Контроль оксидных неметаллических включений в процессе производства IF стали

Современные тенденции в автомобилестроении направлены на снижение массы автомобиля и повышение его безопасности. Высокая пластичность IF-BH стали в сочетании с повышенной прочностью позволяет использовать прокат меньшей толщины в конструкции кузова автомобиля. Достижение высоких пластических свойств в IF-BH стали обеспечивается низким содержанием азота и углерода (C < 40 ppm, N < 40 ppm) и контролируемым содержанием углерода в твердом растворе. Возникновение большинства дефектов поверхности листа связано с неметаллическими включениями. Присутствие неметаллических включений в готовой продукции нарушает ее однородность, ухудшает поверхностные свойства стали, усталостную прочность и пластические характеристики металла. В результате выполнения работы методами микрорентгеноспектрального и фракционного газового анализа на растровом электронном микроскопе проанализированы образцы металла трех плавок IF-BH стали, отобранные по всей технологической цепочке производства в СП КС ПАО «Северсталь». Количественно определены основные типы оксидных неметаллических включений, находящихся в стали, а также общее содержание кислорода и азота в металле. Показано, что основными типами оксидных неметаллических включений в исследованных пробах металла являются алюминаты, силикаты и шпинель. Установлены два места с возможным вторичным окислением после ввода алюминия. Между пробами наблюдали заметный прирост азота, что свидетельствовало о вторичном окислении металла. При этом возрастало содержание включений алюминатов в металле и снижалось количество включений алюмомагниевой шпинели. Разработана математическая модель и программное обеспечение, описывающее процесс образования и удаления оксидных неметаллических включений. Адекватность программы подтверждена хорошей сходимостью между расчетными и экспериментальными данными по общему содержанию [O] в различных типах оксидов для первой пробы на установке ковш-печь и в слябе.

1. Bkhattashariya D. Prospects for the development of high-strength IF-steels. In: Mezhdunarodnyi seminar “Sovremennye dostizheniya v metallurgii i tekhnologii proizvodstva stalei dlya avtomobil’noi promyshlennosti”, 17 – 18 fevralya 2004 [Int. Seminar “Modern developments in metallurgy and technologies of steels for automotive industry”, 17 – 18 February, 2004]. Moscow: Metallurgizdat, 2004, pp. 71–82. (In Russ.).

2. Rodionova I., Filippov G. Technological aspects of the production of steel for automotive industry. Natsional’naya metallurgiya. 2004, no. 2, pp. 93–97. (In Russ.).

3. Titov V. Rolled steel for automotive industry. Natsional’naya metallurgiya. 2004, no. 5, pp 84–89. (In Russ.).

4. Pampa Ghosh, Chiradeep Ghosh, Ray R.K. Precipitation in interstitial free high strength steels. ISIJ International. 2009, vol. 49, no. 7, pp. 1080–1086.

5. Gorkusha D.V., Komolova O.A., Grigorovich K.V., Alpatov A.V., Arsenkin A.M. Criteria for achieving the BH effect in ultra-low carbon steels for deep drawing. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2020, vol. 63, no. 3-4, pp. 201–210. (In Russ.).

6. Myung-Duk Seo, Jung-Wook Cho, Kwang-Chun Kim, Seon-Hyo Kim. Evolution of non-metallic inclusions in ultra low carbon steel after aluminum deoxidization. ISIJ International. 2014, vol. 54, no. 3, pp. 475–481.

7. Zaitsev A.I., Rodionova I.G., Khoroshilov A.D., Mezin F.I., Semernin G.V., Mishnev P.A., Zhironkin M.V., Bikin K.B. Analysis of surface defects occurrence in cold-rolled products from IF-steels. Elektrometallurgiya. 2012, no. 7, pp. 36–40. (In Russ.).

8. Zhou Xiaolei, Shi Zhe, Zhang Guifang. The evolution of non-metallic inclusions in IF steel. Applied Mechanics and Materials. 2015, vol. 696, pp. 62–65.

9. Shiozawa K, Lu L. Effect of non-metallic inclusion size and residual stresses on gigacycle fatigue properties in high strength steel. Advanced Materials Research. 2008, vol. 44–46, pp. 33–42.

10. Bate P.S. Texture development in the cold rolling of IF steel. Materials Science and Engineering: A. 2004, vol. 38, no. 1, pp. 365–377.

11. Jin Ma, Bo Zhang, Daokui Xu, En-Hou Han, Wei Ke. Effects of inclusion and loading direction on the fatigue behavior of hot rolled low carbon steel. Int. Journal of Fatigue. 2010, vol. 32, pp. 1116–1125.

12. Jouni Ikäheimonen, Kauko Leiviskä, Jari Ruuska, Jarkko Matkala. Nozzle clogging prediction in continuous casting of steel. In: 15th Triennial World Congress, July 21 – 26, 2002, Barcelona, Spain, pp. 143–147.

13. Tehovnik F., Burja J., Arh B., Knap M. Submerged entry nozzle clogging during continuous casting of al-killed steel. Metalurgija. 2015, vol. 54, no. 2, pp. 371–374.

14. Shchukina L.I., Tuvaev V.F., Komolova O.A., Grigorovich K.V. Investigation of the causes of reduced spillability of sheet steel аt domestic enterprises. In: Sbornik trudov: XV Mezhdunarodnyi kongress staleplavil’shchikov [Proceedings of XV Int. Congress of Steelmakers]. 2018, pp. 357–362. (In Russ.).

15. Karasev A.V., Suito H. Analysis of size distributions of primary oxide inclusions in Fe-10 mass pct Ni-M (M = Si, Ti, Al, Zr, and Ce) alloy. Metallurgical and Materials Transactions B. 1999, vol. 30, no. 2, pp. 259–270.

16. Ohta H., Suito H. Characteristics of particle size distribution of deoxidation products with Mg, Zr, Al, Ca, Si/Mn and Mg/Al in Fe10 mass % Ni alloy. ISIJ International. 2006, vol. 46, no. 1, pp. 14–21.

17. Kanbe Y., Karasev A., Todoroki H., Jönsson P.G. Application of extreme value analysis for two- and three-dimensional determinations of the largest inclusion in metal samples. ISIJ International. 2011, vol. 51, no. 4, pp. 593–602.

18. Manish Marotrao Pande, Muxing Guo. Determination of steel cleanliness in ultra low carbon steel by pulse discrimination analysis optical emission spectroscopy technique. ISIJ International. 2011, vol. 51, no. 11, pp. 1778–1787.

19. Gorkusha D.V., Grigorovich K.V., Karasev A.V., Komolova O.A. Content modification of different types of non-metallic inclusions during low-carbon IF steel ladle treatment. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2019, vol. 62, no. 5, pp. 345–352. (In Russ.).

20. Komolova O.A., Grigorovich K.V. Mathematical models, algorithms and software for dynamic simulation of leadle treatment technology. Metallurgia Italiana. 2019, no. 3, pp. 20-24

21. Mapelli C., Barella S., Gruttadauria A., Mombelli D. Prevision of inclusional content in structural steel. In: 5th Int. Congress on the Science and Technology of Steelmaking 2012, Dresden, Germany. 2012, pp. 1–9.

22. Seshadri V., Antônio da Silva C., Alves da Silva I. A physical modelling study of inclusion removal in tundish using inert gas curtain. Tecnologia. Metalurgia, Materiais e Mineracao. 2012, vol. 9, no. 1, pp. 22–29

23. Zhang L., Thomas B.G., Wang X., Cai K. Evaluation and control of steel cleanliness – review. In: 85th Steelmaking Conference Proceedings, ISS-AIME, Warrendale, PA, 2002, pp. 431–452.

24. Lifeng Zhang. Fluid flow and inclusion removal in molten steel continuous casting strands. In: 5th Int. Conference on CFD in the Process Industries CSIRO, Melbourne, Australia, 2006, pp. 1–9.

25. Pérez J. Inclusion Control Model in Ladle Metallurgy Furnace: Mc- Master University, Master’s thesis, Ontario, 2012, p. 131.

26. Grigorovich K.V., Komolova O.A. Mathematical modeling and optimization of steelmaking technologies. In: Proceedings of the 7th Int. Congress on the Science and Technology of Steelmaking (ICS2018), 2018, Venice, Italy.