Optimization of Production Process of Structural Steel Modified with Nitrogen and Vanadium
Loading...
Date
2022
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Latvia University of Life Sciences and Technologies, Jelgava
Abstract
ENG: Structural steels are the most promising material, particularly in machine design. An important issue is to match their properties with the exploitation demands. It can be achieved by the optimization of the steel production process, i.e. formation of the primary and secondary structure under modification with nitrogen and vanadium, proposed in this research. At the experiments the structural steels were melted, modified with nitrogen and vanadium, subsequently deoxidized with aluminium, cerium and lanthanum. The steel samples were tested to reveal the mechanical properties and study the effect of modifying processing. The results have shown that some decrease in plastic properties, the impact strength and an increase in the critical temperature of brittleness is not due to vanadium nitride hardening of steel, but could be associated with imperfect technology. The final deoxidation of steel is often performed with aluminum of at least 0.05% in order to stabilize the grain of the structure during austenitizing heating. It was established that the necessary condition for the effective influence of nitrogen and vanadium should be a higher formation temperature of vanadium nitrides than aluminum nitrides in steels. Calculations showed that this condition is realized when the content of aluminum in steel is less than 0.03% and vanadium - 0.10%. The results of the performed experiments have shown that in this case there is a simultaneous increase in the strength properties and impact toughness of steel. Based on the obtained results the recommendations for the industrial process of steel making was formulated as below. In foundry shops with inductional melting furnaces it is necessary to additionally deoxidize steel with cerium and lanthanum. So, comprehensive optimization of the content of nitrogen, vanadium and deoxidizers in steel, as well as the temperature of austenitizing heating ensure increase in mechanical properties without reduction in plasticity and toughness.
UKR: Конструкційні сталі є найбільш перспективним матеріалом, особливо в машинобудуванні. Важливим питанням є відповідність їх властивостей вимогам експлуатації. Це може бути досягнуто шляхом запропонованої в даному дослідженні оптимізації процесу виробництва сталі, тобто формування первинної та вторинної структури при модифікації азотом і ванадієм. В дослідах конструкційні сталі плавили, модифікували азотом і ванадієм, потім розкислювали алюмінієм, церієм і лантаном. Зразки сталі були випробувані з метою виявлення механічних властивостей та вивчення впливу модифікуючого процесу. Результати показали, що деяке зниження пластичних властивостей, ударної в’язкості та підвищення критичної температури крихкості не пов’язано з зміцненням сталі нітридом ванадію, а може бути пов’язано з недосконалою технологією. Остаточне розкислення сталі часто проводять алюмінієм не менше 0,05% з метою стабілізації зернистості конструкції під час аустенізуючого нагрівання. Встановлено, що необхідною умовою ефективного впливу азоту та ванадію повинна бути вища температура утворення нітридів ванадію, ніж нітридів алюмінію в сталях. Розрахунки показали, що ця умова реалізується при вмісті алюмінію в сталі менше 0,03% і ванадію - 0,10%. Результати проведених дослідів показали, що в цьому випадку відбувається одночасне підвищення міцнісних властивостей та ударної в’язкості сталі. На основі отриманих результатів сформульовано рекомендації щодо промислового процесу виготовлення сталі. У ливарних цехах з індукційними плавильними печами необхідно додатково розкислювати сталь церієм і лантаном. Таким чином, комплексна оптимізація вмісту азоту, ванадію та розкислювачів у сталі, а також температура аустенізуючого нагріву забезпечують підвищення механічних властивостей без зниження пластичності та в’язкості.
UKR: Конструкційні сталі є найбільш перспективним матеріалом, особливо в машинобудуванні. Важливим питанням є відповідність їх властивостей вимогам експлуатації. Це може бути досягнуто шляхом запропонованої в даному дослідженні оптимізації процесу виробництва сталі, тобто формування первинної та вторинної структури при модифікації азотом і ванадієм. В дослідах конструкційні сталі плавили, модифікували азотом і ванадієм, потім розкислювали алюмінієм, церієм і лантаном. Зразки сталі були випробувані з метою виявлення механічних властивостей та вивчення впливу модифікуючого процесу. Результати показали, що деяке зниження пластичних властивостей, ударної в’язкості та підвищення критичної температури крихкості не пов’язано з зміцненням сталі нітридом ванадію, а може бути пов’язано з недосконалою технологією. Остаточне розкислення сталі часто проводять алюмінієм не менше 0,05% з метою стабілізації зернистості конструкції під час аустенізуючого нагрівання. Встановлено, що необхідною умовою ефективного впливу азоту та ванадію повинна бути вища температура утворення нітридів ванадію, ніж нітридів алюмінію в сталях. Розрахунки показали, що ця умова реалізується при вмісті алюмінію в сталі менше 0,03% і ванадію - 0,10%. Результати проведених дослідів показали, що в цьому випадку відбувається одночасне підвищення міцнісних властивостей та ударної в’язкості сталі. На основі отриманих результатів сформульовано рекомендації щодо промислового процесу виготовлення сталі. У ливарних цехах з індукційними плавильними печами необхідно додатково розкислювати сталь церієм і лантаном. Таким чином, комплексна оптимізація вмісту азоту, ванадію та розкислювачів у сталі, а також температура аустенізуючого нагріву забезпечують підвищення механічних властивостей без зниження пластичності та в’язкості.
Description
H. Meniailo: ORCID 0000-0002-6874-7202; V. Khrychikov: ORCID 0000-0002-8557-098X
Keywords
structural steels, modifying, deoxidation, aluminium, cerium, nitrogen, vanadium, конструкційні сталі, модифікація, розкислення, алюміній, церій, азот, ванадій, КЛВ
Citation
Aftandiliants Y., Gnyloskurenko S., Meniailo H., Khrychikov V. Optimization of Production Process of Structural Steel Modified with Nitrogen and Vanadium. Engineering for Rural Development : Proc. of 21st Intern. Sci. Conf. (Jelgava, Latvia, May 25–27, 2022). Jelgava, 2022. Vol. 21. P. 286–294. DOI: 10.22616/ERDev.2022.21.TF085.