ООО «Тиксомет», Санкт-Петербург, Россия

А. А. Казаков, заведующий лабораторией металлургической экспертизы, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: kazakov@thixomet.ru

Д. В. Киселев, технический директор

АО «Выксунский металлургический завод», Выкса, Россия

Е. С. Мурсенков, главный специалист Инженерно-технологического центра
В. А. Мурысев, главный специалист Инженерно-технологического центра

Показано, как термодинамическое моделирование и полученные на его основе диаграммы фазовых равновесий первичных неметаллических включений (НВ) в стали могут быть полезны для интерпретации природы и обобщения составов всех НВ, образующихся в низкоуглеродистых сталях при их модифицировании кальцием и церием. Экспериментальные данные о составе включений получены методом энергодисперсной рентгеновской спектроскопии (SEM-EDS) и содержатся в заводских металлографических заключениях, оформленных и обобщенных в среде анализатора изображений Thixomet, который является ядром системы качества металлопродукции. Показано, что все эндогенные включения являются либо продуктами перемодифицирования стали кальцием (твердые CaO и CaS с жидкими алюминатами кальция (АК) в различных сочетаниях), либо недомодифицированной магнезиальной шпинелью MgAl₂O₄, образовавшейся при восстановлении магния из раскисленного шлака в агрегате ковш-печь. Экзо-эндогенные включения состоят либо из продуктов перемодифицирования, сорбированных на MgO-содержащих огнеупорах и оторванных от их поверхности после глубокой инфильтрации вместе с частицами MgO, либо из продуктов недомодифицирования (АК+MgAl₂O₄), сорбированных на поверхности ZrO₂-содержащих огнеупоров без инфильтрации, но с частичным растворением ZrO₂ в жидких АК. Установлены рейтинги встречаемости отдельных сочетаний фаз в НВ и обсуждены детали природы их образования для повышения металлургического качества сталей путем совершенствования технологии внепечной обработки и разливки.

1. Kazakov A. A., Kiselev D. V., Murysev V. A., Rybalchenko I. V. Non-metallic inclusions and hook cracks of high-frequency induction welded pipes. CIS Iron and Steel Review. 2022. Vol. 24. pp. 49–59.
2. Geng Rm., Li J., Shi Cb. Influence of cerium treatment on inclusion modification and as-cast microstructure of high-strength low-alloy steel. J. Iron Steel Res. Int. 2022. Vol. 29. pp. 1659–1668. DOI: 10.1007/s42243-022-00751
3. Kumar S., Keshari K. K., Deva A. et al. Abrupt casting failures due to sub entry nozzle clogging in calcium treated aluminum killed steel. J. Fail. Anal. and Preven. 2023. Vol. 23. pp. 221–233.
4. Pretorius Eugene B., Helmut G. Oltmann, Cash T. J. The effective modification of spinel inclusions by Ca treatment in LCAK steel. Iron and Steel Technology. 2010. Vol. 7. pp. 31–44.
5. Loscher W., Fix W., Pfeiffer A. Reoxidation of Al-killed steels by MgO-containing basic refractories. ScanInjectV. 5^th International Conference on Injection Metallurgy. Luleå, Sweden. Part IV. 1989. pp. 395–408.
6. Brabie V. Mechanism of reaction between refractory materials and aluminum deoxidized molten steel. ISIJ International. 1996. Vol. 36. pp. S109–S112.
7. Lehmann J., Boher M., Kaerlé M. C. An experimental study of the interactions between liquid steel and a MgO-based tundish refractory. CIM Bulletin. 1997. Vol. 90. No. 1013. pp. 69–74.
8. Tiekink W., Boertje R., Boom R., Kooter R. et al. Aspects of CaFe cored wire injection into steel. ISSTech 2003 Conference Proceedings. 2003. pp. 157–164.
9. Ahlborg K. C. Fifth Int. Conf. on Clean Steel, OMBKE. Budapest, Hungary. 1997. pp. 151–156.

10. Story S. R., Smith S. M., Fruehan R. J., Casuccio G. S. et al. Application of Rapid inclusion identification and analysis. Iron Steel Technol. 2005. Vol. 2, Iss. 9. pp. 41–49.
11. Obinna Adaba M. H., Ronald J. O’Malley, Simon N. Lekakh et al. An SEM/EDS statistical study of the effect of mini-mill practices on the inclusion population in liquid steel, clean steel 9: 9^th International Conference and Exhibition on Clean Steel. Budapest, Hungary. 2015. Ch. 4. p. 5.
12. Story S. R., Mannion F. J., Casuccio G. S., Potter M. S. Proc. of the Richard J. Fruehan. Symposium, Physical Chemistry of Sustainable Metals, AIST. Pittsburgh, PA. 2011. pp. 403–422.
13. Mendez J., Gуmez A., Capurro C., Donayo R. et al. Effect of process conditions on the evolution of MgO content of inclusions during the production of calcium treated, aluminum killed steels. 8^th International Conference on CLEAN STEEL. Budapest, Hungary. 2012. DOI: 10.13140/RG.2.1.3658.9600
14. Li W., Wang Y., Wang W., Ren Y. et al. Dependence of the clogging possibility of the submerged entry nozzle during steel continuous casting process on the liquid fraction of non-metallic inclusions in the molten Al-killed Ca-treated steel. Metals. 2020. Vol. 10. 1205.
15. Capurro C., Beiza J., Bilancieri A., Carranza A., Cicutti C. Impact of non-metallic inclusions on steel castability of resulfurized grades. 10^th International Conference and Exhibition on CLEAN STEEL – CLEAN STEEL 10. Budapest. September 2018.
16. Wang X., Li X., Li Q., Huang F. et al. Control of stringer shaped non-metallic inclusions of CaO–Al2O3 system in API X80 linepipe steel plates. Steel Res. Int. 2014. Vol. 85. pp. 155–163.
17. Yang S., Wang Q., Zhang L. et al. Formation and modification of MgO∙Al2O3-based inclusions in alloy steels. Metall. Mater. Trans.: B. 2012. Vol. 43. pp. 731–750.
18. Murakami T., Fukuyama H., Nagata K.et al. Phase diagram for the system CaO–Al2O3–ZrO2. Metall. Mater. Trans.: B. 2000. Vol. 31. pp. 25–33.
19. Wang H., Glaser B., Sichen D. Improvement of resistance of MgO-based refractory to slag penetration by In situ spinel formation. Metall. Mater. Trans.: B. 2015. Vol. 46. pp. 749–757.