Волгоградский государственный технический университет, Волгоград, Россия:

М. В. Кириличев, заведующий лабораторией кафедры «Технология материалов», канд. техн. наук, эл. почта: tecmat@vstu.ru
Н. А. Зюбан, профессор кафедры «Технология материалов», докт. техн. наук, эл. почта: tecmat49@vstu.ru
Д. В. Руцкий, доцент, заведующий кафедрой «Технология материалов», канд. техн. наук, эл. почта: drutskii@vstu.ru

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия:
Д. С. Толстых, заместитель директора передовой инженерной школы «Материаловедение, аддитивные и сквозные технологии», эл. почта: Tolstykh.DS@misis.ru

Микроликвационные процессы являются первичным звеном в формировании химической неоднородности по объему заготовок. Для управления зональной ликвационной неоднородностью в настоящее время разработаны определенные методы и технологии, позволяющие существенно уменьшить проявления этого дефекта, а в случае междендритной ликвации, зависящей в основном от химического состава и скорости кристаллизации, разработка таких методов связана с определенными сложностями. Исследовали особенности формирования микроликвационной неоднородности в лабораторных слитках массой 40 кг из низкоуглеродистых низколегированных сталей, отлитых при различных условиях охлаждения, и в вакуумном слитке массой 24,2 т из стали 38ХН3МФА. Установлено, что в лабораторных слитках определяющим фактором, воздействующим на микроликвационные процессы, является исходный химический состав, в частности содержание серы, увеличение концентрации которой способствует активизации микроликвационных процессов почти по всем элементам. Изменение температурных условий охлаждения в большей степени влияет на параметры структуры. В крупном слитке изменение концентрации элементов как в осях дендритов, так и в междендритных пространствах тесным образом связано с особенностями формирования макроструктуры. Более стабильное распределение элементов наблюдается на нижнем горизонте слитка, что обусловлено ускоренными процессами кристаллизации за счет охлаждающего воздействия массивного поддона. Изменение параметров структуры зависит от геометрических размеров слитка, в зоне столбчатых кристаллов дендритный параметр имеет наибольшее значение.

Исследование выполнено при финансовой поддержке ВолгГТУ в рамках научного проекта № 6/469-22.

1. Костылева Л. В. Создание новых научных принципов упрочнения железоуглеродистых сплавов на основе развития теории кристаллизации и микроликвации: дис. … докт. техн. наук. — Волгоград : ВолгГТУ, 2002. — 361с.
2. Ромашкин А. Н., Дуб В. С., Толстых Д. С., Иванов И. А., Мальгинов А. Н. Прогнозирование ликвации углерода по сечению стальных кузнечных слитков // Металлург. 2016. № 8. С. 28–41.
3. Костылева Л. В., Санталова Е. А., Габельченко Н. И., Ильинский Н. В. Концентрационная зависимость дисперсности дендритной структуры в сплавах бинарных систем // Металловедение и термическая обработка металлов. 2008. № 7 (637). С. 34–38.
4. Yang W., Zhao J., Song S., Qiu S. Numerical simulation of filling and solidification process of large steel ingot // Special Casting and Nonferrous Alloys. 2014. Vol. 34, Iss. 2. P. 149–152.
5. Ромашкин А. Н., Дуб В. С., Толстых Д. С., Иванов И. А., Мальгинов А. Н. Критерии оценки склонности стали к ликвации в кузнечных слитках // Металлург. 2017. № 10. С. 35–40.
6. Дуб В. С., Ромашкин А. Н., Мальгинов А. Н., Иванов И. А. и др. Изучение влияния конфигурации кузнечных слитков на распределение химических элементов по их сечению // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2014. № 1. С. 5–18.
7. Rutskii D. V., Zyuban N. A., Gamanyuk S. B. Production of ingots with favourable location of internal defects owing to varying the features of solidification of its head part // CIS Iron and Steel Review. 2016. Vol. 12. No. 2. P. 22–25.
8. Fan Zhang, Hong-gang Zhong, Yu-qian Yang. Improving ingot homogeneity by modified hot-top pulsed magneto-oscillation // Journal of Iron and Steel Research International. 2022. Vol. 29. P. 1939–1950. 

9. Duan Zhen-Hu, Shen Hou-Fa, Liu Bai-Cheng. A numerical study of the effect of multiple pouring on macrosegregation in a 438-ton steel Ingot // Acta metallurgica sinica-english letters. 2015. Vol. 28. No. 9. P. 1123–1133.
10. Зюбан Н. А., Руцкий Д. В., Гаманюк С. Б., Коновалов С. С. Кузнечные слитки: проблемы качества и новые подходы // Черные металлы. 2014. № 7. C. 17–21.
11. Zhang C., Shahriari D., Loucif A., Melkonyan H., Jahazi M. Influence of thermomechanical shrinkage on macrosegregation during solidification of a large-sized high-strength steel ingot // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018. Vol. 99. P. 3035–3048. DOI: 10.1007/s00170-018-2695-1.
12. Коваленко В. С. Металлографические реактивы : справочник. — М. : Металлургия, 1981. — 120 с.
13. Хворинов Н. И. Кристаллизация и неоднородность стали / пер. с чеш. А. А. Жукова. — М. : Машгиз, 1958. — 392 с.
14. Скребцов А. М., Кузьмин Ю. Д., Секачев А. О., Терзи В. В. Дендритная ликвация в сплавах железа в зависимости от массы добавочных элементов и их физических свойств // Известия вузов. Черная металлургия. 2014. Т. 57. № 9. С. 52–55.
15. Иликбаев И. В., Пупышев Д. П. Влияние дендритной ликвации на структуру и свойства теплоустойчивой стали 15Х2НМФА // Уральская школа металловедов : сб. материалов XIX Международной научно-технической Уральской школы-семинара металловедов — молодых ученых. (Екатеринбург, 19–23 ноября 2018 г.). С. 149–152.
16. Сычков А. Б., Бигеев В. А., Потапова М. В., Исаев М. К. Последствия микрофизической ликвации химических элементов в сварочных сталях : сб. трудов ХV Международного конгресса сталеплавильщиков. Москва – Тула. (15–19 октября 2018 г.) С. 349–356.
17. Гайдук С. В., Кононов В. В., Налесный Н. Б. Исследование дендритной ликвации и фазовой неоднородности в жаропрочных коррозионно-стойких никелевых сплавах // Вестник двигателестроения. 2006. № 1. С. 150–154.