Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Научные направления
Поделиться:
Разделы: Электротехника, Физика, Машиностроение, Техника, Химия
Размещена 21.05.2019. Последняя правка: 20.05.2019.

Высоколегированные стали в условиях ПАО «ММК»

Виноградова Ирина Владимировна

Санкт-Петербургский горный университет

студент

Гульков Юрий Владимирович, кандидат технических наук, Санкт-Петербургский горный университет


Аннотация:
В данной статье обозревается ситуация на российском и мировом рынке металлургической промышленности. Обосновывается необходимость использования новых видов сталей. Проводится оценка химических и физических свойств высоколегированных сталей российских и зарубежных производителей. Предлагается технические решения, обеспечивающие выпуск сталей специализированных характеристик.


Abstract:
In this article reviews the situation on the Russian and global steel market. It justifies the need to use new types of steel. The chemical and physical properties of high-alloy steels of Russian and foreign manufacturers are being assessed. Proposed technical solutions to ensure the production of steels of specialized characteristics.


Ключевые слова:
сталь MAGSTRONG; сталь Hardox; термообработка; микроструктура; химический состав; струйная система воздухоподготовки

Keywords:
MAGSTRONG steel; Hardox steel; heat treatment; microstructure; chemical composition; jet system air preparation


УДК 669

Введение

Однако модернизация производств не является гарантией сохранения хороших позиций на мировом рынке. За последние 10 лет для защиты собственных интересов страны с развитой промышленностью установили дополнительные меры для производств, основная задача которых заключается в производстве металла и изделий на его основе, а именно ограничили импорт сырья из других стран, что оказало существенное влияние на российских поставщиков. Встал вопрос о необходимости не только поддерживать качество сырья и металлопродукции, но и о предложении совершенно новых идей выпуска готовых изделий и металлопроката. Один из ответов на этот вопрос предложил ПАО «Магнитогорский Металлургический комбинат» (ПАО «ММК»), который представил на 3-ей Международной специализированной выставке «Металлоконструкции-2018» высокопрочные и износостойкие стали» ассортимент новой металлопродукции инновационного состава. В дальнейшем в статье будет рассматриваться сравнение высоколегированных сталей на примерах MAGSTRONG H500 и HARDOX 500.Металлургическая отрасль представляет собой одну из наиболее энергоемких областей промышленности. В странах с развитой промышленной структурой для металлургической промышленности характерно постоянное движение к снижению удельных расходов энергии. В Российской Федерации на долю комплексов, специализирующихся на металлах и металлопродукции приходится примерно до  38-40% всех энергоресурсов, которые используются в технологическом цикле. Для выполнения этой задачи формируются программы реконструкции и модернизации производств с внедрением новых технологий, позволяющих повысить энергоэффективность производственных процессов выплавки металла.

В статье проводится оценка сталей и изделий из металла особого состава в условиях ПАО «ММК» как основных конкурентов западной металлопродукции, на основе сравнения с зарубежными аналогами. Дальнейшее рассмотрение проблем выплавки высоколегированных сталей будет проводиться на примере этого предприятия, поскольку выявлена общность технологических комплексов такого типа производств.

Для этого были поставлены следующие задачи:

  • Изучить потребности современного рынка в стали и в продукции из металла.
  • Выявить основных игроков общемирового рынка стали.
  • Рассмотреть основные проблемы, связанные с реализацией и поставкой стали до конечного потребителя.
  • Проанализировать особенности процесса изготовления стали и металлопродукции.

Актуальность

Несмотря на положительную динамику, в 2018-2019 году наблюдается снижение показателей выпуска продукции металлургического комплекса. Это связанно с уменьшением спроса в заданном периоде на трубы большого диаметра, используемые при строительстве магистральных газо- и нефтепроводов. В качестве примера можно привести финансовые отчёты, согласно которым наравне с падением спроса на трубы возрос спрос на многосерийные изделия для строительной отрасли и машиностроения. Для сохранения положительной динамики на мировом рынке, предприятием ПАО «ММК» принято решение о необходимости выпуска новой марки металла, сконцентрировав усилия на завершающем этапе обработки продукции.

В странах Европейского союза, США, Канаде и др., экономические рычаги, обеспечивающие регулирование воздействия на окружающую среду сформированы в виде взимания платы за технологические выбросы. Другими словами, размеры платы за загрязнение должны быть таковы, чтобы покрыть все расходы, связанные с достижением необходимого качества окружающей среды. Вследствие чего, европейские предприятия минимизируют влияния неблагоприятных изменений в окружающей среде, которые могут быть предметом экологического налогообложения.

С нашей точки зрения отечественные металлургические предприятия и рассмотренное в качестве примера ПАО «ММК» имеют все условия и возможности стать одними из основных поставщиков металлопродукции высокого класса для этих стран. Так как предприятие относится к комплексу с полным технологическим циклом, включающие следующие этапы: добыча сырья с последующим изготовлением металлопродукции, термообработка  полностью осуществляемая в рамках единого производства. Тем самым минимизируются затраты на поставку, транспортировку, очистку сырья и т.д.

Рынок металла

Наши исследования показали, что для металлургических компаний стратегически важным остается внутренний рынок. Крупнейшими регионами сбыта отечественных металлургических предприятий на внутреннем рынке традиционно являются Урал и Поволжье, на которые приходится 66% внутренних продаж. В качестве примера можно привести ПАО «ММК», в условиях которого к завершению 2017 финансового года доля металлопродукции в структуре продаж на внутренний рынок составила 64% от общего объема товарной металлопродукции. Это определённо значительный показатель.

Динамика ценового коридора

Рис. 1. Динамика ценового коридора как разница между средневзвешенной ценой реализации на примере ПАО «ММК» на рынке РФ включая стоимость сырьевой корзины

Обработав данные «Металл Эксперт» и WSA мы пришли к выводу, что объём вырос на 1,2 % или на 71,7 млн т. Если говорить о регионах стран СНГ, объем производства стали в 2017 году остался без изменений и составил 102,1 млн т. В сравнении с Украиной выплавка составила всего 22,7 млн т, что меньше на 6,4 %, чем в 2016 году.

Средняя загрузка мировых сталеплавильных мощностей в 2017 году выросла на 2,9 п.п. г/г, до 72,3 %. Мы считаем, что рост данного показателя в первую очередь обусловлен сокращением избыточных и полулегальных мощностей в КНР в 2017 году.

Показатели производства стали в мире
Рис. 2. Показатели производства стали в мире, млн. т

Исходя из данных Росстата, промышленное производство по итогам 2017 года выросло на 1% по сравнению с 2016 года, а производство стали в России в целом за то же период составил 71,7 млн т (+1,2% к 2016 году), производство металлопроката (без учета переката) достигло 66 млн т (+1,4%).

Динамика потребления стали
Рис. 3. Динамика потребления стали

Проблемы реализации

Высоколегированные стали имеют конкурентоспособные характеристики и сравнительно небольшую стоимость. Однако выпуск больших объёмов значительно увеличивает время доставки продукции до конечного потребителя. Для решения данной проблемы в настоящее время ПАО «ММК» проводит модернизацию своего технологического комплекса, результатом которой является установка на производстве трёхфазной термической печи. Печь применяется на завершающем этапе термообработки металлических изделий. В свою очередь термообработкой называю тепловое воздействие на металл с целью направленного изменения его структуры и свойств. Данное оборудование позволит не только улучшить качество выпускаемой металлопродукции, но и сократить время технологического цикла. [5]

Инновация

Инновационный продукт – легированная горячекатаная сталь, которая относится к классу конструкционных сталей твердостью от H350 до W900. Изготавливается мелкозернистая сталь российской компанией ПАО «ММК». В процессе производства сталь проходит закалку и отпуск. Основной упор осуществляется именно на устойчивости материала ко всем видам износа. Благодаря этому срок эксплуатации изделий и конструкций в разы выше, чем у аналогичного металлопроката из других марок сталей. Кроме того, эта сталь характеризуется повышенной ударопрочностью и устойчивостью к вибрационным нагрузкам. Металлопрокат, изготавливаемый из такой стали, представляет собой ассортиментный ряд продукции в виде листов, труб и кругов.

Производитель позиционирует этот продукт как «чрезвычайно устойчивый к любым видам износа: при трении и ударе, при трении скольжения, к деформационному износу». По прочности сталь превосходит другие свариваемые стали, а по значению ударной вязкости сравнима с обычными конструкционными сталями. Сталь легко обрабатывается, изгибается и сваривается. Несмотря на высокую прочность и ударную вязкость листового проката, для нового класса стали можно использовать и обычные цеховые методы обработки, чтобы изготовить из нее требуемую деталь или конструкцию. Сочетание примесей и очень точные допуски по толщине позволяют гнуть листовую сталь.[3]

Сравнение характеристик высоколегированных сталей

Главным конкурентом продукции под маркой MAGSTRONG являются стали HARDOX — фирмы SSAB Oxelosund AB (Швеция), которые имеют схожие характеристики.

Проанализируем характеристики MAGSTRONG H500 и HARDOX 500. По своему назначению эти стали применяются на горном оборудовании, работа которого проходит в жестких условиях, вызывающих общий повышенный износ узлов и конструкций.

Таблица 1

Химический состав

 

C

Si

Mn

S

P

Cr

Ni

Cu

Mo

V

Al

Ti

Nb

N

B

MAGSTRONG H500

0,30

0,20

0,85

0,005

0,012

0,50

3,20

0,35

0,40

0,035

0,05

0,01

0,01

0,008

0,005

HARDOX 500

0,37

0,50

1,30

0,010

0,020

1,40

1,40

-

0,60

-

-

-

-

-

0,004

Таблица 2

Механические свойства

 

MAGSTRONG H500

HARDOX 500

Предел прочности, МПа

1500

1400

Предел текучести, МПа

1200

1200

Относительное удлиненение А, %

10

10

Ударная вязкость, KCV, Дж/см2

30

37

Твердость, HBW

475-505

470-530

Изгиб 90

min 6t

min 6t

Углеродный эквивалент, (CEV)

0,75

0,37

 

Как видно из таблиц выше, оба металла имеют хорошую балансировку по химическому составу. Так же плюсом является проработанная технология закалки позволяющая получить износостойкую сталь с хорошей ударной вязкостью и высокой прочностью. Именно высокий предел текучести имеет наиболее важное значение для использования стали и сплавов в промышленности.

Введение таких легирующих элементов, как никель, хром, марганец и молибден, помогает значительно повысить механические свойства стали после закалки, при этом ее стоимость ввиду незначительного объема легирующих добавок (самые дорогие – никель и молибден, но их суммарное содержание не превышает 2%) ненамного дороже, чем среднеуглеродистой конструкционной стали. Однако более высокое содержание легирующих добавок в сталях HARDOX значительно повышает её цены. Несмотря на то, что стоимость закупки стали оптом сильно варьируется от размера партии, начальная цена за лист начинается от 150 тыс. рублей, в то время как для стали марки MAGSTRONG, имеющей практически идентичные характеристики, расценки составляют от 110 тыс. рублей за тот же металлопродукт.

Описание технологического комплекса струйной системы воздухоподготовки  выплавки металла

Струйные вентиляторы являются самым подходящим типом вентиляторов для реализации продольной вентиляции. За счет инжекционного эффекта происходит вовлечение больших воздушных масс. При помощи струйных вентиляторов осуществляются термообработку металлов и металлических изделий.


Конструкция струйного вентилятора
Рисунок 4 – Конструкция струйного вентилятора

На рисунке 4 представлены следующие составные части струйного вентилятора: 1 — корпус вентилятора, 2 — крыльчатка; 3 — лопасть крыльчатки; 4 — носовой обтекатель; 5 — хвостовой обтекатель; 6 — опорная рама;7 — электродвигатель; 8 — опора двигателя; 9 — наконечник; 10 — глушитель.

Воздушная струя, вентилятора включает несколько участков (рисунок 5).

Схема свободной асимметричной струи 
Рисунок 5 – Схема свободной асимметричной струи

Начальный участок свободной струи начинается сразу за выходом из вентилятора. В данном участке принято считать, что скорость воздушного потока постоянна. [4]

Следующая зона, это основной участок свободной струи. Осевая скорость струи на этом участке имеет обратную зависимость от расстояния до вентилятора. Поскольку воздушная струя развивается именно на этом участке, то условия основного участка будут влиять на распространение потоков в пространстве. [2]

Благодаря турбулентности происходит вовлечение воздушных масс окружающего воздуха в струю, что способствует ее увеличению. [7]

Для струйных вентиляторов значения реактивной тяги находятся в диапазоне от 20 Н/кВт до 40 Н/кВт. [1]

В результате перемещения струи происходит вовлечение и перемешивание струи с внешними массами воздуха. Скорость потока уменьшается при этом объем становиться больше. Все это способствует равномерному распределению потоков воздуха в камерах металлообработки, а также выравниванию температуры. [6]

Заключение:

В данной статье была рассмотрена сложившаяся современная ситуация на российском и мировом рынке металлургического производства, а также вопросы, связанные с реализацией. Главной задачей является поставка готовой металлопродукции высокого качества, удовлетворяющей потребности заказчиков. Была проведена оценка мероприятий в условиях компании ПАО «ММК» по введению в эксплуатацию технологических комплексов по производству высокопрочных и износостойких сталей, обеспечивающих удержание доли рынка на ближайшую перспективу. Исследованы основные направления модернизационных мероприятий условиях металлургического предприятия, результатом которых является установка на производстве нового оборудования, которое позволит не только улучшить качество выпускаемой металлопродукции, но и сократить время технологического цикла. По результатам сравнения сталей на примере MAGSTRONG H500 и HARDOX 500 были проанализированы как химические, так и механические свойства. Было представлено описание технологического комплекса струйной системы воздухоподготовки выплавки металла.

Библиографический список:

1. Абрамович Б. Н., Устинов Д. А.Электропривод и электроснабжение горных предприятий: учебное пособие. — СПб.: Санкт-Петербургский государственный горный институт. 2004. — 84 c. Режим доступ: http://gendocs.ru/v27245/абрамович_б.н._электропривод_и_электроснабжение_горных_предприятий.html(Дата обращения: 10.03.2017).
2. Вахвахов Г.Г. Энергосбережение и надежность вентиляторных установок: научное издание. — М.: Стройиздат, 1989.
3. Готлиб, Б. М. Основы статистической теории обработки металлов давлением / Б.М. Готлиб, И.А. Добычин, В.М. Баранчиков. - М.: Металлургия, 2013. - 168 c.
4. Гришко А.П., Шелоганов В.И. Стационарные машины и установки: Учебное пособие для вузов. — М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2004.
5. Климовицкий, М. Д. Приборы автоматического контроля в металлургии / М.Д. Климовицкий, В.И. Шишкинский. - М.: Металлургия, 2014. - 296 c.
6. Рудаков, В. В. Системы управления электроприводов (прямое управление моментом в электроприводах переменного тока): учеб. пособие / В. В. Рудаков, А. Е. Козярук; – СПб.: Санкт-Петербургское науч. изд-во, 2007.
7. Фащиленко В.Н. Регулируемый электропривод насосных и вентиляторных установок горных предприятий. — М.: Горная Книга, 2011.




Рецензии:

21.05.2019, 19:31 Манин Константин Владимирович
Рецензия: Данная статья рекомендуется к публикации в журнале. С уважением и наилучшими пожеланиями Манин К.В.

22.05.2019 16:16 Ответ на рецензию автора Виноградова Ирина Владимировна:
Авторы благодарны рецензенту за тщательное рассмотрение статьи и высказанную рекомендацию к публикации. От имени авторов Виноградова И.В.

22.05.2019, 10:26 Петрухин Геннадий Михайлович
Рецензия:  Затронутые в статье вопросы могут представлять интерес для специалистов, поэтому актуальность работы не вызывает сомнений. Однако, форма изложения материала не может быть признана удовлетворительной. Понятно, что эта статья написана студентом, но в таком виде этот материал просто трудно понять. Руководителю студентки (простите, что приходиться давать не прошенные советы) желательно помочь отредактировать статью. В представленном виде статья не рекомендуется к публикации.
26.05.2019 20:20 Ответ на рецензию автора Виноградова Ирина Владимировна:
Уважаемый Геннадий Михайлович! Прошу принять мою благодарность за ценные замечания по поводу моей статьи. Мой опыт написания работ такого вида не очень большой, и мне очень приятно, что ваши замечания позволяют мне развиваться в этом направлении. При написании данной статьи я и мой научный руководитель постарались разобрать следующие особенности металлургического производства в определённой последовательности. На первом этапе нам хотелось донести до читателей информацию о тех изменениях в рамках металлургического производства, которое необходимо провести предприятию на современном этапе его функционирования. Вывод следующий: без внедрения энергосберегающих технологий и выпуска нового вида продукции – соответствующих объёмов производства не удержать не удастся, что в конечном итоге приведёт к сворачиванию программ по модернизации металлургических предприятий нашей страны. В результате через 10-15 лет металлургическая промышленность России перестанет отвечать потребностям заказчиков в продукции. На втором этапе в статье предлагалось конкретное техническое решение, обеспечивающее выпуск новых видов высокоуглеродистых сталей на основе струйной системы воздухоподготовки в выплавке металла. Два вышепредставленных этапа одной статьи показались нам одинаково важными и неразрывно связанными. В этом и заключалась особенность компоновки статьи в таком виде.

17.06.2019, 17:25 Лобанов Игорь Евгеньевич
Рецензия: Тема статьи актуальна. Статья написана в описательной форме. Не до конца ясно научное наполнение статьи. Автор не написал, чем предложенный в статье метод выгодно отличается от существующих методов. Например, приводится описание вентилятора, из которого не ясно, чем он лучше своих аналогов; чем струйная система воздухоподготовки лучше аналогов и т.п. Допускаю, что, после глубокой доработки, статья вполне может быть впоследствии рекомендована к публикации.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх