Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 899
Освоение производства труб большого диаметра с повышенной деформационной способностью
Статья научная
На территории Российской Федерации до недавнего времени отсутствовала необходимость строительства трубопроводов в сейсмически активных районах. Необходимость строительства современных трубопроводов в районах повышенной сейсмичности на территории Российской Федерации обусловлена началом освоения ОАО «Газпром» новых газовых месторождений, расположенных на Дальнем Востоке и в Восточной Сибири (проект газотранспортной системы «Сила Сибири»). Для обеспечения безопасности транспорта газа на этих участках необходимо повышать деформационную способность магистральных газопроводов. В соответствии с традиционным подходом к проектированию газопровода, при пересечении трассы газопровода «сложных» участков для увеличения деформационной способности используют трубы меньшего диаметра с большей толщиной стенки. В этом случае для сохранения пропускной способности газопровода увеличивают количество ниток, что в итоге приводит к дополнительным затратам. Альтернативным решением является использование труб, обладающих высокой деформационной способностью, достигнутой за счет улучшения свойств основного металла, так называемых труб с повышенной деформационной способностью. Рассмотрены особенности проектирования магистральных трубопроводов на участках с повышенной сейсмичностью, слабонесущими, вечномерзлыми и пучинистыми грунтами, в районах активных тектонических разломов. Рассмотрены преимущества использования труб с повышенной деформационной способностью на данных участках, их отличительные свойства и способы производства. На основе проведенных исследований изложены пути получения листового проката, а в дальнейшем и труб с повышенной деформационной способностью и высокими вязкими свойствами сварных соединений. Приведены результаты изготовления опытных партий листового проката и труб.
Бесплатно
Статья научная
Работа посвящена анализу термической обработки чугунных изделий. Указано, что термическая обработка проводится для снятия внутренних напряжений, графитизации, обезуглероживания, изменения структуры и уровня свойств. В ходе экспериментов определены технологические параметры термической обработки центробежнолитых валков с рабочим слоем из хромникельмолибденового чугуна, которые необходимы для разработки эффективного процесса в специальных газовых печах с выдвижным подом. В работе показано, что такая обработка способствовала снятию в валках остаточных напряжений после литья. Целью настоящей работы является изучение влияния термической обработки на структуру, уровень твердости и напряженное состояние листопрокатных валков. Исследования валков в литом состоянии показали, что в зависимости от соотношения химических компонентов в составе анализируемого чугуна и скорости охлаждения отливки имели место различные структурные комбинации матрицы с включениями вторичных карбидов. В зависимости от их количественного соотношения изменялся уровень твердости. Результаты исследований напряженного состояния анализируемых отливок методом измерения коэрцитивной силы показали неравномерное распределение ее значений вдоль рабочей поверхности бочки валка. Предложенный в работе режим низкотемпературного отжига (Т = 673 К) позволил получить более однородную структуру рабочего слоя валков. В результате уменьшилась неоднородность свойств вдоль его поверхности в 2 раза по сравнению с литым состоянием.
Бесплатно
Осевое усилие при поперечно-винтовой прокатке
Статья научная
Показано что, ключевым фактором для практической реализации идеи совмещенного процесса «поперечно-винтовая прокатка-прессование» является осевое усилие при поперечно-винтовой прокатке, которое должно обеспечивать непрерывное прессование в матрице за валками. Для измерения максимального осевого усилия, которое, по сути, является резервом сил трения, был изготовлен специальный тензометрический датчик. Работа была выполнена на трёхвалковом стане поперечно-винтовой прокатки «10-30» для случая горячей прокатки стальных прутков с диаметрами 16-25 мм при обжатии 6 % по диаметру и температуре 1000 °C. Результаты представлены по 24 опытам. По данным исследования показано, что, главную опасность при поперечно-винтовой прокатке и прессовании представляет не недостаток усилия, а возможность изгиба заготовки между валками и матрицей. Обоснована возможность повышения усилия за счет использования валков с насечкой при максимальном обжатии. Проведено сравнение полученных результатов с исследованиями усилия прошивки похожих профилей на трёхвалковых станах. Обоснованы перспективы оптимизации процесса прошивки сплошных заготовок в гильзу за счет использования результатов исследования, особенно в части сведений о резерве усилия (сил трения) поперечно-винтовой прокатки.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлен краткий обзор достижений и результатов исследований отдела бесшовных труб ИЦ ТМК в области обработки металлов давлением по следующим основным направлениям: винтовая прокатка, продольная прокатка, волочение и прессование. Также показано, что, согласно современным тенденциям, на различных этапах работы проводится компьютерное конечно-элементное моделирование и цифровизация данных процессов. Большинство научных разработок внедряется в действующее и перспективное производство на российских трубопрокатных предприятиях, что позволяет повысить конкурентное преимущество отечественной трубной продукции, осваивать новые виды продукции и повышать технологический суверенитет страны.
Бесплатно
Основные уравнения континуальной теории уплотнения порошков с особыми свойствами
Статья научная
Представлен анализ опыта применения известных базовых уравнений континуальной теории для описания процессов уплотнения порошков с особыми свойствами.
Бесплатно
Статья научная
Увеличение спроса на бесшовные трубы из коррозионностойких марок стали аустенитного класса способствует непрерывному совершенствованию трубопрокатных технологий. В статье представлены результаты комплексного исследования и разработки технологии прокатки товарных длинномерных труб из непрерывно-литой заготовки (НЛЗ) нержавеющих марок стали аустенитного класса на ТПА с непрерывным станом с контролируемо-перемещаемой оправкой. Для определения пластических и прочностных свойств нержавеющих марок стали в линии ТПА использованы данные результатов экспериментов на комплексе Gleeble 3800 «ЮУрГУ». В исследовании использованы результаты компьютерного моделирования в программном комплексе QForm 3D, а также результаты физического моделирования на современных лабораторных станах винтовой и продольной прокатки. Разработана технология подготовки НЛЗ из нержавеющих марок стали, позволяющая полностью устранить все недостатки литой структуры металла. Наличие рифления на поверхности рабочего конуса оправки полностью решило проблему низкой стойкости оправок при прошивке нержавеющих марок стали. Разработанная и внедренная в промышленное производство на АО «Волжский трубный завод» (АО «ВТЗ») технология прокатки НЛЗ марок стали 08-12Х18Н10Т позволяет получать длинномерные трубы специального назначения высокого качества внутренней и наружной поверхности с требуемым набором эксплуатационных свойств. Актуальность темы заключается в необходимости импортозамещения труб специального назначения из труднодеформируемых марок стали, которые в РФ ранее закупались только за рубежом.
Бесплатно
Особенности вертикальной прокатки упруго-вязких материалов
Статья научная
В основе производства абразивного инструмента лежат процессы получения многокомпонентных связок и упруго-вязких материалов, приготовления абразивных смесей и формования из них готовых изделий методами обработки материалов давлением. Вместе с тем процесс валкового смешивания из упруго-вязких материалов является узким местом и является одной из наиболее трудоемких и энергоемких операций. Недостаточная изученность процесса прокатки такого рода материалов затрудняет разработку эффективных технических решений, которые бы позволили полнее реализовать потенциальные возможности технологии и оборудования. Поэтому научно обоснованное определение основных параметров с учетом особенностей используемой схемы прокатки и реологии материала является актуальным. Рассмотрены элементы теории прокатки абразивной упруго-вязкой массы в очаге деформации, образованном валками, оси которых находятся в горизонтальной плоскости, а прокат расположен в вертикальной плоскости. Приведены кинематические параметры процесса прокатки и геометрические параметры очага деформации, которые могут быть использованы в других отраслях промышленности связанных с производством смесей из упруго-вязких материалов. Аналитические зависимости по всем аспектам процесса прокатки в качественном отношении хорошо согласуются с имеющейся опытной информацией.
Бесплатно
Особенности дефектов при прокатке тончайших лент и фольг
Статья научная
Авторами анализируются основные причины образования дефектов и методы, предотвращающие появление брака. Правильный подбор необходимых режимов прокатки ленты усложняется вследствие особенностей прокатываемого материала с памятью формы - нитинола. Никелид титана обладает способностью присоединять газы (азот, кислород) и подвержен окислению. В статье рассматриваются дефекты, образующиеся при прокатке на многовалковых станах. Среди них - двухсторонний гофр, коробоватость, появление пузырей, волнистость, разнотолщинность. Основные негативные факторы, являющиеся источниками возникновения указанных дефектов, могут быть парированы правильной профилировкой валков (волнистоть), выставлением верных режимов обжатия (двухсторонний гофр), пересборкой основных узлов стана (биение, коробоватость). При прокатке труднообрабатываемых материалов следует проводить анализ текстуры ленты для фиксирования источников возникновения брака. Настройка прокатного оборудования должна включать в себя не только режимы прокатки (скорость, величина обжатия, натяжения на барабанах моталок), но и работу с рабочими валками, включающую высокоточную обработку поверхности бочек, шейки.
Бесплатно
Особенности деформационной обработки высокопрочной арматуры для железобетонных шпал нового поколения
Статья научная
Проведен комплекс исследований по возможности применения для производства высокопрочной арматуры больших диаметров высокоуглеродистой легированной стали 80ХФЮ. Предложен критерий оценки равномерности напряженного состояния в очаге деформации заготовки при волочении. На основе исследований равномерности напряженного состояния по переходам маршрутов волочения для получения качественной продукции выбран маршрут с убывающими обжатиями.
Бесплатно
Особенности и физические принципы влияния добавок кремния на свойства стали
Статья научная
Анализируется физическая природа влияния добавок кремния на свойства сталей, используемых для изготовления труб. Экспериментально изучена ударная вязкость при температуре -40 °С образцов 10 сталей производства ЧТПЗ, отличающихся по содержанию кремния, углерода, серы и азота. Показано, что при содержании кремния 0,02 мас. % ударная вязкость оказывается очень высокой (223 Дж/cм2). Более высокие добавки кремния оказывают упрочняющее действие на сталь, но понижают ударную вязкость. Для выделения действия кремния по отношению к другим легирующим элементам рассмотрены литературные данные о влиянии большой группы легирующих элементов на температуру хладноломкости и предел текучести сталей. Обобщение литературных данных позволило предложить эмпирическое уравнение, связывающее температуру хладноломкости и предел текучести с составом стали. На этой основе удалось показать, что кремний действительно является элементом, который в наибольшей степени увеличивает предел текучести и одновременно усиливает хладноломкость железа. Обсуждены причины данного явления, выдвинута гипотеза, что причина резкого увеличения предела текучести при добавлении кремния связана с сильным отталкиванием атомов кремния и углерода, находящихся в ближнем соседстве.
Бесплатно
Особенности коррозионного поведения отливок из чугуна в агрессивных средах
Статья научная
Работа посвящена изучению кинетики и механизма серого (СЧ) и хромированного чугунов (ЧХ28) в кислых и нейтральных средах. Актуальность работы обусловлена необходимостью подбора антикоррозионной защиты указанных сплавов при их эксплуатации в различных средах. Исследования проводились гравиметрическим, микроскопическим и фотометрическим методами. На основании анализа кинетических зависимостей коррозионного процесса отмечено, что разрушение сплавов СЧ и ЧХ28 в указанных средах протекает по электрохимическому механизму. Приведены результаты исследования микроструктуры исследуемых сплавов до и после коррозионных испытаний. Авторами установлено, что в структуре серого чугуна присутствуют феррит и графит, в то время как структура хромистого чугуна состоит из твердого раствора хрома в железе и карбидов. Особое внимание уделяется влиянию химического состава электролита на коррозионное поведение сплавов СЧ и ЧХ28. Установлено, что ванадат-ионы являются активаторами коррозионного процесса, а цистеин и метионин - ингибиторами. Показано, что использованные ингибиторы обладают достаточно высоким защитным действием по отношению к исследуемым сплавам. Полученные данные подтверждены результатами анализа продуктов коррозии сплавов, выполненного фотометрическим методом.
Бесплатно
Особенности кристаллизации и формирования магнитных свойств аморфных сплавов при нагреве
Статья научная
Изучены структура и комплекс магнитных характеристик магнитопроводов размером 25 x 15 x 10 мм и массой от 18 до 22 г из аморфной ленты толщиной от 20 до 30 мкм сплавов на основе железа и кобальта. Показано, что процесс кристаллизации при непрерывном нагреве всех аморфных сплавов протекает в две стадии в близких температурных интервалах 500…600 и 650…750 °C. Кристаллизация аморфной ленты в начале первого интервала, при котором формируется аморфно-нанокристаллическое состояние, приводит к дополнительному улучшению магнитных свойств всех сплавов. Более высокий комплекс магнитных свойств (очень низкая коэрцитивная сила HcM = 0,67 Тл и магнитной проницаемости μmax > 105, низкая степень прямоугольности петли гистерезиса Br/Bmax = 0,4…0,5) формируется у магнитопроводов из аморфной ленты сплава типа Finemet после их отжига при 500…560 °C, когда размеры нанокристаллов составляют 14…15 нм. Повышение температуры нагрева выше оптимальной для каждого сплава вызывает интенсивное развитие кристаллизации, приводит к увеличению размеров образующихся кристаллитов и ухудшает комплекс магнитных свойств. Отжиг магнитопроводов из сплава 5БДСР при температуре окончания первого интервала кристаллизации (590…600 °C) мало влияет на степень кристаллизации, но приводит к увеличению размера кристаллитов, что сопровождается снижением индукции насыщения и ростом коэрцитивной силы.
Бесплатно
Статья научная
Технологические трубопроводы работают в разнообразных условиях, находятся под воздействием значительных давлений и высоких температур, подвергаются коррозии и претерпевают периодические охлаждения и нагревы. Эксплуатируются они при различных температурах окружающей среды. Согласно общепринятой классификации, технологические трубопроводы по температуре транспортируемой среды разделяют на холодные (температура ниже 0 °C), нормальные (температура от 0 до 50 °C) и горячие (температура более 50 °C). В большинстве нормативных документов на трубную продукцию из массово применяемых марок стали определена максимальная температура эксплуатации до 80 °C. В СТО Газпром 2-4.1-713-2013 «Технические требования к трубам и соединительным деталям» верхняя граница температур эксплуатации установлена на отметке 120 °C. При этом фактическая температура транспортируемой среды может существенно превышать эти значения. На базе института было проведено исследование механических характеристик марок сталей, используемых в технологических трубопроводах, - сталь 20, 09Г2С, 13ХФА, 17Г1С-У. Проведен анализ прочностных свойств (предел текучести, временное сопротивление, относительное удлинение, относительное сужение) при повышенных (до +250 °C) и пониженных (до -80 °C) температурах. Выполнен анализ вязкопластических свойств при испытании на ударный изгиб образцов Шарпи, построены зависимости ударной вязкости от температуры в интервале от -100 до 0 °C. Представленные в статье результаты позволяют лучше понять влияние температуры эксплуатации на механические свойства трубопровода из различных марок стали.
Бесплатно
Особенности производства литых заготовок из медных сплавов
Статья научная
Рассмотрены проблемы производства литых заготовок из медных сплавов, содержащих легкоокисляющиеся и легкоиспаряющиеся элементы (Cr, Zr, Cd, Zn, Si и др.). Проанализированы возможные способы ввода легирующих элементов в расплав. Изучены кинетика растворения хрома в расплаве меди и его распределение по сечению и длине слитка при полунепрерывном литье. Кроме того, представлены результаты исследования влияния покровных флюсов в кристаллизаторе при полунепрерывном литье на структуру и свойства сложнолегированных латуней. Полученные в ходе исследования данные положены в основу разработки технологии плавки и полунепрерывного литья медных сплавов.
Бесплатно
Статья научная
Изучено влияние двукратного отпуска на свойства низколегированной трубной стали, предварительно закаленной из межкритического интервала температур. Показано, что повторный отпуск при 520 °С не приводит к развитию отпускной хрупкости. Обсуждено возможное влияние различных факторов - изменения равновесной концентрации углерода в феррите, дисперсионного твердения.
Бесплатно
Особенности работы вертикальной фурмы в прямоточном режиме
Статья научная
Для интенсификации процессов пирометаллургической переработки сырья тяжёлых цветных металлов широко используются автогенные режимы переработки, реализуемые в специальных пирометаллургических агрегатах. Одной из активно внедряемых в мире технологий плавки является процесс с использованием фурм типа TSL в печах Аусмелт и Айзасмелт. Фурмы TSL сохраняют свою стойкость за счёт обеспечения формирования слоя гарнисажа на теле фурмы при вдувании кислородовоздушной смеси (КВС) в расплав через вертикальную трубу особой конструкции. Практика реализации подобных процессов показала теоретическую и фактическую возможность использования дутья как с закручиванием (фурма TSL), так и без закручивания дутьевого потока. Подача природного газа в центральную часть воздушного дутья без закручивания оказывает влияние на общую крутку закрученных потоков при продувке расплава в печи. Существенные отклонения технологических параметров плавки от типового режима работы фурмы типа TSL возникают при организации прямоточного режима дутьевых смесей для всех спутных струй. С целью углубления анализа отличительных особенностей прямоточных и закрученных струй показаны основные параметры дутьевых смесей при истечении из фурмы и их взаимное влияние на характеристики факела. Для определения параметров вертикальной фурмы и её технологических особенностей предложена методика расчёта и оценки прямоточных струй для дутьевой смеси в условиях вертикального плавильного печного агрегата. При прямоточном истечении дутьевой смеси воздуха и кислорода для различных соотношений представлен математический аппарат с целью оценки диаметра дутьевой воронки и глубины её проникновения в расплав. Применительно к аппаратурному оформлению печей Аусмелт и Айзасмелт при оснащении их прямоточными фурмами показана модель формирования зон циркуляции расплава во внутреннем горне и их влияние на технологические параметры плавки.
Бесплатно
Статья научная
Для повышения комплекса механических свойств алюминиевых сплавов возможно использовать деформационную и термическую обработки. Повышение прочностных характеристик при повышении пластичности и ударной вязкости обеспечивается высокотемпературной термомеханической обработкой. Изучена возможность осуществления термомеханической обработки литейных алюминиевых сплавов. Для оценки прокаливаемости, являющейся важнейшей характеристикой высокопрочного литейного алюминиевого сплава, построена диаграмма изотермического распада пересыщенного твердого раствора. Кривые распада твердого раствора приведены для недеформированного и деформированного литейного сплава с оптимальной степенью деформации 30 %. Начало распада пересыщенного твердого раствора фиксировалось по снижению прочностных характеристик по сравнению с уровнем свойств закаленного и состаренного сплава. Установлено, что при осуществлении ВТМО горячая пластическая деформация, проводимая при температуре гомогенизации, интенсифицирует распад пересыщенного твердого раствора высокопрочных литейных алюминиевых сплавов в процессе последующего охлаждения и уменьшает прокаливаемость.
Бесплатно
Особенности рекристаллизации деформируемых алюминий-магниевых сплавов со скандием
Статья научная
Деформируемые сплавы на базе системы Al-Mg принадлежат к группе сплавов, которые не упрочняются термической обработкой. Из этих сплавов производят все типы деформированных полуфабрикатов, а также прессованные изделия и штамповки. Наиболее легированными и прочными из распространённых деформируемых сплавов на основе системы Al-Mg являются сплавы АМг6 и Амг61. Применение сплава АМг6 в конструкциях этого вида объясняется его явными преимуществами, такими как хорошая свариваемость, высокая коррозионная стойкость, достаточно высокая пластичность и высокая технологичность. Основным методом упрочнения таких сплавов является холодная деформация. Главным недостатком сплава АМг6 являются его относительно невысокие механические свойства и нестабильность упрочненного состояния при нагревах. Одним из перспективных направлений повышения уровня прочности деформируемых сплавов на базе системы Al-Mg является легирование скандием. В статье приведены результаты исследования термической стабильности структурного состояния Al-Mg сплава, содержащего 0,22 % скандия (сплав 01570) после отжига при различных температурах, а также после дополнительной холодной деформации. Установлены температурно-временные параметры начала рекристаллизации горячепрессованного прутка из сплава 01570 после 4-часовой выдержки при температуре 500 °C и 1-часовой выдержки при 525 °C. Показано, что начало рекристаллизации горячепрессованных образцов, отожженных при 320 °C и деформированных на 40 % при комнатной температуре, наблюдается при 10-часовом отжиге при 400 °C, а отожженных при 450 °C и деформированных на 40 % при комнатной температуре - даже при 4-часовом отжиге при 400 °C.
Бесплатно
Статья научная
Приводятся результаты экспериментальных исследований особенностей реологических свойств высокоуглеродистой легированной стали, используемой для производства нового вида продукции - высокопрочной стабилизированной арматуры для современных железобетонных шпал. Получены уравнения состояния стали марок C85CrV и 85ФЮ, необходимые для проектирования деформационных режимов волочения и профилирования арматуры, обеспечивающих достижение заданного комплекса эксплуатационных характеристик готовой продукции.
Бесплатно
