НИТУ «МИСиС», Москва, Россия:

С. В. Подкур, аспирант кафедры металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов
Г. И. Котельников, доцент кафедры металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов, канд. техн. наук, эл. почта: gikotelnikov@yandex.ru
Д. В. Караваев, аспирант кафедры металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов
С. А. Ботников, доцент кафедры энергоэффективных и ресурсосберегающих промышленных технологий, канд. техн. наук

Анализ производственных данных показал, что уровень отсортировки стали на металлургическом предприятии нелинейно зависит от содержания углерода и водорода в стали. В связи с этим стояла задача определения оптимальных соотношений концентраций этих элементов, обеспечивающих минимальный уровень отсортировки непрерывнолитых заготовок и горячекатаного листа. Статистический анализ данных показал, что повышение содержания водорода в низкоуглеродистой стали снижает окислительную способность влаги среды по отношению к содержащимся в металле раскислителям и сокращает отсортировку стали по поверхностным дефектам «плена», «пузырь-вздутие» и «сетчатые трещины». В высокоуглеродистых сталях для снижения количества УЗК-дефектов и прорывов корочки непрерывнолитой заготовки необходимо снижать содержание водорода в металле. Это связано с тем, что в ходе разливки этих сталей развиваются ликвационные процессы с участием растворенных углерода и водорода с последующим выделением H₂ из пересыщенных водородом участков заготовки. Установлено, что минимальный уровень отсортировки разливаемой низколегированной стали обеспечивается при оптимальном соотношении концентраций водорода и углерода в металле на этапе промежуточного ковша в соответствии с уравнением [H, ppm] = –68,78·[% C] + 15,96. Данное уравнение справедливо для низколегированных сталей с содержанием углерода от 0,13 до 0,22 %. При [C] < 0,13 % рекомендуемая концентрация [H] составляет 7 ppm, а при [C] > 0,22 % следует иметь минимально возможное содержание водорода в стали.

1. Ботников С. А. Разработка и внедрение алгоритма корректировки технологии производства «чистой стали» на базе комплексного учета повышенных требований к качеству металлопродукции и производительности цеха // Сборник трудов XVI Международного конгресса сталеплавильщиков. — Екатеринбург, 2021. С. 44–51.
2. Дуб А. В., Баруленкова Н. В., Морозова Т. В., Ефимов С. В., Филатов В. Н., Зинченко С. Д., Ламухин А. М. Неметаллические включения в низколегированной трубной стали // Металлург. 2005. № 4. С. 67–73.
3. Григорович К. В. и др. Формирование неметаллических включений в низкоуглеродистых сталях, раскисленных алюминием // XX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Т. 3 : тез. докл. — Екатеринбург : Уральское отделение Российской академии наук, 2016. — 67 с.
4. Дуб А. В., Марков С. И., Морозова Т. В., Харина И. Л., Гошкадера С. В., Зинченко С. Д., Ордин В. Г. Влияние неметаллических включений на свойства и коррозионную стойкость низколегированных трубных сталей // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2009. № 4. С. 36–42.
5. Kanbe Y., Karasev A., Todoroki H., Jönsson P. G. Analysis of Largest Sulfide Inclusions in Low Carbon Steel by Using Statistics of Extreme Values // Steel Research International. 2011. Vol. 82, Iss. 4. P. 313–322.
6. Григорович К. В. Исследование структуры и металлургического качества рельсовых сталей различных производителей // Металлы. 2006. № 5. С. 1–16.
7. Григорович К. В., Шибаева Т. В., Арсенкин А. М. Влияние технологии раскисления трубных сталей на состав и количество неметаллических включений // Металлы. 2011. № 5. С. 164–169.
8. Зайцев А. И., Родионова И. Г., Семернин Г. В. Новые типы неблагоприятных неметаллических включений на основе MgO∙Al₂O₃ и металлургические факторы, определяющие их содержание в металле // Металлург. 2011. № 2. С. 50–55.
9. Алексеенко A. А., Пономаренко Д. А. Выплавка стали с заданными характеристиками неметаллических включений // Электрометаллургия. 2009. № 2. С. 15–22.
10. Белянчиков Л. Н., Бородин Д. И., Валавин В. С. и др. Сталь на рубеже столетий. Под науч. ред. Ю. С. Карабасова. — М. : МИСиС, 2001. — 664 с.
11. Морозова Т. В. Влияние технологии производства стали на однородность структуры и загрязненность металла неметаллическими включениями с целью повышения надежности магистральных трубопроводов. Автореф. дисс. … канд. техн. наук, — М.: ОАО НПО «ЦНИИТМАШ», 2012. — 23 с.
12. Казаков А. А., Ковалев П. В., Рябошук С. В. и др. Управление процессами образования неметаллических включений при производстве конвертерной стали // Черные металлы. 2014. № 4. С. 43–48.
13. Лейтес А. В. Защита стали в процессе непрерывной разливки. — М. : Металлургия, 1984. — 200 с.
14. Ботников С. А. Влияние химического состава и технологии рафинирования низкоуглеродистой и среднеуглеродистой стали на параметры разливки сортовой МНЛЗ. Автореф. дисс. … канд. техн. наук. — Челябинск, Южно-Уральский государственный университет. 2009. — 23 с.
15. Писковец В. М. Повышение эффективности обезводороживания конструкционных сталей с использованием контактного поглотителя водорода. Автореф. … канд. техн. наук. — М., Московский вечерний металлургический институт. 1995. — 26 с.
16. Черненко В. Т., Сидоренко О. Г., Федорова И. П., Миронов В. А., Демченко Е. М. Водородное охрупчивание высокопрочной низкоуглеродистой кремнемарганцовистой арматурной стали. Термист. URL: https://termist.com/bibliot/period/stal/1988/06_085.htm (дата обращения : 20.09.2020).
17. Касаткин Г. Н. Водород в конструкционных сталях. — М. : Интермет Инжиниринг, 2003. — 336 с.
18. Bragana S. R., Hohemberger J. M., Vicenzi J., Marques C. M., Basegio T., Lima A. N. C., Bergmann C. P. Hydrogen Potential Sources in Refractory Materials during Steel Casting // Steel Research International. 2016. Vol. 77, Iss. 6. P. 400–403. DOI: 10.1002/srin.200606405.
19. EUR 26397 – Hydrogen assessment in steel products and semi-products. European Commission. Research Fund for Coal and Steel. Luxembourg: Publications Office of the European Union, 2014. — 134 p.
20. Fruehan R. J., Misra S. Hydrogen and Nitrogen Control in Ladle and Casting operations // American Iron and Steel Institute. 2005. — 62 p.
21. Морозов А. Н., Стрекаловский М. М., Чернов Г. И., Кацельсон Я. Е. Внепечное вакуумирование стали. — М. : Металлургия, 1975. — 288 с.
22. Николаев А. О. Совершенствование технологии производства трубной стали с низким содержанием водорода в кислородно-конвертерных цехах. Автореф. дисс. … канд. техн. наук. — Магнитогорск, 2015. — 23 с.
23. Явойский В. И., Лузгин В. П., Колпаков С. В. и др. О влиянии водорода на возникновение сетчатых трещин в слябах, отливаемых на МНЛЗ // Сталь. 1975. № 3. С. 220–223.
24. Мельниченко А. С. Статистический анализ в металлургии и материаловедении: Учебник — М. : Изд. Дом МИСиС, 2009. — 268 с.
25. Смирнов А. Н., Пилюшенко В. Л., Минаев А. А. и др. Процессы непрерывной разливки: Монография. — Донецк : ДонНТУ, 2002. — 536 с.
26. Tait W. S. Controlling Corrosion of Chemical Progressing Equipment: in Handbook of Environmental Degradation of Materials (Thrid Edition). 2018. P. 583–600.
27. Heidersbach R. Metallurgy and Corrosion Control in Oil and Gas Production, 2 ed. NY : John Wiley & Sons, Inc., 2018. — 354 p.
28. Papavinasam S. Pitting corrosion: in Trends in Oil and Gas Corrosion Research and Technologies. Series in Energy. Cambridge : Woodhead Publish., 2017. P. 663–688.
29. Loder D., Michellic S. K., Maehofer A., Bernhard Ch. On the capability of nonmetallic inclusions to act as nuclei for acicular ferrite in different steel grades // Metallurgical and Materials Transaction B. 2017. Vol. 8. P. 3534–3543.
30. Lou H.-N., Wang C., Wang B.-X., Wang Z.-D., Misra R. D. K. Evolution of Inclusions and Associated Microstructure in Ti-Mg Oxide Metallurgy Steel // ISIJ Int. 2019. Vol. 59. P. 312–318.
31. Silva A. C. The effects of non-metallic inclusions on properties relevant to the performance of steel in structural and mechanical applications // J. of Mater. Research and Technol. 2019. Vol. 8. P. 2408–2422.
32. Zhang T., Li Y., Lu C., Jiang M. Transient behavior and thermodynamics of Inclusions in Al-Ti-Deoxidized and Ca-Treated Steel // Metallurgical and Materials Transaction B. 2018. Vol. 49, Iss. 6. P. 3534–3543.
33. Куклев А. В., Лейтес А. В. Практика непрерывной разливки стали. — М. : Металлургиздат, 2011. — 432 с.
34. Подкур С. В., Котельников Г. И., Семин А. Е., Рябцев А. Д., Гарченко А. А. Влияние массового содержания кислорода в воздухе на технико-экономические показатели выплавки стали 08Х18Н10Т // Тяжелое машиностроение. 2021. № 9. С. 22–29.
35. Подкур С. В., Котельников Г. И., Ботников С. А., Сомов С. А. Подход к планированию выплавки стали с учетом погодных факторов // Тяжелое машиностроение. 2022. № 1–2. С. 29–35.
36. Подкур С. В., Котельников Г. И., Павлов А. В., Мовенко Д. А. Выход годной стали на металлургических заводах мира в зависимости от крупнодисперсных осадков // Черные металлы. 2021. № 3. С. 66–73.
37. Штремель М. А. Прочность сплавов. Часть II. Деформация : учебник для вузов. — М. : МИСиС, 1997. — 527 с.
38. Энгель Л., Клингеле Г. Растровая электронная микроскопия. Разрушение : справ. изд. / Пер. с нем. — М. : Металлургия, 1986. — 232 с.