16 Jan. 2021 (Saturday 13:16)

АННОТАЦИИ К СТАТЬЯМ, ОПУБЛИКОВАННЫМ В БЮЛЛЕТЕНЕ "ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ" 2021 № 1

УДК 669.622

ПОВЫШЕНИЕ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ ОКАТЫШЕЙ ЗА СЧЕТ ОФЛЮСОВАНИЯ ИХ ИЗВЕСТЬЮ

В. В. БРАГИН1, канд. техн. наук, технический директор; И. С. БЕРСЕНЕВ1, канд. техн. наук, руководитель научно-аналитического отдела, i.bersenev@torex-npvp.ru; Г. Г. БАРДАВЕЛИДЗЕ1, ведущий инженер, аспирант; А. В. БОРОДИН1, инженер, аспирант; Н. А. СПИРИН2, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой “Теплофизика и информатика в металлургии”; С. А. ЗАГАЙНОВ2, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой “Металлургия железа и сплавов”, s.a.zagaunov@urfu.ru ( 1 ООО “НПВП ТОРЭКС”, Россия, г. Екатеринбург; 2 ФГАОУ ВО “Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина”, Россия, г. Екатеринбург)

Аннотация. В железорудной части шихты доменной плавки широко применяются офлюсованные железорудные окатыши, получаемые с использованием сырого известняка, разложение которого в процессе их обжига требует значительных энергетических затрат. Цель работы ? исследование изменения качества сырых и обожженных окатышей, а также их металлургических свойств, обусловленных заменой известняка обожженной и гашеной известью. Проведено физическое моделирование процесса окомкования и обжига окатышей, в ходе эксперимента осуществлено моделирование полной и частичной замены известняка известью и с частичной заменой его гашеной известью. Приведены диаграммы пластичности и прочности сырых и обожженных окатышей при различной доле известняка, обожженной и гашеной извести. Показано, что прочность при восстановлении RDI-1 (ISO 4696-1) имеет тенденцию к улучшению при использовании извести. Рост значения индекса RDI+6,3составил 3,6 % (абс.) при использовании негашеной извести и 2,4 % (абс.) при использовании гашеной. Значения индекса RDI-3,15снизились на 1,06 % (абс.) и 0,88 % (абс.), а индекса RDI-0,5? на 0,75 % (абс.) и 0,8 % (абс.) при использовании негашеной и гашеной извести соответственно. Высказано предположение, что использование гашеной извести может способствовать снижению дозировки бентонита и тем самым повысить содержание железа общего. Установлено, что использование извести позволяет снизить расход тепла на обжиг окатышей. Использование в технологии производства окатышей гашеной извести взамен известняка повышает их прочность при восстановлении и на сжатие, что позволяет достигнуть в процессе применения таких окатышей в доменной плавке или при их металлизации более высокой эффективности по сравнению с использованием окатышей, офлюсованных известняком.

Ключевые слова:агломерационное производство, моделирование процесса окомкования и обжига окатышей, офлюсованные железорудные окатыши, сырой известняк, обожженная и гашеная известь, пластичность и прочность окатышей, расход тепла на обжиг окатышей.

Ссылка для цитирования: Брагин В.В., Берсенев И.С., Бардавелидзе Г.Г., Бородин А.В., Спирин Н.А., Загайнов С.А. Повышение металлургических свойств железорудных окатышей за счет офлюсования их известью // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2021. Т. 77. № 1. С. 11-19.

Doi:10.32339/0135-5910-2021-1-11-19

 

IMPROVEMENT OF IRON ORE PELLETS METALLURGICAL PROPERTIES BY THEIR FLUXING BY LIME

V. V. BRAGIN1, PhD (Tech.), Technical director; I. S. BERSENEV1, PhD (Tech.), Head of scientific and analytical Dpt., i.bersenev@torex-npvp.ru; G. G. BARDAVELIDZE1, leading engineer, postgraduate; A. V. BORODIN1, engineer, postgraduate; N. A. SPIRIN2, HD (Tech.), Prof., Head of Dpt. “Heat engineering and informatics in metallurgy”; S. A. ZAGAINOV2, HD (Tech.), Prof., Head of Dpt. “Metallurgy of iron and alloys”, s.a.zagaunov@urfu.ru ( 1 OJSC “NPVP TOREKS”, Russia, Ekaterinburg; 2 FGAOU VO “Ural Federal University after the First President of Russia B.N. El’tsin”, Russia, Ekaterinburg)

Abstract.Fluxed iron ore pellets, obtained by application of raw limestone are widely used in the iron ore share of blast furnace charge. Decomposition of the raw limestone in the process of the pellets burning requires considerable energy. The purpose of the work was to study quality variation of raw and burned pellets, as well as metallurgical properties variation, caused by substitution of limestone by burned and slaked lime. Physical simulation of the pelletizing process and pellets burning process was done. In the process of the experiment simulation of total and partial substitution of limestone by lime as well as with partial substitution of limestone by slaked lime was accomplished. Diagrams of plasticity and strength of raw and burned pellets at various shares of limestone, burned and slaked lime presented. It was shown that the strength during reducing RDI-1 (ISO 4696-1) has a tendency to increase when application of lime. Increase of Index RDI+6,3 value accounted for 3.6% (abs.) at application of quicklime and slaked lime correspondently. Index RDI-3,15value decreased by 1.06% (abs.) and 0.88% (abs.) and that of index RDI-0,5– by 0.75% (abs.) and 0.8% (abs.) at application of quicklime and slaked lime correspondently. It was assumed that application of slaked lime can contribute to bentonite share decrease and thus to total iron content increase. It was established that application of lime enables to decrease heat consumption for pellets burning. Application of slaked lime instead of limestone in the process of pellets production results in an increase of their strength during reducing and compression strength. This effect enables to reach a higher efficiency in the process of such pellets usage in blast furnace charge or in the process of their metallization, comparing with the usage of pellets fluxed by limestone.

Key words:sinter production, simulation of pelletizing process and pellets burning process, fluxed iron ore pellets, raw limestone, burned and slaked lime, plasticity and strength of pellets, heat consumption for pellets burning.

For citation:Bragin V.V., Bersenev I.S., Bardavelidze G.G., Borodin A.V., Spirin N.A., Zagainov S.A. Improvement of iron ore pellets metallurgical properties by their fluxing by lime. Chernaya metallurgiya. Byulleten’ nauchno-tekhnicheskoi i ekonomicheskoi informatsii = Ferrous metallurgy. Bulletin of scientific, technical and economic information, 2021, vol. 77, no. 1, pp. 11-19. (InRuss.).

Doi:10.32339/0135-5910-2021-1-11-19


УДК 621.746.047

СТРАТЕГИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОДУГОВОГО НАГРЕВА РАСПЛАВА СТАЛИ В УСТАНОВКЕ КОВШ-ПЕЧЬ

Е. Б. АГАПИТОВ,д-р техн. наук, профессор кафедры теплотехнических и энергетических систем Института энергетики и автоматизированных систем; М. А. ЛЕМЕШКО, канд. техн. наук, старший преподаватель кафедры теплотехнических и энергетических систем Института энергетики и автоматизированных систем, marin_mgtu@mail.ru; М. С. СОКОЛОВА, старший преподаватель кафедры теплотехнических и энергетических систем Института энергетики и автоматизированных систем (Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, Россия, г. Магнитогорск)

Аннотация. Рост цен на расходные материалы и энергоносители, повышение требований к качеству стали остро ставят вопросы интенсификации процессов внепечной обработки и снижения их энерго- и материалоемкости. Проведен анализ потерь энергии в установке ковш-печь, а также проанализированы основные факторы, влияющие на затраты энергии во время обработки. Разработана методика составления теплового баланса установки ковш-печь: предложено процесс обработки расплава в установке ковш-печь представлять как последовательность отдельных операций, каждая из которых отличается спецификой проводимых процессов (нагрев, десульфурация, легирование) и их сочетанием. На основе анализа 20 тысяч паспортов плавок на установке ковш-печь кислородно-конвертерного цеха ПАО ММК разработана математическая модель системы энергообеспечения установкиковш-печь. На основе проведенного анализа предложена стратегия автоматизации нагрева. В особенности выделены электрические потери, т. е. общие потери энергии электрической дуги, в которые условно включены потери излучением незакрытой шлаком части дуги. Управление данными потоками создает условия для повышения эффективности нагрева. Сделаны выводы, что уменьшение электрических потерь наблюдается при длительных (порядка 8-12 мин) нагревах при достаточном количестве шлака, а также при вводе присадок после нагрева. Такой режим обеспечивает снижение тепловых потерь на 4-5 %. Предложена новая технология организации обработки расплава стали в установке ковш-печь, отличающаяся пониженными затратами электроэнергии.

Ключевые слова:интенсификация внепечной обработки стали, тепловой баланс установки ковш-печь, стратегия автоматизации нагрева расплава, повышение эффективности нагрева, уменьшение электрических потерь.

Ссылка для цитирования: Агапитов Е.Б.,Лемешко М.А., Соколова М.С.Стратегия автоматизации электродугового нагрева расплава стали в установке ковш-печь // Черная металлургия. Бюллетеньнаучно-техническойиэкономическойинформации. 2021. Т. 77. № 1. С. 20-27.

Doi:10.32339/0135-5910-2021-1-20-27.

 

STRATEGY OF AUTOMATION OF ELECTRIC ARC HEATING OF STEEL MELT IN LADLE-FURNACE

Е. B. AGAPITOV,HD (Tech.), Prof., Dpt. “Heat engineering and power systems”, Institute of power engineering and automated systems; M. A. LEMESHKO, PhD (Tech.), Sen. Lecture, Dpt. “Heat engineering and power systems”, Institute of power engineering and automated systems, marin_mgtu@mail.ru; М. S. SOKOLOVA, Sen. Lecture, Dpt. “Heat engineering and power systems”, Institute of power engineering and automated systems (Magnitogorsk State Technical University after G.I. Nosov, Russia, Magnitogorsk)

Abstract.Prices hike for consumable materials and energy carriers, increase of requirements to steel quality stipulate the items of intensification of ladle treatment processes and decrease of their energy- and material capacity. Analysis of energy losses in ladle-furnace accomplished, as well as basic factors effecting the energy costs during treatment analyzed. A methodology elaborated for making thermal balance of ladle-furnace: it was proposed to present the melt treatment process in ladle-furnace as a series of separate operations, each having specific features of the process (heating, desulphurization, alloying) and their combination. Based on analysis of 20 thousand heats passports at ladle-furnace of MMK BOF shop, a mathematical model of energy supply system of ladle-furnace was elaborated. Based on the analysis made, a strategy of heating automation was proposed. In particular, electric losses were emphasized, t. e. total losses of electric arc energy, in which provisionally losses at arc open part radiation were included. Control of those flows creates conditions for heating efficiency increase. Conclusions were made that decrease of electric losses is observed at prolonged (about 8-12 min) heating periods and sufficient amount of slag, as well as at injection of additives after heating. Such a mode provides decrease of thermal losses by 4-5%. A new technology of steel melt treatment in ladle-furnace was proposed, characterized by decreased consumption of electric energy.

Key words:intensification of steel ladle treatment, thermal balance of ladle-furnace, strategy of automation of melt heating, increase of heating efficiency, decrease of electric losses.

For citation:Agapitov E.B., Lemeshko M.А., Sokolova M.S. Strategy of automation of electric arc heating of steel melt in ladle-furnace. Chernaya metallurgiya. Byulleten’ nauchno-tekhnicheskoi i ekonomicheskoi informatsii = Ferrous metallurgy. Bulletin of scientific, technical and economic information, 2021, vol. 77, no. 1, pp. 20-27. (InRuss.).

Doi:10.32339/0135-5910-2021-1-20-27


УДК 625.143.2

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЛЕГИРОВАНИЯ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ ХРОМОМ И ВАНАДИЕМ НА РАСПАД ПЕРЕОХЛАЖДЕННОГО АУСТЕНИТА

Н. А. КОЗЫРЕВ 1, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой материаловедения, литейного и сварочного производства, kozyrev_na@mtsp.sibsiu.ru; Е. В. ПОЛЕВОЙ 2, канд. техн. наук, начальник научно-исследовательского отдела; Р. А. ШЕВЧЕНКО 1, ассистент кафедры материаловедения, литейного и сварочного производства; Ю. Н. СИМОНОВ 3, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой металловедения, лазерной и термической обработки; А. Р. МИХНО 1, аспирант кафедры материаловедения, литейного и сварочного производства ( 1 Сибирский государственный индустриальный университет, Россия, Кемеровская обл., г. Новокузнецк; 2 АО ЕВРАЗ ЗСМК, Россия, Кемеровская обл., г. Новокузнецк; 3 Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Россия, Пермский край, г. Пермь)

Аннотация. Для определения свариваемости и качества сварного стыка большое значение имеет информация о кинетике превращения переохлажденного аустенита рельсовой стали. Приведены термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита сталей Э76ХФ, Э76ХАФ и Э76Ф, построенные по результатам дилатометрических, металлографических и дюрометрических исследований образцов рельсовой стали. Показано, что увеличение содержания хрома в составе сталей Э76Ф и Э76ХФ от 0,09 до 0,39 % вызывает расширение по температурной шкале области распада переохлажденного аустенита на феррито-цементитную смесь и повышение устойчивости переохлажденного аустенита к распаду по временной шкале в области образования феррито-цементитной смеси, что можно охарактеризовать как уменьшение критической скорости закалки со 100 до 30 °С/с. Это позволяет получать при охлаждении со скоростями в диапазоне от 0,1 до 30 °С/с структурные состояния большей твердости. Установлено, что повышение содержания ванадия с 0,04 до 0,07 % не вызывает качественных изменений на термокинетической диаграмме распада переохлажденного аустенита. Однако поскольку ванадий является сильным карбидообразующим элементом, который при низких скоростях охлаждения соединяется с углеродом и выводит его из твердого раствора, в образце из стали Э76ХФ с меньшим содержанием ванадия при охлаждении со скоростями от 0,1 до 10 °С/с реализуется несколько более высокий уровень твердости, чем в образце из стали Э76ХАФ. Увеличение содержания хрома в составе сплава приводит к повышению температуры конца образования аустенита при нагреве с 760 до 774 °С, а температура начала мартенситного превращения при этом остается практически неизменной и находится на уровне 230 °С. В сталях Э76ХФ и Э76ХАФ, в состав которых введен хром в количестве 0,37-0,39 %, после охлаждения со скоростями 1 °С/с и менее в результате распада переохлажденного аустенита помимо феррито-карбидной смеси перлитного типа наблюдается образование избыточного феррита с объемной долей 4-5 %. Однако в образце из стали Э76Ф, в составе которой содержание хрома находится на уровне 0,09 % при близком содержании углерода, после охлаждения в аналогичном диапазоне скоростей в результате распада переохлажденного аустенита образуется феррито-карбидная смесь перлитного типа с незначительными следами избыточного феррита в структуре.

Ключевые слова:рельсовая сталь, переохлажденный аустенит, термокинетическая диаграмма распада аустенита, легирование хромом и ванадием, скорость охлаждения.

Ссылка для цитирования: Козырев Н.А., Полевой Е.В., Шевченко Р.А., Симонов Ю.Н., Михно А.Р.Исследование влияния легирования рельсовой стали хромом и ванадием на распад переохлажденного аустенита // Черная металлургия. Бюллетеньнаучно-техническойиэкономическойинформации. 2021. Т. 77. № 1. С. 28-33.

Doi:10.32339/0135-5910-2021-1-28-33

 

STUDY OF RAIL STEEL ALLOYING BY CHROME AND VANADIUM EFFECT ON DISSOCIATION OF OVERCOOLED AUSTENITE

N. A. KOZYREV1, HD (Tech.), Prof., Head of Dpt. “Material science, foundry and welding”, kozyrev_na@mtsp.sibsiu.ru; Е. V. POLEVOI 2, PhD (Tech.), Head of R&D Dpt.; R. A. SHEVCHENKO1, assistant, Dpt. “Material science, foundry and welding”; YU. N. SIMONOV3, HD (Tech.), Prof., Head of Dpt. “Metal science, laser and heat treatment”; A. R. MIKHNO 1, postgraduate, Dpt. “Material science, foundry and welding”( 1 Siberian State Industrial University, Russia, Kemerovo rgn., Novokuznetsk; 2 JSC EVRAZ ZSMK, Russia, Kemerovo rgn., Novokuznetsk; 3 Perm’ National Research Polytechnic University, Russia, Perm’ rgn., Perm’)

Abstract.To determine weldability and quality of a rail welded joint, information on kinetics of the rail steel overcooled austenite transformation is high importance. Thermo-kinetic diagrams of overcooled austenite dissociation of steels Э76ХФ, Э76ХАФand Э76Ф, built based on results of dilatometric, metal science and durometric tests of rail steel samples. It was shown, that increase of chrome content in steels Э76Фand Э76ХФcomposition from 0.09 to 0.39% results in expanding of dissociation area of overcooled austenite at temperature scale for ferrite-cementite mixture and increasing of resistivity of the overcooled austenite against dissociation in the area of ferrite-cementite mixture formation. This can be characterized as decrease of critical quenching velocity from 100 to 30 °С/sec. It enables to obtain structural states of higher hardness at cooling with velocities in the area of 0.1-30 °С/sec. It was established, that increase of vanadium content from 0.04 to 0.07% does not cause quality changes at the thermo-kinetic diagram of overcooled austenite dissociation. However, it known, that vanadium is a strong carbide-formation element, which combines with carbon at low cooling velocities and removes it out of the solid solution. Due to this effect, sample of steel Э76ХФwith lower vanadium content at cooling with velocities from 0.1 to 10 °С/sec, had somewhat higher hardness level comparing with steel Э76ХАФsample. Increase of chrome content in alloy content results in an increase of temperature of austenite formation completion at heating from 760 to 774 °С, while the temperature of martensitic transformation commencement at that remains practically unchanged at the level of 230 °С. In steels Э76ХФand Э76ХАФin the chemistry of which chrome was added in the amount of 0.37-0.39%, after cooling with velocities of 1 °С/sec and lower, apart from ferrite-carbide mixture of perlite type, formation of redundant ferrite with a volume share of 4-5% was observed as a result of overcooled austenite dissociation. However, in a steel Э76Фsample, the content of which has chrome at the level of 0.09% at close content of carbon, after cooling in an analogue range of velocities, a ferrite-carbide mixture of perlite type is formed with a slight trace of redundant ferrite in the structure as a result of overcooled austenite dissociation.

Key words: rail steel, overcooled austenite, thermos-kinetic diagram of austenite dissociation, alloying by chrome and vanadium, cooling velocity.

For citation:Kozyrev N.A., Polevoi E.V., Shevchenko R.A., Simonov Yu.N., Mikhno A.R. Study of rail steel alloying by chrome and vanadium effect on dissociation of overcooled austenite. Chernaya metallurgiya. Byulleten’ nauchno-tekhnicheskoi i ekonomicheskoi informatsii = Ferrous metallurgy. Bulletin of scientific, technical and economic information, 2021, vol. 77, no. 1, pp. 28-33. (InRuss.).

Doi:10.32339/0135-5910-2021-1-28-33


УДК 531.43:620.178.16

РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА АЗОТИРОВАНИЯ СТАЛЕЙ ТРИБОТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Л. И. КУКСЕНОВА1, 2, д-р техн наук, главный научный сотрудник, профессор кафедры материаловедения, lkukc@mail.ru; М. С. АЛЕКСЕЕВА1, 3, канд. техн. наук, старший научный сотрудник, заместитель начальника лаборатории; М. А. ГРЕСС2, старший преподаватель кафедры материаловедения; Д. А. КОЗЛОВ1, канд. техн. наук, научный сотрудник ( 1 Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук, Россия, г. Москва; 2 Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Россия, г. Москва; 3 Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов, Россия, г. Москва)

Аннотация. Азотирование является одним из наиболее распространенных способов поверхностного упрочнения ответственных деталей машин. С целью разработки методологических основ структурной оценки параметров качества азотированных поверхностных слоев пары трения скольжения методами рентгеноструктурного анализа и триботехнических испытаний изучали структуру и эксплуатационные свойства азотированных конструкционных сталей и сплавов. Исследовали стали перлитного и мартенситного классов (40Х, 38Х2МЮА, ВКС-7), модельные сплавы на основе железа с ОЦК решеткой, легированные хромом, молибденом, алюминием в количестве до 4 % (ат.), сплавы на основе железа с ГЦК решеткой, легированные никелем [29 % (ат.)], хромом, алюминием, титаном в количестве до 4 % (ат.), а также аустенитные высокохромистые стали 12Х18Н10Т, 08Х16Г15Н5МАФ, сталь 16Х3НВФМБ-Ш и высокомарганцовистую сталь 40Г14Н8Х3Б1. Насыщение поверхности образцов осуществляли газовым, ионным, газобарическим азотированием и ионной имплантацией азота. Оценивалась совокупность макроскопических (триботехнических) и микроскопических (структурных) показателей, характеризующих физику и механику процесса трения на разных иерархических уровнях и дающих информацию о свойствах антифрикционных покрытий, модифицированных слоев и работоспособности узла трения в условиях контактной деформации. Установлено, что при повышении температуры азотирования от 540 до 700 °С для сплавов с ферритной матрицей наблюдается уменьшение твердости поверхностного слоя и физического уширения рентгеновских линий. Относительная износостойкость при этом имеет максимум при 620 °С. Для сплавов с аустенитной матрицей происходит рост твердости, уширения рентгеновских линий и относительной износостойкости с повышением температуры. Указанные параметры растут в последовательности Fe-Ni, Fe-Ni-Al, Fe-Ni-Cr, Fe-Ni-Ti. Газобарическое азотирование позволяет получить более высокие характеристики эксплуатационных свойств деталей (износостойкости и контактной прочности). На основе обобщения результатов экспериментальных исследований азотированных сталей и сплавов разного состава и с разными кристаллическими решетками установлены наиболее значимые характеристики структурного состояния и свойств приповерхностных микрообъемов, влияющих на уровень поверхностного разрушения при трении: размер частиц нитридов легирующих элементов, расстояние между ними, микродеформация кристаллической решетки твердого раствора, значения физического уширения рентгеновских линий твердого раствора, его твердость и изменение твердости при трении, запас пластичности. Разработаны обобщенный критерий свойств поверхностного слоя, учитывающий характеристики структуры и свойств азотированного слоя и зоны поверхностной контактной пластической деформации при трении, и методические основы структурной оценки параметров качества поверхностных слоев пар трения скольжения. Стендовыми испытаниями подтверждена эффективность применения обобщенного параметра структуры и свойств поверхностных слоев для выбора материалов узла трения. Сформулированные положения рекомендуется для оптимизации технологического процесса азотирования с позиций трибологии и выбора материалов пар трения.

Ключевые слова:стали триботехнического назначения,поверхностное упрочнение деталей машин, азотирование, газобарическое азотирование, качество азотирования сталей, критерий свойств поверхностного слоя.

Ссылка для цитирования. Куксенова Л.И., Алексеева М.С., Гресс М.А., Козлов Д.А. Разработка методологических основ оценки качества азотирования сталей для триботехнического назначения // Черная металлургия. Бюллетеньнаучно-техническойиэкономическойинформации. 2021. Т. 77. № 1. С. 34-45.

Doi:10.32339/0135-5910-2021-1-34-45

 

ELABORATION OF METHODOLOGICAL BASE OF QUALITY EVALUATION OF NITROGENIZATION OF STEELS OF TRIBOTECHNICAL APPLICATION

L. I. KUKSENOVA1, 2, HD (Tech.), Chief researcher, Prof., Dpt. of material science, lkukc@mail.ru; M. S. ALEKSEEVA1, 3, PhD (Tech.), Sen. Researcher, Deputy head of Lab.; М. А. GRESS2, Sen. lecturer, Dpt. of material science; D. A. KOZLOV1, PhD (Tech.), researcher ( 1 Institute of engineering science after A.A. Blagonravov, Russian Academy of Sciences, Russia, Moscow; 2 Moscow State Technical University after N.E. Bauman, Russia, Moscow; 3 All-Russian R&D Institute of Aviation Materials, Russia, Moscow)

Abstract.Nitrogenization is one of most spread methods of surface hardening of critical parts of machines. To elaborate methodological base of structural evaluation of quality parameters of nitrogenized surface layers of sliding friction couple by methods of X-ray structural analysis and tribotechnical tests, structure and performance properties of nitrogenized structural steels and alloys were studied. Namely pearlitic and martensitic steels (40Х, 38Х2МЮА, ВКС-7), model iron-based alloys with a BCC lattice, steels alloyed by Cr, Mo, Al in amount of up to 4 % (at.), iron-based alloys with FCC lattice, alloyed by Ni (29 % (at.)), Cr, Al, Ti in the amount of up to 4 % (at.), as well as austenitic high-chromium steels 12Х18Н10Т, 08Х16Г15Н5МАФ, steel 16Х3НВФМБ-Шand high manganese steel 40Г14Н8Х3Б1. The surface saturation of the samples was made by gas, ion, gas-baric nitrogenizing and by ion implantation of nitrogen. The sum of macroscopic (tribotechnical) and microscopic (structural) indicators was evaluated, which characterize the physics and mechanics of friction process at various hierarchical levels. This sum of indicators also provides information on properties of antifriction coatings, modified layers and performance ability of the friction couple under conditions of contact deformation. It was established, that increasing of the nitrogenizing temperature from 540 up to 700 °C for alloys with a ferrite matrix results in a decrease of the hardness of the surface layer and physical broadening of X-ray lines. In this case, the relative wear resistance reaches maximum at 620 °C. For alloys with an austenitic matrix, an increase of hardness, broadening of X-ray lines and relative wear resistance occurs with increasing of temperature. These parameters grow in the sequence Fe-Ni, Fe-Ni-Al, Fe-Ni-Cr, Fe-Ni-Ti. Gas-baric nitrogenizing enables to obtain higher performance characteristics of parts (wear resistance and contact strength). Based on the generalization of the results of experimental studies of nitrogenized steels and alloys with various compositions and various crystal lattices, the most significant characteristics of the structural state and properties of near-surface micro-volumes were established, that affect the level of surface destruction during friction, as follows: the size of the alloying element nitrides particles, the distance between them, the micro-deformation of the crystal lattice of the solid solution, the values of the physical broadening of the X-ray lines of the solid solution, its hardness and the change in hardness during friction, the plasticity reserve. Generalized criteria for the properties of the surface layer, taking into account the characteristics of the structure and properties of the nitrogenized layer and the zone of surface contact plastic deformation elaborated. Also methodological foundations for the structural assessment of the quality parameters of the surface layers of sliding friction couples elaborated. Bench tests have confirmed the effectiveness of the application of the generalized structure parameter and properties of surface layers for the selection of materials for the friction unit. The formulated conditions are recommended for optimizing the nitrogenizing technological process from the standpoint of tribology and choice of materials for friction couple.

Key words: steels of tribotechnical application, surface strengthening of machine parts, nitrogenizing, gas-baric nitrogenizing, quality of nitrogenized steels, criteria of properties of surface layer.

For citation:Kuksenova L.I., Alekseeva M.S., Gress M.A., Kozlov D.A. Elaboration of methodological base of quality evaluation of nitrogenization of steels of tribotechnical application. Chernaya metallurgiya. Byulleten’ nauchno-tekhnicheskoi i ekonomicheskoi informatsii = Ferrous metallurgy. Bulletin of scientific, technical and economic information, 2021, vol. 77, no. 1, pp. 34-45. (In Russ.).

Doi:10.32339/0135-5910-2021-1-34-45


УДК 621.791.927.5

ЭФФЕКТИВНЫЙ СПОСОБ ЗАЩИТЫ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ ТРУБ

В. Д. КВАШНИН1, 2, начальник участка сварки, аспирант, kvashnin@rosniti.ru; Д. И. ДЕРБЕНЕВ1, 2, инженер, аспирант; И. И. СУЛЕЙМАНОВА1, 2, инженер, аспирант; Д. С. ЯКОВЛЕВ1, канд. техн. наук, заведующий лабораторией прочности и сварки труб; М. А. ИВАНОВ2, канд. техн. наук, заведующий кафедрой оборудования и технологии сварочного производства; П. А. ДАНИЛКИН2, старший преподаватель ( 1 ОАО “Российский научно-исследовательский институт трубной промышленности”, Россия, г. Челябинск; 2 ФГБОУ НИУ “Южно-Уральский государственный университет”, Россия, г. Челябинск)

Аннотация. Ключевым фактором, оказывающим влияние на срок службы промысловых трубопроводов, является коррозия. В работе представлен обзор способов защиты внутренней поверхности кольцевых сварных швов и прилегающих к ним концевых участков труб, показаны их несовершенства и предложена технология защиты способом дуговой наплавки коррозионно-стойкого покрытия. Разработанная технология не приводит к значительному перегреву металла трубы, гарантируя соответствующий уровень механических свойств. Правильно подобранные параметры режима наплавки обеспечивают минимальное перемешивание в процессе наплавки, снижение концентрации основных легирующих элементов (Crи Ni) в защитном слое не превышает 20 %. Для определения минимальной длины защитного слоя в качестве возможных способов сварки рассмотрены ручная дуговая и сварка в среде защитных газов плавящимся электродом. Моделирование в программном комплексе SYSWELDпозволило определить участки подверженные критическому нагреву, что подтверждено данными, полученными в ходе имитации кольцевого шва в лабораторных условиях на патрубках типоразмером 159×8 мм. Предложенная технология исключает пористость наплавленного слоя и прочие дефекты, снижающие эффективность защиты металла трубы. Содержание легирующих элементов подобрано таким образом, чтобы наплавленное покрытие было склонно к пассивации и обладало высокой стойкостью к коррозионным процессам. Скорость общей коррозии при испытаниях в соляном растворе, содержащем сероводород, благодаря аустенитной структуре составляет менее 0,1 мм/год. Эффективность предложенной технологии подтверждается положительным результатом опытно-промысловых испытаний в байпасной линии в условиях Суторминского нефтегазоконденсатного месторождения.

Ключевые слова:нефтепромысловые трубы, коррозионная стойкость, металлизационное покрытие, наплавка коррозионно-стойкого покрытия,сварное соединение, зона термического влияния, деструкция полимерного покрытия.

Ссылка для цитирования:Квашнин В.Д., Дербенев Д.И., Сулейманова И.И., Яковлев Д.С., Иванов М.А., Данилкин П.А. Эффективный способ защиты внутренней поверхности нефтепромысловых труб // Черная металлургия. Бюллетеньнаучно-техническойиэкономическойинформации. 2021. Т. 77. № 1. С. 46-54.

Doi:10.32339/0135-5910-2021-1-46-54

 

AN EFFECTIVE METHOD OF PROTECTION OF OIL FIELD PIPES INNER SURFACE

V. D. KVASHNIN1, 2, head of welding sector, postgraduate, kvashnin@rosniti.ru; D. I. DERBENEV1, 2, engineer, postgraduate; I. I. SULEIMANOVA1, 2, engineer, postgraduate; D. S. YAKOVLEV1, PhD (Tech.), Head of Lab. of strength and welding of pipes; М. А. IVANOV2, PhD (Tech.), Head of Lab., “Equipment and Technologies of welding”; P. A. DANILKIN2, Sen. Lecturer ( 1 OJSC “Russian R&D Institute of Pipe Industry”, Russia, Chelyabinsk; 2 FGBOU NIU “South-Ural State University”, Russia, Chelyabinsk)

Abstract.Corrosion is a key factor, effecting service life of field pipelines. A review of methods of protection of circle welding seam internal surfaces and adjacent end pipe areas presented in the paper, as well as their imperfections, a technology proposed to protect them by arc building-up corrosion-resistant coating. With the elaborated technology the pipe metal does not get considerable overheating, retaining correspondent level of mechanical properties. The properly selected parameters of building-up mode provide a minimal stirring in the process of building-up and the decrease of concentration of main alloying elements (Cr and Ni) in the protective layer does not exceed 20%. To determine the minimal length of protective layer, manual arc welding and welding in protective gases atmosphere by consumable electrode were considered as possible welding methods. Simulation in the program complex SYSWELD enabled to determine the areas subjected to critical heating, what was confirmed by the data, obtained during imitation of a circle seam in laboratory conditions at 159×8 mm short pipe. The proposed technology excludes the porosity of the built-up layer and other defects, decreasing the efficiency of pipe metal protection. Content of alloying elements was selected, for the built-up coating to be inclined to passivation and to have high resistivity against corrosion processes. Total corrosion rate at the tests in an acid solution, having hydrogen sulfide, was less than 0.1 mm/year thanks to austenite structure. The efficiency of the proposed technology was confirmed by positive results of pilot-field tests at a by-pass line under conditions of Sutorminskoje oil, gas and condensate deposit.

Key words:oil field pipes, corrosion resistance, metallized coating, building-up of corrosion-resistant coating, welded joint, heat-affected zone, destruction of polymer coating.

For citation:Kvashnin V.D., Derbenev D.I., Suleimanova I.I., Yakovlev D.S., Ivanov M.A., Danilkin P.A. An effective method of protection of oil field pipes inner surface. Chernaya metallurgiya. Byulleten’ nauchno-tekhnicheskoi i ekonomicheskoi informatsii = Ferrous metallurgy. Bulletin of scientific, technical and economic information, 2021, vol. 77, no. 1, pp. 46-54. (InRuss.).

Doi:10.32339/0135-5910-2021-1-46-54


УДК 621.7-52

РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И КОМПЬЮТЕРНОЙ ПРОГРАММЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ЭНЕРГОСИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ОБЖАТИЯ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК НА ТРЕХВАЛКОВЫХ СТАНАХ ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ

А. А. КОРСАКОВ1, канд. техн. наук, заведующий лабораторией винтовой прокатки,Korsakov@rosniti.ru; Д. В. МИХАЛКИН1, научный сотрудник лаборатории винтовой прокатки;Н. А. ЗАВАРЦЕВ1, инженер лаборатории винтовой прокатки;А. В. КРАСИКОВ2, главный прокатчик;И. Н. ТЫЩУК2, заместитель начальника ТПЦ-1 по технологии;А. Г. УЛЬЯНОВ2, начальник лаборатории прокатки труб ЦЗЛ;В. В. БАЙКОВ2, инженер-технолог 2 категории лаборатории прокатки труб ЦЗЛ ( 1 ОАО “Российский научно-исследовательский институт трубной промышленности”, Россия,г. Челябинск; 2АО “Волжский трубный завод”,Россия, Волгоградская обл., г. Волжский)

Аннотация. Для производства бесшовных горячекатаных труб используются круглые непрерывнолитые заготовки (НЛЗ), диаметр которых ограничен предельными размерами кристаллизаторов. Расширение сортамента заготовок для обеспечения трубопрокатных агрегатов (ТПА) требуемыми диаметрами возможно посредством предварительного обжатия НЛЗ, которое осуществляется преимущественно на трехвалковых станах винтовой прокатки с мощными приводами. При отсутствии на трубопрокатном заводе таких станов операция обжатия заготовок может осуществляться на имеющихся в составе различных ТПА трехвалковых раскатных станах Ассела. Однако возможности таких станов ограничены допустимыми токовыми нагрузками на их приводы, поскольку они рассчитаны на раскатку черновых труб, а не на обжатие сплошных заготовок. Для определения энергосиловых параметров процесса обжатия трубных заготовок на трехвалковых раскатных станах разработана математическая модель, учитывающая геометрические, температурные, кинематические и деформационные особенности посредством определения объема набегающего металла перед раскаткой на каждом валке, сечения формирования диаметра обжатой заготовки и изменения температуры заготовки во время обжатия.Разработан программный продукт Reduction Motor Load 2020 (RML2020), включающий расчетное ядро на базе математической модели по определению энергосиловых параметров процесса обжатия и модуль анализа исходных данных с системой граничных условий. Интерфейс программного продукта позволяет отображать результаты расчетов и анализа как в числовом виде, так и в виде графиков. Программный продукт содержит базу данных по основным маркам сталей и позволяет производить расчет токовых нагрузок на привод стана Ассела при обжатии заготовок из различных марок сталей, анализ допустимых значений различных исходных параметров (диаметров исходной и обжатой заготовок, температуры исходной заготовки, угла подачи и частоты вращения валков) для обеспечения работы станов в допустимом диапазоне токовых нагрузок. Предусмотрены возможности формирования отчета в виде документа Excel и сбора статистических данных фактических токовых нагрузок. С использованием программного продукта RML2020 определены допустимые режимы обжатия заготовок из стали 15Х13Н2 диам. 156 мм в заготовки диам. 120 мм на раскатных станах Ассела ТПЦ-1 АО ВТЗ.

Ключевые слова:производство бесшовных горячекатаных труб, обжатиетрубных непрерывнолитых заготовок, винтовая прокатка, трехвалковый стан Ассела,энергосиловые параметры обжатия, токовые нагрузки на привод стана, программный продукт Reduction Motor Load 2020, RML2020.

Ссылка для цитирования:Корсаков А.А., Михалкин Д.В., Заварцев Н.А., Красиков А.В., Тыщук И.Н., Ульянов А.Г., Байков В.В. Разработка математической модели и компьютерной программы для расчета энергосиловых параметров процесса обжатия непрерывнолитых заготовок на трехвалковых станах винтовой прокатки // Черная металлургия. Бюллетеньнаучно-техническойиэкономическойинформации. 2021. Т. 77. № 1. С. 55-62.

Doi:10.32339/0135-5910-2021-1-55-62

 

ELABORATION OF A MATHEMATICAL MODEL AND A COMPUTER PROGRAM FOR CALCULATION OF ENERGY-POWER PARAMETERS OF REDUCTION PROCESS OF CONTINUOUSLY CASTED BILLETS AT THREE-ROLL SCREW MILLS

А. А. КОRSAKOV1, PhD (Tech.), Head of Lab. of screw rolling, Korsakov@rosniti.ru; D. V. MIKHALKIN1, researcher, Lab. of screw rolling; N. A. ZAVARTSEV1, engineer, Lab. of screw rolling; А. V. KRASIKOV2, Chief roller; I. N. TYSHCHUK2, Deputy Head on technology, TPTS-1; А. G. UL’YANOV2, Head of Lab. of pipe rolling, TSZL; V. V. BAIKOV2, engineer-technologist of 2nd category, Lab. of pipe rolling, TSZL( 1 OJSC “Russian R&D Institute of Pipe Industry”, Russia, Chelyabinsk; 2 JSC “Volzhsky Pipe plant”, Russia, Volgograd rgn., Volzhsky)

Abstract.For production seamless hot-rolled pipes, round continuously casted billets (CCB) are used, the diameter of which is restricted by the limit sizes of CCM moulds. The expansion of billets assortment necessary to provide pipe-rolling lines (PRL) by required diameters is possible through preliminary reduction of CCB, which is made mainly at three-roll screw-rolling mills having powerful drives. If a plant has no such mills, billets reduction can be accomplished at existing three-roll Assel’s mills being comprised by various PRLs. However, the possibilities of such mills are restricted by acceptable current loads for their drives, since they are designed to roll out pierced pipe stock, but not to reduce solid billet. To determine energy-power parameters of the process of pipe billet reduction at three-roll Assel’s mills, a mathematical model was elaborated accounting geometric, temperature, kinematic and deformation peculiarities by determination the volume of accumulated metal at each roll before rolling out, section of forming diameter of reduced pipe billet and temperature variation during the reduction. As a result, the software product “Reduction Motor Load 2020” (RML2020) was elaborated, which includes a computing kernel based on the elaborated mathematical model for determining the power parameters of the reduction process and a module for analyzing the initial data with a system of boundary conditions. The interface of the software product allows displaying the results of calculations and analysis both in numerical form and in the form of graphs. The elaborated software product contains a database of the main steel grades and allows calculating the current loads on the Assel’s mill drives during the reduction of billets made of various steel grades. The software allows also to accomplish analysis of the acceptable values of various initial parameters (diameters of the initial and reduced billets, temperature of the initial billet, feed angle and rotation frequency of rolls) to ensure the operation of the mills in the acceptable range of current loads. There is also a possibility of making a report in the form of an Excel document and collecting statistical data on the actual values of current loads. By application the RML2020 program, acceptable reduction modes of a pipe billet made of 15Х13Н2 steel (AISI 414) with a diameter of 156 mm into a billet with a diameter of 120 mm were calculated for screw Assel’s mills of PTL-1 of JSC VTZ.

Key words:seamless hot-rolled pipes production, reduction of continuously casted pipe billets, screw rolling, three-roll Assel’s mill, energy-power reduction parameters, current loads of mill drive, program product Reduction Motor Load 2020, RML2020.

For citation:Korsakov A.A., Mikhalkin D.V., Zavartsev N.A., Krasikov A.V., Tyshchuk I.N., Ul’yanov A.G., Baikov V.V. Elaboration of a mathematical model and a computer program for calculation of energy-power parameters of reduction process of continuously casted billets at three-roll screw mills. Chernaya metallurgiya. Byulleten’ nauchno-tekhnicheskoi i ekonomicheskoi informatsii = Ferrous metallurgy. Bulletin of scientific, technical and economic information, 2021, vol. 77, no. 1, pp 55-62. (InRuss.).

Doi:10.32339/0135-5910-2021-1-55-62


УДК 330.42, 621.774.38

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПЛАНИРОВАНИЯ РАСХОДА МЕТАЛЛА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ГОРЯЧЕПРЕССОВАННЫХ ТРУБ

Д. Н. ЛЫСОВ, начальник отдела экономических исследований, соискатель ученой степени канд. экон. наук; Я. И. КОСМАЦКИЙ, канд. техн. наук, соискатель ученой степени д-ра техн. наук, заместитель начальника отдела технологии производства труб по бесшовным трубам – заведующий лабораторией волочения и прессования, ответственный за ВЭД, Kosmatski@rosniti.ru;А. А. ТЮРИН, старший инженер отдела экономических исследований; Е. Н. КОНДРАТЬЕВ, младший научный сотрудник отдела экономических исследований (ОАО “Российский научно-исследовательский институт трубной промышленности”, Россия, г. Челябинск)

Аннотация. Производство труб методом горячего прессования характеризуется высоким уровнем ресурсоемкости и значительной стоимостью исходного сырья. В связи с этим отходы и потери металла оказывают значительное влияние на себестоимость продукции, чтообусловливает важность объективного и научно обоснованного планирования расхода металла. Рассмотрены некоторые особенности производства труб на трубопрессовых установках, влияющих на уровень отходов и потерь металла. Изложены методические подходы к планированию и оценке расхода металла при изготовлении горячепрессованных труб, основанные на расчетно-аналитическом методе. Показано преимущество применения расчетно-аналитического метода нормирования расхода металла. Дано пояснение особенностей реализации расчетно-аналитического метода, применяемого для современного нормирования с использованием систем обработки информации на базе электронно-вычислительных машин. Представлены базовые материалы инструкции по нормированию расхода черных металлов при производстве стальных труб, применяемой для однопередельной схемы производства, показаны ее преимущества и недостатки. Рассмотрены исторические аспекты исследования в сфере нормирования расхода металла на заводах группы ТМК. Приведен подробный список литературных источников, включающих корпоративные материалы группы ТМК, используемые для создания программ нормирования расхода металла при производстве горячепрессованных труб в ТПЦ-2 АО “Волжский трубный завод”. Приведены элементы разработанной математической модели, используемой для создания программного продукта. Описан комплекс функциональных возможностей программы, необходимых для оперативного автоматизированного расчета частных расходных коэффициентов, норм расхода и структуры отходов металла по технологическим переделам. Сделан вывод об эффекте реализации полученной модели, выраженном в организации процесса технического нормирования, отвечающего актуальным требованиям, позволяющего устанавливать научно и технологически обоснованные индивидуальные нормы расхода металла, отражающие объективное состояние процессов производства горячепрессованных труб.

Ключевые слова:трубная промышленность, горячее прессование труб, отходы и потери металла, техническое нормирование, расчетно-аналитический метод нормирования, нормирование расхода металла, программа нормирования расхода металла.

Ссылка для цитирования: Лысов Д.Н., Космацкий Я.И., Тюрин А.А., Кондратьев Е.Н. Совершенствование планирования расхода металла при производстве горячепрессованных труб // Черная металлургия. Бюллетеньнаучно-техническойиэкономическойинформации. 2021. Т. 77. № 1. С. 63-69.

Doi:10.32339/0135-5910-2021-1-63-69.

 

PERFECTION OF METAL CONSUMPTION PLANNING AT HOT-EXTRUDED PIPES PRODUCTION

D. N. LYSOV, Head of Dpt. of economic studies, applicant for PhD (Econ.) degree; YA. I. KOSMATSKII, PhD (Tech.), applicant for HD (Tech.) degree, deputy Head of Dpt. “Technology of seamless pipes production”, Head of Lab. of drawing and pressing, responsible for foreign economic activity, Kosmatski@rosniti.ru; А. А. ТYURIN, Sen. engineer, Dpt. of economic studies; E. N. KONDRAT’EV, Jun. researcher, Dpt. of economic studies (OJSC “Russian R&D Institute of Pipe Industry”, Russia, Chelyabinsk)

Abstract.Production of pipes by the method of hot extrusion is characterized by high level of resource capacity and considerable cost of original raw materials. In this connection wastes and metal loss have a considerable effect on the products cost. This factor stipulates the importance of objective and scientifically based planning of metal consumption. Some peculiarities effecting on the level of wastes and metal loss during pipe production at hot extrusion facilities considered. Methodical approaches to planning and assessing metal consumption at the manufacturing of hot-extruded pipes based on the computational and analytical method are outlined. The advantage of using the computational and analytical method of metal consumption rationing was shown. An explanation of the features of the implementation of the computational and analytical method used for modern rationing using information processing systems based on electronic computers is given. The basic materials of the instruction on the rationing of the consumption of ferrous metals at the production of steel pipes, used for a single-stage production scheme, are presented, noting its advantages and disadvantages. The historical aspects of research in the field of rationing of metal consumption at the TMK Group plants considered. A detailed list of literature sources is provided, including corporate materials of TMK Group, used to create programs for metal consumption rationing at the production of hot-extruded pipes at PED-2 of VTZ. The elements of the developed mathematical model used to create a software product are given. The complex of functional capabilities of the program is described, which are necessary for the operative automated calculation of particular consumption coefficients, consumption rates and structure of metal wastes by technological stages. A conclusion is made about the effect of the implementation of the obtained model, expressed in the organization of the process of technical rationing that meets the current requirements. This process of technical rationing makes it possible to establish scientifically and technologically based individual rates of metal consumption, reflecting the objective state of the processes of production of hot-extruded pipes.

Key words:рipe industry, hot extrusion of pipes, wastes and metal losses, technical rationing, computation and analytical method of rationing, rationing of metal consumption, program of metal consumption rationing.

For citation:Lysov D.N., Kosmatskii Ya. I., Tyurin A.A., Kondrat’ev E.N. Perfection of metal consumption planning at hot-extruded pipes production. Chernaya metallurgiya. Byulleten’ nauchno-tekhnicheskoi i ekonomicheskoi informatsii = Ferrous metallurgy. Bulletin of scientific, technical and economic information, 2021, vol. 77, no. 1, pp. 63-69. (InRuss.).

Doi:10.32339/0135-5910-2021-1-63-69


УДК 612.771.38

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРЕССОВАНИЯ БЕСШОВНЫХ ТРУБ И РАЦИОНАЛЬНАЯ КАЛИБРОВКА МАТРИЦЫ

С. Р. РАХМАНОВ, канд. техн. наук, доцент кафедры теоретической механики и сопротивления материалов, npfvostokplus@gmail.ru (Национальная металлургическая академия Украины, Украина, г. Днепр;НПП “Восток Плюс”, Украина, г. Днепр)

Аннотация. Технология производства бесшовных труб методом прессования позволяет осуществлять формоизменение трубных заготовок из малопластичных материалов. Однако низкая стойкость рабочего инструмента ограничивает область ее применения.Целью исследования являлось определение оптимальных параметров технологических процессов прессования труб. В качестве критериев приняты минимизация энергосиловых параметров очага деформации и повышение разовой деформации металла, что позволит увеличить производительность прессов, повысить стойкость рабочих инструментов и точность геометрических размеров труб. Разработана математическая модель очага деформации и напряженного состояния трубной заготовки. Выявлено влияние калибровки образующей матрицы и параметров очага деформации на характер изменения энергосиловых параметров. Установлена зависимость энергосиловых параметров от калибровки матрицы и геометрических параметров очага деформации для пресса 50 МН. Результаты математического моделирования процесса прессования труб показали, что по всей длине очага деформации с увеличением скорости течения металла на формообразующей оправке и калиброванной матрицы наблюдается увеличение касательных и нормальных напряжений. Решена задача параметрической оптимизации профиля (калибровки) матрицы в интерпретации базовой вариационной задачи Эйлера для определенного функционала прессования труб. Установлено, что с увеличением скорости процесса прессования энергосиловые параметры очага деформации приобретают ярко выраженный динамический характер. При этом путем оптимизации калибровки матрицы достигнуто увеличение стойкости рабочих инструментов трубопрофильного пресса 50 МН (матриц ? в 2 раза, оправок ? в 4 раза, втулок контейнера ? на 40 %, пресс-шайб ? в 2 раза).

Ключевые слова:производство бесшовных труб методом прессования, трубопрофильный пресс, энергосиловые параметры очага деформации, математическая модель очага деформации, калибровка, образующая матрицы, стойкость инструментов.

Ссылка для цитирования: Рахманов С.Р.Математическое моделирование процесса прессования бесшовных труб и рациональная калибровка матрицы // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2021. Т. 77. № 1. С. 70-79.

Doi:10.32339/0135-5910-2021-1-70-79

 

MATHEMATICAL SIMULATION OF SEAMLESS PIPES EXTRUSION AND RATIONAL CALIBRATION OF DIE

S. R. RAKHMANOV, PhD (Tech.), Prof. Ass., Dpt. “Theoretical mechanics and resistance of materials”, npfvostokplus@gmail.ru (National Metallurgical Academy of Ukraine, Ukraine, Dnepr; NPP “Vostok Plus”, Ukraine, Dnepr)

Abstract. Technology of seamless pipes production by extrusion enables to deform pipe workpieces made of low-plastic materials. However, low durability of the working instrument restricts the area of the technology application. The purpose of the work was to specify optimal parameters of technological processes of pipes extrusion. Minimization of energy and force parameters of the deformation zone and an increase of once-only metal deformation were accepted as criteria. They will enable to increase the presses productivity, increase durability of working instrument and accuracy of pipes geometric dimensions. A mathematical model of deformation zone and stressed state of pipe workpiece were elaborated. Influence of the die generatrix calibration and deformation zone parameters on the character of energy and force parameters change revealed. Dependence of energy and force parameters on the die calibration and geometric parameters of deformation zone for the press 50 MH was established. The results of mathematical simulation of pipes extrusion showed that along the whole deformation zone length, increase of metal flow speed results in an increase of tangential and normal stresses on the forming mandrel and calibrated die. The task of parametric optimization of die profile (calibration) was accomplished in interpretation of base variation Euler’s task for a determined functional of pipes extrusion. It was established that while the extrusion speed is increasing, the energy and force parameters of the deformation zone are getting pronounced dynamic character. At that, by optimization of die calibration, an increase of the extrusion press 50MH working instruments durability was reached, as follows: dies – by two times, mandrels – by 4 times, container bushes – by 40% and press-washers – by 2 times.

Key words:production of seamless pipes by extrusion, pipe and profile press, energy and force parameters of deformation zone, mathematical model of deformation zone, calibration, die generatrix, instruments durability.

For citation: Rakhmanov S.R. Mathematical simulation of seamless pipes extrusion and rational calibration of die. Chernaya metallurgiya. Byulleten’ nauchno-tekhnicheskoi i ekonomicheskoi informatsii = Ferrous metallurgy. Bulletin of scientific, technical and economic information, 2021, vol. 77, no. 1, pp. 70-79. (InRuss.).

Doi:10.32339/0135-5910-2021-1-70-79


УДК 621.778

ДЕТАЛИЗАЦИЯ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАСЧЕТА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВОЛОЧИЛЬНЫХ ЛИНИЙ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АРМАТУРЫ КЛАССА А500С И В500С НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА КОНТРАКТОВ НА ПОСТАВКУ

В. А. ХАРИТОНОВ1, канд. техн. наук, руководитель отдела Центра испытаний, сертификации и экспертизы строительных материалов и изделий, victor_har@mail.ru;И. П. САВРАСОВ1, канд. техн. наук, руководитель Центра испытаний, сертификации и экспертизы строительных материалов и изделий; И. В. ШИНИН2, коммерческий директор ( 1 АО “НИЦ “Строительство”, Россия, г. Москва; 2 ООО Производственный комплекс “ЦЕНТРМЕТАЛЛ”, Россия, г. Ижевск)

Аннотация. При поставке на российский рынок оборудования для производства арматуры классов А500 и В500 в холодном состоянии иностранными компаниями производитель, как правило, оценивает его производственные показатели общепринятыми параметрами: коэффициентом использования машинного времени КИО, скоростью волочения и диаметром арматуры (иногда с удельной дифференциацией). Обычно КИО и скорости волочения показаны как наивысшие достижения без учета конкретных условий эксплуатации у заказчика, а иногда и конфигурации самого оборудования. Заказчик оборудования при достаточно высокой его цене зачастую сталкивается с низким КПД соответствия заявленных производителем оборудования высоких производственных параметров при реализации у себя на практике. Показано, что волочильные линии для производства указанных классов арматуры являются типичными по составу оборудования, например, размоточного и силового сегментов. Отличаться может только оборудование намоточного сегмента. Такое оборудование относится к оборудованию цикличной выдачи продукции, которая осуществляется только при перевалке катушки (наполненной на пустую). Накопление тоннажа обеспечивается числом катушек, что в итоге (смену, сутки, месяц и год) формирует производственную программу таких волочильных линий. Если перевалка катушек при любой конфигурации намотчика (автоматической, полуавтоматической или ручной) требует остановки волочильной линии, то такие остановки нельзя не учитывать в балансе времени работы и простоев линии. Их учет может существенно менять заявляемые показатели производства. По сути, производственную программу таких волочильных линий нужно выстраивать с учетом актуального, а не рекламного КИО. Приведены результаты мониторинга рекламных (контрактных) данных некоторых иностранных компаний для оценки актуальности представленных ими показателей по производственным программам оборудования, поставляемого на российский рынок. Проведенные расчеты простоев с учетом времени перевалки и тоннажа катушек как в условном показателе производительности волочильных линий и их анализ показали, что в представленном в анализируемых контрактах виде рекламные данные нельзя считать представительскими и референтными для построения коммерческой производственной программы заказчика оборудования. Предложен метод расчета и даны рекомендации, которые любой заказчик может использовать при составлении заявки на покупку волочильного оборудования у любого производителя. Также указанный метод может быть использован для внутреннего мониторинга собственного производства в условиях конкретного состояния инженерной инфраструктуры и уровня автоматизации и механизации основных технологических операций.

Ключевые слова:производство арматуры классов А500 и В500, зарубежные производители волочильных станов, производственная программа, коэффициент использования машинного времени КИО, анализ простоев при производстве, перевалка катушек, тоннаж катушек, метод расчета актуальных производственных показателей.

Ссылка для цитирования: Харитонов В.А., Саврасов И.П., Шинин И.В. Детализация и совершенствование расчета производительности волочильных линий для изготовления арматуры класса А500С и В500С на основе анализа контрактов на поставку // Черная металлургия. Бюллетеньнаучно-техническойиэкономическойинформации. 2021. Т. 77. № 1. С. 80-89.

Doi:10.32339/0135-5910-2021-1-80-89

 

DETAILING AND PERFECTION OF CALCULATION OF PRODUCTIVITY OF DRAWING LINES FOR REBARS OF A500C AND B500C CLASS PRODUCTION BASED ON ANALYSIS OF PROCUREMENT CONTRACTS

V. A. KHARITONOV1, PhD (Tech.), Head of Dpt., Center of tests, certification and examination of construction materials and details, victor_har@mail.ru; I. P. SAVRASOV1, PhD (Tech.), Head of Center of tests, certification and examination of construction materials and details; I. V. SHININ2, commercial director ( 1 JSC “NIZ “Stroitel’stvo”, Russia, Moscow; 2 OJSC Production complex “TSENTRMETALL”, Russia, Izhevsk)

Abstract. When foreign companies supplyequipment for production of class A500 and B500 cold rebars to the Russian market, the manufacturer as a rule estimate its production indices by generally accepted parameters: machine utilization index (MUI), drawing speed and bars diameter (sometimes with specific differentiation). Usually, MUI and drawing speed are presented as the highest reached parameters without accounting particular conditions of operation at a customer, and sometimes – without configuration of the equipment. With a high price of equipment, a customer often gets low efficiency coefficient of correspondence between the high production parameters announced by the manufacturer and those being realized in practice. It was shown that drawing lines for production rebars of the class mentioned above, are typical by equipment content, for example unreeling and power segments. The difference can be only in coiling equipment segment. Such an equipment refers to equipment of cycling products discharge, which is done only at a coil change (a full coil for an empty one). Accumulation of tonnage is provided by a number of coils, which as a result (of a shift, day, month and a year) makes a production program of such drawing lines. If the change of coils at any coiler configuration (automatic, semi-automatic or manual) requires halt of the drawing line, then such halts must be accounted in the time balance of line operation and down times. Accounting of them can considerably change the announced production indices. Per se the production program of such drawing lines should be made taking into consideration actual MUI, but not the advertising one. Results of monitoring of contractual data of some foreign companies presented, to evaluate actuality of the announced by them indices of the equipment production program, supplied at the Russian market. The calculations of down times accounting change time and coils tonnage, as a relative index of drawing lines productivity and their analysis showed that the advertising data presented in the analyzed contracts, cannot be considered as representing and reference ones for making commercial production program of a customer. A method of calculation proposed and recommendations presented, which any customer can use when making inquiry for purchasing drawing equipment from any manufacturer. Also, the method can be used for internal monitoring of in-house production under conditions of particular state of engineer infrastructure and level of automation and mechanization of basic technological operations.

Key words:production of rebars of A500 and B500 class, foreign manufacturers of drawing mills, production program, machine utilization index MUI, analysis of down times at production, coils change, coils tonnage, method of calculation of actual production indices.

For citation:Kharitonov V.A., Savrasov I.P., Shinin I.V. Detailing and perfection of calculation of productivity of drawing lines for rebars of A500C and B500C class production based on analysis of procurement contracts. Chernaya metallurgiya. Byulleten’ nauchno-tekhnicheskoi i ekonomicheskoi informatsii = Ferrous metallurgy. Bulletin of scientific, technical and economic information, 2021, vol. 77, no. 1, pp. 80-89. (InRuss.).

Doi:10.32339/0135-5910-2021-1-80-89

   


Бюллетень научно-технической и экономической информации «Черная металлургия» включен в перечень рецензируемых научных изданий ВАК РФ


Подписка на наши издания
ведется постоянно

Вышел из печати журнал "Бюллетень научно-технической и экономической информации "Черная металлургия" " № 2/2021

Содержание номера можно посмотреть ЗДЕСЬ.

Вышел из печати журнал "Новости черной металлургии за рубежом" № 6/2017

Содержание номера можно посмотреть ЗДЕСЬ.

 

ОАО "Черметинформация"