Аннотация: Представлены результаты компьютерного моделирования процесса сплавления рабочего слоя прокатного валка из высоколегированной стали с сердцевиной, позволившие определить температурно-временные условия, при которых происходит прочное сцепление разнородных металлов, а также обеспечивается безаварийная работа прокатного валка в станах горячей прокатки. В процессе получения прокатного валка одной из важнейших операций является заливка сердцевины высокопрочным чугуном. Итогом этой операции является качественное сцепление рабочего слоя и сердцевины. Приведены результаты анализа температурно-временных параметров процесса сплавления рабочего слоя и сердцевины, а также определены условия, при которых достигается их наилучшее сцепление. Расчетным путем определены тепловые поля в системе «изложница — рабочий слой — сердцевина», которые формируются в этой системе после заливки высокопрочного чугуна. Определен градиент температур, который может быть достигнут при заливке чугуна поверх закристаллизовавшегося рабочего слоя, а также температурно-временные условия взаимодействия чугуна со сталью, обеспечивающие качественное сплавление рабочего слоя с сердцевиной. Результаты компьютерного моделирования в системе компьютерного моделирования «ПолигонСофт» проверены при помощи ультразвукового контроля опытного прокатного валка, а также оценены при помощи металлографического анализа зоны сплавления. Методом металлографического анализа исследована структура зоны сплавления стали и чугуна, проведен сравнительный анализ твердости сплавов в сечении бочки валка от сердцевины через зону сплавления к рабочему слою. Установлено, что твердость сердцевины в 2 раза ниже, чем рабочего слоя, протяженность зоны сплавления составляет порядка 1000 мкм.

Аннотация: Многолетний опыт работы ученых ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г. И. Носова» позволил разработать химические составы сталей и режимы термической обработки, обеспечивающие заданный уровень механических свойств, а также освоить инновационные технологии производства четырех видов металлопроката из хладостойких высокопрочных сталей. Представлены итоги разработки новых хладостойких высокопрочных сталей для их многоцелевого применения в различных отраслях техники. Выявлено, что стали двух систем легирования после закалки, а также после закалки с последующим отпуском обеспечивают комплекс трудносочетаемых механических характеристик, определенный для четырех видов материалов: 1) σв = 580-950 МПа и KСV-70 ≥100 Дж/см2 после закалки от 860 оС и отпуска при 600 оС; 2) σв = 950-1200 МПа и KСV-70 ≥50 Дж/см2 после закалки от 860 оС и отпуска при 500 оС; 3) σв = 1200-1500 МПа и KСV-70 ≥30 Дж/см2 после закалки от 860 оС; 4) σв ≥ 1500 МПа и KСV-70 ≥25 Дж/см2 после закалки от 910 оС. Установлено, что применение закалки при термической обработке обеспечивает наиболее высокие значения хладостойкости (KСV-70 ~ до 50 Дж/см2) для стали с максимальным содержанием элементов (% (мас.)) 0,23 С — 0,3 Si — 1,2 Mn — 2,4 (Ni + Cu + Mo) — 0,03 Ti — 0,005 B за счет повышенного содержания комплекса добавок (Ni + Cu + Mo); а режим «закалка — высокий отпуск» позволяет достигать значения хладостойкости KСV-70 ~ до 250 Дж/см2 для стали химического состава (% (мас.)) 0,24 С — 0,6 Si — 1,6 Mn — 0,3 (Ni + Cu + Мо) — 0,005 B за счет более полного разрушения реечного строения α-фазы в микроструктуре и протекания процесса сфероидизации.

Аннотация: Исследованы фазовые переходы компонентов замасленной окалины с помощью метода дифференциальной сканирующей калориметрии на синхронном термоаналитическом приборе STA (Jupiter 449 F3) компании NETZSCH в условиях непрерывного нагрева образца до температуры 1450 оC со скоростью 10 оC/мин в среде аргона. Поглощение тепла на испарение воды в количестве 230,3 кДж/кг протекало в температурном интервале 65–148 оС. Результирующий тепловой эффект в интервале температур интенсивного испарения масла от 170 до 480 оС являлся слабо экзотермическим и составлял 25,4 кДж/кг из-за процессов кристаллизации аморфной фазы. В точке Кюри магнетита (590,2 оС) эндотермический эффект составил 12,8 кДж/кг, в интервале температур от 745 до 857 оС — 75,6 кДж/кг из-за восстановления магнетита до вюстита остаточным углеродом, при локальном восстановлении FeO до металлического железа при температуре 1141,7 оС — 10,5 кДж/кг, в интервале температур плавления вюстита 1367–1412 оС при продолжающемся восстановлении FeO — 189,2 кДж/кг. Рассчитана эквивалентная теплоемкость для различных температурных интервалов. Для условий верхней зоны интенсивного теплообмена эквивалентная теплоемкость изменялась от 25 до 9113 Дж/(кг·оС) при движении окалины от колошника в направлении горна печи. Расчетное снижение удельного расхода кокса при загрузке замасленной окалины с расходом 5 т/сут (1,3 кг/т чугуна) составило около 0,1 кг/т чугуна, уменьшение температуры колошникового газа — около 0,2 оС.

Аннотация: В настоящее время на территории Российской Федерации разработаны технологии изготовления и осуществлено опытно-промышленное производство на металлургических заводах конструкционной стали с высоким уровнем хладостойкости в толщинах до 80 мм с гарантированным уровнем трещиностойкости в толщинах до 50 мм. Однако для масштабного освоения Арктического региона требуется применение сталей толщиной до 150 мм. Приведены структуры листового проката толщиной 80–150 мм из судостроительных сталей с гарантированным пределом текучести от 315 до 690 МПа, изготовленные по технологиям нормализации, термомеханической обработки и закалки с прокатного нагрева и отпуска. Представлены результаты определения механических свойств, критических температур перехода в хрупкое состояние, трещиностойкости для листового проката толщиной 80–150 мм из судостроительных марок стали. Исследована поверхность разрушения образцов после испытаний на ударный изгиб при низких температурах. Предложены критерии оценки качества толстолистового проката, гарантирующие его работоспособность при низких температурах. В результате исследования установлено, что формирование выраженной структурной неоднородности, связанной в первую очередь с разнозернистостью аустенита и наличием протяженных областей бейнита реечной морфологии размером более 100 мкм, является основным фактором, который приводит к повышению анизотропии механических свойств, снижению хладо- и трещиностойкости листового проката больших толщин из низкоуглеродистой судостроительной стали вне зависимости от ее легирования (уровня прочности) и технологии изготовления.

Аннотация: Проведена оценка целесообразности проведения окончательной термической обработки крупногабаритных тонкостенных шестигранных труб и, соответственно, возможности исключения этой операции из технологии производства. Представлены результаты исследования механических свойств стали марки ЭП450-Ш в зависимости от сечения трубной продукции и ее фактического состояния: 1) трубы-заготовки круглого сечения номинальным размером 50×0,87 мм в состоянии после термической обработки; 2) масштабные образцы труб шестигранного сечения номинальным размером 45,2×0,87 мм, полученные профилированием в один проход; 3) масштабные образцы труб шестигранного сечения номинальным размером 45,2×0,87 мм, полученные профилированием в семь проходов. В результате исследований установлено, что профилирование с увеличением проходов и степени деформации до ~2,2 % несущественно повышает предел текучести стали марки ЭП450-Ш — до 6–8 %, обеспечивая при этом гарантированное выполнение требований нормативной документации как при комнатной, так и при повышенной температурах. По относительному удлинению выявлена иная закономерность: профилирование с большим числом проходов при степени деформации ~2,2 % приближает относительное удлинение стали марки ЭП450-Ш при повышенных температурах к минимально требуемой границе значений, а в один проход при степени деформации ~1,4 % профилирование не обеспечивает требований к удлинению при комнатной температуре. Обобщение этих результатов показало, что даже при незначительных суммарных деформациях, сопровождающих процесс профилирования шестигранных труб, выполнение окончательной термической обработки и, соответственно, сопутствующих последующих операций по отчистке, правке и др. являются обязательными и не подлежат исключению.

Аннотация: Предложено использование сталей с трип-эффектом в качестве перспективной альтернативы традиционным средне- и высокоуглеродистым сталям, применяемым в производстве крепежных изделий. Метастабильная микроструктура трип-сталей обеспечивает эффект интенсивного динамического упрочнения и высокую вязкость разрушения, что позволяет крепежу адаптироваться к экстремальным нагрузкам за счет реализации фазового превращения аустенита в мартенсит при деформации. Потенциал применения разрабатываемой технологии является крайне обширным вследствие существенной номенклатуры крепежных изделий на предприятиях метизной отрасли. C использованием мультимасштабного компьютерного моделирования показано, что сохранение остаточного аустенита в микроструктуре конечного крепежного изделия из стали с трип-эффектом позволяет повысить износостойкость и эксплуатационную надежность этого элемента в результате поверхностного упрочнения, что принципиально важно для областей их применения со сложно прогнозируемыми условиями эксплуатации, характеризуемыми неконтролируемыми ударными, импульсными нагрузками, а также интенсивным износом. Также показаны возможности гибкого структуро- и свойствообразования непосредственно в ходе производства крепежных изделий, что открывает широкие перспективы применения сталей с трип-эффектом для разработки самоадаптирующихся конструкционных элементов для объектов с повышенным риском угроз техногенного характера.

Аннотация: Проведено исследование структуры и комплекса механических свойств листовых полуфабрикатов из новой высокопрочной среднеуглеродистой свариваемой Cr – Ni – Mo – V – Nb-стали после различных режимов предварительной и окончательной термической обработки. Выбраны технологические параметры предварительной деформационно-термической обработки, включающие закалку с прокатного нагрева (ТМО) и сфероидизирующий отжиг, обеспечивающие получение мелкозернистой однородной перлитной структуры. В результате исследований влияния температуры и длительности нагрева под закалку, вида охлаждающей среды, температуры и продолжительности нагрева при низком отпуске на структуру, твердость, механические свойства при растяжении и ударном изгибе определены параметры режимов окончательной термической обработки заготовок из исследуемой стали, обеспечивающих работоспособность деталей в условиях интенсивного ударного нагружения.

Аннотация: Рассмотрены актуальные проблемы защиты стальных трубопроводов для нефтегазовой промышленности. Особое внимание уделено анализу применения традиционных марок стали (Ст3, Ст20, 09Г2С) и проблемам их эксплуатации, связанным с внутренней и внешней коррозией при транспортировке агрессивных сред и различными факторами окружающей среды. В качестве защитного покрытия для стальных трубопроводов выбраны неорганические стеклоэмалевые покрытия, а также рассмотрены их преимущества и недостатки. Установлено, что основной проблемой данных покрытий является недостаточная коррозионная стойкость. Выявлено, что покрытия, которые демонстрируют стойкость к воздействию одного или нескольких реагентов, могут оказаться неэффективными в отношении других агрессивных сред. Для повышения стойкости к коррозии рассмотрены оксидные и минеральные модифицирующие добавки. В результате анализа научной литературы выбраны оксид циркония (ZrO2) и минеральная добавка стронцианит (SrCO3). Приведены методики подготовки сырьевых материалов, варки стекломассы и грануляции фритт. Проведены исследования коррозионной стойкости при воздействии 4%-ной уксусной кислоты. Рассмотрены микроструктуры разработанных неорганических стеклоэмалевых покрытий при 50-кратном увеличении. В результате проведенного исследования установлено, что наибольшую коррозионную стойкость имеет состав с добавлением в качестве модифицирующей добавки 6 % ZrO2. Полученные результаты могут быть использованы при разработке новых составов неорганических стеклоэмалевых покрытий для защиты трубопроводов с улучшенными защитными характеристиками.

Аннотация: Представлено исследование влияния размеров пор в железорудных окатышах на их прочность с использованием метода клеточных автоматов. Актуальность работы обусловлена ростом производства и потребления окатышей, при этом одним из основных факторов, влияющих на их свойства, является пористость. Целью работы является изучение формирования трещин в окатышах с использованием методологии клеточных автоматов и оценки их взаимосвязи с величиной пор и прочности. Для моделирования поровой структуры применялся подход клеточных автоматов, который позволяет учитывать стохастический характер формирования пор и их эволюцию при термообработке. Клеточные автоматы представляют собой дискретные математические модели, состоящие из сетки ячеек, каждая из которых может находиться в одном из конечного числа состояний. Изменение состояния ячеек происходит по заданным правилам в зависимости от соседних ячеек. Моделирование проводили в двумерном пространстве с квадратной решеткой, где каждая ячейка могла находиться в одном из двух состояний: 0 — пора; 1 — твердое вещество. Результаты показали, что мелкие (менее 0,26 мм) поры создают большее число зародышей трещин, что снижает прочность окатышей на 20–25 % по сравнению с окатышами, имеющими крупные (более 0,26 мм) поры. Установлено, что увеличение площади поверхности пор за счет уменьшения их размера повышает восстановимость окатышей, но одновременно способствует быстрому возникновению и распространению трещин, снижая их прочность. Таким образом, оптимизация металлургических свойств окатышей требует поиска рационального сочетания параметров пористой структуры.

Аннотация: Сохранение и развитие научно-технологического потенциала танковой промышленности СССР в годы Великой Отечественной войны по праву стало одним из столпов военной победы советского народа. Значительный вклад в Победу внесли отечественные инженеры-металлурги, сумевшие в критических условиях эвакуации быстро организовать выпуск танковой брони, башен и бронекорпусов. Данная статья посвящена выдающемуся, но малоизвестному в наши дни советскому инженеру Д. Я. Бадягину, который, занимая должность главного металлурга Уральского завода тяжелого машиностроения (УЗТМ), в 1941–1943 гг. внес значительный вклад в усовершенствование и развитие технологических процессов выпуска танковой брони. В том числе и благодаря его усилиям предприятие стало крупнейшим бронекорпусным заводом Наркомата танковой промышленности и активно боролось за повышение качества танковой брони высокой и средней твердости. Публикация рассматривает ключевые организационно-технические достижения Д. Я. Бадягина в деле организации металлургического производства УЗТМ для нужд фронта в 1941–1944 гг.

Аннотация: Представлены результаты исследования высокопрочных хладостойких сталей для применения в тяжелонагруженной строительной технике и промышленном оборудовании ответственного назначения системы С – Si – Mn с содержанием 0,15-0,22 % С трех вариантов легирования с различным содержанием никеля, меди, молибдена и микролегирующих добавок ниобия, ванадия, титана и бора, в которых целевые значения механических характеристик (σ0,2 ≥ 950 МПа, σв ≥ 1200 МПа, δ5 ≥ 10%, HBW ≥ 350, KСV-70 ≥ 30 Дж/см2) достигают после закалки за счет формирования смешанной бейнитно-мартенситной структуры. Установлено, что при введении в сталь системы С – Si – Mn легирующих добавок (Ni + Mo + Cu) в количестве до 0,35 % повышение хладостойкости обеспечивается за счет снижения содержания С до 0,18 %, а одновременное возрастание прочностных характеристик достигается за счет увеличения содержания Mn до 1,29 %. При введении в сталь до 2,0 % (Ni + Mo + Cu) наилучшее сочетание прочностных свойств и хладостойкости обеспечивается при содержании С до 0,21 % и Mn до 0,73 %. Микродобавка титана до 0,030 % способствует незначительному увеличению дисперсности бейнитно-мартенситной структуры в данной стали. Наилучший комплекс механических свойств достигается в стали с аналогичным содержанием элементов (Ni + Mo + Cu) в количестве до 2,0 % в системе 0,22 % С – 0,75 % Mn за счет дополнительного микролегирования до 0,075 % (Nb + V). Микродобавки ниобия и ванадия оказали определяющее влияние на хладостойкость за счет увеличения дисперсности низкотемпературных продуктов превращения аустенита. Увеличение содержания легирующих добавок (Ni + Mo + Cu) свыше 2,0 % не обеспечивает значительного прироста прочностных характеристик по сравнению со сталями первого варианта легирования.

Аннотация: Современные тенденции развития промышленности и технологий диктуют необходимость создания материалов с уникальными и оптимизированными свойствами для работы в условиях высоких нагрузок, агрессивных сред и экстремальных температур. Одной из наиболее перспективных групп таких материалов являются порошковые, отличающиеся высокой степенью контроля структуры и состава. Их применяют в различных отраслях промышленности ввиду высокой прочности, легкости, устойчивости к износу и коррозии. Однако эксплуатационные свойства порошковых материалов часто ограничены их исходными характеристиками. Для повышения их функциональности широко используют различные методы обработки. Среди них особое место занимает химико-термическая обработка (ХТО). Данная технология позволяет изменять структуру и состав поверхности материалов путем их насыщения активными элементами в определенных условиях температуры и химической среды. Метод ХТО применяют для улучшения стойкости к износу и коррозии, повышения твердости и других свойств поверхностного слоя, что особенно важно для порошковых материалов, используемых в условиях интенсивного механического воздействия или агрессивных сред. Технология позволяет создавать функциональные покрытия и поверхностные модификации, расширяя сферу применения порошковых материалов в авиации, автомобилестроении, энергетике, медицине, нефтегазовой отрасли и других. Несмотря на широкое применение порошковых материалов, их свойства и поведение под воздействием различных режимов ХТО изучены недостаточно, что обусловливает актуальность проводимых исследований. Существующие исследования часто сосредоточены на традиционных металлах и сплавах, в то время как порошковые материалы требуют отдельного подхода ввиду своей микроструктуры, пористости и особенностей спекания. Проведено изучение влияния химико-термической обработки порошковых втулок на механические (твердость и прочность при сжатии) свойства с целью создания высококачественного поверхностного слоя для подшипников тракторов и сельхозмашин.

Аннотация: Представлены результаты верификации специализированного программного обеспечения, разработанного на основе свободно распространяемого программного обеспечения (ПО) с открытым кодом. Суть модификации заключается в расширении пределов химического состава, для которого ПО позволяет корректно производить расчеты, а также в расширении возможностей ПО. Приведены сравнения результатов построения собственных изотермических диаграмм распада переохлажденного аустенита на модифицированном ПО с имеющимися в отечественной и зарубежной литературе аналогичными диаграммами для стали ШХ15 и ее импортных аналогов, построенными по экспериментальным данным. Показано, что по результатам верификации модифицированное ПО справляется с задачами построения диаграмм. Коэффициент корреляции между построенными в ПО и экспериментальными диаграммами для стали ШХ15 находится на уровне не ниже 0,76, что достаточно для решения большинства производственных задач, в основе которых прежде всего лежит определение оптимального режима термической обработки сталей в зависимости от химического состава. Кроме построения изотермических и термокинетических диаграмм, модифицированное ПО позволяет рассчитать глубину прокаливаемости для стали с конкретным химическим составом по методу DFB (distance to the first appearance of the bainite — расстояние до первого появления бейнита), а также строить графики фазового состояния в зависимости от температуры нагрева, что в свою очередь дает возможность расчетным путем определять окончательное фазовое состояние после закалки. Это позволит прогнозировать ориентировочное количество остаточного аустенита в закаленных высокоуглеродистых легированных сталях типа ШХ15, содержание которого является критичным для прецизионных деталей топливной аппаратуры, работающих в тяжелых условиях эксплуатации.

Аннотация: Востребованность продукции промышленных предприятий напрямую определяется ее конкурентоспособностью — комплексной характеристикой, основанной на низкой себестоимости, высоких надежности и долговечности, многофункциональности и универсальности, а также легкой доступности выпускаемых товаров и др. Заинтересованность со стороны потребителей в выпускаемой продукции обеспечивает повышение конкурентного и экономического потенциала предприятий; ее поддерживают путем улучшения указанных выше показателей выпускаемой продукции. В частности, в литейном производстве для повышения качественных характеристик литых заготовок применяют различные методы совершенствования комплекса физико-механических, технологических и эксплуатационных свойств получаемых изделий, одним из которых является введение в сплавы рафинирующих и раскисляющих смесей на стадии выплавки. Данный способ позволяет получать сплавы с высокой химической чистотой, определяющей морфологию зерна, и содержащимися в незначительном количестве включениями, оказывающими влияние на показатели характеристик при различных условиях эксплуатации, в том числе на понижение температуры вязко-хрупкого перехода. Это обусловливает повышение низкотемпературной ударной вязкости, что обеспечивает более полное раскрытие потенциала известных сплавов и использование их в качестве универсальных, с охватом определенных ниш применимости, вместо более дорогих и дефицитных материалов. В связи с этим на предприятии ООО «Амурметалл-Литье» проведены работы по совершенствованию характеристик стали Гадфильда путем применения раскисляющей (РДА) смеси на определенных стадиях выплавки. В результате достигнуты улучшение условий реализации технологических операций получения сплавов и повышение их характеристик, в частности изменение морфологии структурных составляющих, сокращение концентрации включений, определяющих повышение ударной вязкости сплава при температуре –60 оC до 77 % при повышении показателей прочностных характеристик и твердости в требуемых диапазонах согласно нормативной документации.