Аннотация: Коллективом ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г. И. Носова» разработана новая сталь повышенной прочности (σт ≥ 950 МПа, σв ≥ 1200 МПа) и хладостойкости (KCV–70 ≥ 30 Дж/см2) с целью ее применения в тяжелом машиностроении, в том числе и для изготовления сварных конструкций тяжелонагруженной техники. Основным требованием к стали, рассчитанной на работу при низких температурах, является гарантированная вязкость разрушения при рабочих температурах. В связи с этим выбор ключевых параметров сварки высокопрочных сталей для конструкций ответственного назначения, эксплуатируемых при отрицательных температурах, является одной из главных проблем, так как повышается риск появления холодных трещин. Проведена оценка сопротивляемости при сварке исследуемой стали образованию холодных трещин методом пробы «Тэккен». Исследовано влияние погонной энергии в диапазоне от 7,3 до 15,6 кДж/см на протяженность участков зоны термического влияния с крупнозернистой (зона перегрева) и с мелкозернистой (зоны нормализации) структурами. Показано, что при сварке с низкой погонной энергией без предварительного подогрева образуются холодные трещины. Установлено, что предварительный подогрев до температуры 100 °C при сварке с погонной энергией 7,3 кДж/см предотвращает образование холодных трещин, так как приводит к снижению скорости охлаждения металла, уменьшению разницы температур в зоне сварки и на периферийных участках, понижению напряжений первого рода и снижению количества видманштеттового феррита. Для исследуемой высокопрочной стали повышенной хладостойкости рекомендованы параметры дуговой сварки, обеспечивающие технологическую прочность сварного соединения.

Аннотация: Разработана усовершенствованная система управления электрическими режимами и перемещением электродов агрегата ковш-печь (АКП), отличительной особенностью которой является применение адаптивного нелинейного П-регулятора, позволяющего обеспечить показатели качества регулирования в контуре, близкие к техническому оптимуму, за счет линеаризации электрического и гидравлического контуров АКП как объектов управления на всем диапазоне рабочих длин дуг. В системе применен новый алгоритм, позволяющий адаптировать электрический режим работы печи к изменяющимся условиям аргонной продувки, что обеспечивает стабильные режимы горения дуг в нестабильной зоне. Система оснащена цифровым двойником АКП, применение которого способствует решению задач поиска оптимальных настроек системы при изменении производственных условий. Применение новой системы обеспечивает достижение технического эффекта в виде снижения величины удельного расхода электроэнергии, времени работы под током, а также расхода электродов относительно работы аналогичных систем зарубежного производства, представленных на современном рынке.

Аннотация: Проведен комплекс лабораторных и промышленных экспериментов по изучению влияния термомеханической обработки (ТМО) на структуру низкоуглеродистых микролегированных сталей. На основе выявленных закономерностей протекания структурных превращений под воздействием ТМО установлены особенности формирования действительной микроструктуры по толщине плит. Исследованы процессы собирательной рекристаллизации феррита на поверхности проката, оказывающие негативное влияние на показатели низкотемпературной ударной вязкости. Показано, что аустенитизация при температуре 900 °C перед деформацией и формирование мелкого аустенитного зерна, минимизируют негативное влияние собирательной рекристаллизации феррита на дисперсность конечной микроструктуры. Продемонстрировано влияние зерна аустенита и скорости последеформационного охлаждения на комплекс механических свойств. Для условий прокатного стана 5000 АО «Объединенная металлургическая компания» разработаны и освоены технологии изготовления стальных плит толщиной до 130 мм классов прочности С355-С440 (S355–S460), за счет применения различных вариантов ТМО, в том числе с регламентированными показателями ударной вязкости до –60 °C. Представлены результаты многостадийной ТМО, включающей двойную аустенитизацию заготовки, которая обеспечивает формирование по всей толщине плит однородной дисперсной микроструктуры, механических свойств и ударной вязкости при –80 °C.

Аннотация: Требования к повышению комплекса свойств стали наряду с обеспечением низкой себестоимости готовой продукции определяют необходимость поиска эффективных легирующих компонентов. В условиях литейно-прокатного комплекса АО «Выксунский металлургический завод» выполнено опытное производство рулонного проката из борсодержащей марганцовистой стали, используемой при производстве электросварных прямошовных обсадных и насосно-компрессорных труб группы прочности от J55 и выше для строительства нефтяных, газоконденсатных и газовых скважин в обычных или осложненных геологических условиях при интенсивных сминающих нагрузках на тело трубы, а также для извлечения и нагнетания жидкостей и газов из них. Опытным путем определены оптимальные условия технологии внепечной обработки и непрерывной разливки стали на тонкослябовой машине непрерывного литья заготовок для получения бездефектной продукции с заданными свойствами. Полученные результаты в готовой трубной продукции подтверждают эффективность использования бора в повышении прокаливаемости до 10 раз по сравнению с аналогичной сталью без добавления бора. В ходе проведения опытных работ выявлено отрицательное влияние повышенного содержания бора в стали на образование дефекта макроструктуры тонкого сляба в виде «гнездообразной» трещины. Выполненные исследования макро- и микроструктуры непрерывнолитого сляба позволили установить природу возникновения «гнездообразной» трещины вследствие избыточного содержания бора в стали и образования легкоплавкой эвтектики соединений бора с железом. Изучение микроструктуры проката подтвердило влияние определенного содержания бора в стали на повышение однородности и уменьшение размера зерна.

Аннотация: Технологически сложные и потенциально опасные производства, к которым относят черную металлургию, имеют ряд задач, которые потенциально могут быть решены с использованием методов искусственного интеллекта. Одной из таких задач является проблема своевременного обнаружения поверхностных дефектов труб большого диаметра. К модели компьютерного зрения, предназначенной для облегчения труда дефектоскописта, выдвигают ряд требований: своевременность детектирования, правильность классификации и низкое число ложных срабатываний. Представлена методика разработки системы детектирования и классификации поверхностных дефектов на основе компьютерного зрения для труб большого диаметра. В результате анализа публикаций по тематике распознавания дефектов методами компьютерного зрения и на основе данных, полученных в реальных производственных условиях на площадке окончательного осмотра труб участка отделки Выксунского завода ОМК, сформулированы общие подходы к проектированию программного обеспечения, метрикам оценки моделей детектирования и классификации и последовательности действий персонала. В рамках работы представлен сравнительный анализ различных подходов к построению моделей компьютерного зрения. Предложена схема расчета разрешения и числа камер для эффективного использования технических мощностей. Архитектура программного обеспечения в совокупности с предложенным подходом к разметке обучающего множества позволяют более продуктивно и оперативно собирать обучающее множество. Разработанные методы и подходы в настоящий момент проходят апробацию и способствуют накоплению данных для последующей оценки их эффективности.

Аннотация: Представлены результаты исследования экспериментальной валковой стали для рабочего слоя двухслойного прокатного валка. Надежную и долговечную эксплуатацию валка в клети прокатного стана обеспечивают твердость, износо- и термостойкость материала рабочего слоя. Проведены исследования влияния вольфрама на данныепока затели. При помощи термического анализа определены температурные интервалы, в которых происходит растворение карбидной фазы, а также другие физико-химические процессы, связанные с нагревом сплава. Тепловые эффекты, выявленные в процессе термического анализа, свидетельствуют о наличии в экспериментальных сплавах карбидов I и II рода, а также позволяют определить температурные интервалы их растворения в процессе нагрева и выдержки валка в термической печи. Установлено, что в процессе термической обработки карбиды II рода не растворяются в твердом растворе, что объясняет их наличие в структуре после термической обработки и прямом формировании свойств готового изделия. Наибольшей термостойкостью обладает экспериментальный сплав, легированный вольфрамом в пределах 1,0 %. Такая концентрация обеспечивает оптимальный размер зерна и количество карбидной фазы в структуре сплава, которая часто является причиной возникновения трещины в процессе термоциклирования. Определены параметры карбидной фазы, при которых исключено трещинообразование в ходе термоциклирования экспериментальной стали. Установлено влияние вольфрама на коэффициент износостойкости валковой экспериментальной стали. Карбиды вольфрама имеют большую твердость, чем карбиды хрома, молибдена, тем самым способствуя повышению износостойкости сплава в целом.

Аннотация: Рассмотрена возможность проведения качественной оценки напряженно-деформированного состояния, возникающего в стальном прокатном валке в исполнении HiCr. Применена количественная оценка распределения температурных градиентов по сечению тела отливки. Отмечено, что часто брак в литых заготовках возникает при их термической обработке в виде нарушения сплошности тела отливки. Это в полной мере относится к литым прокатным валкам, имеющим компактную поверхность и, как следствие, подверженным браку по образованию холодных трещин. Для оценки теплового состояния прокатного валка в процессе термической обработки адаптирован математический аппарат на основе численного решения задачи теплопроводности. На основе полученных алгоритмов разработан программный продукт, обеспечивающий прогнозирование теплового состояния прокатного валка и возникающих в нем температурных градиентов в динамике. Проанализировано напряженное состояние номенклатурного ряда валков в исполнении HiCr. Выявлены критические температурные градиенты, величина которых позволила скорректировать существующий режим термической обработки прокатных валков. Отмечено, что наибольшие градиенты возникают при тепловом ударе вследствие резкого охлаждения тела литой заготовки в процессе закалки. Однако такое деформационное воздействие смягчается высокой пластичностью металла в области воздействия теплового удара. Остальные экстремумы температурных градиентов значительно ниже. Их воздействие в температурных областях с низкой пластичностью материала может привести к нарушению слошности тела отливки. По результатам проведенных исследований разработан «смягченный» режим термической обработки стальных прокатных валков исполнения HiCr при одновременном сокращении его продолжительности на 6,25 %.

Аннотация: Процессы непрерывной разливки стали имеют преимущества по сравнению с разливкой в изложницы: более точные размеры поперечного сечения непрерывнолитой заготовки (НЛЗ) квадратного, прямоугольного, круглого или другого сечения; фактическое подавление зональной ликвации; применение регулируемого водяного охлаждения, формирующего макро- и микроструктуру НЛЗ; возможность минимизации развития дендритного столбчатого кристаллического строения заготовки за счет повышения скорости кристаллизации и подавления направленного градиентного роста дендритов, применения электромагнитного перемешивания (ЭМП) жидкого металла при его кристаллизации; использование программируемой частоты колебаний кристаллизатора, улучшающей комплекс свойств НЛЗ. К недостаткам непрерывной разливки относят микропрорывы и затягивание стаканов-дозаторов. Они обусловлены нарушением технологии производства НЛЗ: низкой температурой разливки — незначительным перегревом разливаемой стали над температурой ликвидуса; наличием тугоплавких неметаллических включений (НВ) — «настылей», которые откладываются на стенках разливочных стаканов-дозаторов. При этом внутренние каналы таких стаканов уменьшаются в диаметре, вследствие чего процесс разливки замедляется или прекращается. Поэтому такой ручей «закрывается», и разливка продолжается на оставшихся в работе ручьях. Это приводит к снижению производительности, ухудшению в ряде случаев качества НЛЗ, иногда к перенастройке установки непрерывной разливки стали, возможны аварийные остановки оборудования. «Настыли» состоят из тугоплавких оксидов алюминия (Al2O3), магнезиальной шпинели (MgO·Al2O3) в присутствии CaO, SiO2. Их образование обусловлено материалами стаканов-дозаторов, продуктами раскисления стали (НВ эндогенного происхождения) и разрушения футеровок сталеразливочных и промежуточных ковшей (НВ экзогенной морфологии). Технико-технологические мероприятия по предотвращению образования «настылей» включают в себя выбор эффективных материалов стаканов-дозаторов, исключающих отложение «настылей» на их внутренних стенках (создание условий для несмачивания материала стаканов-дозаторов оксидами), соблюдение разработанных технологий выплавки стали, ее внепечной — ковшевой обработки и непрерывной разливки.

Аннотация: Кафедра литейных процессов и материаловедения организована в 2014 г. в результате объединения кафедр электрометаллургии и литейного производства (ЭМиЛП) и материаловедения и термической обработки металлов (МиТОМ).

Аннотация: Повышение таких эксплуатационных свойств деталей и конструкций, как стойкость к коррозии и износу, является крайне важной областью материаловедческих исследований. Поверхностное легирование коррозионностойкими элементами (хромом и никелем) позволяет решить эту задачу. Рассмотрено получение хромоникелевых диффузионных покрытий на поверхности углеродистых сталей путем химико-термической обработки из раствора хрома и никеля в эвтектике (Pb – Bi) за счет последовательного и одновременного диффузионного осаждения хрома и никеля. В качестве транспортного расплава выбран эвтектический сплав висмута со свинцом, имеющий температуру плавления 125 °C. Выполнено диффузионное насыщение хромом Х99 и никелем Н-1 образцов из углеродистой стали марок 20, 45 и У8. Проведен металлографический анализ с целью изучения структуры, оценки характера полученных покрытий и выявления закономерностей в зависимости от режима насыщения и обрабатываемого материала. Измерена микротвердость по методу Виккерса. При формировании хромоникелевых покрытий на углеродистых сталях в поверхностных слоях образуется карбидный слой на основе хрома твердостью 1800–2000 HV. Химический состав поверхности обработанных образцов оценивали методом рентгенофлуоресцентного анализа.

Аннотация: Технология восстановления водородом с нулевыми выбросами парниковых газов является перспективной альтернативой карботермического процесса, реализуемого по классической схеме «доменная печь – конвертер». Представлены результаты исследования кинетики восстановления гематитовых руд водородом в условиях стационарного и вихревого слоя. Аппарат вихревого слоя представляет собой магнитный индуктор, в который установлена печь сопротивления с проточным реактором из коррозионностойкой стали, в который загружают восстанавливаемый материал и магнитные иглы. Под действием магнитного поля иглы приходят в движение и взаимодействуют с материалом, друг с другом и стенками камеры. Исследованы три образца руды российских и китайских месторождений со значительными различиями в морфологии и составе. Руда А (российского происхождения) содержит сферические частицы с низким содержанием железа, но высоким содержанием кремнезема, руды В и С (китайского происхождения) — игольчатые частицы с высоким содержанием железа и низким содержанием кремнезема. В качестве образца сравнения использован порошок чистого гематита. Превращение гематита в магнетит и железо исследовано в токе водорода при температурах 375 и 400 °C в условиях стационарного и вихревого слоя. Для изучения свойств исходных материалов, промежуточных и конечных продуктов применены методы сканирующей электронной микроскопии, энергодисперсионной спектроскопии и рентгеновской дифрактометрии. Расчет констант скоростей проведен по модели МакКевана. Показано, что процесс восстановления железных руд водородом протекает более интенсивно в условиях стационарного слоя, а скорость восстановления чистого Fe2O3 выше в условиях вихревого слоя. Полученные результаты указывают на критическое влияние примесей (диоксид кремния) и полидисперсности исходного порошка на кинетику восстановления водородом.

Аннотация: Основной задачей современного металлургического производства является обеспечение выпуска металлопродукции, соответствующей требованиям потребителя. Для контроля качества металлопродукции на всех этапах технологического процесса производства используют различные методы неразрушающего контроля. Горячекатаный металлопрокат производят в широком размерном диапазоне, что следует учитывать при выборе метода неразрушающего контроля. Подчеркнута значимость правильного выбора дефектоскопической аппаратуры для контроля внутренних дефектов горячекатаного проката в зависимости от толщины металлопроката и особенностей технологической линии листоотделочного участка. Рассмотрено применение бесконтактного способа введения ультразвуковой волны для горячекатаного листа толщиной от 2 до 25 мм после порезки рулонов. Для горячекатаного листа толщиной от 8 до 50 мм после порезки раската возможно применение как контактного, так и бесконтактного способа ввода ультразвуковой волны, где следует рассматривать уже технологические особенности участка отделки готового листового проката. При производстве толстолистового проката толщиной 50–160 мм, когда для придания размерных характеристик не хватает мощности оборудования технологического участка и порезка осуществляется газокислородным способом, для решения задач по контролю внутренних дефектов описан механизированный ультразвуковой контроль. Для определения объекта контроля введено понятие «единица продукции», что позволяет идентифицировать горячекатаный металлопрокат в зависимости от размеров как горячекатаный раскат, горячекатаный лист после порезки раската и горячекатаный лист после порезки рулона. Основным видом внутренних дефектов плоского горячекатаного металлопроката при проведении контроля является несоответствие класса сплошности. Показано применение ультразвукового контроля в качестве неразрушающего метода определения свойств металлопродукции различного назначения. Приведены результаты применения неразрушающих методов контроля металлопроката из трубных марок стали в период 2022–2023 гг. Показано, что визуально-измерительный контроль эффективен для обнаружения поверхностных дефектов. Данные дефекты могут быть удалены механической обработкой. Для обнаружения внутренних несплошностей эффективно применение ультразвукового контроля. Использование автоматизированных установок контроля позволяет интегрировать получаемые данные о дефектах металлопроката в общую систему управления производством. Это является основанием для разработки и принятия решений по устранению причин возникновения дефектов различной природы на всех этапах технологического процесса производства металлопроката.

Аннотация: Представлены результаты конечно-элементного анализа процесса двухвалковой винтовой прокатки с прошивкой исходного круглого стального проката. Исследована конечная стадия этого процесса. Клеть винтовой прокатки оснащена направляющими приводными дисками. Момент завершения процесса прошивки круглого стального проката характеризуется потерей заготовкой правильной геометрической формы. Для моделирования процесса винтовой прошивки применен российский программный комплекс QForm 11-й версии. Методом трехмерного моделирования установлены закономерности кинематики процесса формоизменения заднего торца заготовки в очаге деформации прошивного стана. Описан механизм образования дефектов на заднем торце гильзы при использовании заготовки с плоским задним торцом. Причиной образования различных дефектов на заднем торце гильз типа «юбка», «пятак» и «серьга» является действие прошивной оправки на деформируемую заготовку и образование утяжины на торце заготовки в конечной стадии деформирования. При использовании задней центровки на торцевой поверхности гильз качество задней части гильзы получается лучше, повышается и точность задних концов труб, и стойкость оправок раскатных станов, что весьма актуально для трубопрокатных агрегатов с непрерывным раскатным станом, работающим на удерживаемой или частично удерживаемой и перемещаемой оправке. Моделированием показано, что и при задней центровке на внутренней поверхности гильз высока вероятность образования внутренних дефектов, указаны причины их образования.

Аннотация: Исследован процесс растяжения цилиндрических образцов. В практике испытаний на растяжение для расчета эквивалентных напряжений распространение получили модели Бриджмена, Давиденкова – Спиридоновой и Остсемина. Актуальной проблемой определения эквивалентных напряжений на стадии формирования шейки является оценка точности получаемых результатов. Выполнена оценка эффективности известных методик определения эквивалентных напряжений в сечении шейки выполнена способом обратного моделирования процесса испытания образца в программе Deform–2D. При постановке задач компьютерного моделирования процесса растяжения пятикратных образцов с диаметром рабочей части 5 мм в соответствии с ГОСТ 1497–84 использовали кривые упрочнения для стали марки 09Г2С, полученные ранее с применением системы оптического измерения профиля шейки. Кривые упрочнения получили с учетом радиуса кривизны шейки согласно моделям Бриджмена, Давиденкова – Спиридоновой и Остсемина. Точность определения эквивалентных напряжений оценивали путем сравнения зависимостей радиуса кривизны шейки от степени деформации, полученных в ходе компьютерного моделирования и лабораторных экспериментов, а также путем сравнения фактических усилий растяжения и усилия, полученных в компьютерной модели.

Аннотация: Рассмотрено влияние состава и состояния основного электрооборудования дуговой сталеплавильной печи (ДСП) на ее производительность и длительность безаварийной работы. Обеспечение заданной производительности и минимальных потерь рабочего времени в цикле плавки являются основными факторами достижения заданной эффективности производства всего агрегата в целом. Показана прямая связь между напряжением, стабильность которого обеспечивает статический тиристорный компенсатор (СТК), и электрической мощностью, вводимой в печь. Электрическая энергия в общем тепловом балансе составляет в среднем не менее 70–85 % в зависимости от состава шихты и существенно влияет на продолжительность плавки. Работа печи без СТК или в неполном его составе заметно снижает мощность и производительность печи. Для обеспечения безаварийной и бесперебойной работы необходимо выявлять слабые места и звенья в технологической цепи выполнения операций, а также в электрическом оборудовании, участвующем в этих операциях. Приведена статистика отказов основных элементов системы электроснабжения ДСП за длительный (15 лет) срок эксплуатации, при этом особое внимание уделено повреждению кабельных линий. Отмечено несоответствие между номинальным и фактическим значениями напряжения кабельных муфт. Рассчитаны и приведены убытки двух категорий: от перерывов электроснабжения в результате повреждения кабельных линий при различных вариантах совместной работы ДСП и СТК, и наиболее значимые прямые потери производительности ДСП при отсутствии или неполном составе компенсирующего устройства.