Самохвалов Георгiй Вiкторович. Структура i властивостi маловуглецевих низьколегованих сталей, якi мiстять домiшки миш?яку : Дис... канд. наук: 05.16.01 - 2005.
Анотація до роботи:
Самохвалов Г.В. Структура і властивості маловуглецевих низьколегованих сталей, які містять домішки миш’яку.- Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.16.01 - Металознавство і термічна обробка металів. - Приазовський державний технічний університет Міністерства освіти і науки України, Маріуполь, 2005 р.
Дисертація присвячена дослідженню впливу домішкових елементів (миш'яку, сірки, фосфору) на фізико-механічні, технологічні і службові властивості маловуглецевих низьколегованих сталей, наведено вирішення наукової задачі, що дозволило змінити граничний вміст миш'яку в сталях і дати практичні рекомендації з розширення області застосування сталей, які містять домішки миш’яку.
Встановлений кореляційний взаємозв'язок між властивостями перехідних металів, що відображають рівень міжатомних сил і декількома фізичними характеристиками цих металів.
Встановлено немонотонну зміну залежності модулів Юнга і зсуву та характеристичної температури сплавів залізо-миш'як із зміною вмісту миш'яку і збільшення сил зв'язку в кришталевій решітці -заліза із збільшенням концентрації миш'яку від 0,05 - 0,08 % до 0,4 %, що дозволяє зрозуміти немонотонний характер залежності міцності фериту від вмісту в ньому миш'яку до 0,4 % мас.
Експериментально за критерієм в'язко-крихкого переходу сплавів залізо-миш'як і роботі розвитку тріщини сталей 16Д, 15ХСНД та 20Г2АФпс показано, що введення As в -залізо в кількості до 0,4 % і в сталь до 0,19 % не приводить до істотного погіршення їхньої пластичності і в'язкості за рахунок збільшення щільності дислокацій, подрібнення субзерна, підвищення дисперсності перліту.
Вперше експериментально встановлені і розмежовані температурні інтервали впливу фосфору і миш'яку на оборотну відпускну крихкість низьколегованих маловуглецевих сталей. Інтервал температур 525-565С пов'язаний з міжкришталевою внутрішньою адсорбцією фосфору, а 625-665С - миш'яку.
Експериментально встановлено, що присутність до 0,15 % As в низьколегованих сталях підвищує їхню корозійну стійкість в атмосфері, грунті, морській воді, в шахтних водах і, отже, миш'як, що поступає в сталі з руди, може виступати як замінник міді, яка використовується з метою підвищення їхньої корозійної стійкості.
За допомогою статистичної обробки результатів здавальних механічних випробувань і хімічного складу сталей показано, що за рівнем механічних властивостей сталі 15ХСНД, 14Г2 та інших, виплавлені на базі керченських руд (сталі з As) і аналогічні марки сталей, виплавлених на інших рудах (сталі без As), практично однакові, що дозволило вийти з обгрунтуванням граничного вмісту миш'яку в сталях. Одержані в роботі результати про вплив миш'яку на фізико-механічні, службові властивості і корозійну стійкість низьколегованих маловуглецевих сталей на підставі узагальнення великого об'єму експериментальних даних, а також теоретичних висновків, дозволили рекомендувати для сортових і фасонних профілів вуглецевих і низьколегованих сталей встановити верхній граничний вміст миш'яку до (0,15 %) в ДСТУ 2651 – 94 (ГОСТ380-94) та ГОСТ 19281 – 89. Результати досліджень дозволили розширити виробництво миш'яковмісних маловуглецевих низьколегованих сталей на комбінаті ВАТ „МК „Азовсталь”, здійснювати коректування хімічного складу і технології виробництва, сприяти впровадженню нових сталей, зокрема 20Г2Фпс, для кріплень гірничих виробок і гідротехнічних споруд. Економічний ефект від виробництва на комбінаті ВАТ „МК „Азовсталь” низьколегованих сталей склав 1 162 950 крб. у цінах 1990 року.
Дослідно-промислові випробування сортового прокату сталей 10ХСНД і 15ХСНД з миш'яком для рухомого складу залізничного транспорту (рами піввагонів), балок транспортних галерей рудоперевантажувального комплексу, опор і жорсткої поперечини залізничної контактної мережі в період 2000 - 2005 р.р. показали високу експлуатаційну надійність цих сталей з очікуваним економічним ефектом 53 250 грн. Експлуатаційні випробуваня кріплень гірничих виробок з сталі 20Г2АФпс в період 2000-2005 р.р. в реальних умовах шахти „Південнодонбаська №1” показали високу надійність і довговічність, поряд з підвищеною корозійною стійкістю в шахтних водах., що полегшує монтаж і демонтаж кріплень. Економічний ефект від її застосування склав 20936 грн.
1. У дисертації наведене теоретичне узагальнення і вирішення наукового завдання з установлення граничного вмісту миш'яку в сталях і розширення області застосування низьколегованих маловуглецевих сталей, які містять домішки миш'яку на підставі комплексного дослідження їхньої структури, фізичних, механічних та технологічних властивостей, службових характеристик та корозійній стійкісті
2. Встановлено немонотонну зміну модулів Юнга та зcуву і характеристичної температури сплавів залізо-миш'як із зміною вмісту миш'яку і збільшення сил зв'язку в кришталевій решітці -заліза із збільшенням концентрації миш'яку від 0,05 - 0,08 % до 0,4 %, що дозволяє зрозуміти немонотонний характер залежності міцності фериту від вмісту в ньому миш'яку до 0,4 % мас.
3. Вперше встановлено, що введення миш'яку в - залізо і низьколеговані сталі в кількості до 0,15% збільшує щільність дислокацій, подрібнює субзерна, підвищує дисперсність перліту, що приводить до зростання властивостей міцності.
4. Експериментально за критерієм в'язко-крихкого переходу сплавів залізо-миш'як і роботою розвитку тріщин сталей 16Д і 15ХСНД показано, що введення миш'яку в -залізо в кількості до 0,4 % і в сталь до 0,19 % не приводить до істотного погіршення їхньої пластичності і в'язкості.
5. Вперше експериментально встановлені і розмежовані температурні інтервали впливу фосфору і миш'яку на оборотну відпускну крихкість низьколегованих маловуглецевих сталей. Інтервал температур 525-565С пов'язаний з міжкришталевою внутрішньою адсорбцією фосфору, а 625-665С - миш'яку.
6. Механічні і службові властивості фасонного прокату сталей 15ХСНД, 16Д, 14Г2, 20Г2АФпс, виплавлених ВАТ „МК “Азовсталь” на базі керченських руд задовольняють вимогам ГОСТ 19281-89 і ДСТУ 2691-94, що разом з хорошою зварюваністю, опором крихкому руйнуванню і підвищеною корозійною стійкістю дозволило рекомендувати спільно з ЦНІІПСК м. Москва і ВАТ „МК „Азовсталь” для сортових і фасонних профілів вуглецевих і маловуглецевих низьколегованих сталей виключити верхній граничний вміст миш'яку (0,08 %) з усіх пунктів цих ГОСТів і допустити його вміст до 0,15 % мас.
7. Експериментально встановлено, що присутність до 0,15 % миш'яку в низьколегованих сталях 20Г2АФпс, 16Д, 15ХСНД, 14Г2 підвищує їхню корозійну стійкість в атмосфері, грунті, морській воді (Азовське море), в шахтних водах і отже, миш'як, що поступає в сталі з руди може виступати як замінник міді, що використовується з метою підвищення їхньої корозійної стійкості.
8. Результати досліджень дозволили розширити виробництво низьколегованих маловуглецевих сталей на ВАТ „МК „Азовсталь”, здійснювати коректування хімічного складу і технології їх виробництва, сприяти впровадженню нових сталей, зокрема 20Г2Афпс, для кріплень гірничих виробок і гідротехнічних споруд. Економічний ефект від виробництва на ВАТ „МК „Азовсталь” цих сталей склав 1 162 950 крб. у цінах 1990 р. Дослідно-промислові випробування сортового прокату сталей 10ХСНД і 15ХСНД з миш'яком для рухомого складу залізничного транспорту (рами піввагонів), балок транспортних галерей рудо-перевантажувального комплексу, опор і жорсткої поперечини залізничної контактної мережі в період 2000-2005 р.р. показали високу експлуатаційну надійність цих сталей з очікуваним економічним ефектом 53 250 грн. Експлуатаційні випробуваня кріплень гірничих виробок з сталі 20Г2АФпс в період 2000-2005 р.р. в реальних умовах шахти „Південнодонбаська №1” показали високу надійність і довговічність, поряд з підвищеною корозійною стійкістю в шахтних водах., що полегшує монтаж і демонтаж кріплень. Економічний ефект від її застосування склав 20936 грн.
Публікації автора:
1. Шумилов М.А., Самохвалов Г.В. О механизме влияния молибдена на обратимую отпускную хрупкость улучшаемых сталей // Известия Вузов. Черная металлургия. – 2004. -№ 2. – С. 45 – 47.
3. Шумилов М.А., Самохвалов Г.В. Влияние электронного строения легирующих элементов на их способность упрочнения феррита //Вiсник Приазов. держ. техн. ун-ту: Зб. наук. пр. – Марiуполь, 2001. – вип. 11. – С. 101-104.
4. Шумилов М.А., Самохвалов Г.В. Выполнение компенсационного эффекта при самодиффузии углерода в тугоплавких карбидах // Металлы.— 1999.— № 3.— С. 127-131.
5. Шумилов М.А., Самохвалов Г.В. Влияние электронного строения атомов на их предельную растворимость в железе // Известия Вузов. Черная металлургия. -1998. - № 10. –С. 66-69.
6. Шумилов М.А., Самохвалов Г.В. Влияние легирующих элементов на поведение серы в твердом растворе в железе // Вестник Приазов. гос. техн. ун-та: Сб. научн. тр., 1995. – Вып. 1. - С. 99-102.
7. Шумилов М.А., Самохвалов Г.В. Влияние элементов замещения на растворимость углерода в феррите // Известия Вузов. Черная металлургия. – 1995. - № 10. – С. 54 – 57.
8. Шумилов М.А., Самохвалов Г.В. Зависимость энергии активации диффузии углерода в переходных металлах от их природы // Известия Вузов. Черная металлургия. -1995. - № 2. –С. 47-48.
11. Шумилов М.А., Самохвалов Г.В., Кудрявцева Л.Н. Влияние мышьяка на коррозионную стойкость малоуглеродистых низколегированных сталей // Известия Вузов. Черная металлургия. -1986. - № 2. – С. 63-65.
12. Влияние мышьяка на свойства стали 20Г2АФпс / Самохвалов Г.В., Шумилов М.А., Кудрявцева Л.Н., Заннес А.Н. // Термическая обработка металлов: Сб. – М.: Металлургия, 1984. – С. 66-68.
13. Шумилов М.А., Самохвалов Г.В., Матвиенко Л.В., Кудрявцева Л.Н., Соколов К.Н., Заннес А.Н., Калошин И.Н., Шепотинник Л.Н. Влияние мышьяка на вязкость углеродистых и низколегированных сталей // Известия Вузов. Черная металлургия. -1984. - № 5. – С. 106-109.
14. Шумилов М.А., Самохвалов Г.В., Матвиенко Л.В., Заннес А.Н. Калошин И.Н., Гладштейн Л.И. Влияние мышьяка на свойства сортового и фасонного проката //Сталь. – 1983. - № 10. – С. 67-70.
15. Бондарь В.И., Самохвалов Г.В., Шумилов М.А., Кудрявцева Л.Н. Пластичность сплавов железо — мышьяк // Изв. АН СССР. Металлы.— 1983.— № 3.— С. 144—145.
16. Шумилов М.А., Самохвалов Г.В., Кудрявцева Л.Н., Заннес А.Н., Слепканев В.П. Влияние мышьяка на механические свойства стали 15ХСНД // Сталь.— 1980.— № 5.— С. 422—425.
17. Шумилов М.А., Самохвалов Г.В., Бондарь В.И., Соколов К.Н., Луговой В.П. Влияние мышьяка на механические свойства малолегированного феррита // Известия Вузов. Черная металлургия. -1977. - № 4. –С. 82-84.
18. Шумилов М.А., Самохвалов Г.В., Кудрявцева Л.Н., Заннес А.Н., Слепканев В.П., Кирсанова Г.Б. Влияние мышьяка на механические свойства малоуглеродистых низколегированных сталей // Металлургическая и горнорудная промышленность.- 1978. -№ 4. – С. 38-40.
Шумилов М.А., Козак А.П., Соколов К.Н., Вачев З.К., Самохвалов Г.В. Влияние серы на растворимость и диффузию углерода в –железе // Известия Вузов. Черная металлургия. -1973. - № 10. –С. 123-126.
Шумилов М.А., Самохвалов Г.В. Влияние электронного строения легирующих металлов на энергию взаимодействия атомов углерода с дислокациями в феррите // Тез. докл. IX регион. науч. –техн. конф. – Том 2. – Мариуполь: ПГТУ, 2002. – С. 54.
Шумилов М.А., Самохвалов Г.В. О влиянии углерода в компенсационном легировании феррита // Тез. докл. X регион. науч. –техн. конф. – Том 1. – Мариуполь: ПГТУ, 2003. – С. 97
У роботах [1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9] автором запропонована ідея проведення робіт, виконання і аналіз результатів експериментів і формулювання висновків.
З опублікованих роботах [7, 10, 11, 15, 17, 19, 20, 21]автору належить постановка і проведення всіх експериментів, обробка і аналіз одержаних експериментальних даних.
У роботах [13, 14, 16, 18] автором зроблена статистична обробка результатів механічних випробувань і хімічного аналізу, а також запропоновані рекомендації по застосуванню сталей, які містять домішки миш'яку. У роботі [12] автором запропонована сталь 20Г2АФпс замість сталі 5пс для шахтної стійки.
