В статье раскрывается одна небольшая страница развития металлургической науки и техники в Советском Союзе, а именно, история установления научных контактов американских и советских ученых металлургов второй половины 1950-х гг. К середине1950-х гг. успешное восстановление экономики СССР после войны завершилось научно-технологическим рывком в сфере атомных и ракетно-космических технологий. Это значительно укрепило политический и гуманитарный авторитет СССР в глазах мирового сообщества, сделав страну привлекательной для научно-технического сотрудничества. Успехи советского атома и ракетостроения были бы невозможны без высоких достижений и в базовых отраслях экономики, таких как металлургия. США и их западноевропейские союзники пришли к пониманию перспективности ограниченного научно-технического сотрудничества с СССР и непродуктивности политики его изоляции. Установление научных и деловых контактов с советскими металлургическими предприятиями, исследовательскими институтами и образовательными учреждениями заставило американцев критически переосмыслить собственные достижения в отрасли.

В работе приведены сведения об областях применения ниобия и масштабах его производства в мире и РФ. Большинство ниобиевых месторождений России представлены пирохлоровыми, апатит-пирохлоровыми и колумбит-пирохлоровыми типами руд, которые содержат значительное количество фосфора. В связи с этим, все схемы обогащения данных руд содержат стадию дефосфорации, удорожающую продукт и снижающую степень извлечения ниобия. В работе изучена возможность усовершенствования сквозной схемы производства: ниобиевая руда – обогащение – ниобиевый ферросплав. Основная масса феррониобия предназначена для микролегирования стали и может быть заменена на комплексные ферросплавы с пониженным содержанием ниобия. Рассмотрены вопросы получения комплексных ниобиевых ферросплавов из бедного по ниобию чернового концентрата. Установлено, что добавка к двухкомпонентной металлической системе Fe ‒ Nb кремния (25 ‒ 40 %) или алюминия (12 ‒ 30 %) приводит к переводу ниобиевых ферросплавов из разряда тугоплавких в легкоплавкие материалы с температурой начала кристаллизации менее 1400 °С. Дано обоснование применения вместо феррониобия комплексного ниобиевого ферросплава, имеющего пониженное содержание ниобия и повышенное кремния или алюминия. Отмечаются более благоприятные служебные характеристики комплексного ферросплава по сравнению с феррониобием (температура начала кристаллизации и плотность), которые способствуют повышению степени усвоения ниобия при использовании комплексного ферросплава для микролегирования стали. Приводятся данные о возможности дефосфорации ниобиевых материалов методами пироселекции и возгонки фосфора в процессе высокотемпературной плавки с получением комплексных ферросплавов. Предложена усовершенствованная схема получения ниобийсодержащих ферросплавов с применением черновых ниобиевых концентратов, позволяющая проводить процесс выплавки с дефосфорацией и получением комплексного ферросплава с пониженным количеством ниобия и повышенным кремния (алюминия), который может более эффективно применяться для микролегирования стали.

В работе исследуется изгиб пластины из толстолистовой судовой стали А32 с градиентом прочностных свойств по толщине. Градиент свойств достигался односторонним ускоренным охлаждением пластины из аустенитной области. Вследствие этого по толщине пластины формировался спектр микроструктур: от феррито-бейнитной на ускоренно охлаждаемой поверхности до феррито-перлитной на другой. При малом упругопластическом изгибе стальной пластины с однородной микроструктурой нейтральная плоскость деформации смещается в область сжатия, что объясняется большим сопротивлением материала сжатию, чем растяжению. Исследований смещения нейтральной плоскости при изгибе стальных пластин с градиентом прочности по толщине и SD-эффектом (различными пределами текучести на растяжение и сжатие) в литературе не найдено. Цель настоящей работы заключалась в разработке математической модели пластического изгиба стальной пластины с SD-эффектом и градиентом прочности по толщине при конечных прогибах для подтверждения целесообразности одностороннего термического армирования листового проката. Установлено, что смещение нейтральной плоскости при изгибе, обусловленное SD-эффектом, зависит от коэффициента разнопрочности и направлено в сторону сжатых волокон. Смещение нейтральной плоскости, вызванное градиентом прочности, зависит от абсолютной величины этого градиента и направлено в сторону градиента. Рассчитано, что величина предельного изгибающего момента при изгибе пластины из стали А32 с градиентом прочностных свойств по толщине не меньше аналогичной величины для нормализованного и термоупрочненного состояния при любом направлении градиента прочности относительно направления изгиба. Сделан вывод, что предложенная технология упрочняющей обработки толстолистового проката из углеродистых и низколегированных сталей с использованием ускоренного одностороннего охлаждения обеспечивает комплекс механических свойств не хуже, чем для термоупрочненного состояния. При этом экономия охлаждающей воды составляет до 40 %.

Анализ процесса винтовой прокатки показал, что изменение осевой скорости валка по длине калибра косовалкового стана не соответствует требуемому характеру изменения скорости деформируемой заготовки. Процесс протекает при интенсивном осевом сжатии, в результате чего значительная часть обжимаемого в контактной зоне металла вытесняется в межвалковую зону. Показано, что от величины угла наклона образующей рассматриваемого участка валка к оси прокатки зависит направление осевой силы в соответствующей зоне прокатного калибра. Предложена модернизация технологии винтовой прокатки, позволяющая осуществить деформацию заготовки под воздействием внутриочагового осевого растяжения. Поставленная задача осуществляется путем применения калибровки валков, при которой в начале расположен гребневой участок валка, на котором осевая сила направлена против направления прокатки, а за ним – тянущий, на котором направление осевой силы совпадает с направлением прокатки. Такая схема действия осевых сил в зоне интенсивного обжатия заготовки создает наиболее благоприятные условия для течения металла в осевом направлении. Предложено техническое решение для осуществления стадии захвата заготовки валками, приведено описание указанной стадии и стационарной фазы процесса. Осуществленное в результате модернизации кардинальное изменение условия деформации заготовки позволяет снизить силовую нагрузку на рабочие валки, повысить их работоспособность и уменьшить энергетические затраты при прокатке. Это обеспечит прокатку сплошной заготовки в обжимном стане с большей вытяжкой, создаст предпосылки для расширения размерного и марочного сортамента при получении прутков в станах радиально-сдвиговой прокатки, а при производстве труб в прокатных линиях со станом Ассела диапазон готовой продукции может быть существенно расширен за счет изготовления тонкостенных, высокоточных труб.

Разработана методика нагрева слябов системой плоских струй, взаимодействующих с поверхностью металла. Технология нагрева должна отвечать современным требованиям по равномерности нагрева, энергоэкономичности, оптимальной скорости нагрева. Выполнены многовариантные расчеты с изменением расположения и количества нагревательных устройств, расстояния от среза сопел до поверхности нагрева. В данной работе с помощью программы ANSYS Fluent показаны возможности нагрева металла посредством струйного нагрева дутьевыми устройствами, формирующими восемь и девять струй. В разрабатываемой методике предполагается использовать нагретый азот, который одновременно выполняет две функции: теплотехническую и технологическую – в качестве защитной атмосферы.  

Исследована структура разделочных швов, полученных после резки стали 09Г2С новым узкоструйным плазмотроном типа ПМВР-5.3, имеющим ряд конструктивных особенностей в системе газодинамической стабилизации (ГДС) плазменной дуги. Для повышения эффективности ГДС в плазмотроне ПМВР-5.3 использован симметричный вход плазмообразующего газа в систему деления потока и газодинамический стабилизатор потока, использующий два (формирующий и стабилизирующий) завихрителя с переменным числом каналов завихрения. Показано, что достигнутое преимущество в эффективности ГДС позволяет получить высокое качество реза на сталях типа 09Г2С толщиной 40 мм с высокой производительностью и меньшими энергетическими затратами. Аналитическими методами доказана высокая степень прецизионности резки новым плазмотроном: малая ширина реза, отсутствие оплавления и скругления верхней кромки, а также грата в нижней части реза и брызг в верхней части реза, практически нулевое угловое отклонение, минимальные величины микрорельефа поверхности и ширины зоны термического влияния. Металлографический анализ и определение твердости показали наличие трех субзон в образовавшейся зоне термического влияния со значительными структурными изменениями в двух из них. Отмечен ряд факторов, влияющих на выявленные изменения в структурообразовании, а также на установленные при микрорентгеноспектральном анализе изменения в элементном составе поверхностного слоя разделочного шва. Обращено внимание на микрорельеф поверхности после плазменной резки, который по всем показателям качества соизмерим с механической обработкой поверхности после фрезерования и соответствует второму классу качества по чистоте поверхности. Доказано, что применение нового узкоструйного плазмотрона позволяет произвести качественный раскрой листовой стали в диапазоне толщин вплоть до 40 мм и более. Однако сварку заготовок без предварительной механической обработки можно производить при толщине реза не более 20 мм.  

Судостроительные стали и сплавы при воздействии морской воды могут подвергаться различным видам коррозионных поражений. Для надежной длительной эксплуатации судов и морских сооружений, несмотря на применение средств защиты от коррозии, выбираются материалы, обладающие помимо требуемых механических свойств достаточной коррозионной стойкостью, обеспечивающей заданный срок эксплуатации. Оценка коррозионной стойкости новых материалов для использования в судостроении осуществляется путем проведения обязательных сдаточных испытаний методами, многократно проверенными экспериментально, результаты которых подтверждены на практике. Комплекс исследований сопротивляемости коррозионному разрушению сталей и сплавов основан на поэтапном проведении лабораторных, стендовых и натурных испытаний. В обзоре дано краткое описание методов лабораторных коррозионных испытаний, являющихся составной частью обязательных сдаточных испытаний. Рассмотрены параметры, определяющие агрессивность морской воды как коррозионной среды, включая соленость и содержание кислорода. Представлены методы лабораторных испытаний, включающие электрохимические исследования с определением потенциала и скорости коррозии, потенциала питтингообразования на основе построения поляризационных кривых, а также общепринятый гравиметрический метод определения скорости коррозии. Приведены используемые установки для проведения испытаний в движущейся (с изменяющейся скоростью потока) морской воде.

Проведено исследование численно-аналитической модели полуограниченного тела, которая использовалась для одновременного определения теплофизических характеристик (ТФХ): температуропроводности а_т и коэффициента теплопроводности λ_т материала, по которым легко определить объемную теплоемкость c_т . Распределение температур по сечению пластины в конце расчетного интервала времени τ описано степенной функцией, показатель которой n зависел от числа Фурье Fo. Величины ТФХ рассчитывались по динамике изменения температур поверхностей пластины Т(х_п = R_п , τ ) и Т(х_п = 0, τ) толщиной R_п , нагреваемой при граничных условиях второго рода q = const. По температуре Т(х_п = 0, τ) определялся момент времени τ_к , в который температурное возмущение достигало адиабатной поверхности х_п = 0 (Т(R_п , τ_к ) – Т_н(0, τ = 0) = 0,1 К). Вычисления ТФХ (а_т и λ_т ) выполнялись по формулам, параметры которых находились решением нелинейной системы из трех алгебраических уравнений путем подбора числа Фурье, соответствующего τ_к . Исследование трудоемкости и точности расчета ТФХ выполнено по тестовым (исходным) температурным полям пластины из огнеупорного материала, рассчитанным методом конечных разностей. Зависимости ТФХ от температуры а_и(Т ), λ_и(Т ) и c_и(Т ) задавались полиномами. Температуры пластины толщиной R_п = 0,04 м с начальными условиями Т_н = Т(х_п , τ = 0) = 300, 900, 1200, 1800 К (0 ≤ х_п ≤ R_п ) были рассчитаны при удельном потоке теплоты q = 5000 Вт/м². Время нагрева до τ_к составляло 105 – 150 с. Среднемассовая температура пластины T_cp, _пл за время τ_к увеличивалась на 5 – 11 К. Значения ТФХ восстанавливались решением обратной задачи теплопроводности для десяти моментов времени τ_{i + 1} = τ_i + Δτ. Среднеарифметические отклонения ТФК (T_{cp, пл} ) от исходных значений для расчетов при Т_н = 300, 900, 1200, 1800 К составили менее 2,5 %. Установлено, что значения а_т и λ_т , полученные для моментов времени τ_i , практически постоянны, следовательно возможен упрощенный расчет а_т, _о и λ_т, _о только по значениям температур Т(R_п , τ_к ) и Т(0, τ_к ) в конце нагрева. Значения а_{т, о} и λ_{т, о} , которые были рассчитаны сразу для всего времени нагрева, отличались от исходных значений принятых условий теплообмена примерно на 2 %. Параметры простых алгебраических формул для расчета а_{т, о} и λ_{т, о} находились решением системы из трех нелинейных уравнений n = n(Fo), а_{т, о} = а(Т_н , Т(R_п , τ_к ), R_п , n, τ_к ), Fo = Fo(а_{т, о} , R_п , τ_к ) и выражения для λ_{т, о} = λ(R_п , q, n, Т_н , Т(R_п , τ_к)). Предложенный метод значительно упрощает решение обратной задачи теплопроводности.  

Химический процесс восстановления железа из магнетита посредством газообразных восстановителей является основой технологии Мидрекс, внедренной на Оскольском электрометаллургическом комбинате (ОЭМК). Данный процесс в представленной работе смоделирован с помощью программного комплекса Терра, разработанного в МГТУ им. Н.Э. Баумана. В ходе моделирования проведен анализ термодинамической системы Fe‒С‒О‒Н при постоянной температуре (900  °С) и давлении газа (0,2026 МПа). В качестве восстановителей принимались смеси монооксида углерода и водорода в разных соотношениях, а также отдельные компоненты природных углеводородных газов. Химические составы восстановителей оценивали брутто-формулой С_рО_rH_q , где p, r и q – стехиометрические коэффициенты. Результатами расчетов были расходы восстановительного газа m, необходимые для полного восстановления железа из магнетита, что соответствовало степени металлизации железа φ  =  1. В дальнейшем величины m использовали для оценки восстановительных способностей различных газовых смесей, а величины φm – для определения потребных расходов этих смесей на восстановление железа. Последующий анализ показал, что машинный расчет величины m может быть с высокой точностью (до 0,001) аппроксимирован формулой    , где m_С и m_Н – парциальные расходы углерода и водорода на восстановление железа соответственно, а m_О – парциальный расход кислорода на окисление железа. Установлено также, что параметры m_С и m_Н зависят от температуры процесса и являются взаимосвязанными в соответствии с уравнением  , где K – константа химического равновесия реакции водяного газа СО + Н₂ О = СО₂ + Н₂, одновременно протекающей в газовой фазе. Параметр m_О фактически является константой, не зависящей от температуры и численно равной значению (–4/3) моля на 1 моль железа. Аргументами парциальных расходов могут быть также характерные молекулярные соединения, сопровождаемые соответствующими стехиометрическими коэффициентами. В практике ОЭМК принят учет расхода природного газа V, измеряемый в кубических метрах на 1 т губчатого железа. Прогноз этой величины можно выполнять по формуле  .В целом предложенный расчетный алгоритм химического процесса может корректно применяться в области температур 800 ‒ 900 °С. Возможные вариации рабочего давления газа не потребуют существенных корректив в  результатах расчетов.