Известные технологии диффузионного насыщения стальных изделий молибденом характеризуются рядом недостатков. Исследовали процесс диффузионного насыщения молибденом с применением технологии микродуговой химико-термической обработки. Стальной образец погружали в порошок каменного угля и нагревали пропусканием электрического тока. В качестве источника диффузанта использовали молибдат аммония. При пиролизе угля происходит выделение водорода, метана, диоксида и оксида углерода, выполняющих роль защитной атмосферы и возможных восстановителей молибдена до атомарного состояния. Для выявления наиболее вероятных химических реакций выполнен расчет стандартного изменения энергии Гиббса. Определены температурные интервалы реакций восстановления триоксида молибдена с образованием диоксида молибдена и атомарного молибдена. Проведена экспериментальная проверка расчетных данных. В результате одновременной диффузии углерода и молибдена формируется карбидное покрытие толщиной 80 – 150 мкм с микротвердостью 13,5 – 15,0 ГПа.

Предложен дискретный аналог дифференциального уравнения теплопроводности, позволяющий использовать неравномерные расчетные сетки для моделирования процесса непрерывной разливки. Такой способ задания сетки позволяет учесть распределение температурных градиентов в теле модели, что повышает точность аппроксимации и адекватность результатов расчета. Разработана математическая модель процессов кристаллизации и усадки непрерывнолитого сляба в кристаллизаторе МНЛЗ. Применение неравномерной расчетной сетки позволило при моделировании использовать элементы с размером порядка 1-2 мм. На основе этой модели проведены исследования по искажению профиля поперечного сечения сляба под воздействием стенок кристаллизатора. Расчет геометрического профиля позволяет уточнить условия теплового и механического взаимодействия затвердевающей корочки со стенками кристаллизатора и решить задачу на определение величин рациональной конусности кристаллизаторов МНЛЗ, обеспечивающих уменьшение пораженности заготовок поверхностными и подповерхностными трещинами.

Сформулирована задача стационарного теплообмена в орошаемой зоне доменной печи, учитывающая особенности процесса фильтрации чугуна и шлака через коксовую насадку. Показано, что в этой зоне происходит одновременный нагрев газом потоков кокса, чугуна и шлака, каждый из которых находится в состоянии теплообмена между собой. Причем процессы взаимного теплообмена осуществляются как конвекцией, так и излучением. Конвекция обеспечивает теплообмен между газом и всеми нагреваемыми материалами, а также между шлаком и коксом, поскольку стекающий по коксу шлак частично покрывает его поверхность. Лучистый теплообмен развивается между коксом, чугуном и шлаком. Его интенсивность увеличивается с ростом температуры нагреваемых материалов. Установлено, что взаимный теплообмен между потоками кокса, чугуна и шлака в орошаемой зоне доменной печи оказывает значительное влияние на формирование температурного поля в этой зоне. Для расчета теплообмена в области заплечиков и горна доменной печи необходимы знания о распределении тепловых эффектов химических реакций прямого восстановления железа, кремния и марганца по высоте орошаемой зоны и доли поверхности кокса, покрываемой шлаком.

Разработана аналитическая методика расчета затвердевания и охлаждения крупнотоннажного блюмингового слитка. В результате анализа исходной модели и полученных решений разработан универсальный способ расчета режима затвердевания и охлаждения слитка в промышленных условиях от разливки до посада в ячейку нагревательного колодца. Показано удовлетворительное согласование с результатами промышленного эксперимента при использовании аналитического номограммно-графического способа расчета. Способ расчета позволяет определить полное время затвердевания слитка и температуру поверхности в ходе затвердевания, положение фронта кристаллизации в заданный момент времени, продолжительность охлаждения перегретого расплава и другие параметры. При использовании аналитического и номограммно-графического способа расчета усовершенствована технология подготовки промышленного блюмингового слитка к нагреву и в дальнейшем откорректирован действующий режим нагрева слитка с повышенным теплосодержанием (жидкой сердцевиной), который апробирован и внедрен в промышленных условиях. Реализация режима показала сокращение времени нагрева слитков и снижение удельного расхода топлива.

Проведена термодинамическая оценка вероятности протекания процессов удаления водорода из металла сварного шва при сварке под фторсодержащим флюсом в стандартных состояниях в интервале температур 1700 – 2200 К. В качестве стандартных состояний для веществ-реагентов были выбраны Na3AlF6ж , SiO2ж , SiF4г , NaAlO2тв , Na2SiO3ж , CaF2ж , CaSiO3тв , H2г , SiF2г , HFг , О2г , SiFг , Hг . В результате расчетов стандартной энергии Гиббса и констант равновесия реакций определено, что из реакций прямого взаимодействия фторагентов шлака с водородом и кислородом металла наиболее вероятной является реакция взаимодействия с криолитом. Более сложным взаимодействием с участием в реакции, кроме фторагентов, кремнезема шлака и возможным образованием промежуточного продукта SiF4г и более вероятным является процесс взаимодействия с флюоритом. Расчеты показали целесообразность использования соединения Na3AlF6 наряду с флюоритом для удаления водорода при сварке под флюсом. Проведенные расчеты легли в основу разработки составов новых флюс-добавок, защищенных патентами РФ.

Исследована при температурах 1873, 1923, 1973 К и длительности 5 – 30 мин карбидизация брикетированных моношихт, состоящих из микрокремнезема, образующегося при производстве кремния и его сплавов, и различных углеродистых восстановителей: буро-
угольного и каменноугольного полукоксов, коксовой мелочи и коксовой пыли. Установлено, что самые высокие показатели достигаются при карбидизации с использованием буроугольного полукокса Березовского месторождения Канско-Ачинского бассейна: выход карбида кремния составляет 97,00 – 97,62 % при содержании его в продуктах карбидизации 82,52 – 84,90 %. Определены оптимальные температурно-временные условия и показатели карбидизации: температура 1923 – 1973 К при длительности 20 – 15 мин. Преобладающей фазой в продуктах карбидизации является карбид кремния кубической структуры (β-SiC). В результате химического обогащения содержание SiC в карбиде достигает 90 – 91 %, т.е. выше, чем в абразивных микропорошках зернистостью 1 – 2 мкм. Эффективность обогащения от примесей оксидов и железа высока и составляет 87 – 95 %. Для карбида кремния характерно повышенное содержание кремнезема – более 7 %, что позволяет рассматривать его как перспективный материал для производства карбидокремниевых огнеупоров на кремнеземной связке. Карбид кремния получен в виде микропорошка с частицами неправильной формы размерного диапазона 0,2 – 1,0 мкм.

Рассмотрена динамика системы гильза (труба) – оправка – стержень автоматического стана трубопрокатного агрегата. Составлено дифференциальное уравнение движения стержня оправки автоматического стана с учетом меняющейся во времени массы механической системы. Динамические процессы в механической системе гильза (труба) – оправка – стержень представлены коэффициентом динамичности перемещения оправки со стержнем. Установлены особенности функционирования стержневой системы механизма удержания оправки автоматического стана и определены параметры динамичности механической системы с учетом изменения во времени массы прокатываемой трубы. Показано, что при мгновенном приложении со стороны очага деформации постоянной силы в упругой системе механизмов выходной стороны, обладающей переменной во времени массой, максимум коэффициента динамичности не равен двум. Его значения монотонно меняются и в ходе колебаний системы с увеличивающейся массой возрастают. Моделированием динамических процессов в системе гильза (труба) – оправка – стержень с учетом изменения во времени массы механической системы выявлена необходимость стабилизации динамичности оправки со стержнем до уровня допустимых величин для оборудования выходной стороны автоматического стана.

В развитие ультразвуковой структуроскопии предложен новый подход к оценке структуры металла по значению отношения амплитуды среднего уровня акустических структурных шумов к амплитуде «пролаза» рэлеевских волн. Исследовано изменение уровня структурных шумов в стали 09Г2С при одноосном растяжении. Показано влияние механических напряжений и структурного состояния металла на уровень структурных шумов. Установлено наличие связи между параметрами акустических структурных шумов и структурным состоянием стали 09Г2С. Выявлена закономерность резкого снижения уровня структурных шумов при достижении металлом предела текучести. Экспериментально подтверждено, что резкое падение уровня структурных шумов (точка перегиба) при достижении предела текучести подтверждает высокую чувствительность метода к изменениям структуры металла. Этот факт позволяет рекомендовать метод измерения акустических структурных шумов для обнаружения подготовительного этапа процесса, связанного с накоплением повреждаемости в металле, а именно, стадию накопления микродефектности.

Увеличение скорости пластической деформации приводит к значительным изменениям в микроструктуре металлических материалов. Структуру и свойства металла определяют такие факторы, как величина давления (или импульса), скорость деформации (или продолжительность процесса) и температура. В работе исследовано влияние высокоскоростной деформации на микроструктуру материалов. С использованием исследовательского комплекса Gleeble 3500 осуществлена высокоскоростная деформация стали 20 при температурах 800, 900, 1000 и 1200 °С. Изучена микроструктура и определена микротвердость образцов. Показана принципиальная возможность обеспечить деформационное измельчение структуры низкоуглеродистой стали 20 при высокоскоростной деформации при температурах 800 – 1000 °С до размера зерна около 400 нм подобно тому, как это достигается при больших пластических деформациях без нагрева металла или с небольшим нагревом, не превышающим температуру рекристаллизации.

Исследованы особенности макроскопической локализации пластической деформации и структуры поликристаллов листовой низкоуглеродистой стали 08пс после горячей прокатки и в результате электролитического насыщения водородом в термостатической трехэлектродной ячейке при постоянном потенциале. Методом двухэкспозиционной спекл-фотографии на разных стадиях деформационного упрочнения определены основные типы и параметры макроскопической локализации пластического течения: скорость перемещения и длина волны. С использованием методов оптической и электронной микроскопии показано влияние атомов внедрения водорода на изменение дефектной субструктуры и морфологию цементита. Рассмотрено формирование дислокационных субструктур, выявлен изгиб-кручение кристаллической решетки α-фазы, о чем свидетельствует присутствие изгибных экстинкционных контуров. Показано, что основными источниками полей напряжений являются границы зерен и фрагментов.

Представлены результаты изучения влияния неметаллических включений на высокотемпературную пластичность рельсовой стали Э76Ф. Установлен максимум пластичности всех трех зон непрерывнолитой заготовки, критерием которого является степень деформации сдвига. Представлены результаты высокотемпературного кручения образцов, нагретых в диапазоне температур 950 – 1250 °С и выдержке 10 мин при этих температурах всех трех зон непрерывнолитой заготовки рельсовой электростали. Выявлено наличие оксидов и силикатов в корковой зоне, оксидов и оксисиликатов в зоне столбчатых кристаллов, а также сульфидов, оксидов, силикатов и алюмосиликатов в центральной зоне непрерывнолитой заготовки. Установлено, что наибольшее количество негативно влияющих на критерий пластичности включений наблюдается в центральной зоне заготовки.

Предложен алгоритм дуального управления с одновременной идентификацией модели изменение интенсивности расхода кислорода на продувку – изменение содержания СО в отходящих газах конвертерной плавки стали и корректировкой расхода кислорода в заключительный период плавки. Такое объединение достигнуто за счет нанесения управляющего воздействия ступенчатого типа в заданный момент времени и фиксации его на интервале времени переходного процесса от этого воздействия, регистрации на интервале времени переходного процесса данных об управляющем и выходном воздействиях, расчета по этим данным коэффициентов модели и величины управляющего воздействия с использованием полученных оценок коэффициентов, реализация управляющих воздействий на следующем интервале управления. Представлены результаты оценки эффективности предложенного алгоритма управления: показатель «гладкости» временного ряда содержания углерода в металле в особой точке и процент попадания содержания углерода в стали в заданный интервал на повалке конвертера.

Разработана методика расчета расстояния от верхней поверхности ролика подводящего рольганга до верхней поверхности ролика отводящего рольганга устройства для резки предварительно изогнутой полосы исходя из условий минимизации усилия резания полосы при выполнении требования ее прямолинейности после реза.