Аннотация: Процесс раскатки в станах винтовой прокатки является одним из эффективных в производстве горячекатаных труб, так как обеспечивает высокую точность толщины стенки готовых труб. Основным фактором, определяющим качество горячекатаных труб, является износостойкость раскатных оправок. Особое внимание уделяют раскатным оправкам, так как именно состояние их рабочей поверхности влияет на качество внутренней поверхности труб и точность геометрических размеров. Повышенный износ оправки является следствием больших осевых и радиальных усилий металла на инструмент и его скольжения относительно рабочей поверхности в процессе раскатки. Выполнено исследование зависимости осевого усилия металла на инструмент в процессе раскатки труб из стали 40Х на опытно-промышленном двухвалковом стане винтовой прокатки МИСиС-130Д. В ходе испытаний варьировали следующие факторы: угол подачи валков при раскатке на перемещаемой и стационарной оправке; наличие технологической смазки; обжатие по толщине стенки. В процессе раскатки использовали технологическую смазку в виде триполифосфата натрия.

Аннотация: Рассмотрен вопрос исследования износа рабочего инструмента двухвалкового стана винтовой прокатки с помощью программного комплекса моделирования процессов обработки металлов давлением (ОМД) QForm. Влияние на износ факторов настройки инструмента и, соответственно, качества получаемой геометрии труб актуально при расширении сортамента бесшовных труб с большим содержанием хрома. В программе смоделировали процесс прошивки при производстве бесшовных труб. Для моделирования и построения очага деформации использовали геометрические размеры валков, линеек и оправок стана МИСиС-130Д. Построили 3D-модель очага деформации с инструментом в программе SolidWorks. Модель загрузили в программу QForm. Моделирование прошивки проводили с изменением параметров очага: коэффициента овализации, угла подачи, относительного обжатия в пережиме. При этом получили одинаковую геометрию прошитых гильз. Исследование износа проводили при помощи имитационного моделирования с применением численных методов решения задач процессов ОМД. Провели расчет с помощью подпрограммы «Износ» для инструмента в программном комплексе QForm. Контакты инструмента с заготовкой разбили на несколько сечений. Выполнили замеры износа в сечениях для валка, оправки и линейки. Просчитали средние значения износа. Методом полного факторного эксперимента построили математические регрессионные модели зависимости износа валка, оправки и линейки при прошивке. Выявили влияние факторов модели на величину износа.

Аннотация: В 2025 г. мир отметил 140-летие революционного изобретения братьев Маннесманнов — процесса поперечно-винтовой прокатки. Эффект осевого разрушения (разрыхления) металла при прокатке в косовалковом стане стал основой для создания технологии производства бесшовных труб. Материал статьи охватывает исторический путь развития винтовой прокатки: от первых этапов с использованием слитков и пилигримовых станов до современных методов с применением непрерывнолитых заготовок (НЛЗ) и цифрового моделирования. Особое внимание уделено вызовам, связанным с переходом на НЛЗ и решениям, предложенным Уральской научной школой и институтом трубной промышленности в Челябинске. Рассмотрены ключевые инновации: трехмерное моделирование очага деформации, разработка новых калибровок инструмента, оптимизация режимов прошивки и создание цифровых помощников для операторов станов. Подчеркнута роль Трубной металлургической компании (ТМК) в массовом внедрении НЛЗ для производства бесшовных труб, что позволило существенно сократить затраты при сохранении требуемого качества.

Аннотация: Изучение формоизменения металла в процессах винтовой прокатки и прошивки непрерывнолитой заготовки является нетривиальной задачей. Теоретическое описание этих процессов классическим аналитическими методами предполагает принятие различного рода допущений и упрощений. В настоящее время широкое распространение для анализа процессов обработки металлов давлением получили численные методы конечно-элементного моделирования в качестве альтернативы упрощенным аналитическим решениям. За счет отказа от допущений, вызванных математическими трудностями, численные методы имеют преимущество перед аналитическими методами, несмотря на наличие сложностей при определении граничных условий, характера зависимости сопротивления деформации металла от термомеханических параметров процесса пластической деформации и др. Рассмотрено применение методики оценки формоизменения заготовки при винтовой прошивке с учетом сложного характера течения металла. Предложено учитывать влияние «наплыва» металла при входе и выходе из локального очага и на основе этого корректировать расчет ширины контактной поверхности с применением конечно-элементного моделирования процесса винтовой прошивки. Установлено, что аналитические формулы сильно занижают результат определения ширины контактной поверхности металла с валком. Отклонение результатов аналитического расчета ширины контактной поверхности от результатов, полученных в ходе промышленного эксперимента, составило более 40. Результаты расчета длины контактной поверхности, полученные по предлагаемой методике с применением программы QForm, отличаются от результата физического моделирования на 1,0 и 1,4 %, а ширины контактной поверхности — менее 10 %. Сравнение расчетного и опытного значений площади контактной поверхности металла с валком показало занижение расчета на 5,5%, полученных по предлагаемой методике с применением программы QForm.

Аннотация: Рассмотрено применение системного подхода для решения задачи улучшения качественных характеристик проката трансформаторной стали путем модификации действующей технологии. Проведен аналитический обзор влияния параметров промышленной обработки трансформаторной стали на процесс формирования частиц нитридов алюминия, которые определяют условия протекания вторичной рекристаллизации в металле при его термической обработке, степень совершенства кристаллографической текстуры и, в итоге, магнитные свойства готовой продукции. С помощью методики структурирования функциональных свойств изделия и инструмента матричного анализа выполнен системный анализ действующей технологии производства трансформаторной стали, установлены связи между требованиями потребителей к эксплуатационным характеристикам проката и технологическими требованиями к процессам его промышленной обработки. В результате определены направления для оптимизации режимов обработки в рамках действующей технологии производства трансформаторной стали. В опытных кампаниях достигнуто значимое улучшение магнитных свойств готовой продукции.

Аннотация: Технология радиально-сдвиговой прокатки (РСП) является наиболее перспективным и эффективным способом получения различных высококачественных длинномерных металлоизделий из черных и цветных металлов и сплавов, в том числе с градиентной ультрамелкозернистой структурой. Схема РСП имеет одно основное отличие от известной схемы поперечно-винтовой прокати, заключающееся в увеличенном угле подачи α = 18-20 град. При этом величина угла раскатки β остается в интервале от 5 до 7 град. На базе схемы РСП разработаны и запущены в мелкосерийное производство прокатные станы для радиально-сдвиговой прокатки. Авторами выполнен обзор имеющегося опыта по применению способа радиально-сдвиговой прокатки для улучшения структуры и свойств различных черных и цветных металлов и сплавов. Приведенный обзор научных публикаций в данном направлении указывает на перспективность применения технологии РСП для получения высококачественной металлопродукции с заданным уровнем свойств.

Аннотация: Изучено влияние легирования ниобием на свойства конструкционных сталей, в том числе аустенитного, ферритного и мартенситного классов. Основное внимание уделено влиянию карбонитридов ниобия на дисперсионное твердение и ограничение роста зерен при нагреве. Показано, что частицы размером менее 300 нм значительно повышают прочность, а более крупные включения снижают вязкость. Выполнен анализ механизмов торможения рекристаллизации за счет карбонитридов, а также зависимости их размера от концентрации ниобия, температуры и длительности выдержки. Оптимальные параметры легирования ([Nb] ≤ 0,42 %, [C]+[N] ≤ 0,062 %) обеспечивают баланс прочности и пластичности. Результаты работы могут быть использованы для разработки сталей с улучшенными механическими свойствами и цифровизации металлургических процессов. Показано, что существующий математический аппарат при построении должного алгоритма вычислений позволяет определять целесообразные пределы легирования стали ниобием. Целями легирования при этом являются карбонитридное упрочнение, ограничение размеров карбонитридов ниобия, регулирование межчастичных расстояний, ограничение размера зерна аустенита. Показано, что отношение среднего расстояния между частицами к их среднему диаметру (s/d) может служить важной характеристикой для описания свойств сталей. В основу расчетов размера карбонитридов положено предположение о сфере питания растущей частицы, размер которой определяется путем диффузии атома ниобия при температуре и длительности технологической выдержки, соответствующей процессу образования и роста карбонитрида.

Аннотация: На современных трубных предприятиях для прошивки заготовок в полую гильзу в основном применяют прошивные станы винтовой прокатки, которые позволяют выполнять прошивку заготовок из различных сплавов с высокими скоростью, точностью размеров и качеством поверхности. В связи с этим важным направлением исследования является поиск калибровки рабочего инструмента, обеспечивающей снижение энергосиловых параметров процесса прошивки и повышенную износостойкость. Наиболее нагруженной частью оправки является рабочий конус. Форма этого участка определяет устойчивость процесса винтовой прошивки. Изучено влияние формы рабочего конуса оправки на энергосиловые параметры процесса прошивки, а также на износ оправки. Исследование выполнено с помощью программного пакета QForm, основанного на методе конечных элементов. Установлено, что при увеличении радиуса, описывающего рабочий конус, снижается усилие, действующее на оправку, а также ее износ вследствие уменьшения лобового сопротивления течению металла в очаге деформации. Однако при этом возрастает усилие, действующее на валок. На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, что для обеспечения наилучшего соотношения энергосиловых параметров и износа инструмента рабочий конус оправки прошивного стана должен иметь форму, занимающую промежуточное положение между сферической и конической.

Аннотация: Графит является одной из термодинамически устойчивых фаз в железоуглеродистых сплавах, в том числе и в сталях. Однако в обычных условиях углерод в сталях находится в связанном состоянии в виде карбида железа. Выделение углерода в свободном виде в сталях приводит к потере прочностных и эксплуатационных характеристик сталей, поэтому этот процесс считается нежелательным, а в случае ответственных деталей — даже недопустимым. Выявление графита в структуре ответственных деталей энергетического машиностроения является браковочным признаком, и графитизированные детали подлежат немедленной замене во избежание аварий. При этом необходимо отметить, что лабораторные эксперименты по установлению всех особенностей графитизации стали крайне дорогостоящие и не совсем актуальны из-за характеристик процесса графитизации: весьма большой длительности и высокой зависимости от значения температуры процесса графитизации. Поэтому следует изучать процесс графитизации сталей на натурных образцах, которые учитывают все множество факторов, влияющих на процесс графитизации сталей. В настоящей работе изучен процесс графитизации низкоуглеродистой стали 20, из которой изготовили детали нефтеперегонного оборудования. Установлено, что в этих деталях произошел процесс графитизации стали 20 при рабочих температурах 380–420 оС и длительности работы 2700–3000 ч, при этом по данным других авторов, для графитизации стали 20 в этих условиях необходимая продолжительность должна составлять не менее 25 000–40 000 ч. Установлено, что одной из причин, способствовавших ускорению процесса графитизации, являлось неоднократное кратковременное (не более 2 ч) повышение температуры до 620–650 оС.

Аннотация: Представлены возможности, предпосылки и технологическая целесообразность применения радиометрических методов сепарации и анализа для предварительного обогащения и непрерывного контроля управления процессом переработки флюсового сырья. Флюоритовые и магнезитовые руды широко применяют в качестве флюсов в металлургическом производстве. Исследованиями установлено, что они обладают благоприятной контрастностью по содержаниям ценных компонентов в кусках, и это является необходимым условием для применения технологии предварительного обогащения на основе машинной рентгенорадиометрической сепарации. Определено, что метод рентгеноабсорбционной сепарации является универсальным для обогащения флюоритовых и магнезитовых руд с различными характером и размером вкрапленности полезных и породных минералов и содержанием ценного компонента в исходной руде, так как является проникающим и позволяет распознавать в объеме всего куска скрытую минерализацию. Для оценки применимости непрерывного аналитического контроля методом рентгенофлуоресцентного анализа исследованы образцы отсевов магнезита крупностью -8,0+0,0 мм. На основании полученных данных можно заключить, что непрерывный анализ с применением метода рентгенофлуоресцентного анализа достаточно эффективен, ошибка анализа составила 0,4 % (абс.).

Аннотация: Проблема обустройства площадок добычи углеводородов в зоне многолетнемерзлых грунтов (ММГ) и необходимость снижения затрат на эти работы требуют более тщательного изучения требований, выдвигаемых к используемым материалам и конструкциям. Анализ нормативно-технической документации показал, что некоторые из данных требований необоснованно завышены. Так, в СП 16.13330.2020 указано, что при изготовлении буроопускных фундаментных свай необходимо обеспечить уровень ударной вязкости сварных соединений, полученных методом сварки высокой частоты, не менее 34 Дж/см2 при температуре минус 60 оС. Это требует проведения объемной послесварочной термической обработки труб, из которых изготавливают сваи, что резко увеличивает стоимость конструкции, приводит к повышению себестоимости строительных работ. Следует отметить, что ГОСТ 20295, по которому изготавливают трубы для свай, и аналогичные ему нормативно-технические документы не содержат таких требований. Выполнен анализ механических свойств и остаточных сварочных напряжений в трубах после термической обработки и без нее. Выполнены полигонные испытания буроопускных свай, установленных в зоне ММГ. Проведенные исследования позволяют утверждать об избыточности требования термической обработки труб и необходимости их отмены.

Аннотация: Приведены результаты исследований влияния химического состава и режимов термообработки на структуру литых и кованых образцов из низколегированной стали 20ГМЛ. С использованием программно-аппаратного комплекса анализа микроструктуры поверхности твердых тел Thixomet установлено наличие влияния повторной нормализации на появление зон повышенной концентрации перлита в структурах литых и кованых образцов. Концентрация перлитных зерен формируется в форме сетки. Методом количественного локального электронно-зондового элементного определения на сканирующем электронном микроскопе Phenom XL получены результаты исследования общего и локального химического состава на участке структуры образца с зоной повышенной концентрации перлита и вне ее. Предложена методика определения отклонения содержания легирующих элементов на локальном участке в зоне повышенного содержания перлита от среднего содержания данных элементов на исследуемом участке образца. Приведены результаты исследований по определению концентраций марганца, кремния и хрома в составе образцов. Установлено повышение концентрации марганца в зоне перлитных сеток и равномерное распределение концентрации молибдена и хрома по всей структуре, в том числе в зоне с повышенным содержанием перлита. Установлены температурные диапазоны проведения повторной нормализации, приводящие к появлению ярко выраженной перлитной сетки. На основании свойств марганца как легирующего элемента представлено обоснование эффекта появления надструктуры в форме перлитной сетки. Установлено, что литые и кованые образцы, обладающие перлитной сеткой в структуре, имеют наиболее высокие сочетания прочностных свойств и ударной вязкости при отрицательной температуре.