Preview

Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск
Том 65, № 3 (2022)
Скачать выпуск PDF

СТАЛИ ОСОБОГО НАЗНАЧЕНИЯ 

154-162 63
Аннотация

. В обзоре изложены методы испытаний на коррозионное растрескивание, которые реализуют различные условия нагружения образцов: при постоянной статической нагрузке или деформации; при постоянной или возрастающей нагрузке образцов с предварительно выращенной усталостной трещиной; с постоянной малой скоростью деформирования образцов в условиях растяжения. Проведение подобных испытаний необходимо для определения сопротивления судостроительных материалов, которые должны эксплуатироваться в составе нагруженных судовых конструкций, соприкасающихся с морской водой. Приведены краткие представления о механизме коррозионного растрескивания сталей и сплавов. Указана необходимость проведения стендовых испытаний сталей и их сварных соединений, а также моделей, имитирующих отдельные узлы и элементы конструкций. На данном этапе обеспечиваются условия, максимально приближенные к условиям эксплуатации за счет экспозиции в различных климатических зонах Мирового океана (вариации температуры, концентрации хлоридов, количества растворенного кислорода, степени биообрастания и их одновременное воздействие). Показано, что в ходе натурных испытаний (завершающий этап комплексных обязательных сдаточных испытаний) новые материалы, перспективные для использования в морских условиях, проходят окончательную оценку коррозионной стойкости в виде элементов судовых конструкций и систем в условиях эксплуатации судна.

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ 

163-169 46
Аннотация

Разработана методика численного анализа теплового состояния длинных оправок трехвалкового раскатного стана с использованием современных программных средств компьютерного моделирования. Определены начальные и граничные условия, учитывающие особенности раскатки в трехвалковом стане винтовой прокатки на длинной оправке. Проведена качественная оценка теплового состояния длинной оправки, посредством визуализированного представления установлена его существенная неоднородность. Выявлено влияние температуры раскатки и диаметра длинной оправки. Оправки малого диаметра разогреваются до более высоких температур (577 °С) при существенно меньшем градиенте между осевой зоной и поверхностью. Увеличение диаметра оправки до 154 мм снижает температуру наружной поверхности до 530 °С и увеличивает температурный градиент в приповерхностных слоях до 18 °С/мм. Температура в приповерхностных слоях для оправки 154 мм на расстоянии 10 – 15 мм от поверхности снижается с 530 до 315 °С. Установлены особенности температурного поля в поперечном сечении с учетом теплового взаимодействия гильзы с оправкой в зоне контакта с горячим металлом и в зазорах между валками. Температура приповерхностных слоев в зоне контакта на 30 °С выше, чем в зазорах. Определены зависимости температуры характерных точек поперечного сечения от времени раскатки. Установлено, что в первые две секунды наблюдается интенсивный рост по параболическому, а далее по линейному закону. Температура центральных слоев радиусом 50 мм увеличивается с гораздо меньшей интенсивностью, примерно на 100 °С за весь период раскатки, тогда как за тоже время приповерхностные слои разогреваются на 300 – 400 °С.

ЭКОЛОГИЯ И РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ 

170-178 75
Аннотация

Предприятия черной металлургии непрерывно наполняют отвалы сталеплавильными и доменными шламами с повышенным содержанием цинка. Шламы, занимающие значительные территории предприятий, не вовлечены в производство и наносят вред окружающей среде. Поскольку цинк приводит к образованию настылей в доменной печи, производители не могут вовлечь данные шламы в аглодоменный передел. Кроме того, работа со шламами может привести к таким проблемам, как уменьшение содержания железа в агломерате, снижение производительности агломашин, увеличение колебания химического состава агломерата. При этом цинкосодержащие шламы могут стать ценным вторичным продуктом. Цинк остается дефицитным металлом, что побуждает разрабатывать технологии переработки цинкосодержащих материалов. Извлечение цинка из шламов затруднено, поскольку он находится не в оксидной, а в сульфатной или сульфидной форме. В работе дана оценка возможности извлечения цинка из шламов с использованием программного пакета FactSage. Представлены результаты термодинамических расчетов возможности извлечения цинка из четырех типов шламов двух Российских комбинатов черной металлургии – АО «ЕВРАЗ НТМК» и ПАО «МЕЧЕЛ». Представлены данные химического и фазового анализов этих шламов, а также смоделированные графики зависимостей извлечения цинка из них. Графики строились на основе получаемых данных из пакета FactSage. Варьировалась добавка восстановителя в шлам, а также температура происходящего процесса. Кроме того, была оценена возможность отказа от углерода в роли восстановителя. Для экономии восстановителя подбиралась оптимальная смесь шламов предприятия, при которой можно минимизировать расход кокса.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 

179-187 57
Аннотация

Проведен анализ возможности существования микрогетерогенных состояний в расплавах Fe – Mn – C согласно представлениям химической термодинамики. Под микрогетерогенным состоянием химически неоднородного расплава Fe – Mn – C понималось наличие в нем дисперсных частиц Fe – C, которые взвешены в окружающей среде Mn – C и отделены от нее межфазной поверхностью. Микрогетерогенное состояние в расплавах Fe – Mn – C разрушается в результате нагрева до определенной для каждого состава температуры. В пользу гипотезы о микрогетерогенном состоянии расплавов Fe – Mn – C свидетельствуют многочисленные экспериментальные данные об их термодинамических и физических свойствах. Выявление аномалий температурных зависимостей физических свойств расплавов Fe – Mn – C позволило определить значения температур, перегрев расплава (Melt Superheating Treatment, MST) свыше которых приводит к разрушению микрогетерогенности, т. е. структурному переходу «жидкость – жидкость» (Liquid – liquid structure transition, LLT) в расплаве. Термин LLT понимается авторами как структурный переход «микрогетерогенный расплав – однородный раствор» и выражается в разрушении микрогетерогенного состояния при нагреве расплава Fe – Mn – C до определенной для каждого состава температуры (MST). Авторами ранее проведен анализ влияния LLT в расплавах Fe – Mn – C на микроструктуру, кристаллическое строение и механические свойства твердого металла в субмикрообъемах. В данной работе описан метод теоретического определения диапазона температур, где микрогетерогенное состояние расплава Fe – Mn – C термодинамически устойчиво. Проведена оценка термодинамической устойчивости дисперсных частиц Fe – C в среде Mn – C в формализме Гиббса по уравнениям, предложенным Г. Каптаем для регулярного раствора. Сделано предположение, что граница раздела дисперсная частица (Fe – C) и дисперсионная среда (Mn – C) обогащена углеродом. Показана возможность существования в расплаве Fe – Mn – C дисперсных частиц Fe – C, имеющих размеры от 2 до 34 нм, распределенных в дисперсионной среде Mn – C и отделенных от нее межфазной границей с повышенным содержанием углерода. Результат оценки согласуется с данными о размере структурных единиц вязкого течения, полученными ранее в рамках представлений теории абсолютных скоростей реакций.

188-189 45
Аннотация

Новый подход к получению аморфных оксидов исследован как теоретически, так и экспериментально с использованием методов рентгеновской дифракции (XRD) и электронно-зондового микроанализа (EPMA). В работе традиционный золь-гель метод мо- дифицирован добавлением яблочной кислоты в качестве окислителя и успешно применен для получения двух оксидов Al2O3 и Fe2O3 с аморфной структурой. Сравнение результатов, полученных модифицированным золь-гель методом, с результатами, полученными при термическом разложении соответствующих солей, показало преимущество усовершенствованной методики. Термическая стабильность аморфных оксидов исследована методом дифференциальной сканирующей калориметрии. Обнаружено, что аморфный Al2O3 стабилен до 790 – 810 °C, в то время как аморфный Fe2O3 рекристаллизуется примерно при 160 – 180 °C в зависимости от скорости нагрева.

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ 

190-199 68
Аннотация

Новая литейная аустенитная Cr – Ni – Mn сталь с 0,5 % N (марка 05Х21АГ15Н8МФЛ) во всем интервале климатических температур превосходит по ударной вязкости литую сталь сравнения типа 18Cr – 10 Ni. В статье уделено внимание частицам неметаллических включений (НВ) в литом металле азотистой стали как фактору, способному влиять на механические свойства при статическом и ударном нагружении при пониженных температурах. Неметаллические включения в лабораторном металле представляют собой глобулярные оксисульфиды с оксидами SiO2 в центральной части и наружным слоем, сформированным сульфидом марганца MnS, со средним размером ~75 % частиц до 4 мкм. Установлено, что при испытаниях литой стали на ударный изгиб при –160 °С эти НВ не служат источником зарождения трещин и не способствуют их распространению, находясь в изломе в изолированных ямках. В условиях растяжения при –110 °С предел текучести азотистой стали возрастает более, чем в 1,7 раза по сравнению со свойствами при +20 °С, пластичность при охлаждении до –110 °С не снижается. При этом частицы НВ сильно деформируются за счет развития в их оксидной части трещин и даже при выходе на поверхность образца в рабочей части в зоне шейки они не служат источником зарождения трещин. Трещины на границе НВ – деформирующийся металл не образуются. Даже при случайном расположении частиц в виде цепочек вдоль оси приложения растягивающей нагрузки на расстоянии 5 – 20 мкм друг от друга не происходит формирования пор вокруг частиц и их слияния в зародыш трещины. Полученные результаты коррелируют с литературными данными о том, что в пластичных сталях НВ могут действовать как релаксаторы напряжений.

200-208 42
Аннотация

Для производства хладостойких и стойких к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением электросварных насосно-компрессорных труб (НКТ) перспективно использование низкоуглеродистых сталей с бейнитной закаливаемостью, легированных хромом, молибденом и другими карбонитридообразующими элементами. Насосно-компрессорные трубы часто эксплуатируются в CO2-содержащих коррозионно-активных средах, поэтому определение стойкости стали к этому виду коррозии является актуальной задачей. Известно, что добавка хрома в сталь повышает не только ее закаливаемость, но и стойкость к углекислотной коррозии. Влияние других легирующих элементов неочевидно. Для проведения лабораторного эксперимента разработано девять вариантов химического состава сталей для производства сварных НКТ. Проведены исследования проката опытных сталей. Выполнены сравнение результатов испытаний коррозионной стойкости исследуемых сталей, а также оценка влияния основных легирующих элементов на стойкость к СО2-коррозии. Исследованы стали с различным содержанием Cr, Mo, V, Mn, Zr на стойкость к углекислотной коррозии при разных температурах. Установлено, что химический состав стали и условия проведения испытаний определяют состав продуктов СО2-коррозии, влияют на процесс формирования и роста продуктов коррозии, и, соответственно, на коррозионную стойкость. Повышение содержания хрома в стали в диапазоне 0 – 1 % приводит к снижению скорости коррозии. Уменьшение скорости коррозии легированных хромом сталей можно связать с защитными свойствами формирующихся при испытании продуктов коррозии. Проведенные лабораторные испытания на стойкость к СО2-коррозии при повышенной температуре 65 °С и последующие исследования сформировавшихся продуктов коррозии выявили положительное влияние хрома и молибдена на скорость общей коррозии по механизму образования плотных продуктов коррозии, выполняющих защитную функцию.

209-215 40
Аннотация

На макро-, микро- и наномасштабном уровне методами оптической, сканирующей и просвечивающей электронной дифракционной микроскопии выявлены количественные преобразования структуры на глубине 0, 2, 5, 10 мм по центральной оси и оси симметрии выкружки головки длинномерных дифференцированно закаленных рельсов после экстремально длительной эксплуатации (пропущенный тоннаж 1770 млн т брутто). На макромасштабном уровне на поверхности рабочей выкружки наблюдаются многочисленные неглубокие параллельные трещины контактной усталости, а на поверхности нерабочей выкружки – мелкие выкрашивания. Боковой износ рельса составил 2,5 мм, а вертикальный – 2 мм. Микроструктура металла головки рельса соответствует требованиям стандарта и техническим условиям РЖД. На микромасштабном уровне установлена трансформация пластин цементита путем его разрезания движущимися дислокациями и растворения с уходом углерода на линии дислокаций, мало- и большеугловые границы. Отмечается уменьшение дисперсности микроструктуры по мере удаления от поверхности катания. На наномасштабном уровне формирующаяся в поверхностных слоях субзеренная структура (размер субзерен 110 – 200 мкм) содержит наноразмерные частицы цементита (25 – 60 нм), локализованные в стыках и вдоль границ субзерен. Высказано предположение, что данный тип структуры формируется как результат динамической рекристаллизации при мегапластической деформации, реализуемой в процессе экстремально длительной эксплуатации рельсов. Содержание субзеренной структуры в слое выкружки в пять раз превышает содержание в поверхностном слое поверхности катания. Установлено, что в процессе эксплуатации преобразование пластинчатого перлита по центральной оси головки протекает медленнее, чем по оси симметрии выкружки.

ИННОВАЦИИ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРОМЫШЛЕННОМ И ЛАБОРАТОРНОМ ОБОРУДОВАНИИ, ТЕХНОЛОГИЯХ И МАТЕРИАЛАХ 

216-223 38
Аннотация

В работе представлена разработка одного из решений снижения установочной мощности и повышения коэффициента полез- ного действия гидравлического насосного привода прессового оборудования большой мощности, используемого на металлургических заводах. Разработан и исследован многоступенчатый редукторно-мультипликаторный насосный гидропривод на базе блочного редуктора- мультипликатора. Плунжеры всех цилиндров образуют подвижный блок, цилиндры – неподвижный. Режим функционирования (редукция, мультипликация) обеспечивается сочетанием выходных цилиндров, подающих жидкость в силовой цилиндр, путем переключения части из них на слив. Представлен анализ четырехступенчатого привода с трехступенчатым редуктором-мультипликатором в сравнении с простым насосным приводом. Четырехступенчатый привод с двумя выходными цилиндрами обеспечивает редукторную и две мультипликаторные ступени, с которыми сочетается ступень подачи жидкости в силовой цилиндр напрямую от насосов (насосная ступень). Силовые и кинематические параметры привода определяются силовым нагружением при рабочем ходе и скоростным режимом в течении рабочего цикла: прямой (холостой и рабочий) и обратный ход. Многоступенчатый привод целесообразно использовать при плавно возрастающей нагрузке на всей величине рабочего хода (операции осадки, вытяжки). Выполнен анализ базового и дополнительного сочетания ступеней для линейно возрастающей силовой нагрузки, которую определяют давление в начале Р0 и максимальное давление в конце рабочего хода Рmax . При базовом варианте последовательно сочетаются редукторная ступень (холостой ход), насосная и две мультипликаторные (рабочий ход). При дополнительном сочетании редукторная ступень перекрывает холостой ход и начальную часть рабочего хода. Анализ выполнен при условиях равенства давления и мощности насосов по ступеням и равенства времени прямого хода сравниваемых приводов. Проведена оценка соотношения мощностей насосов. Получены зависимости основных параметров разработанного привода, коэффициенты редукции и мультипликации. При принятых исходных данных возможно снижение давления и мощности насосов разработанного привода (по сравнению с простым) на 28 – 37 % при дополнительном сочетании ступеней (увеличивается с увеличением холостого хода). Для базового сочетания – на 5 – 9 % ниже (снижение больше при меньших величинах холостого хода). Использование дополнительного сочетания ограничивается соотношением Р0max ≤ 0/4.



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


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)