-химическими свойствами. Получение столь ценных силицидов из дешевого сырья актуально для Армении и имеет не только экономическое, но и экологическое значение. Для получения силицидов железа предлагается метод совместного алюминотермического восстановления предварительно механоактивированных медных и молибденовых шлаков. Предварительная механоактивация позволяет целенаправленно влиять на структуру реакционной смеси и  параметры самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, обеспечивая тем самым возможность регулирования структуры и  фазового состава синтезируемых силицидов. В работе обсуждаются вопросы влияния превращения и фазообразования на морфологию шлаков медного и молибденового производств действующих металлургических заводов Армении при механохимической активации методом тонкого измельчения в вибромельнице. Показано, что при тонком измельчении (до −10 мкм) шлаки, содержащие сложные малореакционноспособные соединения железа и кремния (фаялит, магнетит и кварцит), подвергаются глубоким химическим изменениям, превращаясь в  аморфные оксиды. Полученные активированные оксиды могут служить сырьем для получения железо- и кремнийсодержащих сплавов – силицидов железа.

15-24 27
Аннотация

Используя идеи системного подхода и основываясь на опыте, накопленном при теоретическом изучении, проектировании и промышленном освоении процессов сортовой прокатки широкого спектра профилей, на кафедре обработки металлов давлением Уральского федерального университета разрабатывается универсальная «Концепция оптимальной калибровки». Общая идеология оптимизации калибровки сортопрокатных валков изложена авторами в статье «Концепция оптимальной калибровки сортопрокатных валков. Основные положения». В статье «Концепция оптимальной калибровки сортопрокатных валков. Пространство калибров» рассмотрены структура, назначение и содержание информационного блока, отражающего так называемое «пространство калибров». В соответствии с общей концепцией оптимизации, следующей задачей, требующей решения, является задача формирования информационного блока, отражающего так называемое «пространство схем калибровок», которое будет использовано в дальнейшем как первое пространство оптимизации. Рассмотрено понятие «пространство схем калибровок валков сортопрокатного стана» как пространство, содержащее все возможные виртуальные схемы прокатки конкретного профиля на конкретном прокатном стане. Для формирования всего пространства схем рельсовых калибровок необходимо генерировать отдельные виртуальные схемы и последовательно наполнять ими это пространство. Таким образом, пространство схем калибровок формируется из отдельных уникальных схем калибровок. Для формирования этого пространства из отдельных калибров, предложено использовать специализированные алгоритмы, являющиеся «генераторами схем калибровок». В качестве примера, рассмотрена структура генератора, предназначенного для построения пространства схем калибровок для прокатки железнодорожных рельсов. Выявлено, что все известные рельсовые калибровки можно представить в виде принципиально однотипной блочной структуры, которая использована в качестве центрального элемента генератора схем рельсовых калибровок. Использование описанного и аналогичных генераторов применительно к процессу прокатки конкретного профиля на конкретном прокатном стане позволяет получать большие по объему пространства допустимых схем калибровок. Такие пространства необходимы для последующего проведения оптимизационных процедур поиска наилучшей схемы калибровки из всех возможных. Рассмотренный подход к построению пространства схем калибровок может быть использован при создании систем автоматизированного проектирования и оптимизации калибровок прокатных валков.

25-33 32
Аннотация

Представлен обзор существующих известных гипотез и теорий, описывающих предельное состояние металла. Даны описания процессам, происходящим в металлах при приложенном напряжении (нагрузки). Описаны фазы процесса разрушения в структуре деформированного поликристалла. Представлено уравнение, связывающее предельную деформацию металла до разрушения со всеми характеристиками, определяющими его предельное состояние. Показаны уравнения комплексных двух и трех параметрических энергетических критериев разрушения, таких как энергоемкость, а также критерии зарождения трещин, распространения трещин, хрупкости и масштаба. Критерии разрушения могут быть применены для оценки качества структур и работоспособности металлов при эксплуатации магистральных трубопроводов. В качестве примера рассмотрен расчет критериев разрушения для конкретных образцов из стали Х70, отобранных из аварийных труб, бывших в эксплуатации 20 и 24 года, а также действующего магистрального трубопровода, бывшего в эксплуатации 5  лет. Выполнен сравнительный анализ значений комплексных критериев разрушения магистральных трубопроводов из стали Х70 после различного срока эксплуатации. Механические (прочностные) характеристика стали Х70 магистральных трубопроводов в процессе эксплуатации (после 5, 20 и 24 лет эксплуатации) практически не изменились. Изменение характеристик, определяемых по критериям разрушения, направлены в сторону их снижения от 21 до 48,5 %, причем наибольшее изменение наблюдается у критерия распространения трещин и у критерия хрупкости. Показана одинаковая природа зарождения трещин для всех классов сталей, лежащая на мезоуровне. Под действием эксплуатационных нагрузок энергоемкость, т.е. способность металла противостоять любым нагрузкам с увеличением срока эксплуатации, значительно снижается, что подтверждается изменением рассмотренных критериев разрушения. Показано, что критерии разрушения могут быть использованы для прогнозирования работоспособности сталей трубопроводов после длительной эксплуатации.

ЭКОЛОГИЯ И РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ

34-41 30
Аннотация
В результате обследования систем газоотсоса малотоннажных электродуговых печей (от 3 до 10 т), эксплуатируемых в литейных цехах машиностроительных предприятий, выявлены узкие места, из-за которых в производственные помещения попадает значительное количество газопылевых выделений, загрязняющих воздух в рабочих зонах. В первую очередь это связано с несовершенством конструктивных схем систем эвакуации газа и пыли, выбрасываемых из полости печи через выпускной канал, рабочее окно, зазоры между ее корпусом и сводом, а также между кромками отверстий в верхней его части и опущенными через них электродами. В частности, узлы сочленения улавливающих поворотных зонтов с газоотводящими трубопроводами в этих системах не обеспечивают надлежащей герметизации подвижных соединений. В связи с этим авторами предложена усовершенствованная конструкция механизма поворота зонта печи, предусматривающая применение двух песочных затворов, устраняющих возможность выхода в окружающую среду вредных выделений между подвижно сочлененными элементами системы. Для начала проектирования промышленного образца модернизированного механизма разработана методика расчета энергосиловых параметров его привода. Предварительная проверка правильности принятых технических решений и корректности полученных расчетных зависимостей выполнена на действующей модели исследуемой системы, изготовленной в  масштабе 1:10 по отношению к промышленному образцу. В ходе модельных исследований с использованием контрольно-измерительного комплекса, включавшего тензорезисторный преобразователь, усилитель переменного тока, аналого-цифровой преобразователь и ЭВМ, зафиксирована нагрузка, действующая на привод модели механизма поворота зонта при его переводе из рабочей позиции в положение парковки и обратно. При этом нагрузку измеряли для двух случаев: при отсутствии и наличии песка в затворах, обеспечивающих герметизацию подвижно сочлененных элементов исследуемой механической системы. Установлено, что доля сил сопротивления, возникающих в двух песочных затворах при относительном повороте подвижного элемента, составляет 20 – 26 % от общей нагрузки на привод механизма в зависимости от угловой скорости консоли с зонтом. Значение данного показателя, рассчитанное по полученным теоретическим зависимостям, находилось в пределах 17 – 23 % для механизмов поворота зонта дуговых печей тоннажностью от 3 до 10 т. Видеосъемка картин движения потоков дыма, истекающего из модели печи через имеющиеся зазоры между ее корпусом и сводом при имитации сталеплавильного процесса, подтвердила надежность функционирования песочных затворов, обеспечивающих полную герметизацию в узлах сочленения элементов механизма поворота зонта. Практическое использование предложенного технического решения позволит повысить эффективность эвакуации вредных газопылевых выделений из рабочей зоны плавильных печей, используемых в литейном производстве.

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

42-48 21
Аннотация

Представлены результаты исследования фазово-структурных превращений и объемных изменений, протекающих при нагреве в  рессорной высококремнистой стали 60С2ХФА, подвергнутой Q-n-P-обработке. Исследовали сталь, содержащую 0,53 % С; 1,46 % Si; 0,44 % Mn; 0,95 % Cr; 0,10 % V; 0,016 % S; 0,013 % P. Образцы стали подвергли Q-n-P-обработке по режимам: аустенитизация при 880  °С; закалка с завершением охлаждения при температуре 120, 160, 200 и 240 °С; последующая выдержка в течение от 10 до 3600 с при 220, 250 и 300 °С; окончательное охлаждение в воде. Объемные изменения при нагреве изучали с применением оптического дифференциального дилатометра при скорости нагрева 1 К/с. В качестве эталона использовали закаленный образец стали 60С2ХФА, стабилизированный высоким отпуском. Количество остаточного аустенита определяли рентгенографическим методом с использованием дифрактометра ДРОН-3 с железным излучением. Установлено, что на кривых нагрева Q-n-P-образцов четко выявляются участки, соответствующие различным превращениям при отпуске. На дилатограммах Q-n-P-образцов обнаруживается резкое повышение величины дилатометрического эффекта, соответствующего второму превращению при отпуске (270 – 430 °С). Это указывает на рост доли остаточного аустенита в результате проведения Q-n-P-обработки по сравнению с закаленным состоянием (что подтверждено рентгенографическим исследованием). В то же время уменьшается величина эффекта, соответствующего третьему превращению при отпуске. Для получения максимального количества остаточного аустенита в стали 60С2ХФА температура «partitioning» должна составлять 260 – 300 °С, а температура завершения закалки  – 160 – 240 °С. При этом количество остаточного аустенита существенно повышается по мере увеличения температуры закалки. Длительность стадии «partitioning» должна выбираться с учетом экстремального характера зависимости доли остаточного аустенита от времени выдержки. В результате выполнения работы показана возможность эффективного применения дилатометрического метода для анализа структурного состояния и выбора оптимального режима Q-n-P-обработки стали.

49-56 25
Аннотация

Экспериментально исследована коррозионная и кавитационная стойкость в морской воде высокопрочных экономнолегированных азотистых хромоникельмарганцевых сталей 10Х19Г10Н6АМ2 и 09Х19Г10Н6АМ2Д2 в сравнении с хромоникелевыми сталями 04Х18Н9 и  04Х18АН9. Испытания на стойкость к питтинговой коррозии осуществляли химическим методом в тестовом растворе 100  г/л FeCl3 ·6H2 O. Стойкость к общей коррозии оценивали испытаниями в синтетической морской воде (3 % NaCl). Испытание на кавитационную стойкость в морской воде проводили с использованием научно-исследовательского стенда высокоинтенсивных кавитационных воздействий с применением ультразвуковой установки UIP 1000hd HielscherUltrasonic в 3 %-ном растворе NaCl в воде при частоте колебаний 20  кГц, мощности 1000 Вт и амплитуде 25 мкм в течение 8 – 36 ч. После кавитационного воздействия оценивали степень повреждения и изменение микротвердости поверхности образцов, изменение фазового состава и массы образцов в результате испытаний. Показано, что стали 10Х19Г10Н6АМ2 и 09Х19Г10Н6АМ2Д2 не подвержены образованию питтингов в морской воде и в растворе хлорида железа и  имеют скорость общей коррозии ниже, чем у хромоникелевых сталей типа Х18Н9. Ультразвуковая кавитация может приводить не только к поверхностным повреждениям за счет эрозии, усилению локальной коррозии, но и к изменению их физических и механических свойств за счет наклепа и фазовых превращений. Стали 10Х19Г10Н6АМ2 и 09Х19Г10Н6АМ2Д2 с термически и механически стабильным аустенитом более стойки к ультразвуковой кавитации в морской воде по сравнению с хромоникелевыми сталями, особенно с менее прочной и  менее стабильной сталью 04Х18Н9. Так, после кавитационного воздействия в течение 36 ч на образцы хромоникелевых сталей 04Х18Н9 и 04Х18АН9, находящиеся в морской воде, наблюдались существенные изменения их состояния: значительное повреждение (травление) и  упрочнение поверхности, а также образование небольшого количества мартенсита в стали 04Х18Н9. У образцов сталей 10Х19Г10Н6АМ2 и 09Х19Г10Н6АМ2Д2 обнаружены лишь незначительное изменение состояния поверхности и упрочнение поверхностных слоев.

57-61 26
Аннотация

В работе изложены результаты исследования влияния неоднородности граничных условий на интенсивность охлаждения металла в процессе непрерывной разливки цилиндрических заготовок из коррозионностойких марок сталей. Предполагается, что граничные условия неоднородны по периметру заготовки. В продольном направлении интенсивность охлаждения считается постоянной в рамках выделенного охлаждаемого сектора заготовки. В ходе исследований принималось наличие перетоков теплоты между секторами охлаждения. Приводится сравнительный анализ градиентов температур и возникающих термических напряжений в затвердевающей заготовке при различных интенсивностях охлаждения, реализуемых в зоне вторичного охлаждения. Значения термических напряжений сравниваются с предельно допустимыми для каждой марки стали с целью определения условий охлаждения, при которых термические напряжения не будут превышать допустимую величину. На основе полученных результатов делаются выводы о влиянии интенсивности охлаждения на возникновение наружных и внутренних дефектов в получаемых цилиндрических непрерывнолитых заготовках. Также делаются выводы о влиянии неоднородности граничных условий на формирование температурных полей в затвердевающей цилиндрической непрерывнолитой заготовке. Результаты проведенных исследований представляются в графическом виде и проводится их детальный анализ. Для расчета температурных полей в затвердевающей заготовке использована специально разработанная математическая модель, в основе которой лежит уравнение нестационарной теплопроводности. Для расчета термических напряжений использованы известные методики, которые позволяют рассчитывать величины термических напряжений, возникающих между зонами охлаждения в затвердевающей заготовке. Результаты исследований могут быть использованы для разработки рациональных режимов охлаждения, при которых не будет наблюдаться превышения допустимых термических напряжений. Это, как следствие, позволит уменьшить количество внутренних и наружных дефектов, возникающих в затвердевающей непрерывнолитой заготовке.

62-72 25
Аннотация

Традиционные методы термообработки энергозатратны и продолжительны во времени, поэтому задача повышения их эффективности является весьма актуальной. В работе исследован процесс повторного скоростного нагрева с кратковременной выдержкой в  интервале температуры полиморфного предпревращения и превращения с позиции эволюции структуры, свойств и характера разрушения закаленных высокоуглеродистых сталей. В частности установлено, что скоростной нагрев (600 – 700 °С/с) и кратковременная выдержка (0,5  с) с последующим охлаждением в подсоленной воде (6 °С) приводит к формированию структуры, не отличающейся от структуры низкоотпущенного (200 °С, 2 ч) мартенсита традиционно закалённой стали при увеличении в 4 раза удлинения и на два порядка сужения при сохранении прочности в ходе испытания на растяжение. Кратковременная выдержка 8 – 15 – 25 с при повторной закалке от 820  °С в холодной подсоленной воде (6 °С) высокоуглеродистых сталей приводит к образованию структуры сверхмелкопластинчатого, субмикропластинчатого, глобулярного перлита. Происходит объёмное наноструктурирование стали, отличающееся от традиционной закалки с  высокотемпературным отпуском структурой и свойствами: величиной прилагаемых напряжений как на стадиях деформации, так и показателей свойств при разрушении (увеличение σв на 55 %; σ0,2 на 17 %; ψ в 8 раз; αn на 80 %). Увеличение кратковременной выдержки до 40  –  50  с при повторной закалке от 820 °С приводит, в отличие от традиционной, к образованию структуры сверхмелкоигольчатого мартенсита, появлению в изломе на плоскостях скольжения ямочной структуры, по форме напоминающей пчелиные соты. После низкотемпературного отпуска при испытании на растяжение наблюдаются все стадии деформации, в изломе измельчение ямочного строения и  отсутствие хрупких ямок-туннелей, улучшаются показатели пластичности (δ ~ в 1,5 раза; ψ в 3 раза) при сохранении прочности.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И АВТОМАТИЗАЦИЯ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

73-78 26
Аннотация

Исследование посвящено разработке метода моделирования процессов нагрева окисляющихся заготовок металла, у которых меняются во времени размеры и толщина слоя окалины. Использованный подход облегчает применение современных программных пакетов для анализа объектов с меняющейся геометрией и за счет этого может резко снизить трудоемкость разработки математических моделей ряда процессов металлургии. Для моделирования процесса окисления металла в работе применен метод эквивалентной теплопроводности. Выполнена экспериментальная проверка метода и показана возможность его использования для совершенствования способов контроля процессов промышленного нагрева. Данный метод отработан при проведении экспериментов на печи с шагающим подом №  3 стана  150 Нижне-Сергинского метизно-металлургического завода. Проведены расчеты по определению толщины слоя окалины, меняющейся с течением времени, построены соответствующие зависимости. Задача решена в программном пакете ANSYS Multiphysics как задача нестационарной теплопроводности с граничными условиями I рода. При моделировании была построена конечно-элементарная сетка, достаточно подробная для получения достоверных результатов и, в то же время, позволяющая решить задачу на компьютерах малой мощности. В ходе решения был применен ряд упрощений, в частности, упрощение расчетного алгоритма, при котором толщина слоя окалины однозначно определяется температурой поверхности заготовки. Определено распределение температуры по толщине заготовки. Для сравнения значений температур в металле и слое окалины построены графики и изотермы. Также проведено сравнение перепадов температур в слое окалины, определенных расчетным путем для условий опытов на печи и экспериментально. В данном исследовании задача рассмотрена как нестационарная, с изменяющимися границами. Объект исследования – заготовка металла (реальное тело) со слоем окалины, нарастающим со временем. При решении задачи такое реальное тело было заменено условным с постоянными усредненными размерами. По условиям равенства чисел подобия теплофизических процессов были определены свойства условного тела, которые меняются эквивалентно размерам реального тела.

В ПОРЯДКЕ ДИСКУССИИ

79-84 20
Аннотация

В работе приведены экспериментальные данные о влиянии условий кристаллизации высокопрочной среднелегированной стали на механические свойства отливок. Особое внимание уделено исследованию хладостойкости, как наиболее важному показателю служебных свойств ответственных изделий, определяющих надежность и работоспособность литого изделия. Приведены сериальные кривые ударной вязкости, работы развития трещины и процента волокнистости в зависимости от температуры испытания. Рассмотрены три разные технологии получения отливок: в объемную песчаную жидкостекольную форму (контрольная отливка) и опытные отливки (с внешним охлаждением) в тонкостенную форму с дифференцированным по высоте керамическим слоем и принудительным охлаждением водовоздушной смесью и (с комплексным воздействием) в такую же форму с вводом микрохолодильников при заливке жидкой стали. По результатам исследования установлено, что ударная вязкость образцов опытного металла выше во всем исследуемом температурном интервале. Отличительной особенностью является более плавный характер изменения ударной вязкости у опытного металла и отсутствие резкого уменьшения этого показателя, характерного для контрольных образцов. Изменение работы развития трещины (КСр ) также зависит от условий формирования отливки. Сериальные кривые показали, что опытный металл обладает меньшей склонностью к хрупкому разрушению (большей хладостойкостью). Аналогичные зависимости получены при исследовании волокнистости излома.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.