Вплив модифікування дисперсними композиціями на механічні властивості низьколегованих конструкційних сталей

Abstract

UK: Постановка проблеми. Вивчення впливу модифікування дисперсними порошками чистих металів на механічні властивості низьколегованих сталей в литому і деформованому стані. Методика. Дисперсні порошки титану гранулометричного розміру менше 100 нм отримували на високочастотній установці методом плазмохімічного синтезу з промислових відходів. Об'єкт дослідження низьколеговані кремній-марганцевисті сталі 09Г2, 09Г2С, що застосовуються в будівельних конструкціях. Результати. Проведено дослідно-промислові плавки низьколегованих сталей. Розроблено технологію модифікування, включаючи спосіб введення, термочасову обробку в розплаві. Встановлено склад і межі витрати модифікатора на основі дисперсних порошків титану і алюмінію. Виливки піддавали гарячій пластичній деформації. Товстолистовий прокат піддавали нормалізації. Проведено порівняльне дослідження сталей у вихідному і модифікованому стані після лиття та деформації. Встановлено, що за оптимальної витрати модифікатора 0,2 %...0,3 % від маси розплаву модифіковані сталі мали більш високий комплекс механічних властивостей, ніж немодифіковані, як у литому, так і в деформованому стані. В результаті модифікування досягнуто підвищення межі міцності на 10...21 %, межі плинності на 20...33 %, відносного подовження на 13...25 %, відносного звуження на 29...31%, ударної в'язкості на 26...67 %. Наукова новизна. Запропоновано основний механізм підвищення механічних властивостей модифікованих Si−Mn сталей: зернограничного і дисперсного зміцнення. Практична значимість. Розроблено технологічну інструкцію з модифікування сталевих розплавів дисперсними композиціями в умовах промислового виробництва.

RU: Постановка проблемы. Изучение влияния модифицирования дисперсными порошками чистых металлов на механические свойства низколегированных сталей в литом и деформированном состоянии. Методика. Дисперсные порошки титана и алюминия гранулометрического размера менее 100 нм получали на высокочастотной установке методом плазмохимического синтеза из промышленных отходов. Объектом исследования служили низколегированные кремний-марганцевистые стали 09Г2 и 09Г2С, применяемые в строительных конструкциях. Результаты. Проведены опытно-промышленные плавки низколегированных сталей. Разработана технология модифицирования, включая способ ввода, термовременную обработку в расплаве. Установлены состав и пределы расхода модификатора на основе дисперсных порошков титана и алюминия. Отливки подвергали горячей пластической деформации. Толстолистовой прокат подвергали нормализации. Проведено сравнительное исследование сталей в исходном и модифицированном состоянии после литья, деформации и нормализации. Установлено, что при оптимальном расходе модификатора 0,2 %...0,3 % от массы расплава модифицированные стали имели более высокий комплекс механических свойств, чем немодифицированные, как в литом, так и в деформированном состоянии. В результате модифицирования достигнуто повышение предела прочности на 10…21 %, предела текучести на 20…33 %, относительного удлинения на 13…25 %, относительного сужения на 29…31 %, ударной вязкости на 26…67 %. Научная новизна. Предложен основной механизм повышения механических свойств модифицированных Si−Mn сталей: зернограничное и дисперсионное упрочнение. Практическая значимость. Разработана технологическая инструкция по модифицированию стальных расплавов дисперсными композициями в условиях промышленного производства.

EN: Problem statement. The study of the effect of modification pure metals with dispersed powders on the mechanical properties of low-alloy steels in cast and deformed state. Methodology. Dispersed powders of titanium and aluminum of granulometric size less than 200 nm were obtained at a high-frequency plant using plasma chemical synthesis from industrial waste. The object of the study was low-alloyed silicon – manganese steels 09G2 and 09G2S, used in building structures. Results. Pilot melting of low-alloy steels was carried out. Modification technology was developed, including the input method, temperature-time treatment in the melt. The composition and limits of the modifier consumption based on dispersed powders of titanium and aluminum were established. Castings were subjected to hot plastic deformation. Heavy plates were subjected to normalization. A comparative study of the steels in the original and modified state after casting, deformation and normalization was carried out. It was established that at the optimum modifier consumption of 0,2...0,3 % by weight of the melt, the modified steels had a higher complex of mechanical properties than the unmodified ones, both in the cast and in the deformed state. In forged bars, as a result of the modification, an increase in the ultimate strength by 10…21 %, a yield strength by 20...33 %, an elongation increase by 13...25 %, a relative narrowing by 29...31 %, and an impact strength by 26...67 % were achieved. Scientific novelty. A basic mechanism for improving the mechanical properties of modified Si−Mn steels: grain-boundary and dispersion hardening is proposed. Practical relevance. Technological instruction on the modification of steel melts with dispersed compositions in industrial production conditions was developed.