Оптимизация химического состава жаропрочной основы биметаллической заготовки

Abstract

RU: Цель. Прогрессивным материалом для изготовления реакторов может быть биметалл, состоящий из низкоуглеродистой стали в виде протектора с внутренней стороны реактора и жаропрочной основы - с наружной. Необходимо установить закономерности влияния степени легирования на механические свойства опытной стали на верхнем и нижнем пределе содержания легирующих элементов в стали. Методика. Анализ влияния углерода, хрома и никеля на механические свойства стали изучали с использованием статистического метода планирования активного эксперимента. В качестве функции отклика принимали предел прочности ав и предел текучести 00,2. Математическую обработку экспериментальных данных с целью построения математической модели влияния химического состава на свойства стали проводили по методикам с применением регрессионного анализа. Для сокращения числа опытов и предполагая нелинейный характер функций отклика в работе использовали симметричный композиционный план второго порядка. Результаты. Рабочие температуры реакторов магнийтермического производства губчатого титана составляют 850...1020 °С, и важно определить влияние выбранного легирующего комплекса на кратковременную прочность при максимальной рабочей температуре с помощью математического планирования эксперимента. Интервалы варьирования факторов выбирали на основании предварительной информации: экспериментальные и литературные данные о влиянии легирующих элементов на свойства хромоникелевых сталей, механические свойства в исходном состоянии. В результате математического планирования получены регрессионные уравнения в натуральных величинах для оптимизации химического состава низкоуглеродистой стали. Для оценки адекватности уравнений был проведен расчет по полученным уравнениям регрессии для основного уровня химического состава стали. Результаты расчетов были сопоставлены с экспериментальными исследованиями. Погрешность между расчетными и экспериментальными значениями функции отклика не превышает 2%. Для определения химического состава обеспечивающего получение оптимальных механических свойств ав и 00,2 стали типа 10Х15Н15 построили трехмерные графические зависимости. На основании построенных графических зависимостей установлено, что содержание углерода и хрома в разработанной стали должно быть на верхнем пределе, а никеля - на нижнем. Научная новизна. Получены новые научные данные о влиянии степени легирования на механические свойства низкоуглеродистой стали. Установлены уровни содержания легирующих элементов (Cr, Ni) в опытной низкоуглеродистой стали для повышения показателей прочности. Практическая значимость. Рекомендуемый оптимальный химический состав стали, мас. %: углерод - 0,14 %, хром - 17,0 %, никель - 13,0 %.

UK: Мета. Прогресивним матеріалом для виготовлення реакторів може бути біметал, що складається з низьковуглецевої сталі у вигляді протектора з внутрішньої сторони реактора і жароміцної основи - із зовнішнього. Необхідно встановити закономірності впливу ступеня легування на механічні властивості дослідної сталі на верхньому і нижньому межі вмісту легуючих елементів в сталі. Методика. Аналіз впливу вуглецю, хрому і нікелю на механічні властивості сталі вивчали з використанням статистичного методу планування активного експерименту. Як функції відгуку брали межу міцності ав і межа плинності 00,2. Математичну обробку експериментальних даних з метою побудови математичної моделі впливу хімічного складу на властивості сталі проводили за методиками із застосуванням регресійного аналізу. Для скорочення числа дослідів і припускаючи нелінійний характер функцій відгуку в роботі використовували симетричний композиційний план другого порядку. Результати. Робочі температури реакторів магнійтермічного виробництва губчастого титану становлять 850...1020 °С, і важливо визначити вплив обраного легуючого комплексу на короткочасну міцність при максимальній робочій температурі за допомогою математичного планування експерименту. Інтервали варіювання факторів вибирали на підставі попередньої інформації: експериментальні та літературні дані про вплив легуючих елементів на властивості хромонікелевих сталей, механічні властивості в початковому стані. В результаті математичного планування отримані регресійні рівняння в натуральних величинах для оптимізації хімічного складу низьковуглецевої сталі. Для оцінки адекватності рівнянь було проведено розрахунок за отриманими рівняннями регресії для основного рівня хімічного складу сталі. Результати розрахунків були зіставлені з експериментальними дослідженнями. Похибка між розрахунковими і експериментальними значеннями функції відгуку не перевищує 2%. Для визначення хімічного складу забезпечує отримання оптимальних механічних властивостей ав і 00,2 сталі типу 10Х15Н15 побудували тривимірні графічні залежності. На підставі побудованих графічних залежностей встановлено, що вміст вуглецю та хрому в розробленій стали повинно бути на верхній межі, а нікелю - на нижньому. Наукова новизна. Отримані нові наукові дані про вплив ступеня легування на механічні властивості низьковуглецевої сталі. Встановлено рівні вмісту легуючих елементів (Cr, Ni) у дослідній низьковуглецевої сталі для підвищення показників міцності. Практична значимість. Рекомендований оптимальний хімічний склад сталі, мас. %: вуглець - 0,14%, хром - 17,0%, нікель - 13,0%.

EN: Purpose. Progressive material for the reactor can be a bimetal, consisting of a mild steel with an inner side of the tread and the reactor refractory basis - the outer. It is necessary to establish the influence of the degree of alloying patterns on the mechanical properties of experimental steel in the upper and lower limit of the content of alloying elements in the steel. Methodology. Analysis of the impact of carbon, chromium and nickel on mechanical properties of steel was studied using statistical method of planning of active experiment. As a response function took tensile strength ав and yield strength 00,2. Mathematical processing of the experimental data in order to construct a mathematical model of the influence of chemical composition on the properties of the steel was carried out by methods using regression analysis. To reduce the number of experiments and assuming the nonlinear nature of the response functions used in symmetric composite design of the second order. Findings. Reactor operating temperature of titanium sponge production with magnesium are 850...1020 ° C, and it is important to determine the effect of selected alloying complex on short-term strength at the maximum operating temperature with the aid of mathematical planning of the experiment. Intervals varying factors selected on the basis of preliminary information: experimental and literature data on the effect of alloying elements on the properties of chromium-nickel steel, mechanical properties in the initial state. As a result of mathematical planning of regression equations were obtained in full size to optimize the chemical composition of low-carbon steel. To assess the adequacy of the equations was calculated by regression equations obtained for the ground level of the chemical composition of the steel. The calculation results were compared with experimental studies. The error between the calculated and experimental values of the response function does not exceed 2%. To determine the chemical composition ensures optimum mechanical properties Rm and а0,2 steel type 10Х15Н15 built three-dimensional plots. Constructed on the basis of plots revealed that the contents of carbon and chromium in the steel to be developed at the upper limit of nickel and - at the bottom. Originality. New scientific evidence on the effect of doping level on the mechanical properties of low carbon steel. The levels of the content of alloying elements (Cr, Ni) in experimental mild steel to increase strength properties. Practical value. Recommended optimum chemical composition of the steel wt. %: сarbon - 0.14%, chromium - 17.0%, nickel - 13.0%.