Increasing the properties of structural ferrite-pearlite steels

Authors

  • Юрий Александрович Бубликов National Metallurgical Academy of Ukraine Gagarina 4, Dnepropetrovsk, Ukraine, 49005, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2014.33442

Keywords:

structural steels, ferrite-pearlite structure, yield point, carbonitride hardening, microalloying

Abstract

We have studied the ways of increasing the durability of low-alloy structural ferrite-pearlite steels and researched their possible effective use in a grade composition. The statistic processing of an array of industrial smelts has proved possible increasing of the durability owing to both solid-solution strengthening of ferrite and, to a greater extent, dispersive and grain-boundary strengthening.

The suggested way of increasing the durability of low-alloy steels is based on the mechanism of carbonitride hardening through a complex steel microalloying with nitrogen alongside nitride-forming titanium and aluminum, instead of vanadium. Owing to nanodispersive carbonitride phases, such microalloying provides a fine grain microstructure of rolling and heat-treated cast and secures a high level of durability.

The research has proved that the forming of nanodispersive carbonitride phases requires optimal correlation of nitrogen (0.012-0.015 percent by mass for cast steels and 0.014-0.020 percent by mass for heat-deformed steels) and the suggested microalloying elements (titanium—0.015-0.025 percent by mass and aluminum—0.015-0.025 percent by mass).

Author Biography

Юрий Александрович Бубликов, National Metallurgical Academy of Ukraine Gagarina 4, Dnepropetrovsk, Ukraine, 49005

Associate professor, Candidate of technical science

The department electrometallurgy

References

  1. Gol'dshtejn, M. I., Grachev, S. V., Veksler, Ju. G. (1985). Special'nye stali. Moscow: Metallurgija, 408.
  2. Pikering, F. B. (1982). Fizicheskoe metallovedenie i razrabotka stalej. Moscow: Mir, 184.
  3. Honikomb, R. (1972). Plasticheskaja deformacija metallov. Moscow: Mir, 408.
  4. Sarak, V. I., Shirjaev, V. I., Jentin, R. I. (1969). Svojstva zheleza vysokoj chistoty. Metallovedenie i termicheskaja obrabotka metallov, 10, 20–25.
  5. Mak Lin, D. (1965). Mehanicheskie svojstva metallov. Moscow: Metallurgija, 431.
  6. Gol'dshtejn, M. I., Farber, V. M. (1979). Dispersionnoe uprochnenie stalej. Moscow: «Metallurgija», 208.
  7. Malinov, L. S., Malinov, V. L. (2007). Jekonomnolegirovannye splavy s martensitnymi prevrashhenijami i uprochnjajushhie tehnologii. Kharkiv : NNC HFTI, 305.
  8. Tylkin, M. A., Bol'shakov, V. I., Odesskij, P. D. (1983). Struktura i svojstva stroitel'noj stali. Moscow: B.i, 287.
  9. Spivakov, V. I., Orlov, Je. A., Savenkov, V. Ja. (1979). Issledovanie uslovij ohlazhdenija listovoj stali. V sb.: Termicheskaja obrabotka metallov, 8, 16–18.
  10. Mes'kin, V. S. (1964). Osnovy legirovanija stali. Moscow: Metallurgija, 684.
  11. Belaj, G. E., Dembovskij, V. V., Socenko, O. V. (1993). Organizacija metallurgicheskogo jeksperimenta. Moscow: Metallurgija, 256.
  12. Krivosheev, A. E., Belaj, G. E., Socenko, O. V. (1979). Osnovy nauchnyh issledovanij v litejnom proizvodstve. Kiev: Vishha shkola, 272.
  13. Hägg, G. (1931). Gesetzmäßigkeiten im kristallbau bei hydriden boriden, carbiden und nitrogen der übergangselemente. Phys. Chem. Abt. B., 12, 33–56.
  14. Grigorovich, V. K. (1966). Periodicheskij zakon Mendeleeva i jelektronnoe stroenie metallov. Moscow: «Nauka», 287.
  15. Bannyh, O. A., Budbegr, P. B., Alisova, S. P. (1986). Diagrammy sostojanija dvojnyh i mnogokomponentnyh sistem na osnove zheleza. Moscow: Metallurgija, 9, 95, 124.
  16. Gavriljuk, V. G., Efimenko, S. P. (1990). Vlijanie azota na strukturu i svojstva γ- i α- zheleza i perspektivnye napravlenija razrabotki vysokoazotistyh stalej. Vysokoazotistye stali. Kiev, 5–26.
  17. Gudremon, Je. (1966). Special'nye stali. Vol. 2. Moscow: Metallurgija, 1274.
  18. Mittemeier, E. J., Cheng, Lin (1988). Analysis of nanisothermal transformation kinetics; temperingof iron-carbon and iron-nitrogen martensites. Metallurgucal Transactions A, 19 (4), 925–932. doi: 10.1007/bf02628377
  19. Chujko, N. M., Chujko, A. N. (1983). Teorija i tehnologija jelektroplavki stali. Kiev; Doneck: Vishha shkola, 247.
  20. Asnis, A. E., Ivashhenko, G. A. (1985). Povyshenie prochnosti svarnyh konstrukcij. Kiev: B.i., 256.
  21. Rekomendacii po primeneniju stali dlja svarnyh stal'nyh konstrukcij zdanij i sooruzhenij (1980). Sojuzmetallostrojniiproekt, Centralniy nauchno-isledovatelskii i proektnii institut stroitelnoy metallokonstrukcij. Moscow: B. i., 23.
  22. Odesskij, P. D., Vedjakov, I. I. (1999). Malouglerodistye stali dlja stroitel'nyh konstrukcij. Moscow: ZAO «Intermet Inzhiniring», 224.
  23. Smirnov, L. A. (2003). Jeffektivnost' primenenija vanadija dlja legirovanija stali. Jelektrometallurgija, 2, 4–11.
  24. Smirnov, L. A., Mitchell, P. S. (2003). Dostizhenija v ispol'zovanii vanadija v stali. Stal, 2, 93–95.
  25. Shipicin, S. Ja., Babaskin, Ju. Z. (1998). Special'nye azotsoderzhashhie jekonomnolegirovannye stali s karbonitridnym uprochneniem. Processy littja, 3–4, 122–130.
  26. Eissa, M., El-Fawakhry, K., Ahmed, M. H. et. al. (1997). Development of superior high strength low impact transition temperature steels microalloyed with vanadium and nitrogen. J. Mater. Sci. and Technol., 5 (1), 3–19.
  27. Filippenkov, A. A., Derjabin, Ju. A., Smirnov, L. A. (2001). Jeffektivnye tehnologii legirovanija stali vanadiem. Ekaterinburg : Izd-vo UrORAN, 207.
  28. Gol'dshtejn, M. I., Grin', A. V., Bljum, Je. Je. (1970). Uprochnenie konstrukcionnyh stalej nitridami. Moscow: Metallurgija, 222.
  29. Babaskin, Ju. Z., Shypicin, S. Ja., Aftandiljanc, Je. G. (1998). Doslidzhennja i vykorystannja lytyh stalej, mikrolegovannyh azotom ta vanadiem. Metaloznavstvo ta obrobka metaliv, 3, 60–65.
  30. Babaskin, Ju. Z., Kravcov, B. L., Laptev, V. K. (1983). Jeffektivnost' nitridvanadievogo uprochnenija trub neftjanogo sortamenta iz stali 45 i 36G2S. Metallurg, 3, 25–26.
  31. Panfilova, L. M., Smirnov, L. A. (2005). Osobennosti mikrolegirovanija vanadiem i azotom armaturnogo i polosovogo prokata. OAO «Chermetinformacija», Bjuleten' «Chernaja metallurgija», 11, 41–43.
  32. Smirnov, L. A., Korchinskij, M. M., Katunin, V. V., Panfilova, L. M. (2005). Strategija uspeshnogo proizvodstva i primenenija vanadija. Bjull. «Chermetinformacija», 6, 7–12.
  33. Smirnov, L. A., Panfilova, L. M., Belen'kij, B. Z. (2005). Problemy rasshirenija proizvodstva vanadijsoderzhashhih stalej v Rossii. Stal, 6, 108–123.
  34. Panfilova, L. M., Smirnov, L. A., Mitchell, P. S. (2005). Mikrolegirovanie vanadiem stalej dlja tonkolistovogo gorjachekatanogo prokata. Chernaja metallurgija : Bjul. NTI, 7, 36–42.
  35. Vorozhishhev, V. M., Pavlov, V. V., Shur, E. A. (2005). Kachestvo rel'sov iz zajevtektoidnoj stali, mikrolegirovannoj vanadiem i azotom. Izvestija vuzov. Chernaja metallurgija, 8, 41–44.
  36. Matrosov, Ju. I., Litvinenko, D. A., Golovanenko, S. A. (1989). Stal' dlja magistral'nyh gazoprovodov. Moscow: Metallurgija, 288.
  37. Adamczyk, Ja., Carsi, M., Kzik, R., Wusatowski, R. (1995). Structure forming process during hot deformation of a C-Mn-V-N steel. Steel Res., 66 (7), 305–308.
  38. Revidriego, F. J., Abad, R., Lopez, B., Gutiérrez, I., Urcola, J. J. (1996). Influence of incomplete dissolution of precipitates on static recrystallisation of vanadium microalloyed steels. Scripta Materialia, 34 (10), 1589–1594. doi: 10.1016/1359-6462(96)00020-6
  39. Morrison, W. B., Cochrane, R. C., Mitchell, P. S. (1993). The influence of precipitation mode and dislocation substructure on the properties of vanadium-treated steels. ISIJ International, 33 (10), 1095–1103. doi: 10.2355/isijinternational.33.1095
  40. Jur'ev, A. B., Godik, L. A., Kozyrev, N. A. (2008). Ispol'zovanie splava Nitrovan v proizvodstve rel'sovoj stali nizkotemperaturnoj nadezhnosti. Stal, 9, 31–33.
  41. Ljakishev, N. P., Tishaev, S. I., Parshin, V. A. (1995). Fiziko-himicheskie aspekty mikrolegirovanija maloperlitnyh stalej povyshennoj prochnosti i hladostojkosti dlja metallicheskih konstrukcij. Metally, 3, 45–55.
  42. Gol'dshtejn, M. I., Popov, V. V. (1989). Rastvorimost' faz vnedrenija pri termicheskoj obrabotke stali. Moscow: Metallurgija, 200.
  43. Sage, A. M. (1989). Microalloyed Steels for structural application. Metals and Materials, 10, 584–588.
  44. Rabinovich, A. V., Bublikov, Ju. A., Tregubenko, G. N. (2008). Uluchshenie struktury i povyshenie svojstv lityh ferrito-perlitnyh stalej dlja transportnogo mashinostoenija. Sovremennaja jelektrometallurgija, 36–40.
  45. Rabinovich, A. V., Tregubenko, G. N., Puchikov, A. V. (2010). Vlijanie mikrodobavok titana na strukturu i svojstva lityh jelektrostalej. Teorija i praktika metallurgii, 5-6, 60–64
  46. Rabinovich, A. V., Tregubenko, G. N., Bublikov, Ju. A. (2012). Razrabotka i proizvodstvo konstrukcionnyh stalej s karbonitridnym uprochnenijam na osnove kompleksnogo mikrolegirovanija N-Ti-Al. Metallofizika. Novejshie tehnologii, 34 (10), 1385–1395.
  47. Uzlov, I. G., Puchikov, A. V., Uzlov, O. V. (2013). Vysokoprochnaja termicheski uprochnennaja mikrolegirovannaja konstrukcionnaja stal' dlja vagonostroenija. Metallurgicheskaja i gornorudnaja promyshlennost, 2, 51–54.
  48. Rabinovich, A. V., Tregubenko, G. N., Taras'ev, M. I., Bublikov, Ju. A. (2005). Teoreticheskie osnovy i tehnologija optimal'nogo mikrolegirovanija jelektrostali azotom, titanom i aljuminiem. Zb. naukovih prac' “Suchasnі problemi metalurgіi”, 7, 97–107.
  49. Demin, D. A. (2013). Nechetkaja klasterizacija v zadache postroenija modelej «sostav – svojstvo» po dannym passivnogo jeksperimenta v uslovijah neopredeljonnosti. Problemy mashinostroenija, 6, 15–23.
  50. Seraja, O. V., Demin, D. A. (2010). Ocenka predstavitel'nosti usechennyh ortogonal'nyh podplanov plana polnogo faktornogo jeksperimenta. Sistemnі doslіdzhennja ta іnformacіjnі tehnologіi, 3, 84–88.
  51. Demin, D. A., Katkova, T. I. (2010). Metod obrabotki maloj vyborki nechetkih rezul'tatov ortogonalizovannogo passivnogo jeksperimenta. Vіsnik Іnzhenernoї Akademіi, 2, 234–237.
  52. Seraja, O. V., Demin, D. A. (2009). Ocenivanie parametrov uravnenija regressii v uslovijah maloj vyborki. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6/4(42), 14–19.
  53. Seraya, O. V., Demin, D. A. (2012). Linear regression analysis of a small sample of fuzzy input data. Journal of Automation and Information Sciences, 44 (7), 34–48. doi: 10.1615/jautomatinfscien.v44.i7.40
  54. Demin, D. A. (2013). Artificial orthogonalization in searching of optimal control of technological processes under uncertainty conditions. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5/9(65), 45–53. Available at: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/18452/16199
  55. Ivchenko, A. V., Rabinovich, A. V., Ambrazhej, M. Ju., Bublikov, Ju. A. (2010). K voprosu o proizvodstve holodnodeformirovannogo armaturnogo prokata iz katanki s karbonitridnym uprochneniem. Metizy. Specializirovannyj zhurnal, 01 (22), 50–52.

Published

2014-12-15

How to Cite

Бубликов, Ю. А. (2014). Increasing the properties of structural ferrite-pearlite steels. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(11(72), 50–58. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2014.33442

Issue

Section

Materials Science