Технології «зеленої» металургії для виплавки та обробки сталей сільськогосподарського призначення: від безкоксового виробництва до термомеханічної обробки

Стаття присвячена комплексному аналізу інноваційних технологій «зеленої» металургії та їхній ролі у виробництві сталей для сільськогосподарського призначення. Актуальність дослідження зумовлена потребою аграрного сектору у високоякісних сталях із поєднанням таких властивостей, як зносостійкість, ударна в’язкість, корозійна стійкість та технологічність (зварюваність, формоздатність), а також сучасними викликами декарбонізації та механізмом CBAM, який визначає вимоги до вуглецевого сліду продукції. Показано, що перехід від традиційної схеми BF–BOF до безкоксових технологій на основі прямого відновлення заліза (DRI/HBI) з подальшою виплавкою в електродугових печах (EAF) дозволяє скоротити викиди СО2 на 80–95 % і створює нову ресурсну базу для сталей аграрного призначення. Розглянуто сучасні рішення компактного виробництва сталі на базі ливарно-прокатних модулів CSP, ISP та ESP, а також станів Стеккеля. Ці технології інтегрують безперервне розливання і прокатку в єдиний цикл, скорочують енерговитрати, знижують собівартість та забезпечують контроль мікроструктури. Доведено, що поєднання таких модулів із термомеханічно контрольованими процесами (TMCP) дає можливість отримувати ультрадрібнозернисту структуру з оптимальним балансом міцності й пластичності. Особлива увага приділена ролі мікролегування (B, V, Nb, Ti), яке сприяє утворенню зміцнюючих фаз і підвищенню ресурсу деталей у складних умовах експлуатації. Систематизовано основні групи сталей для аграрного сектору: зносостійкі (Hardox, Armox, 30MnB5, 65Г), конструкційні низьколеговані (09Г2С, S355MC), мартенситні й бейнітні (40Cr, 30MnB5), інструментальні (Х12МФ, У8А) та корозійностійкі (AISI 304, 316). Показано, що вибір технологічного маршруту визначає не лише собівартість і екологічний вплив, а й здатність сталі витримувати специфічні умови аграрної експлуатації – абразивне зношування в ґрунті, ударні навантаження та агресивні середовища. Підкреслено перспективність формування металургійно-аграрних кластерів на основі «зелених» технологій, здатних забезпечити потреби післявоєнної модернізації та експортні можливості України на європейських ринках.

The article presents a comprehensive analysis of innovative “green” metallurgy technologies and their role in the production of steels for agricultural applications. The relevance of the research is determined by the need of the agricultural sector for high-quality steels combining wear resistance, impact toughness, corrosion resistance, and technological properties (weldability, formability), as well as by current decarbonization challenges and the CBAM mechanism, which imposes strict requirements on the carbon footprint of products. It is shown that the transition from the traditional BF–BOF route to coke-free technologies based on direct reduced iron (DRI/HBI) with subsequent melting in electric arc furnaces (EAF) allows for an 80–95 % reduction of CO2 emissions and creates a new resource base for steels used in agriculture. Modern solutions for compact steel production based on casting–rolling modules such as CSP, ISP, and ESP, as well as Steckel mills, are discussed. These technologies integrate continuous casting and rolling into a single cycle, reduce energy consumption, lower production costs, and enable precise control of microstructure. It is demonstrated that the combination of such modules with thermo-mechanically controlled processing (TMCP) makes it possible to obtain ultrafine-grained structures with an optimal balance of strength and ductility. Special attention is paid to the role of microalloying (B, V, Nb, Ti), which promotes the formation of strengthening phases and increases the service life of components operating under severe conditions. The main groups of steels for the agricultural sector are systematized, including wear-resistant grades (Hardox, Armox, 30MnB5, 65G), low-alloy structural steels (09G2S, S355MC), martensitic and bainitic steels (40Cr, 30MnB5), tool steels (Kh12MF, U8A), and corrosion-resistant steels (AISI 304, 316). It is shown that the choice of production route determines not only the cost and ecological impact but also the ability of steel to withstand specific agricultural service conditions such as abrasive wear in soil, impact loads, and aggressive environments. Finally, the prospects of establishing metallurgy–agriculture clusters based on “green” technologies are emphasized, highlighting their capacity to meet the needs of post-war modernization and to expand Ukraine’s export opportunities in European markets.