Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 880
О зависимости активационного объема при возврате в сплаве АМГБ от напряжения
Статья обзорная
Бесплатно
О методе экспонент в задачах моделирования нагрева металла в печах
Статья научная
Введение. В условиях повышения требований к качеству и экономичности нагрева металла перед прокаткой задача создания и совершенствования алгоритмического обеспечения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) нагревательных печей является вполне актуальной. Цель исследования: изучить особенности применения предложенного в научной литературе метода экспонент для описания температурных полей заготовок при нагреве в печах: выясняется вопрос о том, насколько указанный подход соответствует физике процесса нагрева, какая точность описания при этом может быть достигнута. При этом следует подчеркнуть, что данный метод интересен прежде всего для реализации режима реального времени в АСУ ТП нагревательных печей.
Бесплатно
О некоторых особенностях структурирования металлических жидкостей
Статья научная
Проанализированы физические модели строения металлических жидкостей. Состояние жидкости может быть описано в физических терминах, если известны: долевое соотношение ее составляющих, количество, состав и размеры кластеров, число атомов, входящих в кластеры, время жизни кластеров, длина свободного пробега электронов и т. д. Рассмотрены возможности количественного описания структурных параметров, которые вытекают из анализа известных публикаций и наших предложений по их использованию. Наибольшее внимание уделено работам, в которых предлагаемые на обсуждение модельные представления опираются на результаты экспериментальных исследований. Для развития количественной теории физической модели необходимы экспериментальные методы определения относительных долей структурных составляющих расплавов: разупорядоченной зоны и зоны кластеров. Можно полагать, что именно этими характеристиками определяются многие структурночувствительные свойства расплавов и процессы, связанные с изменением их структуры. Показано, что наиболее обоснованными выводами о структурных превращениях и изменениях характера химических связей в жидких металлах являются те, которые вытекают из результатов комплексных исследований свойств на одном и том же объекте, а также из результатов рентгеноструктурных, нейтронографических и других прямых методов. Для длительно существующих квазиравновесных метастабильных состояний жидкости предложен квазихимический вариант модели микронеоднородного строения металлических расплавов. Он учитывает три основополагающие идеи: равномерность двух типов движения частиц жидкости, существенную роль сил межатомного притяжения в формировании конденсированного состояния и особенности силовых полей конкретных атомов расплава. При этом особое внимание уделяется учету энергетической неравноценности межатомного взаимодействия атомов разных элементов, что является причиной возникновения кластеров разного состава и строения, обладающих разной устойчивостью во времени.
Бесплатно
О расчетно-инструментальном контроле качества нагрева и термообработки металла в печах
Статья научная
Введение. В условиях повышения требований к качеству нагрева металла перед прокаткой или при его термообработке задача создания и совершенствования алгоритмического обеспечения автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУ ТП) нагревательных и термических печей является вполне актуальной. Цель исследования: рассмотреть решение задачи контроля перепада температуры по сечению металла при его нагреве перед прокаткой или в процессе термообработки. Материалы и методы. Выполнен анализ литературных источников по проблеме. Проведено обобщение результатов ранее выполненных работ как для случаев выдержки при постоянной температуре рабочего пространства, так и при постоянной температуре поверхности заготовки, а также и для случая нагрева массивных тел произвольной формы. Результаты. Показано, что решение задачи контроля можно свести либо к измерению текущей плотности теплового потока внутрь металла, либо же к измерению разности температур печи и поверхности сляба. Исследовано влияние на структуру алгоритмов контроля различных особенностей реального процесса выдержки. Приведено решение задачи контроля для случая массивных тел произвольной формы. Получены соотношения для контроля, аналогичные алгоритмам контроля для слитков и слябов. Указан способ настройки алгоритмов контроля на реальный процесс по данным текущих измерений в регулярном режиме. Установлено, что для случая симметричного или одностороннего нагрева слябов в методических печах для настройки достаточно измерять температуру только одной из поверхностей, при несимметричном нагреве требуется измерять температуры обеих поверхностей. Для случая выдержки рулонов холоднокатаной ленты в колпаковых печах необходимо измерять температуру в трех различных по радиусу точках основания нижнего рулона с помощью контактных термопар. После настройки для контроля в любом случае достаточно измерять температуру лишь в одной точке поверхности. Исследовано влияние погрешностей измерения температуры поверхности металла на точность настройки алгоритмов контроля и на точность оценки максимального перепада температуры по его сечению. Приведены варианты реализации алгоритмов контроля в промышленных условиях. Заключение. Результаты работы могут быть использованы при разработке и совершенствовании алгоритмического обеспечения АСУ ТП нагревательных и термических печей.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена разработке теории, отражающей изменение количества карбидной фазы, концентрации углерода в аустените ледебуритных высокохромистых сталей или чугунов и соответствующее этим эффектам поведение твёрдости закалённых сплавов в зависимости от температуры закалки. Рассмотрены два варианта термической обработки: в варианте А сплав 140Х12М1, на примере которого рассматривается теория, был резко охлаждён после кристаллизации и имел почти исключительно аустенитную структуру матрицы, а затем в условиях быстрого нагрева под закалку вновь принимал такое же состояние, как после кристаллизации. В варианте Б допускается, что сплав имеет структуру зернистого перлита в результате либо распада аустенита, либо высокого отпуска мартенсита. В ходе быстрого нагрева на изотерму он испытывает α→γ-превращение, а далее начинается растворение карбидных частиц. При расчётах использована кинетическая теория выделения и растворения карбидных частиц, разработанная авторами на основе концепции Зинера - Хиллерта. Для обоих вариантов А и Б расчёты достаточно хорошо описывают наблюдавшееся изменения твердости и эффект понижения температуры максимума твёрдости для варианта А (950-1000 °C) по сравнению с вариантом Б (1000-1070 °C).
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрен вопрос получения необходимой структуры отливок стеклоформ посредством регулирования процессов легирования, заливки и внепечной обработки жидкого чугуна. Управление поведением графитовой фазы чугуна позволяет контролировать процесс создания заготовки детали стеклоформы с заданными теплофизическими и механическими свойствами. Установление закономерностей образования высокоуглеродистой фазы чугуна и потребительских свойств готового металлоизделия позволяет получить отливку с требуемой структурой и обеспечить ресурсоспособность деталей стеклоформ выше уровня мировых аналогов.
Бесплатно
О структуре и свойствах некоторых жаропрочных никелевых сплавов
Статья научная
Рассмотрены различные модели строения металлических расплавов. Учитывая данные современных исследований, можно считать, что структура жидкости сложна и состоит из различных атомных ассоциаций. Ими являются кластеры и межкластерное пространство. Между отдельными структурными составляющими четко выраженные границы отсутствуют. Межкластерные разрывы представляют собой щели шириной около 0,1 нанометра, раскрывающиеся и закрывающиеся при расхождении и схождении кластеров в процессе тепловых колебаний. Термодинамические расчеты позволяют определить количество кластеров и атомов в кластере и другие характеристики структурных параметров, а также найти их температурные зависимости. Предложенный подход к анализу структуры и свойств приводит к новой информации о состоянии металлических расплавов. В частности, известно, что такие свойства, как кинематическая вязкость, плотность и поверхностное натяжение существенно зависят от величины и количества кластеров, а также характеристик межкластерного пространства. Кроме того, политермы рассчитанных параметров адекватно отражают характер температурных зависимостей свойств. В работе изучены образцы чистого никеля и четырех жаропрочных сплавов. Характеристики структуры исследованных жаропрочных сплавов оказались близки по величине и виду температурной зависимости. Данные по жидкому никелю описываются аналогичной температурной зависимостью и незначительно отличаются от жаропрочных никелевых сплавов. Вид температурных зависимостей свойств жаропрочных никелевых сплавов существенно отличается от закономерностей, характерных для чистого металла. Политермы кинематической вязкости, плотности и поверхностного натяжения жаропрочных никелевых сплавов изменяются незакономерно и характеризуются гистерезисом, т. е. несовпадением величины свойств при нагреве и охлаждении. Политермы удельного сопртивления в температурном интервале «солидус-ликвидус» жаропрочных никелевых сплавов изменяется на 3-4 % практически скачкообразно. Использование различных существующих моделей строения металлических жидкостей позволяет расширить возможности обсуждения представлений о структуре и свойствах изучаемого объекта и раскрытия существенных его особенностей.
Бесплатно
Статья обзорная
Бесплатно
Статья научная
В статье продолжена характеристика метаморфогенных изменений рудного хромшпинелида в хромовых рудах уральских месторождений. Метаморфогенные изменения хромшпинелида Камбулатовского, Верхне-Уфалейского (Южная залежь Песчанского месторождения Верхне-Уфалейской группы месторождений) и Варшавского месторождений описаны в минералого-технологических пробах хромовых руд, поступающих на ЧЭМК. Всего изучено 6 проб хромовой руды, по 2 пробы, весом 5-6 кг, с каждого месторождения.
Бесплатно
Об аномальных свойствах доменного чугуна без выделений графита
Статья научная
Развитие современного материаловедения предусматривает постоянный поиск новых материалов с более высокими свойствами. В качестве таких материалов в настоящее время широко используются дорогие железоникелевые сплавы, так называемые инвары. Говоря о структуре и свойствах чугуна чаще всего игнорируется влияние газов (водорода, азота и кислорода) на формирование его структуры и свойств. В практике получения чугунных отливок для придания чугуну нужных свойств часто используется обработка расплава различными веществами. Помимо воздействия на химический состав расплава, его свойства можно изменять с помощью других факторов. Одним из наиболее простых по осуществлению и эффективности может быть изменение температуры расплава и времени пребывания при этой температуре. Для изучения влияния термоциклирования на линейное расширение и микроструктуру чугуна проводилось два варианта обработки расплава. Первый заключался в нагреве до 1300 °С, выдержке в течение 15 мин и охлаждении до получения твердой корки. Второй - в нагреве до 1550 °С, выдержке в течение 15 мин и охлаждении до температуры 1350 °С. Оба процесса повторялись многократно. Проведенная обработка расплава полностью удаляет выделения свободного графита из структуры чугуна. Металлографический анализ дилатометрических образцов позволил установить, что термоциклическая обработка приводит к образованию ледебурита. Изучалось влияние термической обработки на линейное расширение и микроструктуру доменного чугуна после предварительной обработки расплава. Наиболее эффективной оказалось проведение химико-термической обработки (цементации в среде бондюжского карбюризатора) с последующей закалкой. Проведение цементации в среде бондюжского карбюризатора приводит к повышению значений коэффициента линейного расширения в области низких и высоких температур испытания. Однако последующая закалка позволяет получить довольно низкие значения коэффициента линейного расширения: 3,1•10-6, град-1 при температуре 150 °С и 1,8•10-6, град-1 при температуре 400 °С. Сравнивая коэффициент линейного расширения доменного чугуна без выделений графита с коэффициентами линейного расширения инваров в различных температурных интервалах видно, что коэффициент линейного расширения после предварительной обработки принимает довольно низкие значения.
Бесплатно
Об использовании несимметричной прокатки для производства лент и полос
Статья научная
В последние десятилетия в теории и практике тонколистовой прокатки большое внимание уделяется несимметричным процессам прокатки, протекающим при различных геометрических, кинематических параметрах рабочих валков. В ЮУрГУ под руководством заслуженного деятеля науки и техники, доктора технических наук В.Н. Выдрина разработан процесс прокатка-волочение (ПВ), позволяющий расширить технологические возможности станов. Однако в силу особенностей осуществления процесса ПВ (повышенные крутящие моменты на валках и повышенные удельные натяжения концов полосы) практика его использования показала в ряде случаев его неконкурентоспособность с симметричным (обычным) процессом прокатки. Анализ преимуществ и недостатков процесса ПВ позволил сформулировать новый подход к использованию несимметричных процессов прокатки, заключающийся в том, что частные кинематические варианты не могут решить всех технологических проблем. Предложен процесс прокатки общего вида (ПОВ), заключающийся в поливариантности кинематики процесса прокатки. Реализация приемлемого кинематического варианта определяется условиями осуществления процесса прокатки и требованиями к качеству продукции.
Бесплатно
Об оценке наблюдаемости температурного поля слябов при нагреве в методических печах
Статья научная
Рассматривается задача оценки наблюдаемости температурного поля слябов при их нагреве в методических печах. Ее актуальность обуславливается тем, что для непосредственного измерения доступна только температура поверхности металла, для построения высококачественных систем управления необходима, однако, информация и о температуре внутренних точек. Известно, что для решения, в том числе и данной задачи, необходима настроенная на «реальный процесс» модель нестационарного теплообмена, которая по физике явлений является вообще-то моделью с распределенными параметрами. Для оценки наблюдаемости проведена пространственная дискретизация уравнения теплопроводности, описывающего внутренний теплообмен металла. За счет этого математическое описание переведено в класс систем с сосредоточенными параметрами. Установлено, что во всех рассмотренных случаях - когда поперечное сечение заготовки условно разбито на несколько расчетных слоев - объект вполне наблюдаем, т. е. температурное поле заготовки в некоторый момент времени может быть однозначно определено по данным измерения температуры поверхности и температуры рабочего пространства на некотором последующем отрезке времени. Приводятся конкретные алгоритмы решения задачи, также определено влияние погрешностей измерения температуры поверхности на точность оценки. Таким образом, показано, что непрерывный контроль температуры по ходу процесса нагрева с самого его начала не является в принципе абсолютно необходимым для того, чтобы иметь возможность определять температурное поле сляба в какие-то ответственные моменты времени. Результаты работы могут быть использованы при построении автоматизированных систем управления методическими нагревательными печами прокатного производства.
Бесплатно
Об экономической эффективности электрошлакового переплава металлизованного сырья
Статья научная
Проведены расчеты себестоимости электрошлакового металла, полученного по действующей на производстве технологии, и при переплаве комбинированных расходуемых электродов, сформированных с использованием металлизованных окатышей и жидкой лигатуры заданного химического состава.
Бесплатно
Об экономичном управлении нагревом металла в протяжных печах и агрегатах
Статья научная
Введение. Рассматривается актуальная проблема оптимизации управления нагревом металла в протяжных печах и агрегатах. Цель исследования: разработать алгоритм расчета распределения температуры рабочего пространства по зонам, обеспечивающий реализацию принципа управления, экономичного по расходу топлива или электроэнергии на нагрев.
Бесплатно
Об экспоненциальной модели нагрева слябов в методических печах
Статья научная
Введение. В условиях повышения требований к качеству нагрева металла перед прокаткой задача создания и совершенствования алгоритмического обеспечения автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУ ТП) методических печей является вполне актуальной. Цель исследования: рассмотреть задачу физической обусловленности и параметрической настройки так называемой экспоненциальной модели, часто применяемой для описания нагрева слябов в методических печах прокатного производства. Выясняется вопрос о том, насколько экспоненциальная модель соответствует физике процесса нагрева, какая точность описания при этом может быть достигнута. Материалы и методы. Производится сравнение как структур моделей - физической модели на основе уравнения теплопроводности и экспоненциальной модели, так и результатов расчета среднемассовой температуры металла по этим моделям. Результаты. Показано, что экспоненциальная модель в точности соответствует физике процесса нагрева только для термически тонких тел. Получено дифференциальное уравнение для ошибки расчета среднемассовой температуры термически массивных тел. При этом анализируются три режима нагрева: при постоянной температуре рабочего пространства и при линейном и экспоненциальном росте этой температуры. Приведено решение уравнения для ошибки расчета при нагреве при постоянной температуре рабочего пространства. Установлено, что экспоненциальная модель удовлетворительно описывает процесс, как правило, только для режима нагрева при постоянной температуре рабочего пространства. Найдено рациональное значение настраиваемого параметра экспоненциальной модели. Указывается достаточно простая схема перехода от параметров модели, ядром которой является дифференциальное уравнение теплопроводности, к параметрам упрощенной экспоненциальной модели для среднемассовой температуры. Заключение. Результаты работы могут быть использованы при разработке и совершенствовании алгоритмического обеспечения АСУ ТП методических печей.
Бесплатно
Обеспечение равномерности механических свойств катанки 5,5-6,5 мм из стали марок 70-75
Статья научная
В 2019 году была проведена модернизация линии воздушного охлаждения стана 170 ПАО «ММК». Она была направлена на получение сорбитизированной катанки непосредственно на стане. Применение такой продукции позволяет отказаться от одной промежуточной операции термической обработки в процессе производства проволоки, а также повысить стабильность механических свойств готовой проволоки, производимой из такой катанки. Учитывая особенности укладки катанки на линии воздушного охлаждения за прокатным станом, со стороны метизных предприятий предъявляются следующие требования к равномерности механических свойств получаемой катанки: не более 40 Н/мм2 по длине витка, 50 Н/мм2 по длине мотка, 60 Н/мм2 по плавке. При анализе образцов проката из стали марок 70-75 диаметром 5,5-6,5 мм было выявлено, что полное соблюдение требований метизных предприятий на действующих прокатных станах затруднено. По заказу ПАО «ММК» в рамках научных исследований по освоению технологии производства катанки на линии воздушного охлаждения была разработана математическая модель, адекватность которой была доказана с помощью разработки режимов прокатки на ее базе с последующей оценкой полученной продукции. При дальнейшем анализе полученного проката было обнаружено, что произведенная по новым режимам продукция в большей степени отвечает требованиям по неравномерности механических свойств по длине витка, мотка и партии.
Бесплатно
Статья научная
Из практики эксплуатации и опыта механических испытаний известно, что металл зоны термического влияния (ЗТВ) сварного соединения более чем основной металл подвержен разрушению. В ходе проведения многочисленных испытаний по оценке статической трещиностойкости установлено, что наименьшими вязкими свойствами обладают область крупного зерна ЗТВ и линия сплавления. Такое снижение вязких свойств сварных соединений прямошовных труб большого диаметра (ТБД) приводит к отбраковке продукции и серьезным экономическим последствиям. С целью выявления причин такого поведения металла в ЗТВ было выполнено моделирование термических циклов сварки на образцах из сталей класса прочности К65 с помощью комплекса Gleeble 3800. В ходе выполнения работы была установлена взаимосвязь между сформированной микроструктурой в ЗТВ и вязкими свойствами сварных соединений высокопрочных труб. Самым неблагоприятным типом микроструктуры в области крупного зерна ЗТВ является глобулярный бейнит. Выявлено негативное влияние ванадия и кремния на вязкие свойства сварных соединений высокопрочных труб большого диаметра. Так же были установлены причины снижения вязких свойств литого металла сварных швов. Сильное снижение вязких свойств металла шва происходит при выделении феррита по границам первичных дендритов. По результатам исследований был разработан химический состав основного металла труб, и предложен способ повышения вязких свойства литого металла сварного шва за счет добавок титана и бора в сварочную ванну. Рекомендации были применены при производстве опытной партии труб для проекта «Сила Сибири». Результаты механических испытаний показали высокие значения вязких свойства полученных сварных соединений.
Бесплатно
Обзор способов получения полой заготовки электрошлаковым переплавом. Часть I
Статья научная
Представлен краткий обзор способов получения полых слитков. В связи с развитием ресурсодобывающих отраслей и энергетического машиностроения возобновился интерес к возможностям электрошлаковых технологий в вопросах повышения качества полой заготовки. Проблема повышения эксплуатационных свойств полых заготовок и снижения их себестоимости является весьма актуальной и требует своего дальнейшего разрешения. Ведь формирование полости методом горячей деформации при производстве полых заготовок замкнутой формы это вынужденное решение, которое использовали металлурги из-за низкого качества литья. Поэтому необходимо получать литые полые заготовки, которые по качеству не уступали бы горячедеформированным. Эта задача успешно решается технологиями на основе электрошлакового переплава. Применение электрошлакового переплава (ЭШП) для производства полых слитков реализовано в Институте электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины еще в 70-х гг XX в. Электрошлаковый переплав является одним из прогрессивных способов улучшения структуры и физико-химических свойств металла посредством управления процессами кристаллизации. Показана целесообразность применения полых слитков электрошлакового переплава для изготовления оборудования, используемого в ресурсодобывающих отраслях и энергетическом машиностроении. Представлены достоинства и недостатки основных видов ЭШП, таких как с подвижным дорном, неподвижным многоразовым дорном, с подвижными кристаллизаторами и заготовкой, центробежное электрошлаковое литье, жидкая штамповка в электрошлаковом литье, электрошлаковая подпитка, ЭШП с вытягиванием.
Бесплатно
