Обожженные окатыши должны сохранять прочность от момента схода с обжиговой машины до загрузки в доменную печь. Одним из показателей прочности обожженных окатышей является прочность на сжатие, т. е. максимальная прилагаемая нагрузка, при которой железорудный окатыш полностью разрушается. В работе изучен характер разрушения обожженных неофлюсованных железорудных титаномагнетитовых окатышей фракции 10 - 16 мм при испытании на статическое сжатие согласно ISO 4700. Показано, что при испытании основным видом разрушения является возникновение и развитие трещин плоскости, проходящих через центр магнетитового ядра, где действуют максимальные радиальные растягивающие напряжения, или в непосредственной близости от него. В отдельных случаях траектория одной из разрушающих трещин отклоняется от указанной выше плоскости и огибает магнетитовое ядро. Очевидно, это связано с наличием второй области концентрации растягивающих напряжений на границе магнетитового ядра и гематитовой оболочки, сформировавшихся при охлаждении окатышей вследствие различия их механических и теплофизических свойств. В итоге, конечная структура окатышей характеризуется наличием двух зон: периферийной гематитовой и центральной магнетитовой. Определена роль влияния относительного размера магнетитового ядра на прочность при сжатии обожженных окатышей. Установлено, что с уменьшением относительного размера магнетитового ядра прочностные характеристики окатыша возрастают. При протекании процесса полного окисления магнетита (когда весь объем окатыша состоит из гематита) максимальный уровень предельных характеристик прочности на сжатие окатышей может быть следующим: максимальное разрушающее усилие 3300 Н, энергия разрушения 0,55 Дж, массовая энергия разрушения 0,18 Дж/г.

На современном этапе развития газовых месторождений в продукции многих объектов добычи газа присутствуют повышенные содержания коррозионно-агрессивного СО₂ . Коррозионное воздействие СО₂ на стальное оборудование и трубопроводы определяется условиями его использования. Диоксид углерода имеет потенциально широкий спектр использования на нефтегазовых объектах для решения технологических задач (при добыче, транспортировке, хранении и др.). Выполнены имитационные испытания и проведены исследования по оценке коррозионного влияния СО₂ на типичные стали (углеродистые, низколегированные и легированные), применяемые на промысловых объектах. Проанализированы основные факторы, влияющие на интенсивность процессов углекислотной коррозии в условиях добычи, хранения и использования углеводородов с СО₂ для различных технологических целей. Основным механизмом развития углекислотной коррозии является присутствие/конденсация влаги, которая запускает процесс коррозии, в том числе с образованием локальных дефектов (питтингов и др.).

Разработана методика совершенствования режимов прокатки рельсовых сталей на основе комплексного параметра оптимизации. В качестве объектов применения методики выбраны технология прокатки рельсовых профилей в черновых клетях рельсобалочных станов и технология прокатки шаровых заготовок и мелющих шаров из отбраковки непрерывно литых заготовок рельсовых сталей. Обобщенным параметром оптимизации выступает обобщенная функция желательности Харрингтона, которая зависит от частных показателей желательности по критериям энергоэффективности, качества проката, материалосбережения и производительности стана. Доля влияния перечисленных частных критериев оптимизации на обобщенную функцию желательности учитывается путем использования коэффициентов весомости. Обоснование значений коэффициентов проводится исходя из результатов сравнительного анализа резервов по снижению затрат или потерь в стоимостном выражении. Разработан алгоритм применения данной методики. В рамках первого блока проводятся анализ и обобщение имеющихся исходных данных и дополнительные исследования. Эти исследования направлены на получение обоснованных аналитических зависимостей частных критериев оптимизации и измеряемых параметров прокатки. Второй блок - обоснование конкретного направления совершенствования режимов прокатки, выбор которого проводится на основании проверки соблюдения граничных условий. Третий блок включает в себя разработку параметров нового режима прокатки и оценку его применимости и эффективности. Четвертый блок предполагает опытно-промышленное опробование нового режима прокатки в условиях действующего прокатного стана и, при необходимости, корректировку методики определения прогнозных значений измеряемых показателей. С использованием разработанной методики проведено совершенствование режимов прокатки железнодорожных и остряковых рельсов в черновых клетях универсального рельсобалочного стана АО «ЕВРАЗ ЗСМК», изменен режим прокатки мелющих шаров из отбраковки заготовок рельсов на стане поперечно-винтовой прокатки ОАО «ГМЗ». Наблюдается значительное повышение качества и технико-экономических показателей, что свидетельствует об эффективности разработанной методики.

Статья содержит частное решение линейного варианта задачи динамической термоупругости в приложении к моделированию условий поверхностного упрочнения металлических изделий энергетическим импульсом. Уравнение движения среды рассматривается совместно с моделью температурного импульса, опробованной ранее на совместимость с частными случаями уравнений параболической и гиперболической теплопроводности. Представлена задача о нагружении плоской грани короткого кругового цилиндра (диска) температурным импульсом. Импульс является следствием принятой структуры объемной плотности мощности теплового потока, временной множитель которой имеет форму одной волны функции Хевисайда. Для построения тензора термических напряжений авторы использовали классический термоупругий потенциал перемещений и метод его разделения на произведение функций независимых переменных. Получены дифференциальные уравнения для функций-сомножителей, найдены их общие решения. Для компонент тензора термических напряжений поставлены естественные граничные условия. Полученные решения имеют форму отрезков функциональных рядов (функции Бесселя по радиальной координате и экспоненциальной функции по осевой координате). Рассмотрен численный пример нагружения диска из стали марки 40ХН, механические свойства которой чувствительны к температурной обработке. При расчетах авторы использовали пакет компьютерной математики Maple. Приближенные решения учитывают первые 24 члена функциональных рядов. Расчеты примера позволяют объяснить наличие пиков напряжений и интенсивности напряжений как следствие взаимно обратных процессов роста температурных напряжений и уменьшения коэффициентов упругости с ростом температуры. Численный пример предостерегает от опоры только на оценки решений задач термоупругости без учета пластических и вязких свойств материала.

Одним из перспективных направлений в металлургии является использование железосодержащих отходов, таких как шламы конвертерного производства, железосодержащие концентраты, прокатная окалина, отходы обогащения железных руд и другие. Разработка новых ресурсосберегающих технологий с использованием таких отходов требует предварительных исследований и накопления информации в области теории восстановления железа. В работе рассматриваются процессы восстановления железа из оксидов при различных условиях. Используется метод термодинамического моделирования, основанный на поиске максимума энтропии. Инструментом термодинамического моделирования является программный комплекс «Терра», созданный в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана. Комплекс «Терра» предназначен для расчета термодинамических свойств и состава фаз равновесного состояния произвольных систем с химическими и фазовыми превращениями. С использованием этого программного комплекса проведены исследования процессов восстановления железа различными восстановителями (углеродом, марганцем и кремнием) в модельных термодинамических системах, определены оптимальные условия по температуре и расходам восстановителей. В работе представлены результаты исследования процессов в системе металл - шлак, находящейся в равновесии. Проведен анализ равновесного состояния системы металл - шлак в диапазоне температур 1773 - 1973 К при различном количестве шлака. Определены границы областей протекания окислительно-восстановительных процессов и выполнена оценка влияния компонентов металла на условия восстановления оксидов железа из шлака в металл. Получены зависимости равновесного состава системы от температуры при различных соотношениях металла и шлака и определены оптимальные условия восстановления железа.

Изучены прочность и механизм разрушения при кручении аустенитной коррозионностойкой стали 08Х18Н9 с ультрамелкозер-нистой (УМЗ) и крупнозернистой (КЗ) структурой, широко применяемой в медицине для производства пластин, шурупов, стержней для костного остеосинтеза и других медицинских изделий. Структура КЗ стали исследована с помощью металлографического микроскопа Axiovert 40 МАТ, а тонкая структура УМЗ стали - с помощью просвечивающего электронного микроскопа JEM-2100. Проведены испытания на кручение цилиндрических образцов диаметром 10 мм при температуре 20 °С на установке МК-50. Исследована поверхность изломов с помощью растрового электронного микроскопа JEOL JCM-6000. Анализ диаграмм «крутящий момент - угол кручения» показал, что по сравнению с КЗ сталью предел прочности (τ_k ) и предел текучести (τ_0,3) УМЗ стали возрастают в 1,3 - 3,8 раза, а относительный сдвиг (g) снижется в 2,4 раза. Высокие значения прочностных свойств при кручении УМЗ стали позволяют обеспечить высокий крутящий момент без разрушения изделия. Следовательно, по сравнению с КЗ сталью УМЗ сталь 08Х18Н9 является более перспективным материалом для изготовления медицинских шурупов и других медицинских изделий, испытывающих в процессе скручивания значительные нагрузки. На поверхности всех изломов выявлено три области: волокнистая центральная часть, переходная (средняя) часть и относительно гладкая периферийная часть. Разрушение начинается с образования ямок сдвига в средней и периферийной областях, которые при дальнейшем вращении образца полностью затираются (в случае КЗ стали), или сохраняются (в случае УМЗ стали). Окончательное разрушение происходит под действием нормальных напряжений в центральной части образца.

Рассмотрено действующее предприятие черной металлургии, которое при выплавке стали использует три различных технологических режима, каждый из которых характеризуется индивидуальным составом ингредиентов выбросов химических загрязнений в атмосферу, влияющих на состояние лесных массивов вокруг предприятия. На основе расшифровки спутниковых пиксельных фотоизображений лесных массивов определен технологический режим с наименьшим воздействием на лесные массивы. Данный режим соответствует условию минимальной площади экологических зон вокруг предприятия черной металлургии. Предложена оценка воздействия химических загрязнений предприятий черной металлургии на лесные массивы в виде площадей экологических зон состояния лесной растительности и объемов биомассы на различных участках лесного массива. Мозаика экологических зон лесных массивов определяется по спутниковым пиксельным фотоизображениям лесных массивов с использованием оригинального алгоритма управляемого кластерного анализа.

По технологии проволочно-дугового аддитивного производства (WAAM) в атмосфере чистого азота получен высокоэнропийный сплав (ВЭС) системы Al - Co - Cr - Fe - Ni неэквиатомного состава. Методами современного физического материаловедения показано, что в исходном состоянии сплав имеет дендритное строение, что указывает на неоднородное распределение легирующих элементов. Сплав является многофазным материалом, основные фазы: Al₃Ni, Cr₃C₂ , (Ni, Co)₃Al₄ . Наноразмерные частицы (Ni, Co)₃Al₄ кубической формы расположены вдоль границ раздела субмикронных фаз Al₃Ni и Cr₃C₂ . Облучение ВЭС импульсными электронными пучками с плотностью энергии E_s = 10 + 30 Дж/см², длительностью импульса 50 мкс, частотой 3 Гц и числом импульсов 3 приводит к высокоскоростному плавлению и последующей кристаллизации поверхностного слоя. При E_s = 10 Дж/см² не происходит разрушения структуры дендритной кристаллизации. Междендритные пространства обогащены алюминием, никелем и железом, а сами дендриты атомами хрома. Наиболее ликвирующим элементом является алюминий, наименее - кобальт. При E_s = 20 Дж/см² в объеме зерен формируется нанокристаллическая структура в слое толщиной 15 мкм. Размер ячеек кристаллизации составляет 100 - 200 нм, размер включений в стыках ячеек 20 - 25 нм, а вдоль границ ячеек - 10 - 15 нм. Ячейки высокоскоростной кристаллизации обогащены алюминием и никелем. Атомы кобальта распределены по объему поверхностного слоя равномерно. Наиболее ликвирующим элементом является хром, наименее - кобальт. Увеличение плотности энергии пучка электронов до 30 Дж/см² не приводит к существенным (по сравнению с 20 Дж/см² ) изменениям структуры поверхностного слоя. Выявлен режим облучения (E_s = 20 Дж/см², 50 мкс, 3 импульса, 0,3 Гц), который позволяет сформировать поверхностный слой с наиболее высокой однородностью распределения химических элементов в сплаве.