Аннотация: Рассмотрен инновационный подход к совершенствованию технологии производства железорудного агломерата путем включения в процесс отходов полиэтилена. Первоначально железную руду подвергали обогащению магнитным методом и получали железорудный концентрат, который затем перерабатывали с полиэтиленовыми отходами для облегчения извлечения железа из руды и перевода его в железорудный агломерат. Оптимальное массовое соотношение железорудного концентрата, извести и полиэтиленовых отходов при приготовлении шихты составило 50:16:34. В результате получен железорудный агломерат с содержанием 58,94 % железа. Интеграция оксидов железа и отходов полиэтилена происходила при термообработке шихты в лабораторной печи в интервале температур 400–500 оC. Полученный железорудный агломерат подвергали анализу методом сканирующей электронной микроскопии и определяли его химический состав. В результате получен новый тип железорудного агломерата с качественными характеристиками. Разработанная технология позволяет повысить эффективность процесса агломерации и обеспечивает переработку отходов полиэтилена. Разработка более эффективной и экологически чистой технологии производства железорудного агломерата из железной руды позволит решить как проблемы эффективности использования ресурсов, так и управления отходами в черной металлургии.

Аннотация: Подгибка кромок листа является обязательной операцией при производстве одношовных стальных сварных труб большого диаметра. Обычно операция подгибки кромок плоского стального листа предшествует операции формовки трубной заготовки на прессах (например, по технологии компании SMS Meer). Однако при формовке трубной заготовки на трехвалковых вальцах операция подгибки кромок стального листа осуществляется после операции вальцовки листа (например, по технологии компании Haeusler). Это объясняется тем, что после формовки листа на трехвалковых вальцах на краях трубной заготовки остаются большие недеформируемые плоские участки листа (шлицы), которые препятствуют качественной газовой сборке краев трубной заготовки. Для решения этой проблемы компания Haeusler разработала роликовалковую кромкогибочную машину, расположенную после трехвалковых вальцов. В данной работе построена математическая модель расчета формы кромок стальной трубной заготовки при ее формовке на роликовалковой кромкогибочной машине Haeusler с двухрадиусным профилем поверхности валков.

Аннотация: Представлены результаты апробации индукционной термической обработки (ИТО) для улучшения механических свойств стали 40Х, используемой в качестве материала для штоков насосных тонкостенных штанговых глубинных насосов (ШГН) и оценки ее эффективности. Описаны преимущества ИТО, включая быстрый нагрев, минимизацию поверхностного обезуглероживания и экономию энергии. Приведен расчет необходимой глубины упрочнения. Обоснован выбор оборудования для проведения ИТО и измерения текущей температуры, а также перечислены основные технические характеристики индуктора и пирометра. Выполнен анализ влияния ИТО на микроструктуру стали, ее прочность и сопротивление усталости. Приведены результаты изменения микротвердости по глубине упрочненного слоя и усталостных испытаний полноразмерных образцов штоков, нагруженных поперечным изгибом при вращении. Показано, что ИТО по режиму, включающему закалку при 850 °C в воде и отпуск при 400 °C, приводит к существенному повышению сопротивления усталости по сравнению с накаткой резьбы и объемным упрочнением с использованием штоков из термоупрочненной стали 38ХГМ класса прочности Д. Представлен экономический анализ, демонстрирующий возможность снижения себестоимости и увеличения рентабельности производства ШГН за счет внедрения ИТО в процесс изготовления насосных штоков из стали 40Х.

Аннотация: Глобальные оценки антропогенных выбросов отстают от данных спутниковых наблюдений на 5–10 лет. Рассмотрена версия модели базы глобальных выбросов A Community Emissions Data System (CEDS), выпущенная в апреле 2023 г., с данными, распространяющимися до 2019 г. Рассчитаны новые данные и выполнена оценка выбросов черного углерода с 2000 г. для территории, прилегающей к ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ПАО «ММК»). Проведено сравнение с ранее полученными оценками по этой территории и анализ в разрезе времени и секторов, а также выполнена детализированная верификация с основными этапами развития ПАО «ММК». Уточненные годовые данные об оценках выбросов черного углерода для территории, прилегающей к ПАО «ММК», меньше предыдущих в версиях модели до 2014 г. за сопоставимые промежутки времени с сохранением общей динамики от прошлых версий модели к последней. Выявлено, что с 2014 г. наблюдается стабилизация выбросов с возможной намечающейся нисходящей динамикой после 2017 г. Показано, что прямая связь годовых выбросов черного углерода с объемами производства отсутствует. Важным в анализе динамики выбросов служит комплексная оценка объема производства с вводимыми мерами по усовершенствованию технологий производства и комплексами мер по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Проведенная верификация (на примере собранных данных о выбросах черного углерода) с основными этапами развития ПАО «ММК» показала, что рассчитываемые оценки по международной базе CEDS могут служить индикатором эффективности внедрения новых технологий по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

Аннотация: Параметры процесса оплавленной стыковой сварки арматурных сталей определяют качество сварного шва. Проведена оценка влияния основных параметров сварочного цикла на микроструктуру и механические свойства соединений стали 35ХГ2С и 25Г2С, сваренных оплавлением встык. Результаты показали, что термические циклы сварного шва характеризуются высокими пиковыми температурами и быстрыми скоростями нагрева и охлаждения, а соединения включают зону сопряжения сварного шва, крупнозернистую и мелкозернистую зоны и имеют мелкую равноосную зернистую структуру, содержащую феррит и перлит. Проведенный анализ микроструктуры с использованием детектора дифракции обратного рассеяния электронов показал, что малоугловые границы зерен с углом разориентации 2 ≤ Θ < 15 град. состоят из массива дислокаций. Большеугловые границы зерен с углом разориентации Θ ≥ 15 град. можно рассматривать как индикатор степени рекристаллизации. Механическая история характеризуется двумя параметрами: давлением осадки и припуском на осадку. Сочетание всех параметров сварки, определяет качество сварного соединения арматурных стрежней. В процессе осадки продолжительность воздействия высоких температур выросла с 0,4 до 0,7 с, при увеличении припуска на осадку с 3 до 7 мм увеличивает протяженность зоны термического влияния и воздействия высоких температур. Поскольку расстояние между точкой контактной поверхности постоянно сокращается по мере продвижения стадии искрения, фактическая температура контактной поверхности будет продолжать расти с увеличением общего времени сварки, что может привести к большему поступлению тепла во время процесса сварки. Это, в свою очередь, окажет влияние на последующую скорость охлаждения сварного соединения, последняя будет меньше. По результатам испытаний предел прочности сварных соединений из стали 25Г2С находится в пределах 398–430 МПа, для стали 35ХГ2С — 584–611 МПа, что соответствует нормативным требованиям, предъявляемым к арматурным сталям.

Аннотация: Прокатные профили являются востребованной продукцией металлургического передела и применяются в машиностроении, строительстве, горнодобывающем комплексе и др. Высокие темпы развития экономики страны требуют увеличения производства прокатной продукции и снижения себестоимости. Решить эти актуальные задачи можно путем совершенствования организации производства и, в частности, вопросов нормирования производительности. На примерах действующего производства рассмотрен тактовый подход при нормировании производительности технологически связанных прокатных цехов. Приведены нормативные модели функционирования обжимного цеха, позволяющие сформировать многоуровневую многофакторную базу рациональных нормативных тактов для расчетов нормативной производительности. Рассмотрена задача нормирования производительности сложной производственной системы, имеющей жесткую связь со смежной системой и разветвляющийся материальный поток.

Аннотация: Исследовано влияние фазового состава низкоуглеродистой мартенситной стали (НМС) 08Х2Г2НМФБ и элинварного сплава 21НКМТ на упругие характеристики (резонансную частоту fрез, разночастотность Δf и модуль упругости Е). Определены механические свойства. Структуру исследуемых материалов изучали методами дифракционного и металлографического анализа. Принципиальным структурным различием НМС и элинварного сплава является наличие в структуре НМС порядка ≈95 % реечного мартенсита, а в элинварном сплаве до 50 % реечного мартенсита и до 50 % ревертированного аустенита. Большое число межфазных границ в материале, используемом в качестве чувствительного элемента колебательной системы, представляют собой зоны сопротивления, которые могут вносить потери энергии при упругих колебаниях. Установлено, что тангенс угла наклона диаграммы разрушения у стали 08Х2Г2НМФБ больше, чем у 21НКМТ, что свидетельствует о более высоком значении модуля упругости. Прочностные характеристики сплава 21НКМТ значительно выше, чем у 08Х2Г2НМФБ (σв на 21 %, HRC — на 20 %). Однако низкоуглеродистая мартенситная сталь имеет лучшие показатели пластичности (δ — 7 %, ψ — 16 %) и упругих свойств (разночастотность Δf — 859 %, резонансная частота fрез — 213 %. Вычислены значения температурного коэффициента частоты для НМС 08Х2Г2НМФБ и сплава 21НКМТ, соответствующие диапазону (122–125)×10–6 1/°C и (38–41)×10–6 1/°C соответственно. Установлено, что температурная зависимость резонансной частоты НМС 08Х2Г2НМФБ ниже, чем у сплава 21НКМТ, но имеет более близкие к линейной форме изменения.

Аннотация: Представлен анализ влияния эксплуатационной H2S-среды на механические свойства мартенситной коррозионностойкой стали 30Х13, широко используемой в нефтяной промышленности России и зарубежья. Исследование включает разработанную методику предварительного анализа деградации механических свойств наводороженных образцов в сравнении с результатами длительного стандартного испытания по методу «А» NACE TM0177. Особое внимание уделено сравнительному анализу параметров карбидной фазы микроструктуры и деградации механических свойств образцов стали 30Х13 в зависимости от двух вариантов термообработки (ТО): закалка с температуры 1050 °C с последующим высоким отпуском на 680 °C и закалка с температуры 1050 °C с последующим сверхвысоким отпуском на 780 °C. Выбран и обоснован предпочтительный вариант ТО стали 30Х13 для условий, содержащих сероводород. Приведены результаты стойкости стали 30Х13 под напряжением в предельно насыщенной H2S-среде. Исследования показали, что результаты предварительного анализа коррелируют с результатами длительных стандартных испытаний по NACE TM-0177, а предложенные методики могут служить эффективным инструментом для подбора режимов ТО, сокращая время и затраты на начальном этапе исследований. Тем не менее для подтверждения результатов и обеспечения надежности материалов необходимо проведение общепринятых стандартных испытаний, зарекомендовавших свою достоверность.

Аннотация: Научная публикация приурочена к 90-летию со дня рождения выдающегося летчика-космонавта Ю. А. Гагарина. Рассмотрено, какое место литейное дело занимало в жизни первого космонавта планеты. Проведена научная реконструкция первых металлургических экспериментов на орбите в эпоху освоения космоса. Отмечено, как разнообразные теоретические планы советских ученых, руководимых Президентом АН СССР в 1961–1974 гг. М. В. Келдышем, в реконструируемой нами области воплотили в практику. Обозначено, что в итоге колоссального труда советских ученых и космонавтов космическая металлургия стала очевидной реальностью, а СССР стал абсолютным лидером в ее продвижении.

Аннотация: Показано, что Ni – Cr – B – Si-покрытие плунжеров штанговых скважинных насосов, работающих в Башкирии и Удмуртии, может быть подвержено коррозионному растрескиванию при циклических напряжениях в условиях воздействия соляной кислоты, сульфидов и хлоридов. Эти специфические повреждения существенно снижают надежность и долговечность плунжеров. Установлено, что почти перпендикулярное расположение развивающихся в покрытии трещин приводит к его фрагментации и отшелушиванию, формируя типичную морфологию повреждений Ni – Cr – B – Si-слоя, полученного методом газопламенного напыления. Сделано предположение о многостадийном механизме зарождения и развития трещин: появлении коррозионных каверн-очагов; зарождении в них радиальных трещин коррозионного растрескивания под напряжением, развивающихся в глубь покрытия; развитии подповерхностных осевых трещин контактной усталости. Процесс разрушения покрытия завершается его отслоением до тонкой светлотравящейся прослойки, которая остается на поверхности исследуемых плунжеров. Микроструктура покрытия состоит из матричного твердого раствора на основе никеля и представляет рактически замкнутую сетку смеси твердых фаз, включая карбиды и бориды хрома. Обнаружена переходная зона у границы покрытия и металла основы с измененной структурой, устойчивой к разрушению, вызванная диффузией входящих в состав покрытия элементов в материал основы. Рекомендованы меры по уменьшению охрупчивающих факторов, включая коррекцию содержания карбидов и боридов хрома в покрытии, а также модификацию длины плунжеров. Проведена оценка экономической эффективности улучшения устойчивости покрытия к сероводороду, включая снижение затрат.

Аннотация: Реечная структура вносит вклад в прочность 1–2 порядка больше, чем большеугловые границы пакетов. Формируются пакеты и рейки из аустенита, поэтому его свойства во многом определяют характеристики низкоуглеродистых мартенситных сталей (НМС). Калориметрическими и дилатометрическими методами исследованы фазовые превращения и структура низкоуглеродистой мартенситной стали 14Х2Г2НМФБ при полной закалке и закалке из межкритического интервала (МКИ) температур. Показано, что фазовые превращения при нагреве протекают по двум механизмам, начинаются со сдвигового, в некотором интервале температур наблюдается наложение сдвигового и диффузионного механизмов, а заканчиваются диффузионным. Определена энергия активации диффузионного перехода. Показано, что предпочтительным режимом заключительной закалки для получения наилучшего сочетания механических и эксплуатационных свойств является закалка из МКИ.

Аннотация: Приведены результаты исследования азотируемости биметаллической трубы, полученной методом холодной радиальной ковки, с внутренним слоем (лейнером), изначально являющейся сварной трубой из стали 08Х17Т. Биметаллические цилиндры используют в погружных плунжерных насосах, применяемых в нефтедобывающих скважинах. Под воздействием нагрузки, механических частиц и коррозионных процессов внутренний слой трубы изнашивается и нуждается в увеличении эксплуатационного ресурса. Для повышения эффективности работы изделия лейнер подвергают упрочнению методом ионно-плазменного азотирования. Показано, что после проведения холодной радиальной ковки объем сварной ванны не изменился, однако видоизменились форма и направленность зерен. Распределение твердости по всем зонам сварного шва практически одинаково, что гарантирует качество азотированного слоя, сформированного последующей поверхностной обработкой. Изучено влияние состава среды ионно-плазменного азотирования (при одинаковых технологических и энергетических параметров процесса) на азотируемость зон сварного шва. Исследованы структура и свойства полученных слоев. Установлено, что при проведении азотирования в среде диссоциированного аммиака твердость азотированного слоя в центре сварного шва существенно выше, чем в других его зонах. Такая «пятнистая» твердость отрицательно сказывается на эксплуатационных характеристиках изделия. Для снижения хрупкости азотированных слоев насыщение проводили в азотно-водородных средах с различным содержанием аргона и добавками метана. В результате проведенных исследований найден состав среды, при котором по всей внутренней поверхности лейнера получен равномерный упрочненный слой, включая зону сварного шва.

Аннотация: Представлены результаты анализа новой экономно легированной стали 44Х2Г2С2МФ. С использованием современного горизонтального закалочного дилатометра построена зависимость «количество аустенита – температура нагрева». В печах сопротивления с окислительной атмосферой выполнены режимы термической обработки, в рамках которых проводили нагрев на температуры полной и неполной аустенитизации. Выявлено, что в процессе непрерывного охлаждения стали из верхнего диапазона межкритического интервала температур образуются мартенсит-бейнит и карбиды различной дисперсности и формы. Количество мартенсит-аустенитсоставляющей не превышает 5 % после проведения каждого режима термической обработки. Испытания на ударный изгиб показали, что изломы имеют ямочное строение, распространение трещины происходило по телу зерна бывшего аустенита. Испытания на растяжение показали, что при нагружении стали 44Х2Г2С2МФ проявляется TRIP-эффект, в результате которого происходит деформационное γ→α-превращение, приводящее к увеличению пластичности. Анализ результатов исследования и литературных источников показал, что диапазон механических свойств стали 44Х2Г2С2МФ соответствует разным областям диаграммы пластичности автомобильных сталей, в том числе и в области высокопрочных сталей третьего поколения. Установлено, что для использования стали 44Х2Г2С2МФ в качестве высокопрочной стали третьего поколения необходимо проводить режимы термической обработки, заключающиеся в нагреве до температур аустенитизации выше 800 оC, но ниже или равной 830 оC, выдержке и охлаждении на спокойном воздухе.

Аннотация: Выполнен расчет сквозного баланса масс при выплавке стали 08Х18Н10 в дуговой сталеплавильной печи (ДСП) вместимостью 120 т. Рассмотрено влияние железистого остатка (болота) от предыдущей плавки низколегированного металла на показатели выплавки высоколегированной коррозионностойкой стали (расход ферросплавов и лигатур, удельную массу отходов на этапе разливки). Проведен сравнительный анализ способов оценки массы железистого остатка в ДСП от предыдущей плавки низколегированной стали при выплавке коррозионностойкой стали. Показано, что упрощенная методика оценки массы железистого остатка в ДСП, опирающаяся на фиксированный уровень выхода годного полупродукта в печи, дает недостоверные результаты, при которых нарушается баланс масс. Альтернативная методика оценки массы железистого остатка в печи от предыдущей плавки низколегированной стали, использующая допущение о постоянстве массы никеля в металле в ходе плавки, обеспечивает достоверные результаты, соответствующие практике производства коррозионностойкой стали. Установлено, что одна тонна железистого остатка приводит к разбавлению компонентов шихты и снижению концентрации никеля на 0,066 % и хрома на 0,125 % в полупродукте. Это вызывает увеличение расхода добавочных материалов на этапе внепечной обработки: феррохрома на 2,9 кг/т и металлического никеля на 1 кг/т полупродукта, выпущенного из ДСП. Кроме того, это способствует росту отходов на этапе разливки в виде сливов и недоливков на 0,85 кг/т полупродукта ДСП.