Дослідження впливу складу та структури сталі Ст3пс на твердість

Abstract

UK: Постановка задачі. Використання непрямих методів контролю якості металопрокату обумовлено багатьма факторами, серед яких слід відзначити вплив хімічного складу, технологічних режимів. Ці фактор впливають на структуру та на механічні характеристики, зокрема, маловуглецевих сталей. В роботі для прогнозу показників твердості сталі Ст3пс запропоновано застосовувати методику планування експериментів з урахуванням впливу елементів хімічного складу та структури. Для оцінки ферито-перлітної структури запропоновано використовувати фрактальний формалізм, застосування якого дозволяє відстежувати зміни в структурі шляхом визначення фрактальної розмірності її елементів. Матеріали та методика. З використанням методики планування експериментів досліджувався вплив хімічного складу та структури на механічні властивості маловуглецевої низьколегованої сталі Ст3пс. Результати. Шляхом реалізації матриці планування експериментів отримана математична модель оцінки твердості сталі Ст3пс з урахуванням впливу елементів хімічного складу та фрактальної розмірності перліту. Модель адекватна згідно критеріям Кохрена та Фішера. На основі аналізу коефіцієнтів рівняння регресії побудована гістограма впливу елементів хімічного складу досліджуваної сталі на показники твердості. Зафіксовано зростання фрактальної розмірності перліту з 1,785 до 1,946 при збільшенні вмісту вуглецю від 0,14 до 0,22 %, що свідчить про можливості її використання при оцінці структури маловуглецевих сталей. Висновки. Розроблено спосіб оцінки твердості сталі Ст3пс з урахуванням впливу елементів хімічного складу та фрактальної розмірності перліту. Отримані результати свідчать про перспективи застосування теорії фракталів при прогнозі механічних властивостей маловуглецевих сталей.

RU: Постановка задачи. Использование косвенных методов контроля качества металлопроката обусловлено многими факторами, среди которых следует отметить влияние химического состава, технологических режимов. Эти факторы влияют на структуру и на механические характеристики, в частности, малоуглеродистых сталей. В работе для прогноза показателей твердости стали Ст3пс предложено применять методику планирования экспериментов с учетом влияния элементов химического состава и структуры. Для оценки ферритно-перлитной структуры предложено использовать фрактальный формализм, применение которого позволяет отслеживать изменения в структуре путем определения фрактальной размерности ее элементов. Материалы и методика. С использованием методики планирования экспериментов исследовалось влияние химического состава и структуры на механические свойства малоуглеродистой низколегированной стали Ст3пс. Результаты. Путем реализации матрицы планирования экспериментов получена математическая модель оценки твердости стали Ст3пс с учетом влияния элементов химического состава и фрактальной размерности перлита. Модель адекватна согласно критериям Кохрена и Фишера. На основе анализа коэффициентов уравнения регрессии построена гистограмма влияния элементов химического состава исследуемой стали на показатели твердости. Зафиксирован рост фрактальной размерности перлита с 1,785 до 1,946 при увеличении содержания углерода от 0,14 до 0,22 %, что свидетельствует о возможности ее использования при оценке структуры малоуглеродистых сталей. Выводы. Разработан способ оценки твердости стали Ст3пс с учетом влияния элементов химического состава и фрактальной размерности перлита. Полученные результаты свидетельствуют о перспективах применения теории фракталов при прогнозе механических свойств малоуглеродистых сталей.

EN: Formulation of the problem. The use of indirect methods of quality control of metal rolling is due to many factors, among which the influence of the chemical composition and technological regimes should be noted. These factors affect the structure and the mechanical characteristics, in particular, low carbon steels. In the work for the prediction of hardness indicators of Ст3пс steel, it is proposed to apply the methodology of planning experiments, taking into account the influence of elements of chemical composition and structure. To estimate the ferrite-pearlite structure, it is proposed to use the fractal formalism, the use of which allows you to track changes in the structure by determining the fractal dimension of its elements. Materials and methods. Using the methodology of planning experiments, the effect of the chemical composition and structure on the mechanical properties of low-carbon Ст3пс low-alloyed steel was investigated. Results. By implementing the experiment planning matrix, a mathematical model was obtained for evaluating the hardness of Ст3пс steel, taking into account the influence of elements of chemical composition and the fractal dimension of perlite. The model is adequate according to the criteria of Cochran's and Fisher. Based on the analysis of the coefficients of the regression equation, a histogram of the influence of the elements of the chemical composition of the studied steel on the hardness indicators was constructed. The growth of the fractal dimension of perlite from 1,785 to 1,946 with an increase in the carbon content from 0,14 to 0,22 % was recorded, which indicates the possibility of its use in assessing the structure of low-carbon steels. Conclusions. A method for assessing the hardness of St3ps steel has been developed, taking into account the influence of elements of chemical composition and fractal dimension of perlite. The results indicate the prospects for the application of the theory of fractals in the prediction of the mechanical properties of low-carbon steels.