МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

Носова Тетяна Валеріївна

УДК 669.295.04

КОМПЛЕКСНИЙ ВПЛИВ ЕЛЕМЕНТІВ НА СТРУКТУРУ ТА ВЛАСТИВОСТІ

СТАЛЕЙ 07ЮТ, 09Г2С, ЩО ОБРОБЛЕНІ ТЕХНОЛОГІЧНИМИ ДОБАВКАМИ

З ВІДХОДІВ МАРОК ДТ

05.02.01 – Матеріалознавство

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ – 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в НДЛМІТ кафедри безпеки життєдіяльності Фізико-технічного інституту Дніпропетровського національного університету Міністерства освіти і науки України, м. Дніпропетровськ.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор, Заслужений діяч

науки і техніки України

ШАПОВАЛОВА ОКСАНА МИХАЙЛІВНА,

Дніпропетровський національний університет,

завідувач лабораторією нових матеріалів та безвідходних

технологій кафедри безпеки життєдіяльності Фізико-технічного інституту

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

ДЕЙНЕКО ЛЕОНІД МИКОЛАЙОВИЧ,

Національна металургійна академія України,

завідувач кафедри термічної обробки металів;

кандидат технічних наук, доцент

ДЕМУРА ВІКТОРІЯ МИХАЙЛІВНА,

Дніпропетровський національний університет,

доцент кафедри технології виробництва

Фізико-технічного інституту

Провідна установа:

Національний аерокосмічний університет імені М.Є. Жуковського

"ХАІ", кафедра авіаційного матеріалознавства, Міністерство освіти

і науки України (м.Харків).

Захист відбудеться " 27 " березня 2003 р. о 13.00 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.085.02 Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою:

49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24 а, ауд.202.

З дисертаційною роботою можна ознайомитись в науково-технічній бібліотеці ПДАБА за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24 а.

Автореферат розісланий " 25 " лютого 2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Д 08.085.02,

доктор технічних наук, професор Кваша Е.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Вуглецеві і низьколеговані сталі є найбільш широко застосовуваними у вітчизняній та закордонній промисловості, обсяг їх виробництва складає90від загального. Тому задачі підвищення і стабілізації механічних властивостей шляхом удосконалення складу, зменшення розмірів литого зерна, кількості неметалевих включень, підвищення дисперсності і поліпшення морфології структури є важливими й актуальними.

Для їх вирішення в цій роботі застосовано нетрадиційний підхід:

-

-

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною досліджень, що виконувалися в рамках:

1.

2.

3.

4.

5.

Мета роботи і задачі дослідження. Мета роботи - встановлення закономірностей взаємодії елементів у багатокомпонентній системі та їх вплив на рівень і стабільність механічних властивостей, оптимізація хімічного складу сталей 07ЮТ і 09Г2С. Для досягнення цієї мети сформульовано такі задачі:

1)

2)

3)

4)

Об'єкт дослідження. Багатокомпонентні системи - конструкційні сталі 07ЮТ, 09Г2С, що являють собою ансамбль легуючих елементів та домішок в Fe-C сплавах, технологічні добавки.

Предмет дослідження. Взаємодія легуючих елементів та домішок у складних системах сталей 07ЮТ, 09Г2С та їх закономірний вплив на механічні властивості.

Методи дослідження. Для детального вивчення досліджуваних систем застосовували такі сучасні методи і методики дослідження: хімічний, спектральний, термодинамічний, металографічний, рентгенофазовий, рентгеноструктурний, аналіз неметалевих включень, визначення механічних властивостей, кореляційно-регресійний, множинної кореляції та графічної табуляції моделі за двома факторами, розкислення і модифікування розплавів сталей новими технологічними добавками марок ДТ.

Наукова новизна отриманих результатів.

Наукова новизна роботи полягає у визначенні комплексного впливу легуючих елементів у багатокомпонентних системах на механічні властивості досліджуваних сталей 07ЮТ, 09Г2С, оброблених технологічними добавками, із подальшою оптимізацією складу сталей та поліпшенням їх властивостей. При цьому вперше:

-

-

-

-

-

-

-

-

Практичне значення отриманих результатів. Практичне значення роботи полягає в оптимізації складу сталі й у результативності використання багатокомпонентних технологічних добавок для розкислення – модифікування сталей.

Апробування розкислювачів різних марок на металургійних комбінатах "Криворіжсталь", Алчевському металургійному комбінаті, обробка ними сталей 07ЮТ, 09Г2С дозволили одержати високу пластичність із достатньою міцністю та стабілізацію механічних властивостей і відповідне зниження обривності дроту зі сталі 07ЮТ. Урахування взаємного впливу легуючих елементів у сталях довело можливість зменшення концентраційних меж всіх елементів досліджуваної системи, оптимізації складів сталей, установлення допустимих меж вмісту шкідливих домішок. Отримані дані – це довідковий матеріал для дослідників, а виявлені залежності між елементами, а також хімічним складом і властивостями є універсальними.

Доведено можливість одержання якісно нових наукових результатів шляхом комп'ютерної обробки статистичного масиву експериментальних даних методом множинної кореляції та графічної табуляції моделі за двома факторами.

Широким апробуванням і впровадженням у промисловості доведено перспективність застосування у виробництві нових технологічних добавок з відходів завдяки їх багатофункціональній дії на розплави сталей.

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи отримано здобувачем самостійно. Автором проведено дослідження сталей 07ЮТ, 09Г2С, розкислених та модифікованих технологічними добавками з відходів різних марок. Оброблено великий масив статистичних даних по сталях (150 промислових плавок по 150 т кожна і 300 промислових плавок по 300 т кожна), отримано оптимальні концентрації елементів у сталі і закономірності їх комплексного впливу на механічні властивості. Проведено металографічні дослідження і встановлено нові факти підвищення пластичності і зниження міцності під впливом сірки в комплексі з марганцем, вуглецем та іншими елементами сталі, при використанні сучасного методу кореляційно-регресійного аналізу та множинної кореляції з графічною табуляцією моделі за двома факторами. В дисертації не використані матеріали, що належать співавторам спільних публікацій.

Особистий внесок дослідника в спільні роботи відбитий у списку опублікованих робіт, приведеному в такому порядку: [1-5,7-9,11,12,14,15,18,19] – відбито матеріали щодо комплексного впливу елементів на механічні властивості досліджуваних сталей, оброблених технологічними добавками з відходів марок ДТ, [6,10,13,16,17,20] – матеріали щодо зменшення вмісту сірки в сталях.

Апробація результатів дисертації. Матеріали роботи повідомлено й обговорено на: Міжнародних конференціях різних рівнів: "Эвтектика IV", Україна, Дніпропетровськ, НМетаУ, 24-26 червня 1997 р.; "Людина і космос", 1999 г, 18-20 квітня 2001 р.; "Проблемы современного материаловедения", Дніпропетровськ, 18-19 квітня 1997 р., 1998 р., 1999 р., 2001 р.; "Наука і освіта", Дніпропетровськ, 1998 р.; “Проблеми індустріальних регіонів", Запоріжжя, 1998; Науково-технічній конференції країн СНД "Процессы и оборудование экологических производств", Волгоград, 1998 р.; засіданнях кафедр безпеки життєдіяльності та технології виробництва ДНУ, кафедри матеріалознавства ПДАБА.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 20 робіт. Наукові результати дисертаційної роботи відбиті в збірниках наукових праць, тезах наукових конференцій та в фахових виданнях.

Структура дисертації. Дисертація складається з вступу, 8 розділів і висновків, списку літератури з 218 найменувань та 5 додатків. Загальний обсяг дисертації складає 279 сторінок, вона містить 111 рисунків, 37 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність наукової проблеми, що вирішена в дисертації, і доцільність обраної теми, сформульовано мету і задачі дослідження, новизну і практичну цінність результатів роботи, яка виконувалася відповідно до наукових програм.

У першому розділі приведено огляд вітчизняної і зарубіжної літератури щодо впливу вуглецю, домішок впровадження і легуючих елементів, сірки на властивості низьколегованих маловуглецевих конструкційних сталей. Роботи попередніх дослідників щодо впливу легуючих елементів на механічні властивості сталей не відбивали взаємного впливу легуючих елементів і домішок у багатокомпонентних системах, які являють собою конструкційні сталі. Аналіз літературних даних показав, що вітчизняні конструкційні сталі за своїм складом відрізняються від вимог світових стандартів, тому що мають підвищений вміст сірки та фосфору і більш широкий концентраційний інтервал кожного з елементів у їх складі. В літературі надано багато уваги питанню підвищення якості сталей шляхом раціонального легування і стабілізації механічних властивостей, насамперед у роботах Бейна Е, Гуляєва А.П., Стародубова К.Ф., Калмикова В.В., Гудремона Е, Меськіна В.С., Гольдшмідта Х., Самсонова Г.В., Луньова В.В., Большакова В.І., Гольдштейна М.І. та ін., але мало матеріалів щодо взаємодії елементів у багатокомпонентних системах – конструкційних сталях. Тому було поставлено задачу дослідження взаємодії легуючих елементів і домішок з метою оптимізації складу двох конструкційних низьколегованих сталей для забезпечення більш високого рівня та стабільності їх механічних властивостей. Закінчується аналітичний огляд переліченням основних задач досліджень, проведених у дисертаційній роботі.

Другий розділ присвячено опису об'єктів дослідження, методам і методикам дослідження. Для вивчення багатокомпонентних систем застосовували сукупність методів дослідження (хімічний і спектральний, термодинамічний, металографічний, рентгенофазовий і рентгеноструктурний, визначення механічних властивостей, математичні), що дозволило підвищити достовірність і надійність нових наукових результатів. У цьому розділі наведено докладний опис технологічних добавок багатофункціональної дії (вони розкислюють, рафінують, мікролегують, модифікують сталь), які виготовлено з металевих і неметалевих відходів машинобудівного і металургійного виробництв за новими безвідходними технологіями.

У роботі досліджували сталь із малою кількістю вуглецю і легуючих елементів (07ЮТ) і структурою, яка близька до однорідного твердого розчину, використовуючи її як модельний варіант. Паралельно вивчали особливості структури і властивостей низьковуглецевих сталей (09Г2С, 23Г2А) для одержання даних щодо можливості суттєвої їх зміни, як у сталі 07ЮТ, при обробці розплавів новими ефективними технологічними добавками.

Для оптимізації хімічного складу і стабілізації механічних властивостей було обрано математичну модель, за якою враховували одночасний вплив двох елементів на кожну з характеристик механічних властивостей досліджуваних багатокомпонентних систем.

Для вивчення впливу одночасно двох незалежних перемінних (вмісту легуючих елементів) на залежну величину – функцію відклику (механічна властивість) застосовували метод множинної нелінійної кореляції. Статистичні дані обробляли із застосуванням даного сучасного методу математичного аналізу. Програма побудована за методикою ортогоналізації матриць і рішення матричного рівняння виду:

В= (ХХ / )-1 ·Х / У ; (1)

де В - вектор-стовпець коефіцієнтів регресії;

Х - матриця вихідних факторів;

У - вектор-стовпець функції відклику;

Х / - матриця трансформована.

Оригінальність методу рішення даної задачі полягає в тому, що інформаційна матриця попередньо ортогоналізується, це дозволяє вирішувати задачі практично з будь-якими матрицями, у тому числі і погано обумовленими. Крім того, використовували графоаналітичний метод аналізу моделі з подальшою табуляцією за двома факторами. За його допомогою оптимізували вміст легуючих елементів, що входять до складу досліджуваних сталей 07ЮТ і 09Г2С, і величини кожної з механічних характеристик. За результатами проведених обчислень отримано поверхні в тривимірному зображенні комплексного впливу легуючих елементів на механічні властивості досліджених сталей.

Для порівняння стабільності хімічного складу і механічних властивостей сталей, оброблених технологічними добавками і традиційними розкислювачами, паралельно проводили плавки тих же марок з обробкою загально прийнятими розкислювачами.

У третьому розділі дано докладний опис технологічних добавок з відходів для позапічної обробки маловуглецевих і низьколегованих сталей. У цьому розділі приведено хімічні склади традиційних розкислювачів і нових технологічних добавок. Показано, що феротитан і алюміній чушковий на один-два порядку величини більш забруднені домішками в порівнянні з технологічними добавками, насамперед сіркою, фосфором, міддю, цинком, свинцем, оловом. Сумарна кількість домішок, що забруднюють титанові сплави, не перевищує 0,30-0,32 %, алюмінієві сплави - 0,15 %. Кількість домішок у феротитані і сплавах відрізняється, відповідно, у 103-40 разів, а в чушковому алюмінії й алюмінієвих сплавах - у 87-20 разів. В процесі розкислення чушковим алюмінієм і феротитаном усі забруднюючі домішки переходять у рідкий розплав оброблюваних сталей. Технологічні добавки не містять у своєму складі сірку і фосфор. Нові матеріали мають структуру композита з евтектоїдоподібною будовою, велику протяжність реакційних поверхонь, постійні геометричні розміри, пористість, на відміну від звичайно застосовуваних кускових феросплавів. Виробництво ДТ відрізняється неенергоємністю і безвідходністю, а їх багатокомпонентність дозволяє більш глибоко розкислювати і рафінувати стальний розплав.

В цьому ж розділі наведено зовнішній вигляд коробу з технологічними добавками марок ДТ перед відправленням на Криворізький металургійний комбінат. Технологічні добавки марок ДТ виготовлено з промислових відходів хіміко-металургійного, машинобудівного й аерокосмічного виробництв.

У четвертому розділі наведено статистичні дані за 150 промисловими плавками сталі 07ЮТ, яку виплавляли на КМК "Криворіжсталь" у киснево-конверторному цеху, і 300 промисловими плавками сталі 09Г2С, що виготовляли на Алчевському металургійному комбінаті в мартенівському цеху, після позапічної обробки новими технологічними добавками марок ДТ. Спочатку експериментальні дані, отримані на металургійних заводах, оброблювали методом кореляційно-регресійного аналізу. Для цього розраховували коефіцієнти кореляції між двома елементами, що входять до складу досліджуваних сталей.

Встановлено значимі коефіцієнти кореляції між цілим рядом елементів-розкислювачів у сталі 07ЮТ, як-то: вуглецем і марганцем, алюмінієм і титаном, вуглецем і сіркою, вуглецем і алюмінієм, кремнієм і сіркою, вуглецем і кремнієм. Встановлено, що титан, кремній, алюміній, вуглець і марганець суттєво впливають на межу міцності сталі 07ЮТ. Для сталі 09Г2С визначено значимі залежності між елементами: марганцем і кремнієм, марганцем і фосфором, хромом і нікелем, кремнієм і фосфором, марганцем і сіркою, вуглецем і кремнієм. Всі отримані величини коефіцієнтів кореляції приведено в таблицях і за ними побудовано гістограми за допомогою яких обрано найбільш важливі групи елементів, які представляють інтерес для подальших досліджень і проведення детального аналізу наданого статистичного матеріалу, уточнення меж вмісту елементів у сталях і технологічних добавках ДТ. Побудовано універсальні лінійні залежності для низьколегованих сталей із різним вмістом вуглецю (07ЮТ і 23Г2А), при цьому встановлено, що лінійна залежність між концентрацією марганцю і вуглецю виявлена тим сильніше, чим менш легована сталь (рис.1,2).

Для сталі 07ЮТ і 23Г2А отримано такі співвідношення між марганцем і вуглецем відповідно:

СMn = 1,429Cc + 0,135

СMn = 0,98Cc + 1,32,

де С - концентрація елементу.

Вперше показано, що взаємодія елементів у більш легованих сталях, наприклад 09Г2С, 23Г2А дещо слабша, ніж у малолегованих сталях 07Т, 07ЮТ, що пов'язано з екрануючим ефектом вуглецю і легуючих компонентів у сталях 09Г2С і 23Г2А. Визначено величини основних статистичних характеристик, як-то середнєарифметичного, середнєквадратичного, коефіцієнту асиметрії, ексцесу, коефіцієнту варіації. Підвищення стабільності хімічного складу встановлено за значним зменшенням коефіцієнту варіації майже на 25 % в сталях усіх марок, оброблених ДТ у порівнянні зі сталями тих же марок, оброблених традиційними розкислювачами. Значення середнєстатистичних відхилень вмісту

Рис.1. Залежність між вмістом марганцю і вуглецю в сталі 07ЮТ

Рис.2. Залежність між вмістом марганцю і вуглецю в сталі 23Г2А

сірки в сталі 07ЮТ зменшились на 50 % у порівнянні зі сталлю 07Т, а значення коефіцієнтів варіації знизилися на 37у сталях, оброблених розкислювачами нового покоління і традиційними розкислювачами відповідно. Статистичний матеріал вважали значимим щодо величин коефіцієнтів варіації кожної характеристики хімічного складу, які складають величини до 30За величинами коефіцієнтів асиметрії і ексцесу досліджуваних факторів оцінювали достовірність експериментальних даних, які входять до області розглянутих значень. Отримано нелінійні залежності спільного впливу одночасно двох факторів на механічні властивості досліджених сталей, які докладно розглянуто в дисертації.

У п'ятому розділі відображено результати дослідження комплексного впливу марганцю з вуглецем, алюмінієм, кремнієм, сіркою на межу міцності, на відносне звуження і твердість сталі 07ЮТ, а для сталі 09Г2С, крім цього, встановлено вплив елементів на відносне подовження й ударну в'язкість. Вперше виявлено падіння міцності і підвищення пластичності під впливом зростання вмісту марганцю і вуглецю в сталі 07ЮТ.

Як відомо, марганець – це ефективний зміцнювач і основний розкислювач досліджуваної сталі, а тому що сталь 07ЮТ призначена для глибокої витяжки, його кількість повинна бути чітко обмежена через значне зміцнення матриці заліза. Встановлено, що збільшення вмісту марганцю в сталі 07ЮТ в інтервалі 0,17-0,39 % не підвищувало, а суттєво знижувало міцність сталі при концентрації вуглецю в межах 0,05-0,10 %. Це пояснюється тим, що марганець, будучи хорошим карбідоутворюючим елементом, створює легований цементит (Fe,Mn)3C, у результаті чого матриця заліза збіднюється марганцем і стає більш пластичною, але менш міцною.

Відповідно зниженню міцності підвищувалася пластичність сталі 07ЮТ при збільшенні концентрації марганцю від 0,17 до 0,39 % і вуглецю від 0,05 до 0,10 %. Механізм процесу обумовлений взаємодією в розплаві сталі 07ЮТ вуглецю з марганцем і залізом.

За результатами проведених досліджень оптимізовано вміст вуглецю, який дорівнює 0,07С і марганцю 0,26 % Mn (табл.1).

Таблиця 1

Вміст марганцю в сталі 07ЮТ після оптимізації

Сталь | Вміст марганцю, %

Нижня межа | Верхня межа | Оптимальна величина

07ЮТ | 0,10 | 0,30 | 0,26

Новим виявився і вплив марганцю й алюмінію на механічні властивості досліджуваної сталі 07ЮТ. Марганець в присутності алюмінію підвищував пластичність (?), причому вона зростала в цій сталі із збільшенням концентрації алюмінію від 0,01 до 0,05 % тим у більшому ступені, чим вище був вміст марганцю (0,4 %). Аналогічно комплексному впливу розглянутих вище елементів на властивості сталі, встановлено зниження міцності і підвищення пластичності сталі 07ЮТ під дією марганцю і кремнію. Вперше показано, що:

-

-

За результатами цих досліджень звужено межі концентрації в сталі 07ЮТ кремнію і марганцю – основних елементів-розкислювачів при обробці розплавів новими технологічними добавками, що обумовило зменшення розкиду механічних властивостей.

За допомогою технологічних добавок багатофункціональної дії марок ДТ вдалося знизити вміст сірки в сталі 07ЮТ. При цьому вперше:

-

-

-

У шостому розділі приведено виявлені нові результати суттєвого впливу взаємодії кремнію з вуглецем, алюмінієм, титаном і сіркою на параметри механічних властивостей сталі 07ЮТ. Так, з підвищенням концентрації кремнію від 0,01 до 0,04межа міцності не підвищувалась, як можна було очікувати із загальноприйнятих уявлень, а знижувалась на 28 % при фіксованому вмісті вуглецю (С=0,1 %). Аналогічний ефект виявився більш помітним в сталях, де вміст вуглецю нижчий. Відповідно до діаграми стану і термодинамічного аналізу сполук у системі C-Si припускали, що причиною зазначеного впливу Si на властивості сталі є утворення стійких сполук у розплаві, що у твердому стані зберігалися у вигляді угруповань C-Si. Оскільки вуглець знаходився у зв'язаному стані, він не чинив звичайної зміцнюючої дії на кристалічну гратку фериту. Встановлено також падіння міцності сталі 07ЮТ під впливом Si в присутності зростаючої кількості титану, що теж, очевидно, пояснюється утворенням комплексів із сполук Si і Ti. Показано, що вплив кожного з легуючих елементів на механічні властивості залежить від сумарної дії їх комплексу. Так, у сталі 07ЮТ виявлено зменшення міцності і підвищення пластичності на 6 % при сумісному зростанні вмісту кремнію і сірки. Тому однозначний висновок щодо зниження механічних властивостей під впливом сірки не завжди підтверджується, це залежить від складу і співвідношення легуючих елементів і домішок, їх взаємодії в розплаві.

У сьомому розділі наведено результати вивчення комплексного впливу титану з вуглецем, алюмінієм, марганцем і сіркою на механічні властивості досліджених сталей 07ЮТ і 09Г2С. Встановлено, що твердість сталі 07ЮТ при одночасному впливі вуглецю і титану падала подібно характеристиці пластичності, а не межі міцності, при цьому вуглець чинив сильний вплив на пластичність сталі, а титан суттєво впливав на твердість (НВ) при регламентованих концентраціях інших легуючих елементів. Твердість за Бринелем (НВ) помітно знижувалася із збільшенням кількості титану. Такий незвичайний вплив титану і вуглецю можна пояснити утворенням у розплаві достатньо стійких угруповань типу TiС, (Fe,Ti)3C, які були перешкодами на шляху прямування дислокацій у твердому розчині і відповідно знижували його пластичність і твердість. Міцність сталі 07ЮТ значно зменшується під дією марганцю, причому титан стримує таке падіння міцності, якщо його концентрація в сталі складає 0,035-0,060

В сталі 07ЮТ встановлено зниження межі міцності від 403 МПа до 354 МПа зі збільшенням концентрації титану від 0,020 до 0,080 % при підвищеному вмісті алюмінію, який дорівнює 0,050 %.

Цікавим виявився факт одночасного, хоч і невеликого, підвищення міцності і пластичності під дією алюмінію і титану на 14 % і 16 % відповідно. Дано пояснення цьому факту. Встановлено оптимальні концентрації алюмінію і титану в сталі 07ЮТ: Ti=0,03 % і Al=0,025 % (рис.3).

Роль алюмінію в сплаві 09Г2С протилежна тій, що установлена для сплаву 07ЮТ: із збільшенням вмісту титану міцність сталі 09Г2С зменшується тим більш активно, чим нижчий вміст алюмінію. Виявлений взаємний вплив титану й алюмінію в сталі 09Г2С викликано складом елементів-розкислювачів, що змінився, насамперед за рахунок суттєвого збільшення кількості марганцю і кремнію. Всупереч встановленим положенням щодо підвищення міцності при зменшенні пластичності сталі під дією неметалу сірки, показано її неоднозначний вплив на межу міцності сталі 09Г2С при взаємодії з розкислювачем - алюмінієм. Це підтверджено адекватною зміною пластичності, яка помітно підвищувалась під одночасним впливом сірки й алюмінію і досягала максимальної величини 88 % в умовах концентрації сірки й алюмінію (0,04і 0,025відповідно (рис.4). Проведеними експериментами показано, що незвичайне підвищення пластичності і зниження міцності під дією марганцю, титану, кремнію, сірки, в присутності інших елементів, що входять до складу багатокомпонентної системи, не випадкове для низьколегованих маловуглецевих конструкційних сталей. Запропоновано механізм взаємодії елементів.

Восьмий розділ присвячено дослідженню структури конструкційної сталі 07ЮТ методами металографії і рентгеноструктурного аналізу. Результати металографічного аналізу катанки o 6,5 мм сталей 07ЮТ і 07Т, розкислених відповідно ДТ1 і FeTi + Alчушк, представлено в табл.2.

Таблиця 2

Результати металографічного аналізу катанки o 6,5 мм сталей 07ЮТ і 07Т, розкислених відповідно ДТ1 і FeTi + Alчушк

Сталь | Бал зерна за ГОСТ

5639-82 | Розмір зерен,

мкм | Бал за

оксидами і нітридами

(ГОСТ

1778-70) | Структурні складові | Кількість перліту | Наяв-ність

дефек-тів

07ЮТ | 7-8 | 8,5 | 1 | Ф+П | 6,2 | немає

07ЮТ | 7 | 8,3 | 2 | Ф+П | 6,9 | немає

07ЮТ | 7 | 9,0 | 2 | Ф+П | 6,0 | немає

07ЮТ | 8 | 8,4 | 2 | Ф+П | 6,1 | немає

07ЮТ | 8 | 8,6 | 1 | Ф+П | 6,65 | немає

Середнє | 7,4 | 8,6 | 1,6 | Ф+П | 6,37 | немає

07Т | 7-8 | 8,9 | 1 | Ф+П | 5,7 | немає

07Т | 7 | 9,0 | 1 | Ф+П | 5,7 | немає

07Т | 7 | 9,3 | 1 | Ф+П | 6,1 | немає

07Т | 7 | 9,1 | 1 | Ф+П | 5,7 | немає

07Т | 7 | 8,9 | 1 | Ф+П | 5,9 | немає

Середнє | 7,1 | 9,0 | 1 | Ф+П | 5,8 | немає

З аналізу табл. 2 витікає, що зерно фериту в сталі 07ЮТ, яка оброблена новими розкислювачами, виявилося меншим (у 1,2 рази), ніж у сталі 07Т, що оброблена FeTi + Alчушк. Зменшення розміру зерен пов'язано з впливом насамперед Al і Ti, які утворюють стійкі сполуки типу Al2O3, TiС, TiО, що діють у розплаві як модифікатори з ефектом інокулювання. Вони подрібнюють первинне і потім вторинне зерно, будучи субмікроскопічними центрами кристалізації.

Мікроструктура катанки із сталі 07ЮТ складається переважно з зерен фериту з невеликою кількістю перліту (< 9 %). Структура сталі 07ЮТ, яку оброблено новими розкислювачами-модифікаторами, відрізняється більшою однорідністю феритних зерен і перліту на відміну від мікроструктури сталі 07Т. Сталь 07Т часто характеризувалася різнозернистістю феритних зерен і полосчатістю при обробці традиційними розкислювачами. Відповідні мікроструктури наведено в цьому розділі дисертації.

Під впливом багатокомпонентних ефективних розкислювачів марок ДТ кількість неметалевих включень зменшилася до 1,8 разів, змінилися їх склад, форма і розподіл в об'ємі металу. Виявлено меншу схильність сталей до формування рядковості.

Таким чином, показано суттєвий вплив розкислювачів нового покоління не тільки на механічні властивості, але і на структуру, її однорідність, кількість, розподіл і склад неметалевих включень, розміри зерен і структурних складових.

ВИСНОВКИ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

АНОТАЦІЯ

Носова Т.В. Комплексний вплив елементів на структуру і властивості сталей 07ЮТ, 09Г2С, що оброблені технологічними добавками з відходів марок ДТ. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.02.01 - "Матеріалознавство". - Дніпропетровський національний університет, Дніпропетровськ, 2002.

Вперше вивчено взаємодію легуючих елементів і домішок у багатокомпонентних системах маловуглецевих і низьколегованих сталей 07ЮТ, 09Г2С. Для обробки великого статистичного масиву даних хімічного складу і механічних властивостей 450 промислових плавок застосовано метод множинної кореляції з графічною табуляцією моделі за двома факторами. При цьому встановлено значний комплексний вплив легуючих елементів і домішок на рівень міцнісних, пластичних і ударних властивостей маловуглецевих і низьколегованих сталей.

Застосування для позапічної обробки всіх досліджуваних сталей у промислових умовах нових технологічних добавок марок ДТ суттєво підвищило і стабілізувало рівень їх механічних властивостей за рахунок подрібнення первинного зерна, підвищення дисперсності структури, зміни морфології структури, зменшення кількості, зміни складу і розподілу неметалевих включень, кращого засвоєння розкислювачів.

Оптимізовано концентрації алюмінію, титану, вуглецю, марганцю, кремнію, сірки для одержання заданих механічних властивостей промислових сталей 07ЮТ і 09Г2С.

Достовірність отриманих результатів підтверджено великим масивом статистичних даних: 150 промислових плавок по 150 т кожна сталі 07ЮТ і 300 промислових плавок по 300 т кожна сталі 09Г2С, оброблених новими розкислювачами з відходів марок ДТ, на металургійних підприємствах України з позитивним ефектом, застосуванням паралельно декількох методів дослідження, відтворюванням залежностей.

Ключові слова: багатокомпонентні системи, поліпшення структури, підвищення властивостей, технологічні добавки марок ДТ, комплексний вплив елементів, елементи-розкислювачі, сталь, композити, множинна кореляція, зменшення кількості неметалевих включень.

АННОТАЦИЯ

Носова Т.В. Комплексное влияние элементов на структуру и свойства сталей 07ЮТ, 09Г2С, обработанных технологическими добавками из отходов марок ДТ. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности