name: Развитие теоретических и технологических основ эффективного производства проката из рельсовых сталей на основе комплексного параметра оптимизации
keyword_list: рельсовые профили прокатка в черновых клетях энергоэффективность качество проката моделирование
abstract: Цель: Разработка теоретической базы и технологических основ повышения эффективности производства проката из рельсовых сталей на основе комплексного параметра оптимизации. Для достижения цели работы сформулированы следующие основные задачи: 1) разработать концептуальные основы и алгоритм применения методики совершенствования режимов производства проката из рельсовых сталей на основе комплексного параметра оптимизации, учитывающего влияние параметров деформации на показатели качества готового проката и технико-экономические показатели его производства; 2) провести экспериментальные исследования влияния параметров деформации, химического состава и структуры заготовок рельсовых сталей различных марок на их пластичность и сопротивление пластической деформации; 3) провести исследования формирования напряженно-деформированного состояния металла при прокатке в калибрах различной формы, используемых на начальной стадии прокатки рельсов из сталей массового сортамента и при прокатке нерельсовых профилей, производимых из отбраковки заготовок рельсовых сталей; 4) провести экспериментальные исследования процессов образования и трансформации дефектов при прокатке рельсов массового сортамента и нерельсовых профилей, получаемых из отбраковки заготовок рельсовых сталей; 5) разработать и провести опытно-промышленное опробование эффективных режимов прокатки рельсовых профилей различного назначения, обеспечивающих повышение показателей их качества и технико-экономических показателей производства; 6) разработать и провести опытно-промышленное опробование технических решений по повышению стойкости прокатных валков, используемых при прокатке рельсовых сталей; 7) разработать и провести опытно-промышленное опробование режимов производства мелющих шаров из отбраковки заготовок рельсовых сталей, обеспечивающих повышенные качественные и эксплуатационные характеристики получаемых шаров. Для проведения экспериментальных исследований сопротивления пластической деформации рельсовых сталей использована установка «Gleeble System 3800» и специализированная лабораторная установка для горячего кручения образцов; исследования горячей пластичности рельсовых сталей проведены с использованием указанной специализированной лабораторной установки. В качестве объекта исследований использованы образцы рельсовых сталей различных марок, отобранные от непрерывнолитых заготовок текущего производства АО «ЕВРАЗ ЗСМК» и ПАО «Мечел». При проведении экспериментальных исследований трансформации поверхностных дефектов в процессе прокатки рельсов и нерельсовых профилей использован лабораторный прокатный стан «Дуо-80» со сменными комплектами валков. Для обработки результатов экспериментальных исследований применялась программа «MATLAB», использующая современные методы математической статистики. Математическое моделирование процессов деформации металла в калибрах различной формы проведено с использованием специализированного инженерного программного комплекса DEFORM-2D, основанного на методе конечных элементов. Исследования качества микроструктуры рельсов и мелющих шаров из рельсовых сталей, в том числе характерных дефектов и неметаллических включений, проведены с использованием методов оптической микроскопии (микроскоп «OLIMPUS – GX 51»), методики Spark-DAT (спектрометр «ARL iSpark») и рентгенофазового анализа (рентгеновский дифрактометр «Shimadzu XRD-6000»); исследования химического состава рельсов и мелющих шаров проведены методами спектрального анализа (рентгенофлуоресцентный волнодисперсионный спектрометр «Shimadzu XRF-1800» и атомно-эмиссионный спектрометр ДФС-71). Натурные эксперименты по опытно-промышленному опробованию новых режимов прокатки рельсов проведены в условиях универсального рельсобалочного стана АО «ЕВРАЗ ЗСМК», эксперименты по опробованию режимов прокатки мелющих шаров из отбраковки заготовок рельсовой стали и наплавке прокатных валков с использованием разработанного нового материала – в условиях шаропрокатного и сортопрокатного станов АО «Гурьевский металлургический завод». Научная новизна: 1) разработана методика совершенствования режимов производства проката их рельсовых сталей на основе комплексного параметра оптимизации, учитывающего влияние параметров деформации на показатели качества готового проката и технико-экономические показатели его производства; 2) впервые установлены и теоретически обоснованы закономерности изменения сопротивления пластической деформации и пластичности рельсовых сталей марок К76Ф, Э76ХФ, Э76ХСФ и Э90ХАФ при варьировании их химического состава в рамках фактического и допустимого интервалов изменения содержания основных химических элементов; 3) получены новые данные о механизмах влияния термомеханических параметров деформации на сопротивление пластической деформации рельсовых сталей в условиях, характерных для горячей прокатки, в том числе доказано протекание динамической рекристаллизации, обуславливающей наличие выраженных максимумов на кривой течения стали марки К76Ф; 4) впервые определены и обоснованы закономерности изменения сопротивления пластической деформации по сечению (зонам кристаллизации) непрерывнолитых заготовок рельсовых сталей на примере стали марки К76Ф; 5) получены новые научно-обоснованные данные о формировании напряженно-деформированного состояния металла и механизмах трансформации дефектов на начальной стадии прокатки железнодорожных рельсов; 6) впервые определены закономерности образования и выкатываемости дефектов при производстве сортовых заготовок и мелющих шаров из отбраковки непрерывнолитых заготовок рельсовых сталей. Практическая значимость работы: 1) получены аналитические зависимости сопротивления пластической деформации и критерия пластичности от термомеханических параметров деформации и химического состава рельсовых сталей различных марок, что дает возможность их практического применения при совершенствовании режимов прокатки указанных сталей; 2) определены и обобщены в виде аналитических зависимостей закономерности влияния параметров деформации на вероятность образования и выкатываемости дефектов в процессе прокатки рельсов и сортовых заготовок из рельсовых сталей, являющиеся эффективным инструментом прогнозирования изменения параметров качества указанных видов проката при изменении режимов их производства; 3) разработаны, прошли опытно-промышленное опробование и внедрены в условиях универсального рельсобалочного стана АО «ЕВРАЗ ЗСМК» энергоэффективные, материалосберегающие режимы производства рельсовой продукции, обеспечивающие повышение качественных показателей готовых рельсов и увеличение производительности прокатного стана, в том числе режим прокатки железнодорожных рельсов (экономическая эффективность, подтвержденная Актом внедрения, составила 121,051 млн. руб/год при долевом участии автора диссертационной работы 20 % или 24,210 млн. руб) и режим прокатки остряковых рельсов (ожидаемый экономический эффект от внедрения 29,7 млн. руб/год); 4) разработан технологический режим производства мелющих шаров из отбраковки заготовок рельсовых сталей, опытно-промышленное опробование которого в условиях действующего шаропрокатного стана ОАО «ГМЗ» показало улучшение качества микроструктуры производимых помольных шаров, позволило повысить их эксплуатационные характеристики, в том числе ударную стойкость. Ожидаемая экономическая эффективность, подтвержденная Актом использования результатов исследования, составляет 22,5 млн. руб/год; 5) для восстановления прокатных валков сортовых станов, специализирующихся на производстве заготовок из отбраковки рельсовых сталей, разработана, получила патентную защиту и прошла опытно-промышленное опробование в условиях сортопрокатного производства ОАО «ГМЗ» новая наплавочная проволока на основе техногенных отходов. Эффективность разработанной порошковой проволоки подтверждена Справкой об опытно-промышленной наплавке прокатных валков: зафиксировано увеличение срока службы прокатных валков на 17-21 % и снижение стоимости процесса наплавки на 160-870 руб. на 1 кг наплавленного слоя;
  6) результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВО «Сибирский государственный индустриальный университет» и используются при подготовке научно-педагогических кадров в аспирантуре по направлению 22.06.01 «Технологии материалов», направленность «Обработка металлов давлением».
chairman_dissertation_council.name: Евгений
chairman_dissertation_council.surname: Протопопов
chairman_dissertation_council.patronymic: Валентинович
chairman_dissertation_council.position: профессор кафедры металлургии черных металлов
chairman_dissertation_council.degree: Доктор технических наук
chairman_dissertation_council.rank: Профессор
chairman_dissertation_council.wos_research_id: M-1137-2013
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 6603559891
chairman_dissertation_council.rinc_id: 415826
chairman_dissertation_council.orcid: 0000-0002-7554-2168
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Николай
organization_supervisor.surname: Козырев
organization_supervisor.patronymic: Анатольевич
organization_supervisor.position: Проректор по научной и инновационной деятельности
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 53.43.31
rubrics.name: Производство сортовых профилей проката черных металлов
rubrics.code: 53.43.33
rubrics.name: Производство специальных профилей проката черных металлов
oecds.code: 02.05.PZ
oecds.name: METALLURGY & METALLURGICAL ENGINEERING
speciality_codes.name: Обработка металлов давлением
speciality_codes.code: 2.6.4.
supervisors.fio: Юрьев А.Б.
supervisors.scientific_degree: Доктор технических наук
supervisors.speciality_code: Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Шур Е.А.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Шварц Д.Л.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Обработка металлов давлением
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Сидельников С.Б.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Обработка металлов давлением
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: ФГБОУ ВО "СИБГИУ", ФГБОУ ВО "СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ",  СИБГИУ,  СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"
protection_organization.ogrn: 1024201470908
protection_organization.supervisor_name: АЛЕКСЕЙ
protection_organization.supervisor_surname: ЮРЬЕВ
protection_organization.supervisor_patronymic: БОРИСОВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения
author_organization.short_name: ФГБОУ ВО "СИБГИУ", ФГБОУ ВО "СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ",  СИБГИУ,  СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"
author_organization.ogrn: 1024201470908
author_organization.supervisor_name: АЛЕКСЕЙ
author_organization.supervisor_surname: ЮРЬЕВ
author_organization.supervisor_patronymic: БОРИСОВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения