автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Развитие металлургических основ теории и ресурсосберегающей технологии тепловой обработки стали

На правах рукописи

Темлянцев Михаил Викторович

РАЗВИТИЕ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ОСНОВ ТЕОРИИ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ

Специальность 05 16 02 - Металлургия черных, цветных и редких металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

□03065741

Новокузнецк - 2007

003065741

Работа выполнена

на кафедрах технологии и автоматизации кузнечно-штамповочного производства,

теплофизики и промышленной экологии,

электрометаллургии, стандартизации и сертификации

ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»

Научный консультант

доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации Перетятько Владимир Николаевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Филимонов Юлий Петрович ГОУ ВПО «Московский государственный институт стали и сплавов (Технологический университет)»

доктор технических наук, профессор Спирин Николай Александрович ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет-УПИ»

доктор технических наук, профессор Якушевич Николай Филиппович ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»

Ведущая организация ГОУ ВПО «Московский государственный вечерний металлургический институт»

Защита состоится «6» ноября 2007 г. в 10 00 часов в аудитории ЗП на заседании диссертационного совета Д 212 252 01 при ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» по адресу 654007, г Новокузнецк, Кемеровской области, ул Кирова, 42, ГОУ ВПО «СибГИУ» E-mail uchebn_otdel@sibsiu ru, факс 8-3843-46-57-92

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»

Автореферат разослан « 6 » сентября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета

Д 212 252 01 д т н , профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Металлургия как стальпроизводящая отрасль является одной из основных базовых отраслей современной мировой экономической системы В настоящее время сталь является одним из наиболее распространенных конструкционных материалов, который, очевидно, при современном уровне развития науки и техники еще продолжительное время не будет уступать своих лидирующих позиций Объемы мирового производства стали в 2005 г. достигли 1080 млн т По данным International Iron and Steel Institute (IISI) мировое производство стали в 2006 г составило 1239,5 млн т В 2004, 2005 гг вклад России в мировое производство стали составил порядка 67 млн т, т е около 6-7 % В 2006 г российское производство стали достигло 70,6 млн т В России основными конечными потребителями металлопродукции являются нефтегазовая отрасль, железнодорожный транспорт, энергетический комплекс, строительство

Стальной прокат является основным видом конечной металлопродукции металлургических предприятий Его объем достигает 80 % от общего производства стали Основная доля стального проката производится посредством технологий горячей прокатки, т.е. требует нагрева слитков, непрерывнолитых или горячекатаных заготовок перед обработкой давлением При этом существенным фактором, влияющим на ресурсоемкость производства, являются потери металла вследствие высокотемпературного окисления (угара) В зависимости от применяемой технологии и оборудования они могут достигать 1-2 %, что в масштабах страны составляет 500-1000 тыс т/г и фактически соответствует годовому объему производства стали на комбинате средней мощности

Для многих производств, например рессор и пружин, не менее важным фактором, влияющим на ресурсосбережение, является обезуглероживание стали Необходимость удаления обезуглероженного слоя, например, с помощью шлифовки, помимо увеличения трудоемкости производства, приводит к дополнительным потерям полезной массы металлоизделий

Нагрев стали под обработку давлением является одной из наиболее важных ка-чествоформирующих технологических операций, обладающей высокой энергоемкостью В связи с этим развитие теории и совершенствование технологии тепловой обработки стали, направленные на повышение качества металла, снижение ее себестоимости, уменьшение энерго- и ресурсоемкости производства является актуальной задачей, имеющей большое народнохозяйственное значение Работа выполнена

- по грантам Президента РФ на поддержку молодых российских ученых и ведущих научных школ для выполнения научных исследований № МК-2503 2003 08 и МК-5544 2006 8,

- в рамках ведомственной научной программы «Развитие научного потенциала высшей школы», код проекта 4008,

- в рамках федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002 - 2006 годы, тема 2005-РИ-19 0/002/291, государственный контракт К» 02 442 11 7225,

- по гранту Губернатора Кемеровской области на проведение фундаментальных и прикладных исследований по приоритетным направлениям социально-экономического развития Кемеровской области,

- в соответствии с перечнем 1фитических технологий Российской Федерации -пункт «Энергосбережение» и приоритетными направлениями развития науки, технологий и техники Российской Федерации - пункт «Энергосберегающие технологии»,

- в соответствии с планом НИР и ОКР ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат» на 2006 г (приказ от 10 01 2006 г № 3, договор от 1 02 2006 г № 56/4070356)

Цель работы Развитие металлургических основ теории, разработка новых и совершенствование действующих технологий тепловой обработки стали, направленные на ресурсосбережение и повышение качества проката и поковок

Основные задачи.

1) Разработать прогнозные математические модели термонапряженного состояния металла, обеспечивающие расчет временных упругих, упруго-пластических и остаточных напряжений в стальных цилиндрических заготовках при тепловой обработке, физико-химических процессов окисления и обезуглероживания стали при нагреве под обработку давлением

2) Создать критерий чувствительности сталей к трещинообразованию при интенсивной тепловой обработке

3) Определить экспериментальным путем предельные интенсивность тепловой обработки и напряженно-деформированное состояние заготовок из сталей перлитного класса с литой и катаной структурой, особенности кинетики высокотемпературного окисления и обезуглероживания углеродистых, низко- и среднеле-гированных марок сталей перлитного класса, закономерности и механизм влияния легирующих элементов стали (кремния, марганца, ванадия) на особенности строения, химический, фазовый составы и температуру плавления окалины, образующейся при высокотемпературном нагреве под обработку давлением

4) На основе систематизации, критического анализа, классификации и обобщения результатов математического моделирования, теоретических и экспериментальных исследований сформулировать положения, рекомендации и выводы, развивающие теорию и совершенствующие практику нагрева стали под обработку давлением

5) Разработать технологии нагрева в методических печах с шагающими балками НЛЗ рельсовой стали марки Э76Ф под прокатку, обеспечивающие получение глубины видимого обезуглероженного слоя в рельсовом прокате на уровне не более 0,5 мм

6) Внедрить результаты теоретических и экспериментальных исследований в практику, нагрева стали на металлургических предприятиях в целях обеспечения энерго- и ресурсосбережения, повышения качества и снижения себестоимости проката, подготовки студентов вузов, обучающихся по направлению 150100 - Металлургия

Научная новизна.

1) Впервые сформулирована концепция процессо-структуро-свойствоориентированных технологий тепловой обработки стали

2) Разработаны математические модели, термонапряженного состояния стальных цилиндрических заготовок в процессах тепловой обработки, позволяющая рассчитывать температурные и остаточные напряжения при одиночных и комбинированных тепловых воздействиях с учетом упруго-пластических деформаций, физико-химических процессов окисления и обезуглероживания стали, протекающих при нагреве под обработку давлением

3) Сформулирована концепция и создан новый критерий чувствительности сталей различных марок к трещинообразованию от температурных напряжений

4) Для практического применения впервые разработана номограмма для определения температуры греющей среды при тепловой обработке стальных тел шарообразной формы с учетом максимальных перепадов температур по сечению

5) Экспериментальным путем впервые установлена предельная интенсивность тепловой обработки и напряженно-деформированного состояния цилиндрических заготовок из сталей 4сп, ЗОХГСА, 35ХГСА, 75, ШХ15СГ с литой структурой

6) Установлены особенности и закономерности строения, фазовый и химический составы окалины, образующейся на рельсовой стали марки Э76Ф, микролегированной ванадием, и кремнистой стали марки 60С2

7) Впервые экспериментальным путем исследованы и установлены особенности высокотемпературного обезуглероживания рельсовой стали марки Э76Ф Выявлен механизм влияния карбонитридов ванадия на кинетику обезуглероживания рельсовой электростали

8) Определены температуры плавления окалины 16-ти распространенных марок сталей, установлена роль влияния на нее содержания легирующих элементов стали

9) Впервые исследованы особенности формирования, установлены и научно обоснованы закономерности трансформации обезуглероженного слоя по периметру рельсового профиля Р65 при производстве рельсов из слитков и непрерывноли-гых заготовок поперечным сечением 300x330 мм

10) Разработана теплотехнология нагрева в методических печах с шагающими балками непрерывнолитых заготовок рельсовой стали марки Э76Ф под прокатку, обеспечивающая получение глубины видимого обезуглероженного слоя в рельсовом прокате на уровне не более 0,5 мм.

Новизна инженерных решений защищена патентами РФ

Практическая значимость. Полученные результаты предназначены для практического применения при разработке форсированных, энерго- и ресурсосберегающих технологий и режимов нагрева стали под обработку давлением, обеспечивающих снижение угара металла и получение качественного проката и поковок с регламентированной величиной видимого обезуглероженного слоя Для широкого сортамента распространенных углеродистых, низко- и среднелегированных марок сталей перлитного класса получены ограничения на управляющие и технологические параметры с учетом вероятности трещинообразования, предотвращения перегрева, пережога стали, оплавления окалины Для осуществления прогнозных расчетов выбора режимов нагрева стали в печах получены константы скорости окисления 22 распространенных марок стали

Для практического использования разработаны способ нагрева стальных заготовок из углеродистых низколегированных сталей под прокатку (Патент РФ 2184786), методическая печь с комбинированным подом для нагрева стальных заготовок с различным начальным тепловым состоянием (Патент РФ 43267), заготовка для нагрева в толкательных методических печах с глиссажными трубами (Патент РФ 48327), рейтер методической печи с шагающими балками (Патент РФ 59228)

Реализация результатов На ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат» внедрена энерго- ресурсосберегающая технология нагрева непрерывноли-тых заготовок рельсовой стали в методической печи с шагающими балками, приняты к внедрению рекомендации по совершенствованию температурного режима нагрева слитков и слябов стали марки 60С2 Результаты работы включены в справочник «Дефекты и качество рельсовой стали», справочные данные которого используются на ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат» и ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат» (ООО ЕвразХолдинг) в качестве классификатора дефектов рельсов, производимых из непрерывнолитых заготовок

Совокупный долевой экономический эффект от предложенных и реализованных мероприятий составляет 75 руб /т стали в год

Научные результаты диссертационного исследования внедрены в ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» в практику подготовки студентов специальностей 150103 - Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей, 150106 - Обработка металлов давлением, 150201 - Машины и технология обработки металлов давлением

Внедрение результатов работы в производство и учебный процесс подтверждается соответствующими актами и справками о внедрении

Методы исследований. Тепловое состояние стальных заготовок при лабораторных и промышленных экспериментах исследовали с помощью метода термо-метрирования. Наличие или отсутствие в металле нарушений сплошности определяли методами ультразвуковым, послойной обточки или острожки Изломы разрушенных образцов исследовали с помощью растровой и просвечивающей электронной микроскопии Угар стали исследовали методами планиметрирования и гравиметрическим, по потере полезной массы образцов Глубину обезуглерожен-ного слоя металла, его структуру, строение слоев окалины определяли и изучали с помощью металлографического метода Фазовый и химический составы окалины исследовали с применением ренггеноспектрального метода анализа Исследование параметра элементарной ячейки проводили по методу внутреннего стандарта (в качестве последнего использовали кварц)

Разработку температурных режимов нагрева, исследование температурных напряжений, высокотемпературного окисления и обезуглероживания стали проводили с помощью математических моделей, реализованных на ПЭВМ с применением методов прогонки и конечных разностей При обработке результатов экспериментов использовали метод наименьших квадратов

Достоверность и обоснованность полученных результатов, выводов и рекомендаций подтверждаются совместным использованием воспроизводимого по точности физического и математического моделирования с опорой на современные достижения теорий теплопроводности, термопрочности и пластичности а

также на качество измерений и статистическую обработку результатов, адекватностью разработанных математических моделей, применением широко распространенных и апробированных методов исследований, сопоставлением полученных результатов с данными других исследователей, высокой эффективностью предложенных технологических решений, подтвержденной результатами промышленных испытаний и внедрением в производство

Предмет защиты. На защиту выносятся

1) Концепция процессо-структуро-свойствоориентированных технологий нагрева стали под обработку давлением;

2) Результаты экспериментальных исследований допустимой интенсивности тепловой обработки заготовок с литой и горячекатаной структурой из углеродистых и легированных сталей (18-ти различных марок) перлитного класса,

3) Результаты математического моделирования и выявленные закономерности термонапряженного состояния стальных цилиндрических заготовок при различных видах и интенсивностях тепловой обработки,

4) Результаты экспериментальных исследований высокотемпературного окисления и обезуглероживания углеродистых и легированных сталей 22-х различных марок,

5) Результаты экспериментальных исследований температуры плавления окалины, образующейся на сталях 16-ти различных марок,

6) Результаты математического моделирования совместно и взаимосвязано протекающих физико-химических процессов высокотемпературного окисления и обезуглероживания стали,

7) Выявленные закономерности, особенности строения, химического и фазового состава окалины сталей марок 60С2, Э76Ф

8) Энерго- и ресурсосберегающая технология нагрева в методической печи с шагающими балками непрерывнолитых заготовок рельсовой электростали марки Э76Ф, микролегированной ванадием и азотом

Автору принадлежит:

- постановка задачи теоретических и экспериментальных исследований,

- проведение экспериментальных исследований по установлению предельной интенсивности тепловой обработки стальных заготовок, высокотемпературному окислению и обезуглероживанию сталей, температуры плавления окалины, допустимой температуры нагрева стали марки Э76Ф под прокатку,

- разработка математических моделей теплового, термонапряженного состояния стальных тел различной конфигурации (призма, цилиндр, пластина), совместно и взаимосвязанно протекающих физико-химических процессов высокотемпературного окисления и обезуглероживания стали,

- проведение промышленных экспериментов по термометрированию непрерывнолитых заготовок поперечным сечением 300x330 мм из стали марки Э76Ф при нагреве в методической печи с шагающими балками,

- обработка полученных результатов, анализ, обобщение, научное обоснование, формулировка выводов и рекомендаций

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на конференциях различного уровня, в том числе 11 - Международных и 14 - Всероссийских Всероссийской научной конференции студентов.

аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь проблемы, поиски, решения» (Новокузнецк, 1999-2005 гг), Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия на пороге XXI века достижения и прогнозы Металлургия-99» (Новокузнецк, 1999 г), Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия на пороге XXI века достижения и прогнозы» (Новокузнецк, 2000 г ), Международной конференции к 300-летию металлургии Урала, 80-летию металлургического факультета и кафедры «Теплофизика и информатика в металлургии» «Теплофизика и информатика в металлургии достижения и проблемы» (Екатеринбург, 2000 г), Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Экологические проблемы горно-металлургического комплекса» (Красноярск, 2000 г), Международной научно-практической конференции «Автоматизированный печной агрегат - основа энергосберегающих технологий XXI века» (Москва, 2000 г ), XXXIV научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «ЗСМК», (Новокузнецк, 2001 г), Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия- реорганизация, управление, инновации, качество» (Новокузнецк, 2002 г), II Международной научно-практической конференции «Автоматизированные печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии» (Москва, 2002 г), Международной научно-практической конференции «Рациональное использование природного газа в металлургии» (Москва, 2003 г), Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия реорганизация, управление, инновации, качество» (Новокузнецк, 2003 г), Международной конференции «Технологии и оборудование для производства огнеупоров Использование новых видов огнеупорных изделий в металлургической промышленности» (Москва, 2004 г), Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспективные материалы получение и технологии обработки» (Красноярск, 2004 г), Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия технологии, управление, реинжиниринг, автоматизация» (Новокузнецк, 2004 г), Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Совершенствование технологий производства цветных металлов» (Красноярск, 2005 г), Международной научно-практической конференции «Металлургия России на рубеже XXI века» (Новокузнецк, 2005 г), Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (Иваново, 2005 г ), II Международной научно-технической конференции «Современная металлургия начала нового тысячелетия» (Липецк, 2005 г), III Российской научно-практической конференции «Физические свойства металлов и сплавов» (Екатеринбург, 2005 г), Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия новые технологии, управление, инновации и качество» (Новокузнецк, 2005 г), III Международной научно-практической конференции «Металлургическая теплотехника история, современное состояние, будущее К столетию со дня рождения М А Глинко-ва» (Москва, 2006 г ), Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы электрометаллургии, сварки, качества» (Новокузнецк, 2006 г ), III Международной научно-технической конференции «Современная металлургия начала нового тысячелетия» (Липецк, 2006 г), Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия новые технологии, управление, инновации и качество» (Новокузнецк, 2006 г )

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 100 печатных работ, основные из них - 66, в том числе 2 монографии, 1 справочник, 37 статей в журналах, в том числе 32 статьи в журналах, рекомендованных ВАК для опубликования результатов докторских диссертаций, 4 патента РФ

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, выводов и приложений Изложена на 328 страницах, содержит 126 рисунков, 24 таблицы, список литературы из 291 наименования

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 Современное состояние научной проблемы и постановка задач исследования

В разделе проведен анализ металлургических аспектов тепловой обработки стали, включающей охлаждение слитков и непрерывнолитых заготовок после разливки, их нагрев перед обработкой давлением, дальнейшее охлаждение стали после пластической деформации (в отличие от термической обработки - температурного воздействия, направленного на изменение структуры и свойств металла, например, охлаждение при закалке)

Нагрев стали под обработку давлением осуществляют в камерных и методических печах различных конструкций Современное печестроение основано на достижениях общей теории печей М А Глинкова, которая несмотря на свой почти полувековой возраст, не теряет актуальности, непрерывно совершенствуется и расширяется. По мере развития теории печей видоизменялся одни из ее разделов, или область приложения - нагрев стали под обработку давлением Существенное развитие вопросов, связанных с нагревом металла, наблюдалось в послевоенный период и было связано с прогрессом в области теории теплопроводности, появлением работ А В Лыкова, Г М Кондратьева и др Приложение теории теплопроводности применительно к нагреву металла в металлургических печах рассмотрено в фундаментальных работах Г П Иванцова, Н Ю Тайца и др В конце 80-х и начале 90-х годов прошлого века все большее внимание начинает уделяться вопросу «как греть?», т.е вопросу выбора рационального или оптимального режима нагрева Предпосылками развития этого направления в области нагрева стали являются работы С А. Малого, А Г Бутковского, охватывающие теоретический аспект вопроса Существенный прогресс в области технологии нагрева стали под ковку и прокатку, достигнут в работах В А Кривандина, А С. Телегина, М Д Ка-зяева. Ю Г Ярошенко, Г Г Немзера, Е И Казанцева, В Г. Лисиенко, В В Быкова, И В Франценюка, Ю А Самойловича, В И Губинского, В И Тимошпольского и др, при этом в них в различной степени освещены вопросы теплообмена, угара, обезуглероживания стали, термических напряжений, ограничений на технологические и управляющие параметры, оптимизации и рационализации режимов нагрева В настоящее время в условиях подъема производства, повышения требований к качеству, себестоимости и конкурентоспособности стальной продукции перед теплотехниками-печниками возникает целый ряд новых задач по разработке науч-нообоснованных энерго- и ресурсосберегающих конструкций, режимов тепловой работы печей прокатного и кузнечного производств Доминирование направления

энерго- и ресурсосбережения при тепловой обработке стали активно пропагандируется в работах ведущих научных школ в печной теплотехнике и головными проектными организациями

Анализ современных работ в области нагрева стали показывает, что наибольший положительный эффект от реализации технологии тепловой обработки может быть получен только в том случае, если она основана на доскональном учете широкого спектра свойств нагреваемой марки стали Такие технологии нагрева стали можно охарактеризовать как процессо-структуро-свойствоориентированные (ПССО) Основная цель таких технологий - это максимальный учет особенностей физических и физико-химических процессов, протекающих в нагреваемой (охлаждаемой) стали, специфики теплофизических и термомеханических свойств конкретной марки, эволюции ее структурного состояния, обеспечивающий высокое качество металлопродукции, позволяющий разработать энерго- и ресурсосберегающие режимы нагрева, в некоторых случаях усовершенствовать конструкцию нагревательного устройства. ПССО технологии представляют синтез знаний в области теории и практики печестроения, тепломассообмена, физической химии, металловедения и физики металлов, обработки металлов давлением

При нагреве стали под обработку давлением от температур 0 20 ~ 1100 1300 °С определенные физические и физико-химические процессы в нагреваемом металле протекают практически во всем температурном интервале При нагреве под обработку давлением наиболее многочисленной и распространенной группы сталей - перлитного класса, условно можно выделить три периода или стадии (рисунок 1).

поверхность-центр Рисунок 1 - Температурный график нагрева стали под обработку давлением

Начальный период - область температур металла от начальной температуры /0= 0 до 730 °С Эта область присутствует при нагреве стали с холодного и теплого посада. Структура стали в данной области представлена перлитом При форсированном нагреве в этой области температур в интервале от нуля до 400 600 °С на промежутке времени тт для сталей некоторых марок существует опасность трещинооб-разования, коробления заготовок Для начального периода характерно наличие инерционного интервала, продолжительностью ти

Промежуточный период - область температур металла 730 - 900 °С, в которой протекают фазовые превращения Характерным признаком этого периода является замедление скорости роста температуры металла в области фазовых превращений (аустенитизации) во временном интервале Тф, которое может достигать 10 - 20 % и более Началом фазовых превращений можно считать момент достижения температуры поверхностных слоев слитков заготовок или изделий критической точки Ас\, а окончанием - нагрев центральных слоев до температуры точки Асъ (Аст) Замедление скорости нагрева, а, в некоторых случаях, возникновение явления декалесценции — снижения температуры металла в результате превращения, связано с эндотермическим эффектом, сопровождающим фазовые превращения Неодновременность протекания эндотермических превращений по толщине нагреваемого материала приводит к формированию значительной неравномерности температурного поля

Конечный период - область температур металла 900 - 1100 1300 °С, структура стали в этой области представлена аустенитом В этой области при температурах более 900 - 950 °С во временном интервале тв интенсифицируются диффузионные процессы окисления и обезуглероживания стали, роста зерна, формируется конечное тепловое состояние металла, обеспечивающее необходимую пластичность и сопротивление пластической деформации, существует опасность перегрева и пережога стали.

Большое внимание процессам, протекающим при нагреве стали, ее свойствам и структуре уделено в работах Н Ю Тайца, однако актуальность выделения этих аспектов в отдельное направление в то время в полной мере не назрела. Современные предпосылки создания ПССО технологий как отдельного направления следующие

- значительное увеличение марочного состава сталей и сплавов черньк металлов (в настоящее время разработано более 600 марок),

- существенное расширение направления формирования необходимых эксплуатационных свойств стали за счет микролегирования и модифицирования, например, расширение сортамента сталей с карбидо- и нитридообразующими элементами (V, Т1, N1) и др.),

- наметившиеся тенденции в большей «специализации» металлургических предприятий, т е переход от производства широкого сортамента стали к более узкому, например, специализации на производстве рельсовых, кордовых, листовых марок стали, что позволяет учитывать специфические свойства стали уже на стадии проектирования нагревательной печи, например, предусматривать возможность форсированного нагрева малоуглеродистых марок сталей в методической зоне печи,

- развитие математического моделирования, позволяющего с применением ЭВМ оперативно и с достаточной степенью точности проводить многофакторные, многовариантные расчеты температурных и тепловых режимов нагрева, учитывающих совокупность и взаимосвязь процессов, протекающих в стали в различных температурных интервалах,

- возможность более гибкого управления нагревательной печью вследствие применения систем автоматизации и, как следствие, создание необходимого температурного и теплового режимов,

- прогресс в области прокатного оборудования (рост мощностей прокатных станов, увеличение стойкости валков, переход от одноклетьевых, линейных станов к непрерывным и др )

Успех применения ПССО технологий тепловой обработки стали тесно связан с дефектологией, а, конкретнее, с ее влиянием на качество стали, установлением первопричин тех или иных дефектов, особенностей их трансформации и видоизменения в цикле металлургического производства В таблице 1 представлены различные аспекты и составляющие ПССО технологий на примере применения их к сталям перлитного класса

Таблица 1 - Составляющие ПССО технологий (на примере сталей перлитного класса) _

Аспекты ПССО технологии Периоды нагрева

Начальный Промежуточный Конечный

Процессы Теплообменные, термомеханические (возникновение температурных напряжений) Теплообменные, термомеханические (возникновение структурных напряжений), фазовые превращения Теплообменные, массообменные (диффузия углерода, легирующих элементов, растворение карбидов, нитридов, карбонитридов)

Структура Перлит Химический состав стали, Параметры структуры величин^ зерна стали, состояние границ зерен (наличие хрупких эвтектик по границам), Тип структуры литая, деформированная (катаная, кованая), Металлургическое качество стали неметаллические включения, пористость (рыхлость), ликвация, фло-кены, микротрещины Перлит+аустенит Химический состав стали, Параметры структуры величина зерна стали, Тип структуры литая, деформированная (катаная, кованая) Аустенит Химический состав стали, Параметры структуры величина зерна стали, состояние границ зерен (наличие легкоплавких эвтектик по границам) карбидная ликвация, природа сульфидной фазы, Металлургическое качество стали неметаллические включения, ликвация, подкорковые пузыри

Свойства Теплопроводность, теплоемкость, плотность, температуропроводность, линейное расширение, модуль упру! ости, коэффициент Пуассона, предел текучести Теплопроводность, теплоемкость, плотность, температуропроводность, линейное расширение, модуль упругости, коэффициент Пуассона, предел текучести, критические точки Ась Ас} СЛст), тепловые эффекты фазовьп превращений Теплопроводность, теплоемкость, платность, температуропроводность, коэффициенты диффузии элементов, константы скорости и тепловые эффекты окисления элементов, температуры плавления легкоплавких эвтектик (сульфидной, нитридной фазы и др)

Дефекты, виды брака Трещины (нарушения сплошности), коробление, разрушение заготовок (слитков) на части Трещины (нарушения сплошности) Перегрев, пережог, обезуглероживание, науглероживание, обезлегирование, окисление (окалинообразование), недогрев, непрогрев

В разделе проведен анализ влияния различных процессов, протекающих при нагреве стали в начальном, промежуточном и конечном периодах (температурных интервалах), на качество отдельных видов стальной продукции, работу нагревательных печей и оборудования для обработки металлов давлением, показана актуальность и необходимость разработки новых технологий нагрева, выявлены малоизученные области проблемы установления предельно возможной, по условиям отсутствия нарушений сплошности металла, интенсивности тепловой обработки Показано, что вся многогранность процессов разрушения стали от температурных напряжений не позволяет изучать их исключительно теоретическими методами или с применением математического моделирования, а требует и проведения трудоемких экспериментальных исследований на образцах реальных размеров

Следуя концепции ПССО технологий, конечный период охватывает достаточно широкий спектр вопросов, основные из них - это диффузионные процессы окисления и обезуглероживания стали Применительно к тепловой обработке стали актуальность исследования высокотемпературных процессов взаимодействия стали с газами обострилась с развитием технологий ресурсосберегающего мало- и безокислительного нагрева В различное время вопросам окисления и обезуглероживания при тепловой и термической обработке стали в металлургических печах были посвящены труды В Ф Копытова, А А. Скворцова, И Н Францевича, Р Ф Войтовича, НЮ Тайца, Л А Шварцмана, А И Ващенко, А Г Зеньковского, А.Е Лифшица, Л А Шульца, А А. Шмыкова, Е А Гюлиханданова, В П Северденко, Е М Макушка, А Н Равина, Б М Эстрина, Е И Казанцева, В И Губинского и др. Однако, появление новых марок сталей, в частности рельсовых, повышение требований к качеству проката и ресурсосбережению при его производстве предопределило необходимость дальнейших исследовании кинетики высокотемпературного окисления, обезуглероживания стали и свойств окалины

На основе проведенного критического обзора литературы сформулированы цели, задачи и методы диссертационного исследования

2 Развитие теории форсированных энерго- и ресурсосберегающих технологий тепловой обработки стали

Раздел включает вопросы теории тепловой обработки стали Для исследования термонапряженного состояния стальных цилиндрических заготовок при различных видах тепловой обработки (нагрев, охлаждение) разработана и реализована на ПЭВМ математическая модель

Модель включает в себя дифференциальное уравнение теплопроводности для цилиндра бесконечной длины

дополненное краевыми условиями

1) граничными - на нагреваемой поверхности тела (г-Я) задано граничное условие ПГ рода

(1)

=as(f0-fn),

drJr=R

(2)

где a-E - суммарный коэффициент теплоотдачи на поверхности заготовки, учитывающий конвективную и лучистую составляющие, Вт/(м2 К), íc - температура греющей (охлаждающей) среды, °С, t„— температура поверхности заготовки, °С, на оси симметрии тела при г = О

dt

дг

= 0,

(3)

2) теплофизическими - свойства стали (к - коэффициент теплопроводности, Вт/(м К), р - плотность, кг/м3, с - теплоемкость, Дж/(кг К)) являются функциями от температуры, погрешность аппроксимации не более 5 %,

3) начальными - при любом начальном распределении температур по сечению (Д/<)# 0, Гц, 0, гп< О температурное поле описано полиномом п-го порядка вида

t(r ,0) = а0 + i^r + а2г +а3г + + апг",

(4)

где а0, а\, а2, , а„ - коэффициенты полинома для определения начального поля температур При нагреве с холодного посада t(r,0) = const = 20°С

Расчет термоупругих напряжений в цилиндрических заготовках с учетом пластической деформации проводили с использованием метода расчленения тела Продольные сгг, тангенциальные с, и радиальные аг напряжения определяли по следующим формулам

а. =

Ж

1-ц

¡si_

(5 )а, =

> 1 т

1-И

T^-t ¿^ „ m

,(6)а =crz -о, ,(7)

' гт zm lm

1(2»-1)

V ы

где г = 1,2, , /г - номер слоя,

Г, и г„, - температуры в г-ом слое и в слое, в котором определяют напряжения, °С, К - коэффициент, определяемый из условия равенства тангенциальных и продольных напряжений на поверхности сплошного цилиндра Далее одним, двумя и тремя штрихами будут обозначены временные упругие, упругие с учетом пластических деформаций (при нагрузке) и напряжения при разгрузке

Условие появления пластических деформаций в слоях имеет вид

(8)

где М1 - коэффициент, <л и ст3 - наибольшее и наименьшее главные напряжения, - предел текучести 1-го слоя

При интенсивном охлаждении заготовок в водных солевых растворах разгрузка происходит в области упругих деформаций, напряжения разгрузки определяли по выражению

где Его и Е( - модули упругости стали при 20 °С и при средней температуре в период нагрузки

Остаточные ст0 напряжения определяли алгебраическим суммированием напряжений при нагрузке и разгрузке

п и!

а0=а +ст . (10)

В качестве критерия прочности использовали предложенное в работах В С Старикова, приведенное напряжение, представляющее собой критерий наибольших линейных деформаций, в соответствии с которым разрушение материала возникает тогда, когда наибольшая по абсолютной величине линейная деформация удлинения достигнет некоторого предельного значения

СТ^-Ц^+СГг) (И)

Численное решение задачи теплопроводности по данной модели проведено с применением метода конечных разностей (МКР) с использованием неявной схемы сеточного уравнения и реализовано на ПЭВМ

Точность расчета теплового состояния определяли посредством сравнения температурных полей, полученных опытным путем, с результатами моделирования при аналогичных параметрах внешнего теплообмена, погрешность составляет +8 15 °С при количестве расчетных слоев порядка 20 Сравнение результатов математического моделирования с результатами расчетов по методу графического интегрирования показало, что погрешность составляет 2,45 % для оси и 2,2 % для поверхности Разработанная модель позволила исследовать задачу термоупругости в динамике На модели провели многовариантные исследования и расчеты термонапряженного состояния цилиндрических заготовок в процессах форсированной тепловой обработки

На рисунке 2, представлены зависимости температуры перехода конструкционных углеродистых сталей в область упруго-пластических деформаций и перепада температур при этом переходе от содержания углерода в стали Как видно из рисунка 2 низкоуглеродистые стали имеют высокую шгастичность и низкий предел текучести, температура перехода в область упругих деформаций Ху составляет для стали марки 20 при интенсивной тепловой обработке приблизительно 250 °С Таким образом, даже относительно высокие (до 400 - 450 °С) перепады температур по сечению, характерные для начального (иррегулярного) периода нагрева или охлаждения, не вызывают разрушающих напряжений вследствие релаксации из-за пластических деформаций Разности температур Д1у по сечению, формирующие остаточные напряжения при охлаждении для стали марки 20, не превышают 200 °С Для средне- и высокоуглеродистых сталей, например, стали марки 60, температура перехода достигает 400 - 450 °С и более, а разность температур при этом составляет 350 °С, формируются значительные (вплоть до разрушающих) напряжения

t, "с

450 -

400 ■

350 -

300 ■

250 -

200 -

150 -0 15 О 25 0 35 0 45 0,55 С %

1 - температуры перехода в область упруго-пластических деформации, 2 - перепад температур при этом переходе Рисунок 2 - Зависимости температуры перехода конструкционных углеродистых сталей в область упруго-пластических деформаций и перепада температур при этом переходе от содержания углерода в стали

На рисунке 3 представлена зависимость суммарных приведенных продольных напряжений, возникающих при нагреве заготовок из стали 75 без остаточных (Bioxn = 0) и с остаточными напряжениями, от интенсивности охлаждения и последующего нагрева по результатам моделирования

a z МПа 70Q 600 500 400 300 200 100

0 0 2 0 4 0 6 0,8 1 0 1,2 В| Рисунок 3 - Зависимость суммарных приведенных напряжений, возникающих при нагреве заготовок из стали марки 75, с остаточными напряжениями от интенсивности охлаждения и последующего нагрева

Эту номограмму можно представить в следующем виде

Оу= 22,79+86,735гОЯ1-4,19 £г20И,+97,248г„+1438,445(2„-1646,625/3„ +514,27 йг4н (12) погрешность аппроксимации ±10%, Я2=0,91

Для прогнозных расчетов форсированных режимов нагрева шаров при граничных условиях III рода (f,;=const) разработана номограмма (рисунок 4). Она построена по результатам исследовании выражения

—../(Я«,Л>,Ф). (13)

где fo — начальная темпера-тура тела, °С; 1а - температура среды, "С; Ф - форма тела;

Af - максимально допустимый перепад по сечению шара из условий прочности, "С.

При допустимых перепадах температур, отличных ог 50, 100, 200, ЗОЙ, 400 и 500 °С, т емпературу среды рассчитывают по соотношению

1С=Ь+ВЫ, (14)

где В - коэффициент, определяемый из номограммы.

Номограмма позволяет определять допустимую температур среды (печи) при нагреве тел шарообразной формы и время (число Фурье) формирования максимального перс пада температур.

Вр

Рисунок 4 — Номограмма для определения температуры греющей среды при тепловой обработке стальных тел шарообразной формы с учетом максимальных перепадов

температур по ссчению

Для Прогнозирования склонности сталей к разрушению от температурных напряжений разработан критерий склонности к трещинообразованию (КСТО):

КСТО = 5 -

К 1 КС1/г , СТ0.2,о , ßlO , Е10

ho кси10 а02_ ß, Е,

(15)

где КС U - ударная вязкость, Сто 2~ предел текучести, ß - коэффициент линейного расширения, Е- модуль упругости

КСТО - безразмерная величина, показывающая предрасположенность стали к формированию значительных температурных напряжений и, как следствие, склонность к образованию трещин при тепловой обработке, индексами «10» обозначены свойства стали марки 10, «г» - сравниваемой г-той стали, КСТО предопределяется свойствами стали и не зависит от особенностей и параметров внешнего теплового воздействия

Для стали марки 10 имеем КСТО = 0 Если КСТО > 0, значит данная сталь более чувствительна к образованию трещин, чем сталь марки 10 На основе КСТО стали условно можно разделить на пять групп чувствительности I - не чувствительные (КСТО < 0,4), II - слабо чувствительные (0,4 < КСТО < 0,6), Ш -чувствительные (0,6 < КСТО < 0,8), IV - повышенной чувствительности (0,8 < КСТО < 1) и V- высокой чувствительности (КСТО >1)

При нагреве сталей перлитного класса под обработку давлением характерным является замедление скорости роста температуры металла в области фазовых превращений (аустенитизации) Неодновременность протекания эндотермических превращений по толщине нагреваемого материала приводит к формированию значительной неравномерности температурного поля Продолжительность фазовых превращений может достигать значительных величин, как показывает практика нагрева стали под обработку давлением, до 30 - 40% от общего времени нагрева. В связи с этим большое практическое значение имеет разработка методик, позволяющих рассчитывать (прогнозировать) продолжительность фазовых превращений, учитывающих скорости нагрева, химический состава стали (интервала Ас\-Асъ), сечение нагреваемого изделия и другие факторы

В рамках настоящей работы проанализированы температурные интервалы фазовых превращений 118 широко распространенных углеродистых и легированных марок сталей различного назначения В результате они условно разделены на пять групп средние значения Ас\, Асг и величины температурного интервала Дt = Ас3 -Ас\ которых приведены в таблице 2 На базе полученного разделения с применением ЭВМ провели расчеты продолжительности протекания фазовых превращений для бесконечной пластины, нагреваемой при граничных условиях III рода при постоянной температуре среды (ic=const) В результате расчетов получены графики для каждой группы сталей (рисунок 5)

Для исследования физико-химических процессов высокотемпературного окисления и обезуглероживания стали при нагреве в камерных и методических печах разработана детерминированная математическая модель, которая имеет блочную структуру, включающую три укрупненных модуля Основным назначением первого модуля является расчет температуры поверхности металла в любой момент времени, который может ос>щесгвлягься с применением численных

методов, аналитических решений или аппроксимирующих соотношений полуэмпирического характера.

Таблица 2 - Группы сталей

Номер группы Марка стали Температур1ше характеристики группы, °С

А с, А с3 AV=Ac3 -Aci

I 45,50,55,60,75,85, У7, У8, У9,45Г, 50Г, 65Г, 50Г2, 35Х, 38ХА, 45Х, 40ХН, 45ХН, 60ХН, 35ХМ, 27ХГР, Х12 734 766 менее 45

II 6ПС, 6СП, 35,40, У10,40Г, 40Г2,45Г2,15Х, 20Х, ЗОХ, 40Х, 50Х, 55С2,60С2, ЗЗХС, 38ХС, 40ХС, 20ХН, 20ХМ, ЗОХМ, 30X13,40X13,25ХГТ, ЗОХГТ, 12ХН2, 12ХНЗА, 20ХНЗА, ЗОХНЗА, ЗОХГСА, 35ХГСА, 38XH3MA 744 807 45 85

III ЗКП, ЗПС, ЗСП, 4КП, 4ПС, 5СП, 5ПС, 20,20КП, 25, 30, У12,20Г, ЗОГ, 09Г2,10Г2, 14Г2,35Г2,20X13,9ХС, 15ХФ, 18ХГТ, 20ХГСА, 25ХГСА, 20ХГР, 38ХГН, 20ХН2М 736 837 85 115

IV 0,2КП, 2ПС, 2СП, 08, 08КГ1, 10, 10КП, 15, 15К, 15КП, 20К.22К, 15Г,28Г2А, 08X13,12X13,15ГС, 17ГС, 20ГС, 25ГС, 17Г1С, 09Г2С, 10Г2С1, 18ГС2,26Г2С, 15ХМ, 14ХГС, 16ГНМА, 10ХСНД, 25ХГМ 731 860 115 150

V 16ГС, 12МХ, 15ХСНД, ШХ15, ШХ15СГ, ХВГ 732 904 более 150

1300 1200 1100

а) б)

Рисунок 5 - График для расчета продолжительности фазовых превращений в сталях I (а) и У(б) трупп

В частности, траекторию изменения температуры поверхности металла при нагреве в камерных и методических печах с достаточной степенью точности можно аппроксимировать уравнением

i = /0+^l-exp(-5Ajj, (16)

где t0 - начальная температура металла, °С,

Аи £\ - эмпирические коэффициенты, зависящие от режима нагрева, т, - текущий (i-й) момент времени от начала нагрева, мин, т - суммарное время нагрева, мин

Толщину s, см, слоя металла, перешедшего в окалину, определяли по соотношению

j^exp^—jt", (17)

где А, В, п - эмпирические коэффициенты, зависящие от химического состава стали, состава атмосферы и других факторов Нахождение нестационарных концентрационных полей углерода основано на решении дифференциального уравнения диффузии

^И], О«)

дх дх \ дх) где с - концентрация углерода, %, D - коэффициент диффузии, см2/с, х - координата, см Коэффициент диффузии находили по уравнению

D = (0,07 + 0,06С)ехр|-• О9)

где С - содержание углерода в стали, %,

/сспл - относительный коэффициент активности углерода в сплаве, учитывающий влияние легирующих элементов на коэффициент диффузии углерода. На поверхности металла, контактирующей с атмосферой, задавали граничное условие III рода

-D| = ß^7n0B-C0Kp), (20)

где ß - коэффициент массоотдачи, см/с,

Слов - текущая концентрация элемента на поверхности твердой фазы в момент

времени т, г/см3, Сокр- углеродный потенциал атмосферы, г/см3 Для нагрева стали в атмосфере продуктов сгорания природного газа, сжигаемого с коэффициентом расхода окислителя 1,2, коэффициент массоотдачи рассчитывали по соотношению

ß = 33,4exp(-l|^) (21)

Нелинейное дифференциальное уравнение (18) заменяли системой обыкновенных дифференциальных уравнений Поверхностный слой металла разбивали на т слоев толщиной h Поскольку диффузия углерода существенна лишь в тонком

поверхностном слое, решение уравнения (18) можно рассматривать для полубесконечного тела (0 < х < ос) при граничном условии

cm+\(t) = C0, (22)

где Со - начальное содержание углерода в стали, %

В общем случае, в начальный момент времени с^ ~АХ)> ПРИ нагреве необез-углероженной стали принимали cT=o=const=Co

Решение поставленной задачи осуществили с применением метода конечных разностей, шаги по времени и координате выбирали с учетом условия устойчивости конечно-разностной схемы Глубину обезуглероженного слоя определяли как расстояние от поверхности металла до участка, где содержание углерода составляет 0,9С0 Продвижение границы раздела оксид - металл учитывали отбрасыванием слоев металла, перешедших в окалину Идентификацию модели проводили на основе сравнения результатов моделирования с экспериментальными данными Погрешность моделирования глубины видимого обезуглероженного слоя не превышает ±8-12 % и является достаточной для моделей подобного уровня

3 Методика экспериментальных исследований и применяемое оборудование

В разделе представлено описание применяемого оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры, методик экспериментальных исследований.

Для исследований использовали широкий сортамент углеродистых, низко-, средне- и высоколегированных марок сталей в основном перлитного класса (таблица 3)

Таблица 3 - Марки сталей, используемых в исследованиях

Цель экспериментов Используемые марки сталей

Изучение трещинообразования при форсированной тепловой обработке Зсп, 4сп*, 45, 55, 60, 55ПП (58), 60ПП, 20Х, ЗОХ, 40Х, ЗОХГСА**, 35ХГСА**, 75*, 65Г, 70Г, 60С2, IIIX15, ШХ15СГ*

Установление температур плавления окалины 60С2,12ГС, 25Г2С, 18Г2С, 10ХСНД, 65Г, Э76Ф, ЗОХГСА, 09Г2Д, 09Г2С, ШХ15СГ, 45Г17ЮЗ, 12ХМ, ЮКЦ, 40Х, 40ХН

Исследование кинетики высокотемпературного окисления 10, Зсп, Зпс, 20, 5сп, бсп, 45, 50, 60, 70, М54, М76, Э76Ф, 65Г, 40Х, 60С2, 09Г2С, 12ГС, 25Г2С, 35ГС, 15ХСНД, ЗОХГСА

Примечание * исследовали сталь с литой структурой, ** исследовали сталь с литой и катаной структурой

Нагрев заготовок поперечным сечением 45-160 мм в зависимости от размеров проводили в электрической камерной печи, а также в расплавах стали и чугуна, получаемых в плавильной индукционной печи емкостью 160 кг Охлаждение проводили в специально сконструированной установке форсированного охлаждения, в которой в качестве охлаждающей среды использовали воду и водные растворы хлорида натрия с содержанием до 10 % ИаС1 Высокоскоростную циркуляцию растворов обеспечивали с помощью лопастного побудителя или подвода сжатого воздуха.

В процессе тепловой обработки температурное поле цилиндрических и шаровых заготовок фиксировали с помощью трех, а призматических - пяти хромель-алюмелевых термопар и автоматического потенциометра КСП-4 Перед одиночными тепловыми воздействиями заготовки отжигали с целью снятия остаточных напряжений Одиночные интенсивные тепловые воздействия включали форсированный нагрев до температур на 40-50 °С ниже точки Асу или медленный нагрев, обеспечивающий хороший прогрев центральных слоев заготовок, до аналогичных температур, и последующее скоростное охлаждение Скорость нагрева варьировали изменением температуры греющей среды, охлаждения - скоростью циркуляции и температурой воды и водных растворов хлорида натрия Комбинированные тепловые воздействия включали стадии формирования остаточных напряжений - медленный нагрев и последующее скоростное охлаждение, временных напряжений -форсированный нагрев заготовок с остаточными напряжениями Для подтверждения отсутствия закалочных структур после опытов измеряли твердость поверхностных слоев образцов и исследовали микроструктуру стали на микроскопе МИМ-10 при увеличениях 100-500" Изломы разрушенных образцов исследовали посредством изготовления пластиково-угольных реплик на просвечивающем электронном микроскопе УЭМВ-100К (ПЭМ), растровом электронном микроскопе РЭМ-ЮОУ и растровом микроскопе-микроанализаторе РЭММА-202 (РЭМ)

Зависимость угара и глубины обезуглероженного слоя углеродистых и легированных марок сталей от температуры и времени выдержки определяли на цилиндрических образцах* диаметром 8-13 мм и квадратных образцах сечениями 7x7 -10x10 мм длиной 25 - 40 мм, которые нагревали до температур 950 - 1250 °С, выдерживали в течение 5-60 мин в трубчатой электрической печи сопротивления СУОЛ-О 4 4/12-М2-У4 2 или электрической печи сопротивления СУОЛ-0,25 1/12,5-И1 с нагревателями из карбида кремния в атмосфере воздуха. Угар определяли гравиметрическим методом по потере массы образца

Полуколичественный анализ состава окалины проводили на рентгеновском флуоресцентном спектрометре со встроенным дифракционным каналом ARL 9800 Рентгенофазовый анализ (РФА) осуществляли на дифрактометре ДРОН-2,0 Строение поверхностных слоев стали и окалины исследовали на сканирующем растровом электронном микроскопе XL 30 фирмы «Philips» и металлографическом микроскопе МИМ-10 при увеличении 50-400"

После определения угара стальные образцы распиливали на две части и изготавливали шлиф поперечного разреза Величину обезуглероженного слоя определяли с помощью металлографического метода как расстояние от края шлифа до основной структуры металла по ГОСТ 1763-68 Микротвердость металла в области обезуглероженного слоя на различном расстоянии от поверхности измеряли микротвердомером ПМТ-3

Изучение влияния легирующих элементов на температуру плавления окалины проводили на образцах размером 4x4x1 о мм, которые крепили непосредственно к спаю термопары и нагревали в модернизированной для получения температуры рабочего пространства до 1370 - 1380 °С электрической печи сопротивления типа СУОЛ-0,25 1/12,5-И1

Исследование влияния высокотемпературного нагрева до 1200, 1250, 1300 и 1350 °С и продолжительных выдержек в течение 1 2, 3, 6 ч на структуру и вид из-

лома непрерывнолитой рельсовой стали марки Э76Ф с содержанием ванадия 0,03 % проводили на квадратных образцах поперечным сечением 20x20 мм длиной 40 мм, которые вырезали из поверхностных слоев НЛЗ После нагрева образцы в горячем состоянии подвергали однократным обжатиям (прокатывали) на лабораторном двухвалковом прокатном стане с гладкими валками диаметром 140 мм Обжатия при этом достигали 25-50 %, а скорости деформации 1,7-2,1 1/с После прокатки образцы охлаждали на воздухе В средней части прокатанных образцов делали пропил шириной 3 мм на глубину примерно 1/3 высоты, далее их разламывали на гидравлическом прессе Изломы исследовали на растровом и просвечивающем электронных микроскопах

Промышленные эксперименты по термометрированию стальных непрерыв-нолитых заготовок поперечным сечением 300x330 мм проводили на ОАО «НКМК» на методической печи с шагающими балками (максимальной производительностью до 250 т/ч, внутренней длиной 49,35 м)

В торце НЛЗ рельсовой стали марки Э76Ф выполняли пять сверлений С целью уменьшения эффекта торцевого нагрева, торец теплоизолировали слоем асбеста толщиной 50 мм Замеры температурного поля проводили штыковыми хромель-алюмелевыми термопарами длиной 3 м, вставляемыми в отверстия через боковые окна печи Показания термопар фиксировали цифровым милливольтметром Исследование глубины обезуглероженного слоя проводили металлографическим способом на образцах-наездниках массой 2 - 3 кг, устанавливаемых на поверхность блюмов перед загрузкой в печь и снимаемых после выдачи заготовок из печи, образцах, вырезанных из различных участков поверхности НЛЗ, и образцах, вырезанных из различных участков рельсового профиля после прокатки и охлаждения металла Угар определяли по методу планиметрирования -измерения площади и взвешивания пластинок окалины

4 Экспериментальные исследования предельной интенсивности,

высокотемпературного окисления, обезуглероживания и рациональных

температурных интервалов тепловой обработки стали

Результаты исследования предельной интенсивности тепловой обработки различных марок сталей представлены в таблице 4 Установлено, что для сталей марки 4сп с литой структурой разрушения не вызывают приведенные напряжения не более 186 МПа, с катаной структурой марки 45 - не более 365 МПа и марки 60 - не более 488 МПа. Устойчивое разрушение заготовок с катаной структурой из сталей марок 30Х и 40Х происходит при суммарных перепадах температур 690 -700 и 670 - 685 °С, соответственно Разрушение образцов из стали марки 20Х наблюдали при разностях температур 660 - 670 °С Для катаной стали марки 40Х при одиночных тепловых обработках приведенные температурные напряжения а <466 МПа можно считать безопасными В случае комбинированных тепловых обработок, включающих нагрев, охлаждение в воде или водных растворах хлорида натрия и последующий нагрев заготовок с остаточными напряжениями, суммарные разности температур по сечению 440 - 495 °С к разрушению стали марки 30ХГСА не приводили Устойчивое разрушение заготовок из стали марки

35ХГСА с катаной структурой получено при суммарных разностях температур 510 °С и более, что соответствует сопротивлению стали отрыву 700 - 710 МПа

Таблица 4 - Допустимые и разрушающие перепады температур

Марка стали Тепловая обработка Заготовка («,0С ч°с Качество

Форма Сечение, мм

СтЗсп Нагрев Цилиндр 100. 120 250-330 - Н с о

Тоже Призма 80x80 160 - 250 - Тоже

Ст4сп* Охлаждение Цилиндр 55 300- 450 _ -

45 Охлаждение - нагоев Тоже 50 230 - 260 390 - 450 620 - 710

55 Нагаев _» _ 75 150 - 250 _

60 Охлаждение-нагрев 1 Призма 160 х 160 205-210 365 570 - 575 Тоешины

Тоже Цилиндр 75.85 _ 200 - 280 - Нсо

Призма ! 115x115 245 - 300 _ Тоже

55ПП _ « _ Шар 60 210-220 420 - 460 630 - 680 _н _

60ПП Цилиндр • 50 255 - 295 410-430 665 - 725 _ »_

Охлаждение Призма 115 х 115 430 - 485 _ Тоешины

20Х Охлаждение - нагрев Цилиндр 45 200 - 235 - 450 640 - 675 Нсо

20Х Тоже То же 45 220 - 230 440 - 445 660 - 670 Тоещины

ЗОХ 48 210-240 440 - 450 650 - 680 Нсо

ЗОХ 48 230-240 460 - 465 690 - 700 Тоешины

ЗОХ Шар 50 175-280 400 - 430 575 - 680 Нсо

40Х Цилиндр 45 210-215 460 - 465 670-675 Тоешины

40Х __и_ То же 47 240 - 245 440 - 450 680 - 685 То же

40Х Нагое (з _ »_ 130 _ 295 - 330 _ Нсо

40Х Нагрев Поизма 105 х 105 _ 180-230 _ Тоже

ЗОХГСА Наглев Призма 160 х 160 _ 330 _ Нсо

ЗОХГСА Охлаждение Тоже 160х (60 400 _ _ Тоже

ЗОХГСА Охлаждение - нагрев 160х 160 35-70 310-330 345-380 _ »_

ЗОХГСА Охлаждение - наглев 160х 160 160-215 280 - 300 440 - 495

ЗОХГСА* Охлаждение Цилиндр 56 185-190 _ _

ЗОХГСА* Нап>ев Тоже 56 _ 450 _

35ХГСА Охлаждение - нагрев _н_ 50 65-90 350-370 415-440

35ХГСА Охлаждение - нагоев _ я _ 47 55-60 450 - 455 510 Трещины

35ХГСА* Охлаждение 55 185 - 430 _ _ Нсо

35ХГСА* Нагоев 55 _ 425 _ Нсо

75* Охлаждение Цилиндо 62 220 - 230 - _ Нсо

75* Охлаждение То же 60 410-445 _ _ Трещины

65Г Охлаждение- нагрев _ »_ 60 165-210 440 - 455 620 - 650 Трещины

65Г Охлаждение - нагоев 95 25 - 230 200-315 225 - 430 Нсо

65Г Охлаждение 95 420 - 430 _ _ Нсо

65Г Охлаждение- нагоев 95 . 210 235 445 Трещины

65Г Охлаждение _п_ 95 480 - 485 _ _ Тоешины

65Г Нагрев _ " _ 120 _ 300-310 _ Нсо

70Г Охлаждение Поизма 100 х 100 385 - 410 _ _ Тоже

70Г Охлаждение- нагрев То же 100 х 100 25-185 205 - 310 230 - 390 _»_

70Г Охлаждение 100 х 100 415-455 _ _ Трещины

70Г Охлаждение- нагоев 100 х 100 230-235 220-225 450-455 Трещины

60С2 Нагоев -"- ' 100x100 - 100-300 _ Нсо

60С2 Нагрев -*- 1 Ц0х_и£>_| _ 200 - 290 _ Тоже

60С2 Охлаждение- нагрев 1 17.0x120 30- 100 210-275 240 - 310

ШХ15СГ* Охлаждение Цилиндр 1 58 455 - 470 _ Трещины

ШХ15 Охлаждение - нагоев Тоже , 56-120 35-230 135-345 170 - 380 Нсо

ШХ15 Охлаждение-нагрев ' -"- ! 56 175- 190 455-460 630 - 645 Трещины!

ШХ15 Нагоев -"- ' 105-120 _ 275 - 310 _ Нсо 1

ШХ15 Охлаждение - нагоев Поизма I 100x100 35-135 200 - 300 235 - 335 То же 1

ШХ15 Нагоев Тоже ; 100x100 _ 180-200 _ м 1

ШХ15 1 Нагоев _ _А..16йх1® - 350 - 400 _ _ " _ 1

Примечания * - литая структура, Н с о - нарушения сплошности отсутствуют

Безопасными для качества заготовок из рессорно-пружинных марок сталей являются следующие максимальные перепады температур и соответствующие им

приведенные продольные напряжения: At¿ = 310 °С и ст <518 МПа для стали марки 60С2, AíE ^ 430 °С и а <617 МПа дня стали марки 65Г, Д/г = 410 °С и СТ < 600 МПа для стали 70Г с катаной структурой и ¿S& = 230 °С- и СТ < 260 МПа для стали 75 с литой структурой^ Устойчивое разрушение стальных заготовок от температурных напряжений зафиксировано при следующих параметрах тепловой обработки: Д/v = 445 °С и ст > 675 MJ)a для стали 65 Г Ак =415 °С и ст > 740 МПа для стали 70Г с катаной структурой и &;х = 445 °С и Ст > 320 MI 1а для стали 75 с литой структурой. Минимальные суммарные температурные разности, при которых зафиксированы разрушения катаных заготовок из стали марки LUX15, составляют 425 — 430 °С при СТ = 628 МПа. Устойчивое разрушение наблюдается при перепадах температуры 490 - 500 °С. Все литые заготовки из стали марки ШХ15СГ при перепадах температуры 455 - 470 °С, соответствующих сопротивлению отрыву 568 - 710 MI 1а. были поражены трещинами (рисунок 6. й).

Фра кто графическое исследование поверхностей изломов (6, б) заготовок из стали марки LIJX15СГ по месту трещи« от температурных напряжений показало, что разрушение квазихрупкое, происходит путем отрыва от преобладающего действия нормальных растягивающих температурных напряжений в основном по перлитной составляющей,

Рисунок 6 - Общий вид разрушения (а) литых заготовок из стали марки ШХ15СГ и характерный вид изломов (6) поперечных трещин

В результате исследования кинетики высокотемпературного окисления ста.'гей определены эмпирические коэффициенты (таблица 5) для расчета константы скорости окисления по соотношению

Установлены температуры плавления окалины следующих марок стали: 60С2 - 1229-125ГС. 12ГС - 1314 °С, 25Г2С - 1322 аС, 1КГ2С - 1322 °С. 10ХСНД -1325-1331 °С, 65Г — 1325-1331 °С, Э76Ф - 1328 аС, 30ХГСА - 1325-1340 °С. 091 "2Д - 1342 °С, 09Г2С - ¡340-1348 111X15СГ - 1342-1351 45П7103 -1360-1363 °С, 12ХМ- 1363-1366 "С, IOKI I - 1366-1375 °С. 40Х- 1366-1375 °С, 40ХН-1376-1377 "С.

В результате статистической обработки экспериментальных данных установлено, что наибольшее влияние на снижение температуры плавления окалины оказывает кремний - в среднем 5 - 8 °С на каждые 0,1 % ei n содержания в стали.

(23)

Таблица 5 - Эмпирические коэффициенты для расчета константы скорости окисления сталей ___

Марка стали А, г/(см2 мин0,5) В, К Марка стали А, г/(см2 мин0-5) В, К

10 5,03 7269 М76 2,97 7030

Зсп 3,88 7256 Э76Ф 17,78 9461

Зпс 0,83 4983 65Г 8,19 8328

20 18,83 9644 60С2 615,22 13780

5сп 3,15 6814 09Г2С 72,32 11385

бсп 6,78 7877 12ГС 492,95 13954

45 8,84 8274 25Г2С 27,20 10037

50 46,88 10461 35ГС 7,81 8605

60 30,38 9922 40Х 5,55 8315

70 30,99 9914 30ХГСА 294,62 12840

М54 4,06 7043 15ХСНД 148,62 12770

Зависимость температуры оплавления окалины углеродистых и кремнистых марок сталей от содержания кремния, без учета влияния других легирующих элементов, по результатам экспериментальных исследований с достаточной степенью точности (погрешность аппроксимации ±6 °С, R2=0,99) аппроксимирована полиномом

¿„,=1369,3 - 103,5 Si + 16,7 Si2 (24)

Из исследуемых марок наименьшая температура плавления окалины наблюдается у стали 60С2, в -которой содержится 1,73 % Si Медь снижает температуру плавления на 2 - 3 °С на каждые 0,1 % ее содержания Марганец фактически не оказывает влияния на температуру плавления окалины Хром и никель повышают температуру плавления в среднем на 2 °С на каждые 0,1 % их содержания в стали Для сплавов на железной основе и сталей максимальная температура плавления окалины приближается к температуре плавления вюстита 1377 °С, а хром и никель способствуют этому На температуру плавления окалины основное влияние оказывает не содержание элементов в ней, а вид соединений, в которых они находятся В частности причиной пониженной температуры плавления окалины стали марки 60С2 является лепсоплавкий фаялит Fe2SiC>4

Исследование микроструктуры окалины (рисунок 7), образующейся на стали марки 60С2 при нагреве до 1250 °С и ускоренном охлаждении, показало, что для нее характерно образование прилегающего к поверхности металла слоя, представляющего агрегат скелетных кристаллов Внутренний слой окалины, прилегающий к поверхности стали (рисунок 7, а), состоит из фаялитно-вюститного дендритного агрегата (5) со стеклом и содержит значительное количество крупных пор (4). Далее следует слой, представляющий собой вюститно-магнетитную смесь (У), состоящую из магнетита (2) и вюстита (3) При большом увеличении на рисунках 1,6- г отчетливо видно присутствие в агрегате (5) стекла (б) и металлического железа (7) Образование дендритных агрегатов связано с оплавлением окалины. При температурах нагрева 1150 °С и менее такой структуры и строения окалины не наблюдали

Экспериментальным путем исследованы особенности кинетики обезуглероживания рельсовой стали марок Э76Ф и М76 Для стали марки М76 (без ванадия) зависимость глубины видимого обезуглероженного слоя от температуры и времени выдержки близка к линейной, а для стали марки Э76Ф она носит более слож-

ный экстремальный характер. При температурах 1050 - 1100 "С глубина обезуглероженного слоя у стали марки Э76Ф больше, чем у стали марки М76, что связано с более интенсивным угаром последней и, как следствие, большим поглощением о б сз у гл еро жен того слоя окалиной. При более высоких температурах и времени выдержки 10-25 мин глубина обезуглероженного слоя в стали марки 376Ф уменьшается. Причина этого связана с интенсификацией окали сообразован и я при относительно невысокой интенсивности обезуглероживания ¿следствие недостаточного времени выдержки для полного растворения карбонитридов ванадия, препятствующих диффузии углерода. Ванадий, являясь сильным карбияообразуюшим элементом, значительно снижает термодинамическую активность углерода в ау-стените. Увеличение времени нахождения стали при высокой температуре приводит к полному растворению карбонитрилов ванадия и интенсификации обезуглероживания. При температурах 1240 - 1250 °С и времени выдержки 60 мин глубина обезуглероженного слоя рассматриваемых сталей примерно одинакова.

Рисунок 7 - Микроструктура окалины стали марки 60С2

Исследование максимально допустимых температур нагрева рельсовой стали марки Э76Ф показало, что камневидшлй излом отсутствует лаже при нагреве до температур 1350 "С и 6-ти часовой выдержке. Однако повышение температуры и времени вылержки принолит к образованию более крупнозернистого излома. Нагрев до температур 1300 °С и более и выдержка более 3 ч формируют пафталипи-етый излом и могут привести к снижению пластичности стали и механических свойств проката.

5 Совершенствование технологии тепловой обработки стали

В разделе представлены результаты совершенствования конструкций методических печей и их элементов, разработки теплотехнологии транспортирования заготовок на участке печь-стан на которые получены патенты РФ.

Недостатками конструкций эксплуатируемы методических печей являются отсутствие возможности одновременного нагрева заготовок с различным начальным тепловым состоянием в связи с необходимостью организации различных тепловых и температурных режимов В связи с этим предложен вариант усовершенствования конструкции методической печи с комбинированным подом, на который получен патент РФ № 43267 Этот вариант заключается в установке в боковой стенке печи, непосредственно в начале участка с шагающим подом, окна, через которое загружают теплые заготовки с температурой до 400-600 °С Холодные заготовки загружают в начале печи на шагающие балки Таким образом, обеспечивается меньшее время нагрева теплых заготовок по сравнению с холодными, что увеличивает производительность печи

Традиционная форма блюмовых заготовок (квадрат или прямоугольник со скругленными углами) имеет ряд существенных недостатков, в частности, вследствие значительной площади контакта нижней грани с водоохлаждаемыми глис-сажными трубами и значительного теплоотвода возникают локальные участки непрогрева по длине и периметру, так называемые «темные пятна» Значительная площадь контакта, поверхностей заготовок аглиссажных труб способствует увеличению потерь на трение, соответственно, усилий, мощности и расход электроэнергии привода толкателя

В целях устранения указанных недостатков известных форм предложена новая форма заготовки для нагрева в толкательных методических печах с глиссаж-ными трубами, на которую получен патент РФ № 48327. Предложено заготовку выполнять с закругленными углами, две ее противоположные грани плоскими, а две другие - вогнутыми, на одну из которых заготовка загружается на под печи. Для квадратных заготовок толщиной 8=100-350 мм радиус закругления углов Ли мм, определяют по соотношению = 0,155, в зависимости от толщины заготовки он составляет 15,0-52,5 мм Радиус вогнутых граней мм выполняют по соотношению Яг = 7,13111, в зависимости от толщины заготовки он составляет 107-374 мм При такой форме между заготовкой и глиссажными трубами образуется зазор, который заполнен раскаленными печными газами, это снижает интенсивность охлаждения нижней грани заготовки и неравномерность нагрева.

В целях устранения «темных пятен» при нагреве заготовок, вследствие контакта с рейтерами предложена конструкция пода (патент РФ № 59228), в которой рабочую часть рейтера крепят к основанию (водоохлаждаемой балке) таким образом, что она образует с продольной осью шагающей балки угол 10-20° Схема конструкции представлена на рисунке 8

Разработана теплотехнология транспортирования заготовок на участке печь-стан, включающая нагрев заготовок под прокатку в методической печи до температуры поверхности 1100 - 1300 °С со скоррстью 0,065 - 0,35 °С/с в конечный период, которая обеспечивается поддержанием температуры газов в томильной зоне на 100 - 200 °С выше конечной температуры нагрева металла, выдачу металла на рольганг с перепадом температуры по сечению заготовок, достигающим 50 - 200 °С

При этом выравнивание температурной неравномерности происходит в условиях инверсии теплового потока, в результате этого в прокатную клеть заготовка поступает с допустимой по технологии прокатки температурной неравномерностью На предложенную технологию получен патент РФ № 2184786 Установлено, что выравнивание температурной неравномерности в условиях инверсии теплового потока - процесс более производительный, чем томление или выдержка в печи Для определения времени достижения максимальной равномерности температурного поля по сечению цилиндрических заготовок различных радиусов (г=0,02 -0,075 м) при выравнивании на воздухе в условиях инверсии теплового потока в зависимости от перепада температур по сечению при выдаче из печи (Д/к) разработан график, представленный на рисунке 9

Рисунок 8 - Схема расположения рейтеров

Рисунок 9 - График для определения времени выравнивания неравномерности температурного поля по сечению цилиндрических заготовок различных радиусов

Он может быть использован при проектировании новых печных участков и реконструкции действующих Из условий равномерности температурного поля целесообразно получить время транспортирования, равное времени выравнивания Соблюдение данных рекомендаций позволяет сократить, а в некоторых случаях полностью устранить малопроизводительный период выдержки (томления) стали в печи, увеличить производительность, снизить время нагрева и потери металла с окалиной

6 Промышленное внедрение процессо-структуро-свойствоориеитироваиных технологий тепловой обработки стали

В разделе представлены результаты промышленного внедрения процессо-структуро-свойствоориентированных технологий тепловой обработки стали. Для условий ОАО «НКМК» разработана энерго- и ресурсосберегающая теплотехноло-гия нагрева в методической печи с шагающими балками непрерывнолитых заготовок рельсовой стали марки Э76Ф под прокатку, включающая научнообоснованные и экспериментально подтвержденные допустимую температуру печи при посаде заготовок с различным начальным тепловым состоянием по условию трещинооб-

разования, которая при нагреве HJI3 рельсовой стали марки Э76Ф с холодного посада не должна превышать 750 - 800 °С, максимальную температуру нагрева, ограниченную явлениями перегрева и пережога стали, температурный режим нагрева (рисунок 10), обеспечивающий получение глубины видимого обезуглероженно-го слоя в рельсовом прокате на уровне не более 0,5 мм

Внедрение новой технологии нагрева позволило снизить удельный расход топлива с 84—224 до 50-55 кг у т / т стали (рисунок 11), т е в 1,5 - 4 раза (в зависимости от варианта нагрева), угар стали - с 1,24 до 0,93 г/см2, толщину окалины с 3,9 до 2,9 мм, что соответствует снижению потери полезной массы металла, в среднем, с 2,1 до 1,6 %, глубины видимого обезуглероженного слоя НЛЗ с 1,54 -3,08 мм (при среднем значении 2,31 мм) до 0,77 - 2,00 мм (при среднем значении 1,39 мм), по сравнению с действовавшей ранее технологией (рисунок 12) Балл зерна HJI3, нагретых в нагревательных колодцах и печах Сименса, составляет 1 -0, а после нагрева в ГППБ - всего 3-2

Исследованы особенности формирования, установлены и научно обоснованы закономерности трансформации обезуглероженного слоя по периметру рельсового профиля Р65 при производстве рельсов из слитков и непрерывнолитых заготовок поперечным сечения 300x330 мм Установлено, что обезуглероживание по периметру рельса неравномерное Максимальное обезуглероживание характерно для участков контура, не контактирующих с поверхностью калибра - головка в области поверхности катания, а минимальное - в местах наибольшей высотной деформации, соответствующих шейке рельсового профиля Общая картина неравномерности идентична для слитковой и НЛЗ технологий. Производство рельсов из НЛЗ охарактеризовано более жесткими ограничениями по глубине видимого обезуглероженного слоя по сравнению со слитковой технологией

Для прогнозного расчета допустимой величины глубины видимого обезуглероженного слоя в исходной непрерывнолитой заготовке после нагрева, обеспечивающей получение регламентированной глубины обезуглероженного слоя в различных

Время мин

1,2,3 и 4- температура соответственно 1реющей среды, ребра заготовок, середины грани и центра, 5,67— разность температур ребро — центр, середина грани - центр, ребро - середина грани

Рисунок 10 - Базовый температурный режим нагрева (точками показаны результаты эксперицентальныл. замеров и показаний термопао в зонах печи)

Рисунок 11 - Зависимость удельного расхода топлива от производительности печи

Рисунок 12 - Микроструктуры поверхностных слоен НЛЗ, нафетых в нагревательных колодцах и печах Сименса (а) и ИШЬ (р), х!00. по месту обезуг'лерожешюго слои и центральной части головки рельса (в), х40

участках по периметру рельсотюго профиля ¡'65 получено соотношение:

с./р1/

5 =¿£„5 •^-п—г' (25>

5 "р'

где К„ - коэффициент неравномерности деформации о безу глеро ж ен н о го слоя по периметру рельсового профили (рисунок 13);

б - толщина обезуглероженного слоя, мм;

5- площадь поперечного течения, м:;

Р - периметр поперечного сечения, м; одним и двумя штрихами обозначены параметры исходной заготовки и готового рельсового проката, соответсг-венно.

11о результатам внедрения технологии нагрева для оперативной и корректной идентификации разработан классификатор дефектов рельсов, возникающих на стадии нагрева НЛЗ а методической печи с шагающими бачками. Совокупный долевой экономический эффект от предложенных и реализованных мероприятий составляет 75 руб./т стали в год.

На основе анализа экспериментов по нагреву в аналогичных условиях непре-рывнолитых и горячекатаных заготовок квадратного сечения 150x150 и 100x100 мм

Рисунок 13 - Коэффициенты (а) неравномерности деформации (цифры у точек) обезуглероженного слоя для различных участков (б) рельсового профиля Р65

из стали марки 18ГС и расчетов на математической модели получены зависимости коэффициентов теплопроводности стали X, Вт/(м К), от гемпературы, которые аппроксимированы соотношениями

94. ^ f

- для катаных заготовок ) = 591____0 89-_> (26)

' сЬ 0,360^ ' юооо 100

- непрерывнолитых )= 55 0__40>0 , (27)

сЬ 0,117-— 100

где ? - температура, °С

С использование полученных зависимостей разработаны рекомендации по нагреву НЛЗ в методических печах среднесортного 450 и мелкосортного 250-1 станов ОАО «ЗСМК»

Для условий ОАО «НКМК» разработаны рекомендации по корректировке температурного режима нагрева слитков стали марки 60С2 Рекомендовано выдержку слитков в нагревательных колодцах проводить при температурах не более 1260 °С

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Настоящая диссертация является научно-квалификационной работой, в которой решена актуальная научная проблема - разработка новых и совершенствование действующих технологий тепловой обработки стали, обеспечивающих ресурсосбережение и повышение качества проката и поковок, имеющая важное народнохозяйственное значение Реализация концепции процессо-структуро-

свойствоориентированных технологий нагрева стали под прокатку, на примере рельсовой, показала ее эффективность и перспективность

Основные выводы

1) Доказано, что наибольший положительный эффект от реализации технологии тепловой обработки может быть получен в случае досконального и всеобъемлющего учета широкого спектра свойств нагреваемых марок стали Такие технологии нагрева стали можно охарактеризовать как процесс о-структуро-свойствоориентированные (ПССО) Их основная цель - это максимальный учет особенностей физических и физико-химических процессов, протекающих в нагреваемой стали, специфики теплофизических и термомеханических свойств конкретной марки, эволюции ее структурного состояния, обеспечивающий высокое качество металлопродукции, позволяющий разработать энерго- и ресурсосберегающие режимы нагрева, а в некоторых случаях - усовершенствовать конструкцию нагревательного устройства ПССО технологии представляют синтез знаний в области теории и практики печестроения, тепломассообмена, физической химии, металловедения и физики металлов, обработки металлов давлением

2) Разработаны математические модели термонапряженного состояния стальных цилиндрических заготовок в процессах тепловой обработки, позволяющая рассчитывать температурные и остаточные напряжения при одиночных и комбинированных тепловых воздействиях с учетом упруго-пластических деформаций; физико-химических процессов окисления и обезуглероживания стали, протекающих при нагреве под обработку давлением, теплового состояния слябов при нагреве в методических печах с учетом окалинообразования, теплового состояния блюмов при нагреве под обработку давлением

3) Впервые разработана номограмма для определения температуры греющей среды при тепловой обработке стальных тел шарообразной формы с учетом максимальных перепадов температур по сечению Подтверждено, что при прочих равных условиях для тел шарообразной формы характерны менее жесткие ограничения на допустимую температуру печи из условия трещинообразо-вания по сравнению с телами в формах цилиндра и пластины

4) Сформулирована концепция создания нового критерия чувствительности сталей различных марок к трещинообразованию от температурных напряжений Получен новый критерий склонности сталей к трещинообразованию (КСТО) от температурных напряжений, определяемый на основе теплофизических и механических свойств металла - X, (3, Е, Сто,2, КСи

5) Экспериментальным путем установлена предельная интенсивность тепловой обработки и напряженно-деформированного состояния заготовок из 18 распространенных марок (Зсп, 4сп, 45, 55, 60, 55ПП, 60ПП, 20Х, 30Х, 40Х, ЗОХГСА, 35ХГСА, 75, 65Г, 70Г, 60С2, 111X15, ШХ15СГ) сталей перлитного класса с катаной и литой структурой

6) Экспериментальным путем определены зависимости констант скорости окисления от температуры для 22 марок сталей Зсп, Зпс, 5сп, бсп, 10, 20, 45, 50, 60, 70, М54, М76, Э76Ф, 65Г, 40Х, 60С2, 09Г2С, 12ГС, 25Г2С, 35ГС, 15ХСНД, ЗОХГСА

7) Исследованы особенности кинетики обезуглероживания рельсовой стали марок Э76Ф и М76 Для стали марки М76 (без ванадия) зависимость глубины видимого обезуглероженного слоя от температуры и времени выдержки близка к линейной, а для стали марки Э76Ф она носит более сложный экстремальный характер При температурах 1050 - 1100 °С глубина обезуглероженного слоя у стали марки Э76Ф больше, чем у стали марки М76, что связано с более интенсивным угаром последней и, как следствие, большим поглощением обезуглероженного слоя окалиной При более высоких температурах и времени выдержки 10-25 мин глубина обезуглероженного слоя в стали марки Э76Ф уменьшается Причина этого связана с интенсификацией окалинообразования при относительно невысокой интенсивности обезуглероживания вследствие недостаточного времени выдержки для полного растворения карбидов и нитридов ванадия, препятствующих диффузии углерода Ванадий, являясь сильным карбидообразующим элементом, значительно снижает термодинамическую активность углерода в аустените Увеличение времени нахождения стали при высокой температуре приводит к полному растворению карбидов и нитридов ванадия и интенсификации обезуглероживания При температурах 1240 - 1250 °С и времени выдержки 60 мин глубина обезуглероженного слоя рассматриваемых сталей примерно одинакова

8) Установлены температуры плавления окалины 16 распространенных марок сталей (60С2, 12ГС, 25ГС, 18Г2С, 10ХСНД, 65Г, Э76Ф, 30ХГСА, 09Г2Д, 09Г2С, ШХ15СГ, 45Г17ЮЗ, 12ХМ, 10КП, 40Х, 40ХН), выявлена роль влияния на нее содержания легирующих элементов стали Наибольшее влияние на снижение температуры плавления окалины оказывает кремний — в среднем 5 - 8 °С на каждые 0,1 % его содержания в стали Медь снижает температуру плавления на величину 2 - 3 °С на каждые 0,1 % ее содержания Марганец фактически не оказывает влияния на температуру плавления окалины Хром и никель повышают температуру плавления окалины в среднем на 2 °С на каждые 0,1 % их содержания в стали Для сплавов на железной основе и сталей максимальная температура плавления окалины приближается к температуре плавления вюс-тита 1377 °С, а хром и никель способствуют этому

9) Исследование максимально допустимых температур нагрева рельсовой стали марки Э76Ф показало, что камневидный излом отсутствует даже при нагреве до температур 1350 °С и 6-ти часовой выдержке Однако повышение температуры и времени выдержки приводит к образованию более крупнозернистого излома Нагрев до температур 1300 °С и более и выдержка более 3 ч формируют нафталинистый излом и могут привести к снижению пластичности стали и механических свойств проката

10) Для практического использования разработаны способ нагрева стальных заготовок из углеродистых низколегированных сталей под прокатку (Патент РФ 2184786), методическая печь с комбинированным подом для нагрева стальных заготовок с различным начальным тепловым состоянием (Патент РФ 43267), заготовка для нагрева в толкательных методических печах с глиссажными трубами (Патент РФ 48327), рейтер методической печи с шагающими балками (Патент РФ 59228)

11) Базируясь на концепции процессо-структуро-свойствоориентированных технологий нагрева стали, для условий ОАО «НКМК», разработана энерго- ресурсосберегающая теплотехнология нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовой стали марки Э76Ф под прокатку, включающая научно обоснованные и экспериментально подтвержденные допустимую температуру печи при посаде заготовок с различным начальным тепловым состоянием по условию трещино-образованию, которая при нагреве HJI3 рельсовой стали марки Э76Ф с холодного посада не должна превышать 750 - 800 °С, максимальную температуру нагрева, ограниченную явлениями перегрева и пережога стали, температурный режим нагрева, обеспечивающий получение глубины обезуглероженного слоя в рельсовом прокате на уровне не более 0,5 мм Внедрение новой технологии нагрева по сравнению с действовавшей ранее (в зависимости от варианта нагрева) позволило снизить удельный расход топлива с 84—224 до 50-55 кг у т / т стали, те в 1,5 - 4 раза, угар стали с 1,24 до 0,93 г/см2, глубину видимого обезуглероженного слоя HJI3 - с 1,54 - 3,08 мм (при среднем значении 2,31 мм) до 0,77 - 2,00 мм (при среднем значении 1,39 мм), балл зерна HJ13 с1-0доЗ-2 Совокупный долевой экономический эффект от предложенных и реализованных мероприятий составляет 75 руб /т стали в год.

12) Научные результаты диссертационного исследования внедрены в ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» в практику подготовки студентов специальностей 150103 - Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей, 150106 - Обработка металлов давлением, 150201 - Машины и технология обработки металлов давлением

РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Монографии, справочники

1 Темлянцев M В Трещинообразование в процессах нагрева и охлаждения сталей и сплавов Монография / M В Темлянцев, Т H Осколкова - M Флинта Наука, 2005 - 195 с

2 Темлянцев M В Окисление и обезуглероживание стали в процессах нагрева под обработку давлением Монография / M В Темлянцев, Ю Е Михай-ленко - M . Теплотехник, 2006 - 200 с

3 Павлов В В Дефекты и качество рельсовой стали Справочник / В В Павлов, M В Темлянцев, Л В Корнева, Т H Осколкова, В В Гаврилов - M Теплотехник, 2006 -218 с

Статьи в периодических изданиях, рекомендованных ВАК

4 Темлянцев M В Расчет температурных полей в призматических заготовках при термоциклировании / M В Темлянцев, В С Стариков // Изв вузов Черная металлургия - 2000 - № 2 - С 42-45

5. Темлянцев М В Моделирование температурных полей и сопротивления деформации в цилиндрических заготовках при нагреве с горячего посада под прокатку /МВ. Темлянцев, В С Стариков, В Г Кондратьев // Изв вузов Черная металлургия - 2000 - № 6 - С 51—55

6 Темлянцев MB Ограничения при прокатке неравномерно прогретой стали / М В Темлянцев, В С Стариков, В.Н Перетятько, В Г Кондратьев, Б К Журавлев//Изв вузов Черная металлургия - 2000 -№10 - С. 33-35

7 Темлянцев М В Рациональный выбор режима нагрева стальных слябов под прокатку / М В Темлянцев, В С Стариков, Е А Колотов, Б.К Журавлев, Е.В Могильный//Изв вузов. Черная металлургия -2001 -№ 2 - С 55-58

8 Темлянцев М.В Оценка и выбор основных конечных параметров термомеханической обработки сталей / М В Темлянцев, В Н Перетятько, В С Стариков//Изв вузов. Черная металлургия -2001 ~№4 - С 37-39.

9. Стариков В С. Исследование разрушения заготовок из конструкционных углеродистых сталей с литой и катаной структурой при интенсивных тепловых обработках /ВС Стариков, М В Темлянцев // Изв вузов Черная металлургия. -2002 -№4 - С 37-41

10 Темлянцев М В Исследование разрушения заготовок из конструкционных подшипниковых сталей с литой и катаной структурой при скоростных тепловых обработках / М В Темлянцев, В С. Стариков, В В Ерастов // Изв. вузов. Черная металлургия -2002 -№12 - С 55-57

11 Темлянцев М В Исследование разрушения заготовок из конструкционных хромокремнемарганцовистых сталей с деформированной и литой структурой при скоростных тепловых обработках / МВ Темлянцев, В С Стариков, В В. Ерастов//Изв вузов Черная металлургия -2003.-№ 2 - С 62-64

12 Темлянцев М.В Исследование разрушения заготовок из конструкционных рессорно-пружинных сталей с катаной и литой структурой при комбинированных тепловых обработках / М В Темлянцев, В С. Стариков // Изв вузов Черная металлургия -2003.-№ 4.-С 56-58

13 Темлянцев М В Разрушение заготовок из конструкционных хромистых сталей при интенсивных тепловых воздействиях / М В Темлянцев, В С Стариков, В Н Перетятько // Изв вузов. Черная металлургия - 2003 - № 6 - С 44-46

14 Темлянцев М В Перспективные энерго- и ресурсосберегающие тепловые режимы методических печей прокатного производства / М.В Темлянцев, ВС Стариков//Изв вузов Черная металлургия -2003 - №12 -С 40-42

15 Темлянцев МВ Исследование окисления низколегированных кремнемарганцовистых сталей при нагреве в электрических печах сопротивления / М В Темлянцев, В С Стариков, Б К Журавлев, Н В Темлянцев // Изв вузов Черная металлургия. - 2004 - № 4 - С 47—49

16 Темлянцев М.В Окисление углеродистых конструкционных сталей при нагреве в атмосфере воздуха под обработку давлением / М В Темлянцев, В С Стариков, Н.В Темлянцев, Б К Журавлев // Заготовительные производства в машиностроении-2004-№5.-С 44-46

17 Стариков В С Особенности разрушения заготовок из высокоуглеродистых легированных сталей от температурных напряжений при нагреве и охлаждении /ВС Стариков, М В. Темлянцев // Заготовительные производства в машиностроении - 2004 - №7 - С 46-47.

18 Темлянцев М В Исследование окисления и обезуглероживания сталей для рельсов и рельсовых накладок при нагреве под прокатку / М В Темлянцев, В С Стариков, Н В Темлянцев, А Ю Сюсюкин // Изв вузов Черная металлургия - 2004 - № 8 - С 36-38

19 Темлянцев М В Анализ особенностей температурных режимов нагрева непрерывно литых и катаных стальных заготовок / МВ Темлянцев, В В Се-махин, А А Кузьмин, 3 Н Фейлер // Изв вузов Черная металлургия - 2004 -№ 10 — С 46-47

20 Стариков В С Исследования, проведенные на кафедре теплофизики и промышленной экологии, в области форсированного нагрева стали /ВС Стариков, М В Темлянцев // Изв вузов Черная металлургия - 2004 - № 12 - С 68, 69

21 Темлянцев М В Исследование химического состава окалины пружинной стали 60С2 / МВ Темлянцев, НВ Темлянцев //Изв вузов Черная металлургия - 2005 - № 2 - С 75 -76

22 Темлянцев М В Высокотемпературное окисление и обезуглероживание кремнистых пружинных сталей / М В Темлянцев, Н В Темлянцев // Заготовительные производства в машиностроении - 2005 - №3 - С 50-52

23 Темлянцев МВ Металлографическое исследование поверхностного обезуглероженного слоя рельсов / М В Темлянцев, А Ю Сюсюкин, Н В Темлянцев // Изв вузов Черная металлургия - 2005 - № 4 - С 37-40

24 Темлянцев М В Нагрев под прокатку непрерывнолитых заготовок рельсовой электростали / М В Темлянцев, В В Гаврилов, Л В Корнева, А Ю Сюсюкин, Н В Темлянцев // Изв вузов Черная металлургия - 2005 - № 6 -С 69, 70

25 Темлянцев МВ О некоторых особенностях состава окалины, образующейся на марганцовистых сталях при высокотемпературном нагреве / М В Темлянцев, Н В Темлянцев // Изв вузов Черная металлургия - 2005 - № 8 -С 69,70

26 Темлянцев МВ Исследование температур оплавления образующейся при нагреве стали печной окалины / М В Темлянцев, Н.В Темлянцев // Изв вузов Черная металлургия - 2005 - №9 - С 51-53

27 Темлянцев МВ О выборе температурных режимов нагрева под прокатку непрерывно литых заготовок рельсовой электростали / М В Темлянцев, В В Гаврилов, Л В Корнева, Л Т Кожеурова // Изв вузов Черная металлургия -2005 - № 12 -С 47-49

28 Темлянцев М В Состав окалины, образующейся на стали 45Г17ЮЗ при высокотемпературном нагреве / М В Темлянцев // Заготовительные производства в машиностроении - 2006 - № 1 - С 55

29 Темлянцев MB Расчеты ограничений на технологические и управляющие параметры при форсированном нагреве шарообразных стальных тел / М В Темлянцев // Изв вузов Черная металлургия - 2006 - № 2 - С 52,53

30 Михайленко Ю Е. Разработка теплотехнологии, обеспечивающей снижение глубины видимого обезуглероженного слоя в стальном прокате / Ю Е Михайленко, М В Темлянцев // Изв вузов Черная металлургия - 2006 - №8 -С 32,33

31 Михайленко ЮЕ Снижение обезуглероживания стали при нагреве в методических печах / Ю Е Михайленко, М В Темлянцев // Заготовительные производства в машиностроении - 2006 - №8 - С 54-56

32. Михайленко Ю Е Исследование кинетики процессов окисления и обезуглероживания высокоуглеродистой стали при нагреве / Ю Е. Михайленко, М В Темлянцев//Изв вузов Черная металлургия -2006-№10 - С 44-47

33. Темлянцев М.В Разработка технологии нагрева рельсовых заготовок в методической печи с шагающими балками / М В Темлянцев, Е А Колотов, А Ю. Сюсюкин, В В Гаврилов // Сталь - 2006 - №12. - С 33-35

34 Темлянцев М В Определение угара и обезуглероживания непрерывно литых заготовок рельсовой стали при нагреве в методических печах с шагающими балками / М В Темлянцев, Е.А Колотов, А Ю Сюсюкин // Изв вузов Черная металлургам. - 2006 - №12. - С 62-63

35 Темлянцев М В. Исследование процессов окисления и обезуглероживания стали при нагреве / М В Темлянцев // Сталь - 2007. - №3 - С 58-60

Статьи в других периодических изданиях

36 Temlyantsev М V Basic final parameters of themomechamcal treatment of steel / M V Temlyantsev, V S Starikov, V N Peretyat'ko // STEEL m translation - 2001 - Vol 31, № 4 - P 47-50

37 Темлянцев M В Окисление стали Зпс при нагреве в электрических печах сопротивления / MB Темлянцев, Б К Журавлев, А.Ю Сюсюкин, ОН. Некипелова // Вестник горно-металлургической секции Российской академии естественных наук Отделение металлургии Сборник научных трудов - Новокузнецк СибГИУ, 2002. — Вып 11 -С 31,32

38 Темлянцев М В. Разрушение литых заготовок из стали ШХ15СГ при форсированном охлаждении / М В Темлянцев, В С Стариков // Вестник горно-металлургической секции Российской академии естественных наук Отделение металлургии- Сборник научных трудов - Новокузнецк СибГИУ, 2002 -Вып 11 -С 37-42

39. Temlyantsev М V Failure of billet made from structural bearing steel with cast and rolled structure m high-speed heat treatment / M V. Temlyantsev, V S Starikov, V V Erastov // STEEL in translation -2002 - Vol 32,№12-P 81-84

40.Темлянцев MB К вопросу о выборе конечной температуры нагрева стали 60С2 / М В Темлянцев, В С Стариков, Н В Темлянцев, Б К Журавлев // Вестник горно-металлургической секции Российской академии естествен-

ных наук Отделение металлургии Сборник научных трудов - Новокузнецк СибГИУ, 2003 -Вып 12 - С 44-48

41 Темлянцев MB Расчет процессов постадийного сжигания топлива в методических печах прокатного производства / М В Темлянцев, В С Стариков, HB Темлянцев // Вестник горно-металлургической секции Российской академии естественных наук Отделение металлургии- Сборник научных трудов - Новокузнецк СибГИУ, 2003 - Вып 12 - С 57-59

42 Сюсюкин А Ю Совершенствование конструкции методических печей ОАО «НКМК» / А Ю Сюсюкин, М В Темлянцев, Н В Темлянцев // Вестник горно-металлургической секции Российской академии естественных наук Отделение металлургии- Сборник научных трудов - Новокузнецк СибГИУ, 2004 - Вып 13 -С 22-24

43 Мельников А Ю Опыт перевода регенеративных нагревательных колодцев на нагрев непрерывнолитых заготовок рельсовой стали / А Ю Мельников, В.Н Перетятько, Э А. Тукмачев, М В Темлянцев // Вестник горнометаллургической секции Российской академии естественных наук Отделение металлургии Сборник научных трудов - Новокузнецк СибГИУ, 2004 -Вып 13 -С 25-28

44 Темлянцев М В Исследование глубины обезуглероженного слоя рельсов / MB Темлянцев, HB Темлянцев, А.Ю Сюсюкин // Вестник горнометаллургической секции Российской академии естественных наук Отделение металлургии Сборник научных трудов - Новокузнецк СибГИУ, 2004 -Вып 13 -С 29-33

45 Темлянцев М В Определение продолжительности протекания фазовых превращений при нагреве стали под обработку давлением / М В Темлянцев // Вестник горно-металлургической секции Российской академии естественных наук Отделение металлургии Сборник научных трудов - Новокузнецк СибГИУ, 2005 -Вып 14 - С 81-90

46 Темлянцев MB Исследование поверхностного слоя рельсовой электростали, микролегированной ванадием, после нагрева под горячую пластическую деформацию / М В. Темлянцев, Н В Темлянцев // Вестник горнометаллургической секции Российской академии естественных наук Отделение металлургии Сборник научных трудов - Новокузнецк СибГИУ, 2005 -Вып 14 ~С 215-218

47. Temlyantsev М V Metallographic investigation of decarbunzed surface layer of rails / M V Temlyantsev, A Yu Syusyukm, N V Temlyantsev // STEEL m translation -2005 - Vol 35,№4-P 65-68

48 Темлянцев M В Ограничения на технологические и управляющие параметры при форсированном нагреве шарообразных стальных тел / М В Темлянцев // Вестник горно-металлургической секции Российской академии естественных наук Отделение металлургии Сборник научных трудов - Новокузнецк СибГИУ, 2005 -Вып 15 - С 31-33

49 Темлянцев М В Определение максимальных температур нагрева перед прокаткой рельсовой электростали / М В Темлянцев // Вестник горнометаллургической секции Российской академии естественных наук Отделение

металлургии Сборник научных трудов - Новокузнецк СибГИУ, 2005 -Вып.15 -С 61-64

50 Темлянцев М В. Исследование угара и обезуглероживания непрерыв-нолитых заготовок рельсовой стали при нагреве в методических печах с шагающими балками / М В Темлянцев // Вестник горно-металлургической секции Российской академии естественных наук Отделение металлургии- Сборник научных трудов - Новокузнецк Изд-во СибГИУ, 2006 - Вып 16 - С 4245

51. Темлянцев М В Влияние температурно-временного фактора на глубину видимого обезуглероженного слоя рельсовой стали / МВ Темлянцев // Вестник горно-металлургической секции Российской академии естественных наук Отделение металлургии Сборник научных трудов — Новокузнецк СибГИУ, 2006 -Вып 17 - С 44-47.

52 Темлянцев М В. Рациональные тепловые и температурные режимы нагрева стали в методических печах / МВ. Темлянцев // Вестник российской академии естественных наук. - 2006 -№3 - С 31-33.

53 Темлянцев М В Разработка перспективных технологий нагрева непре-рывнолитых заготовок рельсовой стали / М В. Темлянцев // Вестник российской академии естественных наук - 2006 - №3 - С 65-69

Труды научно-практических конференций

54 Темлянцев МВ Ограничения при нагреве стальных заготовок в конечный период под прокатку / М В Темлянцев, В.С Стариков, В Г. Кондратьев, Б К Журавлев // Теплофизика и информатика в металлургии достижения и проблемы: Материалы Международной конференции к 300-летию металлургии Урала, 80-летию металлургического факультета и кафедры «Теплофизика и информатика в металлургии» - Екатеринбург УГТУ-УПИ, 2000 - С 289 -293

55 Темлянцев М В Определение рационального конечного теплового состояния слябов при нагреве под прокатку / М В Темлянцев, В С Стариков //Автоматизированный печной агрегат - основа энергосберегающих технологий XXI века Материалы Международной научно-практической конференции - М. МИСиС, 2000 - С. 282 - 284

56 Темлянцев МВ Разрушение стали от температурных напряжений в процессах нагрева под обработку давлением / М В Темлянцев, В С Стариков // Автоматизированные печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии Материалы 2-й Международной научно-практической конференции - М МИСиС, 2002 - С 301 - 303

57 Стариков В.С Особенности термодинамических методик расчета характеристик и параметров продуктов горения природного газа в энергетических и технологических процессах в металлургии / В.С Стариков, М В Темлянцев, Е Н Темлянцева // Рациональное использование природного газа а металлургии. труды Международной научно-практической конференции - М МИСиС, 2003 - С 143-145

58 Темлянцев M В Перспективные температурные режимы нагрева в методических печах заготовок рельсовой электростали / M В Темлянцев // Состояние и перспективы развития электротехнологии тезисы докладов Международной научно-технической конференции - Иваново ИГЭУ, 2005 - Том 2 -С 61

59 Темлянцев MB Влияние легирующих элементов стали на состав и свойства печной окалины / M В Темлянцев, H В Темлянцев // Современная металлургия начала нового тысячелетия Сб научн.тр П Международной научно-технической конференции - Липецк ЛГТУ, 2005 - Ч 2 - С 40-45

60 Темлянцев MB Особенности высокотемпературного окисления и обезуглероживания рельсовой электростали, микролегированной ванадием / M В Темлянцев // Физические свойства металлов и сплавов Сб тез докладов III Российской научно-практической конференции - Екатеринбург УГТУ-УПИ, 2005 - С. 249-250

61 Темлянцев MB Особенности высокотемпературного нагрева непре-рывнолитых заготовок рельсовой электростали под прокатку / M В Темлянцев // Металлургическая теплотехника история, современное состояние, будущее К столетию со дня рождения M А Глинкова Труды III Международной научно-практической конференции - M МИСиС, 2006 - С 573-576

Патенты и свидетельства об официальной регистрации программ для

ЭВМ

62 Темлянцев M В. Программа для расчета полного горения газообразного топлива свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ / M В Темлянцев, В С. Стариков, H M Глухова - M Роспатент, 2002 -№2002611403

63 Патент РФ 2184786, МКИ7 C21D1/34, F27 В 3/04 Способ нагрева стальных заготовок из углеродистых низколегированных сталей под прокатку / M В Темлянцев, В С Стариков, В H Перетятько, В Г Кондратьев - № 2000109108/02, Заявл 1104 00,0публ 10 07 02,Бюл №19 - С 495

64 Патент РФ 43267, МПК7 C21D9/00 Методическая печь с комбинированным подом для нагрева стальных заготовок с различным начальным тепловым состоянием / M В Темлянцев, В С Стариков, H В Темлянцев -№2004129127/22, Заявл 04 10 04, Опубл. 10 01 05, Бюл №1 - С 888

65 Патент РФ 48327, Россия, МПК7 C21D9/00 Заготовка для нагрева в толкательных методических печах с глиссажными трубами / M В Темлянцев -№ 2005107184/22, Заявл 14 03 05, Опубл 10 10 05, Бюл №28 - С 1075,1076

66 Патент РФ 59228, Россия, МПК F27B9/30. Рейтер методической печи с шагающими балками / MB Темлянцев - № 2006108231/22, Заявл 15 03 06, Опубл 10 12 06, Бюл №34 - С 517,518

Изд. лиц ИД №01439 от 05.04.2000 г

Подписано в печать 23 08 2007 г Формат бумаги 60x84 1/16 Уел печ л 2,0 Уч - изд л. 2,12 Тираж 120 экз Заказ 112

ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» 654007, г Новокузнецк, ул Кирова, 42, Издательский центр ГОУ ВПО «СибГИУ»

Введение.

1 Современное состояние научной проблемы и постановка задач исследования.

1.1 Концепция процессо-структуро-свойствоориентированных технологии тепловой обработки стали.

1.2 Современное состояние проблемы определения допустимой интенсивности нагрева стали в начальный период.

1.2.1 Роль температурных напряжений в формировании качества стальной продукции.

1.2.2 Теоретические исследования температурных напряжений в процессах тепловой обработки стали.

1.2.3 Экспериментальные исследования температурных напряжений в процессах тепловой обработки стали.

1.2.4 Практические данные по разрушению стали от температурных напряжений в процессах тепловой обработки.

1.2.5 Обзор данных по критериям прочности и разделению сталей на группы чувствительности к разрушению от температурных напряжений в процессах тепловой обработки.

1.3 Современное состояние проблемы определения интенсивности нагрева стали в промежуточный период.

1.4 Современное состояние проблемы окисления и обезуглероживания стали в конечный период нагрева.

1.4.1 Роль процессов окисления и обезуглероживания в формировании качества стальной продукции.

1.4.2 Влияние процессов окисления на работу печных агрегатов и оборудования для обработки металлов давлением.

1.4.3 Расчеты процессов окисления и обезуглероживания стали Выводы и постановка задач исследования.

2 Развитие теории форсированных энерго- и ресурсосберегающих технологий тепловой обработки стали.

2.1 Математическое моделирование термонапряженного состояния стальных цилиндрических заготовок в процессах тепловой обработки.

2.2 Ограничения на технологические и управляющие параметры в процессах форсированной тепловой обработки стали в начальный период.

2.3 Концепция создания нового критерия чувствительности сталей различных марок к трещинообразованию от температурных напряжений.

2.4 Прогнозирование продолжительности протекания фазовых превращений при нагреве стали под обработку давлением.

2.5 Разработка детерминированной математической модели физико-химических процессов окисления и обезуглероживания стали, протекающих при нагреве под обработку давлением.

2.5.1 Исследование влияния температурно-временного фактора на обезуглероживание стали.

2.5.2 Исследование влияния растворения карбидов и карбонитридов на обезуглероживание стали.

2.5.3 Исследование влияния изменения состава атмосферы печи на обезуглероживание стали.

2.5.4 Исследование особенностей взаимного влияния окисления и обезуглероживания для сталей различных марок.

2.6 Разработка прогнозной математической модели теплового состояния слябов с учетом окалинообразования.

2.7 Разработка прогнозной математической модели теплового состояния блюмов.

2.8 Ограничения на максимально допустимую температуру нагрева стали под прокатку.

Выводы.

3 Методика экспериментальных исследований и применяемое оборудование.

3.1 Методика исследования предельной интенсивности тепловой обработки сталей.

3.2 Методика лабораторного исследования высокотемпературного окисления, обезуглероживания сталей, строения и свойств окалины

3.3 Методика исследования влияния высокотемпературного нагрева на пластичность и виды излома рельсовой стали.

3.4 Методика проведения промышленных экспериментов по термометрированию, исследованию угара и обезуглероживания стали при нагреве в методической печи.

4 Экспериментальные исследования предельной интенсивности, высокотемпературного окисления, обезуглероживания и рациональных температурных интервалов тепловой обработки стали.

4.1 Исследование предельной интенсивности тепловой обработки заготовок из конструкционных углеродистых, хромистых, хромокремнемарганцовистых, рессорно-пружинных, подшипниковых сталей.

4.1.1 Результаты исследований заготовок из конструкционных углеродистых сталей.

4.1.2 Результаты исследований заготовок из конструкционных хромистых сталей.

4.1.3 Результаты исследований заготовок из конструкционных хромокремнемарганцовистых сталей.

4.1.4 Результаты исследований заготовок из рессорно-пружинных сталей.

4.1.5 Результаты исследований заготовок из подшипниковых сталей.

4.2 Исследование высокотемпературного окисления и обезуглероживания углеродистых, низко- и среднелегированных сталей.

4.2.1 Окисление конструкционных углеродистых сталей.

4.2.2 Окисление марганцовистых сталей.

4.2.3 Особенности обезуглероживания рельсовой стали.

4.2.4 Окисление и обезуглероживание кремнистой стали марки 60С2.

4.2.5 Окисление низколегированных кремнемарганцовистых сталей.

4.2.6 Окисление хромсодержащих сталей марок 40Х, ЗОХГСА и 15ХСНД.

4.3 Исследование температур оплавления печной окалины.

4.4 Допустимые температуры нагрева под прокатку рельсовой электростали, микролегированной ванадием.

Выводы.

5 Совершенствование технологии тепловой обработки стали.

5.1 Нагрев стальных заготовок с различным начальным тепловым состоянием в методических печах с комбинированным подом.

5.2 Совершенствование формы блюмовых заготовок для нагрева в толкательных методических печах с глиссажными трубами.

5.3 Совершенствование конструкции рейтеров методических печей с шагающими балками.

5.4 Теплотехнология транспортирования заготовок на участке печь-стан.

Выводы.

6 Промышленное внедрение процессо-структур1 о-свойствоориентированных технологий тепловой обработки стали.

6.1 Предпосылки разработки новой теплотехнологии нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовой стали в условиях ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат».

6.1.1 Трансформация обезуглероженного слоя при производстве рельсов из слитков и НЛЗ.

6.1.2 Допустимые температуры нагрева слитков и НЛЗ рельсовой стали.

6.1.3 Допустимая интенсивность нагрева НЛЗ рельсовой стали.

6.2 Разработка новой теплотехнологии нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовой стали в условиях ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат».

6.2.1 Ограничения на технологические параметры.

6.2.2 Температурные режимы нагрева НЛЗ.

6.3 Освоение новой теплотехнологии нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовой стали в условиях ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат».

6.4 Совершенствование теплотехнологии нагрева непрерывнолитых заготовок в методических печах среднесортного 450 и мелкосортного 250-1 станов в условиях

ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат».

6.5 Совершенствование температурного режима нагрева слитков стали 60С2А в условиях ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат».

Выводы.

Актуальность работы.

Металлургия как стальпроизводящая отрасль является одной из основных базовых отраслей современной мировой экономической системы. В настоящее время сталь является одним из наиболее распространенных конструкционных материалов, который, очевидно, при современном уровне развития науки и техники еще продолжительное время не будет уступать своих лидирующих позиций. Объемы мирового производства стали в 2005 г. достигли 1080 млн. т [1]. По данным International Iron and Steel Institute (IISI) мировое производство стали в 2006 г. составило 1239,5 млн. т. Как отмечает данный институт, - это самый высокий уровень производства стали в истории черной металлургии, и уже третий год подряд мировое производство стали превышает 1000 млн. т. Наиболее перспективными отраслями применения стальной продукции и многотоннажными ее потребителями являются машиностроение и строительство [1].

В 2004, 2005 гг. вклад России в мировое производство стали составил порядка 67 млн.т/г., т.е. около 6-7 % [2]. В 2006 г. Российское производство стали достигло 70,6 млн.т/г.

В России основными конечными потребителями металлопродукции являются нефтегазовая отрасль, железнодорожный транспорт, энергетический комплекс, строительство [1].

Стальной прокат является основным видом конечной металлопродукции металлургических предприятий [3,4]. Его объем достигает 80 % от общего производства стали. Основная доля стального проката производится посредством технологий горячей прокатки, т.е. требует нагрева слитков, непрерывнолитых или горячекатаных заготовок перед обработкой давлением. При этом существенным фактором, влияющим на ресурсоемкость производства, являются потери металла вследствие высокотемпературного окисления (угара). В зависимости от применяемой технологии и оборудования они могут достигать 1-2 %, что в масштабах страны составляет 5001000 тыс.т/г и фактически соответствует годовому объему производства стали на комбинате средней мощности.

Для многих производств, например рессор и пружин, не менее важным фактором, влияющим на ресурсосбережение, является обезуглероживание стали. Необходимость удаления обезуглероженного слоя, например с помощью шлифовки, помимо увеличения трудоемкости производства, приводит к дополнительным потерям полезной массы металлоизделий.

Нагрев стали под обработку давлением является одной из наиболее важных качествоформирующих технологических операций, обладающей высокой энергоемкостью. В связи с этим развитие теории и совершенствование технологии нагрева стали, направленных на повышение качества металла, снижение его себестоимости, уменьшение энерго- и ресурсоемкости производства является актуальной задачей, имеющей большое народнохозяйственное значение.

Работа выполнена:

- по грантам Президента РФ на поддержку молодых российских ученых и ведущих научных школ для выполнения научных исследований № МК-2503.2003.08 и МК-5544.2006.8;

- в рамках ведомственной научной программы «Развитие научного потенциала высшей школы», код проекта 4008;

- в рамках федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002 - 2006 годы, тема 2005-РИ-19.0/002/291, государственный контракт № 02.442.11.7225;

- по гранту Губернатора Кемеровской области на проведение фундаментальных и прикладных исследований по приоритетным направлениям социально-экономического развития Кемеровской области;

- в соответствии с перечнем критических технологий Российской Федерации - пункт «Энергосбережение» и приоритетными направлениями развития науки, технологий и техники Российской Федерации - пункт «Энергосберегающие технологии»;

- в соответствии с планом НИР и ОКР ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат» на 2006 г. (приказ от 10.01.2006 г. № 3, договор от 1.02.2006 г. № 5-6/4070356).

Цель работы. Развитие металлургических основ теории, разработка новых и совершенствование действующих технологий тепловой обработки стали, направленные на ресурсосбережение и повышение качества проката и поковок.

Основные задачи.

1. Разработать прогнозные математические модели: термонапряженного состояния металла, обеспечивающие расчет временных упругих, упруго-пластических и остаточных напряжений в стальных цилиндрических заготовках при тепловой обработке; физико-химических процессов окисления и обезуглероживания стали при нагреве под обработку давлением.

2. Создать критерий чувствительности сталей к трещинообразова-нию при интенсивных тепловых обработках.

3. Определить экспериментальным путем: предельные интенсивность тепловой обработки и напряженно-деформированное состояние заготовок из сталей перлитного класса с литой и катаной структурой; особенности кинетики высокотемпературного окисления и обезуглероживания углеродистых, низко- и среднелегированных марок сталей перлитного класса; закономерности и механизм влияния легирующих элементов стали (кремния, марганца, ванадия) на особенности строения, химический, фазовый составы и температуру плавления окалины, образующейся при высокотемпературном нагреве под обработку давлением.

4. На основе систематизации, критического анализа, классификации и обобщения результатов математического моделирования, теоретических и экспериментальных исследований сформулировать положения, рекомендации и выводы, развивающие теорию и совершенствующие практику нагрева стали под обработку давлением.

5. Разработать технологии нагрева в методических печах с шагающими балками НЛЗ рельсовой стали марки Э76Ф под прокатку, обеспечивающие получение глубины видимого обезуглероженного слоя в рельсовом прокате на уровне не более 0,5 мм.

6. Внедрить результаты теоретических и экспериментальных исследований в практику: нагрева стали на металлургических предприятиях в целях обеспечения энерго- и ресурсосбережения, повышения качества и снижения себестоимости проката; подготовки студентов вузов, обучающихся по направлению 150100 - Металлургия.

Научная новизна.

1. Впервые сформулирована концепция процессо-структуро-свойствоориентированных технологий тепловой обработки стали.

2. Разработаны математические модели: термонапряженного состояния стальных цилиндрических заготовок в процессах тепловой обработки, позволяющая рассчитывать температурные и остаточные напряжения при одиночных и комбинированных тепловых воздействиях с учетом упруго-пластических деформаций; физико-химических процессов окисления и обезуглероживания стали, протекающих при нагреве под обработку давлением.

3. Сформулирована концепция и создан новый критерий чувствительности сталей различных марок к трещинообразованию от температурных напряжений.

4. Для практического применения впервые разработана номограмма для определения температуры греющей среды при тепловой обработке стальных тел шарообразной формы с учетом максимальных перепадов температур по сечению.

5. Экспериментальным путем впервые установлена предельная интенсивность тепловой обработки и напряженно-деформированного состояния цилиндрических заготовок из сталей 4сп, ЗОХГСА, 35ХГСА, 75, ШХ15СГ с литой структурой.

6. Установлены особенности и закономерности строения, фазовый и химический составы окалины, образующейся на рельсовой стали марки Э76Ф, микролегированной ванадием, и кремнистой стали марки 60С2.

7. Впервые экспериментальным путем исследованы и установлены особенности высокотемпературного обезуглероживания рельсовой стали марки Э76Ф. Выявлен механизм влияния карбонитридов ванадия на кинетику обезуглероживания рельсовой электростали.

8. Определены температуры плавления окалины 16-ти распространенных марок сталей, установлена роль влияния на нее содержания легирующих элементов стали.

9. Впервые исследованы особенности формирования, установлены и научно обоснованы закономерности трансформации обезуглероженного слоя по периметру рельсового профиля Р65 при производстве рельсов из слитков и непрерывнолитых заготовок поперечным сечением 300x330 мм.

10. Разработана теплотехнология нагрева в методических печах с шагающими балками непрерывнолитых заготовок рельсовой стали марки Э76Ф под прокатку, обеспечивающая получение глубины видимого обезуглероженного слоя в рельсовом прокате на уровне не более 0,5 мм.

Новизна инженерных решений защищена патентами РФ.

Практическая значимость. Полученные результаты предназначены для практического применения при разработке форсированных, энерго- и ресурсосберегающих технологий и режимов нагрева стали под обработку давлением, обеспечивающих снижение угара металла и получение качественного проката и поковок с регламентированной величиной видимого обезуглероженного слоя. Для широкого сортамента распространенных углеродистых, низко- и среднелегированных марок сталей перлитного класса получены ограничения на управляющие и технологические параметры с учетом вероятности трещинообразования, предотвращения перегрева, пережога стали, оплавления окалины. Для осуществления прогнозных расчетов, выбора режимов нагрева стали в печах получены константы скорости окисления 22 распространенных марок стали.

Для практического использования разработаны: способ нагрева стальных заготовок из углеродистых низколегированных сталей под прокатку (Патент РФ 2184786); методическая печь с комбинированным подом для нагрева стальных заготовок с различным начальным тепловым состоянием (Патент РФ 43267); заготовка для нагрева в толкательных методических печах с глиссажными трубами (Патент РФ 48327); рейтер методической печи с шагающими балками (Патент РФ 59228).

Реализация результатов. На ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат»: внедрена энерго- ресурсосберегающая технология нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовой стали в методической печи с шагающими балками; приняты к внедрению рекомендации по совершенствованию температурного режима нагрева слитков и слябов стали марки 60С2. Результаты работы включены в справочник «Дефекты и качество рельсовой стали», справочные данные которого используются на ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат» и ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат» (ООО ЕвразХолдинг) в качестве классификатора дефектов рельсов, производимых из непрерывнолитых заготовок.

Совокупный долевой экономический эффект от предложенных и реализованных мероприятий составляет 75 руб/т стали в год.

Научные результаты диссертационного исследования в рамках дисциплин «Общая теория тепловой работы и конструкции промышленных печей», «Нагрев и нагревательные устройства» внедрены в ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» в практику подготовки студентов специальностей 150103 - Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей, 150106 - Обработка металлов давлением, 150201 - Машины и технология обработки металлов давлением.

Внедрение результатов работы в производство и учебный процесс подтверждается соответствующими актами и справками о внедрении.

Методы исследований. Тепловое состояние стальных заготовок при лабораторных и промышленных экспериментах исследовали с помощью метода термометрирования.

Наличие или отсутствие в металле нарушений сплошности определяли методами: ультразвуковым, послойной обточки или острожки. Изломы разрушенных образцов исследовали с помощью растровой и просвечивающей электронной микроскопии.

Угар стали исследовали методами планиметрирования и гравиметрическим, по потере полезной массы образцов. Глубину обезуглероженно-го слоя металла, его структуру, строение слоев окалины определяли и изучали с помощью металлографического метода. Фазовый и химический составы окалины исследовали с применением рентгеноспектрального метода анализа. Исследование параметра элементарной ячейки проводили по методу внутреннего стандарта (в качестве последнего использовали кварц).

Разработку температурных режимов нагрева, исследование температурных напряжений, высокотемпературного окисления и обезуглероживания стали проводили с помощью математических моделей, реализованных на ПЭВМ с применением методов прогонки и конечных разностей. При обработке результатов экспериментов использовали метод наименьших квадратов.

Достоверность и обоснованность полученных результатов, выводов и рекомендаций подтверждаются: совместным использованием воспроизводимого по точности физического и математического моделирования с опорой на современные достижения теорий теплопроводности, термопрочности и пластичности, а также на качество измерений и статистическую обработку результатов; адекватностью разработанных математических моделей; применением широко распространенных и апробированных методов исследований; сопоставлением полученных результатов с данными других исследователей; высокой эффективностью предложенных технологических решений, подтвержденной результатами промышленных испытаний и внедрением в производство.

Предмет защиты. На защиту выносятся:

1. Концепция процессо-структуро-свойствоориентированных технологий нагрева стали под обработку давлением;

2. Результаты экспериментальных исследований допустимой интенсивности тепловой обработки заготовок с литой и горячекатаной структурой из углеродистых и легированных сталей (18-ти различных марок) перлитного класса;

3. Результаты математического моделирования и выявленные закономерности термонапряженного состояния стальных цилиндрических заготовок при различных видах и интенсивностях тепловой обработки;

4. Результаты экспериментальных исследований высокотемпературного окисления и обезуглероживания углеродистых и легированных сталей 22-х различных марок;

5. Результаты экспериментальных исследований температуры плавления окалины, образующейся на сталях марок 60С2, 12ГС, 25ГС, 18Г2С, 10ХСНД, 65Г, Э76Ф, ЗОХГСА, 09Г2Д, 09Г2С, ШХ15СГ, 45Г17ЮЗ, 12ХМ, 10КП, 40Х, 40ХН;

6. Результаты математического моделирования совместно и взаимосвязано протекающих физико-химических процессов высокотемпературного окисления и обезуглероживания стали;

7. Выявленные закономерности, особенности строения, химического и фазового состава окалины сталей марок 60С2, Э76Ф.

8. Энерго- и ресурсосберегающая технология нагрева в методической печи с шагающими балками непрерывнолитых заготовок рельсовой электростали марки Э76Ф, микролегированной ванадием и азотом.

Автору принадлежит:

- постановка задачи теоретических и экспериментальных исследований;

- проведение экспериментальных исследований по установлению предельной интенсивности тепловой обработки стальных заготовок, высокотемпературному окислению и обезуглероживанию сталей, температуры плавления окалины, допустимой температуры нагрева стали марки Э76Ф под прокатку;

- разработка математических моделей теплового, термонапряженного состояния стальных тел различной конфигурации (призма, цилиндр, пластина), совместно и взаимосвязанно протекающих физико-химических процессов высокотемпературного окисления и обезуглероживания стали;

- проведение промышленных экспериментов по термометрирова-нию непрерывнолитых заготовок поперечным сечением 300x330 мм из стали марки Э76Ф при нагреве в методической печи с шагающими балками;

- обработка полученных результатов, анализ, обобщение, научное обоснование, формулировка выводов и рекомендаций.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих конференциях: Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения» (Новокузнецк, 1999-2005 гг.); Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия на пороге XXI века: достижения и прогнозы. Металлургия-99» (Новокузнецк, 1999 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия на пороге XXI века: достижения и прогнозы» (Новокузнецк, 2000 г.); Международной конференции к 300-летию металлургии Урала, 80-летию металлургического факультета и кафедры «Теплофизика и информатика в металлургии» «Теплофизика и информатика в металлургии: достижения и проблемы» (Екатеринбург, 2000 г.); Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Экологические проблемы горно-металлургического комплекса» (Красноярск, 2000 г.), Международной научно-практической конференции «Автоматизированный печной агрегат - основа энергосберегающих технологий XXI века» (Москва, 2000 г.); XXXIV научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «ЗСМК», (Новокузнецк, 2001 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: реорганизация, управление, инновации, качество» (Новокузнецк, 2002 г.); II Международной научно-практической конференции «Автоматизированные печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии» (Москва, 2002 г.); Международной научно-практической конференции «Рациональное использование природного газа в металлургии» (Москва, 2003 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: реорганизация, управление, инновации, качество» (Новокузнецк, 2003 г.); Международной конференции «Технологии и оборудование для производства огнеупоров. Использование новых видов огнеупорных изделий в металлургической промышленности» (Москва, 2004 г.); Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспективные материалы: получение и технологии обработки» (Красноярск, 2004 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: технологии, управление, реинжиниринг, автоматизация» (Новокузнецк, 2004 г.); Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Совершенствование технологий производства цветных металлов» (Красноярск, 2005 г.); Международной научно-практической конференции «Металлургия России на рубеже XXI века» (Новокузнецк, 2005 г.); Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (Иваново, 2005 г.); II Международной научно-технической конференции «Современная металлургия начала нового тысячелетия» (Липецк, 2005 г.); III Российской научно-практической конференции «Физические свойства металлов и сплавов» (Екатеринбург, 2005 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: новые технологии, управление, инновации и качество» (Новокузнецк, 2005 г.); III Международной научно-практической конференции «Металлургическая теплотехника: История, современное состояние, будущее. К столетию со дня рождения М.А. Глинкова» (Москва, 2006 г.); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы электрометаллургии, сварки, качества» (Новокузнецк, 2006 г.); III Международной научно-технической конференции «Современная металлургия начала нового тысячелетия» (Липецк, 2006 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: новые технологии, управление, инновации и качество» (Новокузнецк, 2006 г.). В том числе 11 -Международных и 14 - Всероссийских.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 100 печатных работ, основные из них - 66, в том числе 2 монографии, 1 справочник, 37 статей в журналах, в том числе 32 статьи в журналах, рекомендованных ВАК для опубликования результатов докторских диссертаций, 4 патента РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, выводов и приложений. Изложена на 328 страницах машинописного текста, содержит 126 рисунков, 24 таблицы, список литературы из 291 наименования.

Основные выводы и результаты работы:

1. Доказано, что наибольший положительный эффект от реализации технологии тепловой обработки может быть получен в случае досконального и всеобъемлющего учета широкого спектра свойств нагреваемых марок стали. Такие технологии нагрева стали можно охарактеризовать как процессо-структуро-свойстеоориентироеанные (ПССО). Их основная цель - это максимальный учет особенностей физических и физико-химических процессов, протекающих в нагреваемой стали, специфики теплофизических и термомеханических свойств конкретной марки, эволюции ее структурного состояния, обеспечивающий высокое качество металлопродукции, позволяющий разработать энерго- и ресурсосберегающие режимы нагрева, а в некоторых случаях - усовершенствовать конструкцию нагревательного устройства. ПССО технологии представляют синтез знаний в области теории и практики печестроения, тепломассообмена, физической химии, металловедения и физики металлов, обработки металлов давлением.

2. Разработаны математические модели: термонапряженного состояния стальных цилиндрических заготовок в процессах тепловой обработки, позволяющая рассчитывать температурные и остаточные напряжения при одиночных и комбинированных тепловых воздействиях с учетом упруго-пластических деформаций; физико-химических процессов окисления и обезуглероживания стали, протекающих при нагреве под обработку давлением; теплового состояния слябов при нагреве в методических печах с учетом окалинообразования; теплового состояния блюмов при нагреве под обработку давлением.

3. Впервые, с целью практического применения разработана номограмма для определения температуры греющей среды при тепловой обработке стальных тел шарообразной формы с учетом максимальных перепадов температур по сечению. Подтверждено, что при прочих равных условиях для тел шарообразной формы характерны менее жесткие ограничения на допустимую температуру печи из условия трещинообразования по сравнению с телами в формах цилиндра и пластины.

4. Сформулирована концепция создания нового критерия чувствительности сталей различных марок к трещинообразованию от температурных напряжений. Получен новый критерий склонности сталей к трещинообразованию (КСТО) от температурных напряжений, определяемый на основе теплофизиче-ских и механических свойств металла - X, (3, Е, а0д, КСII.

5. Экспериментальным путем установлена предельная интенсивность тепловой обработки и напряженно-деформированного состояния заготовок из 18 распространенных марок (Зсп, 4сп, 45, 55, 60, 55ПП, 60ПП, 20Х, 30Х, 40Х, 30ХГСА, 35ХГСА, 75, 65Г, 70Г, 60С2, ШХ15, ШХ15СГ) сталей перлитного класса с катаной и литой структурой. Установлено, что устойчивое разрушение заготовок с катаной структурой из сталей марок ЗОХ и 40Х происходит при суммарных перепадах температур 690 - 700 и 670 - 685 °С соответственно. Разрушение образцов из стали марки 20Х наблюдали при разностях температур 660 - 670 °С. Устойчивое разрушение заготовок из стали марки 35ХГСА с катаной структурой получено при суммарных разностях температур 510 °С и более, что соответствует сопротивлению стали отрыву 700 - 710 МПа. Разрушение заготовок из рессорно-пружинных сталей от температурных напряжений зафиксировано при следующих параметрах тепловой обработки: = 445 °С и а > 675 МПа для стали 65Г, Afs = 415 °С и а > 740 МПа для стали 70Г с катаной структурой и A445 °С и а > 320 МПа для стали 75 с литой структурой. Минимальные суммарные температурные разности, при которых зафиксированы разрушения катаных заготовок из стали марки ШХ15, составляют 425 - 430 °С при <7 = 628 МПа. Устойчивое разрушение наблюдается при перепадах температуры 490 - 500 °С. Все литые заготовки из стали марки ШХ15СГ при перепадах температуры 455 - 470 °С, соответствующих сопротивлению отрыву 568 -710 МПа, были поражены внутренними трещинами. Фрактографическое исследование поверхностей изломов заготовок из стали марки ШХ15СГ по месту трещин от температурных напряжений показало, что разрушение квазихрупкое, происходит путем отрыва от преобладающего действия нормальных растягивающих температурных напряжений в основном по перлитной составляющей.

6. Экспериментальным путем определены зависимости констант скорости окисления от температуры для 22 марок сталей: Зсп, Зпс, 5сп, бсп, 10, 20, 45, 50, 60, 70, М54, М76, Э76Ф, 65Г, 40Х, 60С2, 09Г2С, 12ГС, 25Г2С, 35ГС, 15ХСНД, 30ХГСА.

7. Исследованы особенности кинетики обезуглероживания рельсовой стали марок Э76Ф и М76. Для стали марки М76 (без ванадия) зависимость глубины видимого обезуглероженного слоя от температуры и времени выдержки близка к линейной, а для стали марки Э76Ф она носит более сложный экстремальный характер. При температурах 1050 - 1100 °С глубина обезуглероженного слоя у стали марки Э76Ф больше, чем у стали марки М76, что связано с более интенсивным угаром последней и, как следствие, большим поглощением обезуглероженного слоя окалиной. При более высоких температурах и времени выдержки 10-25 мин глубина обезуглероженного слоя в стали марки Э76Ф уменьшается. Причина этого связана с интенсификацией окалинообразования при относительно невысокой интенсивности обезуглероживания вследствие недостаточного времени выдержки для полного растворения карбидов и нитридов ванадия, препятствующих диффузии углерода. Ванадий, являясь сильным карбидообразующим элементом, значительно снижает термодинамическую активность углерода в аустените. Увеличение времени нахождения стали при высокой температуре приводит к полному растворению карбидов и нитридов ванадия и интенсификации обезуглероживания. При температурах 1240 - 1250 °С и времени выдержки 60 мин глубина обезуглероженного слоя рассматриваемых сталей примерно одинакова.

8. Установлены температуры плавления окалины 16 распространенных марок сталей (60С2, 12ГС, 25ГС, 18Г2С, 10ХСНД, 65Г, Э76Ф, 30ХГСА, 09Г2Д, 09Г2С, ШХ15СГ, 45Г17ЮЗ, 12ХМ, 10КП, 40Х, 40ХН), определена роль влияния на нее легирующих элементов стали. Наибольшее влияние на снижение температуры плавления окалины оказывает кремний - в среднем 5 - 8 °С на каждые 0,1 % его содержания в стали. Медь также снижает температуру плавления, но на величину 2 - 3 °С на каждые 0,1 % ее содержания. Марганец фактически не оказывает влияния на температуру плавления окалины. Хром и никель повышают температуру плавления в среднем на 2 °С на каждые 0,1 % их содержания в стали. Для сплавов на железной основе и сталей максимальная температура плавления окалины приближается к температуре плавления вюс-тита 1377 °С, а хром и никель способствуют этому.

9. Исследование максимально допустимых температур нагрева рельсовой стали марки Э76Ф показало, что камневидный излом отсутствует даже при нагреве до температур 1350 °С и 6-ти часовой выдержке. Однако повышение температуры и времени выдержки приводит к образованию более крупнозернистого излома. Нагрев до температур 1300 °С и более и выдержка более 3 ч формируют нафталинистый излом и могут привести к снижению пластичности стали и механических свойств проката.

10. Для практического использования разработаны: способ нагрева стальных заготовок из углеродистых низколегированных сталей под прокатку (Патент РФ 2184786); методическая печь с комбинированным подом для нагрева стальных заготовок с различным начальным тепловым состоянием (Патент РФ 43267); заготовка для нагрева в толкательных методических печах с глиссажными трубами (Патент РФ 48327); рейтер методической печи с шагающими балками (Патент РФ 59228).

11. На основе концепции процессо-структуро-свойствоориентированных технологий нагрева стали, для условий ОАО «НКМК», разработана энерго- ресурсосберегающая теплотехнология нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовой стали марки Э76Ф под прокатку, включающая научно обоснованные и экспериментально подтвержденные: допустимую температуру печи при посаде заготовок с различным начальным тепловым состоянием по условию трещино-образования, которая при нагреве HJI3 рельсовой стали марки Э76Ф с холодного посада не должна превышать 750 - 800 °С; максимальную температуру нагрева, ограниченную явлениями перегрева и пережога стали; температурный режим нагрева, обеспечивающий получение глубины обезуглероженного слоя в рельсовом прокате на уровне не более 0,5 мм. Внедрение новой технологии нагрева позволило снизить удельный расход топлива с 84—224 до 50-55 кг у.т./ т стали т.е. в 1,5 — 4 раза (в зависимости от варианта нагрева), угар стали с 1,24 до 0,93 г/см , толщину окалины с 3,9 до 2,9 мм, что соответствует снижению потери полезной массы металла в среднем с 2,1 до 1,6 %, глубины видимого обезуглероженного слоя HJI3 - с 1,54 - 3,08 мм (при среднем значении 2,31 мм) до 0,77 - 2,00 мм (при среднем значении 1,39 мм) по сравнению с действовавшей ранее технологией. Балл зерна HJ13, нагретых в нагревательных колодцах и печах Сименса, составляет 1 - 0, а после нагрева в ПШБ - всего 3-2. Совокупный долевой экономический эффект от предложенных и реализованных мероприятий составляет 75 руб/т стали в год.

12. Научные результаты диссертационного исследования в рамках дисциплин «Общая теория тепловой работы и конструкций промышленных печей», «Нагрев и нагревательные устройства» внедрены в ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» в практику подготовки студентов специальностей 150103 - Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей, 150201 - Машины и технология обработки металлов давлением.

Заключение и основные выводы

Настоящая диссертация является научно-квалификационной работой, в которой решена актуальная научная проблема - разработка новых и совершенствование действующих технологий тепловой обработки стали, обеспечивающих ресурсосбережение и повышение качества проката и поковок, имеющая важное народнохозяйственное значение. Реализация концепции процессо-структуро-свойствоориентированных технологий нагрева стали под прокатку, на примере рельсовой, показала ее эффективность и перспективность. Возможность повышения энерго- и ресурсосбережения при тепловой обработке стали за счет рационального использования резервов начального, промежуточного и конечного периодов нагрева является мощным стимулом для дальнейшего развития исследований в этой области.

1. Колпаков C.B. Перспективы развития мировой экономики // Вестник РАЕН. 2006. - № 3. - С. 3-7.

2. Шевелев JI.H. Анализ тенденций развития мирового рынка стали за 2004-2005 годы // Вестник РАЕН. 2006. - № 3. - С. 7-17.

3. Юзов О.В. Развитие мирового рынка стали / О.В. Юзов, A.M. Седых // Бюл. НТИ. Черная металлургия. 2005. - № 7. - С. 8-20.

4. Лисиенко В.Г. Сооружение промышленных печей. Проектирование плавильных комплексов : справ, изд. / В.Г. Лисиенко, Я.М. Щелоков, М.Г. Ладыгичев. Кн. 1, т. I. - М. : Теплотехник, 2006. - 566 с.

5. Глинков М.А. Основы общей теории печей / М.А. Глинков. М. : Металлургиздат, 1962. - 575 с.

6. Глинков М.А. Общая теория печей / М.А. Глинков, Г.М. Глинков. -М. : Металлургия, 1978. 264 с.

7. Глинков М.А. Общая теория тепловой работы печей / М.А. Глинков, Г.М. Глинков. М.: Металлургия, 1990. - 232 с.

8. Металлургические печи / В.А. Баум и др.. М. : Металлургиздат, 1951.-975 с.

9. Арутюнов В.А. Металлургическая теплотехника : развитие теоретического раздела / В.А. Арутюнов, В.В. Бухмиров, С.А. Крупенников // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2005. - № 10. - С. 58-62.

10. Ю.Лыков A.B. Теория теплопроводности / A.B. Лыков. М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1952. - 392 с.

11. П.Кондратьев Г.М. Регулярный тепловой режим / Г.М. Кондратьев. М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1954. - 408 с.

12. Иванцов Г.П. Нагрев металла / Г.П. Иванцов. М. : Металлургиздат, 1948.-192 с.

13. Тайц Н.Ю. Технология нагрева стали / Н.Ю. Тайц М. : Металлургиздат, 1950.-450 с.

14. Тайц Н.Ю. Технология нагрева стали / Н.Ю. Тайц. М. : Металлург-издат, 1962. - 567 с.

15. Линчевский В.П. Нагревательные печи / В.П. Линчевский. М. : Ме-таллургиздат, 1948. - 692 с.

16. Копытов В.Ф. Безокислительный нагрев стали / В.Ф. Копытов. М. : Машгиз, 1947. - 144 с.

17. Копытов В.Ф. Нагрев стали в печах / В.Ф. Копытов. М. : Металлургиздат, 1955. - 264 с.

18. Тайц Н.Ю. Методические нагревательные печи / Н.Ю. Тайц, Ю.И. Ро-зенгарт. Харьков : Металлургиздат, 1956. - 248 с.

19. Тайц Н.Ю. Методические нагревательные печи / Н.Ю. Тайц, Ю.И. Розенгарт. М. : Металлургиздат, 1964.-408 с.

20. Теплотехнические расчеты металлургических печей : справ, изд. / Б.И. Китаев и др.. М. : Металлургия, 1970. - 528 с.

21. Аксельруд Л.Г. Нагревательные колодцы / Л.Г. Аксельруд, И.И. Сухов, В.М. Тымчак. М. : Металлургиздат, 1962. - 236 с.

22. Усачев А.Б. 90 лет в российском печестроении: шесть тысяч проектов тепловых агрегатов // Сталь. 2006 - № 5. - С. 3-5.

23. Гусовский В.Л. Методические печи / В.Л. Гусовский, Л.Г. Оркин, В.М. Тымчак. М. : Металлургия, 1970. - 432 с.

24. Справочник конструктора печей прокатного производства. Т. I. / А.Л. Бергауз и др.. М. : Металлургия, 1970. - 425 с.

25. Справочник конструктора печей прокатного производства. Т.П. / А.Л. Бергауз и др..- М. : Металлургия, 1970. 992 с.

26. Расчет нагревательных и термических печей : справ, изд. / С.Б. Василькова и др.. М.: Металлургия, 1983. - 480 с.

27. Асцатуров В.Н. Скоростной струйный нагрев металла / В.Н Асцату-ров, П.Г. Краснокутский, П.С. Берковская. Киев : Техшка, 1984. - 120 с.

28. Ревун М.П. Интенсификация работы нагревательных печей / М.П. Ревун, В.И. Гранковский, А.Н. Байбуз. Киев : Техшка, 1987. - 136 с.

29. Лисиенко В.Г. Интенсификация теплообмена в пламенных печах /

30. B.Г. Лисиенко. М. : Металлургия, 1979. - 224 с.

31. Малый С.А. Экономичный нагрев металл / С.А. Малый. М. : Металлургия, 1967. - 191 с.

32. Бутковский А.Г. Оптимальное управление нагревам металла / А.Г. Бутковский, С.А. Малый, Ю.Н. Андреев. -М.: Металлургия, 1972. 439 с.

33. Бутковский А.Г. Управление нагревом металла / А.Г. Бутковский,

34. C.А. Малый, Ю.Н. Андреев. М.: Металлургия, 1981. - 272 с.

35. Немзер Г.Г. Тепловые процессы производства крупных поковок / Г.Г. Немзер. Л.: Машиностроение, 1979. - 270 с.

36. Немзер Г.Г. Теплотехнология кузнечно-прессового производства / Г.Г. Немзер. Л. : Машиностроение, 1988. - 320 с.

37. Энергосберегающая технология нагрева слитков / Е.И. Казанцев и др.. М. : Металлургия, 1992. - 176 с.

38. Выбор режимов нагрева металла / В.В. Быков и др.. М.: Металлургия, 1980.- 198 с.

39. Кривандин В.А. Тепловая работа и конструкции печей черной металлургии / В.А. Кривандин, A.B. Егоров. М.: Металлургия, 1989. - 462 с.

40. Губинский В.И. Теория пламенных печей / В.И. Губинский, Лу Чжун-У. М.: Машиностроение, 1995. - 256 с.

41. Самойлович Ю.А. Нагрев стали / Ю.А. Самойлович, В.И. Тимошполь-ский. -Мн.: Выш.шк., 1990.-314 с.

42. Современное состояние и совершенствование конструкций методических печей / В.Л. Гусовский и др. // Сталь. 2001. - № 1. - С. 46-50.

43. Гусовский В.Л. Перспективы совершенствования работы нагревательных печей прокатного производства на отечественных металлургических заводах. // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2002. - № 11. - С. 57-59.

44. Тимошпольский В.И. Теоретические основы тепловой обработки стали в трубопрокатном производстве / В.И. Тимошпольский, Ю.А. Самойлович. -Минск : Белорусская наука, 2005. 303 с.

45. Производство высокоуглеродистой катанки на металлургических агрегатах высшего технического уровня / В.И. Тимошпольский и др.. -Минск : Белорусская наука, 2004. 238 с.

46. Теплотехнология нагрева высокоуглеродистых марок сталей в печах с механизированным подом РУП «БМЗ» / В.И. Тимошпольский и др. // Изв. вузов. Энергетика. 2001. - № 5. - С.71-81.

47. Некоторые закономерности повышения эффективности теплотехноло-гий металлургических агрегатов высшего технического уровня / В.И. Тимошпольский и др. // Изв. вузов. Энергетика. 2001. - № 6. - С.61-65.

48. Разработка концепции энергосберегающих совмещенных теплотехно-логических процессов в металлургических теплотехнологиях / В.И. Тимош-польский и др. // Изв. вузов. Энергетика. 2002. - № 1. - С.54-61.

49. Теплотехнологические режимы при производстве импортозамещающей металлопродукции в условиях РУП «БМЗ» / Ю.А. Самойлович и др. // Изв. вузов. Энергетика. 2002. - № 6. - С.57-69.

50. Стальной слиток. В 3 т. Т. 3. Нагрев / В.И. Тимошпольский и др. -Минск : Белорусская наука, 2001. 879 с.

51. Темлянцев М.В. Рациональные тепловые и температурные режимы нагрева стали в методических печах // Вестник РАЕН. 2006. - № 3 - С. 3133.

52. Разработка технологии нагрева рельсовых заготовок в методической печи с шагающими балками / М.В. Темлянцев и др. // Сталь. 2006. - № 12. -С. 33-35.

53. Марочник сталей и сплавов : справ, изд. / А.С. Зубченко и др.. М.: Машиностроение, 2003. - 784 с.

54. Технология ванадийсодержащих ферросплавов / В.П. Зайко и др.. -М. : ИКЦ «Академкнига», 2004. 515 с.

55. Стратегия успешного производства и применения ванадия / JI.A Смирнов // Бюл. НТИ. Чер. металлургия. 2005. - № 6. - С. 7 - 12.

56. Дефекты в металлах : справочник-атлас / А.А. Ежов, Л.П. Герасимова М. : Русский университет, 2002. - 360 с.

57. Атлас дефектов стали : пер. с нем. М. : Металлургия, 1979. - 188 с.

58. Дефекты стали : справ, изд./ под ред. С.М. Новокщеновой, М.И. Виноград. М.: Металлургия, 1984. - 199 с.

59. Качество поверхности металла / А.И. Строганов и др.. М.: Металлургия, 1985. - 128 с.

60. Дефекты стальных слитков и проката: справ, изд. / В.В. Правосудович и др.. М. : Интермет Инжиниринг, 2006. - 384 с.

61. Трофимчук В.Д. Дефекты прокатной стали и меры борьбы с ними / В.Д. Трофимчук. М. : Металлургиздат, 1954. - 618 с.

62. Дефекты и качество рельсовой стали : справ, изд. / В.В. Павлов и др. М. : Теплотехник, 2006. - 218 с.

63. Применение низкотемпературного режима нагрева и прокатки при производстве катанки / В.И. Губинский и др. // Сталь. 1991. - № 3 - С. 49 -51.

64. Технология производства катанки на стане 150 из заготовок с пониженными температурами нагрева / A.A. Горбанев и др. // Сталь. 1992. - № 5.-С. 52-54.

65. Распределение температуры по сечению слитка в процессе охлаждения в изложнице и в вагоне-термосе / В.И. Залесский и др. // Кузнечно-штамповочное производство. 1966. -№ 8. - С. 9-11.

66. Стариков B.C. Особенности разрушения заготовок из высокоуглеродистых легированных сталей от температурных напряжений при нагреве и охлаждении / B.C. Стариков, М.В Темлянцев // Заготовительные производства в машиностроении. 2004. - № 7. - С. 46-47.

67. Закономерности образования трещин в сортовых заготовках при нагреве в печах с шагающими балками / В.И. Тимошпольский и др. // Сталь.- 2004. № 7. - С. 49 -52.

68. Дзугутов М.Я. Пластическая деформация высоколегированных сталей и сплавов / М.Я. Дзугутов. М. : Металлургия, 1971. - 424 с.

69. Дзугутов М.Я. Напряжения и разрывы при обработке металлов давлением / М.Я. Дзугутов. М.: Металлургия, 1994. - 288 с.

70. Пластичность и разрушение / под. ред. B.JI. Колмогорова. М. : Металлургия, 1977. - 336 с.

71. Чижиков Ю.М. Прокатываемость стали и сплавов / Ю.М. Чижиков. -М.: Металлургиздат, 1961. 451 с.

72. Лапотышкин Н.М. Трещины в стальных слитках. / Н.М. Лапотышкин, А.В Лейтес. М. : Металлургия, 1969. - 112 с.

73. Юдович С.З. Ковка на молотах заготовок из легированных сталей / С.З. Юдович.-М. : Машиностроение, 1968. 215 с.

74. Гейтвуд Б.Е. Температурные напряжения / Б.Е. Гейтвуд М.: Изд-во иностранной литературы, 1959. - 350 с.

75. Паркус Г. Неустановившиеся температурные напряжения / Г. Паркус М. : Физматгиз, 1963. - 252 с.

76. Абрамов В.В. Остаточные напряжения и деформации в металлах. М. : Машгиз, 1963. - 355 с.

77. Боли Б. Теория температурных напряжений / Б. Боли, Дж.Уэйнер -М.: Мир, 1964.-517с.

78. Коваленко А.Д. Введение в термоупругость / А.Д. Коваленко Киев : Наукова думка, 1965. - 204 с.

79. Коваленко А.Д. Термоупругость / А.Д. Коваленко. Киев : Вища Школа, 1975.-216 с.

80. Тимошенко С.П. Теория упругости / С.П. Тимошенко, Дж Гудьер. -М.: Наука, 1979.-560 с.

81. Самойлович Ю.А. Температурные напряжения при нагреве массивных тел простейшей формы // Горение, теплообмен, процессы нагрева металла : сб.науч.тр. / ВНИИМТ. Свердловск : Изд-во ВНИИМТ, 1963.- № 10-С. 88-100.

82. Самойлович Ю.А. Термонапряженное состояние сплошного кругового цилиндра // Металлургическая теплотехника : сб. науч. тр./ ВНИИМТ. -Свердловск : Изд-во ВНИИМТ, 1965. -№ 12. С. 183-198.

83. Самойлович Ю.А.Температурные напряжения в изделиях призматической формы / Ю.А. Самойлович, А.Е. Шайкина. // Обжиг руд, плавильные печи, нагрев и охлаждение стали : сб. науч. тр./ ВНИИМТ. Свердловск : Изд-во ВНИИМТ, 1967. - № 17. - С. 71-78.

84. Самойлович Ю.А. Термические напряжения в стальном слитке, остывающем в изложнице // Теплофизика и теплотехника в металлургии : сб. науч. тр./ ВНИИМТ. Свердловск : Изд-во ВНИИМТ, 1969.- № 19. - С. 199-211.

85. Сабельников А.Г. Температурные напряжения при несимметричном нагреве неограниченной пластины / А.Г. Сабельников, Н.Ю. Тайц. // Кузнеч-но-штамповочное производство. 1973. -№ 7. - С. 33-34.

86. Сабельников А.Г. Решение температурной и термоупругой задач несимметричного нагрева неограниченной пластины на инерционном и регулярном этапах / А.Г Сабельников, В.П. Коноваленко // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1980. - № 4. - С. 125-130.

87. Постольник Ю.С. Термоупругопластическое состояние пластины с переменными свойствами // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1984. - № 10. - С. 57-60.

88. Губа В.М. К расчету температуры и напряжений в слитке прямоугольного сечения при нагреве излучением // Изв. вузов. Чер. металлургия-1998. -№ 2. -С. 67-70.

89. Губа В.М. К определению температуры и напряжений в слитке цилиндрической формы при нагреве излучением // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1998.-№ 12.-С. 57-59.

90. Прикладные задачи металлургической теплофизики / В.И. Тимош-польский и др.. Минск : Навука i тэхшка, 1991. - 320 с.

91. Губа В.М. Расчет термоупругих напряжений в нагреваемом слитке прямоугольного сечения методом конечных разностей / В.М. Губа, О.И. Ма-щенко // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1994 - № 10. - С. 55-58.

92. Выбор рационального режима нагрева непрерывнолитых заготовок в печи с шагающими балками / В.И. Тимошпольский и др. // Сталь. 2003. -№ 11.-С. 53-57.

93. Стариков B.C. Скоростной нагрев заготовок из углеродистой и легированной стали в камерной печи цилиндрического типа // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1965.-№ 2. - С. 161-167.

94. Стариков B.C. Термическое разрушение заготовок из рессорно-пружинных сталей при комбинированной тепловой обработке /B.C. Стариков, В.Г. Лисиенко, Е.Р. Браунштейн // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1997. -№8. -С. 69-72.

95. Расчеты допустимой интенсивности струйного нагрева заготовок перед разрезкой с учетом их охлаждения на участке печь пресс-ножницы / П.Г. Краснокутский и др. // Кузнечно-штамповочное производство - 1989-№ 1.-С. 29-31.

96. Казанцев Е.И. Промышленные печи / Е.И. Казанцев. М. : Металлургия, 1975.-368 с.

97. Ланин А.Г. Термопрочность материалов / А.Г. Ланин, И.И. Федик. Подольск : Луч, 2005. - 312 с.

98. Шорр Б.Ф. К расчету неравномерно нагретых цилиндров в упруго-пластической области // Изв. АН СССР. ОТН. Механика и машиностроение. 1960. - № 6. - С. 57-62.

99. Термопрочность деталей машин / под. ред. И.А. Биргера, Б.Ф. Шорра. М. : Машиностроение, 1975. - 455 с.

100. Вафин Р.К. Прочность термообрабатываемых прокатных валков / Р.К. Вафин, A.M. Покровский, В.Г. Лешковцев. М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. - 264 с.

101. Остаточные напряжения / Ж.А. Мрочек и др.. Минск : Техно-принт, 2003.-352 с.

102. Любов Б.Я. Теоретическое определение остаточных напряжений в изотропном шаре, резко охлажденном с поверхности / Б.Я. Любов, Б.Н. Фин-келыитейн // ЖТФ. 1946.- Т. XVI, № 8. - С. 945-950.

103. Фазлиахметов P.C. Способ приближенного расчета температурных остаточных напряжений // Производство крупных машин. Ковка, термическая обработка, металловедение : вып. XXIII. М.: Машиностроение, 1974. - С.102-105.

104. Расчет остаточных термических напряжений в крупных сплошных цилиндрах (с учетом релаксации) / Н.П. Морозов и др. // Производство крупных машин. Ковка, термическая обработка, металловедение : вып. XXIII. -М. : Машиностроение, 1974. С. 106-120.

105. Остаточные напряжения в профилях и способы их снижения / А.Н. Скороходов и др..-М.: Металлургия, 1985. 184 с.

106. Поздеев A.A. Остаточные напряжения. Теория и приложение / A.A. Поздеев, Ю.И. Няшин, П.В. Трусов. М.: Наука, 1982. - 112 с.

107. Тылкин М.А. Температуры и напряжения в деталях металлургического оборудования / М.А. Тылкин, Н.И. Яловой, П.И. Полухин. М.: Высшая школа, 1970. - 428 с.

108. Асцатуров В.Н. Исследование термоупругих напряжений при нагреве стальных заготовок в печах конвективного теплообмена / В.Н. Асцатуров, А.Г. Сабельников, А.Н. Стригунов // Кузнечно-штамповочное производство. 1977.-№ 1.-С. 37-38.

109. Тайц Н.Ю. Температурные напряжения при нестационарных тепловых процессах / Н.Ю. Тайц, М.И. Янковский, И.Ф. Иванченко // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1969. - № 6. - С. 149-153.

110. Тайц Н.Ю. Допустимые скорости нагрева металла в методических печах / Н.Ю. Тайц, А.Г. Сабельников, В.В. Мошура // Бюл. ЦНИИЧМ. 1972. -№ 1.-С.51.

111. Соколов И.А. Остаточные напряжения и качество металлопродукции / И.А. Соколов, В.И. Уральский. М.: Металлургия, 1981. - 96 с.

112. Кобрин М.М. Определение внутренних напряжений в цилиндрических деталях / М.М. Кобрин, Л.И. Дехтярь. М. : Машиностроение, 1965. -175 с.

113. Биргер И.А. Остаточные напряжения / И.А. Биргер. М. : Машиностроение, 1963. - 232 с.

114. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов / Я.Б. Фридман 4.1. Деформация и разрушение. М.: Машиностроение, 1974. - 472 с.

115. Вишняков Я.Д. Управление остаточными напряжениями в металлах и сплавах / Я.Д. Вишняков, В.Д. Пискарев. М.: Металлургия, 1989. -254 с.

116. Исследование остаточных напряжений в непрерывных слитках / Г.М. Нагорнов и др. // Непрерывное литье стали : тематический отраслевой сборник. М.: Металлургия. - 1981.- № 7. - С. 27-31.

117. Михайлов О.Н. // Остаточные напряжения в заготовках и деталях крупных машин. Свердловск : Изд-во НИИТЯЖМАШ Уралмашзавода, 1971.-С. 35-38.

118. Одинг И.А. Допускаемые напряжения в машиностроении и циклическая прочность металлов / И.А. Одинг. М. : Машгиз, 1962. - 260 с.

119. Белов B.C. Высокотемпературные секционные печи / B.C. Белов. -М. : Металлургия, 1977. 103 с.

120. Скоростной нагрев стали в секционной печи / И.С. Назаров и др. // Изв. вуз. Чер. металлургия. -1962. № 6 - С. 155-166.

121. Кудрин H.A. Установки пламенно-индукционного нагрева / H.A. Кудрин, Л.А. Лукьянов, А.К. Соколов. -М.: Металлургия, 1971. 152 с.

122. Фрумин Е.И. Нагрев стали в синтетических шлаках / Е.И. Фру-мин. Киев : Техшка, 1973. - 130 с.

123. Стариков B.C. К вопросу разрушения стальных заготовок от температурных напряжений // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1966. - № 11. - С. 158-163.

124. Стариков B.C. Исследования, проведенные на кафедре теплофизики и промышленной экологии, в области форсированного нагрева стали / B.C. Стариков, М.В. Темлянцев // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2004. - № 12.-С. 68-69.

125. Крупенников С.А. Анализ процесса нагрева тел в расплаве / С.А. Крупенников, Ю.П. Филимонов // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1984- № 5.-С. 120-124.

126. Крупенников С.А. К расчету продолжительности существования затвердевшего слоя при нагреве тела в расплаве / С.А. Крупенников, Ю.П. Филимонов // Изв. вуз. Чер. металлургия. 1984 - № 9. - С. 117-120.

127. Теплотехника металлургического производства. Т.1. Теоретические основы / В.А. Кривандин. и др.. М.: МИСИС, 2002. - 608 с.

128. Интенсификация нагрева стали в методических печах с использованием скоростного струйного нагрева / П.Г. Краснокутский и др. // Сталь.- 1986.-№6.-С. 100-103.

129. Спивак Э.И. Нагревальщик методических печей прокатных станов / Э.И. Спивак. М. : Металлургия, 1976. - 280 с.

130. Гусовский В.Л. Современные нагревательные и термические печи (конструкции и технические характеристики): справочник / В.Л. Гусовский, М.Г. Ладыгичев, А.Б. Усачев; под ред. А.Б. Усачева. М. : Машиностроение, 2001.-656 с.

131. Анализ особенностей температурных режимов нагрева непрерывнолитых и катаных стальных заготовок / М.В. Темлянцев, B.C. Стариков, В.В. Семахин и др. // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2004. - № 10. - С. 46-47.

132. Тимошпольский В.И. Исследование трещинообразования под действием термических напряжений при нагреве заготовок / В.И. Тимошпольский, Ю.А. Самойлович // Сталь. 2005. - № 7. - С. 61-63.

133. Клаустинг Е.А. К вопросу о скоростях нагревания легированных и высоколегированных сталей // Металлург. 1937. - № 2 - С.31-42.

134. Клаустинг Е.А. Опыт расчета допустимой скорости методического нагрева слитков // Металлург 1938. - № 2. - С.50-61.

135. Чижиков Ю.М. Прокатка и ковка высоколегированных сталей / Ю.М. Чижиков М. : Металлургиздат, 1941. - 299 с.

136. Блохин Е.П. Возможности ускоренного нагрева холодных слитков стали 1Х18Н9Т / Е.П. Блохин, Ю.А. Самойлович // Горение, теплообмен, процессы нагрева металла : сб. науч. тр. / ВНИИМТ. Свердловск : Изд-во ВНИИМТ. - 1963. - № 10.-С. 101-110.

137. Самойлович Ю.А. Исследование допускаемой скорости нагрева слитков стали Р18 // Сб. науч. тр. / ВНИИМТ. Свердловск : Металлургиздат. - 1962. - № 7.- С. 187-194.

138. Ускоренный режим подогрева холодных слитков среднеуглероди-стых и низколегированных сталей в регенеративных нагревательных колодцах / Я.Е. Иоффе и др. // Бюл. ЦНИИЧМ. -1969.- № 21.-С. 49-50.

139. Выбор режимов нагрева металла / В.В. Быков и др..- М : Металлургия, 1980. -168 с.

140. Темлянцев М.В. Трещинообразование в процессах нагрева и охлаждения сталей и сплавов / М.В. Темлянцев, Т.Н. Осколкова. М.: Изд-во Флинта: Наука, 2005. - 195 с.

141. Стариков B.C. Разрушение инструментальной углеродистой стали при тепловой обработке // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1992. - № 6. - С. 58-60.

142. Голованов С.Г. Термостойкость сталей и практические задачи нагрева и охлаждения их, разрешаемые на ее основе // Кузнечно-штамповочное производство- 1966 № 12.-С. 35-40.

143. Золоторевский B.C. Механические свойства металлов / B.C. Зо-лоторевский. М.: Металлургия, 1983. - 352 с.

144. Голованов С.Г. Расчет условий нагрева сталей, гарантирующих их от разрыва термическими напряжениями // Кузнечно-штамповочное производство.- 1959. № 10. - С. 30-37.

145. Температурные напряжения в условиях скоростного струйного нагрева металла / П.Г. Краснокутский и др. // Кузнечно-штамповочное производство. 1983. - № 11. - С. 25-27.

146. Определение допустимой интенсивности нагрева металла / П.Г. Краснокутский и др. // Изв. вуз. Чер. металлургия. 1984. № 7 - С. 115-119.

147. Кривандин В.А. Анализ интенсивности нагрева стали в методических печах / В.А. Кривандин, П.Г. Краснокутский // Сталь. 1985. - № 6- С. 81-84.

148. Краснокутский П.Г. Допустимая интенсивность нагрева металла при несимметричном подводе тепла / П.Г. Краснокутский, В.А. Кривандин, В.Г. Нестеренко // Кузнечно-штамповочное производство. 1986 - № 4. - С. 31-33.

149. Определение допустимой интенсивности низкотемпературного скоростного струйного нагрева металла / П.Г. Краснокутский и др. // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1988 - № 11. - С. 128-131.

150. Ужик Г.В. Сопротивление отрыву и прочность металлов / Г.В Ужик. М.: Изд-во Академии наук СССР, 1950. - 255 с.

151. Стариков B.C. Совершенствование нагрева стальных заготовок в методических печах с шагающим подом / B.C. Стариков, В.В. Семахин, Н.В. Титов // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1997. - № 8. - С. 64-69.

152. Вагнер В.Ф. Современные технологии тепловой обработки изделий из катаной и литой стали / В.Ф. Вагнер, B.C. Стариков // Сталь. 1998. -№1.-С. 49-50.

153. Гольденблат И.И. Критерии прочности конструкционных материалов / И.И. Гольденблат, В.А. Копнов. М. : Машиностроение, 1968. - 192 с.

154. Фастовский Б.Г. Огневая зачистка стали / Б.Г. Фастовский. М.: Металлургия, 1975. - 224 с.

155. Сопротивление материалов деформированию и разрушению. Т.2 / под ред. В.Т. Трощенко. Киев : Наукова думка, 1994. - 702 с.

156. Одесский П. Д. Ударная вязкость сталей для металлических конструкций / П.Д. Одесский, И.И. Ведяков. М.: Интермет Инжиниринг, 2003. -232 с.

157. Стариков B.C. Оптимально форсированная тепловая обработка стальных цилиндрических заготовок с ограничением температурной неравномерности по сечению // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1994. - № 8. - С. SO-SS.

158. Браунштейн Е.Р. О горячих и холодных трещинах в сталях при механическом и тепловом нагружении / Е.Р. Браунштейн, B.C. Стариков, Т.П. Гуляева // Изв. вузов. Чер. металлургия 1996.- № 4.-С. 42-45.

159. Pflaume Е. Untersuchengen über das Anwarmen von schmiede vor material // Neue Hutte. - 1961. - № 8.- s. 486-495.

160. Совершенствование тепловой обработки стальных заготовок в нагревательных печах и при транспортировании к стану / B.C. Стариков и др. // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1994. - № 10. - С. 65-68.

161. Оптимизация нагрева заготовок из стали ШХ15СГ перед прокаткой / А.Б. Стеблов и др. // Сталь. 2005. - № 5. - С. 58-61.

162. Маковский В.А. Алгоритмы управления нагревательными печами / В.А. Маковский, И.И. Лаврентик. М.: Металлургия, 1977. - 183 с.

163. Архаров В.И. Окисление металлов / В.И. Архаров. М.: Металлургиздат, 1945. - 171 с.

164. Эванс Ю.Р. Коррозия и окисление металлов / Ю.Р. Эванс. М.: Машиностроение, 1962. - 856 с.

165. Кубашевский О. Окисление металлов и сплавов / О. Кубашевский, Б. Гопкинс. М.: Металлургия, 1965.-428 с.

166. Кофстад П. Высокотемпературное окисление металлов / П. Коф-стад. М. : Мир, 1969. - 392 с.

167. Окисление металлов. Т.1. Теоретические основы / под ред. Ж. Бена-ра. М. : Металлургия, 1967. - 499 с.

168. Окисление металлов. Т.2 / под ред. Ж. Бенара. М.: Металлургия, 1969.-444 с.

169. Францевич И.Н. Высокотемпературное окисление металлов и сплавов / И.Н. Францевич, Р.Ф. Войтович, В.А. Лавренко. Киев.: Государственное издательство технической литературы УССР, 1963. - 323 с.

170. Эстрин Б.М. Производство и применение контролируемых атмосфер / Б.М. Эстрин. М.: Металлургия, 1963. - 343 с.

171. Скворцов A.A. Безокислительный и малоокислительный нагрев стали под обработку давлением / A.A. Скворцов, А.Д. Акименко, М.Я. Кузелев. М.: Машиностроение, 1968. - 270 с.

172. Окисление и обезуглероживание стали / А.И. Ващенко и др.. М.: Металлургия, 1972. - 336 с.

173. Северденко В.П. Окалина при горячей обработке металлов давлением / В.П. Северденко, Е.М. Макушок, А.Н. Равин. М.: Металлургия, 1977. -208 с.

174. Леонидова М.Н. Физико-химические основы взаимодействия металлов с контролируемыми атмосферами / М.Н. Леонидова, Л.А. Шварцман, Л.А. Шульц. М. : Металлургия, 1980. - 263 с.

175. Губинский В.И. Уменьшение окалинообразования при производстве проката / В.И. Губинский, А.Н. Минаев, Ю.В. Гончаров. Киев : Технша, 1981.-135 с.

176. Шмыков A.A. Термодинамика и кинетика процессов взаимодействия контролируемых атмосфер с поверхностью стали / A.A. Шмыков, A.A. Хорошайлов, Е.А. Гюлиханданов М.: Металлургия, 1991. - 160 с.

177. Эстрин Б.М. Контролируемые атмосферы в производстве металлопродукции / Б.М. Эстрин, Ю.И. Шумяцкий М. : Металлургия, 1991. - 303 с.

178. Еланский Г.Н. МГВМИ-75 лет подготовки инженерных кадров для московских предприятий и организаций // Металлург. 2006. - № 11. - С. 3— 5.

179. Прокатка толстых листов / П.И. Полухин и др.. М.: Металлургия, 1984. - 288 с.

180. Бровман М.Я. Усовершенствование технологии прокатки толстых листов / М.Я. Бровман, Б.Ю. Зеличенок, А.И. Герцев. М. : Металлургия, 1969.-256 с.

181. Шабалов И.П. Обобщение исследований по снижению затрат при производстве толстолистовой стали на реверсивном и планетарном станах / И.П. Шабалов, З.К. Шафигин М.: Теплоэнергетик, 2003. - 304 с.

182. Темлянцев М.В. Окисление и обезуглероживание стали в процессах нагрева под обработку давлением / М.В. Темлянцев, Ю.Е. Михайленко М. : Теплотехник, 2006. - 200 с.

183. Влияние точки росы печной атмосферы на поверхностное обезуглероживание улучшаемых сталей / Г.В. Грассгофф и др. // Черные металлы-1969.-№3.-С. 23-34.

184. Войнов С.Г. Шарикоподшипниковая сталь / С.Г. Войнов, А.Г. Шалимов. М. : Металлургиздат, 1962. - 480 с.

185. Ильина В.П. Влияние обезуглероживания поверхности на склонность к хрупкому разрушению высокопрочной стали 38Х5МСФА // МиТОМ-1999.-№ 1.-С. 18-19.

186. Получение композиционной проволоки с мягкой оболочкой методом глубокого обезуглероживания и ее свойства / Х.Н. Белалов и др. // Сталь. 1979. - № 3. - С. 209 - 211.

187. Рахштадт А.Г. Пружинные стали и сплавы / А.Г. Рахштадт. М. : Металлургия, 1971. - 496 с.

188. Борьба с обезуглероживанием рессорной полосы и влияние термической обработки на ее усталостную прочность и долговечность / К.Д. Потемкин и др. // Сталь. 1971. - № 7. - С. 642 - 644.

189. Семенов В.М. Релаксация напряжений в пружинной стали с обезуг-лероженным слоем / В.М. Семенов, С.М. Серебрин, А.Г. Рахштадт / МиТОМ. -1974.-№4.-С. 72-73.

190. Влияние обезуглероженного слоя на качество поверхности рельсов / Д.К. Нестеров и др. // Бюл. НТИ. Черная металлургия. 1992- № 1. - С. 33 -35.

191. Влияние параметров прокатки на качество поверхности рельсов производства комбината «Азовсталь» / В.Ф. Карпенко и др.// Технология производства железнодорожных рельсов и колес : отрасл. сб. науч. тр. Харьков : Изд-во УкрНИИмет. - 1989. - С. 11 - 16.

192. Шур Е.А. Повреждения рельсов / Е.А. Шур. М.: Транспорт, 1971. -112 с.

193. Производство рельсов на Кузнецком металлургическом комбинате / Н.С. Михайлец и др.. М.: Металлургия, 1964. - 223 с.

194. Исследование окисления и обезуглероживания сталей для рельсов и рельсовых накладок при нагреве под прокатку / М.В. Темлянцев и др. // Изв. вузов. Чер. металлургия. -2004. № 8. - С.36-38.

195. Темлянцев М.В. Металлографическое исследование поверхностного обезуглероженного слоя рельсов / М.В. Темлянцев, А.Ю. Сюсюкин, Н.В. Темлянцев // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2005. - № 4. - С.37-40.

196. Козырев H.A. Производство железнодорожных рельсов из электростали / H.A. Козырев, В.П. Дементьев Новокузнецк : Изд-во ИПК, 2000. - 267 с.

197. Самойлович Ю.А. Определение перепада температур в слое окалины, растущем на поверхности нагреваемой стальной заготовки // Нагрев и охлаждение стали, теплотехника слоевых процессов: сб. науч. тр. М. : Металлургия, 1970.-№ 23. - С. 71 - 81.

198. Перетятько В.Н. Горячая прокатка листовой нержавеющей стали / В.Н. Перетятько, А.Ф. Кузнецов. Кемерово : Кемеровское кн. изд-во, 1989. -254 с.

199. Носов Г.Л. Нагрев двухслойной пластины // Нагрев и охлаждение стали, теплотехника слоевых процессов : сб. науч. тр. / Г.Л. Носов, А.Е. Шай-кина М. : Металлургия, 1970. - № 23. - С. 47 - 67.

200. Кузнецова Н.П. Влияние окалинообразования на интенсивность теплообмена в методических печах / Н.П. Кузнецова, Г.И. Колченко // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1988. -№ 7. - С. 123 - 126.

201. Хорошавин Л.Б. Окалиноустойчивость некоторых огнеупорных бетонов / Л.Б. Хорошавин, В.А. Перепелицын, Т.И. Борискова // Огнеупоры-1979. -№> 1.- С. 43-47.

202. Анализ причин повышенного износа стен нагревательных колодцев слябинга 1150 завода им. Ильича / В.Л. Карасик и др. // Огнеупоры. 1986. -№ 3. - С. 42-46.

203. Каплан В.Г. Наладка и эксплуатация печей для нагрева металла / В.Г. Каплан М. : Металлургия, 1965. - 400 с.

204. О реализации режимов нагрева, минимизирующих окисление металла / Н.Ю. Тайц и др. // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1969. - № 12 - С. 135- 138.

205. Об угаре металла при нагреве слитков в нагревательных колодцах // Н.П. Свинолобов и др. // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1988. - № 4. - С. 73-76.

206. Горбунов А.Д. Математическая модель тепловой обработки слитков перед прокаткой с учетом окалинообразования / А.Д. Горбунов, А.Ф. Рыжов, Н.С. Рой // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1991. - № 1. - С. 84 - 86.

207. Кельох М. Окисление углеродистой стали в продуктах сгорания коксовального газа // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1989. - № 11. - С. 133 - 136.

208. Анализ режимов нагрева с точки зрения окисления стали / Л.А. Гу-зов и др. // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1970. - № 12. - С. 145 - 146.

209. Штиллер В. Уравнение Аррениуса и неравновесная кинетика / В Штиллер. М. : Мир, 2000. - 176 с.

210. Лебедев А.Н. Окалинообразование углеродистых сталей в атмосфере воздуха / А.Н. Лебедев, Е.И. Казанцев, С.И. Гинкул // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1985. -№ 10. - С. 155.

211. Иванов А.И. Экспериментальное исследование окисления железа в продуктах сгорания природного газа / А.И. Иванов, В.Г. Федорина, О.Н. Го-рова // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1984. - № 12. - С. 86 - 88.

212. Криштал М.А. Диффузионные процессы в железных сплавах / М.А. Криштал. М. : Металлургиздат, 1963. - 277 с.

213. Криштал М.А. Механизм диффузии в железных сплавах / М.А. Криштал. М.: Металлургия, 1972. - 399 с.

214. Криштал М.А. Многокомпонентная диффузия в металлах / М.А. Криштал, А.И. Волков. -М. : Металлургия, 1985. 176 с.

215. Губинский В.И. Расчет обезуглероживания стали в нагревательных печах / В.И. Губинский, Ю.В. Кузнецов // Изв. вузов. Чер. металлургия. -1985.-№ 8.-С. 119-120.

216. Охснер А. Влияние изменяющегося в зависимости от метода расчета коэффициента диффузии на профили концентраций углерода в стали / А. Охснер, И. Гегнер, Мишурис // МиТОМ. 2004. - № 4. - С. 13 - 16.

217. Могутнов Б.М. Термодинамика сплавов железа / Б.М. Могутнов, И.А. Томилин, Л.А. Шварцман. М. : Металлургия, 1984. - 208 с.

218. Гусовская И.В. Некоторые вопросы динамики обезуглероживания и науглероживания / И.В. Гусовская, А.И. Ващенко, Л.А Шульц // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1974. - № 1. - С. 179 - 184.

219. Оптимизация температурного режима протяжной печи обезуглероживающего отжига кремнистой электротехнической стали / Ю.П. Зубков и др. // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1991- № 3 - С. 100-103.

220. Асцатуров В.Н. Расчет коэффициентов диффузии при численном методе определения полей концентраций углерода в сталях /В.Н Асцатуров,

221. А.П. Суровцев, C.C. Потапова // Печи машиностроительной промышленности : труды ВНИПИТеплопроекта, 1974. Вып. 34. - С. 54 - 62.

222. Теоретико-экспериментальное исследование взаимосвязанных процессов окалинообразования и обезуглероживания при нагреве непрерывно-литых заготовок в проходных печах / А.Б. Стеблов и др. // Изв. вузов. Энергетика. 1991.- № 6. - С. 104 - 108.

223. Коновалов A.B. Математическая модель окалинообразования и обезуглероживания металла в процессе нагрева / A.B. Коновалов, О.Ю. Муй-земнек // Металлы. 2000. - № 4. - С. 40-43.

224. Индукционный нагрев качественных сталей / В.Н. Асцатуров и др. // Сталь. 1970. - № 7 .- С. 641 - 643.

225. Окисление и обезуглероживание углеродистой стали при термической обработке / А.И. Ващенко и др. // Сталь. 1970. - № 11. - С. 1038— 1039.

226. Разработка мероприятий по снижению обезуглероживания рессорной полосовой стали / Н.П. Скрябин и др. // Сталь 1972. - № 6. - С. 572.

227. Шульц JI.A. Постадийное сжигание газообразного топлива основа ресурсосберегающих и экологически совершенных технологий нагрева металла / Л. А. Шульц, Н.М. Говорова. // Изв. вузов. Чер. металлургия. - 1996. -№5.-С. 66-70.

228. Шульц JI.A. По следам разработки и внедрения печей со стадийным сжиганием топлива и перспективы их развития в металлургии // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2005.- № 10. - С. 62 - 69.

229. Швыдкий B.C. Элементы теории систем и численные методы моделирования процессов тепломассопереноса / B.C. Швыдкий и др.. М.: Ин-термет Инжиниринг, 1999. - 520 с.

230. Телегин A.C. Тепло-массооперенос / A.C. Телегин, B.C. Швыдкий, Ю.Г. Ярошенко. М. : Металлургия, 1995. - 400 с.

231. Стариков B.C. Исследование разрушения заготовок из конструкционных углеродистых сталей с литой и катаной структурой при интенсивных тепловых обработках / B.C. Стариков, М.В. Темлянцев // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2002. - № 4. - С.37-41.

232. Темлянцев М.В. Исследование разрушения заготовок из конструкционных рессорно-пружинных сталей с катаной и литой структурой при комбинированных тепловых обработках / М.В. Темлянцев, B.C. Стариков // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2003. - № 4 - С.56-58.

233. Особенности технологии нагрева катаной и литой подшипниковой стали перед горячей механической обработкой / B.C. Стариков и др. // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1994. - № 2 - С. 58-64.

234. Гудков A.A. Трещиностойкость стали / A.A. Гудков М. : Металлургия, 1989.-376 с.

235. Нагорный Л.К. Влияние эффекта фазовых превращений на замедление нагрева металла при скоростном нагреве / Л.К. Нагорный, A.A. Астафьев, В.А. Бойко // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1980. - № 9. - С. 122-126.

236. Гуляев А.П. Термическая обработка стали / А.П. Гуляев. М. : Машгиз, 1960. - 496 с.

237. Тайц Н.Ю. Исследование обезуглероживания при нагреве стали методами цифрового моделирования / Н.Ю. Тайц, В.Н. Асцатуров, Р.В. Авдеева // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1967. - № 7. - С. 182 - 186.

238. Голиков И.Н. Ванадий в стали / И.Н. Голиков, М.И. Гольдштейн, И.И. Мурзин. М. : Металлургия, 1968. - 291 с.

239. Снитко Ю.П. Расчет растворимости карбонитридов в рельсовой стали / Ю.П. Снитко, A.B. Введенский, Н.В. Королев // Сборник трудов юбилейной рельсовой комиссии ОАО «КМК». Новокузнецк, 2002. - С. 97 - 104.

240. Панферов В.И. Моделирование нагрева окисляющихся слябов // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1994. - № 10. - С. 52 - 55.

241. Самарский A.A. Методы решения сеточных уравнений / A.A. Самарский, Е.С. Николаев. М.: Наука, 1978. - 592 с.

242. Тихонов А.Н. Уравнения математической физики / А.Н. Тихонов, A.A. Самарский. -М.: Изд-во МГУ, 1999. 798 с.

243. Рациональный выбор режима нагрева стальных слябов под прокатку / М.В. Темлянцев др. // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2001. - № 2. - С. 55 -58.

244. Темлянцев М.В. Расчет температурных полей в призматических заготовках при термоциклировании / М.В. Темлянцев, B.C. Стариков // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2000. - № 2. - С.42-45.

245. Нисковских В.М. Машины непрерывного литья заготовок / В.М. Нисковских, С.Е. Карлинский, А.Д. Беренов. М. : Металлургия, 1991. - 272 с.

246. Забильский В.В. Вязко-хрупкий переход в сталях при околосоли-дусных температурах / В.В. Забильский, P.M. Никонова // МиТОМ. 2006-№ 4.- С. 9 - 20.

247. Перетятько В.Н. Пластичность углеродистых сталей / В.Н. Пере-тятько, М.А. Зайков // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1961- № 6 - С. 67-73.

248. О выборе температурных режимов нагрева под прокатку непрерывно литых заготовок рельсовой электростали / М.В. Темлянцев и др. // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2005 - № 12. - С.47 - 49.

249. Темлянцев М.В. Исследование температур оплавления образующейся при нагреве стали печной окалины / М.В. Темлянцев, Н.В Темлянцев // Изв. вузов. Чер. металлургия 2005. - № 9. - С.51 - 53.

250. Дроздовский Б.А. Влияние трещин на механические свойства конструкционных сталей / Б.А. Дроздовский, Я.Б. Фридман. М.: Металлургиздат, 1960.-260 с.

251. Темлянцев М.В. Разрушение заготовок из конструкционных хромистых сталей при интенсивных тепловых воздействиях / М.В. Темлянцев, B.C. Стариков, В.Н. Перетятько // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2003. - № 6. -С. 44-46.

252. Темлянцев М.В. Исследование разрушения заготовок из конструкционных рессорно-пружинных сталей с катаной и литой структурой при комбинированных тепловых обработках / М.В. Темлянцев, B.C. Стариков // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2003. - № 4. - С.56-58.

253. Окисление углеродистых конструкционных сталей при нагреве в атмосфере воздуха под обработку давлением / М.В. Темлянцев и др. // Заготовительные производства в машиностроении. 2004. - № 5. - С.44-46.

254. Исследование структурных составляющих и количества вторичной окалины на катанке / В.Н. Шадрин и др. // Сталь. 1982. - № 4 - С. 51 - 52.

255. Темлянцев М.В. О некоторых особенностях состава окалины, образующейся на марганцовистых сталях при высокотемпературном нагреве /

256. М.В. Темлянцев, Н.В. Темлянцев // Изв. вузов. Чер. металлургия 2005 - № 8. -С. 69-70.

257. Нагрев под прокатку непрерывнолитых заготовок рельсовой электростали / М.В. Темлянцев и др. // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2005. - № 6.-С. 51-53.

258. Аронскинд В.П. Изучение зависимости параметра элементарной ячейки и точки Кюри магнетитов от содержания в них изоморфного марганца / В.П. Аронскинд, А.Н. Айзикович // Рентгенография минерального сырья : сб. № 7. М.: Недра, 1970. - С. 60 - 68.

259. Темлянцев М.В. Состав окалины, образующейся на стали 45Г17ЮЗ при высокотемпературном нагреве // Заготовительные производства в машиностроении. 2006. - № 1.- С.51- 52.

260. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов / Н.П. Жук. -М.: Металлургия, 1976. 472 с.

261. Темлянцев М.В. Высокотемпературное окисление и обезуглероживание кремнистых пружинных сталей / М.В. Темлянцев, Н.В. Темлянцев // Заготовительные производства в машиностроении 2005. - № 3. - С. 50 - 52.

262. Темлянцев М.В. Исследование химического состава окалины пружинной стали 60С2 / М.В. Темлянцев, Н.В. Темлянцев // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2005. - № 2. - С. 75 - 76.

263. Включения и газы в сталях / В.И. Явойский и др. М. : Металлургия, 1979.-272 с.

264. Явойский В.И. Неметаллические включения и свойства стали / В.И. Явойский, Ю.И. Рубенчик., А.П. Окенко. -М. : Металлургия, 1980. 176 с.

265. Малиночка Я.Н. Перегрев и пережог стали / Я.Н. Малиночка, Г.З. Ковальчук, Л.Н. Багнюк // Сталь. 1983. - № 9. - С. 73 - 77.

266. Исследование окисления низколегированных кремнемарганцови-стых сталей при нагреве в электрических печах сопротивления / М.В. Темлянцев и др. // Изв. вузов. Чер. металлургия.- 2004. № 4. - С.47 - 49.

267. Казанцев Е.И. Исследования химического состава и температуры оплавления окалины / Е.И. Казанцев, А.Н. Лебедев // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1986. -№ 10. - С. 153 - 154.

268. Пат. 48327, Российская Федерация, МПК7 C21D9/00. Заготовка для нагрева в толкательных методических печах с глиссажными трубами / М.В. Темлянцев. № 2005107184/22 ; заявл. 14.03.05 ; опубл. 10.10.05, Бюл. № 28. -С. 1075-1076.

269. А.с. 1070407, SU, Мкл. F27B3/02, F27B9/30 ; заявл. 6.08.1980

270. Пат. 59228, Российская Федерация, МПК F27B9/30. Рейтер методической печи с шагающими балками / М.В. Темлянцев .- № 2006108231/22 ; заявл. 15.03.06 ; опубл. 10.12.06, Бюл. № 34.-С 517-518.

271. Ограничения при прокатке неравномерно прогретой стали / М.В. Темлянцев и др. // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2000. -№ 10. - С.33-35.

272. Темлянцев М.В. Оценка и выбор основных конечных параметров термомеханической обработки сталей / М.В. Темлянцев, В.Н. Перетятько, B.C. Стариков // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2001. - № 4. - С. 37-39.

273. Козырев H.A. Железнодорожные рельсы из электростали / H.A. Козырев и др.. Новокузнецк, 2006. - 388 с.

274. Браунштейн Е.Р. Выработка поверхностных дефектов при прокатке рельсов / Е.Р. Браунштейн, В.Н. Перетятько // Изв. Вузов. Чер. металлургия. -1997.-№8.-С. 32-35.

275. Разработка прогрессивных калибровок и технологий прокатки на станах Новокузнецкого металлургического комбината / В.В. Павлов и др.. -Новосибирск: Наука, 2006. 224 с.

276. Поляков В.В. Основы технологии производства железнодорожных рельсов / В.В. Поляков, A.B. Великанов. М.: Металлургия, 1990. - 416 с.

277. Оптимизация нагрева слитков рельсовой стали перед прокаткой / В.Ф. Карпенко и др. // Бюл. НТИ. Черная металлургия. 1982. - № 2. С. 50, 51.

278. Темлянцев М.В. Определение угара и обезуглероживания непрерывно литых заготовок рельсовой стали при нагреве в методических печах с шагающими балками / М.В. Темлянцев, Е.А. Колотов, А.Ю. Сюсюкин // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2006. - №12. - С. 62-63.

279. Условия эффективного воздействия нитридных и карбонитридных фаз на измельчение структуры перлитных сталей / Н.Г. Шапошников и др. // Сталь. 2004. - №7. - С. 84-87.

280. Анализ особенностей температурных режимов нагрева непрерывно литых и катаных стальных заготовок / М.В. Темлянцев и др. // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2004. - № 10. - С. 46-47.1. ЕвразХолдинг

281. Нижнетагильский металлургический комбинат

282. ОАО "Нижнетагильский металлургический комбинат"

283. Россия, 622025, Свердловская область,г.Нижиий Тагил, ул.Мвталлургов, 1тел.: (3436) 49-72-81; факс: (3438) 49-06-94;

284. Телекс: 612081; www.ntmk.ru; E-mail: post@ntmk.ruо внедре!научно-исследовательской работы1. К»

285. Результаты НИР приняты к внедрению. Составлена:1. ЕвразХолдинг

286. Новокузнецкий металлургический комбинат

287. ОАО "Новокузнецкий металлургический комбинат" Россия,654010, Кемеровская обл., г.Новокуэнецк, пл. Побед. 1 тел.: +7(3843)79-22-20 факс:+7(3843) 79-58-58 Е mail: kancelyar1ya®nkmk.ru; www.nkmk.ru

288. ОГРН 1034217017086, ОКПО 14788411, ИНН/КПП 4217058451/421601001

289. Результаты НИР приняты к внедрению. Прогнозируемый экономический эффект от разработанных мероприятий составляет 550-800 тыс. руб. в год.

290. НАСТОЯЩИЙ АКТ СОСТАВЛЕН ДЛЯ КОНСТАТАЦИИ НАУЧНОЙ И ПРАКТИЧЕСКОЙ ЗНАЧИМОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ НИР И НЕ ЯВЛЯЕТСЯ ОСНОВАНИЕМ ДЛЯ1. ФИНАНСОВЫХ ПРЕТЕНЗИЙ.1. Подготовлен:1. Зам. начальника ЦКЛК

291. ОАО «НКМК» по НИР, начальнг"1. НЛЗ.рельсопрокатной лаборатории

292. Начальник лаборатории металловедения1. Корнева Л.В.1. ЕвразХолдинг

293. Новокузнецкий металлургический комбинат1.у Г І.--Д . Г.",,орсиё.

294. ОАО "Новокуэнецкий металлургический комбинат" Россия.654010, Кемеровская обл., г.Новокузнецк, пл. Побед. 1 тел.: +7(3843)79-22-20 фа«С;'7(3843) 79-54-58 Е mail: kancelyariya@nkmk.ru; www.nkmk.ru

295. ОГРН 1034217017086. ОКПО 14788411, ИНН/КПП 4217058451/421650001

296. УТВЕРЖДАЮ: Жт&ґОАО «НКМК» Пятайкин Е.М. 2006 г.1. СПРАВКАо промышленном внедрении результатов НИР

297. В НИР разработаны различные варианты тепловых и температурных режимов форсированного, замедленного нагрева с холодного и теплого посадов НЛЗ в методической печи с шагающими балками.

298. ПАРАМЕТРЫ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМОВ НАГРЕВА НЛЗ В ПЕЧИ С ШАГАЮЩИМИ1. БАЛКАМИ

299. Результаты НИР приняты к внедрению и учтены при разработке технологической инструкции ВТИ 126-СК-100-2005.

300. Справка не является основанием для финансовых претензий. Подготовлена:

301. Зам. начальника ЦКЛК ОАО «НКМК» по НИР начальник рельсопрокатной лаборатории1. В.В.Гаврилов1. ЕвразХолдинг

302. Новокузнецкий металлургический комбинат

303. ОАО "Новокузнецкий металлургический комбинат" Россия,654010, Кемеровская обл., г.Новокузнецк, пл. Побед, 1 тел.: +7(3843)79-22-20 факс:+7(3843) 79-58-58 Е mail: kancelyariya@nkmk.ai; www.nkmk.ru

304. ОГРН 1034217017086, ОКПО 14788411, ИНН/КПП 4217058451/4216500011. АКТпромышленного внедрении результатов научно-исследовательской работы

305. Настоящий акт составлен для констатации научной и практической значимости результатов НИР и не является основанием для финансовых претензий)

306. Совокупный экономический эффект от внедрения результатов НИР составил 940 тыс. руб. в год.1. Составлен:

307. Зам. начальника ЦКЛК ОАО «НКМК» по НИР- начал рельсопрокатной лаборатории1. Гаврил ов В.В.

308. ОАО "Новокузнецкий металлургический комбинат" Россия,654010, Кемеровская обл., г.Новокузнецк, пл. Побед. 1 тел.: +7(3843)79-22-20 факс:+7(3843) 79-58-58 Е mall: kanceiyariya@nkmk.ru; www.nkmk.ru

309. ОГРН 1034217017086. ОКПО 14788411. ИНН/КПП 4217058451/42165000!о внедрении в производство результатов научно-исследовательской работы

310. Цель работы сбор, классификация и систематизация сведений по причинам и особенностям образования, трансформации и характерным признакам различных дефектов рельсовой стали, возникающих при производстве рельсов из непре-рывнолитых заготовок.

311. Настоящий акт составлен для подтверждения научной и практической значимости полученных результатов НИР и не является основанием для финансовых претензий исполнителей!1. Составлен:

312. Замначальника ЦКЛК ОАО «НКМК» по НИР, начальнрельсопрокатной лаборатории1. Корнева Л.В.

313. ОАО "Новокузнецкий металлургический комбинат" Россия,654010, Кемеровская обл., г.Новокузнецк, пл. Побед, 1 тел.: +7(3843)79-22-20 факс:+7(3843) 79-58-58 В mail: kancelyariya@nkmk.ru; www.nkmk.ru

314. ОГРН 1034217017086, ОКПО 14788411, ИНН/КПП 4217058451М216500011. АКТо промышленном внедрении результатов научно-исследовательской работы

315. ОАО «НКМК» по НИР, начальникрельсопрокатной лаборатории

316. Главный прокатчик ОАО «НКМК» к.т.н.

317. Начальник управления научных .исследований Комаренко Г.Я.

318. Начальник учебного отдела, доцент1. Приходько О.Г.