Анализ существующих тенденций развития технологий производства сварочных и наплавочных флюсов показал, что одним из активно развиваемых направлений является производство флюсов с использованием техногенных отходов (в том числе металлургических) в качестве компонентов исходной шихты. Это связанно с тем, что в шлаковых отходах металлургического производства содержится большое количество марганца и кремния, которые в свою очередь являются основой в сварочных флюсах. При проведении лабораторных исследований с использованием оборудования научно-производственного центра «Сварочные процессы и технологии» по наплавке стальных образцов использовали флюс-добавку, полученную путем смешивания ковшевого электросталеплавильного шлака фракции менее 0,2 мм с жидким натриевым стеклом в количестве 62 и 38 %. Полученную флюс-добавку смешивали со шлаком производства силикомарганца фракции 0,45 - 2,50 мм в различных соотношениях. Исследования химического состава наплавленного слоя металла, проведенные спектральным методом, и металлографические исследования наплавленного слоя позволили выявить тенденцию к увеличению содержания серы и повышение загрязненности неметаллическими включениями в наплавленном слое при увеличении количества флюс-добавки в шихте более 20 %. По результатам визуального контроля качества макроструктуры наплавленного слоя установлено отсутствие дефектов при содержании флюс-добавки до 30 %.

Проведенными в условиях лабораторного прокатного стана экспериментальными исследованиями определены закономерности процессов течения металла и выкатываемости дефектов заготовок при деформации в черновых клетях универсального рельсобалочного стана. Применительно к ящичным калибрам, а также к калибрам типов «лежачая трапеция» и «трапеция» установлены значительная неравномерность коэффициентов вытяжки поверхностных слоев раската по длине и ширине, неравномерность вытяжки по сечению раската при прокатке. Показано, что в процессе деформации наибольшей вытяжке подвергаются поверхностные зоны, прилегающие к торцам раската, а зависимость неравномерности коэффициентов вытяжек по сечению раската от формы очага деформации имеет выраженный степенной характер. Установлено значимое влияние на выкатываемость поверхностных дефектов коэффициента вытяжки, а также расположения и пространственной ориентации дефектов заготовок, при этом показано, что геометрические размеры дефектов не оказывают значимого влияния на коэффициенты их выкатываемости. Согласно полученных данных наиболее интенсивно как по глубине, так и по ширине выкатываются продольные относительно направления прокатки дефекты, расположенные на ребрах раската, а наименее интенсивно - поперечные дефекты; при этом выкатываемость любых дефектов увеличивается при повышении коэффициента вытяжки. Определено, что вблизи боковых кромок раската происходит увеличение ширины (раскрытие) поперечных и наклонных относительно оси прокатки дефектов, также раскрытие дефектов имеет место на концевых участках раската применительно к продольным дефектам. Для внутренних дефектов установлено, что аналогично поверхностным дефектам увеличение коэффициента вытяжки при прокатке способствует повышению их выкатываемости, при этом коэффициент выкатываемости внутренних дефектов по абсолютной величине значительно ниже данного показателя для поверхностных дефектов. Определено, что минимальный коэффициент выкатываемости внутренних дефектов имеет место при их расположении в сердцевине образца, при этом коэффициент выкатываемости таких дефектов линейно увеличивается при движении к поверхности раската. Влияние расположения, пространственной ориентации и коэффициента вытяжки на выкатываемость поверхностных и внутренних дефектов обобщены в виде уравнений регрессии, что дает возможность их практического применения для прогнозирования качества готового металлопроката при изменении режимов прокатки.

Приведены результаты исследования возможностей селективного лазерного плавления. Это так называемые аддитивные технологии для производства постоянных магнитов. Процесс позволяет производить не только модели изделий и прототипы, но и готовые функциональные изделия путем послойного добавления материала и связывания частиц и слоев друг с другом. В качестве материала для оценки сравниваемых технологий производства постоянных магнитов выбран сплав на основе системы Fe - Cr - Co. Рассмотрены области применения селективного лазерного плавления: исследованы порошки, полученные разными методами. Проанализирована классическая технология литья магнитного сплава: проведены исследования магнитных материалов и сравнения свойств порошковых магнитов и магнитов со стандартными характеристиками. На основе порошка сплава 25Х15КА, распыленного методом газовой атомизации, на установке селективного лазерного плавления можно изготовить постоянные магниты с плотностью материала 7,59 - 7,55 г/см³ (по ГОСТ 24897 - 81). Характеристики магнитов, полученных на установке селективного лазерного плавления, достигают показателей магнитов, изготовленных по классическим металлургическим технологиям. Для исследования магнитных и физических свойств было выпущено четыре образца с одинаковой геометрией в форме куба. При производстве каждого из испытуемых образцов были выбраны разные режимы работы установки. Образцы были изготовлены на базе Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» Центрального научно-исследовательского института конструкционных материалов «Прометей» (НИЦ «Курчатовский институт» -ЦНИИ КМ «Прометей») в составе технологического комплекса НИО-35. Установлено, что характеристики порошков, полученных методом газовой атомизации, качественно превосходят характеристики порошков, полученных другими методами. Изготовленные магниты отвечают требованиям ГОСТ 24897 - 81.

Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований процессов твердофазного восстановления железа из железосодержащего концентрата, полученного в результате гидрометаллургического обогащения железомарганцевых и полиметаллических марганецсодержащих руд, углями марок Д (длиннопламенный) и 2Б (бурый). Методом термодинамического моделирования с использованием программного комплекса «Терра» проведено исследование восстановительных свойств углей путем расчетов равновесных составов в диапазоне температур 373 - 1873 К. Получены зависимости составов и объема газовой фазы, образующейся в результате выделения летучих компонентов в процессе нагрева, от температуры для углей рассматриваемых марок. В результате термодинамического моделирования определены оптимальные температуры и расходы углей, обеспечивающие полное восстановление железа из железосодержащего концентрата. Результаты экспериментальных исследований были получены с использованием современных методов исследований с применением лабораторного и аналитического оборудования, а также методов статистической обработки результатов. Результаты анализа углей, проведенного с помощью термического анализатора Setaram LabSys Evo, показали, что процесс термического разложения углей исследуемых марок протекает согласно общим закономерностям. Процесс термического разложения длиннопламенного угля протекает менее интенсивно, чем бурого. Результаты экспериментального изучения процессов термического разложения восстановителей показали, что объемы газовых фаз, образующихся при нагреве углей до температуры 1173 К в атмосфере аргона, практически совпадают с расчетными значениями. В результате термодинамического моделирования и экспериментального изучения процесса восстановления железа из железного концентрата определены оптимальные расходы углей марок Д и 2Б при температуре 1473 К. Наилучшим восстановителем с минимальным удельным расходом является уголь длиннопламенный марки Д. При определении оптимального количества восстановителя в шихтовых смесях при изучении процессов металлизации установлено, что при избытке восстановителя можно достичь практически полного извлечения (98 - 99 %) железа из концентрата.

Изучены структура и свойства высокоэнтропийного сплава AlCoCrFeNi после литья, деформации в холодном состоянии и термической обработки. Слитки исследуемых сплавов получены методом аргонодугового переплава. С целью обеспечения гомогенного химического состава по объему слитка осуществлялся его восьмикратный переплав. Для проведения механических испытаний из слитков электроискровым методом вырезали цилиндрические образцы диаметром 5 мм и высотой 8 мм. В дальнейшем образцы подвергались одноосному сжатию на 5, 11 и 23 %. В ходе испытаний регистрировали кривые сжатия, на основании которых рассчитывали предел пропорциональности анализируемых сплавов. Согласно полученным результатам для сплава AlCoCrFeNi после литья характерно высокое (1262 ± 68 МПа) значение предела пропорциональности. Высокотемпературный отжиг и термические исследования проводили с использованием термогравиметрического анализатора. Термические исследования проводили в циклическом режиме (3 цикла, включающих нагрев до 1200 °C со скоростью 20 °C/мин) и охлаждение со скоростью 20 °C/мин). Высокотемпературный отжиг проводили при температуре 1200 °C в течение 5 ч. Выявлено, что высокотемпературный отжиг литых сплавов способствует гомогенизации материала и устраняет дендритные построения. Для исследуемого сплава характерна ограниченная пластичность, а межзеренные границы являются эффективными барьерами, препятствующими распространению трещин. Проведенные исследования свидетельствуют о том, что пластическая деформация оказывает существенное влияние на характер развития релаксационных процессов при термической обработке деформированного материала. Повышение степени деформации материала сопровождается ускорением процессов залечивания дефектов кристаллического строения.

Из накопленной информации о структуре, свойствах, стабильности, методах получения высокоэнтропийных сплавов (ВЭС), созданных в начале XXI века, следует, что они обладают целым комплексом полезных свойств, что предполагает их перспективное использование в разных отраслях промышленности. Выполнен краткий обзор работ последних 5 лет по анализу возможностей применения ВЭС в конкретных наукоемких отраслях. В биомедицине защитные покрытия из ВЭС (TiZrNbHfTa)N и (TiZrNbHfTa)O обладают биосовместимостью, высоким уровнем механических свойств, высокой износо- и коррозионной стойкостью в физиологических средах, отличной адгезией. Изделия из (MoTa)_χNbTiZr успешно прошли клинические испытания, будучи имплантированными в живую мышечную ткань. Разработанные ВЭС на основе редкоземельных элементов и металлов группы Fe типа YbTbDyAlMe (Me = Fe, Co, Ni) обладают магнитокалорическим эффектом, имеют температуру Кюри, близкую к комнатной, и могут быть использованы в современных рефрижераторных устройствах. Изменяя стехиометрический состав ВЭС CoCrFeNiTi, легируя их и проводя термическую обработку, удается получить магнитомягкие материалы. Приведены области применения ВЭС в качестве катализаторов окисления аммиака (PtPdRhRuCe), разложения аммиака (RuRhCoNiIr), окисления ароматических спиртов (Co_0,2Ni_0,2Cu_0,2Mg_0,2Zn_0,2 ), электрокатализаторов выделения водорода (Ni₂₀Fe₂₀Mo₁₀Cr₁₅Co₃₅ ), реакций окисления-восстановления (AlCuNiPtMn и AlNiCuPtPdAu), окисления метанола/этанола. ВЭС могут использоваться в качестве электродов - анодов и катодов для Li-ионных и Na-ионных аккумуляторов. Синтезированный нанопористый ВЭС AlCoCrFeNi обладает высокой объемной плотностью (до 700 Ф/см³ ) и циклической стабильностью ( >3000 циклов) и используется в суперконденсаторах. Высокоэнтропийные оксиды типа (MgNiCoCuZn)_0,95Li_0,05O с высокими диэлектрическими свойствами в широком частотном диапазоне могут использоваться в электронных преобразователях. Приведены примеры применения ВЭС в качестве покрытий деталей судов, эксплуатирующихся в морской воде, разнородных сварных соединений, деталей ядерных реакторов. Указаны перспективы расширения областей применения ВЭС.

В работе обосновываются актуальность создания и задачи повышения качества высокопроизводительных непрерывных процессов производства биметаллов. Получение стальных трехслойных биметаллических полос на установке совмещенного процесса непрерывного литья и деформации происходит в две стадии технологии. В статье даются рекомендации по ведению технологического процесса высокого качества. Рекомендации включают постановку задачи; исходные данные для определения температуры стальной основной полосы, напряженно-деформированного состояния металлов плакирующих слоев и полосы в очаге деформации трехслойного биметаллического слитка. Приводятся модель для расчета и методика решения задач теплопроводности и упругопластичности. Установлена закономерность изменения температуры основной стальной полосы при ее прохождении через расплав металла плакирующего слоя, определено напряженно-деформированное состояние металлов основной полосы и плакирующих слоев в очаге деформации. Авторами определены величины обжатия основной стальной полосы и взаимного смещения слоев при обжатии бойками установки биметаллического слитка, а также закономерности распределения осевых и касательных напряжений по линии контакта плакирующего слоя с бойком. Результаты исследования процесса получения биметалла сталь 09Г2С - сталь 13ХФА - сталь 09Г2С на опытно-промышленной установке непрерывного литья и деформации продемонстрировали соединение слоев без видимых в зоне контакта макродефектов, расслоений и однородную и мелкозернистую структуру металла плакирующих слоев.

Экспериментально подтверждена возможность совместного селективного твердофазного восстановления железа и фосфора в железомарганцевой руде. Эксперименты проведены в лабораторной печи Таммана при температуре 1000 °C и выдержке в течение 2 и 5 ч. Приведены результаты исследования фазового состава и соотношения количества фаз продуктов восстановления, а также их химического состава. Установлено, что при восстановительном обжиге в атмосфере СО обеспечивается переход из оксидной фазы в металлическую только железа и фосфора. При этом в оксидной фазе руды повышается концентрация оксида марганца MnO. Использование в качестве восстановителя твердого углерода в этих же условиях приводит к переходу в металлическую фазу вместе с железом и фосфором части марганца. Исходя из полученных данных предлагается селективное восстановление железа и фосфора проводить при температуре 1000 °С восстановительным газом. Газовое восстановление позволит использовать для металлизации железа и фосфора в железомарганцевой руде существующие газовые, в частности, многоподовые печи, а в качестве восстановителя и энергоносителя - природный газ, в том числе обогащенный водородом, и даже чистый водород. Благодаря этому на стадии металлизации руды при производстве марганцевых сплавов могут быть уменьшены выбросы парникового газа СО₂ . Результаты работы могут быть использованы при разработке теоретических и технологических основ переработки железомарганцевых руд с повышенным содержанием фосфора, которые существующими технологиями не перерабатываются.

Впервые построена диаграмма состояния тройной оксидной системы FeO - SrO -Al₂O₃ , в которой могут образовываться следующие соединения: герцинит FeAl₂O₄ и пять алюминатов стронция Sr₄Al₂O₇ , Sr₃Al₂O₆ , SrAl₂O₄ , SrAl₄O₇ , SrAl₁₂O₁₉ . Согласно проведенным расчетам в этой системе не образуются твердые растворы оксидов, что подтверждается литературными данными. В ходе моделирования подобраны оптимальные энергетические параметры теории субрегулярных ионных растворов для компонентов оксидного расплава (FeO, SrO, Al₂O₃ ). Термодинамический анализ раскислительной способности стронция в жидком железе в присутствии алюминия проведен с использованием методики построения поверхности растворимости стронция и алюминия в металле для температур сталеварения (1550 и 1600 °С) и концентраций углерода 0,1 и 0,4 %. Рассчитаны константы равновесия реакций образования алюминатов стронция Sr₃Al₂O₆ и SrAl₂O₄ из компонентов металлического расплава для интервала температур 1550 - 1650 °С. Установлено, что остальные алюминаты стронция могут образовываться в жидком металле только при температурах выше 1750 °С. Приводится база термодинамических данных для изучаемых систем: температурные зависимости констант равновесия реакций, протекающих между компонентами; значения параметров взаимодействия первого порядка (по Вагнеру) для элементов в жидком железе; значения энергетических параметров теории субрегулярных ионных растворов (для оксидного расплава). Из расчетов следует, что в качестве продуктов взаимодействия в системах Fe -Al - Sr - O и Fe - Al - Sr - С - O наиболее вероятно образование моноалюмината стронция SrAl₂O₄ и корунда Al₂O₃ .

20 июня 2021 г. скончался Александр Георгиевич Глебов, наш коллега, металлург по профессии и призванию.