С учетом волновой структуры течения сверхзвуковой струи, истекающей в рабочее пространство конвертера после выпуска металла, рассмотрены особенности и характеристики процессов распространения нейтральных газовых струй на газодинамическом участке до начала взаимодействия со шлаковым расплавом, в дальнейшем раздуваемым для нанесения огнеупорного гарнисажа на футеровку агрегата. Рассматривается модель расчета присоединенной массы окружающего газа, находящегося в рабочем пространстве конвертера. При постановке задачи учитываются известные данные по газодинамике при формировании и течении струи, которые оказывают влияние на эффективность турбулентного переноса в пограничном слое. В основе схемы расчета лежит гипотеза существования начальной границы, через которую в газовую струю проникает химически активный газ из окружающей среды, а форма предельной границы предполагается цилиндрической с радиусом, равным максимальному радиусу первой бочки нерасчетной струи. Численные расчеты позволяют определить среднемассовую скорость и температуру в произвольном сечении сверхзвуковой нерасчетной струи до внедрения ее в шлаковый расплав. Установлено влияние относительной температуры θ, температуры азота перед соплом Т₀ при распространении струи в полости конвертера и расхода азота через сопла V₀ на величину присоединенной массы q, осредненные значения скорости W_х и температуры T_х в произвольном сечении x сверхзвуковой нерасчетной струи на газодинамическом участке. Полученная информация может быть использована при разработке систем газопорошковой продувки в агрегатах и сталеразливочных ковшах, систем торкретирования и подачи нейтральных газовых струй при замещении кислородных потоков по ходу продувки и использовании двухярусных фурм.

Авторы проанализировали состояние инструментального производства в России. Выделены основные компании-производители и марки материалов, используемых при производстве бытовых инструментов. Порошковые быстрорежущие стали практически не используются на внутреннем рынке, но они широко распространены на зарубежном рынке инструментальных сталей, благодаря их преимуществу по технологическим свойствам (включая возможность использования высокоуглеродистых и высоколегированных быстрорежущих сталей). Представлена новая группа экономично-легированных быстрорежущих сталей, не содержащих вольфрам, с высоким содержанием углерода и ванадия, которые практически невозможно изготовить и применить по традиционной технологии из-за низких технологических свойств. Авторы дают рекомендации по технологии изготовления таких сталей методом порошковой металлургии и режимам их термической обработки. В статье изучаются свойства этих сталей, включая основные механические (твердость, прочность на изгиб, вязкость и термостойкость), технологические (давление, резка, шлифование) и эксплуатационные свойства (оцениваемые по долговечности инструмента при точении). Исследованы структурный и фазовый составы, их влияние на основные и технологические свойства. Режим компактирования влияет на плотность заготовок. В статье представлено распределение легирующих элементов в микроструктуре порошковой быстрорежущей стали и результаты их относительной шлифуемости. Также представлены результаты испытаний на стойкость инструментов. Существуют значительные преимущества высокоуглеродистых быстрорежущих сталей с высоким содержанием ванадия, особенно с точки зрения технологических свойств, по сравнению с традиционными быстрорежущими сталями. Возможно производство высоколегированных инструментальных сталей с использованием недорогих карбидообразующих легирующих элементов. Рассматриваемые стали могут быть использованы для изготовления широкого спектра инструментов, включая штамповые инструменты для горячей штамповки. Использование порошковой технологии открывает перспективу разработки универсальных экономично-легированных порошковых инструментальных сталей.

Методом молекулярной динамики проведено исследование скольжения краевой и винтовой дислокаций в стали Гадфильда и в чистом ГЦК железе (аустените) в зависимости от температуры и скорости деформирования. Полная дислокация появляется в настоящей модели сразу в виде расщепленной на пару частичных дислокаций Шокли, разделенных дефектом упаковки. Расстояние между частичными дислокациями составляет несколько нанометров. При увеличении скорости сдвига это расстояние уменьшается. Согласно полученным данным энергии краевой и винтовой дислокаций в стали выше, чем в чистом аустените. Энергия полной краевой дислокации в γ-железе и в стали Гадфильда составляет в среднем 2,0 и 2,3 эВ/Å, винтовой – 1,3 и 1,5 эВ/Å соответственно. Получены зависимости скорости скольжения краевой и винтовой дислокаций в зависимости от скорости сдвига и температуры. Скорость скольжения краевой дислокации во всех случаях выше, чем винтовой, что объясняется отличием скорости распространения продольной и поперечной волн в материале. С ростом скорости сдвига скорость скольжения возрастает до определенного предела, зависящего от скорости распространения соответствующих упругих волн. При низких и нормальных температурах скорость скольжения дислокаций в стали Гадфильда существенно (примерно в полтора раза) ниже по сравнению с чистым ГЦК железом. В чистом железе с ростом температуры скорость скольжения дислокаций уменьшается. Однако для стали Гадфильда эта зависимость немонотонна: по мере увеличения температуры примерно до 500 К скорость дислокаций возрастает (что связано связано, по всей видимости, с интенсификацией диффузии примесных атомов углерода), а затем, как и в железе, падает.

В работе изучается взаимосвязь деформационного упрочнения и кинетики деформационного γ→αʹ фазового превращения в хромоникелевой стали 06Х19Н9Т, полученной методом электронно-лучевого аддитивного производства, в условиях одноосного статического растяжения при комнатной температуре и при температуре кипения жидкого азота. Аддитивно-произведенная сталь имеет двухфазную (γ + δ)-структуру с повышенным содержанием δ-феррита (≈14 %). Постпроизводственная термическая обработка при 1100 °С (в течение 1 ч) позволяет уменьшить объемное содержание δ-феррита до 6 %, то есть сформировать в стали преимущественно аустенитную структуру, близкую к полученным традиционными металлургическими методами аналогам. Пластическая деформация аддитивно-произведенной стали сопровождается формированием деформационного αʹ-мартенсита, объемная доля которого возрастает с увеличением степени пластической деформации и с понижением температуры испытания. С использованием метода магнитофазового анализа показано, что при комнатной температуре кинетика деформационного γ→αʹ-превращения «вялая» (низкая) и она (так же, как стадийность и коэффициент деформационного упрочнения) слабо зависит от содержания δ-феррита в структуре стали, полученной аддитивным методом. При этом повышенное содержание δ-фазы при этих условиях деформирования способствует росту предела текучести и снижает удлинение до разрушения аддитивно-полученных образцов. При низкотемпературной деформации, когда наблюдается быстрая кинетика деформационного γ→αʹ-превращения, в стали с большей объемной долей δ-феррита образование αʹ-мартенсита при пластической деформации идет медленнее, а деформационное упрочнение слабее, чем в образцах с малым содержанием δ-фазы.

Исследовано влияние граничных условий и скорости нагружения на деформационное поведение и разрушение стали на основе Cr – Mn – С – N аустенита в литом состоянии без дополнительной термической обработки. Закономерности деформации и разрушения стали проанализированы на основе данных испытаний на трехточечный изгиб образцов квадратного сечения с надрезом и без надреза, положенных ребром на опоры. Такое нетрадиционное расположение образца на опорах позволило обнаружить помимо начальной стадии упругой деформации стали еще две стадии развития деформации под действием внешней приложенной силы: стадию нелинейной деформации и стадию прерывистой деформации, предшествующей моменту разрушения образца. Показано, что с увеличением скорости нагружения сопротивление разрушению и протяженность стадии нелинейной деформации образца с надрезом увеличивается, а протяженность стадии прерывистой деформации уменьшается. Образец без надреза имеет продолжительную стадию нелинейной деформации и проявляет максимальную прочность при отсутствии стадии прерывистого течения. Завершение стадии нелинейной деформации соответствует моменту разрушения образца. Характерным свойством литой стали при заданных условиях нагружения является то, что разрушение образца совершается хрупко, несмотря на продолжительную стадию нелинейной деформации. Структурные металлографические и дифрактометрические исследования показали, что во всех испытаниях разрушение стали происходит хрупко без следов пластической деформации. Стадия нелинейной деформации стали определяется не дислокационной пластической деформацией, а механизмом γ → αʹ-превращения в аустенитных прослойках между нитридными и карбидными частицами под действием внешней приложенной силы. Стадия прерывистой деформации стали связана с процессом стабильного распространения трещины по поперечному сечению образца.

На основе экспериментальных данных о параметрах микроструктуры реакторной жаропрочной высокохромистой (12 % Cr) ферритно-мартенситной стали ЭП-823 выявлены основные факторы, отвечающие за ее прочностные свойства. Проведен анализ механизмов упрочнения этой стали после обработки по режимам, которые обеспечивают различный уровень ее прочностных свойств. Рассматриваются традиционная термическая обработка (ТТО) и перспективная модифицирующая высокотемпературная термомеханическая обработка (ВТМО). Основными механизмами упрочнения стали независимо от режима обработки являются: дисперсное упрочнение наноразмерными частицами типа МeХ (Me = V, Nb, Mo; X = C, N) по механизму Орована; зернограничное упрочнение высокоугловыми границами мартенситных блоков и зерен феррита; субструктурное упрочнение малоугловыми границами мартенситных ламелей; дислокационное упрочнение за счет повышенной плотности дислокаций. Режим ВТМО, включающий в себя горячую деформацию в аустенитной области, приводит к существенной модификации структурно-фазового состояния стали относительно ТТО: уменьшению средних размеров блоков и ламелей мартенсита, а также зерен феррита, повышению плотности дислокаций и объемной доли наноразмерных частиц типа МeХ. При этом соответствующие вклады в значение предела текучести стали от зернограничного, субструктурного и дисперсного упрочнения увеличиваются по сравнению с ТТО в 1,2, 1,3 и 1,8 раз. Обсуждаются относительные вклады рассматриваемых механизмов упрочнения в предел текучести ферритно-мартенситной стали ЭП-823. Показано, что наиболее близкие к экспериментальному пределу текучести значения после двух исследованных режимов обработки получаются при использовании для оценки величины субструктурного упрочнения модели Лэнгфорда-Коэна.

Применение комплексных стронцийсодержащих сплавов со щелочноземельными металлами для внепечной обработки стали позволяет повысить эффективность процесса рафинирования и модифицирования стали. На основании бинарных диаграмм состояния двойных систем SrO – CaO, SrO – Al₂O₃, Al₂O₃ – CaO и данных о возможности образования твердых растворов смоделирована диаграмма состояния системы SrO – Al₂O₃ – CaO в интервале температур 1600 – 2600 °С. При построении линий ликвидуса для расчета активностей компонентов использованы теории совершенных растворов (для твердых растворов алюминатов стронция и кальция), регулярных растворов (для твердых растворов оксидов) и субрегулярных ионных растворов (для оксидного расплава). Проведен термодинамический анализ системы Fe – Sr – Ca – Al – O применительно к процессам рафинирования стали сплавами с кальцием и стронцием при температуре 1600 °С. Результаты моделирования показали, что в процессе рафинирования стали, раскисленной алюминием, будет реализовываться комплексный механизм взаимодействия активных элементов с кислородом. При этом взаимодействие кальция и стронция с кислородом происходит как для растворенных в железе элементов, так и по границе газовой фазы, содержащей кальций и стронций, с расплавом жидкого железа. В результате взаимодействия кальция и стронция с кислородом в присутствии алюминия (0,05 %) высока вероятность образования жидких оксидных расплавов SrO – Al₂O₃ – CaO, что существенно облегчает удаление продуктов реакции из расплава. Образующиеся неметаллические включения с наибольшей вероятностью являются сложными алюминатами кальция и стронция, которые благодаря наличию стронция легко ассимилируются шлаком. Образование нежелательных включений корунда при обработке металла комплексными сплавами со стронцием и кальцием маловероятно.

Совершенствование механизмов управления формированием и календарным планированием программ развития является важнейшим направлением повышения результативности (достижения поставленных целей) и эффективности (снижения объема расходуемых ресурсов) деятельности металлургических компаний. В настоящее время необходимо обеспечить мобилизацию активов компаний для решения задач их устойчивого развития. Рассматривается задача формирования программы развития металлургического предприятия (компании). Программа включает несколько различных направлений развития: совершенствование действующих бизнес-процессов (сбыт, снабжение, производство, ремонт оборудования и др.), производственных технологий различных переделов (производство кокса, агломерата, чугуна, стали, проката), реализация задач цифровой трансформации и др. Каждое из направлений программы развития содержит проекты, описываемые эффектом, размером инвестиций, изменением расходных статей операционного бюджета, связанных с затратами на эксплуатацию тех систем и процессов, на совершенствование которых направлена реализация проекта, а также индикатором, описывающим риск реализации проекта. Одно из направлений программы развития может включать многоцелевые проекты, выполнение которых приводит не только к изменению собственных показателей эффективности, но и к изменению показателей эффективности проектов других (не многоцелевых) направлений программы развития. Рассмотрен случай, когда управление программой развития включает управление общим бюджетом программы и достижением общей цели программы (максимальным эффектом от реализации всех проектов программы развития). При этом управление рисками проектов и изменением операционного бюджета реализуется на уровне управления портфелем проектов отдельных направлений программы (нет общих для программы развития ограничений на риски и изменение операционного бюджета). Изложенные формализации задач, схемы их декомпозиции и композиции, разработанные процедуры решения отдельных подзадач базируются на положениях и методах теорий системного анализа и нового раздела дискретной математики (сетевого программирования).