Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск
Том 60, № 10 (2017)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-10

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

777-784 124
Аннотация
Главной задачей технологии правки стального листа является вычисление оптимальных обжатий стальной заготовки рабочими роликами листоправильных машин таким образом, чтобы лист на выходе из машины имел минимальные остаточные напряжения и кривизну. При математическом и численном моделировании процесса правки стального листа в многороликовых правильных машинах вначале вычисляют кривизну и изгибающие моменты стального листа в точках касания с рабочими роликами машины, а затем рассчитывают энергосиловые параметры правки листа. Вычисление энергосиловых параметров многороликовых листоправильных машин является важным технологическим расчетом при правке стального листа. В основу энергосилового расчета входит вычисление реакций опор рабочих роликов и усилий верхней и нижней кассет рабочих роликов правильной машины при правке. При недостаточном изгибающем моменте стального листа невозможно устранить вредные остаточные напряжения в стенке листа и поверхностные дефекты листа. При недостаточном усилии верхней кассеты роликов невозможно достигнуть требуемого обжатия листа для качественной правки. Чрезмерные значения крутящих моментов роликов и усилий кассет роликов часто приводят к дефектам листа, поломке рабочих и опорных роликов и поломке всей листоправильной машины. В настоящей работе предложен приближенный метод расчета оптимальных технологических параметров холодной правки стального листа на многороликовой листоправильной машине. Расчеты позволяют определить вид и кривизну нейтральной плоскости стального листа при правке, остаточную кривизну листа после правки, изгибающие моменты листа и реакции опор рабочих роликов, остаточные напряжения в стенке стального листа, долю пластической деформации по толщине листа и относительную деформацию продольных поверхностных волокон листа при правке в зависимости от радиуса рабочих роликов, шага между роликами листоправильной машины, величины обжатия листа верхними роликами, толщины листа, а также модуля Юнга, предела текучести и модуля упрочнения металла листа. Результаты исследований могут быть широко использованы на машиностроительных и металлургических заводах.
785-791 227
Аннотация
В настоящее время на железных дорогах РФ осуществляется переход на бесстыковую конструкцию пути. Развитие технологий, позволяющих обеспечить возможность получения бесстыкового железнодорожного пути с требуемыми качественными характеристиками, является актуальным направлением. При строительстве, ремонте и текущем содержании бесстыкового пути одной из ключевых технологий является сварка рельсов, для которой разработаны и используются различные способы, такие как: электроконтакный, газопрессовый, индукционный, сварка лазером, сварка трением, алюминотермитный, электродуговой штучными электродами, под слоем флюса, в среде защитных газов, электрошлаковый, порошковыми проволоками и др. Рассмотрены достоинства и недостатки основных способов сварки рельсов, получивших наибольшее распространение на сегодняшний день: электроконтактного и алюминотермитного. Показано, что в качестве основного способа сварки рельсов в РФ используется электроконтактный (ЭС). Однако, в связи с невозможностью сварки рельсов в зонах стрелочных переводов контактными машинами, на железных дорогах России началось применение алюминотермитной сварки рельсов (АТСР). Показано, что одними из наиболее важных факторов, которые определяют качество и надежность бесстыкового пути, являются металлургические и сварочные параметры технологии сварки рельсов, а также дальнейшие технологические приемы, снижающие последствия воздействий высоких температур. Рассмотрены технологические особенности этих методов, преимущества и недостатки, современные способы решения проблем при сварке, а также экономические затраты с учетом эксплуатационных свойств стыков. Опыт показывает, что при эксплуатации сварных стыков АТСР на сети железных дорог и при испытаниях на экспериментальном кольце АО ВНИИЖТ их качество несколько уступает качеству стыка ЭС, что обусловлено самим способом сварки. Особое внимание уделено особенностям технологии сварки дифференцированно термоупрочненных рельсов. Анализ существующих методик сварки рельсов позволяет выработать основные направления исследований для решения этой проблемы.

ЭКОЛОГИЯ И РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ

792-797 114
Аннотация
Рекультивация включает в себя комплекс мероприятий, направленных на формирование на поверхности промышленных отвалов благоприятного корнеобитаемого слоя различными способами с последующим использованием этой площади. Консервация – это закрепление поверхности отвалов механическим путем или путем озеленения поверхности отвалов при предварительном нанесении минимального слоя почвы, торфа, минеральных удобрений, ростовых веществ, нетрадиционных почвоулучшителей – осадков сточных вод  (ОСВ). В  результате проведенных работ на поверхности отходов железорудного обогащения обогатительной Абагурской агломерационной фабрики были сформированы техноземы – искусственные почвы с корнеобитаемым слоем, состоящим из смеси ОСВ и материала хвостохранилищ. Созданы рекультивированные участки на отходах железорудного обогащения, которые обеспечивают эрозионную устойчивость поверхности хвостохранилищ и консервацию отходов обогащения. Химические и агрохимические параметры техноземов на протяжении двух лет их развития изменились. Наблюдается некоторое подщелачивание среды и резкое снижение содержания в субстрате корнеобитаемого слоя, количества органического вещества и всех форм азота. Биомониторинг рекультивированных опытных площадок позволяет оптимизировать и ускорить процесс формирования культурфитоценозов на отходах промышленного производства, следить за состоянием и развитием травостоя, отслеживать процесс восстановления плодородия нарушенных земель, рассчитать экологический и экономический эффект проводимых рекультивационных работ. По результатам мониторинга опытных участков на территории хвостохранилищ обогатительной Абагурской агломерационной фабрики установлено, что через 2 – 3 года создаются благоприятные условия для формирования на субстрате хвостохранилища корнеобитаемого слоя и устойчивого культурфитоценоза. В результате внесения ОСВ происходит улучшение физического и питательного режимов на поверхности хвостохранилища. Во всех вариантах способов размещения ОСВ достигнут положительный эффект – рост наземной биомассы с увеличением нормы внесения ОСВ. Показана почвенно-экологическая перспективность использования ОСВ в качестве мелиоранта, существенно улучшающего химико-физические свойства промышленных отвалов, что позволяет создавать долговременные, устойчивые фитоценозы защитного и санитарно-гигиенического назначения.

ИННОВАЦИИ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРОМЫШЛЕННОМ И ЛАБОРАТОРНОМ ОБОРУДОВАНИИ, ТЕХНОЛОГИЯХ И МАТЕРИАЛАХ

798-803 110
Аннотация
Разработка новых методов получения непрерывнолитых слябовых заготовок не может базироваться на равновесных процессах кристаллизации стали, идущих с малой скоростью. Использование подачи расплава в пристеночные слои стенок кристаллизатора через напорную конструкцию погружного стакана с эксцентричными выходными отверстиями позволяет при разливке слябов добиться существенного увеличения скорости кристаллизации стали. Приведены основные результаты разливки слябов большого поперечного сечения по новой технологии, обеспечивающей улучшение их качества. При разливке стали через опытный стакан наблюдается значительное уменьшение ширины зоны столбчатых кристаллов и увеличение зоны разориентированных кристаллов, а также уменьшение балла осевой ликвации. При разливке по новой технологии теплообмен в кристаллизаторе увеличивается на 10 – 12 %. При испытании на ударную вязкость выявлен ряд качественных характеристик металла, которые не улавливаются при других видах испытаний. Основные закономерности формирования структуры металла в условиях непрерывной чистовой группы непрерывного широкополосного стана (НШС) и последующего охлаждения изучали с использованием метода физического моделирования. Клиновидные образцы из низкоуглеродистой стали промышленной плавки, отобранные от охлажденного на промежуточном рольганге НШС подката, прокатывали в один и два прохода на двухвалковом скоростном лабораторном стане с обводным устройством. При этом соблюдали геометрическое и кинематическое подобие процесса прокатки. Прокатанные образцы после фиксированных выдержек на воздухе сбрасывались специальным устройством на боковое ребро для частичной закалки в охлаждающем растворе. По длине образца получали набор относительных обжатий, а по его ширине – набор скоростей охлаждения. По результатам физического моделирования установлены основные закономерности формирования структуры низкоуглеродистой стали при прокатке и ускоренном охлаждении полос на непрерывном широкополосном стане. С использованием данных закономерностей и уравнения Холла-Петча можно обеспечивать заданные структуру и предел текучести материала готового горячекатаного листа. За счет исключения дополнительного нагрева слябов под прокатку и повышения качества проката может быть получен значительный экономический эффект.
804-810 109
Аннотация
Анализ существующих методик теоретического определения сопротивления сталей пластическому деформированию позволил выявить ряд их существенных недостатков, в частности отсутствие учета влияния химического и фазового составов стали, истории нагружения. Обусловленное перечисленными недостатками ограничение по области применения не позволяет считать эти методики пригодными для получения достоверных прогнозных значений энергосиловых параметров прокатки применительно к вновь осваиваемым маркам стали, в частности к сложнолегированным рельсовым сталям. На основании вышесказанного сделан вывод о необходимости проведения экспериментальных исследований сопротивления пластической деформации таких сталей при различном сочетании температурно-скоростных параметров прокатки, степени деформации и варьировании химического состава стали. Указанные исследования применительно к стали марки Э78ХСФ проведены с использованием комплекса для физического моделирования термомеханических процессов «Gleeble System 3800». На основании математической обработки полученных экспериментальных данных разработана методика численного определения сопротивления рельсовых сталей пластическому деформированию при изменяющихся термомеханических параметрах прокатки (температура, скорость и степень деформации) и нестабильном химическом составе стали. Характер полученных экспериментальных зависимостей свидетельствует о снижении сопротивления пластическому деформированию стали Э78ХСФ при повышении температуры ее деформации в интервале температур прокатки и повышении сопротивления пластическому деформированию при увеличении скорости деформации в интервале изменения данного параметра на рельсобалочных станах, что согласуется с общепринятыми представлениями. Экспериментальные данные позволяют говорить о ярко выраженном нелинейном характере зависимости сопротивления стали Э78ХСФ пластическому деформированию от степени деформации, что свидетельствует о протекании динамической рекристаллизации в дополнении к динамическому возврату и полигонизации. Анализ влияния химического состава стали Э78ХСФ на ее сопротивление пластическому деформированию свидетельствует о повышении этой характеристики при увеличении концентрации в стали углерода, марганца, серы и фосфора и снижении сопротивления пластической деформации при увеличении содержания ванадия в стали. Полученные данные об отсутствии влияния на сопротивление пластической деформации стали Э78ХСФ изменения концентрации кремния и хрома (в рамках интервала изменения, соответствующего требованиям стандартов) позволяет сделать вывод о возможности использования разработанной методики расчета для определения сопротивления пластической деформации рельсовых сталей, не легированных указанными элементами. Адекватность предложенной методики подтверждена исследованиями энергосиловых параметров прокатки в условиях действующего универсального рельсобалочного стана АО «ЕВРАЗ ЗСМК» для сталей различного химического состава.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

811-819 91
Аннотация
Выполнен термодинамический анализ физико-химических процессов, протекающих в ванне конвертера при использовании газокислородных горелок для интенсивного нагрева ванны. В рабочем пространстве агрегата при взаимодействии факелов горения с конвертерной ванной подаваемые через горелки кислород и природный газ, а также подаваемый через фурму кислород взаимодействуют в барботируемой шлакометаллической эмульсии, в результате чего окисляются железо и примеси. Установлено, что использование факельных горелок изменяет состав газовой фазы, в которой кроме O2 , CO, CO2 присутствуют H2 и H2O, наличие которых изменяет окислительную способность газовой фазы. Присутствие твердого углерода (например, пылеугольного топлива) в факеле горелки может контролировать и интенсифицировать процесс горения, причем наиболее эффективен процесс горения при окислении углерода до СО при коэффициенте избытка кислорода менее 1,0. При окислении углерода расплава при изменении активности углерода в зависимости от его концентрации в расплаве и температуры изменяются и условия окисления углерода. В качестве универсальной характеристики описания равновесия в системе Me – O – C предложено использовать парциальное давление кислорода PO2  , а также сопутствующие характеристики PCO /PCO2 и PH2 /PH2O . Определено, что окисление железа может осуществляться кислородом и в незначительной степени диоксидом углерода, в то время как водяной пар при температурах 1600 – 2000 К железо практически не окисляет. Окисление растворенного в металле углерода осуществляется достаточно эффективно кислородом и диоксидом углерода до концентрации менее 0,1  %  С. Пар воды является очень плохим окислителем углерода, слабым окислителем марганца и кремния. С повышением температуры интенсивность окисления растворенного в металле углерода кислородом возрастает, марганца и кремния – понижается. Переокисленный шлак с  высоким содержанием оксида FeO при температурах выше 1800 К может служить окислителем кремния (до Si < 2 %), марганца (Mn < 1 %), углерода (С < 1,5 %).
820-825 106
Аннотация
Исследование влияния содержания оксида B2 O3 и основности шлака на вязкость системы СаО – SiO2  – В2 О3 , содержащей 25  % Al2 O3 и 8 % MgO (здесь и далее указаны проценты по массе), было выполнено с использованием симплекс-решетчатого метода планирования эксперимента, который позволяет получать математические модели, описывающие зависимость свойства от состава в виде непрерывной функции. Синтетические шлаки, соответствующие по составу вершинам изучаемого симплекса, выплавляли в графитовых тиглях из предварительно прокаленных оксидов марки ЧДА. Составы шлаков, соответствующие остальным точкам плана локального симплекса, получали встречной шихтовкой шлаков вершин симплексов. Вязкость шлаков измеряли в молибденовых тиглях с помощью электровибрационного вискозиметра в токе аргона при непрерывном охлаждении расплава от гомогенно-жидкого до твердого состояния. Используя экспериментальные данные, построили математические модели, описывающие связь температуры заданной вязкости с составом оксидной системы. Затем совмещением полученных диаграмм состав – температура заданной вязкости на изотермический разрез диаграммы состав – вязкость получили совокупность изолиний вязкости. Обобщение результатов математического моделирования и графического отображения на изотермическом разрезе диаграммы состав – вязкость позволило получить новые данные о вязкости оксидной системы СаО – SiO2  – В2 О3 , содержащей 25  % Al2 O3 и 8 % MgO в интервале основности от 2 до 5 и содержания 1 – 10 % В2 О3 . Шлаки изучаемой оксидной системы в интервале температур 1400 – 1500 °С характеризуются низкой вязкостью. При температуре 1400 °С вязкость шлаков основностью 2,0 – 2,5, содержащих 7 – 10 % B2 O3 , не превышает 3 – 4 Пз. Смещение шлаков в область основности 3 – 5 сопровождается при снижении содержания оксида B2 O3 до 2 – 6 % повышением вязкости шлаков до 12 Пз. Увеличение температуры до 1450 °С приводит к значительному снижению вязкости шлаков, которая в области основности 2 – 3 даже при содержании 4 % B2 O3 не превышает 4 Пз и увеличивается до 6 Пз в области основности 3 – 5 и содержании 1 – 3 % В2 O3 . При температуре 1500 °С вязкость шлаков в области основности 3 – 5 при содержании 1 – 4 % В2 O3 не превышает 4 Пз.

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

826-830 98
Аннотация
Методами оптической и просвечивающей электронной дифракционной микроскопии изучена эволюция структурно-фазовых состояний поверхностных слоев головки дифференцированно закаленных рельсов категории ДТ350 на глубину до 10 мм по выкружке после пропущенного тоннажа 691,8 млн. т брутто на экспериментальном кольце АО «ВНИИЖТ». Показано, что в исходном состоянии в головке рельсов присутствуют следующие структурные составляющие: зерна пластинчатого перлита (относительное содержание 0,7), зерна феррито-карбидной смеси (0,25), зерна структурно свободного феррита. После пропущенного тоннажа 691,8 млн. т брутто такое состояние сохраняется лишь на глубине свыше 10 мм. Отличительной особенностью структуры на этом расстоянии является большое количество изгибных экстинкционных контуров, что указывает на упругопластические искажения кристаллической решетки материала, Концентраторами напряжений исследуемой стали являются внутрифазные и межфазные границы раздела зерен феррита и перлита, пластин цементита и феррита колоний перлита, частиц глобулярного цементита и феррита. Преобразование структуры проявляется на макроуровне в формировании микротрещин, проходящих под острым углом к поверхности на глубину до 140 мкм, и в формировании обезуглероженного слоя. На микроуровне выявлено формирование упругопластических полей напряжений и разрушение пластин цементита перлитных колоний. Показано, что концентраторами напряжений являются внутри- и межфазные границы раздела зерен феррита и перлита, пластин цементита и феррита колоний феррита, частиц глобулярного цементита и феррита. В зернах структурно свободного феррита отмечено образование наноразмерных частиц цементита. Проведено сравнение с результатами эволюции структурно-фазовых состояний по выкружке объемно закаленных рельсов после пропущенного тоннажа 500 млн. т брутто: наиболее существенные преобразования структурно-фазовых состояний наблюдаются в поверхностных слоях. Эволюция структурно-фазового состояния перлита пластинчатой морфологии заключается в растворении пластин цементита, что приводит к формированию на месте пластины цементита цепочки частиц карбидной фазы глобулярной формы. Это возможно вследствие ухода атомов углерода из кристаллической решетки цементита на дислокации.
831-838 105
Аннотация
Исследованыособенности развития макроскопической неоднородности деформации в виде полос Чернова–Людерса на упругопластическом переходе в малоуглеродистой стали. Установлены основные закономерности зарождения и развития полос. Особое внимание уделено кинетике подвижных границ (фронтов) полос, определены характерные скорости. Показано, что темп формирования зародыша полосы Чернова–Людерса более чем на порядок выше темпа ее расширения. Рассмотрены ситуации, при которых в объекте одновременно развивается более одной полосы и поэтому наблюдается несколько движущихся фронтов. Установлено, что во всех случаях скорости движения фронтов полос Чернова–Людерса взаимно согласованы так, что в любой момент времени обобщенная скорость расширения продеформированной зоны является постоянной величиной. Проанализировано влияние скорости деформирования на кинетику фронтов полос Чернова–Людерса. Как обобщенная скорость расширения деформированной зоны, так и скорости индивидуальных фронтов возрастают с ростом скорости нагружения. Установлен нелинейный (степенной) характер этой зависимости. Фронты полос Чернова–Людерса имеют сложную структуру. Разные участки фронта могут двигаться с неодинаковыми скоростями, так что линия фронта локально искривляется и расщепляется. Перед фронтом в недеформированной части образца возможно зарождение предвестников, конфигурация которых напоминает зародыш полосы Чернова–Людерса. При встрече фронты смежных полос аннигилируют. Аннигиляция фронтов является комплексным процессом, который также характеризуется формированием предвестников и вторичных диффузных полос Чернова–Людерса. Эти факты демонстрируют, что упрощенное представление о полосе Чернова-Людерса как о деформированной области в нагружаемом образце, а о фронте полосы как о границе между деформированной и недеформированной зонами должно быть пересмотрено. Микроскопическая теория деформации Людерса основана на лавинном росте плотности подвижных дислокаций вследствие отрыва от центров закрепления и последующего размножения, который реализуется одномоментно на верхнем пределе текучести в пределах кристаллита (зерна). В то же время для формирования подвижного макроскопического деформационного фронта необходимо, чтобы без упрочнения пластическая деформация передавалась соседним зернам, то есть нужна зернограничная аккомодация. Полученные результаты дают основание полагать, что такой зоной аккомодации, по-видимому, является фронт полосы Чернова–Людерса, а потому он имеет сложное строение.
839-845 85
Аннотация
Работа посвящена выявлению и анализу закономерностей формирования наноструктурных, многофазных поверхностных слоев в высокохромистых сталях 12Х18Н10Т и 20Х13, подвергнутых облучению интенсивным импульсным электронным пучком на установке «СОЛО». Осуществлен термодинамический анализ системы Fe – Cr – C. Показано, что легирование углеродом сплавов Fe – Cr приводит к значительному изменению в них структурно-фазового состояния и оказывает определяющее влияние на области существования карбидов Me23С6 , Me7 С3 , Me3 С2 и Me3 С с α- и γ-фазами. Проведены численные расчеты температурного поля, формирующегося в поверхностном слое стали при облучении электронным пучком. Показано, что при плотности энергии пучка электронов 10  Дж/см2 независимо от длительности импульса пучка электронов (50  –  200  мкс) максимальная температура, достигаемая на поверхности образца к концу действия импульса, ниже температуры плавления стали. При плотности энергии пучка электронов 20  –  30  Дж/см2 и длительности импульса 50  мкс на поверхности облучения максимальная температура равна температуре кипения стали; при длительности импульса 200  мкс – достигает или превышает температуру плавления стали. Выполнены исследования структуры, механических и трибологических свойств поверхностного слоя образцов высокохромистых сталей 12Х18Н10Т и 20Х13, сформировавшегося при облучении интенсивным импульсным электронным пучком. Установлено, что электронно-пучковая обработка стали в режиме плавления и последующей высокоскоростной кристаллизации сопровождается растворением частиц исходной карбидной фазы состава Мe23С6 ((Cr,  Fe)23C6 ), насыщением кристаллической решетки поверхностного слоя атомами углерода и хрома, формированием ячеек дендритной кристаллизации субмикронных размеров, выделением наноразмерных частиц карбида титана и карбида хрома. В совокупности это позволило улучшить (относительно исходного состояния) прочностные и трибологические свойства исследуемых материалов. Для стали 12Х18Н10Т выявлено увеличение твердости поверхностного слоя в 1,5 раза, износостойкости в 1,5 раза, коэффициент трения снизился в 1,6 раза; для стали 20Х13 выявлено увеличение микротвердости в 1,5 раза, износостойкости в 3,2 раза, снижение коэффициента трения в 2,3 раза.

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

846-848 92
Аннотация
Дано описание разработанной в Сибирском государственном индустриальном университете одновалковой дробилки с принудительной подачей дробимого куска в зону разрушения за счет упора, расположенного на валке. Определены силы, действующие на дробимый кусок со стороны валка и неподвижной щеки в функции величины силы, действующей на кусок со стороны упора. На основании полученных результатов определено, что при постоянстве силы, приложенной со стороны упора, с уменьшением коэффициента трения между щекой и дробимым материалом происходит увеличение сил, действующих на дробимый кусок со стороны валка и щеки. Этим достигается уменьшение расхода энергии на дробление при прочих равных условиях, что уменьшает энергоемкость работы одновалковой дробилки с принудительной подачей материала в зону дробления.
849-850 33
Аннотация
10 ноября 2017 года исполняется 60 лет ректору Сибирского государственного индустриального университета (СибГИУ), заслуженному работнику высшей школы Российской Федерации, почетному металлургу, почетному работнику высшего профессионального образования Российской Федерации, доктору технических наук, профессору Протопопову Евгению Валентиновичу.
851 27
Аннотация
26 ноября 2017 года исполняется 70 лет члену ре- дакционной коллегии журнала Виктору Евгеньевичу Громову – известному в России и за рубежом металлофизику, Заслуженному деятелю науки РФ, Почетному металлургу РФ, члену Межгосударственного совета по физике прочности и пластичности материалов, члену Научного Совета РАН по физике конденсированных сред, доктору физико-математических наук, профессору, заведующему кафедрой естественнонаучных дисциплин им. профессора В.М. Финкеля Сибирского государственного индустриального университета


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)