Optimization of the chemical composition of steel for engineering structures by the criterion of stabilization of mechanical properties

Abstract

EN: The aim of the study is to create a mathematical model for the operational control of the strength characteristics of the expected metal structure in the conditions of serial steelmaking. Traditional approaches based on test results of prototypes obtained in laboratory conditions are not suitable for this purpose. This is because, in mass production steelmaking, the strength characteristics of products are affected by the metal structure and many other melting conditions, in addition to their chemical composition. This justifies the need to take into account the parameters of interatomic interaction as optimization criteria.The main idea of the study is to take into account the concept of directional chemical bonding of metal, which links their composition, structure and metal properties.This concept is supplemented by elements of optimization of the chemical composition of steel, by the criterion of stabilization of mechanical properties, and by methods of planning experiments. This allowed us to obtain variation intervals for the main optimization criteria.To ensure the physical essence of the models for predicting the mechanical properties of steels of railway equipment bearing systems, it is proposed to use integral physical and chemical criteria: the structural parameter d (nm 10-1) and the physical and chemical equivalent ZY(e).The influence of alloying elements (chromium, molybdenum, vanadium) on the formation of mechanical properties of steel is studied on the basis of mathematical and physicochemical modelling. The intervals of alloying elements content that ensure compliance with the required standards are determined. Dependencies of changes in the mechanical properties of alloyed rolled products on the structural state index d were constructed.The intersection of the functions of properties of medium-carbon steels in the eutectic region corresponds to the provisions of N.S Kurnakova aw, and makes it possible to predict the level and combination of properties and characteristics of alloys. /// UA: Метою роботи є створення математичної моделі оперативного управління характеристиками міцності очікуваної металоконструкції в умовах серійного сталеплавильного виробництва. Традиційні підходи, що ґрунтуються на результатах випробувань дослідних зразків, одержуваних у лабораторних умовах, для цієї мети не підходять. Сказане пояснюється тим, що оскільки в умовах серійного сталеплавильного виробництва на характеристики міцності виробів, крім їх хімічного складу, впливає структура металу і безліч інших умов плавок, це обґрунтовує необхідність для врахування параметрів міжатомної взаємодії як критеріїв оптимізації.Головна ідея дослідження полягає в тому, щоб під час прогнозування до уваги брали концепцію спрямованого хімічного зв’язку металу, що пов’язує між собою їх склад, структуру і властивості металу.Представлена концепція доповнена елементами оптимізації хімічного складу сталі за критерієм стабілізації механічних властивостей, методами планування експериментів, завдяки чому було отримано інтервали варіювання основних критеріальних показників оптимізації.Для забезпечення фізичної сутності моделей прогнозування механічних властивостей сталей несівних систем залізничної техніки запропоновано використовувати інтегральні фізико-хімічні критерії: структурний параметр d (нм 10-1) і фізико-хімічний еквівалент ZY(e).На підставі математичного та фізико-хімічного моделювання вивчено вплив легуючих елементів (хром, молібден, ванадій) на формування механічних властивостей сталі. Визначено інтервали вмісту легувальних елементів, що забезпечують виконання необхідних норм. Побудовано залежності зміни механічних властивостей легованого прокату від показника структурного стану d.Перетин функцій властивостей середньовуглецевих сталей у ділянці евтектоду відповідає положенням закону Н.С. Курнакова і дає змогу прогнозувати рівень і поєднання властивостей та характеристик сплавів.