Для освоения производства трубной продукции некруглого поперечного сечения из коррозионностойких марок сталей широко используется метод профилирования круглых труб в линиях трубоэлектросварочных и профилировочных агрегатов. К трубной продукции, применяемой в установках генерации атомной энергии, предъявляются повышенные требования к механическим свойствам и геометрическим параметрам. В частности, для профильных труб-обмоток статоров турбогенераторов прямоугольного поперечного сечения наиболее труднодостижимыми являются обеспечение плоскостности полок и получение радиусов наружного закругления углов в допуске ±0,10 мм по отношению к номиналу. Для успешного освоения производства данного вида продукции проведен синтез схемы профилирования круглой трубы. Разработана технология профилирования в приводных валках, образующих ящичные калибры, и неприводных четырехвалковых клетях. Компьютерное моделирование процесса профилирования было выполнено в программе Marc Mentat 2021. После проведения комплекса опытных прокаток авторы проанализировали геометрические параметры профилей с применением оптичес­кого микроскопа и специального программного обеспечения. Приемо-сдаточные испытания прошли в соот­ветствии с требованиями к профильным трубам для обмоток статоров турбогенераторов.

Модуль жесткости является важным техническим параметром каждой клети «кварто» непрерывного широкополосного стана горячей прокатки и характеризует величину усилия прокатки, вызывающую упругую деформацию всех конструктивных элементов рабочей клети в сборе. От достоверности определения такого параметра на этапе проектирования эффективных технологических режимов прокатки напрямую зависит точность отклонений продольного и поперечного профиля горячекатаных полос и качество листового проката. При обзоре классических методов расчета упругих деформаций рабочих четырехвалковых клетей, основанных на законах теории упругости, и современных публикаций сделан вывод, что необходимо учитывать динамическую составляющую при определении модуля жесткости рабочих клетей станов горячей и холодной прокатки. Отсутствие учета вышеуказанной составляющей влечет за собой существенные ошибки в выставлении межвалковых зазоров на этапе настройки стана под прокатку полос требуемой конечной толщины. В данной работе выполнено исследование модуля жесткости клетей чистовой группы действующего непрерывного широкополосного стана с учетом их конструктивных особенностей при производстве горячекатаных полос различного листового сортамента низкоуглеродистых сталей, преимущественно предназначенных для дальнейшей холодной прокатки. При анализе экспериментальных данных получены достоверные уравнения регрессии, позволяющие учитывать влияние ширины прокатываемой полосы на модуль жесткости клетей. Исследование представлено в графической и табличной форме, демонстрирующей изменение значений модуля жесткости для различных клетей стана. Результаты исследования позволяют проектировать и вносить изменения в существующие технологические режимы горячей прокатки с целью обеспечения требуемой точности продольного и поперечного профиля горячекатаных полос.

Настоящая работа посвящена изучению закономерностей развития пластической деформации и разрушения среднелегированной стали со структурой отпущенного мартенсита (сталь 34ХНЗМФА) при активном растяжении. Данная сталь отличается многомасштабной дефектной структурой и содержит выделения цементита и специальные карбиды. Экспериментальное исследование эволюции дефектной и карбидной подсистем при пластической деформации потребовало применения комплекса методов: оптическая и электронная (сканирующая и просвечивающая) микроскопия, рентгеноструктурный анализ; измерения количественных характерис­тик микроструктуры и картины микротрещин и их статистическая обработка. В работе выявлено, что местами существенной локализации пластической деформации на стадии предразрушения являются приграничные области: зерен (бывшего аустенитного и реального мартенситного); всех структурных составляющих отпущенного мартенсита (пластины, пакеты, блоки реек, рейки). Сопоставление характера деформационного рельефа и тонкой структуры, формирующейся перед разрушением, с картиной изломов на различных структурно-масштабных уровнях свидетельствует о том, что разрушение исследованной стали, также как и пластическая деформация, ей предшест­вующая, несет в себе черты наследственности исходной внутренней структуры. Таким образом, разрушение исследованной стали имеет многоуровневый характер, обусловленный: иерархией исходной внутренней микроструктуры; эволюцией карбидых фаз; локализацией пластичес­кой деформации, развивающейся на всех стадиях пластической деформации и, как следствие, подготавливающей пути распрост­ранения микротрещин.

Изучено совместное воздействие наклонных электрических полей и поперечного акустического поля на неустойчивость Кельвина–Гельмгольца границы раздела вязких электропроводных жидкостей на примере систем воздух – вода и аргон – железо. Наклонное электрическое поле вне зависимости от воздействия звуковых колебаний приводит к усилению неустойчивости Кельвина–Гельмгольца в микрометровом диапазоне длин волн. Наиболее интенсивный рост возмущений поверхности раздела наблюдается при угле наклона электрического поля π/3. Это открывает новые возможности для разработки технологий ускоренного охлаждения проката и наплавки материалов путем регулирования капельного переноса материала. Совместное воздействие акустических и электрических полей оказывает неоднозначное влияние на неустойчивость Кельвина–Гельмгольца. В случае системы воздух – вода звуковые колебания приводят к подавлению неустойчивости Кельвина–Гельмгольца, при этом тангенциальное электрическое поле напряженностью 3·10⁶ В/м усиливает данный эффект, а нормальное поле, наоборот, ослабляет его. Для системы аргон – железо звуковые колебания приводят к полному исчезновению вязкостно-обусловленного максимума и к значительному снижению скорости роста возмущений поверхности раздела, которая соответствует первому максимуму. Приложение горизонтального электрического поля напряженностью 3·10⁷ В/м значительно ослабляет эффект подавления неустойчивости Кельвина–Гельмгольца, а в вертикальном поле он, наоборот, усиливается. Установлено, что восстановление первого гидродинамического максимума в нормальном электрическом поле возможно при соотношении удельных электрических проводимостей σ более 0,012 вне зависимости от наличия звукового поля. Смена знака влияния вертикального электричес­кого поля со стабилизирующего на дестабилизирующее возможно при соотношении σ от 0,015 и более.

АО «ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат» является основным производителем рельсов в Российской Федерации. В работе прослежена эволюция рельсового сортамента комбината за последнюю четверть века. Выполнен краткий обзор публикаций по современным представлениям формирования структурно-фазовых состояний, дефектной субструктуры и свойств объемно и дифференцированно закаленных доэвтектоидных, заэвтектоидных и бейнитных рельсов при производстве и последующей длительной эксплуатации. Срок службы рельсов определяют многие факторы: чистота металла, структура, фазовый состав, условия эксплуатации, технология темообработки и др. Особое внимание уделено новому виду рельсовой продукции – рельсам категории ДТ400ИК повышенной износостойкости и контактной выносливости из заэвтектоидной стали, предназначенных для эксплуатации в сложных условиях. Рассмотрены перспективные направления расширения рельсового сортамента.

Сплавы системы Cu – Ni – Mn находят применение во многих областях и для некоторых из них (часовое производство, стоматология, точная механика) должны обладать высокой твердостью. Состояние с высокой твердостью достигается двухстадийной термической обработкой – закалкой и последующим старением. Для получения хорошего комплекса эксплуатационных характеристик распад твердого раствора должен идти по механизму непрерывного распада, что можно регулировать дополнительным легированием (например, хромом) и параметрами режима старения. В работе изучено влияние режимов закалки и старения на микротвердость сплава 56ДГНХ. Показано, что закалка от температур 700 – 750 °С обеспечивает бόльшие значения микротвердости, чем закалка от 800 °С. Варьированием температуры и длительности старения найдено, что максимум микротвердости наблюдается при температурах старения 475 – 500 °С. Металлографический анализ показывает, что при этом происходит распад пересыщенного твердого раствора Mn, Ni и Cr в меди на менее пересыщенный твердый раствор и выделение частиц интерметаллида MnNi идет по механизму непрерывного распада. Изменение микротвердости сплава 56ДГНХ в зависимости от времени старения многостадийно. Ее рост при небольших выдержках сменяется последующим снижением при увеличении выдержки с отчетливо выраженным максимумом либо «плато» между этими двумя частями графика. Такой характер зависимости наблюдается при всех температурах старения. Рентгеноструктурный фазовый анализ показывает, что в процессе старения происходит уменьшение концентрации твердого раствора и образование частиц MnNi, период кристалли­ческой решетки которых отличается от периода твердого раствора на 50 пм. Наблюдаемые закономерности изменения микротвердости в процессе старения объяснены с позиций общей теории распада пересыщенных твердых растворов. Максимум прироста микротвердости (до HV 0,5 = 45 кгс/мм² против HV 0,5 = 130 – 160 кгс/мм² в закаленном состоянии) достигается при когерентной или полукогерентной границе раздела частиц MnNi и твердого раствора на основе никеля. Это наблюдается после закалки от 750 °С и старения при 475 °С в течение 10 ч.

В работе исследованы микроструктура и механические свойства модельной стенки из жаропрочной стали перлитного класса, изготовленной с использованием электродуговой проволочной 3D-печати в режиме сниженного тепловложения coldArc. Для анализа тепловых циклов при нанесении слоев использовался стационарный тепловизор. Перед нанесением каждого слоя применялось охлаж­дение сжатым воздухом до 200 °C, чтобы уменьшить накопление тепла. Высокие градиенты температур между расплавленным металлом и охлажденным слоем привели к образованию участков с неоднородной структурой, строение которых типично для сварного шва после электродуговой сварки. Такие участки с неоднородной структурой формируются при печати каждого нового слоя и повторяются по всей высоте стенки. Обнаружено, что каждый закристаллизовавшийся слой подвергается циклическому термическому воздействию при нанесении последующих десяти слоев. Высокий нагрев от нанесения двух-трех новых слоев приводит к частичным структурно-фазовым превращениям в нижележащем слое. Нанесение последующих семи – восьми слоев приводит к нагреву, аналогичному термической операции отпуск. При анализе микроструктуры в разных участках стенки выявлен игольчатый бейнит с небольшой долей реечного и бейнитного феррита и мартенситно-аустенитной составляющей. По мере увеличения высоты стенки наблюдалось незначительное увеличение ширины реек игольчатых структур по сравнению с нижними слоями стенки. Наиболее высокие значения микротвердости наблюдались в месте сплавления стенки и подложки (320 ± 7 кгс/мм²) в результате быстрого теплоотвода и высокой скорости охлаждения на начальных этапах печати. В основном объеме стенки значения микротвердости изменялись в диапазоне 260 – 300 кгс/мм². Разброс значений и периодический характер кривой микротвердости связан с формированием участков с неоднородной структурой в пределах каждого нанесенного слоя стенки. Материал стенки характеризуется высокими значениями прочностных характеристик (до 800 МПа) и относительного удлинения (9 – 12 %).

В работе проанализирован фазовый состав никелевого жаропрочного сплава ВЖЛ14Н-ВИ в широком температурном диапазоне – от комнатной температуры до 1600 °C с помощью расчетов по программе Thermo-Calc. На основании полученных данных авторы разработали возможные режимы термообработки жаропрочного сплава ВЖЛ14Н-ВИ. Исследовано влияние различных режимов термообработки на размер зерна, твердость и электропроводность образцов жаропрочного сплава ВЖЛ14Н-ВИ, полученных методом литья в керамические формы, а также влияние на сплав высокотемпературного отжига при температуре 1070 – 1170 ℃ в течение 1 – 4 ч. Термическая обработка сплава привела к заметному увеличению размера зерен и снижению твердости. Было изучено влияние температуры искусственного старения после высокотемпературного отжига и закалки на твердость и электропроводность сплава в диапазоне температур 610 – 810 ℃. При температуре 810 °C сплав проявляет наиболее выраженный эффект старения, сопровождающийся быстрым повышением твердости, достигающим приблизительно 370 HV. В отличие от твердости, электропроводность сплава в процессе старения изменялась незначительно. Предлагаемый режим термической обработки отличается от рекомендованного стандартом ОСТ 1 90126–85 для этого сплава. Он включает отжиг при температуре 1170 ± 10 ℃ в течение 4 ч с последующим охлаждением на воздухе и старением при температуре 810 ± 10 ℃ в течение 10 – 14 ч с последующим охлаждением на воздухе. Предложенная термообработка позволяет повысить твердость отливок из сплава ВЖЛ14Н-ВИ на 10 – 20 HV по сравнению с образцами, подвергнутыми термообработке по стандартному режиму.

Для построения поверхности ликвидус пятикомпонентной системы Fe – B – Mn – C – Cr применялась методика построения в традиционных координатах «температура – концентрация» схем многокомпонентных диаграмм (n > 3), основанием которых являют­ся n-угольники с дивергентной координатной сеткой при n > 4. Выбор системы обусловлен необходимостью упрочнения поверхнос­тей деталей, изготовленных из большого количества низколегированных сталей борированием. Критическими точками поверхности ликвидус являлись температуры плавления химических элементов сплава, боридов и эвтектик двойных диаграмм состояния, которые являются сторонами пятигранной призмы. Принимались во внимание также отдельные экспериментальные температуры плавления сталей и рассчитанные температуры плавления новых эвтектик, образующихся при взаимодействии эвтектик двойных диаграмм состоя­ния. Последние определялись по правилу эвтектической реакции, предусматривающему использование при расчете только температур плавления исходных эвтектик. Одновременно определялся и фазовый состав многокомпонентных боридных эвтектик системы. Полученная поверхность ликвидус показывает температуру начала кристаллизации и фазовый состав слоя при проведении борирования из обмазок литейных форм для поверхностного упрочнения отливок. Рассчитанные температуры плавления эвтектик образуют поверхности солидус системы. В соответствии с концентрационными значениями элементов, и особенно бора, в системе образуются пять поверхностей солидус при 1571, 1451, 1394, 1105 и 978 °С. Данные температуры плавления эвтектик являются границами между диффузионным и диффузионно-кристаллизационным механизмами формирования борированных слоев в твердом и затвердевающем состояниях обрабатываемых поверхностей. Следовательно, они определяют механизм формирования борированных слоев, их фазовый состав, структурную морфологию и свойства.

В работе сделана попытка анализа исторического развития научных взглядов на строение оксидных и металлических расплавов. Авторы на примере работ Уральской научной школы и собственных исследований рассматривают эволюцию подходов на основе полимерной (ионной) теории оксидных расплавов и кластерной теории жидких металлов. Показана возможность применения полимерной модели для определения границы перехода шлака из гомогенного состояния в гетерогенное и условий формирования гомогенного шлака, обладающего максимальными рафинирующими свойствами. В рассматриваемых условиях оксид Al₂O₃ может проявлять как основные, так и кислотные свойства. При содержании Al₂O₃ до 16 % в оксидных расплавах, соответствующих шлакам, формируемым в агрегате ковш – печь, глинозем проявляет основные свойства, а при содержании более 16 % он начинает проявлять кислотные свойст­ва. Дополнительно информация об активностях компонентов оксидного расплава позволяет определить параметры шлака, обладающего оптимальными свойствами для поглощения неметаллических включений. Металлический расплав характеризуется «критической» температурой, при которой он в ходе нагрева переходит от наследственной неравновесности кластерного типа в состояние термодинамического равновесия, т.е. происходит гомогенизация расплава. Неравновесные расплавы временно сохраняют в себе элементы структур исходных фаз. Перегрев металла выше «критической» температуры в ходе термовременной обработки позволяет добиться повышения и стабилизации качества продукции. Модифицирование расплава приводит к существенному снижению необходимого перегрева и ускорению процесса формирования гомогенного расплава. На примере исследования свойств и строения металлических жидкостей показано развитие нового прикладного направления под общим названием «термовременная обработка».

Большая потребность в продукции волочильного производства вызывает необходимость увеличения производительности действующего оборудования. Это можно решить двумя способами: созданием новых конструкций волочильного оборудования и поиском скрытых организационных резервов. Повышение производительности за счет организационных мероприятий требует меньше времени и материальных затрат на реализацию. Авторы рассматривают возможность и перспективы многостанового обслуживания. При многостановом обслуживании разрабатывают нормативные модели функционирования волочильного оборудования. На примере действующего производства показаны перспективы применения разработанных моделей. Проведенный анализ работы волочильного оборудования позволяет обосновать режимы обработки при многостановом обслуживании и за счет этого увеличить производительность в 1,35 раза, снизить себестоимость готовой продукции на 2 %.

Черная металлургия – колоссальная отрасль с большим количеством промышленных объектов и оборудования, построенных на века. На нее приходится примерно 8 % текущих глобальных антропогенных выбросов оксида углерода CO₂. Будущее декарбонизации этих активов зависит от инвестиций крупных игроков рынка в разработку и внедрение прорывных технологий производства стали и от работы рынка углеродных единиц. При грамотном и ответственном управлении климатической повесткой компаний даже на фоне постоянно растущего спроса на сталь у металлургии есть все шансы снизить выбросы парниковых газов в 2,5 раза уже через 25 лет. При этом реализация производственно-экологических инноваций на предприятиях требует комплексного подхода. В рамках проведенного исследования изучали нормативные документы Правительства РФ, регламентирующие снижение углеродоемкости продукции, рост энергосбережения и уменьшение воздействия на климат металлургической отрасли. Выявлены критерии проектов устойчивого (в том числе зеленого) развития для производителей стали. Проведен анализ климатических инициатив EVRAZ Group, проводимых в рамках реализации принятой в компании стратегии декарбонизации. Определены климатические проекты российских промышленников, разработанных с целью выпуска и продажи углеродных единиц. Сформулированные ключевые направления декарбонизации отечественной черной металлургии включают операционные методы снижения прямых и косвенных выбросов парниковых газов, переход к экологически чистым технологиям, применение низкоуглеродных энергетических источников, внедрение замкнутых сырьевых циклов черных металлов, оптимизацию суммарной углеродоемкости портфеля активов. Реализация экологических и климатических проектов обеспечит устойчивое развитие металлургической отрасли, оптимизацию показателей комплексной эффективности, а также определит занимаемую нишу в конкурентной бизнес-среде.

Рост потребления качественной стали диктует необходимость увеличения количества стали, проходящей процесс вакуумирования, так как обработка стального расплава под вакуумом улучшает ее свойства за счет уменьшения в ней газовых и неметаллических включений. Однако рост цен на топливо и стремление к переходу на безуглеродную металлургию требуют снижения энергоемкости и, как следствие, сокращения потребления энергоресурсов. Достичь этого можно переходом на непрерывное производство, сокращая период технологического простоя высокотемпературного оборудования, температура которого должна поддерживаться для увеличения срока службы футеровки и повышения качества конечного продукта. Однако для перехода на непрерывное сталеплавильное производство требуется разработка ряда новых технологических узлов, способных функционировать в рамках сталеплавильного агрегата непрерывного действия, в том числе и агрегата внепечной обработки расплава. Целью работы является разработка теоретических основ для узла внепечной обработки стального расплава, включающего в себя вакууматор непрерывного действия. В работе представлен узел внепечной обработки стального расплава с вакууматором непрерывного действия П-образного типа, являющийся частью агрегата непрерывного жидкофазного восстановления железа производительностью 10 т/ч для получения стали Ст3. Изучено влияние остаточного давления в вакуум-камере на скорость дегазации и время всплытия пузырька газа. Габариты вакууматора определены с учетом производительности агрегата восстановления железа. Авторы произвели подбор многослойной футеровки, а также провели оценку потерь в окружающую среду с учетом конвективного и лучистого теплообмена.