Исследование комплексного влияния фосфора и элементов-модификаторов на прочностные и пластические свойства стали 07ЮТ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 669.046.558

Канд. техн. наук С. А. Полишко, д-р техн. наук А. Ф. Санин, канд. техн. наук Т. В. Носова Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара, г. Днепропетровск

ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЛЕКСНОГО ВЛИЯНИЯ ФОСФОРА И ЭЛЕМЕНТОВ-МОДИФИКАТОРОВ НА ПРОЧНОСТНЫЕ И ПЛАСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛИ 07ЮТ

Рассмотрено влияние многофункциональных модификаторов на стабилизацию химического состава и повышение уровня механических свойств низколегированной конструкционной стали 07ЮТ. С целью установления условий взаимодействия компонентов многофункциональных модификаторов с расплавом исследованы коэффициенты вариации для установления стабилизации системы. Доказано повышение свойств в модифицированном металле при комплексном влиянии фосфора и элементов модификаторов (Л, А1) на механические свойства стали 07ЮТ.

Ключевые слова: многофункциональные модификаторы, низколегированная сталь, модифицирование, химический состав, механические свойства.

В современной металлургии представляет интерес уменьшения влияния вредных примесей на механические свойства низколегированных сталей, применяемых в качестве арматуры для железобетонных конструкций [1, 2]. Для достижения этой цели в работе [3] успешно были применены модификаторы многофункционального действия [4] взамен алюминия чушкового и фер-ротитана, изготавливаемых согласно ГОСТ 295-98 и ГОСТ 4761-91. Но на данный момент недостаточно хорошо исследовано комплексное влияние вредных компонентов (серы и фосфора) и элементов-модификаторов (алюминия и титана) на механические свойства сталей. В связи с этим в данной статье рассмотрено комплексное влияние фосфора с титаном и алюмини-

ем на предел прочности конвертерной стали 07ЮТ, выплавленной в условиях ОАО «АрселорМиттал Кривой Рог».

Химический состав и механические свойства исследуемой стали представлены в табл. 1 и 2 соответственно.

После внепечной обработки стали 07ЮТ многофункциональными модификаторами [3] в металл вводятся микролегирующие элементы-модификаторы, такие как титан и алюминий, которые существенно влияют на свойства готовой продукции. Влияние этих элементов на стабилизацию химического состава и, как следствие, повышение стабильности и уровня механических свойств стали, до конца не исследовано и представляет большой научный и практический интерес.

Таблица 1 - Химический состав стали 07ЮТ

Сталь 07ЮТ Массовая доля элементов, %

С Mn Si S P Ti Al

по ВТУ 14-15-215-89 0,09 0,1-0,3 0,04 0,055 0,045 0,015-0,08 0,01-0,05

Средние значения Серийные 0,08 0,27 0,04 0,035 0,014 0,080 0,076

Модиф. 0,08 0,24 0,02 0,024 0,009 0,026 0,063

Мт Серийные 0,05 0,20 0,03 0,020 0,010 0,060 0,070

Модиф. 0,05 0,17 0,01 0,011 0,005 0,030 0,040

Мах Серийные 0,10 0,30 0,04 0,055 0,025 0,090 0,100

Модиф. 0,09 0,30 0,04 0,034 0,020 0,050 0,080

Таблица 2 - Механические свойства стали 07ЮТ

Сталь 07ЮТ Предел прочности Ов, МПа Относительное сужение, %

по ВТУ 14-15-215-89 380-400 76-78

Средние значения Серийные 379,2 72,9

Модиф. 394,5 73,7

Мт Серийные 356,0 62,0

Модиф. 385,0 69,0

Мах Серийные 408,0 77,0

Модиф. 415,0 79,0

© С. А. Полишко, А. Ф. Санин, Т. В. Носова, 2013

ISSN 1607-6885 Hoei Mamepia.nu i технологи в металурги та машинобудувант №2, 2013

81

Для статистической обработки и аналитических зависимостей был использован массив данных химического состава и механических свойств 44 промышленных серийных и модифицированных плавок стали 07ЮТ. Наиболее надежным способом оценки нестабильности содержания каждого элемента химического состава является вычисление коэффициентов вариации. На рис. 1 представлена гистограмма сравнительных значений коэффициентов вариации по каждому элементу химического состава плавок Ст1кп, обработанных в ковше по стандартной технологии (контрольные плавки) и обработанных перспективными многофункциональными модификаторами.

Как видно из рис. 1, в результате обработки 07ЮТ многофункциональными модификаторами произошла заметная стабилизация содержания элементов: чем меньше коэффициент вариации, тем стабильнее система. Это объясняется тем, что в стальной расплав вводятся центры кристаллизации при обработке раскисли-телями-модификаторами, которые обладают высокой температурой плавления и способствуют формированию более мелкого зерна при затвердевании слитка [5].

Анализ исследований графических зависимостей (рис. 1, 2) показал следующее. В модифицированном металле впервые было выявлено существенное повышение механических свойств под совместным влиянием элементов-модификаторов и фосфора (рис. 2, 3).

Также из рис. 2 следует, что в модифицированном металле элементы-модификаторы совместно с фосфором оказывают более сильное упрочняющее действие, чем в серийном металле. Также в модифицированной стали при минимальных значениях фосфора (0,006 % Р) с ростом титана предел прочности ств увеличивается, монотонно - так при 0,005 % Т ств составляет 360 МПа, а при 0,080 % Т1 - 450 МПа. При максимальных же концентрациях фосфора (0,025 % Р) с повышением титана предел прочности монотонно падает при 0,020 % Т1 ст принимает максимальное значение, составляющее 455 МПа, а при 0,080 %Т1 предел прочности равен 359МПа. В тоже время при максимальных минимальных значениях титана (0,020 % Т) под влиянием фосфора значительно возрастает ств стали 07ЮТ с 360МПа -что соответствует минимальной прочности - до 350МПа. Это связано с действием компонентов многофункционального модификатора [3]. Но при максимальном количестве титана (0,080 % Т^ влияние фосфора на предел прочности неоднозначно: с возрастанием фосфора от 0,005 %Р до 0,013 %Р предел прочности падает от 500МПа до 300 МПа, но с дальнейшим увеличением концентраций фосфора прочность повышается до 340 МПа.

я я я

т

о «

0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00

0,40

0,24

Щ6

0,17

011 °,15 0,11 _ ж 0,09

0,21 0,21

0,17

0,11 0,10

С Мп 8 Р А1 Т

Элементы

П модифицированные

I серииные

Рис. 1. Уменьшение коэффициентов вариации по каждому

элементу химического состава 07ЮТ после обработки многофункциональными модификаторами в сравнении с данными для серийного металла

¿3450

2 у :

«430 о

&И0 о

£390

л

с

«370

<Ц

I50 0.

= 32,129х + 398,89

■-Д ¿СНй-

• •

у = 42,105х + 39

д д

у = 6,8663х + 398,81

6,91

000 0,050

• Фосфор п Алюминий Д Титан_

0,100 0,150 Элементы

С450

«430

о

Ё410

о

£390 л

5 370

ш ч

£350

= 91,732х + 392,21

•

1п С □

пу =/7,364х + 39

^ В § % УГ + 3'

•а □ □ □ д Й /Г

0,000 0,020 0,040 0,060 0,080 0,100

• Фосфор п Алюминий Д Титан_

Элементы

на предел прочности в серийных (а) и модифицированных (б) ти марки 07ЮТ

Анализируя рис. 3, можно сделать вывод, что в серийной стали 07ЮТ под влиянием фосфора совместно с титаном и алюминием происходит снижение пластичности, в отличие от модифицированного металла. Под действием многофункциональных модификаторов происходит повышение относительного сужения (пластичности).

80>

8 75

71)

х

5 65

= 24.0б8х + 23.914 V = 27.482х + 73.4

• V •о-•о □ д = 27.482х + 73,424 Д □ Е И Д д д

ас с с д • ООП □ • □ д д д д А Л д д д д

о □ Д д

24

0,000

0.050

• фосфор □ .Алюминий д Титан

0.100 &+Р

К вышеуказанному можно также добавить, что наряду с повышением уровня механических свойств также повышается и их стабильность (рис. 4).

Таким образом, установлено позитивное влияние компонентов многофункциональных модификаторов на стабилизацию химического состава и повышение стабильности и уровня механических свойств стали 07ЮТ.

Рис. 3. Совместное влияние фосфора, алюминия и титана на относительное сужение в серийных (а) и модифицированных (б)

плавках стали марки 07ЮТ

0,07

и 0,

я & 0,

и

§ 0, и

и /л

Я 0,

и

0,

§ 0,

и

0,

" 0,06 0,06

0,05

0,03

Предел прочности, МПа

Элементы

Относительное сужение, %

□ модифицированные

I серийные

Рис. 4. Уменьшение коэффициентов вариации по механическим свойствам стали 07ЮТ после обработки многофункциональными модификаторами в сравнении с данными для серийного металла

Список литературы

1. Троцан А. И. Влияние содержания циркония на кар-бонитридообразование в микролегированной низкоуглеродистой стали / А. И. Троцан, В. В. Каверинский, И. Л. Бродецкий / Строительство, материаловедение,

машиностроение : сб. научн. трудов. - Вып. 67. - Д., 2012. - С. 73-75.

2. Голубцов В. А. Теория и практика введения добавок в сталь вне печи / В. А. Голубцов. - Челябинск, 2006. -422 с.

3. Теоретичш основи створення неплавлених модифжа-торiв широкого спектру дй для обробки рщкометале-вих розплавiв : отчет по НИР (заключ.) / кер. Шаповалова О. М., вик. 1вченко Т. I., Бабенко О. П., Дейнега А. В., Кульчицька Л. Я., Кушшр М. А., Маркова I. А., Полипко С. О., Татарко Ю. В., Шаповалов В. П., Шаповалов О. В. - Дншропетровськ, 2010. - 152 с. - № ДР 0109И000160, № 6-218-09.

4. Пат. 85254 Украша МПК7 С22С 35/00 С22С 38/06 С21С 7/04, С21С 7/06. Композицшний розкислювач для обробки сталей. / Шаповалова О. М., Шаповалов В. П., Шаповалов О. В., Полшко С. О. ; заявник та патенто-утримувач Дншропетровський нацюнальний ушверси-тет. - № а200700858 ; заявл. 26.01.2007 ; опубл 12.01.2009, Бюл № 1.

5. Полишко С. О. Влияние элементов на параметры механических свойств серийной и модифицированной стали Ст1 кп / С. О. Полишко // Новые материалы и технологии в металлургии и машиностроении. - 2012. - № 2. -С. 32-37.

Одержано 16.10.2013

Полшко С.О., Санш А.Ф., Носова Т.В. Дослвдження комплексного впливу фосфору та елемен^в-модифiкаторiв на мщносп та пластичш властивосп сталi 07ЮТ

Розглянуто вплив багатофункцгональних модиф1катор1в на стабшгзацгю хгмгчного складу I пгдвищення ргвня механгчних властивостей низьколегованоI конструкц1йно1 стал! 07ЮТ. З метою встановлення умов взаемодП компонент1в багатофункц1ональних модиф1катор1в з розплавом досл1джен1 коефщенти варгацИ для встановлення стабШзаци системи. Доведено тдвищення властивостей у модифжованому металI при комплексному вплив1 фосфору I елементгв модиф1катор1в (Л, А1) на мехатчш властивостг сталI 07ЮТ.

1607-6885 Нов1 матер1али г технологи в металурги та машинобудувант №2, 2013

83

Ключовi слова: багатофункцюнальт модиф1катори, низьколегована сталь, модиф1кування, хгмгчний склад, механгчн! властивостг.

Polishko S., Sanin А., Nosova T. Research of complex influence of phosphorus and elements-modifiers on durability and plastic properties 07UT

The influence of multi-functional modifiers on stabilization of chemical composition and mechanical properties improvement of low-alloyed structural steel 07ЮТ was studied. In order to establish the conditions of interaction between the components of multifunctional modifiers melt the coefficients of variation for the establishment ofsystem stability were investigated. Increasing the properties of the modified metal under complex influence ofphosphorus and modifier elements (Ti, Al) on the mechanical properties of steel 07ЮТ is proved.

Key words: multifunction modifiers, the low-alloyed steel, modification, chemical composition, mechanicalprop-erties.

УДК 621.793.3

Канд. техн. наук С. В. Олешенко1, канд. техн. наук Р. А. Куликовський2,

канд. техн. наук В. О. Мартиненко3,С. М. Ющенко1

1 Нацюнальний технолопчний ушверситет, м. Чернтв 2 Запор1зький нацюнальний техшчний ушверситет, м. Запор1жжя 3 Нацюнальний ушверситет кораблебудування 1м. адм. Макарова, м. МиколаТв

СПОС1Б РЕАКТИВНО-ФЛЮСОВОГО ПАЯННЯ АЛЮМ1Н1Ю

Проведено аналiз виробничого досвiду паяння тонкосттних та складних за конф^уращею конструкцш з алюмiнiю та його сплавiв. Визначено напрямки пiдвищення технологiчностi процесу паяння. Встановлено можливiсть високотемпературного реактивно-флюсового паяння алюмiнiю в печах зарахунок використання прошарку на основi силжату натрiю, соляног кислоти тамагнiю.

Ключовi слова: алюмiнiй, оксидна плiвка, флюс, припой, контактне плавлення, евтектика.

Вступ

При паянт тонкостшних конструкцш iз алюмшш та його сплавiв чи бшьш складних конструкцш використання ручних способiв паяння з мюцевим на^вом не забезпечуе високо! якосп виробiв через розвиток у метал^ що паяеться, значних теплових деформацш. Бшьш доцшьне паяння подiбних конструкцш з загальним на-^вом в печах, флюсових ваннах та у ваннах з розплав-леним припоем. Паяння у флюсових ваннах великога-баритних виробiв потребуе велико! кшькосп флюсу. В ряда випадшв о^м розчинення металу, що паяеться, в розплавленому флюсi вiдбуваеться ще й ерозiя, котра створюе бiльш суттевий вплив на процес паяння й от-римання як1сних паяних з'еднань.

Паяння у ваннах з розплавленим припоем усклад-нюеться необхiднiстю флюсування мiсць паяння та за-хистом решти поверхнi вш розтiкання припою. Тому спосiб паяння в печах, який мае широку унiверсальнiсть, е оптимальним.

В уах випадках при флюсовому паяннi технолопчний процес паяння повинен передбачати нанесення флюсу та розмщення припою. При цьому необхiдно дозувати кшьшсть припою, оск1льки його надлишок призводить до його стiкання, створення напливiв, у яких розчиняеться метал, що паяеться, утворюючи шдази.

Виробнича практика показуе, що при паянт алюмшш та його сплавiв, особливо у великосершному та масовому виробнищга, припой вводять плакуванням металу, що паяеться, припоем. Але це не забезпечуе гарантшно1 технолопчносп [1].

Флюсування виробiв частiше за все виконують дво-ма способами: порошкоподiбним флюсом, який нано-сять на мюце паяння, закриваючи вкладений припой, чи у водяному розчиш флюсу методом занурення. Перший спосiб використовують при паянш одиничних i невеликих серш великогабаритних виробiв, другий -при крупносершному та масовому виробництвi. При флюсуванш штучних виробiв великих розмiрiв другим способом необхiдний великий об'ем флюсувального розчину для занурення виробiв i велик! витрати флюсу, при чому за дiючими виробничими шструкщями до-пускаеться використання водяного розчину флюсу лише протягом обмеженого термiну, пiсля чого вiн п1длягае замш.

Можливiсть пiдвищення технологiчностi процесу паяння юнуе при використаннi реактивно-флюсового паяння, при якому припой утворюеться в результата вiдновлення металу з флюсу чи дисощацп одного з його компоненпв. Однак такому способу паяння притаманш всi недолiки паяння легкоплавкими припоями: низька

© С. В. Олешенко, Р. А. Куликовський, В. О. Мартиненко, С. М. Ющенко, 2013

84