Изучены закономерности процессов микролегирования и модифицирования стали техногенными и природными материалами. Исследованы металлургические свойства барийстронциевого природного модификатора, оценено его влияние на температуру плавления формирующегося восстановительного шлака. Полученные данные показали, что применение модификатора в условиях промышленного производства весьма технологично. С использованием программного комплекса «Терра» выполнена оценка восстановимости бария и стронция кремнием и алюминием из их оксидов. Изучен возможный механизм модифицирующего воздействия бария и стронция на качество металла. Показаны возможности использования ванадиевого конвертерного шлака для микролегирования стали ванадием. Сделана оценка эффективности восстановления ванадия углеродом расплавленной стали. Приведены данные промышленного опробования изучаемых материалов, которые показали хорошую сходимость с теоретическими расчетами и выводами. Даны рекомендации по оптимизации технологий микролегирования и модифицирования. Использование исследованных материалов позволяет улучшить технико-экономические показатели процесса производства сталей и значительно повысить качество конечной металлопродукции. Сделаны выводы о перспективах значительного расширения использования техногенных и природных материалов. 

Известно, что повышенное содержание FeO понижает температуру начала плавления первичных шлаков, что препятствует образованию устойчивого гарнисажа, в результате чего повышаются тепловые нагрузки на холодильники распара и заплечиков, а это сопровождается повышением тепловых потерь. Содержание FeO в первичных шлаках определяется развитием реакций косвенного восстановления. Целью выполненного исследования являлась оценка путей, способствующих снижению тепловых нагрузок на холодильники распара и заплечиков. Уменьшение температуры газов в периферийной зоне печи сопровождается изменением степени косвенного восстановления. Этот факт позволяет рассматривать температуру периферии как индикатор развития косвенного восстановления. Разработанная модель расчета температуры газа и его восстановительной работы в периферийной зоне доменной печи может быть использована для оптимизации теплового состояния шахты печи в ее периферийной зоне.

Методами физико-химического анализа изучен процесс окисления магнетита и титаномагнетита в окускованных железорудных материалах при умеренных (400 – 1000 °С) и высоких (1000 – 1350 °С) температурах. Для изучения кинетики процесса окисления использовали брикеты из ольховского магнетитового и качканарского титаномагнетитового концентратов, а также образцы неофлюсованных и офлюсованных до основности 1,3 железорудных качканарских окатышей. Установлено, что при умеренных температурах лимитирующей стадией процесса окисления является диффузия реагента на участках шаровой поверхности, величина которых меньше общей поверхности шара. При высоких температурах как в изотермических, так и в неизотермических условиях лимитирующей стадией процесса является диффузия кислорода в порах окатышей. По кинетическим зависимостям изотермического окисления исследуемых материалов рассчитана кажущаяся энергия активации при заданных степенях превращения, изменение которой связано с изменением вида диффузии реагентов через слой продукта реакции. Определены кажущиеся коэффициенты диффузии кислорода в качканарских окатышах при температурах 500 – 1000 °С. Разработана методика определения степени окисления окатышей в зависимости от изменения времени и температуры в неизотермическом режиме. Показана возможность использования этой методики для расчета степени окисления окатышей при их обжиге на конвейерных машинах. Полученные в работе результаты могут быть использованы для определения степени завершенности окислительных процессов в обжигаемом слое окатышей и при оптимизации режимных параметров их термической обработки на обжиговых установках. 

Показано, что за счет тепла, выделяющегося в процессе холодной пластической деформации, деформируемый металл нагревается до 250 – 350 °С и более. При указанных температурах, относящихся к разряду дорекристаллизационных, в результате возврата и полигонизации изменяется предел текучести деформируемого металла на 10 – 35 %. Однако из-за отсутствия моделей для определения предела текучести с учетом влияния температуры указанным изменением пренебрегают, что приводит к большим (до 15 – 45 %) погрешностям при прогнозировании энергосиловых параметров на агрегатах холодной пластической деформации. Разработаны математические модели предела текучести в диапазоне дорекристаллизационных температур практически для всех углеродистых и легированных сталей, подвергаемых холодной пластической деформации. Приведены данные, подтверждающие надежность и удовлетворительную точность предложенных моделей, что позволяет рекомендовать их для практического использования при выполнении технологических расчетов на агрегатах холодной пластической деформации. 

При исследовании в электропечах физических свойств четырех образцов «железных» метеоритов изучены температурные зависимости кинематической вязкости, поверхностного натяжения и плотности. Получены графики этих зависимостей для каждого из образцов в диапазоне до 1800 °С, которые подтверждают многочисленные литературные данные по железным и железо-никелевым сплавам Земного происхождения. Показано, что перспективно использовать эти характеристики для изучения космических объектов (прежде всего – «железных» метеоритов) как адекватные параметры при изучении физических свойств метеоритного вещества, в том числе для получения из них сплавов с заданными характеристиками. Полученные результаты подтверждают гипотезу единого происхождения, развития и формирования космических объектов, по меньшей мере в Солнечной системе. Это можно использовать при становлении космической металлургии, например на орбите Земли, на Луне, Марсе или иных объектах Солнечной системы. 

Изучены пробы отвальных хвостов всех операций, проводимых по схеме обогащения Абагурской фабрики. Выполнены магнитный, химический анализы общих хвостов, измерены магнитные характеристики продуктов. Среднее содержание железа магнетитового в отвальных хвостах составило в 2013 г. примерно 0,9 %. Опыты подтвердили, что основные потери магнетита связаны с его тонкими классами, их низкими магнитными параметрами. Потери магнетита снижаются с повышением поля сепарации. На фабрике заменено 45 % феррит-бариевых магнитных систем сепараторов ПБМ 90/250 на системы из композитов неодим – железо – бор; поле возросло с 111 до 175 кА/м. Рекомендовано завершить модернизацию магнитных систем всех сепараторов фабрики; на операции сгущения установить сепараторы для регенерации суспензий с полем 190 кА/м. В итоге реконструкции уровень потерь магнетитового железа на фабрике может быть достигнут 0,45 – 0,55 %.

Проведено металлографическое исследование рельса типа Р65 японского производства после эксплуатации на Восточно-Сибирской железной дороге. Показано, что по химическому составу металл пробы удовлетворяет требованиям ТУ 0921-239-01124323 – 2007, предъявляемым к стали для производства рельсов 350ЛДТ. Качество макроструктуры металла удовлетворительное. Механические свойства при растяжении, твердость, ударная вязкость при температуре +20 °С, определенная на образцах, вырезанных из нерабочей выкружки головки, удовлетворяют требованиям ТУ 0921-239-01124323 – 2007 для рельсов 350ЛДТ. Ударная вязкость при отрицательных температурах не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к качеству отечественных рельсов низкотемпературной надежности. Загрязненность рельса неметаллическими включениями незначительная, однако встречаются недопустимые включения экзогенного характера. Микроструктура рельсовой пробы японского производства – сорбитообразный и пластинчатый перлит, дисперсность которых по мере удаления от поверхности во всех элементах рельсовых проб уменьшается. При эксплуатации рельса образовались тонкие косые трещины глубиной до 1,1 мм, расположенные на поверхности рабочей выкружки головки, а также значительный боковой износ до 15 мм.

В исходном поликристаллическом сплаве Fe – 3 % Si методами ориентационной микроскопии (EBSD) исследованы различные стадии процесса низкотемпературного аномального роста зерен. На всех образцах была получена сравнительно низкая магнитная индукция В800 = 1,62 ÷ 1,72 Тл, соответствующая отклонению оси легкого намагничивания [001] кристаллитов от направления прокатки на угол 12 – 20°. Показано, что текстура вторичной рекристаллизации описывается ориентировками {110}<115>, мелкие зерна, находящиеся между аномально растущими кристаллитами (матрица вторичной рекристаллизации), имеют сильно рассеянную (близкую к аксиальной) текстуру {hkl}<001>. Показано, что ориентации выросших зерен близки к ориентациям, находящимся в разориентировке Σ5 к большинству кристаллитов, составляющих поглощаемую матрицу. Установлено, что аномально растущие зерна в последнюю очередь поглощают кристаллиты, имеющие с ними специальные границы Σ3 или Σ17b. 

Эксплуатация рельсов (пропущенный тоннаж 500 и 1000 млн. т брутто) приводит к существенному упрочнению поверхностного слоя. На основании результатов электронно-микроскопических исследований выполнен количественный анализ вклада различных механизмов в упрочнение рельсов после длительной эксплуатации на разном расстоянии от поверхности катания. Показано, что упрочнение носит многофакторный характер и обусловлено субструктурным упрочнением, вызванным формированием наноразмерных фрагментов; дисперсионным упрочнением частицами карбидной фазы; упрочнением, обусловленным формированием на дислокациях атмосфер; полями напряжений, формирующимися внутрифазными и межфазными границами. Существенное увеличение прочности поверхностного слоя рельсовой стали, подвергнутой длительной (пропущенный тоннаж 1000 млн. т брутто) эксплуатации, обусловлено формирующимися в материале дальнодействующими внутренними полями напряжений и фрагментацией материала с образованием наноразмерной структуры. 

Анализируется природа разнонаправленных скачков напряжения, наблюдаемых на диаграммах напряжение – деформация при растяжении при комнатной температуре с пропусканием импульсного тока в сплавах различной физической природы. Обобщены результаты предыдущих исследований проявления электропластического эффекта при прокатке и растяжении в крупнозернистых, ультрамелкозернистых и наноструктурных титановых сплавах с однофазной, двухфазной и интерметаллидной структурой. Электропластическая прокатка позволяет формировать ультрамелкозернистые и наноструктурные состояния, повышает деформируемость и прочность исследованных титановых сплавов ВТ1-0, ВТ6 и TiNi. Показано, что амплитуда и направление скачков напряжений определяются конкуренцией механизмов электропластического эффекта и обратимого мартенситного превращения, а электропластический эффект является структурно-чувствительным свойством. Величина электропластического эффекта уменьшается при измельчении структуры и даже исчезает в нанокристаллическом и аморфном состояниях. Переход из аустенитного в мартенситное состояние способствует повышению деформируемости никелида титана. 

Сформулирована задача стационарного теплообмена в шахтных слоевых печах, в которых побудительной причиной движения обрабатываемых материалов является их плавление. Здесь проявляется та особенность процессов переноса энергии, что их интенсивность в значительной степени определяется скоростью движения материала, которая в свою очередь существенно зависит от темпа плавления частиц. Поскольку единственным способом примирения указанного противоречия является итерационный подход, то в целом при математической формулировке задачи приходится прибегать к идеализации отдельных явлений. В частности, отдельные идеализации являются вынужденными в силу недостаточной теоретической проработки ряда вопросов, например, математической теории движения сыпучих материалов в шахтных печах. При описании газомеханики слоя в работе используется приближение безвихревого течения.