Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, (Екатеринбург, Россия)
Д. П. Швецов, инженер исследовательского центра физики металлических жидкостей, shwedmail@gmail.com
О. А. Чикова, профессор кафедры физики, д.ф.-м.н., доцент, o.a.chikova@urfu.ru
Н. И. Синицин, с.н.с. исследовательского центра физики металлических жидкостей, доцент кафедры физики, к.ф.-м.н., n.i.sinitsin@urfu.ru
В. С. Цепелев, директор исследовательского центра физики металлических жидкостей, д.т.н., профессор, v.s.tsepelev@urfu.ru
Исследована связь объемной доли шлаковых включений с микроструктурой и механическими свойствами слитков стали 12Х18Н9ТЛ. Образцы для исследования отобраны в процессе разливки стали марки 12Х18Н9ТЛ, соответственно, после расплавления шихты до введения Ti, из первого ковша, после введения Ti, из второго ковша, после дозагрузки, повторного введения Ti, из третьего ковша. Все образцы отбирались после наведения шлака. В лабораторных условиях для закристаллизованных образцов определены элементный состав, объемная доля шлаковых включений, изучена микроструктура, проведены механические испытания. Металлографическим методом определены доля феррита, средний размер зерна и дендритный параметр. По результатам механических испытаний рассчитаны предел прочности, условный предел текучести, пластичность. Установлена корреляция между объемной долей шлаковых включений и характеристиками литой микроструктуры, механическими свойствами образца. Увеличение объемной доли шлаковых включений приводит к уменьшению пластичности металла, что связано с увеличением дендритного параметра на фоне измельчения зерна. Сделано заключение о последствиях увеличения объемной доли шлаковых включений в отливке для качества изделий. Таким образом, представлено научно-техническое обоснование решения проблемы на производстве – брак, связанный с образованием оксидных плен в отливках. Установлено, что причина брака – образовывание шлаковых включений в слитке и на поверхности в результате дозагрузки печи после слива первого ковша. Исключение дозагрузки печи позволило избежать образование плен в отливках и на поверхности отливок, снизить брак и трудоемкость по обработке.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (тема № FEUZ-2026-0013).
1. Липпольд Д., Котеки Д. Металлургия сварки и свариваемость нержавеющих сталей / под ред. Н. А. Соснина, А. М. Левченко. – СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2011. – 467 с.
2. Рамазанов А. К., Ганеев А. А. Особенности литья корпусных деталей трубопроводной арматуры из коррозионностойкой стали марки 12Х18Н9ТЛ // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2018. Т. 18. № 2. С. 22–29. DOI: 10.18503/1995-2732-2020-18-2-22-29
3. Zhang L., Thomas B. G. Inclusions in continuous casting of steel // XXIV National Steelmaking Symposium. Morelia, Mexico. 2003. P. 138–183.
4. Vasconcellos da Costa e Silva A. L. The effects of non-metallic inclusions on properties relevant to the performance of steel in structural and mechanical applications // Journal of Materials Research and Technology. 2019. Vol. 8(2). P. 2408–2422. DOI: 10.1016/j.jmrt.2019.01.009
5. Lipa S., Sawicki J., Dybowski K., Pietrasik R., Januszewicz B. The Effect of Non-Metallic Inclusions Formed as a Result of Deoxidation on the Fatigue Strength of 15CrNi6 and 16MnCr5 Steel // Archives of Metallurgy and Materials. 2018. Vol. 63(3). P. 1345–1350. DOI: 10.24425/123810
6. Park J. C., Kang Y. Inclusions in Stainless Steels - A Review // Steel Research International. 2017. Vol. 88(12). 1700130. DOI: 10.1002/srin.201700130
7. Yan P., Huang S., Pandelaers L. et al. Effect of the CaO-Al2O3-Based Top Slag on the Cleanliness of Stainless Steel During Secondary Metallurgy // Metall Mater Trans B. 2013. Vol. 44. P. 1105–1119. DOI: 10.1007/s11663-013-9898-5
8. Park J. H., Zhang L. Kinetic Modeling of Nonmetallic Inclusions Behavior in Molten Steel: A Review // Metall Mater Trans B. 2020. Vol. 51. P. 2453–2482. DOI: 10.1007/s11663-020-01954-1
9. Beskow K., Dayal P., Björkvall J. et al. A new approach for the study of slag–metal interface in steelmaking // Ironmaking & Steelmaking. 2006. Vol. 33(1). P. 74–80. DOI: 10.1179/174328106X94735
10. Hagemann R., Heller H.-P., Lachmann S. et al. Slag entrainment in continuous casting and effect of interfacial tension // Ironmaking & Steelmaking. 2012. Vol. 39(7). P. 508–513. DOI: 10.1179/1743281212Y.0000000018
11. Zhang L., Li Y., Wang Q., Yan C. Prediction model for steel/slag interfacial instability in continuous casting process // Ironmaking & Steelmaking 2015. Vol. 42(9). P. 705–713. DOI: 10.1179/1743281215Y.0000000023
12. Huajie Wu, Yinghui Liu, Yue Sun et al. Analysis of critical slag entrapment speed at the steel–slag interface // Ironmaking & Steelmaking. 2020. Vol. 48(102). P. 343–350. DOI: 10.1080/03019233.2020.1780367
13. Zhang X., Pirker S., Saeedipour M. Numerical investigation of particle motion at the steel–slag interface in continuous casting using VOF method and dynamic overset grids // Experimental and Computational Multiphase Flow. 2023. Vol. 5(2). P. 178–191. DOI: 10.1007/s42757-021-0130-6
14. Zhang X., Pirker S., Saeedipour M. Investigation of Inclusion Removal at Steel–Slag Interface toward a Small‐Scale Criterion for Particle Separation // Steel Research International. 2023. Vol. 94. 2200842. DOI: 10.1002/srin.202200842
15. Wang Y., Fu Jx., Kumar D. et al. State-of-art of in situ observations of inclusion agglomeration at steel/Ar and steel/slag interfaces: a review of recent development on experimental and theoretical studies // J. Iron Steel Res. Int. 2025. Vol. 32. P. 315–333. DOI: 10.1007/s42243-024-01410-3
16. Preisser N., Wang Y., Cejka J. et al. Application of high-temperature confocal scanning laser microscopy to investigate non-metallic inclusions in steel: a review // J. Iron Steel Res. Int. 2025. Vol. 32. P. 334–352. DOI: 10.1007/s42243-024-01413-0
17. Kralchevsky P. A., Paunov V. N., Denkov N. D. et al. Energetical and force approaches to the capillary interactions between particles attached to a liquid-fluid interface // Journal of Colloid and Interface Science. 1993. Vol. 155(2). P. 420–437. DOI: 10.1006/jcis.1993.1056
18. Швецов Д. П., Чикова О. А., Цепелев В. С., Синицин Н. И., Вьюхин В. В. Физико-химические исследования расплавов стали 12Х18Н9ТЛ для управления качеством литых изделий // Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2025. T. 68. № 5. С. 534–542. DOI: 10.17073/0368-0797-2025-5-534-542
19. Швецов Д. П., Цепелев В. С., Синицин Н. И., Чикова О. А., Вьюхин В. Микронеоднородность жидкой стали 12Х18Н9ТЛ // Расплавы. 2025. № 5. С. 476–491. DOI: 10.31857/S0235010625050069
20. ГОСТ 977-88. Отливки. Общие технические условия. – Введ. 01.01.1990.
21. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. – Введ. 01.01.1986.
22. Федосеева Е. М., Ольшанская Т. В., Душина А. Ю. Закономерности формирования структуры в механизмах кристаллизации аустенитных сталей (обзор) // Вестник ПНИПУ. Машиностроение.
Материаловедение. 2023. Т. 25. №1. С. 83–97. DOI: 10.15593/2224-9877/2023.1.09
23. Rigmant M. B., Korkh M. K. On conformity of the measurement results of percentage of ferrite and ferritic number in austenitic steels at measurements by russian ferritometers // International Research Journal. 2018. Vol. 77(11). P. 74–78. DOI: 10.23670/IRJ.2018.77.11.013
24. Türkmen M., Karabulut H., Erden M.A., Gündüz S. Effect of TiN Addition on The Microstructure and Mechanical Properties of PM Steels // Technological Applied Sciences (NWSATAS). 2017. Vol. 12(4). P. 178–184. – DOI: 10.12739/NWSA.2017.12.4.2A0125
25. Lippold J. С., Savage W. F. Solidification of austenitic stainless steel weldments, I: a proposed mechanism // Welding Journal. 1979. Vol. 58(12). P. 62–74.
26. Ogawa T., Tsunetomi E. Hot cracking susceptibility of austenitic stainless steels // Welding Journal. 1982. Vol. 61(3). P. 82–93.
27. Панченко М. Ю., Реунова К. А., Нифонтов А. С., Колубаев Е. А., Астафурова Е. Г. Влияние морфологии и объемной доли δ-феррита на водородное охрупчивание нержавеющей стали 08Х19Н9Т, полученной методом электронно-лучевого аддитивного производства // Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2023. Т. 66(4). С. 434–441. DOI: 10.17073/0368-0797-2023-4-434-441