Авторы определили закономерности влияния химического состава и параметров деформации шаровых сталей экспериментального химического состава на их деформируемость. Разработку экспериментальных химических составов шаровых сталей вели, опираясь на имеющийся опыт отечественных и зарубежных исследователей, с учетом возможности дальнейшего применения полученных результатов для шаровых сталей стандартных марок. Исследования проводились с использованием специализированной лабораторной установки методом горячего кручения образцов. Повышение содержания углерода в диапазоне 0,72 ‒ 0,85 %, марганца в интервале от 0,72 до 0,85 %, хрома в диапазоне 0,38 ‒ 1,71 % и никеля в интервале от 0,08 до 0,87 % оказывает значимое влияние на увеличение сопротивления деформации сталей. При этом количественное влияние содержания углерода в сталях на их сопротивление деформации является значительно более выраженным по отношению к марганцу, хрому и никелю. Определено, что снижение температуры деформации с 1200 до 900 °С, увеличение скорости деформации в интервале от 1 до 10 с^‒1 и истинной деформации в диапазоне 0,05 ‒ 0,35 обуславливают повышение сопротивления деформации шаровых сталей вне зависимости от их химического состава. Влияние всех перечисленных параметров на сопротивление сталей деформированию имеет выраженный нелинейный характер и наибольшее относительное влияние на сопротивление деформации оказывает температура деформации. Полученные данные обобщены в виде уравнения множественной регрессии, устанавливающего количественную взаимосвязь сопротивления стали деформированию с ее химическим составом и парамет­рами деформации. Проверка адекватности полученного уравнения применительно к условиям прокатки заготовок шаровых сталей стандартных марок на непрерывном среднесортном стане 450 АО «ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат» подтвердила возможность его использования для прогнозирования энергосиловых параметров прокатки шаровых сталей различного химического состава.

В работе исследовали превращения немагнитных или слабомагнитных компонентов железных руд в магнитную фазу «магнетит» в результате частичного восстановления водородом при температурах ниже 400 °C. Исследованные четыре вида промышленных железных руд российских и китайских месторождений существенно различаются по составу и морфологии. Для подготовки образцов руды измельчали с помощью механического истирания в ступке и просеивали через сита с размером ячеек 1,5 мм. Восстановление проходило в изотермических условиях в трубчатой печи при температурах 375 и 400 °C в течение одного часа. Для изучения кинетики процесса восстановления были проведены неизотермические исследования выбранных руд с использованием термогравиметрического анализатора при нагреве до 800 °C со скоростью нагрева 10 °С/мин в токе водорода. Детальная характеризация исходных и частично восстановленных руд осуществлялась с использованием рентгеновской дифракции, сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионной спектроскопии для определения магнитных характеристик. На рентгеновских дифрактограммах исходных образцов присутствуют пики гематита, а в восстановленных как при 400 °C, так и при 375 °C – пики магнетита и металлического железа. Аналогичное поведение наблюдалось для всех четырех рудных образцов. Наиболее важным результатом исследования является подтверждение увеличения намагниченности насыщения на порядок для гематитовых руд, при этом восстановленные образцы руды показали магнитомягкие свойства со средними значениями коэрцитивной силы примерно 20 кА/м. Таким образом показано, что применение метода низкотемпературного восстановления водородом на железных рудах с низким содержанием магнитных фаз является весьма перспективным для получения материалов, которые в дальнейшем могут быть подвергнуты обогащению методами магнитной сепарации.

Большое влияние на потребительские свойства рельсов оказывает стойкость металла к образованию дефектов контактной усталости и развитию износа. Наиболее значимыми факторами, лимитирующими срок службы рельсов в кривых участках железнодорожного пути, являются износ рельсов наружных нитей и развитие дефектов контактной усталости во внутренних нитях пути. В связи с этим при разработке новой продукции важное значение приобретают методы достоверной лабораторной оценки стойкости рельсового металла. В работе описывается изменение характера повреждаемости рельсов различных категорий твердости дефектами контактной усталости, проводится оценка их износостойкости. Исследование дефектов и прогнозирование ресурса рельсов требуют комплексного подхода. Приводится краткое описание моделирования условий образования и накопления контактно-усталостных дефектов. Рассматриваемые параметры оказывают влияние на износостойкость рельсового металла различного химического состава. В процессе испытаний изменяются микроструктура рельсов и характер роста трещин. Авторы провели сравнительный анализ полученных данных, характеризующих износостойкость рельсовых сталей различных категорий твердости. Основой методики оценки износостойкости железнодорожных рельсов является физическое моделирование процесса адгезионно-деформационного механизма трения образцов на роликовой машине трения (трибометр). При проведении лабораторных испытаний исследуемых категорий рельсов машина трения автоматически выдает и фиксирует целый ряд вычислительных параметров, показанных в работе. Проведенные исследования являются перспективными с практической точки зрения. Полученные результаты могут быть использованы для развития теории по увеличению срока службы дифференцированно упрочненных рельсов производства АО «ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат».

Для повышения энерготехнологической эффективности работы ферросплавной печи проведены исследования выплавки 45 %-ного ферросилиция углеродотермическим способом. Для исследования технологии выплавки ферросплавов в ряде случаев применяют способы замера и изменения удельного электросопротивления шихтовых материалов при температурах до 1900 К для выплавки марганцевых сплавов из различных руд, углеродистого феррохрома, ферросилиция, ферросиликомарганца и ферросиликоалюминия. Для серии плавок 45 %-ного ферросилиция проводили замеры полезного напряжения, силы тока электрода, коэффициента мощности. По мере выплавки рассчитывали сопротивление ванны и для реакционной плавильной зоны (плавильного тигля) определяли удельное электросопротивление в одноэлектродной печи при различных подэлектродных промежутках. Выплавка по технологии с увеличенным подэлектродным промежутком выполнена в крупномасштабной опытной электропечи мощностью 130 – 290 кВ·А. Увеличение подэлектродного промежутка от (0,6 ÷ 0,9) до 6,0 диаметров электрода приводит к эффекту повышения в 2,5 раза сопротивления, напряжения и мощности в ванне (каждого показателя), но при этом несколько снижается удельное электросопротивление плавильной зоны печи при неизменном диаметре (150 мм) электрода. Определен оптимальный подэлектродный промежуток (расстояние электрод – подина) в ванне одноэлектродной печи по изменению удельного электросопротивления. Оптимальным является значение 3,33 диаметра электрода. При допущении отклонений около ±5 % от этой величины возможно проводить эффективную выплавку 45 %-ного ферросилиция в диапазоне 3,2 – 3,5 диаметров электрода для подэлектродного промежутка при рудовосстановительном процессе с закрытой дугой.

Сопротивление металлов и сплавов пластической деформации имеет свойства функционала, так как зависит от истории развития деформации во времени. Особенно это характерно для процессов горячей деформации. Вместе с тем сложность математического описания и отсутствие необходимого экспериментального оборудования долгое время не позволяли конструировать функциона­лы подобного типа. В настоящее время в связи с появлением многофункциональных исследовательских комплексов типа Gleeble такая возможность появилась. Соответственно была разработана методика исследования функциональных свойств сопротивления металлов и сплавов пластической деформации, которая была применена для исследования стали 12Х18Н10Т. Выбор марки стали обусловлен тем, что поведение нержавеющей стали аустенитного класса при пластическом деформировании существенно отличается от углеродистых сталей. С другой стороны, в настоящее время вопросам производства металлоизделий из нержавеющих марок стали уделяется все больше внимания. Это связано, с одной стороны, с ужесточением условий эксплуатации металлоизделий, освоением новых областей их применения и, с другой стороны, достаточно высокой долей импорта на рынке изделий из нержавеющих марок стали аустенитного класса, поэтому исследование технологических свойств подобных металлов и сплавов является актуальным. При этом следует отметить, что наиболее заметно функциональные свойства сопротивления металла пластической деформации проявляются при горячем деформировании в условиях непрерывной прокатки. Поэтому в данной работе исследован температурный интервал горячей пластичес­кой деформации. Полученные результаты могут быть использованы для определения энергосиловых параметров в таких процессах, как непрерывная прокатка полос в чистовых группах клетей и непрерывная раскатка гильз в линиях современных трубопрокатных агрегатов.

Рассмотрены способы повышения эффективности восстановления оксидов железа из техногенных отходов (пылей дуговой сталеплавильной печи) с применением механохимической активации, помола и прессования. Проведен анализ химического и фазового составов образцов пылей, что позволило выявить их потенциал для переработки. Эксперименты включали исследование влияния помола и прессования при давлениях до 300 МПа на фазовый состав материалов, а также оценку эффекта добавления кокса в процессе механохимической активации. Для изучения влияния давления прессования на восстановительные процессы был проведен обжиг брикетов при температуре 1200 °C. Полученные результаты показали, что степень металлизации железа возрастает при увеличении давления прессования: содержание металлического железа достигает 19 % при давлении 300 МПа, что выше по сравнению с 17 % в исходном состоянии без прессования. Новизна работы заключается в оптимизации параметров прессования и демонстрации его влияния на процесс восстановления железа. Предложенные условия позволяют повысить эффективность переработки техногенных отходов, что может быть использовано для улучшения экологической и экономической составляющих производства.

Работа посвящена изучению неоднородности деформации стальных образцов с лазерной наплавкой. В качестве материала подложки была выбрана высокоазотистая аустенитная нержавеющая сталь марки 08Х18Н6АГ10С в состоянии поставки. Для повышения механических свойств конструктивных элементов, работающих в условиях ударно-абразивного изнашивания, на сталь наносили наплавку из композиционного порошка Ni–7Cr–6Fe + 60 % WC. Наплавку проводили при изменении мощности лазерного излучения (1 – 3 кВт) и скорости сканирования (0,005 – 0,040 м/с). Глубина проплавления одиночного валика уменьшается с увеличением скорости сканирования. Микротвердость варьируется в широких пределах по толщине наплавки (с 7000 ± 80 до 13 500 ± 70 МПа) и уменьшается с увеличением скорости сканирования. С использованием метода спекл-фотографии в процессе одноосного растяжения плоских образцов установлено, что режимы лазерной наплавки также влияют на уровень неоднородности деформации микрообъемов наплавленного слоя и подложки. На упругопластическом переходе коэффициент вариации локальных деформаций в образце увеличивается с ростом удельной энергии лазерной наплавки. Покрытия из композиционного порошка Ni – Cr – Fe + WC, полученные методом лазерной наплавки при заданных режимах, позволяют повысить твердость и ресурс конструктивных элементов роторных управляемых систем, изготовленных из стали марки 08Х18Н6АГ10С.

В работе исследовали микроструктуру и механические характеристики композита на основе стали 56GM, полученного методом проволочного электронно-лучевого аддитивного производства c введением при печати порошков W + WC(Ni). Показано, что композитный сплав 56GM/(W + WC(Ni)) характеризуется градиентной структурой, состоящей из основного слоя стали 56GM, промежуточного слоя 56GM – 56GM/(W + WC(Ni)) и композиционного слоя 56GM/(W + WC(Ni)). Основой слой 56GM характеризуется разнонаправленной игольчатой структурой, что соответствует феррито-мартенситному состоянию. В промежуточном слое 56GM – 56GM/(W + WC(Ni)) игольчатая структура становится менее выраженной. В композиционном слое 56GM/(W + WC(Ni)) формируется равноосная зеренная структура со средним размером зерен 8,59 мкм, по границам которых наблюдаются трещины. Частицы карбида вольфрама WC располагаются преимущественно по границам мелких зерен и в небольшом количестве внутри самих зерен. Методом рентгенофазового анализа установлено, что композит 56GM/(W + WC(Ni)) преимущественно состоит из α-Fe (~80,6 об. %), Ni (~6 об. %), карбидной фазы WC (~10,3 об. %) и незначительной доли γ-Fe (3 об. %). Структура и свойства исходной стали 56GM изменяются не только в области непосредственного добавления легирующего порошка, но и в нижележащих слоях из-за диффузионных процессов и инфильтрации порошка W + WC(Ni) при печати. Значения микротвердости по мере удаления от подложки до композиционного слоя увеличиваются примерно от 3,5 до 6,5 ГПа. Испытания на одноосное растяжение показали максимальные предел прочности и предел текучести в промежуточном слое, которые составили 1100 ‒ 1200 и 835 МПа соответственно.

Современное производство активно занимается поиском возможностей получения заготовок изделий наиболее экономически выгодными способами. Одним из перспективных методов получения заготовок является электродуговая наплавка (WAAM), применяемая в данной работе. Целью исследования являлось изучение влияние режима электродуговой наплавки на структуру и усталостную прочность образцов из стали 30ХГСА. Для получения образцов были наплавлены две стенки по следующим режимам: I = 150 А, U = 25 В, Q = 600 Дж/мм (режим 1) и I = 110 А, U = 17 В, Q = 300 Дж/мм (режим 2). В ходе изучения макроструктуры наплавленных стенок после фрезеровки установлено, что при наплавке по режиму 1 в металле образуются большие скопления технологических дефектов, таких, как поры и непровары. При наплавке металла по режиму 2 макродефекты практически не выявляются. Оптико-эмиссионный анализ показал, что в процессе наплавки происходит выгорание легирующих элементов, наиболее активно снижается содержание углерода. Следует отметить, что угар элементов происходит более активно при наплавке металла по режиму 1, что может быть связано с большей погонной энергией процесса. В металле, наплавленном по данному режиму, выявлена преимущественно ферритно-сорбитная структура, однако по высоте образцов выявляются локальные ферритные колонии. Микроструктура образцов, изготовленных по режиму 2, преимущественно представлена ферритом и перлитом. Феррит выделяется в виде замкнутых сеток по границам бывшего аустенитного зерна, также выявлена видманштеттова структура. В микроструктуре перлит представлен как в пластинчатой, так и в частично сфероидизированной форме. Структура образцов, наплавленных по режиму 1, считается более благоприятной. Однако усталостная прочность образцов, изготовленных по режиму 2, превышает соответствующие значения для режима 1 в среднем на 70 %. Это может быть обусловлено более сильным влиянием на сопротивление усталости металла технологических дефектов, чем микроструктурных.

Предмет изучения – металлический композит, полученный электродуговой наплавкой в аргоне коррозионностойкой стали на низкоуглеродистую сталь. Наплавлялась порошковая хромоникелевая сталь с повышенным относительно традиционного состава содержанием кремния и молибдена. В настоящей работе исследованы элементный и структурно-фазовый составы, а также механические свойства обоих компонентов материала и композита в целом в исходном состоянии и после отжига при 680 °С в течение 3 ч. Основная часть коррозионностойкого компонента является двухфазной аустенитно-ферритной смесью с соотношением 65 % ГЦК-фазы и 30 % ОЦК-фазы. Материал обладает высокой микротвердостью (более 4000 МПа). Наибольшая микротвердость (4550 МПа) наблюдается в узком слое наплавленного металла шириной 25 мкм, где фазовый состав представлен мартенситом (ОЦК), а аустенит отсутствует. Переход через границу в углеродистую сталь сопровождается уменьшением микротвердости до 1225 МПа. Здесь вблизи линии сплавления образовалась обезуглероженная зона шириной 180 мкм. Сформировавшееся неравновесное напряженно-деформированное состояние композита привело к низкой прочности, малой пластичности и хрупкому разрушению наплавленного слоя при испытании на растяжение. После отжига микроструктура коррозионностойкого компонента стала более однородной по размерам как аустенитных, так и ферритных структурных элементов. В результате этих преобразований снизились внутренние напряжения и уменьшилась микротвердость до 3100 МПа. В то же время увеличилась ширина обезуглероженной зоны в основном металле. Все эти изменения привели к тому, что, хотя напряжение разрушения при растяжении отожженного материала увеличилось на 8 %, а деформация до разрыва – на 27 %, однако характер разрушения остался хрупким и разрыв по-прежнему происходит по наплавленному слою. Это определяется аустенитно-ферритным фазовым составом нержавеющего компонента, который, в свою очередь, задается химическим составом наплавляемого материала.

В работе исследовались микроструктура и механические свойства износостойких покрытий, нанесенных способом газотермического напыления с нагревом металла до жидкого состояния и последующим его распылением газовой струей. Газотермическое напыление в настоящее время все чаще выступает альтернативой различным методам наплавки из-за высоких затрат на расхо­дуемые материалы, сложность обслуживания и обеспечения безопасности при выполнении ремонта. С помощью этого способа можно надежно решать разнообразные технологические задачи, к которым относятся: напыление износостойких, антифрикционных и коррозионностойких покрытий; алитирование напылением (повышение жаростойкости); наращивание размеров изделий; наплавка и пайка; устранение литейных дефектов; изготовление пресс-форм и др. Авторы исследовали триботехнические свойства штока виброгасителя железнодорожного вагона с нанесенными на рабочую поверхность упрочняющих поверхностных слоев способами газотермического напыления стали 40Х13 и гальванического хромирования. Изучали строение и толщину покрытий, распределение микротвердости в зоне покрытие – подложка, а также особенности разрушения покрытий при одинаковых условиях испытаний. Критерием для сравнения износостойкости покрытий является время работы образцов до начала разрушения покрытия. Износ роликов определялся по изменению диаметра, а колодок – по глубине и ширине канавок, образовавшихся на их поверхности за время проведения эксперимента. Покрытие, нанесенное на шток виброгасителя распылением проволоки из стали 40Х13, обладает высокой износостойкостью в условиях граничного трения со смазкой и способно быть альтернативой гальваническому хромовому покрытию. Высокая износостойкость покрытия позволяет рекомендовать его для восстановления размеров изношенных деталей и повышения долговечности новых, а также для замены специальных антифрикционных подшипниковых сплавов.

В настоящей работе исследованы закономерности разрушения при испытаниях на ударный изгиб, определены значения ударной вязкости и температура вязко-хрупкого перехода в температурном интервале от –196 до 100 °С жаропрочной 12 %-ной хромис­той ферритно-мартенситной стали ЭП-823 в структурных состояниях после традиционной термической (ТТО) и высокотемпературной термомеханической (ВТМО) обработок. После ТТО температура вязко-хрупкого перехода Т_хв составляет приблизительно –45 °С, после ВТМО – приблизительно –40 °С. При этих температурах энергия удара (KCV) после ТТО составляет приблизительно 36 Дж/см², после ВТМО – 32 Дж/см². Проведенные методом растровой электронной микроскопии фрактографические исследования особенностей разрушения ударных образцов стали после двух обработок (ТТО и ВТМО) в низкотемпературной области испытаний (при криогенных температурах) показали преимущественно хрупкий характер разрушения, при этом разрушение происходит по механизму транскристаллитного квазискола. В области температур вязко-хрупкого перехода наблюдается смешанный характер разрушения, который проходит по механизму транскристаллитного квазискола с элементами вязкого ямочного разрушения. В интервале температур от 50 до 100 °С обнаружен преимущественно вязкий характер разрушения, реализуемый по транскристаллитному ямочному механизму разрушения. После ВТМО наблюдается незначительное снижение (относительно ТТО) ударной вязкости стали практически во всем рассматриваемом температурном диапазоне и, соответственно, повышение температуры ее вязко-хрупкого перехода. Это обусловлено геометрией испытаний, при которой направление удара происходит в плоскости слоистой структуры, что облегчает зарождение трещин расслоения.

В настоящее время перспективным направлением является разработка технологий окускования или брикетирования конвертерных шламов. Рециклинг этих шламов в производство позволит решить ряд важнейших для современной металлургии задач утилизации техногенных отходов, экономии сырья и снижения себестоимости стали. Эффективность использования полезных компонентов в составе брикетов значительно выше, чем в каком-либо другом состоянии (в мелкой или полидисперсной фракции, в сортированном виде). В настоящей работе рассматриваются развитие и обоснование комплексного подхода термохимического окускования конвертерного шлама, основанного на кондиционировании железосодержащих шламов нетермическим адсорбционным обезвоживанием и термохимическим окускованием с одновременным восстановлением железа из оксидов. Адсорбционное обезвоживание до содержания влаги 2 – 3 % обеспечивается кратковременным контактом железосодержащих шламов с пористым энергоносителем – буроугольным полукоксом, который отделяется пневмосепарационным способом и направляется для энерготехнологического использования, а железосодержащий продукт в смеси с углями – на термоокислительное коксование. Коксование осуществляется в кольцевой печи с вращающимся подом, где при достижении температур 1050 – 1100 °С происходит формирование крупного и прочного кускового материала с 55 – 60 % железосодержащего продукта с практически полным восстановлением. Проведено термодинамическое моделирование процесса спекания конвертерного шлама с углями. Инструментом при выполнении вычислительных экспериментов с использованием методов термодинамического моделирования объекта исследования являлся программный комплекс «Терра», предназначенный для расчета термодинамических свойств и состава фаз равновесного состояния произвольных систем с химическими и фазовыми превращениями. Результаты термодинамического моделирования полностью подтвердили экспериментальные исследования. Полученный материал представляет собой аналог феррококса, содержащий 35 – 39 % железа и 45 – 49 % углерода, при этом содержание оксида цинка не превышает 0,017 %.

В сообщении рассматривается назначение волочильных станов и возможные нарушения технологического процесса, связанные с недостатками конструкции привода волочильного барабана. Проведен анализ конструкции планетарного редуктора с общим водилом, используемым в приводе протягивающего барабана волочильного стана. В процессе работы такой передачи возникают недостатки: из-за неуравновешенности звеньев механизма относительно центральной оси возникают дополнительные динамические силы. Такая конструкция передает движение от ведущего звена на водило лишь через один сателлит, зубья которого воспринимают всю силу, передаваемую крутящим моментом, что снижает надежность редуктора и привода в целом. Описана конструкция трехсателлитного уравновешенного самоустанавливающегося планетарного редуктора, свободного от указанных недостатков.

Новотроицкий завод хромовых соединений специализируется на переработке хромитовых и доломитовых руд. Опыт эксплуатации показал, что потеря работоспособности шаровой мельницы, установленной в данном цехе, приводит к незапланированным простоям из-за отказа элементов привода, которые составляют 11,3 % от номинального времени работы цеха. Для повышения надежности технологического оборудования предложена замена действующего электропривода на современный мотор-редуктор, передающий вращение барабану мельницы через зубчатую муфту. В результате разработки нового привода удалось упростить его конструкцию и уменьшить трудоемкость технического обслуживания и ремонта. Дополнительные капитальные затраты не превышают 3,4 млн руб и окупаются менее, чем за три месяца.

На примере сталеплавильного производства АО «ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат» рассматривается задача синхронного календарного планирования в интервале нескольких плановых периодов работы конвертеров, конвертерных цехов, производства в целом, а также текущих ремонтов конвертеров сталеплавильного производства (два конвертерных цеха с двумя и тремя конвертерами). Плановые остановки конвертера на ремонт зависят от реальной достигнутой продолжительности кампании по футеровке и производственных календарных планов работы агрегатов. Ремонты выполняются при достижении текущей длительности кампании конвертера заданного нормативного значения. Таким образом, текущая длительность кампании конвертера описывается дискретной, нелинейной квазипериодической функцией, не имеющей фиксированного периода, но обладающей некоторой регулярностью. Формализованы технологические ограничения, определяющие минимальные и максимальные значения количества плавок в сутки, которое может провести каждый из цехов при одном или двух одновременно работающих конвертерах. Сформулированы условия, позволяющие избежать выполнения в одном цехе двух «холодных» ремонтов в одном плановом периоде и обеспечиваю­щие ежесуточную переработку конвертерными цехами всего поступающего из доменного цеха чугуна. В предлагаемой математической постановке задачи требуется найти такие графики ремонтов конвертеров и такие календарные планы их работы, которые удовлетворяют сформулированным ограничениям и оптимизируют нелинейный критерий. Предложенный критерий направлен на обеспечение постоянной подготовленности цехов для выполнения производственной программы и проектной производительности. Задача сформулирована для условий безаварийной работы и стабильного обеспечения цехов жидким чугуном как основной составляющей металлозавалки конвертерной плавки.