Волгоградский государственный технический университет, Волгоград, Россия

Л. В. Палаткина, доцент кафедры «Технология материалов» (ТМ), канд. техн. наук, эл. почта: lv.palatkina@yandex.ru
В. В. Галаган, магистрант кафедры ТМ, эл. почта: galaghan@list.ru
М. В. Матасова, магистрант кафедры ТМ, эл. почта: matasova.mary2016@mail.ru

АО «Волжский трубный завод», Волжский, Россия
М. Ю. Чубуков, заместитель начальника центральной заводской лаборатории, канд. техн. наук, эл. почта: chubukovmu@vtz.ru

Методом компьютерного моделирования для стали 26ХГМФ построена псевдобинарная диаграмма, в соответствии с которой (на базе результатов более ранних исследований in situ наблюдений за перитектической реакцией и перитектическим превращением) уточнены фазово-структурные механизмы ее кристаллизации. Установлено, что при затвердевании непрерывнолитой заготовки диаметром 260 мм из стали 26ХГМФ в ее объеме формируется характерное для непрерывного литья зонное строение дендритных кристаллов, при этом электромагнитное перемешивание (ЭМП) расплава обеспечивает практически полное отсутствие физической неоднородности в тепловом центре. На основе качественного анализа микрохимической неоднородности распределения кремния впервые показано, что проявляющийся при ЭМП расплава эффект увеличения скорости затвердевания фиксирует в дендритных кристаллах на этапе перитектического превращения неравномерное распределение элементов (по сечению аустенитных слоев разного происхождения), сохраняющееся при последующих твердофазных превращениях. Также показано, что дендриты окружены двумя внешними оболочками различного цвета, характеризующими микроликвационные зоны с разным содержанием в них кремния. Для выяснения природы образования оболочек выдвинуто предположение об их кристаллизационной природе, обусловленной наличием в расплаве поверхностно-активных примесей, обладающих положительной адсорбцией по Гиббсу. Согласно данным анализа химического состава, объем таких примесей (As, Sb, Sn, Pb, Zn и Bi) превышает 0,02 % (мас.), что может стать причиной образования кремнистых оболочек при ЭМП расплава. Вызванная ЭМП расплава микроликвационная неоднородность в объемах «дендрит» и «междуветвие» может наследоваться готовым изделием (и может отразиться на снижении стойкости обсадных труб к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением), так как кремнистые оболочки, сформированные на дендритных кристаллах, препятствуют выравнивающему состав диффузионному перераспределению элементов между этими зонами.

1. Azizi G., Thomas B. G., Asle Zaeem M. Prediction of thermal distortion during steel solidification // Metals. 2022. Vol. 12, Iss. 11. 1807. DOI: 10.3390/met12111807
2. Казаков А. А., Пахомова О. В., Казакова Е. И. Исследование литой структуры промышленного сляба ферритно-перлитной стали // Черные металлы. 2012. № 11. С. 9–15.
3. Эльдарханов А. С., Нурадинов А. С., Ванюкова Н. Д., Ахтаев С. С.-С. Современные технические решения совершенствования технологии непрерывной разливки стали // Сталь. 2018. № 9. С. 13–16.
4. Протоковило И. В. МГД технологии в металлургии (Обзор) // Современная электрометаллургия. 2011. Т. 105. № 4. С. 32–41.
5. Хацаюк М. Ю. Теория и моделирование магнитогидродинамических процессов в электротехнологических комплексах металлургического назначения : автореф. дис. … док. техн. наук. — Красноярск, 2019.
6. Шахов С. И. Научные основы совершенствования систем электромагнитного перемешивания и кристаллизаторов сортовых и блюмовых машин непрерывного литья заготовок : дис. … докт. техн. наук. — Москва, 2021. — 36 с.
7. Cho S-M., Thomas B. G. Electromagnetic effects on solidification defect formation in continuous steel casting // JOM. 2020. Vol. 2. P. 3610–3627. DOI: 10.1007/s11837-020-04329-8
8. Jiang D., Zhu M., Zhang L. Numerical simulation of solidification behavior and solute transport in slab continuous casting with S-EMS // Metals. 2019. Vol. 9, Iss. 4. 452. DOI: 10.3390/met9040452
9. Jiang D., Wang R., Zhang Q., Zhang Z. et al. Effect of final electromagnetic stirring on solidification microstructure of GCr15 bearing steel in simulated continuous casting // Journal of Iron and Steel Research International. 2020. Vol. 27, Iss. 11. P. 141–147. DOI: 10.1007/s42243-019-00257-3
10. Wang P., Xiao H., Zhang, Z., Li S., Zhang J. Behavior of mold electromagnetic stirring for round bloom castings and its eccentric stirring problem // Materials. 2022. Vol. 15, Iss. 24. 8814. DOI: 10.3390/ma15248814
11. Azizi G., Brian G. T., Zaeem M. A. Review of peritectic solidification mechanisms and effects in steel casting // Metallurgical and Materials Transactions B. 2020. Vol. 51. P. 1875–1903. DOI: 10.1007/s11663-020-01942-5
12. Liu T., Long M., Chen D., Huang Y. et al. Investigation of the peritectic phase transition in a commercial peritectic steel under different cooling rates using in situ observation // Metallurgical and Materials Transactions B. 2020. Vol. 51. P. 338–352. DOI: 10.1007/s11663-019-01758-y
13. Yang Y., Luo S., Wanget P., Wang W., Zhu M. Multiphase field modeling of dendritic solidification of low-carbon steel with peritectic phase transition // Metallurgical and Materials Transactions B. 2021. Vol. 52, Iss. 6. P. 3708–3719. DOI: 10.1007/s11663-021-02297-1
14. Wang W., An Z., Luo S., Zhu M. In-situ observation of peritectic solidification of Fe–Mn–Al–C steel with medium manganese // Journal of alloys and compounds. 2022. Vol. 909, Iss. 3. 164750. DOI: 10.1016/j.jallcom.2022.164750
15. Яценко А. И., Репина Н. И., Гришко П. Д. Первичная структура перитектических сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 1988. № 1. С. 9–11.
16. Яценко А. И., Левченко Г. В., Репина Н. И., Грушко П. Д., Демина Е. Г. Кристаллизация и структура перитектических сталей // Металлы. 2003. № 2. С 18–23.
17. Ерехинский Б. А., Чернухин В. И., Арабей А. Б., Пышминцев И. Ю. и др. Разработка отечественных высокопрочных труб нефтяного сортамента, стойких в средах, содержащих сероводород // Транспорт и хранение нефтепродуктов. 2016. № 4. С. 40–46.
18. Тихонцева Н. Т. Разработка химических составов и режимов термической обработки высокопрочных труб в сероводородостойком исполнении : автореф. дис. … канд. техн. наук. — Екатеринбург, 2007. — 24 с.
19. Рыжков М. А. Особенности фазовых и структурных превращений в рационально легированных сталях для производства высокопрочных труб, стойких к воздействию сред, содержащих сероводород : автореф. дис. … канд. техн. наук. — Екатеринбург, 2009. — 24 с.
20. Ширяев А. Г., Четвериков С. Г., Чикалов С. Г., Пышминцев И. Ю., Крылов П. В. Технологии производства стальных бесшовных труб для добычи трудноизвлекаемых углеводородов // Известия вузов. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 11. С. 866–875. DOI: 10.17073/0368-0797-2018-11-866-875
21. Shi X., Yan W., Wang W., Lian-Yu Z. et al. HIC and SSC behavior of highstrength pipeline steels // Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 2015. Vol. 28, Iss. 7. P. 799–808. DOI: 10.1007/s40195-015-0257-1
22. Mohtadi-Bonab M. A. Effects of different parameters on initiation and propagation of stress corrosion cracks in pipeline steels: A review // Metals. 2019. Vol. 9, Iss. 5. 590. DOI: 10.3390/met9050590
23. Руцкий Д. В., Морозов В. В., Зюбан Н. А., Кириличев М. В. и др. Производство непрерывнолитых заготовок из стали 26ХМФБА для обсадных труб с применением барийсодержащей лигатуры // Металлург. 2022. № 5. C. 45–55.
24. Агарков А. Ю., Руцкий Д. В., Зюбан Н. А., Бабин Г. В. Влияние обработки расплава проволокой с Са- и Ва-наполнителем на фазовый состав и загрязненность неметаллическими включениями при внепечной обработке и разливке стали 26ХМФБА // Черные металлы. 2021. № 12. C. 36–44.
25. ГОСТ 31446–2017. Трубы стальные обсадные и насосно-компрессорные для нефтяной и газовой промышленности. — Введ. 01.07.2018.
26. Панченко Е. В., Скаков Ю. А., Попов К. В. Лаборатория металлографии. — М. : Металлургиздат, 1957. — 695 с.
27. Коваленко В. С. Металлографические реактивы. — М. : Металлургия,1981. — 122 с.

28. Беккерт М., Клемм Х. Способы металлографического травления. — М. : Металлургия, 1979. — 336 с.
29. Хворинов Н. И. Кристаллизация и неоднородность стали. — М. : Машгиз, 1958. — 392 с.
30. Stefanescu D. M. Microstructure evolution during the solidification of steel // ISIJ International. 2006. Vol. 46, Iss. 6. P. 786–794. DOI: 10.2355/isijinternational.46.786
31. Бунин К. П., Баранов А. А., Таран Ю. Н. Анализ фазовых равновесий и кристаллизации металлических сплавов: учебное пособие по курсу «Металлография». — Днепропетровск, 1973. — 133 с.
32. Moon S.-Ch. The peritectic phase transition and continuous casting practice. Doctoral thesis // University of Wollongong. 2015. Faculty of engineering and information sciences. — URL: (PDF) The peritectic phase transition and continuous casting practice (researchgate.net) (дата обращения: 25.04.2023).
33. Галаган В. В., Руцкий Д. В., Агарков А. Ю., Матасова М. В., Палаткина Л. В. Исследование литой структуры непрерывнолитой заготовки круглого сечения стали марки 26ХМФБ // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2022. № 7 (266). С. 40–44.
34. Самойлович Ю. А. Кристаллизация слитка в электромагнитном поле. — М. : Металлургия, 1996. — 168 с.
35. Палаткина Л. В., Костылева Л В., Ильинский В. А. Исследование аномалий дендритной структуры чугуна // Металлы. 2010. № 3. С. 35–41.