Физико-химические модели для экспертной оценки механических свойств конструкционных сталей
Целью исследования является разработка адаптированной методики оценки влияния химического состава на свойства многокомпонентных сталей и готового проката. Изложен подход к прогнозированию механических свойств конструкционных сталей с учетом параметров термообработки, базирующийся на концепции направ...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
|---|---|
| Datum: | 2018 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України
2018
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160039 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Физико-химические модели для экспертной оценки механических свойств конструкционных сталей / А.А. Кононенко, А.В. Пучиков, О.В. Кукса, А.Н. Кукса, И.Р. Снигура // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпро.: ІЧМ НАН України, 2018. — Вип. 32. — С. 384-393. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-160039 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Кононенко, А.А. Пучиков, А.В. Кукса, О.В. Кукса, А.Н. Снигура, И.Р. 2019-10-20T17:41:55Z 2019-10-20T17:41:55Z 2018 Физико-химические модели для экспертной оценки механических свойств конструкционных сталей / А.А. Кононенко, А.В. Пучиков, О.В. Кукса, А.Н. Кукса, И.Р. Снигура // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпро.: ІЧМ НАН України, 2018. — Вип. 32. — С. 384-393. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 2522-9117 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160039 669.02/09:669.14.018.29 Целью исследования является разработка адаптированной методики оценки влияния химического состава на свойства многокомпонентных сталей и готового проката. Изложен подход к прогнозированию механических свойств конструкционных сталей с учетом параметров термообработки, базирующийся на концепции направленной химической связи при описании межатомного взаимодействия в расплаве. Использованы разработанные в ИЧМ НАНУ физико-химические модели структуры расплавов, связывающие между собой их состав, структуру и свойства. Метою дослідження є розробка адаптованої методики оцінки впливу хімічного складу на властивості багатокомпонентних сталей і готового прокату. Викладено підхід до прогнозування механічних властивостей конструкційних сталей з урахуванням параметрів термообробки, що базується на концепції спрямованої хімічного зв'язку при описі міжатомної взаємодії в розплаві. Використано розроблені в ІЧМ НАНУ фізико-хімічні моделі структури розплавів, що зв'язують між собою їх склад, структуру і властивості. The aim of the study is to develop an adapted methodology for assessing the influence of the chemical composition on the properties of multicomponent steels and finished rolled products. An approach to predicting the mechanical properties of structural steels with regard to heat treatment parameters, based on the concept of a directed chemical bond in the description of interatomic interaction in the melt, is presented. The physico-chemical models of the structure of the melts, which interconnect their composition, structure, and properties, were developed in the Iron and Steel Institute of NAS Ukraine. ru Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии Металловедение и материаловедение Физико-химические модели для экспертной оценки механических свойств конструкционных сталей Фізико-хімічні моделі для експертної оцінки механічних властивостей конструкційних сталей Physical and chemical models for expert evaluation of mechanical properties of structural steels Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Физико-химические модели для экспертной оценки механических свойств конструкционных сталей |
| spellingShingle |
Физико-химические модели для экспертной оценки механических свойств конструкционных сталей Кононенко, А.А. Пучиков, А.В. Кукса, О.В. Кукса, А.Н. Снигура, И.Р. Металловедение и материаловедение |
| title_short |
Физико-химические модели для экспертной оценки механических свойств конструкционных сталей |
| title_full |
Физико-химические модели для экспертной оценки механических свойств конструкционных сталей |
| title_fullStr |
Физико-химические модели для экспертной оценки механических свойств конструкционных сталей |
| title_full_unstemmed |
Физико-химические модели для экспертной оценки механических свойств конструкционных сталей |
| title_sort |
физико-химические модели для экспертной оценки механических свойств конструкционных сталей |
| author |
Кононенко, А.А. Пучиков, А.В. Кукса, О.В. Кукса, А.Н. Снигура, И.Р. |
| author_facet |
Кононенко, А.А. Пучиков, А.В. Кукса, О.В. Кукса, А.Н. Снигура, И.Р. |
| topic |
Металловедение и материаловедение |
| topic_facet |
Металловедение и материаловедение |
| publishDate |
2018 |
| language |
Russian |
| container_title |
Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
| publisher |
Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Фізико-хімічні моделі для експертної оцінки механічних властивостей конструкційних сталей Physical and chemical models for expert evaluation of mechanical properties of structural steels |
| description |
Целью исследования является разработка адаптированной методики оценки влияния химического состава на свойства многокомпонентных сталей и готового проката. Изложен подход к прогнозированию механических свойств конструкционных сталей с учетом параметров термообработки, базирующийся на концепции направленной химической связи при описании межатомного взаимодействия в расплаве. Использованы разработанные в ИЧМ НАНУ физико-химические модели структуры расплавов, связывающие между собой их состав, структуру и свойства.
Метою дослідження є розробка адаптованої методики оцінки впливу хімічного складу на властивості багатокомпонентних сталей і готового прокату. Викладено підхід до прогнозування механічних властивостей конструкційних сталей з урахуванням параметрів термообробки, що базується на концепції спрямованої хімічного зв'язку при описі міжатомної взаємодії в розплаві. Використано розроблені в ІЧМ НАНУ фізико-хімічні моделі структури розплавів, що зв'язують між собою їх склад, структуру і властивості.
The aim of the study is to develop an adapted methodology for assessing the influence of the chemical composition on the properties of multicomponent steels and finished rolled products. An approach to predicting the mechanical properties of structural steels with regard to heat treatment parameters, based on the concept of a directed chemical bond in the description of interatomic interaction in the melt, is presented. The physico-chemical models of the structure of the melts, which interconnect their composition, structure, and properties, were developed in the Iron and Steel Institute of NAS Ukraine.
|
| issn |
2522-9117 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160039 |
| citation_txt |
Физико-химические модели для экспертной оценки механических свойств конструкционных сталей / А.А. Кононенко, А.В. Пучиков, О.В. Кукса, А.Н. Кукса, И.Р. Снигура // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпро.: ІЧМ НАН України, 2018. — Вип. 32. — С. 384-393. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT kononenkoaa fizikohimičeskiemodelidlâékspertnoiocenkimehaničeskihsvoistvkonstrukcionnyhstalei AT pučikovav fizikohimičeskiemodelidlâékspertnoiocenkimehaničeskihsvoistvkonstrukcionnyhstalei AT kuksaov fizikohimičeskiemodelidlâékspertnoiocenkimehaničeskihsvoistvkonstrukcionnyhstalei AT kuksaan fizikohimičeskiemodelidlâékspertnoiocenkimehaničeskihsvoistvkonstrukcionnyhstalei AT snigurair fizikohimičeskiemodelidlâékspertnoiocenkimehaničeskihsvoistvkonstrukcionnyhstalei AT kononenkoaa fízikohímíčnímodelídlâekspertnoíocínkimehaníčnihvlastivosteikonstrukcíinihstalei AT pučikovav fízikohímíčnímodelídlâekspertnoíocínkimehaníčnihvlastivosteikonstrukcíinihstalei AT kuksaov fízikohímíčnímodelídlâekspertnoíocínkimehaníčnihvlastivosteikonstrukcíinihstalei AT kuksaan fízikohímíčnímodelídlâekspertnoíocínkimehaníčnihvlastivosteikonstrukcíinihstalei AT snigurair fízikohímíčnímodelídlâekspertnoíocínkimehaníčnihvlastivosteikonstrukcíinihstalei AT kononenkoaa physicalandchemicalmodelsforexpertevaluationofmechanicalpropertiesofstructuralsteels AT pučikovav physicalandchemicalmodelsforexpertevaluationofmechanicalpropertiesofstructuralsteels AT kuksaov physicalandchemicalmodelsforexpertevaluationofmechanicalpropertiesofstructuralsteels AT kuksaan physicalandchemicalmodelsforexpertevaluationofmechanicalpropertiesofstructuralsteels AT snigurair physicalandchemicalmodelsforexpertevaluationofmechanicalpropertiesofstructuralsteels |
| first_indexed |
2025-11-27T08:43:47Z |
| last_indexed |
2025-11-27T08:43:47Z |
| _version_ |
1850806565943115776 |
| fulltext |
384
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
УДК: 669.02/09:669.14.018.29
А. А. Кононенко, А. В. Пучиков, О. В. Кукса, А. Н. Кукса,
И. Р. Снигура
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ ЭКСПЕРТНОЙ ОЦЕНКИ
МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ
Институт черной металлургии НАН Украины
Целью исследования является разработка адаптированной методики оценки
влияния химического состава на свойства многокомпонентных сталей и готового
проката. Изложен подход к прогнозированию механических свойств
конструкционных сталей с учетом параметров термообработки, базирующийся на
концепции направленной химической связи при описании межатомного
взаимодействия в расплаве. Использованы разработанные в ИЧМ НАНУ физико-
химические модели структуры расплавов, связывающие между собой их состав,
структуру и свойства. Представление поэлементного состава многокомпонентных
сталей в интегральных параметрах межатомного взаимодействия позволяет
сократить параметричность моделей. Выполнена оценка роли различных парных
взаимодействий легирующих, микролегирующих и примесных элементов в
формировании свойств сталей и сплавов. Проведен факторный анализ, выполнена
структуризация химсостава сталей на различные подсистемы. Показано, что
наиболее значимыми подсистемами являются матричная m (C, Si, Mn) и
микролегирующая ml (Cr, Mo, V, Ni, Ti, Nb). Для двух выборок конструкционных
сталей, имеющих существенные технологические различия и особенности, (1-я
группа - низколегированные стали: Ст3сп, ВСт3сп, ВМСт3сп; 2-я группа: 09Г2ФБ,
10ХСНД, 15ХСНД, 14Г2САФ, 14Г2АФ, 16Г2АФ) получены зависимости типа:
σВ (σ0,2, δ5) = f (параметры межатомного взаимодействия, Vохл)
Показано, что наиболее значимыми параметрами для расчета σВ, σ0,2 и δ5
матричной подсистемы m являются интегральные параметры межатомного
взаимодействия d и ZY, dm и tgαm, а для микролегирующей подсистемы ml – ZY
ml и
dml, а также скорость охлаждения Vохл для обеих подсистем. Разработанные
полуэмпирические модели рекомендуются для экспертной оценки механических
свойств конструкционных сталей и для использования в системах
автоматизированного управления технологическими процессами.
Ключевые слова: конструкционные стали, механические свойства,
прогнозные модели, параметры межатомного взаимодействия, параметры
термообработки
Современное состояние вопроса.
Стали, как конструкционные материалы, имеют большие
возможности повышения их качества и улучшения всех служебных
свойств за счет совершенствования технологии их производства,
снижения вредных примесей, легирования и микролегирования с учетом
физико-химической природы и физической структуры материалов. К
конструкционным сталям, как правило, предъявляют следующие
требования: сочетание высокой конструкционной прочности и
385
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
достаточной вязкости; хорошие технологические свойства;
экономичность при максимальной адаптации к собственным ресурсам.
Для решения этих задач в ИЧМ НАНУ используется физико-
химическая модель структуры расплавов, которая базируется на
прикладной модели направленной химической связи, разработанной
проф. Э.В. Приходько [1-9]. На ее основе получены модели структуры
многокомпонентных металлических расплавов [3,4], определены физико-
химические критерии [5], характеризующие микронеоднородность их
строения, заложенные в основу методологии оценки и учета
эффективности комплексного легирования сталей и сплавов [6-7]. Эти
разработки развивают и конкретизируют ряд плодотворных идей в
области физического материаловедения, связанных с оценкой роли
различных парных взаимодействий легирующих, микролегирующих и
примесных элементов в формировании свойств сталей и сплавов.
Целью исследования является разработка адаптированной методики
оценки влияния химического состава на свойства многокомпонентных
сталей и готового проката, полученного из них. Для достижения
указанной цели необходимо решение следующих задач:
– структуризация химического состава стали на подсистемы
(матричную, легирующую, микролегирующую и примесную);
– определение для каждой из подсистем численных значений
основных модельных параметров межатомного взаимодействия;
– сопоставление этих параметров и их сочетаний с основными
физико-химическими свойствами и на этом основании формирование
системы ограничений на диапазоны колеблемости сопоставляемых
величин, включая концентрации отдельных компонентов и значения
модельных параметров;
– согласование информации с заданной системой ограничений с
оптимальными концентрациями компонентов с помощью методов теории
оптимизации.
Учитывая важность при формировании механических свойств
конструкционных сталей показателей термообработки (параметры
закалки, отпуска, скорость охлаждения и т.п.) наиболее эффективными
прогнозными моделями являются комбинированные физико-химические
модели. Они содержат в себе как параметры межатомного
взаимодействия, характеризующие структурное и зарядовое состояние
многокомпонентных металлических систем, так и параметры
термообработки.
Изложение основных материалов исследования.
Для прогнозирования механических свойств конструкционных сталей
создана репрезентативная выборка промышленных данных с широким
варьированием состава и свойств (N >500) (фрагмент выборки – табл. 1).
386
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
Таблица 1 Средние данные по выборке промышленных данных ((min-max)/Xcредн.)
Сталь C Si Mn P S Cr Ni
09Г2С 0,07-0,12
0,094
0,5-0,72
0,58
1,3-1,64
1,43
0-0,037
0,023
0,003-0,039
0,02
0-0,06
0,032
0-0,13
0,035
Ст3сп 0,14-0,22
0,189
0,12-0,9
0,272
0,39-0,99
0,511
0,012-0,027
0,017
0,016-0,028
0,023
0-0,03
0,003
0-0,03
0,0033
09Г2ФБ 0,09-0,09
0,09
0,2-0,2
0,2
1,64-1,64
1,64
0,011-0,011
0,011
0,006-0,006
0,006
0,03-0,03
0,03
0,02-0,02
0,02
10ХСНД 0,08-0,1
0,091
0,85-1,03
0,9
1,64-1,64
1,64
0,011-0,011
0,011
0,006-0,006
0,006
0,03-0,03
0,03
0,02-0,02
0,02
15ХСНД 0,14-0,14
0,14
0,47-0,47
0,47
0,55-0,55
0,55
0,013-0,013
0,013
0,017-0,017
0,017
0,7-0,7
0,7
0,47-0,47
0,47
12Г2С 0,15-0,15
0,15
0,63-0,63
0,63
1,47-1,47
1,47
0,017-0,017
0,017
0,012-0,012
0,012
0,09-0,09
0,09
0,04-0,04
0,04
14Г2САФ 0,11-0,12
0,116
0,8-0,83
0,817
1,4-1,44
1,422
0,015-0,022
0,019
0,012-0,021
0,017
–
0-0,05
0,029
14Г2АФ 0,13-0,17
0,145
0,38-0,46
0,425
1,29-1,45
1,36
0,014-0,02
0,018
0,004-0,023
0,0176
– –
16Г2АФ 0,15-0,17
0,155
0,35-0,51
0,385
1,31-1,49
1,38
0,018-0,023
0,0196
0,013-0,027
0,021
– –
10Г2С1 0,085-0,1
0,093
0,85-0,93
0,903
1,44-1,49
1,46
0,022-0,022
0,022
0,02-0,02
0,02
0,06-0,06
0,06
0,13-0,13
0,13
10Г2С1Д 0,088-0,097
0,092
0,86-0,91
0,875
1,39-1,49
1,44
0,022-0,022
0,022
0,02-0,02
0,02
0,06-0,06
0,06
0,13-0,13
0,13
ВСт3сп 0,19-0,19
0,19
0,17-0,17
0,17
0,44-0,44
0,44
0,016-0,016
0,016
0,025-0,025
0,025
– –
ВМСт3сп 0,16-0,2
0,18
0,22-0,29
0,255
0,48-0,57
0,525
0,012-0,015
0,0135
0,03-0,034
0,032
0,05-0,05
0,05
0,15-0,15
0,15
17Г1СУ 0,15-0,15
0,15
0,51-0,51
0,51
1,25-1,25
1,25
0,013-0,013
0,013
0,015-0,015
0,015
0,05-0,05
0,05
0,27-0,27
0,27
387
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
Продолжение табл.1
Тк.п.,
о
С Та,
о
С Vохл.,
о
С σВ, Мпа σ0,2, Мпа δ,% Z
Y
d tga
810-1100
963
0-950
134
0,12-200
4,024
423-627
493
270-481
327
19-38
30,15
1.2009-1,2153
1,2072
2,7878-2,8007
2,7958
0,088069-0,088175
0,088133
910-1025
964
0-950
513
0,56-700
119,1
382-1183
558
250-928
405
4,5-39,2
26,08
1.1624-1,1653
1,1643
2,7916-2,8032
2,7955
0,08817-0,08826
0,08823
740-820
891
–
0,56-14,6
6,84
635-773
675
510-602
562
19,4-24,8
23,09
1.1976-1,1976
1,1976
2,8091-2,8091
2,8091
0,088075-0,088075
0,088075
750-1025
896
0-950
573
0,28-28,5
12,083
499-690
562
330-540
422
16-35
27,25
1.2341-1,2424
1,2372
2,7833-2,7891
2,7865
0,088213-0,088311
0,088247
860-860
860
915-915
915
0,56-12,5
6,53
499-570
532
349-399
378
25-28
26,63
1.2169-1,2169
1,2169
2,7904-2,7904
2,7904
0,088249-0,088249
0,088249
860-860
860
0-930
740
0,44-23,75
10,79
490-590
534
345-425
381
22-30
27,67
1.2161-1,2161
1,2161
2,7856-2,7856
2,7856
0,088219-0,088219
0,088219
910-990
956
0-950
543
4,67-155
90,67
571-1305
875
387-1142
700
10-27
18,62
1.2175-1,2219
1,2201
2,7845-2,7869
2,7855
0,088131-0,088155
0,088144
860-1025
923
915-950
928
0,16-17,5
7,22
543-649
591
397-559
466
20-27
23,85
1.1991-1,2084
1,2037
2,7866-2,7943
2,7912
0,088151-0,088249
0,088191
860-860
860
915-920
915
8,75-22,5
13,7
599-740
636
470-630
531
21-28
23
1.2017-1,2102
1,2033
2,7881-2,792
2,7905
0,088187-0,088236
0,088207
1025-1025
1025
950-950
950
0,16-0,7
0,41
509-536
523
348-390
376
27-31
28,67
1,2208-1,2251
1,2235
2,7853-2,7888
2,7868
0,088171-0,088193
0,088182
1025-1025
1025
950-950
950
0,16-0,7
0,38
512-537
528
371-402
383
27-32
28,82
1.2203-1,2227
1,2217
2,787-2,7884
2,7878
0,088176-0,088184
0,08818
920-920
920
–
26,7-26,7
26,7
474-566
522
331-393
363
18-26
23,5
1.1712-1,1712
1,1712
2,7898-2,7898
2,7898
0,088312-0,088312
0,088312
990-990
990
–
4-155
70,5
469-693
548
280-505
367
11,1-25,2
15,93
1.1787-1,1811
1,1799
2,787-2,7913
2,7892
0,088248-0,088293
0,08827
860-1025
959
0-915
730
0,56-23,68
9,808
530-561
546
367-382
374
25-32
29,2
1.2066-1,2066
1,2066
2,789-2,789
2,789
0,08821-0,08821
0,08821
388
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
Классическим вариантом оценки различных свойств металлических
расплавов является построение зависимостей с использованием
поэлементного химического состава. Данный метод удобен тем, что в
практике металлургического производства замеры химического состава
стали делаются в штатном режиме как по ходу плавки, так и при ее
выпуске. Однако построение адекватных моделей связано с их
неустойчивостью и четкой привязкой к текущим массивам
промышленных данных.
Использование разработанной в ИЧМ НАНУ физико-химической
модели структуры расплавов, связывающей между собой состав,
структуру и свойства расплавов, позволяет сократить параметричность
моделей, в которых поэлементный состав многокомпонентных сталей
выражен в интегральных параметрах межатомного взаимодействия.
Предварительно, по выборке промышленных данных проведен
факторный анализ, на основании кот орого выполнена структуризация
химсостава сталей на различные подсистемы, наиболее значимыми из
которых оказались матричная m (C, Si, Mn) и микролегирующая ml (Cr,
Mo, V, Ni, Ti, Nb).На рис. 1 представлены результаты структуризации
химического состава конструкционных сталей.
Матричная m
C= 0,85
Si= 0,67
Mn= 0,72
Микролегирующая ml Примесная
P= 0,53
S= 0,60
Cr= 0,96
Ni= 0,94
Сu= 0,96
V= 0,76
Ti= 0,74
Nb= 0,82
Mo= 0,85
Рисунок 1 – Значимые нагрузки на интегральные факторы
Необходимо отметить, что скорость охлаждения Vохл. (°С/сек)
является самым значимым параметром в исследуемой выборке
промышленных данных (парная связь с σВ и σ0,2 составляет более 0,4 для
большинства марок конструкционных сталей). У профилей с небольшой
толщиной, согласно механизму прокаливаемости, более существенны
изменения, происходящие в поверхностном слое (прочностные
характеристики увеличиваются). В зависимости от толщины проката
скорость охлаждения назначается в оптимальных для данной марки стали
пределах (например, при упрочняющей термообработке, со значительным
повышением σВ и σТ), либо же формируется естественным образом во
время остывания (например, в горячекатаном состоянии).
На рис. 2 представлена структурно-зарядовая диаграмма
389
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
распределения конструкционных сталей, вошедших в выборку
промышленных данных. Легированные конструкционные стали, по мере
возрастания содержания основных легирующих и микролегирующих
элементов, преимущественно группируются в левой верхней части
рисунка, с увеличением Z
Y
, что свидетельствует об образовании
устойчивых к внешнему воздействию прочных межатомных связей и, как
следствие, увеличение прочностных показателей конструкционных сталей
σВ и σ0,2.
Учитывая существенные технологические различия и особенности,
для двух выборок конструкционных сталей (1я группа
(низколегированные стали): Ст3сп, ВСт3сп, ВМСт3сп, 2я группа:
09Г2ФБ, 10ХСНД, 15ХСНД, 14Г2САФ, 14Г2АФ, 16Г2АФ) отдельно
получены следующие зависимости (рис. 3):
Рисунок 2 – Структурно-
зарядовая диаграмма
конструкционных сталей
а) б)
Рисунок 3 – Сравнительный анализ экспериментальных и расчетных
значений σВ (а – (4)) и σ0,2 (б – (5)) для конструкционных сталей
Для 1й группы:
390
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
σВ, Mпа = –2469,6 + 6028,3*Z
Y
– 827,53*dm – 25288*tgαm + 0,37*Vохл.
(r = 0,80) (1);
σ0,2, МПа = –3507,9 + 4756,4*Z
Y
– 370,9*dm – 10372tgαm + 0,4277*Vохл.
(r = 0,80) (2)
δ5, % = 9456 – 2640,1*Z
Y
– 2042,3*d – 6208,7*tgαm – 0,0248*Vохл.
(r = 0,65) (3)
Для 2й группы:
σВ, Mпа = –5677,6 + 1324,7*dm + 43291*tgαm – 221,87* dml
+ 3,2633*Vохл. (r = 0,87) (4)
σ0,2, МПа = –6921,3 + 1500,4*dm + 50147*tgαm – 188,2* dml + 3,075*Vохл
(r = 0,88) (5)
δ5, % = 263,13 – 33,847*dm – 1584,3*tgαm – 5,7* dml –0,08782*Vохл.
(r = 0,70) (6)
В настоящее время ведутся работы по пополнению баз данных для
каждой из групп конструкционных сталей, с учетом их технологических
особенностей и параметров термообработки. По мере накопления новых
данных о составе и свойствах конструкционных сталей представленные
модели для каждой из их групп будут уточнены.
Выводы
1. На основе анализа представительной выборки промышленных
данных о составе и свойствах конструкционных сталей разработаны
комбинированные физико-химические модели их механических свойств,
учитывающие межатомное взаимодействие в их расплавах и скорость
охлаждения Vохл.
2. Наиболее значимыми параметрами при расчете σВ, σ0,2 и δ5
являются интегральные параметры межатомного взаимодействия d и Z
Y
(полный химсостав), dm и tgαm (матричная подсистема – C, Si, Mn), Z
Y
ml и
dml (микролегирующая подсистема ml – Cr, Mo, V, Ni, Ti, Nb), а также
скорость охлаждения Vохл.
3. Разработанные полуэмпирические модели рекомендуются для
использования в системах АСНИ и АСУТП для экспертной оценки
механических свойств конструкционных сталей.
Библиографический список
1. Приходько Э.В. Металлохимия многокомпонентных систем. –
М.: Металлургия, 1995. – 320с.
2. Приходько Э.В. Методика определения параметров направленного
межатомного взаимодействия в молекулах и кристаллических соединениях //
Металлофизика и новейшие технологии, 1995. – т.17. №11. – С.54-62.
391
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
3. Приходько Э.В., Петров А.Ф. Влияние параметров направленного
межатомного взаимодействия на термодинамические свойства металлических
расплавов // Процессы литья, 1995. – №1. – С.26-38
4. Приходько Э.В., Гармаш Л.И. Влияние параметров направленной химической
связи в расплавах на структуру и свойства кристаллизующихся соединений //
Расплавы, 1996.– №2. – С.62-68
5. Приходько Э.В., Петров А.Ф. Физико-химические критерии для оценки
степени микронеоднородности металлических расплавов // Металлофизика и
новейшие технологии, 1998. –т.20. –№7. – С.64-74
6. Приходько Э. В. Эффективность комплексного легирования стали и сплавов /
Э. В. Приходько. Киев: Наукова думка. –1995. –292 с.
7. Приходько Э.В., Мороз Ф.В. Физико-химические критерии для "свертки"
информации о составе расплавов и соединений металлов. // Сб.
"Фундаметальные исследования физико-химии металлических расплавов" .–
М.: Академкнига. – 2002. –С.275-284
8. Тогобицкая Д.Н. Критерии и модели для прогнозирования механических
свойств стали для железнодорожных колес / Д.Н. Тогобицкая, А.И.
Бабаченко, А.С. Козачек, А.А. Кононенко, Л.А. Головко // Математическое
моделирование. – № 1 (32). – 2015. –С.67-68.
9. Приходько Э.В. Свойства металлургических расплавов – следствие их состава
и структуры / Э. В. Приходько, Д.Н. Тогобицкая // Труды Института проблем
материаловедения им. И.Н. Францевича НАН Украины "Современные
проблемы физического материаловедения". – Вып.26. –2017. –С.124-138.
Reference
1. Prikhod'ko E.V. Metallokhimiya mnogokomponentnykh sistem. – M.: Metallurgiya,
1995. – 320s.
2. Prikhod'ko E.V. Metodika opredeleniya parametrov napravlennogo mezhatomnogo
vzaimodeystviya v molekulakh i kristallicheskikh soyedineniyakh // Metallofizika i
noveyshiye tekhnologii, 1995. – t.17. №11. – S.54-62.
3. Prikhod'ko E.V., Petrov A.F. Vliyaniye parametrov napravlennogo mezhatomnogo
vzaimodeystviya na termodinamicheskiye svoystva metallicheskikh rasplavov //
Protsessy lit'ya, 1995. – №1. – S.26-38.
4. Prikhod'ko E.V., Garmash L.I. Vliyaniye parametrov napravlennoy khimicheskoy
svyazi v rasplavakh na strukturu i svoystva kristallizuyushchikhsya soyedineniy //
Rasplavy, 1996.– №2. – S.62-68.
5. Prikhod'ko E.V., Petrov A.F. Fiziko-khimicheskiye kriterii dlya otsenki stepeni
mikroneodnorodnosti metallicheskikh rasplavov // Metallofizika i noveyshiye
tekhnologii, 1998. –t.20. –№7. – S.64-74.
6. Prikhod'ko E. V. Effektivnost' kompleksnogo legirovaniya stali i splavov / E. V.
Prikhod'ko. Kiyev: Naukova dumka. –1995. –292 s.
7. Prikhod'ko E.V., Moroz F.V. Fiziko-khimicheskiye kriterii dlya "svertki"
informatsii o sostave rasplavov i soyedineniy metallov. // Sb. "Fundametal'nyye
issledovaniya fiziko-khimii metallicheskikh rasplavov" .–M.: Akademkniga. –
2002. –S.275-284.
392
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
8. Togobitskaya D.N. Kriterii i modeli dlya prognozirovaniya mekhanicheskikh
svoystv stali dlya zheleznodorozhnykh koles / D.N. Togobitskaya, A.I.
Babachenko, A.S. Kozachek, A.A. Kononenko, L.A. Golovko // Matematicheskoye
modelirovaniye. – № 1 (32). – 2015. –S.67-68.
10. Prikhod'ko E.V. Svoystva metallurgicheskikh rasplavov – sledstviye ikh sostava i
struktury / E. V. Prikhod'ko, D.N. Togobitskaya // Trudy Instituta problem
materialovedeniya im. I.N. Frantsevicha NAN Ukrainy "Sovremennyye problemy
fizicheskogo materialovedeniya". – Vyp.26. –2017. –S.124-138.
А. А. Кононенко, О. В. Пучіков, О. В. Кукса, А. Н. Кукса, І. Р. Снігура
Фізико-хімічні моделі для експертної оцінки механічних властивостей
конструкційних сталей
Метою дослідження є розробка адаптованої методики оцінки впливу
хімічного складу на властивості багатокомпонентних сталей і готового прокату.
Викладено підхід до прогнозування механічних властивостей конструкційних
сталей з урахуванням параметрів термообробки, що базується на концепції
спрямованої хімічного зв'язку при описі міжатомної взаємодії в розплаві.
Використано розроблені в ІЧМ НАНУ фізико-хімічні моделі структури розплавів,
що зв'язують між собою їх склад, структуру і властивості. Подання поелементного
складу багатокомпонентних сталей в інтегральних параметрах міжатомної
взаємодії дозволяє скоротити параметричного моделей. Виконано оцінку ролі
різних парних взаємодій легуючих, мікролегірующіх і домішкових елементів у
формуванні властивостей сталей і сплавів. Проведено факторний аналіз, виконана
структуризація хімскладу сталей на різні підсистеми. Показано, що найбільш
значущими підсистемами є матрична m (C, Si, Mn) і мікролегірующая ml (Cr, Mo,
V, Ni, Ti, Nb). Для двох вибірок конструкційних сталей, що мають суттєві
технологічні відмінності і особливості (1 група, низьколеговані сталі: Ст3сп,
ВСт3сп, ВМСт3сп; 2 група: 09Г2ФБ, 10ХСНД, 15ХСНД, 14Г2САФ, 14Г2АФ,
16Г2АФ) отримані залежності типу:
σВ (σ0,2, δ5) = f (параметри міжатомної взаємодії, Vохл)
Показано, що найбільш значущими параметрами для розрахунку σВ, σ0,2 і δ5
матричної підсистеми m є інтегральні параметри міжатомної взаємодії d і ZY, dm і
tgαm, а для мікролегірующей підсистеми ml - ZYml і dml, а також швидкість
охолодження Vохл для обох підсистем. Розроблені напівемпіричні моделі
рекомендуються для експертної оцінки механічних властивостей конструкційних
сталей і для використання в системах автоматизованого управління
технологічними процесами.
Ключові слова: конструкційні стали, механічні властивості, прогнозні
моделі, параметри міжатомної взаємодії, параметри термообробки
393
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
A. A. Kononenko, A. V. Puchikov, O. V. Kuksa, A. N. Kuksa, I. R. Snigur
Physical and chemical models for expert evaluation of mechanical properties
of structural steels
The aim of the study is to develop an adapted methodology for assessing the
influence of the chemical composition on the properties of multicomponent steels and
finished rolled products. An approach to predicting the mechanical properties of
structural steels with regard to heat treatment parameters, based on the concept of a
directed chemical bond in the description of interatomic interaction in the melt, is
presented. The physico-chemical models of the structure of the melts, which
interconnect their composition, structure, and properties, were developed in the Iron and
Steel Institute of NAS Ukraine. The representation of the element-by-element
composition of multicomponent steels in the integral parameters of the interatomic
interaction makes it possible to reduce the parametricity of the models. The role of
various pairing interactions of alloying, microalloying and impurity elements in the
formation of properties of steels and alloys was evaluated. A factor analysis has been
carried out, the chemical composition of the steel has been structured into various
subsystems. It is shown that the most significant subsystems are the matrix m (C, Si,
Mn) and microalloying ml (Cr, Mo, V, Ni, Ti, Nb). For two samples of structural steels
with significant technological differences and features (1-st group - low alloyed steels:
St3sp, VSt3sp, VMSt3sp; 2-nd group: 09Г2ФБ, 10ХСНД, 15ХСНД, 14Г2САФ,
14Г2АФ, 16Г2АФ) dependencies of the type are obtained: σВ (σ0,2, δ5) = f (interatomic
interaction parameters, Vcool).
It is shown that the most important parameters for calculating the σB, σ0.2 and δ5
matrix subsystem m are the integral parameters of the interatomic interaction d and ZY,
dm and tgαm, and for the microalloying subsystem ml - ZY
ml and dml, as well as the
cooling rate Vcool for both subsystems. The developed semi-empirical models are
recommended for expert assessment of the mechanical properties of structural steels and
for use in automated control systems and automated process control systems.
Keywords: structural steels, mechanical properties, predictive models,
interatomic interaction parameters, heat treatment parameters
Статья поступила в редакцию сборника 07.12.2018 года,
прошла внутреннее и внешнее рецензирование (Протокол заседания
редакционной коллегии сборника №1 от 26 декабря 2018 года)
Рецензенты: д.т.н., проф. Л.В.Камкина, д.т.н., проф.. Д.Н.Тогобицкая
|