Izvestiya. Ferrous Metallurgy

Journal Information
ISSN / EISSN : 0368-0797 / 2410-2091
Total articles ≅ 1,405
Current Coverage
SCOPUS
Filter:

Latest articles in this journal

M. Yu. Belomyttsev
Izvestiya. Ferrous Metallurgy, Volume 64; doi:10.17073/0368-0797-2021-1-52-58

Abstract:
Повышенный интерес к многокомпонентному легированию никеля связан с поиском новых составов жаропрочных и жаростойких сплавов на основе никелевого твердого раствора либо его интерметаллидов. В представленной работе изучено сопротивление высокотемпературному окислению сплава системы Ni – Al – Mo – W – Nb, который может быть использован как основа для создания дисперсно-упрочненных инертными частицами карбидов и нитридов двухфазных термически стабильных жаропрочных никелевых сплавов с матрицей из γ′-фазы. Образцы сплава подвергали окислению на воздухе при 900 – 1300 °С в течение 1 – 125 ч. Измеряли уменьшение массы (ΔМ, гр), которое после этого пересчитывали в показатели изменения массы образцов за единицу времени, нормированное на площадь поверхности исходных образцов (Δm, гр/м2 ·ч) и скорость «сгорания» поверхностного слоя (угара h, мкм/ч). Показано, что при окислении сплава Ni – Al – Mo – W – Nb при всех температурах происходит уменьшение массы образцов из-за образования непрочной и рыхлой поверхностной окалины. Зависимости этого показателя от времени окисления близки к линейной. С ростом температуры процессы уменьшения массы интенсифицируются. Предложено повышать окалиностойкость сплава Ni – Al – Mo – W – Nb кратковременным предварительным окислением при 1300 °С в течение 1 ч в атмосфере воздуха. Наблюдаемый эффект повышения стойкости к окислению связан с образованием в окалине слоя из соединения NiAl2O4, более эффективно предохраняющего сплав от взаимодействия с кислородом. Опыты по окислению с использованием инертных меток из платины показали, что механизмом, контролирующим окисление сплава Ni – Al – Mo – W – Nb при высоких температурах в случае наличия на поверхности слоя NiAl2O4 , следует считать диффузию кислорода через окисную пленку вглубь металла. Рассчитана энергия активации процессов окисления образцов сплава Ni – Al – Mo – W – Nb при температурах 900 – 1300 °С и без предварительного окисления. Это значение равно 234 943 ± 13 254 Дж/моль, что характерно для энергии активации процесса самодиффузии никеля.
A. S. Vusikhis, E. N. Selivanov, S. V. Sergeeva, L. I. Leont’Ev
Izvestiya. Ferrous Metallurgy, Volume 64; doi:10.17073/0368-0797-2021-1-46-51

Abstract:
Ферроникель, получаемый в настоящее время из окисленных никелевых руд в различных агрегатах, содержит 5 – 20 % Ni. Экспериментально показана возможность получения богатого (около 70 % Ni) ферроникеля из расплава силикатной никелевой руды в ходе ее обработки газом-восстановителем. Используя методику термодинамического моделирования металлургических процессов, адаптированную к открытым системам, рассмотрены особенности восстановления высокожелезистой разновидности никелевой руды Серовского месторождения монооксидом углерода. Для расчетов принят следующий состав оксидного расплава, % (по массе): 60,4 Fe2O3; 1,4 NiO; 0,14 СоО; 5,8 Аl2O3 ; 17,0 SiO2; 4,2 MgO; 11,1 CaO. Моделирование вели при давлении 0,1 МПа, количестве монооксида углерода в единичной порции 10,6 дм3/кг и температурах 1673, 1723, 1773 К. В ходе расчетов выявлены зависимости, связывающие содержания оксидов никеля (CNiO), железа (СFe2O3 , CFe3O4 , CFeO) и кобальта (CСоО) в оксидном расплаве и металлов в сплаве (СNi, СFe, СCo), а также степени их перехода в металлическое состояние (φNi , φFe, φCo) с количеством введенного газа. Определены содержания металлов в единичной порции восстановленного металла. В интервале температур 1673 – 1773 К и количестве введенного СО, равном 190 дм3/кг, содержание Fe2O в оксидном расплаве составляет 0,17 – 0,12 % , Fe3O4 – 1,77 – 1,05 %, FeO – 55,6 – 56,5 %, NiO – 0,026 – 0,037 %, СоО3 – 0,061 – 0,068 %. При степени восстановления никеля 98 % степень восстановления железа составляет 5 %, а кобальта – 56 – 61 %. В сплаве, сформированном из восстановленных металлов, содержится около 30 % никеля, 63 – 65 % железа и 2 % кобальта. Таким образом, показана возможность при определенных условиях селективного восстановления никеля и кобальта. Полученные данные значимы для обоснования параметров технологических процессов производства ферроникеля из высокожелезистых окисленных никелевых руд.
E. A. Maksimov, R. L. Shatalov, V. G. Shalamov
Izvestiya. Ferrous Metallurgy, Volume 64; doi:10.17073/0368-0797-2021-1-14-20

Abstract:
Показано, что практически все технологические процессы изготовления металлопродукции методами пластической деформации связаны с формированием в готовых изделиях самоуравновешенной системы остаточных напряжений. Уровень остаточных напряжений является во многих случаях важным параметром, определяющим качество изделий, полученных в результате пластического деформирования. Причины образования остаточных напряжений многообразны: неоднородность пластической деформации, температурного поля, фазовые превращения и др. По своей величине они могут превосходить напряжения от внешних нагрузок. В настоящее время к металлопродукции предъявляют дополнительные требования с целью создания машин и конструкций, работающих в условиях высоких нагрузок и скоростей, резких колебаний параметров внешней среды. Опыт эксплуатации конструкций в различных областях техники и результаты многочисленных экспериментов показывают, что остаточные напряжения существенно влияют на надежность и долговечность машин и механизмов. На основе теории о разгрузке А.А. Ильюшина получены аналитические зависимости для расчета эпюры изменения остаточных напряжений по толщине листа при изгибе под роликами правильной машины (РПМ), а также угла пружинения. Рассмотрено образование эпюры остаточных напряжений по толщине листа при правке для второго, третьего и последующих роликов РПМ. Установлено, что в результате принципа суперпозиции эпюра остаточных напряжений под вторым и третьим роликами складывается, образуя суммарную эпюру после второго и третьего роликов. Для четвертого, пятого, шестого и последующих роликов РПМ также происходит алгебраическое сложение эпюр остаточных напряжений. Показано, что для листа из стали 45 толщиной 10 мм, шириной 500 мм, r/h = 200 максимальные растягивающие остаточные напряжения 200 МПа наблюдаются на расстоянии Z/h = 0,3 от нейтральной линии по толщине листа. Сравнительный анализ показал, что для данного листа расхождение между опытными и расчетными значениями остаточных напряжений составляет 10 – 26 %, что позволяет рекомендовать методику расчета остаточных напряжений при правке листа на РПМ для оценки качества выправляемых листов.
V. I. Berdnikov, Yu. A. Gudim
Izvestiya. Ferrous Metallurgy, Volume 64; doi:10.17073/0368-0797-2021-1-75-77

Abstract:
Водород используется в основном при восстановительном отжиге порошка железа, получаемого методом распыления жидкого металла водой. Химические аспекты этого процесса моделировали посредством программного комплекса Терра 6.3. В частности, анализировали термодинамическую систему Fe – O − H в широком диапазоне температур и расходов водорода. Из проведенного анализа следовало, что основными примесными соединениями распыленного порошка будут не гидраты железа, а оксид Fe2O3. Однако он не может существовать в атмосфере водорода и преобразуется в оксид Fe3O4 при низкой температуре. Поэтому основной реакцией по восстановлению железа будет реакция Fe3O4 + 4Н2 = 3Fe + 4H2O, завершающаяся при 910 °С. Показано, что эту температуру можно значительно снизить при столь же значительном повышении расхода водорода. Учет этого фактора может быть полезен при отработке режима отжига порошка.
, K. A. Osintsev, , , I. A. Panchenko
Izvestiya. Ferrous Metallurgy, Volume 64; doi:10.17073/0368-0797-2021-1-68-74

Abstract:
A non-equiatomic high-entropy alloy (HEA) of the Al – Co – Cr – Fe – Ni system was obtained using wire-arc additive manufacturing technology in the atmosphere of pure argon. The initial wire had 3 conductors with different chemical composition: pure aluminum wire (Al ≈ 99.95 %), chromium-nickel wire (Cr ≈ 20 %, Ni ≈ 80 %), and cobalt alloy wire (Co ≈ 17 %, Fe ≈ 54 %, Ni ≈ 29 %). The resulting sample of high-entropy alloy was a parallelepiped consisting of 20 deposited layers in height and 4 layers in thickness. The alloy had the following elemental composition, detected by energy-dispersive X-ray spectroscopy: aluminum (35.67 ± 1.34 at. %), nickel (33.79 ± 0.46 at. %), iron (17.28 ± 1.83 at. %), chromium (8.28 ± 0.15 at. %) and cobalt (4.99 ± 0.09 at. %). Scanning electron microscopy revealed that the source material has a dendritic structure and contains particles of the second phase at grain boundaries. Element distribution maps obtained by mapping methods have shown that grain volumes are enriched in aluminum and nickel, while grain boundaries contain chromium and iron. Cobalt is distributed in the crystal lattice of the resulting HEA quasi-uniformly. It is shown that during tensile tests, the material was destroyed by the mechanism of intra-grain cleavage. The formation of brittle cracks along the boundaries and at the junctions of grain boundaries, i.e., in places containing inclusions of the second phases, is revealed. It was suggested that one of the reasons for the increased fragility of HEA, produced by wire-arc additive manufacturing, is revealed uneven distribution of elements in microstructure of the alloy and also the presence in material volume of discontinuities of various shapes and sizes.
N. S. Surikova, I. V. Vlasov, L. S. Derevyagina, A. I. Gordienko, N. A. Narkevich
Izvestiya. Ferrous Metallurgy, Volume 64; doi:10.17073/0368-0797-2021-1-28-37

Abstract:
В работе методами механических испытаний, оптической металлографии, электронной просвечивающей и растровой сканирующей микроскопии исследовано влияние трех режимов многопроходной поперечно-винтовой прокатки (ПВП) на микроструктуру, механические свойства и вязкость разрушения феррито-перлитной трубной стали 09Г2С. Показано, что после всех режимов ПВП наблюдается изменение параметров исходной зеренной структуры заготовки с формированием слоистости в распределении зерен по размерам – вблизи поверхности заготовки размер глобулярных зерен составляет 1 – 4 мкм, длина вытянутых зерен в центральной части заготовки варьируется от единиц до десятков мкм, ширина – от 1 до 8 мкм. Механические испытания на одноосное растяжение и ударную вязкость проводили на образцах, вырезанных из центральной части прутка. Установлено, что ПВП приводит к увеличению предела текучести и предела прочности стали после всех исследуемых режимов при незначительном понижении общей пластичности. Наибольшее увеличение ударной вязкости при Т = –70 °С наблюдается после контролируемой ПВП в интервале температур 850 – 500 °С. С помощью электронно-микроскопических исследований показано, что особенности механического поведения образцов после ПВП связаны со структурными превращениями, происходящими в стали при прокатке и охлаждении. Основным фактором упрочнения является измельчение ферритных зерен и формирование субзеренной структуры после ПВП. Повышение ударной вязкости связано с более однородной мелкодисперсной структурой проката, не содержащей пластин цементита и бейнита. Процессы разрушения исходных образцов стали и после ПВП в зависимости от температуры анализируются на основе записанных диаграмм ударного нагружения и структур в зонах долома образцов Шарпи.
S. V. Samusev, A. V. Kondrushin, V. A. Fadeev
Izvestiya. Ferrous Metallurgy, Volume 64; doi:10.17073/0368-0797-2021-1-21-27

Abstract:
One of the effective methods for studying any process is its physical modeling, during which it is possible to verify the concepts and hypothesis obtained previously by theoretical modeling. In the laboratory of metal forming of NUST “MISIS” there is ERW mill 30 – 50 for the production and simulation of processes for the continuous forming of longitudinal welded pipes of small and medium diameter, their welding and calibration. This article discusses the deformation zone of a pipe billet, using the first two stands of a molding mill as an example with a calibration of a roll tool for a pipe diam. 50×1.5 mm. Based on the analysis of methods for calculating the parameters of real roll calibers, a model of contact interaction of the pipe billet with the first and second roll open stands was developed and areas of the deformation zone were determined including their sizes: non-intensive and intense impact; input and output contact zones; springing up. Analyzing the conditions of contact interaction of the pipe billet with roll calibers, parameters of the pipe billet in contact with the first-caliber rolls were determined in seven sections, taking into account the features of continuous forming. An analysis of the results has shown that the maximum longitudinal deformation occurred at the edge of the billet in section B – B and was equal to 1.04 %, and for the pipe billet bottom it was 0.92 %. For the experiment, a grid was applied to the pipe billet using a laser engraver. During forming, the trajectory deviation of the pipe billet bottom from horizontal axis was recorded, and sizes of the forming sections were determined. Comparison of theoretical and experimental values has shown that the discrepancy between them does not exceed 7 %.
V. D. Katolikov, I. A. Logachev, O. A. Komolova, M. V. Zheleznyi, A. E. Semin
Izvestiya. Ferrous Metallurgy, Volume 64; doi:10.17073/0368-0797-2021-1-59-67

Abstract:
The development of modern technics is limited by the physical and mechanical characteristics of the produced alloys, properties of which are often determined and enhanced by introduced alloying components. One of the alloying elements that have been very actively introduced in recent years is nitrogen. As a rule, alloying with nitrogen is carried out by ferroalloys, less often by gaseous nitrogen, which has significant advantages. In the processes of special electrometallurgy, alloying with nitrogen can be performed using, for example, nitrogen-containing plasma. Such a method may be feasible in the production of powder metal by spraying the ingot with nitrogen-containing plasma. It is known that performance properties of the products made of powder metal are significantly higher than those of cast metal. This served as a stimulus for investigating the properties of a product obtained from nitrided powder alloy EP741NP. In this work, a study of changes in the chemical composition, microstructure and microhardness of EP741NP alloy samples was carried out. The studied material was nitrided metal powders made on a plasma centrifugal spraying (PREP) unit and ingots from granules obtained by hot isostatic pressing (HIP). The chemical composition of the obtained samples was determined by wave dispersion X-ray fluorescence spectrometry. In order to study the microstructure of metal powders and ingots, the methods of scanning electron microscopy with EDXS were used. Microhardness of the samples was assessed using a microhardness tester by the Vickers method. The analysis of gas impurities was carried out on a gas analyzer. It is shown that nitriding of heat-resistant nickel alloy EP741NP is possible at the stage of metal powder production, without significant loss of alloying components and a sharp change in chemical composition. An increase in microhardness of the obtained nitrided samples was noted in comparison with the initial one.
A. A. Akberdin, A. S. Kim, R. B. Sultangaziev
Izvestiya. Ferrous Metallurgy, Volume 64; doi:10.17073/0368-0797-2021-1-38-45

Abstract:
С использованием метода планирования эксперимента на симплексе изучено поверхностное натяжение расплавов системы СаО – SiO2 – Al2O3 – В2O3. Исследован локальный участок указанной системы, охватывающий процессы производства ферросилиция, силикохрома, цементного клинкера, керамики, стекла, ситталов и др. Содержание оксидов в нем составляло, % (по массе): 9,8 – 52,0 CaO; 0 – 70,4 SiO2 ; 0 – 51,5 Al2O3 и 0 – 20,0 B2O3. Создана математическая модель зависимости поверхностного натяжения от состава расплавов и построены диаграммы в виде сечений тетраэдра по В2O3. Найдено, что в базовой для металлургии системе СаО – SiO2 – Al2O3 расплавы с высоким значением поверхностного натяжения примыкают к бинарной стороне СаО – Al2O3 в районе кристаллизации алюминатов кальция, имеющих малые размеры, высокий заряд и сильную по этой причине связь с объемом расплава. С вводом SiO2 поверхностное натяжение расплавов падает из-за образования крупных алюмокремниевых образований типа [Al2Si2O8]2– , группировок Si2O76- ранкинита, кольцевого комплексного аниона [Si3O9]6– псевдоволластонита. Усложнение анионов за счет полимеризации ведет к падению поверхностного натяжения из-за уменьшения отношения заряда последних к радиусу и, следовательно, силы связи с катионами. Ввод борного ангидрида вызывает снижение поверхностного натяжения расплавов СаО – SiO2 – Al2O3 , что можно объяснить переходом бора при высоких температурах из четырех (BO45-) в трех (BO33-) координированное по кислороду состояние. Образовавшиеся плоские треугольники BO33- или комплексы с их участием слабо связаны с объемом расплава, вытесняются на поверхность и снижают поверхностное натяжение. В наибольшей мере это сказывается на основных алюминатных расплавах, чем на кислых. Последнее объяснено близостью капиллярной активности бор- и кремнекислородных анионов. Экспериментально с применением метода лежащей капли изучены поверхностные явления между продуктами доменной плавки титаномагнетитовых железных руд. Отмечено, что самые высокие силы сцепления (работа адгезии) имеют место между шлаком и греналью (чугун с повышенным содержанием титана и кремния), что и является причиной потерь металла на выпуске со шлаками при переработке таких руд. Загруженный в доменную печь бор (в виде природных руд) в восстановительных условиях перераспределяется между чугуном, греналью и шлаком. Опытами установлено, что присутствие бора в последних на уровне микроконцентраций снижает работу адгезии с 688 до 436 МН/м (на 37 %). Промышленными опытами показано, что это способствовало снижению потерь ценного ванадийсодержащего чугуна со шлаками в 1,2 – 1,5 раза при одновременном улучшении показателей плавки.
S. M. Bel’Skii, I. I. Shopin, A. N. Shkarin
Izvestiya. Ferrous Metallurgy, Volume 64; doi:10.17073/0368-0797-2021-1-7-13

Abstract:
Increasing the level of automation of metallurgical units and the development of industrial information systems increases the number of p ters of production and technological processes available for analysis. The consequence is an increase in the complexity and duration of preliminary data preparation for subsequent mathematical and statistical analysis. It is therefore important to develop new and improve existing techniques for the automated process of primary data production. When developing methods of primary data preparation, it should be taken into account that accuracy and adequacy of results of subsequent mathematical analysis are determined by accuracy and adequacy of used initial data. The cross-sectional profile parameters of hot-rolled strips, such as wedge, convexity, thickness variation, displacement, wedge in near-rim zones, local thickenings and thinning of the strip are calculated parameters, i.e. secondary to actual strip thickness measurements over the length and width of hot-rolled strips. As technology is improved in cold rolling shops, the number of grade groups is increasing, for which technological modes of units and processing routes are selected. They are based on actual values of parameters of cross-section profile in order to further reduce the probability of formation of inappropriate products and increased metal consumption. The presented article provides an overview of conventional calculation methods for parameters of cross-section profile of hot-rolled strip and gives an assessment of accuracy and adequacy of application of the parameters averaged along strip length to the whole strip.
Back to Top Top