Оцінка механічних властивостей сталі 15ПС

Abstract

UK: Постановка проблеми. Прогнозування механічних властивостей конструкційних вуглецевих сталей має велике наукове та практичне значення. Поряд із фізико-механічними методами оцінювання властивостей сталей активно впроваджуються математичні методи, що дає можливість заощаджувати кошти та час на проведення витратних іспитів. Актуальність цього дослідження зумовлена складнощами, що виникають у процесі оцінювання точності прогнозу реальних та модельних даних. Це пов’язано з багатофакторністю технології виробництва конструкційних вуглецевих сталей, де навіть незначна зміна параметрів технології може викликати значнії зміни критеріїв якості цільового продукту. Запропоновано дослідити вплив елементів хімічного складу та структури на механічні властивості конструкційної сталі 15пс із застосуванням методів математичного аналізу. Методика. Об’єктом дослідження обрано конструкційну сталь 15пс (лист товщиною 14 мм згідно з ГОСТ 16523). Застосовано методику планування експериментів за рівнів факторів +1 та 1 для оцінювання механічних властивостей сталі 15пс у стані заводської поставки на основі аналізу впливу елементів хімічного складу і структури. Результати експерименту. В результаті реалізації матриці планування експериментів отримано залежності, що описують вплив елементів хімічного складу та феритно-перлітної структури сталі на властивості. Коефіцієнти парної кореляції R2 за прогнозу межі міцності на основі впливу елементів хімічного складу становлять 0,89, відносного видовження  0,82. За прогнозу механічних властивостей на основі впливу феритно-перлітної структури  0,77 та 0,75 відповідно. Розраховані критерії Фішера та Кохрена підтверджують адекватність отриманих результатів математичного моделювання властивостей. Висновки. Із застосуванням матриці планування експериментів побудовано математичну модель оцінювання механічних властивостей сталі 15пс. На основі аналізу коефіцієнтів рівнянь отримано гістограми, що описують вплив елементів хімічного складу на властивості металу. Розглянутий підхід дозволить без додаткових коштів здійснювати прогнозування межі міцності та відносного видовження сталі 15пс не тільки по закінченні основного технологічного циклу, а і в процесі виробництва металопрокату в межах штатної технології та нормативних документів.

RU: Постановка проблемы. Прогнозирование механических свойств конструкционных углеродистых сталей имеет большое научное и практическое значение. Наряду с физико-механическими методами оценки свойств сталей активно внедряются математические методы, что позволяет экономить средства и время на проведение расходных испытаний. Актуальность данной работы обусловлена сложностями, возникающими при оценке точности прогноза реальных и модельных данных. Это связано с многофакторностью технологии производства конструкционных углеродистых сталей, где даже незначительное изменение параметров технологии может привести к значительному изменению критериев качества целевого продукта. В работе предложено исследовать влияние элементов химического состава и структуры на механические свойства конструкционной стали 15пс с использованием методов математического анализа. Методика. В качестве стали для исследования выбрана конструкционная сталь 15пс (лист толщиной 14 мм по ГОСТ 16523). Применяется методика планирования экспериментов при уровнях факторов +1 и 1 для оценки механических свойств стали 15пс в состоянии заводской поставки на основе анализа влияния элементов химического состава и структуры. Результаты эксперимента. В результате реализации матрицы планирования экспериментов получены зависимости, описывающие влияние элементов химического состава и ферритно-перлитной структуры стали на свойства. Коэффициенты парной корреляции R2 при прогнозе предела прочности на основе влияния элементов химического состава составляют 0,89, относительного удлинения  0,82. При прогнозе механических свойств на основе влияния ферритно-перлитной структуры  0,77 и 0,75 соответственно. Рассчитанные критерии Фишера и Кохрена подтверждают адекватность полученных результатов математического моделирования свойств. Выводы. С применением матрицы планирования экспериментов построена математическая модель оценки механических свойств стали 15пс. На основе анализа коэффициентов уравнений получены гистограммы, описывающие влияние элементов химического состава на свойства металла. Рассмотренный подход позволит без дополнительных средств осуществлять прогнозирование предела прочности и относительного удлинения стали 15пс не только по окончании основного технологического цикла, но и в процессе производства металлопроката в пределах штатной технологии и нормативных документов.

EN: Formulation of the problem. Predicting the mechanical properties of structural carbon steels is of great scientific and practical importance. Along with the physical-mechanical methods of evaluating the properties of steels, mathematical methods are being actively implemented, which allows to save money and time for conducting cost exams. The relevance of this work is due to the difficulties that arise in assessing the accuracy of the prediction of real and model data. This is due to the multifactorial carbon steel manufacturing technology where even a slight change in the technology parameters can lead to a significant change in the quality criteria of the target product. The paper proposes to investigate the influence of elements of chemical composition and structure on the mechanical properties of structural steel 15пс using the methods of mathematical analysis. Method. Constructional steel 15пс (sheet thickness 14 mm according to ГОСТ 16523) was selected as the steel for the study. The technique of planning experiments at the levels of factors +1 and 1 is used to evaluate the mechanical properties of steel 15пс in the state of factory delivery on the basis of the analysis of the influence of elements of chemical composition and structure. Results of the experiment. As a result of the implementation of the experiment planning matrix, dependencies were obtained describing the influence of the elements of the chemical composition and ferrite-pearlitic structure of the steel on the properties. The pairwise correlation coefficients of R2 for predicting the tensile strength based on the effect of the elements of the chemical composition are 0,89, a relative elongation of 0,82. When forecasting mechanical properties based on the influence of ferrite-pearlite structure 0,77 and 0,75 respectively. The calculated Fisher and Cochran criteria confirm the adequacy of the obtained results of mathematical modeling of properties. Conclusions. Using the experiment planning matrix, a mathematical model for estimating the mechanical properties of 15пс steel was constructed. Based on the analysis of the coefficients of the equations, histograms were obtained describing the influence of the elements of the chemical composition on the properties of the metal. This approach will allow, without additional funds, to predict the tensile strength and elongation of steel 15пс not only at the end of the main technological cycle, but also in the process of production of rolled metal within the standard technology and regulatory documents.