Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 899
Статья научная
Бесшовные трубы - это разновидность металлопроката, технология производства которого предусматривает отсутствие каких-либо швов по всей длине изделий. Такие сплошные заготовки изготавливаются на специальных прокатных станках. Производство бесшовных труб - сложный процесс, который требует соблюдения всех технических норм. В существующей практике на производстве бесшовных труб особое внимание уделяют соответствию получаемой продукции. При этом чем точнее получаемая труба, тем значительно легче проводить последующие операции, такие как нарезание резьбы, высадка концов и т. д. Одним из способов повышения точности производимых труб является точность выставления осей центрователей, удерживающих оправку относительно оси прошивки заготовки на прошивном стане, а также точность выставления оси на раскатном стане. В данной статье рассматривается влияние настройки осей центрователей на геометрию заготовки, а именно на разнотолщинность. В результате выполнения работы были построены 3D-модели элементов прошивного стана и самой заготовки в программе SolidWorks и спозиционированы относительно друг друга, проведено компьютерное моделирование процесса прошивки в программной среде QForm 2D/3D с различными значениями отклонения осей центрователей от оси прошивки: 0 мм, 2 мм, 5 мм. После получения данных о геометрии заготовки были построены необходимые графики и выполнен сравнительный анализ полученных данных. Выявлены закономерности влияния отклонения осей центрователей от оси прошивки и сделано заключение о допустимом отклонении, при котором заготовка получит необходимую разнотолщинность.
Бесплатно
Статья научная
Постановка задачи (актуальность работы): статья посвящена проблемам структурообразования при сварке низкоуглеродистых, низколегированных сталей. Формирование структуры металла сварных соединений происходит в сложных термических условиях, которые определяют комплекс эксплуатационных свойств. Наличие в металле сварного шва крупных столбчатых кристаллов является потенциально опасным фактором, так как при определенных условиях подобные структуры могут выступать концентраторами напряжений и служить источником разрушения. В работе рассматривается возможность управления первичной структурой наплавленного металла путем введения в расплав сварочной ванны нано- и ультрадисперсных частиц тугоплавкого материала. Цель работы: исследование влияния нано- и ультрадисперсных частиц монокарбида вольфрама WC на структуру наплавленного металла. Используемые методы: был проведен лабораторный эксперимент, который заключался в изготовлении электродов, содержащих в своем покрытии различное количество ультрадисперсного порошка WC; наплавке и изготовлении образцов; исследовании полученных образцов методом световой микроскопии (микроскоп Микромед-Мет) и измерении твердости по Виккерсу (прибор HV-1000). Новизна: получены новые данные о влиянии концентрации ультрадисперсного порошка WC в покрытии электрода на структуру наплавленного металла. Результат: структура металла, наплавленного электродами, содержащими в обмазке 0; 0,02 и 0,2 % (от массы сухой смеси) порошка WC, характеризуется наличием столбчатых кристаллов, окруженных сеткой периферийного феррита, образовавшегося вдоль границ первичных зерен. Наблюдаются игольчатые включения видманштеттового феррита, прорастающие от края кристаллов к их центру, а также структуры бейнитного типа. Структура металла, наплавленного электродами, содержащими в обмазке 0,4 % (от массы сухой смеси) порошка WC, характеризуется наличием измельченной ячеистой структуры, представленной равноосными кристаллами. Твердость наплавленного металла в образцах находится в диапазоне 184-189 HV. Практическая значимость: получены данные, необходимые для создания новых марок покрытых электродов для сварки-наплавки низкоуглеродистых, низколегированных сталей.
Бесплатно
Исследование возможности анализа напряженно-деформированного состояния на клеточных автоматах
Статья научная
Клеточно-автоматные модели обеспечивают создание дискретной модели сплошной среды. Это исключает процесс аппроксимации континуальной модели и повышает точность моделирования. Прямое моделирование взаимодействия повышает скорость расчётов. Используя предложенную в статье зависимость, можно исследовать процессы неравномерности распространения деформации в среде.
Бесплатно
Исследование возможности насыщения поверхностных слоев металлов хромом из сталеплавильных шлаков
Краткое сообщение
Изложены результаты ряда экспериментов по насыщению поверхностных слоев углеродистых марок стали легирующими элементами, содержащимися в сталеплавильных шлаках, в результате их выдержки при различных температурах различные промежутки времени.
Бесплатно
Статья обзорная
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты одного из этапов численного исследования напряженного состояния при волочении труб на самоустанавливающейся оправке. В частности, проанализировано условие равновесного положения самоустанавливающейся оправки в очаге деформации. Оригинальность данного исследования обусловлена использованием математической модели, учитывающей реальный характер упрочнения металла и различие граничных условий на контактной поверхности трубы с волокой и оправкой. Анализ полученных результатов показал, что диапазон допускаемого изменения граничных условий на контактной поверхности может быть существенно увеличен по сравнению с принимаемым в настоящее время. С целью оценки применимости на практике полученной информации приведены результаты исследования скоростной зависимости изменения коэффициента трения для различных смазочных материалов, используемых при оправочном волочении труб. Подтверждена возможность обеспечения установленных при моделировании граничных условий на контактной поверхности с волокой и оправкой. Приведены рекомендации по применению рассмотренных смазочных материалов в зависимости от скоростного режима волочения труб.
Бесплатно
Исследование дефектов горячекатаного листа из трубной стали и причин их образования
Статья научная
Конечный комплекс свойств трубопрокатной металлопродукции формируется в ходе всей совокупности переделов, важнейшим из которых является сталеплавильный. Особенно это касается непрерывнолитой заготовки, так как ликвация литого металла, которая наследуется при последующей прокатке, приводит к образованию неоднородной структуры и обуславливает снижение механических свойств. В работе проведено исследование листового материала из стали марки К56, применяемого для изготовления электросварных труб для нефтепроводов. Отбраковка материала была проведена на готовом изделии - как в основном металле труб, так и в околошовной зоне при ультразвуковом контроле были обнаружены расслоения. Для установления природы выявленных дефектов были проведены микроструктурные исследования средствами оптической и электронной микроскопии. Результаты оптической микроскопии подтвердили наличие несплошностей в виде трещин в осевой зоне образцов. Микроструктура металла в осевой зоне имеет отличную от основного металла морфологию и идентифицируется как низкоугледистый мартенсит. В то время как основной металл имеет полосчатую феррито-бейнитную структуру. Наличие мартенсита подтверждают и измерения микротвердости: основной металл имеет твердость порядка 220 HV, несплошность в осевой зоне 270 HV. Кроме того, было проведено исследование химического состава структурных составляющих по высоте образцов, которое показало повышенное кличество Si и Mn вдоль осевой линии. Также в осевой микротрещине были обнаружены крупные строчечные выделения сульфидов и карбиды ниобия. Таким образом, установлено, что расслоения, обнаруженные в осевой зоне листового проката, являются следствием ликвации исходной непрерывнолитой заготовки.
Бесплатно
Статья научная
Неразрушающий контроль рельсов - один из важнейших этапов производства, потому что он позволяет наиболее объективно определить, соответствуют ли рельсы, изготовленные по определенному технологическому процессу, необходимым требованиям. Способность выдерживать постоянные ударные нагрузки является одним из важных параметров, характеризующих долговечность эксплуатации рельсов, особенно при отрицательных температурах. Данная характеристика зависит от многих факторов, среди которых размер и характер распределения неметаллических включений, размер зерна, наличие упрочняющих частиц, равномерность их распределения и многое другое. Неразрушающие методы исследования проводятся сплошным контролем по всему сечению каждого рельса непосредственно при их производстве для предотвращения контактно-усталостных трещин и других дефектов при их эксплуатации, которые могут спровоцировать нарушение работы железнодорожного транспорта. Задачи по совершенствованию процесса выявления брака неразрушающими методами контроля остаются актуальными из-за множества воздействующих на них факторов или даже комплекса факторов. В настоящей работе представлены результаты оценки внутренних металлургических дефектов, обнаруженных с помощью неразрушающей ультразвуковой дефектоскопии в процессе производства рельсов Р65, изготовленных из стали К76Ф. Проведено электронно-микроскопическое исследование химического состава, структуры, размеров, формы, характера распределения выявленных дефектов. Они представляют собой сложные алюмосиликаты, сульфиды, окаймленные карбидами титана и ванадия, а также вкатанную при прокатке окалину. Дефекты выявлены главным образом в шейке рельсов. Это неметаллические включения, сформировавшиеся в стали при выплавке, раскислении, разливке и прокатке. Условия кристаллизации непрерывно литой заготовки способствуют образованию неметаллических включений преимущественно в ее центре, из которого при последующей прокатке формируется шейка рельса.
Бесплатно
Исследование деформационного поведения стали 20Х13 в условиях горячей осадки
Статья научная
Исследовано деформационное поведение стали 20Х13 в условиях одноосного сжатия на термомеханическом симуляторе Gleeble-3800 в диапазоне температур 900-1150 °С и скоростей деформации 0,01-40 с -1. Получено выражение для максимальных напряжений течения в виде функции от параметра Зинера - Холломона (Z), соответствующего температурно-скоростному режиму деформации. Определено критическое значение параметра Z, ниже которого горячая деформация сопровождается динамической рекристаллизацией.
Бесплатно
Исследование деформационной способности трубной заготовки из титанового сплава марки ПТ-1М
Статья научная
Работа посвящена исследованию деформационной способности титанового сплава марки ПТ-1М. Полученные результаты исследования использованы при разработке технологии производства горячепрессованных труб.
Бесплатно
Исследование динамики изменения толщины стенки труб при редуцировании
Краткое сообщение
Приведены результаты экспериментального исследования динамики изменения толщины стенки труб при прокатке, волочении в монолитной и роликовой волоках. Показано, что при увеличении степени деформации более интенсивный прирост толщины стенки трубы наблюдается в процессах прокатки и волочения в роликовых волоках, что делает перспективным их использование.
Бесплатно
Статья научная
Разработана программа для термодинамического расчета восстановления хрома в руднотермических печах.
Бесплатно
Исследование и разработка упрощенной технологии производства графитопластовых щеток
Статья научная
Представлен анализ известных и новых, созданных с участием ученых ЮУрГУ, способов производства щеток для электрических машин из углеродных порошковых композиций.
Бесплатно
Статья научная
В настоящей работе приведены результаты исследований электродного потенциала α-, β- и (α+β)-латуней, определены токи коррозии в хлорсодержащих средах, проведены испытания по их обесцинкованию в растворе хлорида меди. С целью более глубокого изучения свойств латуни были определены токи коррозии и электродный потенциал в хлорсодержащих средах для чистых металлов - меди и цинка. В ходе работы были построены графики зависимости потенциала меди, цинка, α-, β- и (α+β)-латуней от времени травления в растворах хлорида натрия и растворе хлорида натрия с добавлением хлорида аммония. Определены токи коррозии в растворе хлорида натрия: для меди (38 мкА), α-латуни (70 мкА), (α+β)-латуни (113 мкА), β-латуни (88 мкА) и в растворе хлорида натрия с добавлением хлорида аммония: для меди (14 мкА), цинка (71 мкА), α-латуни (37 мкА), (α+β)-латуни (44 мкА), β-латуни (42 мкА). По результатам исследования стойкости сплавов к обесцинкованию были получены следующие данные: глубина обесцинкования α-латуни - 450-500 мкм, α+β - 950-1000 мкм, β - 600-700 мкм. Результаты исследований токов коррозии в хлорсодержащих средах соотносятся с результатами экспериментов по обесцинкованию. Проведенные исследования подтверждают предположение о том, что в двойных латунях α- и β-фазы образуют коррозионный элемент за счет разницы химического состава и, следовательно, разных электродных потенциалов, что приводит к потере цинка в несколько большей степени, чем в β-латуни.
Бесплатно
Исследование изменения температуры валка после вывалки из клети
Краткое сообщение
В настоящее время с повышением спроса на металлопродукцию все более жесткие требования предъявляются к качеству горячекатаного проката. Одним из важных критериев качества готового проката является поперечный профиль. В настоящее время существует ряд перспективных методов регулирования поперечного профиля. Одной из таких технологий является применение осевой сдвижки рабочих валков в клетях CVC. Поперечный профиль полосы формируется в чистовых клетях стана горячей прокатки в процессе обжатия валками, поэтому получение требуемого профиля во многом зависит от точности исполнения профилировки рабочих валков, а также работы системы автоматического управления профилем и плоскостностью (PFC). На работу системы PFC влияет множество факторов, одним из которых является тепловой профиль валка, изменяющий форму межвалкового зазора в процессе прокатки, а, следовательно, влияющий на поперечный профиль горячекатаных полос. Для учета этого влияния необходимо понимать особенности теплового состояния прокатных валков. Представлены результаты исследования изменения температуры валка после вывалки из клети, проведенного в условиях действующего производства. Данные, полученные на основе результатов математического моделирования и экспериментального исследования, позволили получить регрессионные уравнения, определяющие в любой момент времени после вывалки из клети разность температуры по длине бочки валка. Регрессионные зависимости в дальнейшем могут найти применение в оптимизации алгоритма начальной настройки стана в части корректировки положения осевой сдвижки рабочих валков в зависимости от остаточной температуры валков на момент завалки.
Бесплатно
Исследование износа сегментов экспандера при калибровке труб большого диаметра
Статья научная
На металлургических производствах используются дорогостоящие инструменты, которые часто обладают сложной геометрией. Работоспособность таких инструментов напрямую влияет на экономические показатели производства. Одним из таких инструментов является сегмент экспандера. Данный инструмент используется в процессе калибровки труб большого диаметра, полученных по схемам JCOE, UOE, RB-формовка. Процесс экспандирования является последним этапом формообразования, заключающийся в поэтапной деформации трубной заготовки с помощью сегментов, которые обладают определенным набором механических и геометрических свойств. На каждом этапе сегменты придают округлую форму трубе, исправляя прямые участки, овальность и другие геометрические неровности заготовки. Основная нагрузка процесса приходится на сегменты экспандера. В данной работе исследуется износ сегментов в процессе экспандирования (калибровки) электросварных труб большого диаметра. Для предсказания износа были построены CAE-модели процесса экспандирования в специализированном программном комплексе MSC-Software, с помощью которых производился анализ возможного износа, его величина, положение и характер. Предложена методика оценки износа сегментов экспандера с помощью 3D-сканирования, оцифровки полученных данных и построения 3D-карты отклонений от эталонной модели. Анализ конечно-элементного моделирования и экспериментальных исследований показал, что CAE-модели с высокой сходимостью предсказывают зоны и особенности распределения износа сегментов экспандера. Показано, что моделирование с высокой степенью достоверности можно использовать для оценки работоспособности инструментов как новых, так и уже эксплуатируемых. На основе экспериментальных данных было получено уравнение для определения износа сегментов экспандера. По полученному уравнению построена номограмма, позволяющая прогнозировать износ сегментов экспандера в зависимости от напряжений, возникающих в инструменте при калибровке, и количества обработанных труб. Оценка и учет износа рабочей поверхности сегментов экспандера позволяет прогнозировать отклонения геометрических параметров труб в процессе экспандирования.
Бесплатно
Исследование кинематики рычажных механизмов привода валков станов шаговой прокатки
Статья научная
Выполнен структурный анализ механизма привода валков станов шаговой прокатки с качающимися валками. С использованием аналитических методов получены зависимости, связывающие угловые положения, скорости валков и приводных кривошипов. Разработаны рекомендации для проектирования станов шаговой прокатки, использование которых позволяет увеличить длину обжимного участка валков, повысить производительность и качество получаемого проката.
Бесплатно
Статья научная
Изучена коррозионная стойкость разработанной аустенитной стали 03Х20Н9Г3А0,30, легированной азотом, в сравнении со сталью 03Х18Н11. Анализ коррозионной стойкости к межкристаллитной коррозии в азотной кислоте проводили по методу ДУ (ГОСТ 6032-2017), также оценивали сопротивляемость исследуемых сталей в 42%-ном кипящем растворе MgCl2. Установлено, что скорость коррозии в кипящей азотной кислоте (метод ДУ по ГОСТ 6032-2017) для стали, не легированной и легированной азотом, соизмерима и составляет порядка 0,2-0,4 мм/год. Однако показано, что инкубационный период для достижения состояния неудовлетворительной стойкости к межкристаллитной коррозии у предлагаемой стали 03Х20Н9Г3А0,30 оказывается примерно в 4 раза больше, чем у стали 03Х18Н11. Дополнительно определены условия стойкости исследуемых сталей к межкристаллитной коррозии в кипящей 65 % азотной кислоте после провоцирующего нагрева при температурах от 500 до 850 °С и выдержках от 1 до 100 ч. По результатам испытаний построена диаграмма Ролласона. Также исследовано влияние микролегирования бором и редкоземельными металлами на коррозионную стойкость (по методу ДУ ГОСТ 6032-2017) стали 03Х20Н9Г3А0,30. Определены допустимые концентрации микролегирующих элементов (бора до 0,0025 мас. %, а РЗМ до 0,04 мас. %), обеспечивающие высокую технологическую пластичность металла без снижения его коррозионной стойкости. При испытаниях по методу ДУ коррозионные потери металла в обоих указанных случаях составили не более 0,35 мм/год, однако при введении бора в количестве 0,01 мас. % скорость коррозии резко увеличивается до 1,328 мм/год при одновременном снижении технологической пластичности. В результате испытаний образцов сравниваемых сталей на коррозию под напряжением в 42%-ном кипящем растворе MgCl2, установлено превосходство стали 03Х20Н9Г3А0,30 над сталью 03Х18Н11 при напряжении 280 МПа более чем в 8 раз, а при напряжении 100 МПа почти в 10 раз. Следует отметить, что характер разрушения стали 03Х20Н9Г3А0,30 и 03Х18Н11 идентичный, но время, необходимое для зарождения и развития трещин, отличается почти на порядок.
Бесплатно
Статья научная
Описан метод мультимасштабного моделирования, позволяющий учесть микроструктурное строение обрабатываемой стали и динамические структурно-фазовые превращения. На примере необходимости учета микроструктурного строения TRIP сталей сформулированы актуальные проблемы традиционных методов проектирования технологических режимов с использованием компьютерного конечно-элементного моделирования. Апробация предложенного метода моделирования проводилась на примере внедрения стали TRIP 700 в традиционный процесс волочения и оценки возможности управления распределением свойств посредством параметров процесса. Метод также позволил изучить деформационное взаимодействие элементов микроструктуры TRIP стали между собой, тем самым объяснив наличие более высоких (в 2-3 раза превышающих средние значения) радиальных деформаций в пластичных фазах вблизи большего скопления зерен более прочных фаз бейнита и мартенсита.
Бесплатно
Исследование межфазного взаимодействия высокоуглеродистого феррохрома со шлаком его производства
Статья обзорная
Бесплатно
