Представлен исторический обзор развития чугунолитейного производства в мире. Рассмотрен современный уровень материальной структуры литья чугунов, в котором наблюдается опережающий рост марок высокопрочных чугунов. Описаны особенности чугунолитейного производства Беларуси. Показано, что технологии и оборудование значительно уступают зарубежным по производительности и удельным затратам ресурсов на единицу изделия. Специфика Беларуси заключается во все еще широком применении вагранок, форм из песчано-глинистых смесей, преобладающем использовании серого чугуна, небольших объемах выплавки высокопрочного чугуна. Суммарные мощности всех литейных производств составляют 557,5 тыс. т литья в год, но особенностью является то, что фактически отливается только около 250 тыс. т в год. Разработка и введение в действие «Программы развития литейных производств Республики Беларусь на 2017 – 2030 гг.» позволили обеспечить более эффективную деятельность литейной отрасли республики. Показано, что в Беларуси в ближайшее время произойдет повторение мировой тенденции перехода ответственных изделий на отливки из высокопрочного чугуна взамен серого и дальнейший переход на аусферритный (бейнитный) чугун взамен стального проката.

Повышение структурных свойств окускованного металлургического сырья за счет формирования благоприятной поровой структуры у железорудных окатышей является актуальной задачей. Методы формирования структурных свойств у сформованных дисперсных материалов проанализированы применительно к различным отраслям промышленности. В работе представлены технологические возможности перспективных технологий производства железорудных окатышей на основе теплосилового напыления влажной шихты на шихтовый гарнисаж окомкователя и комкуемые материалы. Теплосиловое напыление влажной шихты в технике принудительного зародышеобразования позволяет формировать структурные свойства железорудных окатышей на стадии окомкования. Конструктивные особенности устройств для получения окатышей зависят от применяемых производственных технологий напыления влажной шихты на ограждения окомкователя. Методики экспериментов зависят от техники принудительного зародышеобразования. Технологии принудительного зародышеобразования влияют на макро- и микроструктуры зародышевой массы. Принципы регламентированного структурообразования позволяют формировать улучшенные металлургические свойства окатышей. На поверхности напыленного слоя шихты образуются структурные изменения в форме углублений и шихтовых наплывов. Высказана гипотеза о структурном соответствии геометрических размеров, рельефа шихтовых наплывов и углублений у напыленного слоя с характером пористости и структуры зародышей. Количество зародышевой массы внутри окатышей влияет на их структурные свойства. Относительная величина структурных изменений на поверхности напыленного слоя шихты и их количество определяются давлением воздушношихтовой струи и размером напыляемых частиц. Вероятный механизм формирования пористости зародышевой массы в процессе теплосилового напыления влажной шихты на гарнисаж окомкователя зависит от параметров технологии. Обоснован сдвиговый механизм образования открытой пористости в структуре зародышевой массы. Аэродинамические характеристики воздушношихтовой струи влияют на формирование пористости. Новые технологии теплосилового напыления влажной шихты позволяют интенсифицировать производство и улучшать качество окатышей.

Россия обладает внушительной минерально-сырьевой базой титана, при этом ее вклад в мировое производство титановых концентратов ничтожно мал. Текущая годовая потребность российских предприятий в титановом сырье в 40 раз выше его производства. Для вовлечения в переработку отечественного титанового сырья, для которого характерно низкое качество и сложный полиминеральный состав, необходимы новые технологические решения, позволяющие полноценно извлекать TiO₂ и сопутствующие ценные компоненты из руд месторождений, освоение которых планируется или уже началось (например, перовскит-титаномагнетитовое месторождение Африканда на Кольском полуострове). В настоящем сообщении представлены результаты изучения химического и минерального составов перовскитового и ильменитового концентратов для оценки возможности их совместной переработки путем карботермической восстановительной плавки. В исследованиях использованы методы эмиссионной спектрометрии, рентгеновской дифракции, электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа. Установлено, что в пробе ильменитового гравитационного концентрата основу составляет измененный ильменит, представленный продуктами лейкоксенизации – псевдорутилом и рутилом, суммарная доля которых в концентрате около 80 мас. %. В незначительных количествах титан встречается в составе других минералов (алюмохромит, хромит, магнетит) в качестве примесей (2 – 3 мас. %). В пробе перовскитового флотоконцентрата титан содержится в перовските и титаните, составляющих основную часть рудных минералов концентрата. Из минералов редких и редкоземельных элементов (РЗЭ) в ильменитовой пробе обнаружены монацит, содержащий до 33 мас. % Ce, и циркон. В перовскитовой пробе РЗЭ находятся (концентрация РЗЭ в мас. %) в лопарите-(Ce) (22,8), алюминоцерите-(Ce) (46,2), анкилите-(Ce) (51,3), торите (22,3), а также в основном минерале – перовските (2,8). За исключением перовскита и лопарита-(Ce), другие РЗЭ-содержащие минералы встречаются редко, и их доля в сумме не превышает 1 мас. %.

Равноканальное угловое прессование (РКУП) стало эффективным методом интенсивной пластической деформации для производства сверхмелкозернистых металлов с улучшенными механическими свойствами, такими как хорошее сочетание прочности и пластичности. Сведения о влиянии маршрутов РКУП на механическую прочность и микроструктуру алюминиевого сплава 5052 от­сутствуют. В данной работе для обработки сплава Al – Mg (5052) использовалось несколько маршрутов деформации, а именно A, Ba, Bc, и C. Маршрут деформации A включал в себя многократное проталкивание образца в матрицу РКУП без вращения, маршрут Ba предполагал поворот образца на 90° в разных направлениях между проходами, маршрут Bc – поворот образца на 90° в одном направлении между проходами, а маршрут C – поворот образца на 180° между проходами. Добавление количества проходов уменьшает размер зерна образцов, обработанных РКУП, по сравнению с образцом после отжига. Исследование микроструктуры показало, что образцы после восьми проходов имеют более мелкий размер зерен, чем после отжига. Маршрут Bc зарекомендовал себя как наиболее эффективный для получения равноосной ультрамелкозернистой структуры по сравнению с другими маршрутами деформации. Это явление происходит из-за непрерывной деформации во всех кубических плоскостях и восстановление после четвертого прохода будет формировать быструю эволюцию субзерен к большеугловым границам зерен, образуя равноосные зерна. Добавление числа проходов РКУП увеличивает твердость алюминиевого сплава 5052. Образцы, обработанные по маршруту Bc, показывают самую высокую твердость – 168,4 HB. Более того, подобное явление обнаруживается, когда предел прочности при растяжении всех путей деформации РКУП имеет сопоставимые значения. Влияние термической обработки образцов с маршрутом Bc также показывает, что отожженный при 200 °C образец имеет самый высокий показатель твердости и предел прочности на растяжение по сравнению с другими образцами.

Созданный в 2004 году высокоэнтропийный (ВЭС) пятикомпонентный сплав Кантора CoCrFeNiMn по-прежнему находится в фокусе внимания исследователей в области физического материаловедения благодаря хорошему сочетанию прочностных и пластических свойств, которые открывают перспективы его использования в различных наукоемких отраслях промышленности. Выполнен краткий обзор публикаций последних лет отечественных и зарубежных исследователей по улучшению механических свойств сплава Кантора путем легирования ниобием и цирконием, хорошо зарекомендовавшими себя при легировании традиционных сплавов. Легирование цирконием приводит к более низкой температуре плавления из-за образования эвтектики со всеми элементами сплава Кантора. Легирование атомами ниобия в диапазоне 0 – 16 ат. % обеспечивает образование объемной доли фаз Лавеса и σ-фазы до 42 %, что, в свою очередь, ответственно за пятикратное увеличение предела текучести от 202 до 1010 МПа. Проанализированы работы по совместному легированию сплава Кантора системами Zr + Ti + Y₂O₃, Nb + C, Nb + V. При комплексном легировании значительно улучшаются механические свойства. В работе раскрыты и обсуждены физические механизмы упрочнения. Микролегирование 0,2 % Nb сплава с 1,3 % С обеспечивает превосходное сочетание предела текучести (~1096 МПа) и относительного удлинения (~12 %) после отжига при 700 °С.

Воздействие сероводородного сырья на стальное оборудование и трубопроводы известно и связано не только с процессами внутренней коррозии, но и с наводороживанием применяемых углеродистых и низколегированных сталей. Проникновение водорода в сталь может приводить к потере ее прочностных свойств и последующему разрушению газопроводов, эксплуатируемых в условиях повышенных давлений. Характерные для сероводородных сред проявления растрескивания, являющиеся последствием проникновения водорода в сталь, наиболее опасны с точки зрения безопасности и надежности работы объектов по добыче и транспортировке коррозионно-агрессивного газа. Исследовано воздействие H2S на снижение пластичности основных видов конструкционных сталей по результатам имитационных испытаний. Зафиксировано образование блистерингов (вздутий) и трещин на поверхности сталей вследствие воздействия водорода на сталь. Проведено изучение фазового состава и свойств продуктов коррозии с целью оценки их возможного влияния на процессы наводороживания стали. Образование равномерно расположенных по поверхности и наиболее плотных коррозионных отложений будет затруднять процессы коррозии и проникновение водорода в сталь. Снижение пластических свойств стали наблюдается и при воздействии водорода, который может транспортироваться как в отдельности, так и совместно с метаном по магистральным газопроводам. Основным возможным средством защиты сталей, нестойких к наводороживанию, является применение ингибиторов коррозии. Установлено, что наиболее эффективные ингибиторы коррозии с рациональными технологиями применения и дозировкой могут обеспечить защиту сталей от проникновения в них водорода и его разрушительного действия.

В настоящее время происходит активное развитие и изучение аддитивных технологий. Технологии 3D-печати металлами позволяют получать детали и конструкции сложной конфигурации с применением минимума формообразующих операций, что может приводить к снижению общей себестоимости получаемых изделий. В данной работе исследовалось структурообразование при изготовлении изделий из нержавеющих сталей 10Х12Н10Т и 08Х18Н9 аддитивными методами – SLM (Selective Laser Melting, селективное лазерное спекание) и WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing, электродуговое выращивание). В ходе микроструктурного анализа было установлено, что при изготовлении изделий по технологии SLM образуются мелкие аустенитные зерна, ориентированные по направлению отвода тепла, а при методе WAAM аустенит формируется преимущественно в виде дендритов. Показано, что при изготовлении образцов методом SLM образуется пористость, что связано с непроплавлением отдельных частиц порошка. При реализации аддитивного выращивания методом WAAM (электродуговой наплавкой) повышенная пористость отсутствует. В ходе исследования выявлен новый дефект структуры, формирующийся при изготовлении изделий обоими методами – это образование границ раздела между слоями, что связано с самой технологией аддитивного выращивания. При выращивании изделия методом WAAM он проявляется более явно, чем при получении металла методом SLM. Границы наплавочных валиков при изготовлении изделий методом SLM более интенсивно накапливают различные интерметаллиды и структурные дефекты. Вследствие малого относительного объема одного наплавочного валика, по сравнению с методом WAAM, скопление данных дефектов и интерметаллидов может выступать эффективным барьером при движении дислокаций и приводить к повышению прочностных свойств изделий.

При извлечении железа из медеплавильных шлаков образуется чугун с повышенным содержанием меди и кремния. Для оценки фазового и структурного состава мелющих тел, произведенных из такого чугуна, были рассчитаны фазовые равновесия в системе железо – углерод с добавлением разного количества меди и кремния. Расчеты были проведены с использованием программного комплекса ThermoCalс, который позволяет строить фазовые диаграммы по методу Calphad. В ходе расчетов были оценены температуры начала фазовых превращений с учетом всех возможных термодинамических фаз в системе при различных сочетаниях концентраций меди и кремния.

В 2020 г. на АО «ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат» (АО «ЕВРАЗ ЗСМК») была завершена работа по созданию системы математического моделирования для всех переделов металлургического комбината. В процессе тестирования системы была обнаружена высокая погрешность существующей факторной модели прогнозирования производства агломерата, которая разрабатывалась с учетом удельной скорости спекания отдельных концентратов. В работе предлагается использование линейной регрессии для прогнозирования производительности агломашин, которая в отличие от нелинейных методов оптимальна для встраивания в высокопроизводительные системы оптимизации. Особенностью работы является прогнозирование с учетом долей шихты агломерации. Модель была опробована на АО «ЕВРАЗ ЗСМК» и показала достаточную точность (R² > 90). От модели ожидается большой экономический эффект. Отдельно проведено исследование существующих систем прогнозирования качества агломерата. Методы машинного обучения (ML) в последнее время внесли большой вклад в развитие моделей прогнозирования, используемых для оценки качества агломерата. Это связано с тем, что процесс спекания ‒ очень сложная динамика с нелинейностью и большим запаздыванием. Физико-химические явления, вовлеченные в этот процесс, сложны и многочисленны. Нейронная сеть может постоянно корректировать параметры модели, чтобы отразить изменение системных причин. Для прогнозирования качества агломерата используется линейный метод. Из-за низкого качества полученной линейной модели применяется метод машинного обучения «случайный лес». В настоящее время модель эксплуатируется в составе программы комплексной оптимизации всего комбината СММ «Прогноз». Для удобства пользователя при внедрении модуля была добавлена визуализация качества модели с использованием исторических данных, а также полученные статистические метрики.

Работа посвящена исследованию эффекта микролегирования присадками иттрия для повышения коррозионной стойкости высоколегированного сплава на основе никеля марки Incoloy 825. Влияние иттрия на микроструктуру оценивали металлографическими методами с помощью оптического и сканирующего электронного микроскопов, стойкость к питтинговой и межкристаллитной коррозии оценивали по известным методикам при помощи электрохимических и химических методов анализа. В работе показано изменение структуры, фазового состава и твердости литых образцов с содержанием иттрия 0; 0,01; 0,05 и 0,1 мас. %. Полученные данные коррелируют с результатами термодинамических расчетов фазообразования при кристаллизации. Исследовано влияние добавок на структуру после деформационного упрочнения. Малые добавки (до 0,01 мас. %) способствуют повышению подвижности границ рекристаллизованного зерна. С увеличением количества иттрия уменьшается размер зерна и увеличивается твердость. Показано, что наибольшая раскисляющая способность наблюдается при малых добавках иттрия (до 0,01 мас. %), при этом общее количество растворенного кислорода уменьшилось в 5 раз. Увеличение содержания иттрия снижает возможность удаления тяжелых включений из расплава, в результате растет доля оксидных включений. Эффекта присадок на азот не наблюдалось, и объемная доля нитридных включений не изменилась, однако уменьшился размер нитридных включений и характер их распределения изменился на равномерный, нежели в сплаве без иттрия. Результаты испытаний на стойкость сплава к питтинговому и межкристаллитному разрушению показали, что иттрий – это элемент, который может быть использован для улучшения коррозионных свойств сплава Incoloy 825. Наилучшее сочетание стойкости к двум типам коррозии наблюдалось у образца с 0,01 мас. % Y.

Целями работы являлись поиск и систематизация ограничений скорости движения стальной полосы при горячем оцинковании, связанных с угрозой возникновения дефектов продукции. Поскольку скорость может оказывать совместное влияние с множеством других факторов, в работе проведен обзор известных причин возникновения распространенных дефектов. Выполнена группировка причин с учетом операций секций агрегатов непрерывного горячего оцинкования. Для определения обстоятельств возникновения дефектов применен способ, предполагающий поэтапную стратификацию ретроспективных данных и сопоставление плотности распределения влияющих факторов для дефектной и не дефектной продукции. Проведен анализ данных о дефектах на заводе «MMK Metallurgy» в Турции, полученных в 2020 – 2021 гг. Для анализа были отобраны допустимые и не допустимые дефекты двадцати одного вида, возникающие при оцинковании стали DX51D. В качестве факторов приняты двадцать два технологических параметра, включая скорость движения полосы. Для каждого отобранного вида дефектов определен набор влияющих факторов, для некоторых из них указаны предполагаемые причины их возникновения. Показано, что наблюдаемая для многих видов дефектов связь со скоростью движения полосы в действительности может быть вызвана иными факторами. Определены виды дефектов, вероятность возникновения которых увеличивается с ростом скорости или уровнем ее изменения. Предложены мероприятия, направленные на предотвращение роста доли продукции с дефектами при увеличении производительности.

Процесс винтовой прошивки заготовки – это процесс со сложным цикличным характером течения металла в очаге деформации. Настройка инструмента деформации и его калибровка, а также точность подачи заготовки и выдачи гильзы из очага деформации оказывают существенное влияние на качество гильзы: точность размеров и наличие дефектов на внутренней и наружной поверхности гильзы. В работе предложено техническое решение повышения стабильности ведения процесса прошивки непрерывнолитой заготовки на станах винтовой прокатки. Реализация идеи предполагает применение усовершенствованной калибровки инструмента прошивного стана. Для обеспечения центровки заготовки и стабильной ее подачи по оси прокатки прошивного стана предложено добавить на входном конусе валка специальное его утолщение (гребень), а на линейке изменить калибровку входного ее участка с целью более ранней встречи заготовки с валками – до первичного захвата валками заготовки, т. е. до начала деформации валками металла непрерывнолитой заготовки. Для проверки и корректировки предлагаемого решения были поставлены и решены задачи конечно-элементного моделирования процесса винтовой прошивки с измененной конструкцией грибовидного валка и линейки. Решение задач осуществлялось в программном комплексе QForm 3D. Результаты конечно-элементного моделирования показали, что применение усовершенствованной калибровки инструмента позволяет улучшить центровку заготовки и обеспечить стабильную ее подачу по оси прокатки прошивного стана. За счет этого удается снизить биение заготовки в очаге деформации и тем самым снизить усилие на валках с 8 до 5 МН. Результаты замеров геометрических параметров гильз, полученные при помощи конечно-элементного моделирования, показали незначительные относительные отклонения, которые укладываются в нормативные пределы.

Особенности организации технологического процесса и конструкции печи значительно влияют на параметры процессов дожигания, тем самым определяя необходимость построения математической модели зоны дожигания. В данном исследовании проведено моделирование газодинамики, химических реакций, конвективной диффузии и теплообмена в газовой среде над расплавом в экспериментальной плавильной печи-газификаторе при трех различных значениях расхода дутья и двух положениях фурм для дожигания. Получены распределения температур и концентраций продуктов дожигания. При нижнем расположении фурмы процесс дожигания осуществляется в области «отраженной» струи, образуются застойные зоны вокруг фурмы и между отраженной струей и поверхностью расплава, что ухудшает дожигание. При верхнем расположении фурмы дожигание происходит внутри первичной струи, осуществляется интенсивное перемешивание всех компонентов печной атмосферы и дожигание проходит более полно, что приводит к увеличению температуры отходящих газов при увеличении однородности полей температуры и концентраций по сравнению с нижним положением фурмы. Установлено, что при нижнем положении фурмы факел оказывается разомкнутым, его форма существенно зависит от расхода дутья, а объем с ростом расхода дутья увеличивается. При верхнем расположении фурмы факел является замкнутым, с увеличением расхода дутья его форма не изменяется, а объем уменьшается. Для процессов восстановления в шлаковом расплаве предпочтительно верхнее расположение фурмы, в то время как для получения генераторного газа с большим содержанием горючих компонентов на выходе из печи предпочтительно более близкое к поверхности расплава расположение фурмы.

Контрольные карты Шухарта (ККШ) – мощный и технически весьма простой инструмент анализа вариабельности процессов, но  одновременно он не может быть полностью алгоритмизирован и требует глубокого знания процесса в сочетании с дополнительным анализом данных. Хотя сами по себе ККШ известны очень давно, число работ огромно и стандарты на применение карт внедрены в большинстве стран мира, существует несколько принципиально важных проблем их эффективного применения, которые практически не находят своего отражения ни в научно-исследовательской, ни в учебной литературе. Именно этим проблемам и посвящена данная работа. В частности, исследованы два аспекта стандартного допущения о нормальности закона распределения данных. Сначала авторы изучили широко распространенное заблуждение о том, что результаты измерений всегда распределены в соответствии с законом Гаусса. Затем показали, что отклонение реальной функции распределения данных от нормальности может при определенных условиях приводить к существенным изменениям в методике построения и интерпретации контрольных карт. Далее, на примере конкретного процесса, было рассмотрено, как правильно и как неправильно строить и интерпретировать ККШ, после чего исследована принципиально важная проблема операционального определения особых/специальных причин вариаций. Авторы предлагают ввести два типа особых причин: не меняющих (I-тип) и изменяющих (X-тип) систему. В конце работы рассмотрен вопрос о том, как правильно организовать работу с ККШ. Подчеркнуто, что построение и интерпретация контрольной карты – это всегда системная проблема взаимодействия между процессами и людьми, работающими над улучшением этих процессов.