Исследование синергетических показателей надежности малоперлитной строительной стали 09Г2ФБ

Густов Юрий Иванович; Воронина Ирина Владимировна; Аллаттуф Хассан Латтуф

CC BY

83

20

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Журнал

Вестник МГСУ

2012

ВАК

RSCI

Область наук

Строительство и архитектура

Ключевые слова

СИНЕРГЕТИКА / SYNERGETICS / НАДЕЖНОСТЬ / RELIABILITY / СТАЛЬ / STEEL / ДЕФОРМАЦИЯ / DEFORMATION / ВЯЗКОСТЬ / КРИТЕРИИ / CRITERIA / STRENGTH

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Густов Юрий Иванович, Воронина Ирина Владимировна, Аллаттуф Хассан Латтуф

Приведены результаты исследования синергетических показателей малоперлитной строительной стали 09Г2ФБ после различных термо-механических обработок. В результате сталь приобрела соответствующие комплексы прочностных и пластических показателей механических свойств \[\left( {{\sigma }_{\Tau }},\,\ {{\sigma }_{\Beta }},\ \delta \ \text{}\ \Psi \right).\] На их основе составляется уравнение вида\[{{{\sigma }_{\Tau }}}/{{{\sigma }_{\Beta }}+{\delta }/{\Psi }\;=}\;={{\left[ {\left( 1+{{\delta }_{}} \right)}/{\left( 1+{{\delta }_{\Rho }} \right)}\; \right]}^{{1}/{\Psi }\;}},\]решение которого относительно равномерной составляющей дает выражение \[{{\delta }_{\Rho }}={{\left[ {\left( 1+\delta \right)}/{{{}^{\Psi }}}\; \right]}^{0,5}}-1\] и, следовательно, \[{{\Psi }_{\Rho }}={{{\delta }_{\Rho }}}/{\left( 1+{{\delta }_{\Rho }} \right)}\;.\] Для исследования синергетических критериев использованы зависимости \[{{S}_{\Beta }}={{{\sigma }_{\Beta }}}/{\left( 1-{{\Psi }_{\Rho }} \right)}\;,\ {{S}_{\operatorname{K}}}={{\sigma }_{\Beta }}\left[ {1+\Psi }/{\left( 1-{{\Psi }_{\Rho }} \right)}\; \right],\]а также выражения удельной равномерной WPи удельной предельной \[{{W}_{C}}\]энергии \[{{W}_{\Rho }}=0,5\left( {{\sigma }_{\Tau }}+{{\operatorname{S}}_{B}} \right)\ln \left[ {1}/{\left( 1-{{\Psi }_{\Rho }} \right)}\; \right],\ {{W}_{C}}=0,5\left( {{\sigma }_{\Tau }}+{{\operatorname{S}}_{K}} \right)\ln \left[ {1}/{\left( 1-\Psi \right)}\; \right].\] Для оценки и выбора надежного варианта термо-механической обработки использованы критерии \[{{\operatorname{K}}_{}}={{{W}_{C}}}/{{{S}_{\text{T}}}}\;,\ G={{{W}_{\text{}}}}/{{{W}_{C}},}\;\ {{K}_{a}}={{{W}_{C}}}/{{{A}_{C}}}\;,\]где статическая вязкость вычисляется по формуле \[{{}_{}}=0,5\left( {{S}_{\operatorname{K}}}-{{\sigma }_{\Tau }} \right)\ln \left[ {1}/{\left( 1-\Psi \right)}\; \right].\] Цель работы исследование структурно-энергетических (синергетических) критериев малоперлитной стали повышенной прочности и низкого порога хладноломкости для контролируемой прокатки и использования в строительстве. Установлено, что лучшими комплексами механических свойств обладают варианты термо-механической обработки стали № 7 и 8.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

RESEARCH OF SYNERGETIC RELIABILITY OF PEARLITE-REDUCED STRUCTURAL STEEL 09G2FB

The primary objective of the research is the synergetic reliability of perlite-reduced structural steel 09G2FB exposed to various thermal and mechanical treatments. In the aftermath of the above exposure, the steel in question has proved to assume a set of strength-related and plastic mechanical properties (σT, σB, δ and ψ). On the basis of the above, an equation is formed\[{{{\sigma }_{\Tau }}}/{{{\sigma }_{\Beta }}+{\delta }/{\Psi }\;=}\;={{\left[ {\left( 1+{{\delta }_{}} \right)}/{\left( 1+{{\delta }_{\Rho }} \right)}\; \right]}^{{1}/{\Psi }\;}},\] and its solution in respect of the uniform component ${{\delta }_{\text{P}}}$ is used to generate the expression \[{{\delta }_{\Rho }}={{\left[ {\left( 1+\delta \right)}/{{{}^{\Psi }}}\; \right]}^{0,5}}-1\]and, hence \[{{\Psi }_{\Rho }}={{{\delta }_{\Rho }}}/{\left( 1+{{\delta }_{\Rho }} \right)}\;.\] To use the synergy criteria, the following expression is applied: \[{{S}_{\Beta }}={{{\sigma }_{\Beta }}}/{\left( 1-{{\Psi }_{\Rho }} \right)}\;,{{S}_{\operatorname{K}}}={{\sigma }_{\Beta }}\left[ {1+\Psi }/{\left( 1-{{\Psi }_{\Rho }} \right)}\; \right],\] as well as the following expression of specific uniform WP and a specific limit energy WC: \[{{W}_{\Rho }}=0,5\left( {{\sigma }_{\Tau }}+{{S}_{B}} \right)\ln \left[ {1}/{\left( 1-{{\Psi }_{\Rho }} \right)}\; \right],{{W}_{C}}=0,5\left( {{\sigma }_{\Tau }}+{{S}_{K}} \right)\ln \left[ {1}/{\left( 1-\Psi \right)}\; \right].\] Evaluation and selection of the most reliable type of heat-treatment criteria requires the application of the following expression: \[{{K}_{}}={{{W}_{C}}}/{{{S}_{T}}}\;,G={{{W}_{}}}/{{{W}_{C}},}\;{{K}_{a}}={{{W}_{C}}}/{{{A}_{C}}}\;,\]where static viscosity is calculated according to:\[{{}_{}}=0,5\left( {{S}_{\operatorname{K}}}-{{\sigma }_{\Tau }} \right)\ln \left[ {1}/{\left( 1-\Psi \right)}\; \right].\] The secondary objective of the project is the identification of the steel brittleness threshold to assure controlled rolling and application of the above steel in construction.

Текст научной работы на тему «Исследование синергетических показателей надежности малоперлитной строительной стали 09Г2ФБ»

Строительное материаловедение

ВЕСТНИК

МГСУ

удк 620.178 + 691.7

Ю.И. Густов, И.В. Воронина, Х.Л. Аллаттуф

ФГБОУ ВПО «МГСУ»

ИССЛЕДОВАНИЕ СИНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ МАЛОПЕРЛИТНОЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ СТАЛИ

09Г2ФБ

Приведены результаты исследования синергетических показателей малоперлитной строительной стали 09Г2ФБ после различных термо-механических обработок. В результате сталь приобрела соответствующие комплексы прочностных и пластических показателей механических свойств (ат, ав, 5 и V).

На их основе составляется уравнение вида ат/ав + //¥ = С = [(1+ 8С)(1 + /Р)) , решение которого относительно равномерной составляющей дает выражение 5Р = ^(1 + 5)/С^°'5 -1 и, следовательно, ТР=8Р/(1 + 8Р).

Для исследования синергетических критериев использованы зависимости ¿>в=ав/(1 -ТР), 5К = ав[1 + Т/(1 -ТР)], а также выражения удельной равномерной WPи удельной предельной WС энергии

»^=0,5 (стт + SB) 1П [У (1 - ТР)], №с =0,5 (стт + SK) 1П [1/(1 - Т)].

Для оценки и выбора надежного варианта термо-механической обработки использованы критерии КЗТ = , О = WР/Жс, Ка = Жс/Лс, где статическая вязкость вычисляется по

формуле Ас = 0,5 (-ах)1п [1/ (1 -¥)].

Цель работы — исследование структурно-энергетических (синергетических) критериев малоперлитной стали повышенной прочности и низкого порога хладноломкости для контролируемой прокатки и использования в строительстве.

Установлено, что лучшими комплексами механических свойств обладают варианты тер-мо-механической обработки стали № 7 и 8.

Ключевые слова: синергетика, надежность, сталь, деформация, вязкость, критерии.

основным конструкционным материалом для изготовления сварных изделий ответственного назначения служат низколегированные стали. области применения их весьма разнообразны и обширны: промышленное и гражданское строительство, мосто- и судостроение, транспортное, сельскохозяйственное и тяжелое машиностроение, строительство магистральных трубопроводов и др.

Широкое использование низколегированных сталей связано с тем, что при относительно небольшом содержании легирующих элементов они характеризуются лучшим, чем у малоуглеродистых сталей комплексом свойств. Благодаря этому уменьшается масса металлоконструкций и повышается их надежность и долговечность.

цель работы — исследование структурно-энергетических (синергетических) показателей малоперлитной стали повышенной прочности для контролируемой прокатки и использования в строительстве. объектом исследования является сталь 09г2ФБ следующего химического состава, %: с = 0,08; Mn = 1,4; Si = 0,22; 8 = 0,005; P = 0,019; V = 0,07; № = 0,024.

Выбор малоперлитной стали обусловлен тем, что уменьшение содержания перлита понижает порог хладноломкости — температуру перехода стали в хрупкое состояние, что является важнейшим преимуществом таких сталей.

Исследования проводили на основе показателей механических свойств стали 09Г2ФБ после различных термо-механических обработок (табл. 1).

159

ВЕСТНИК

7/2012

Табл. 1. Показатели механических свойств стали 09Г2ФБ [1]

Показатели Варианты термо-механической обработки

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

ат, МПа 905 657 834 692 773 693 400 404 764 619

ов, МПа 1039 730 963 760 912 758 547 566 909 703

55, % 10,8 22,3 17,5 20 18,0 22,0 29,0 29.8 13,0 23,8

Т, % 62 69 68 65 67 69 74 71 66 69

Исследования осуществляли по методике, разработанной на кафедре технологии металлов МГСУ, основанной на уравнении относительных прочностных и пластических показателей [2]

ат/ав +8/^ = С = [(1 + 5С )/(1 + 8р )))* , (1)

где 5с, 5р — сосредоточенная и равномерная деформации относительного удлинения 5. При расчетах использованы формулы

8Р = [(1 + 8)/С* ]0,5 -1 , ^р = 8р/(1 + 8р), (2)

=ств/(1 -^р), ^к =ств [1 + ^(1 -^р)], (3)

= 0,5 (стт + £В ) 1п [V (1 -Тр)],

(4)

^ = 0,5 (ат+^к ) 1п [# -*)]. (5)

Результаты расчетного определения синергетических показателей приведены в табл. 2.

Табл. 2. Синергетические показатели стали 09Г2ФБ

Показатели Варианты термо-механической обработки

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

ар, % 3,8 3,25 4,3 2,74 4,7 2,75 8,8 9,01 5,02 3,73

Тр, % 3,66 3,14 4,12 2,66 4,48 2,67 8,08 8,26 4,78 3,59

£В , МПА 1079 753,7 1004 781 955 778,8 595 617 954,6 729

БК, МПА 1747 1274 1687 1288 1595 1316 1035 1057 1585 1232

, МПА 37 22,5 38,7 19,9 39,6 19,92 42 44 42,1 24,6

Шс , МПА 1283 1131 1437 1040 1312 1177 967 912 1267 1048

о = 0,03 0,019 0,03 0,02 0,03 0,017 0,04 0,05 0,033 0,02

КЗТ = °т 1,42 1,72 1,72 1,5 1,7 1,7 2,42 2,26 1,65 1,75

Заслуживает внимания оценка и выбор надежного варианта по статической вязкости, определяемой по формуле [3]

Ас = 0,5 -стт)1п [1/(1 -¥)], (6)

а также по ее составляющим зарождения Азт и распространения трещин Арт

Азт = 0,5 (В-СТТ)1П [1/(1 р)], Арт = Азт - АС. (7)

Результаты расчета статической вязкости приведены в табл. 3.

Табл. 3. Значения статической вязкости стали 09Г2ФБ

Показатели Варианты обработки

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Ас, МПа 407,4 361,3 486,0 312,8 455,7 364,8 427,7 404,2 442,9 359,0

160

КБИ 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 7

Строительное материаловедение

ВЕСТНИК

МГСУ

Окончание табл. 3

Показатели Варианты обработки

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Азт, МПа 3,2 1,5 3,6 1,2 4,2 1,2 8,2 9,2 4,7 2,0

Арт, МПа 404,1 359,8 482,4 311,6 451,5 363,7 419,5 395,0 438,2 357,0

А/Ат 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

КА = W/А 3,1 3,1 3,0 3,3 2,9 3,2 2,3 2,3 2,9 2,9

Выводы. 1. Наибольшие значения равномерного поперечного сужения ур (8,08 и 8,26) имеют варианты № 7 и 8, которым соответствуют большие величины удельной энергии W (42 и 44 МПа) и критерия G = Wp/Wc(0,043 и 0,048). Критерий зарождения трещины Кзт = (Wc / ст) принимает большие значения (2,42 и 2,26) при обработке стали по этим же вариантам.

2. Наиболее показательным представляются критерий КА = Wc/Ac, минимальное значение которого (2,26) имеет сталь, упрочненная по вариантам № 7, 8. Эти варианты обеспечивают лучший комплекс механических свойств стали.

Библиографический список

1. БольшаковВ.И. Субструктурное упрочнение конструкционных сталей. Канада, 1998. 320 с.

2. Густов Ю.И., Густов Д.Ю., Воронина И.В. Синергетические критерии металлических материалов // Теоретические основы строительства : доклады XV Российско-словацко-польского семинара. Варшава, 2006. С. 179—184.

3. МозбергР.К. Материаловедение. Таллин : Валгус, 1976. 554 с.

Поступила в редакцию в июле 2012 г.

Об авторах: Густов Юрий Иванович — доктор технических наук, профессор, академик РАПК, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8 (499) 183-94-95, GUSTOV D.U.@ mgsu.ru;

Воронина Ирина Владимировна — старший преподаватель, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8 (499) 182-16-87, [email protected];

Аллаттуф Хассан Латтуф — аспирант, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected].

Для цитирования: Густов Ю.И., Воронина И.В., Аллаттуф Х.Л. Исследование синергети-ческих показателей надежности малоперлитной строительной стали 09Г2ФБ // Вестник МГСУ. 2012. № 7. С. 159—162.

Yu.I. Gustov, I.V. Voronina, H.L. Lattouf

RESEARCH OF SYNERGETIC RELIABILITY OF PEARLITE-REDUCED STRUCTURAL STEEL 09G2FB

The primary objective of the research is the synergetic reliability of perlite-reduced structural steel 09G2FB exposed to various thermal and mechanical treatments. In the aftermath of the above exposure, the steel in question has proved to assume a set of strength-related and plastic mechanical properties (ctt, ctb 5 and ф).

On the basis of the above, an equation is formed aT/aB + 5/= С = [(1 + 5С)(1 + 5P)) , and its solution in respect of the uniform component 5Р is used to generate the expression

5P = |(1 + 5)/' -1 and, hence = 5P/(1 + 5P). To use the synergy criteria, the following ex-

Research of building materials

161

ВЕСТНИК 7/2Q12

pression is applied: SB = aB/( 1 -^p),SK = aB [l + ^/(1 -^p)], as well as the following expression of specific uniform WP and a specific limit energy WC:

Wp = 0,5(aT + SB )ln [l/( 1 -Yp)] ,WC = 0,5(aT + SK )ln [1/(1 -Y)].

Evaluation and selection of the most reliable type of heat-treatment criteria requires the application of the following expression:

K3T = WC/ST,G = WpjWC,Ka = WC/AC, where static viscosity is calculated according to:

Л = 0,5(( -ат)1п[1/(1-У)].

The secondary objective of the project is the identification of the steel brittleness threshold to assure controlled rolling and application of the above steel in construction.

Key words: synergetics, reliability, steel, deformation, strength, criteria.

References

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1. Bol'shakov V.I. Substrukturnoe uprochnenie konstruktsionnykh staley [Substructural Strengthening of Structural Steels], a monograph. Canada, 1998, 316 p.

2. Gustov Yu.I., Gustov D.Yu., Voronina I.V. Sinergeticheskie kriterii metallicheskikh materialov [Synergetic Criteria of Metal Materials]. Collected works of the 15th Russian-Slovak-Polish Seminar. Theoretical Fundamentals of Civil Engineering. Warsaw, 2006, pp. 179—184.

3. Mozberg R.K. Materialovedenie [Material Engineering]. Valgus Publ., Tallinn, 1976, p. 554.

About the authors: Gustov Yuriy Ivanovich — Doctor of Technical Sciences, Member, Russian Academy of Quality Problems, Professor, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected]; +7 (499) 183-94-95;

Voronina Irina Vladimirovna — Senior Lecturer, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected]; +7 (499) 182-16-87;

Allattouf Hassan Lattouf — postgraduate student, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected].

For citation: Gustov Yu.I., Voronina I.V., Lattouf H.L. Issledovanie sinergeticheskikh pokazateley na-dezhnosti maloperlitnoy stroitel'noy stali 09G2FB [Research of Synergetic Reliability of Pearlite-Reduced Structural Steel 09G2FB]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 7, pp. 159—162.

162

ISSN 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 7

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Исследование синергетических показателей надежности малоперлитной строительной стали 09Г2ФБ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Густов Юрий Иванович, Воронина Ирина Владимировна, Аллаттуф Хассан Латтуф

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Густов Юрий Иванович, Воронина Ирина Владимировна, Аллаттуф Хассан Латтуф

RESEARCH OF SYNERGETIC RELIABILITY OF PEARLITE-REDUCED STRUCTURAL STEEL 09G2FB

Текст научной работы на тему «Исследование синергетических показателей надежности малоперлитной строительной стали 09Г2ФБ»