DOI: https://doi.org/10.30838/J.PMHTM.2413.230419.133.287

Study of the influence of thecomposition and structure of ст3псsteel on hardness

М. О. Aksakov

Abstract


Formulation of theproblem. The use of indirect methods of quality control of metal rolling is due to many factors, among which the influence of the chemical composition and technological regimes should be noted. These factors affect the structure and the mechanical characteristics, in particular, low carbon steels. In the work for the prediction of hardness indicators of Ст3псsteel, it is proposed to apply the methodology of planning experiments, taking into account the influence of elements of chemical composition and structure.  To  estimate  the  ferrite-pearlite  structure,  it  is  proposed  to  use  the  fractal  formalism,  the use  of  which  allows  you  to  track changes  in  the  structure  by  determining  the  fractal  dimension  of  its  elements. Materials  and  methods. Using  the  methodology  of planning  experiments,  the  effect  of  the  chemical  composition  and  structure  on  the  mechanical  properties  of  low-carbon Ст3пс lowalloyed  steel  was  investigated. Results. By  implementing  the  experiment  planning  matrix,  a  mathematical  model  was  obtained  for evaluating the hardness of Ст3псsteel, taking into account the influence of elements of chemical composition and the fractal dimension of  perlite.  The  model  is  adequate  according  to  the  criteria  of Cochran's and  Fisher.  Based  on  the  analysis  of  the  coefficients  of  the regression  equation,  a  histogram  of  the  influence  of  the  elements  of  the  chemical  composition  of  the  studied  steel  on  the  hardness indicators was constructed. The growth of the fractal dimension of perlite from 1,785 to 1,946 with an increase in the carbon content from  0,14  to  0,22  %  was  recorded,  which  indicates  the  possibility  of  its  use  in  assessing  the  structure  of  low-carbon  steels. Conclusions. A method for assessing the hardness of St3ps steel has been developed, taking into account the influence of elements of chemical composition and fractal dimension of perlite. The results indicate the prospects forthe application of the theory of fractals in the prediction of the mechanical properties of low-carbon steels.


Keywords


hardness; steel; perlite; fractal; matrix of planning; model

References


Skoblo T.S., Vorontsov N.M., Budagyants N.A. and others. Prokatnyye valki iz vysokouglerodistykh staley [Rolling rolls made of high-carbon steels]. Moscow : Metallurgiya Publ., 1994, 336 p. (in Russian).

Dubrov Yu., Bolshakov V. and Volchuk V. Puti identifikatsii periodicheskikh mnogokriterial'nykh tekhnologiy [Road periodic identification of multi-criteria Technology]. Saarbrucken : Palmarium Academic Publishing, 2015, 236 p. (in Russian).

Bolshakov V.I., Volchuk V.N. and Dubrov Yu.I. Identifikatsiya mnogoparametricheskikh, mnogokriterial'nykh tekhnologiy iputi ikh prakticheskoy realizatsii [Multiparameter identification, multicriteria techniques and ways of their implementation]. Metaloznavstvo ta termichna obrobka metaliv[Metall Science and Heat Treatment of Metals]. 2013, no.4. pp. 5–11. (in Russian).

Bol’shakov V.I., Volchuk V.N. and Dubrov Yu.I. Etapy identyfikatsiyi bahatoparametrychnykh tekhnolohiy ta shlyakhy yikhrealizatsiyi [Stages multiparameter identification technologies and ways of their implementation]. Visnyk Natsionalʹnoyi akademiyi nauk Ukrayiny [Bulletin of the National Academy of Sciences of Ukraine]. 2013, no. 8, pp. 66–72. (in Ukrainian).

MishutnА., Kroviakov S., PishevO.and Soldo B. Modified expanded clay lightweight concretes for thin-walled reinforced concrete floating structures. Technical Journal, 2017, vol. 11, no. 3, pp. 121124.

Kroviakov S. and Mishutn A. Production technology of modified expanded clay lightweight concrete for floating structures. The Scientific Journal of Cihan University –Sulaimanyia. 2017, vol. 1, no. 4, pp.210.

Bol’shakov V.I., Volchuk V.N. and Dubrov Yu.I. K voprosu o postanovke zadachi identifikatsii fraktal'noy struktury metalla[Statement on the issue of the problem identification of fractal metal structures]. Visnyk Prydniprovs’koyi derzhavnoyi akademiyi budivnytstva ta arkhitektury [Bulletin of Prydniprovs’ka State Academy of Civil Engineering and Architecture]. 2016, no. 5, pp. 35–39. (in Russian).

Volchuk V.N. K opredeleniyu oblasti kompromissa kharakteristik kachestva materialov [By identifying areas compromiseperformance materials quality]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov [Metall Science and Heat Treatment of Metals]. 2015, no. 3, pp. 21–25. (in Russian).

Gurvich A.K. and Ermolov I.N. Ul'trazvukovaya defektoskopiya svarnykh shvov [Ultrasonic testing of welds]. Kyiv : Tekhnika, 1972, 460 p. (in Russian).

Bolshakov V.I., Volchuk V.N. and Dubrov Yu.I. O prognozirovanii kachestva tselevogo produkta v periodicheskikhtekhnologiyakh [Predicting the quality of a desired product in periodic technologies]. Dopovidi Natsionalnoi akademii nauk Ukrainy [Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine]. 2014, no. 11, pp. 77–81. (in Russian).

Bol’shakov V.I., Volchuk V.N., Dubrov Yu.I. and Deyneko L.N. Formirovanie modeli prognoza kachestva materiala, osnovannoj na `ekspertnoj ocenke i aktivnom `eksperimente [Formation of a model for predicting the quality of a material based on expert judgment and an active experiment]. Komp'yuternoe materialovedenie i obespechenie kachestva : mater. k 45-mu mezhdunar. sem. po modelirovaniyu i optimizacii kompozitov [Computer Science and Quality Assurance : mater. to the 45th Intern. Sem. on modelingand optimization of composites]. Odessa : AstroPrint, 2006, pp. 146−150. (in Russian).

Bolshakov V.I., Volchuk V.M. and Dubrov Yu.I. Fundamentals of fractal modeling. Kyiv, Ukraine : PH "Akademperiodyka" National Academy of Sciences of Ukraine, 2017, 170 p. (in Russian).

Bol’shakov V., Volchuk V. and Dubrov Yu. Fractals and properties of materials. Saarbrucken : Lambert Academic Publishing, 2016, 140 p.

Volchuk V., Klymenko I., Kroviakov S., Orešković M. Method of material quality estimation with usage of multifractal formalism. Tehnički glasnik –Technical Journal, 2018, vol. 12, no. 2, рр. 9397.

Volchuk V.M. K primeneniyu fraktal'nogo formalizma pri ranzhirovanii kriteriyev kachestva mnogoparametricheskikh tekhnologiy[On the Application of Fractal Formalism for Ranging Criteria of Quality of Multiparametric Technologies ]. Metallofizika i noveyshiye tekhnologii[Metal Physics and Advanced Technologies]. 2017, vol. 39, no 3, рp. 949957. (in Russian).

Bolshakov V.I., Volchuk V.M. and Dubrov Yu.I. Regularization of One Conditionally Ill-Posed Problem of Extractive Metallurgy. Metallofizika i Noveishie Tekhnologii, 2018, vol. 40, no. 9, pр. 11651171.

Bol’shakov V.I., Dubrov Yu.I., Kryulin F.V. and Volchuk V.N. Sposib vyznachennya fraktal’noyi rozmirnosti zobrazhennya[Method for determining fractal dimensionality of an image]. Patent product no. 51439А, UA. MPK 7 G06K9/00, bulletin no. 11, 2002. (in Ukrainian).


GOST Style Citations


1. Прокатные  валки  из  высокоуглеродистых  сталей  :  монография  /  [Т.  С.  Скобло,  Н.  М.  Воронцов,  Н.  А.  Будагьянц и др.]. –Москва : Металлургия, 1994. –336 с.

2.  Пути  индентификации  периодических  многокритериальных  технологий : монография / [Ю. Дубров,  В. Большаков, В. Волчук]. –Саарбрюккен : Palmarium Academic Publishing, 2015. 236 с.

3. Большаков  В. И. Идентификация  многопараметрических,  многокритериальных  технологий  и  пути  их  практическойреализации / В. И. Большаков, В. Н. Волчук, Ю. И. Дубров // Металознавство та термічна обробка металів. –2013. № 4. –С. 5–11.

4. Большаков  В.  І.  Етапи  ідентифікації  багатопараметричних  технологій  та  шляхи  їх  реалізації  /  В.  І.  Большаков, В.  М.  Волчук,  Ю.  І.  Дубров  //  Вісник  НАН  України. –  2013.  –  №  8. –  С.  66–72.  – Режим  доступу :http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/67873

5. MishutnА. Modified expanded clay lightweight concretes for thin-walled reinforced concrete floating structures / А. Mishutn, S. Kroviakov,  O.  Pishev,  B.  Soldo  //  Technical  Journal.  2017.  Vol.  11,  №  3.  Pp.  121124. –  Режим  доступу : https://hrcak.srce.hr/186657

6. Kroviakov S. Production technology of modified expanded clay lightweight concrete for floating structures / S. Kroviakov, A. Mishutn //The Scientific Journal of Cihan University –Sulaimanyia.  2017.  Vol. 1. № 4. Рр.210.

7. Большаков В. И. К вопросу о постановке задачи идентификации фрактальной структуры металла / В. И. Большаков, В. Н. Волчук,  Ю.  И.  Дубров  // Вісник  Придніпровської  державної  академії  будівництва  та  архітектури. – 2016. – №  5. – С. 35–39. – Режим доступу: http://visnyk.pgasa.dp.ua/article/view/68905/63995

8.  Волчук  В.  Н.  К  определению  области  компромисса  характеристик  качества  материалов  /  В.  Н.  Волчук  // Металознавство  та  термічна  обробка  металів.  – 2015.  −  №  3. −  С.  21−25.  –  Режим  доступу :http://mtom.pgasa.dp.ua/article/view/23-30

9. Ультразвуковая дефектоскопия сварных швов : монография / [А. К. Гурвич, И. Н. Ермолов]. – Киев : Техника, 1972. 460 с.

10. Большаков В. И. О прогнозировании качества целевого продукта в периодических технологиях / В.И. Большаков, В. Н. Волчук,  Ю.  И.  Дубров  //  Доповіді  НАН  України. –  2014.  –  №  11. –  С.  77–81.  – Режим  доступу : https://doi.org/10.15407/dopovidi2014.11.0771

11. Большаков В. И. Формирование модели прогноза качества материала, основанной на экспертной оценке и активном эксперименте  /  В.  И.  Большаков,  В.  Н.  Волчук,  Л.  Н.  Дейнеко,  Ю.  И.  Дубров  //  Компьютерное  материаловедение  и обеспечение  качества  :  матер.  к  45-му междунар.  сем.  по  моделированию и  оптимизации  композитов. –  Одесса  : АстроПринт, 2006. –С. 146–150.

12. Основы организации фрактального моделирования : монография / [В. И. Большаков, В. Н. Волчук, Ю. И. Дубров]. –Киев : Академпериодика НАН Украины, 2017. – 170 с.

13. Fractals and properties of materials :  monograph /  [V. Bol’shakov, V. Volchuk, Yu. Dubrov]. − Saarbrucken :  LambertAcademic Publishing, 2016. − 140 p.

14. Volchuk V. Method of  material quality  estimation with usage of  multifractal  formalism / V. Volchuk, I. Klymenko, S. Kroviakov, M. Orešković // Tehnički glasnik – Technical Journal. 2018.  Vol. 12. № 2.  Pр. 9397. –Режим доступу : https://doi.org/10.31803/tg-20180302115027

15.  Волчук  В.  Н.  К  применению  фрактального  формализма  при  ранжировании  критериев  качества многопараметрических  технологий  /  В.  Н.  Волчук // Металлофизика  и  новейшие  технологии.  2017.   Т. 39.  №  3.  С. 949–957.  Режим доступу : http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v39/i07/0949.html

16. Bolshakov  V.  I.  Regularization  of  One  Conditionally  Ill-Posed  Problem  of  Extractive  Metallurgy /  V.  I.  Bolshakov, V.  M.  Volchuk,  Yu.  I.  Dubrov  //  Metallofizika  i  Noveishie  Tekhnologii.   2018.    Vol.  40.   №  9.  Pр. 11651171. Режим доступу : https://DOI: 10.15407/mfint.40.09.1165

17. Большаков  В. І.,  Дубров  Ю. І.,  Криулін  Ф. В.,  Волчук  В. М. Патент  на винахід № 51439А.  Спосіб  визначення фрактальної розмірності зображення. Бюл. № 11. − 15.11.2002.