Исследователи из Инжинирингового центра Белгородского государственного национального исследовательского университета (НИУ «БелГУ») разработали экономичный метод получения высокопрочных микролегированных сталей, сообщает пресс-служба Минобрнауки России. Уникальность и новизна разработанного способа защищены патентом РФ.

Мировое производство переходит от стандартных углеродистых сталей к более современным решениям. В этом процессе важную роль играет церий — микролегирующий элемент, способный связываться с серой, фосфором и кислородом, уменьшая вредные примеси в железной матрице. Церий также способствует измельчению аустенитного зерна при литье, что улучшает жидкотекучесть и снижает пористость металла, тем самым повышая механические свойства изделий черной металлургии.

Материаловеды НИУ «БелГУ» предложили использовать для легирования более дешевый карбид церия. По словам ученых, этот материал придает стали свойства, сопоставимые или даже лучшие, чем при легировании металлическим церием. В числе таких свойств исследователи называют предел прочности на разрыв, ударную вязкость и предел текучести, что обусловлено в большей степени мелкозернистой структурой после литья, а также очищением сплава от вредных примесей. При этом карбид церия обладает стоимостью на 40-50% ниже, чем металлический церий.

«Предложенный нами метод обеспечивает полную реакцию продукта с жидким металлом и позволяет измельчать литую структуру стали почти в десять раз, что значительно улучшает качество конечного продукта», — рассказал руководитель исследования, директор Инжинирингового центра НИУ «БелГУ», кандидат физико-математических наук Иван Никулин.

Исследователи отмечают, что существуют аналогичные способы модификации стали с использованием церия, ферроцерия и мишметалла. Но так как у церия в таких соединениях очень низкая температура плавления (798 °C), при их использовании остаточное давление паров в вакууме повышается настолько, что не соединившийся с серой и кислородом церий испаряется. Из-за этого приходится добавлять большее количество дорогостоящей лигатуры.

Преимущество разработки, по словам разработчиков, заключается в том, что в процессе расплава карбид-цериевая лигатура не плавится, а постепенно реагирует в жидком металле с примесями (серой, фосфором и кислородом). Температура плавления карбида церия составляет более 2200 °C. При температурах плавления сталей и чугунов — в диапазоне 1147–1530 °C — реакция между лигатурой и металлом протекает спокойно, без разбрызгивания и пироэффекта. Кроме того, метод позволяет проводить переплав как в атмосфере аргона, так и в вакууме, поскольку карбид церия практически не испаряется при температурах плавления продуктов черной металлургии.

Ученые НИУ «БелГУ» продолжают изучать возможности масштабирования технологии и ее оптимизации. Разработка уже привлекла внимание индустриального партнера.

Исследование поддержано Минобрнауки России по программе «Приоритет-2030».