Волгоградский государственный технический университет (Волгоград, Россия)
А. В. Дроздов, аспирант кафедры «Технология материалов», drozdov28373@gmail.com
Д. В. Руцкий, заведующий кафедрой «Технология материалов», к.т.н., доцент, drutskii@vstu.ru
Н. А. Зюбан, профессор кафедры «Технология материалов», д.т.н., профессор, tecmat49@vstu.ru
Филиал ПАО «ТМК» Волжский трубный завод (Волжский, Россия)
М. С. Никитин, ведущий инженер-технолог лаборатории технологии сталеплавильного производства Службы главного
сталеплавильщика, maks.nikitin@tmk-group.com
В. В. Морозов, начальник лаборатории технологии сталеплавильного производства службы главного сталеплавильщика, vadim.morozov@tmk-group.com
В работе исследованы закономерности формирования, изменения морфологии, размеров и фазового состава неметаллических включений в жидком металле при производстве подшипниковой стали ШХ15 по технологической схеме ДСП-УКП-ВД-МНЛЗ. Установлено, что максимальная загрязненность металла НВ наблюдается после выплавки в ДСП и составляет 0,0109 %, тогда как минимальные значения объемной доли и плотности включений достигаются после десульфурации и легирования в ковш-печи (УКП-2) и составляют 0,0048 % и 2,2 шт/мм2 соответственно. Показано, что в процессе внепечной обработки происходит последовательная трансформация оксидных включений по схеме Al2O3 MgO·Al2O3 → CaO·Al2O3 → 12CaO·7Al2O3 с сохранением шпинельного ядра. Установлено, что модифицирование оксидных включений кальцием, восстанавливаемым из высокоосновного рафинировочного шлака, сопровождается образованием кальцийсодержащих алюминатов, находящихся при температурах обработки в жидком или полужидком состоянии, что способствует глобуляризации включений и увеличению их доли до 96,8 % на этапе УКП-2. После вакуумирования наблюдается дальнейшее перераспределение фазового состава включений в сторону кальцийсодержащих алюминатов. На этапе разливки через промежуточный ковш возрастает доля включений с ядрами магнезиальной шпинели, что может быть связано со взаимодействием расплава с магнезиальной футеровкой промежуточного ковша и переносом ранее сформированных Mg-содержащих включений. Показано, что формирование комплексных оксидных включений системы Al2O3-CaO-MgO-SiO2 протекает по смешанному экзо-эндогенному механизму. Средний размер глобулярных включений в зависимости от передела варьируется от 6,3 до 7,2 мкм, при этом на каждой стадии присутствуют крупные включения размером более 20 мкм. На основании полученных результатов предложены технологические рекомендации по снижению загрязненности стали ШХ15 глобулярными неметаллическими включениями за счет оптимизации режима раскисления, параметров внепечной обработки, состава рафинировочного шлака и условий обработки металла аргоном.
1. Zhao Y., Ren G., Chen L. (et al) Influence of Non-Metallic Inclusions on Very High-Cycle Fatigue Performance of High-Strength Steels and Interpretation via Crystal Plasticity Finite Element Method // Metals. 2024. Vol.14 (8). pp. 948.
2. Zhang G., Cheng G., Huang Y. (et al) Formation and Control of Large Oxide Inclusions at the Spot-Segregation Defects of Al-Killed GCr15SiMn Ingots // Metallurgical and materials transactions В. 2023.Vol. 54B. pp. 1725–1738.
3. Guo Z., Sun Y. Effect of MgO Content in LF Refining Slag on Inclusion Removal and Cleanliness Improvement in GCr15 Bearing Steel // Materials. 2026. Vol. 19. pp. 360.
4. Степанов А. Б., Зайцев А. И., Стрижакова Т. И. Закономерности образования и эволюции неметаллических включений при ковшовой обработке и непрерывной разливке специальных легированных сталей // Металлург. 2016. № 8. С. 77–86.
5. Li H., Xie Y., Dou N. (et al) Research on the control technology of Ds inclusion and Oxygen content in GCr15 bearing steel // Journal of Physics: Conference Series. 2022. Vol. 2268 (1).
6. Григорович К. В., Демин К. Ю., Шибаев С. С. и др. Анализ технологии раскисления стали // Сталь. 2007. № 9. С. 31–37.
7. Валентин П., Брух К., Гаул Дж. Эмульгирование верхних слоев шлака при продувке в ковше углеродистой стали, раскисленной кремнием // Новости черной металлургии за рубежом. 2010. № 6. С. 39.
8. Ji Y., Liu C., Lu Y. (et al) Effects of FeO and CaO/Al2O3 Ratio in Slag on the Cleanliness of Al-Killed Steel // Metall Mater Trans. 2018. Vol. 49. pp. 3127–3136.
9. Yongshun Z., Ao H., Lvping F., Huazhi G. Effect of lightweight refractories on the cleanness of bearing steels // Ceramics International. 2018. Vol. 4. pp. 12965–12972.
10. Чичкарев Е. А. Моделирование процессов коагуляции и удаления неметаллических включений при продувке расплава инертным газом // Металлург. 2010. № 4. С. 67–71.
11. Виноградов С. В., Кромм В. В., Жучков В. И. Эффективность различных способов раскисления стали при внепечной обработке // Электрометаллургия. 2004. № 6. С. 21–23.
12. Зайцев А. И., Родионова И. Г., Шапошников Н. Г. и др. Новые типы неблагоприятных неметаллических включений на основе MgO-Al2O3. Ч.1 // Металлург. 2011. № 2. С. 50–55.
13. Зайцев А. И., Родионова И. Г., Шапошников Н. Г. и др. Новые типы неблагоприятных неметаллических включений на основе MgO-Al2O3. Ч.2 // Металлург. 2011. № 3. С. 28–33.
14. Zheng H.-Y., Guo S.-Q., Qiao M.-R. (et al) Study on the modification of inclusions by Ca treatment in GCr18Mo bearing steel // Journal of Iron and Steel Research International. 2019. Vol. 26. pp. 440–450.
15. Madias J., Martin A., Donayo R., Gomez A. Study about downgrading variables by inclusionary cleanliness in the ladle furnace at ternium Siderar // 7th Clean Steel Conference Proceedings. Hungary. June 2007. pp. 203–211.
16. Данилов А. П., Дмитриенко В. И., Атконова О. П. Влияние технологии на образование крупных оксидных неметаллических включений в подшипниковой стали // Сталь. 2010. № 9. С. 52–53.
17. Сафронов А. А., Дуб В. С., Орлов В. В. и др. К механизму формирования конгломератов неметаллических включений системы Al2O3-CaOMgO // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2019. Т. 75. № 12. С. 1341–1352.
18. Deng Z. Y., Zhu M. Y., Zhong B. J., Dai Y. G. Effect of Basicity on Deoxidation Capability of Refining Slag // Journal of Iron and Steel Research, International. 2013. Vol. 20. No. 2. pp. 21–26.
19. Ботников С. А., Пышминцев И. Ю. Снижение загрязненности высококачественной стали неметаллическими включениями и влияние способа отбора пробы металла на ее оценку // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2024. Том 80. № 6. С.27–49.
20. Панченко А. И., Сальников А. С., Гасик М. И. Разработка и освоение инновационной технологии выплавки подшипниковой электростали ШХ15СГ-В // Современная электрометаллургия. 2010. № 4. С. 49–55.