Complex effect of sulfur and phosphorus on the characteristics of wheel steel of KP-T brand before and after modification

Сергій Олексійович Полішко

doi:10.15587/2706-5448.2021.229163

Автор(и)

Сергій Олексійович Полішко Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара, Україна https://orcid.org/0000-0003-4388-2317

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2021.229163

Ключові слова:

багатофункціональні модифікатори, хімічний склад сталі, механічні властивості сталі, неметалеві включення

Анотація

Об'єктом дослідження є колісна сталь КП-2, модифікована системою Al-Mg-Si-Fe-C-Ca-Ti-Ce. Одним з найбільш проблемних місць при виплавці сучасних сталей є стабільність хімічного складу через використання неконтрольованих за змістом ломів, шихти та стандартних модифікаторів, які виготовляються плавленим способом.

Для усунення цієї проблеми в ході дослідження використовувалися багатофункціональні модифікатори. Це пов'язано з тим, що запропонований в даній роботі метод модифікування сталі КП-2 має ряд особливостей. В даному випадку встановлено вплив модифікаторів багатофункціональної дії на установці вакуумної обробки сталі на десульфурацію колісної сталі марки КП-2, отриманої в умовах відкритого акціонерного товариства «Інтерпайп НТЗ» (м. Дніпро, Україна). Зокрема, при обробці сталевого розплаву багатофункціональними модифікаторами відбувається не тільки рафінуюча дія, але також підвищення стабільності хімічного складу та рівня механічних характеристик колісної сталі марки КП-2. Це підтверджено представленими в дослідженні коефіцієнтами варіації та межплавочної різниці (розмахом), отриманими методами статистичної обробки великого масиву даних – 442 серійних плавок і 1 модифікованої (6 коліс).

Завдяки багатофункціональній модифікації дійсно підвищується рівень механічних характеристик і якості готових коліс. У порівнянні з подібними серійними матеріалами, такими як FeSi, FeCa, FeMn, SiCa, застосування нових модифікаторів багатофункціональної дії в колісній сталі КП-2 забезпечує значне зниження масової частки сірки, ніж в тому ж металі, який обробляють традиційним способом. Встановлено, що при застосуванні багатофункціональних модифікаторів змінюється форма неметалевих включень на глобулярну та знижується їх кількість, що також підвищує рівень механічних властивостей колісної сталі КП-2. Отримані коефіцієнти варіації доводять, що механічні характеристики модифікованої сталі КП-2 стабільніші, ніж в серійних плавках тієї ж сталі. Це підвищить попит і якість на ці залізничні колеса.

Біографія автора

Сергій Олексійович Полішко, Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, доцент

Кафедра технології виробництва

Посилання

Shapovalova, O. M., Shapovalov, V. P., Shapovalov, O. V., Polishko, S. O. (2011). Pat. No. 93684 UA. Deoxidizing-conditioning agent for processing of smeltings of steels and alloys. MPK: C22C 35/00, C22C 1/06 (2006.01), C22B 9/10 (2006.01), C21C 1/00, C21C 7/06 (2006.01). No. а200801124; declareted: 30.01.2008; published: 10.03.2011, Bul. No. 5, 4.
Murakami, Y. (2019). Metal Fatigue: Effects of Small Defects and Nonmetallic Inclusions. Academic Press, 733. doi: http://doi.org/10.1016/c2016-0-05272-5
Ren, Y., Zhang, L., Yang, W., Duan, H. (2014). Formation and Thermodynamics of Mg-Al-Ti-O Complex Inclusions in Mg-Al-Ti-Deoxidized Steel. Metallurgical and Materials Transactions B, 45 (6), 2057–2071. doi: http://doi.org/10.1007/s11663-014-0121-0
Ostash, O. P., Andreiko, I. M., Kulyk, V. V., Prokopets, V. I. (2012). Tsyklichna trishchynostiikist stalei zaliznychnykh kolis typu KP-2 i KP-T za vplyvu ekspluatatsiinykh temperaturno-sylovykh faktoriv. Problemi mekhanyky zheleznodorozhnoho transporta: Bezopasnost dvyzhenyia, dynamyka, prochnost podvyzhnoho sostava, enerhosberezhenye. Donetsk: DNUZhT, 105–106.
Sokolov, I. L., Sokolova, E. V. (2020). Osobennosti desulfuratsii nizkouglerodistykh, nizkokremnistoi stali na agregate «kovsh-pech». Teoriia i tekhnologiia metallurgicheskogo proizvodstva. Magnitogorsk: Magnitogorsk. gos. tekhn. un-ta im. G. I. Nosova, 3 (34), 4–8.
Lychagina, T., Nikolayev, D., Sanin, A., Tatarko, J., Ullemeyer, K. (2015). Investigation of rail wheel steel crystallographic texture changes due to modification and thermomechanical treatment. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 82, 012107. doi: http://doi.org/10.1088/1757-899x/82/1/012107
Liu, K. P., Dun, X. L., Lai, J. P., Liu, H. S. (2011). Effects of modification on microstructure and properties of ultrahigh carbon (1.9wt.% C) steel. Materials Science and Engineering: A, 528 (28), 8263–8268. doi: http://doi.org/10.1016/j.msea.2011.07.038
Prigunova, A. G., Petrov, S. S. Structure of metallic melts and its relation with the solid state. Metaloznavstvo ta obrobka metaliv, 2, 17–27.
Brebbia, C., Connor, J. J., Newkirk, J. W., Popov, A. A., Zhilin, A. S. (2018). Progress in Materials Science and Engineering. Springer, 203. doi: http://doi.org/10.1007/978-3-319-75340-9
Khrapov, G. A., Shilovekikh, O. Iu., Tiulenev, E. N., Dolgikh, Iu. N. (2016). Povyshenie effektivnosti desulfuratsii na ustanovkakh kovsh-pech pri obrabotke stali s nizkim soderzhaniem kremniia. Stal, 3, 12–13.
Öchsner, A., Altenbach, H. (Eds.) (2018). Improved Performance of Materials: Design and Experimental Approaches. Springer International Publishing AG, 277. doi: http://doi.org/10.1007/978-3-319-59590-0
Francis, R. A. (2017). An introduction to the metallurgy of steel and its alloys. Ashburton, 182.
Polishko, S. O. (2019). Influence of multifunctional modification on stabilization of chemical composition of wheel steels. Journal of Chemistry and Technologies. Bulletin of Dnipropetrovsk university. Series Chemistry, 27 (1), 31–39. doi: http://doi.org/10.15421/081903
DSTU GOST 10791-2016. Kolesa tselnokatanye (2016). Standartinfo, 29.
Voinov, A. R., Ri, E. X. (2018). Tekhnologiia kompleksnoi obrabotki stalei na agregate «kovsh-pech» (ladle-furnace). Khabarovsk: Tikhookeanskii gosudarstvennii universitet (TOGU), 64.