FEATURES OF THE STRUCTURAL STATE FORMATION IN A CYLINDRICAL FORGED BILLET OF LARGE-SIZED CRANKSHAFTS

Authors

  • O. V. LIVANOVA I. P. Bardin Central Research Institute for Ferrous Metallurgy, Russia, Moscow Author
  • N. O. LIVANOVA I. P. Bardin Central Research Institute for Ferrous Metallurgy, Russia, Moscow Author
  • YU. I. KRIVORUCHKO I. P. Bardin Central Research Institute for Ferrous Metallurgy, Russia, Moscow Author
  • N. A. KOZYREV I. P. Bardin Central Research Institute for Ferrous Metallurgy, Russia, Moscow Author
  • M. E. GETMANOVA I. P. Bardin Central Research Institute for Ferrous Metallurgy, Russia, Moscow Author
  • A. N. NIKULIN I. P. Bardin Central Research Institute for Ferrous Metallurgy, Russia, Moscow Author

DOI:

https://doi.org/10.32339/0135-5910-2026-7-21-28

Keywords:

crankshafts, forged billet, 38ХН3МА steel, macrostructure, mechanical properties, non-metallic inclusions, microstructure, structural heterogeneity

Abstract

The article presents a comprehensive analysis of the chemical composition, macrostructure, gas saturation, mechanical properties, and the uniformity of the hardness distribution, microstructure, and non-metallic inclusion contamination in the full cross-section of a large cylindrical forging made of 38ХН3МА steel. It is demonstrated that a high forging grade of 6 minimizes central porosity and the occurrence of liquation in the cross-section of a forged blank with a diameter of 600 mm. Point heterogeneity caused by the presence of non-metallic inclusions corresponds to a score of 2 and manifests itself at a depth of more than 100 mm from the forging surface. The study confirms that modern open-metal steelmaking technology, combined with secondary metallurgy and vacuum treatment, ensures a sulfur and phosphorus content of 0.008% and a hydrogen content of 1.6 ppm. The forging surface hardness is uniform across the cross-section and ranges from 192 to 212 HB. The microstructure is also uniform across the cross-section: the predominant structure is granular pearlite. However, despite the high degree of uniformity in hardness and microstructure, the cross-section of a large forging exhibits pronounced structural banding combined with an uneven distribution of non-metallic inclusions, the main types of non-metallic inclusions being sulfides and brittle silicates. The metal of the forging exhibits a high degree of cleanliness with respect to non‑metallic inclusions up to a depth of 150 mm from the surface, whereas contamination increases in the axial zone. Structural heterogeneity must be taken into account in the manufacturing technology of large crankshafts when the journal surface falls within the axial zone of the workpiece.

Author Biographies

  • O. V. LIVANOVA, I. P. Bardin Central Research Institute for Ferrous Metallurgy, Russia, Moscow

    PhD (Tech.), Head of the Laboratory of the VKS-3 Scientific Center for High-quality Steels

  • N. O. LIVANOVA, I. P. Bardin Central Research Institute for Ferrous Metallurgy, Russia, Moscow

    PhD (Tech.), Senior Researcher of the Scientific Center for High-Quality Steels

  • YU. I. KRIVORUCHKO, I. P. Bardin Central Research Institute for Ferrous Metallurgy, Russia, Moscow

    Leading Engineer of the Experimental Production Complex

  • N. A. KOZYREV, I. P. Bardin Central Research Institute for Ferrous Metallurgy, Russia, Moscow

    HD (Tech.), Professor, Director of the Scientific Center for Metallurgical Technologies

  • M. E. GETMANOVA, I. P. Bardin Central Research Institute for Ferrous Metallurgy, Russia, Moscow

    Acting Director of the Scientific Center for High-quality Steels

  • A. N. NIKULIN, I. P. Bardin Central Research Institute for Ferrous Metallurgy, Russia, Moscow

    HD (Tech.), Chief Researcher at the Scientific Center for High-Quality Steels

References

Одесский П. Д., Егорова А. А., Филиппов Г. А. и др. Применение цилиндрических поковок большого диа-метра в уникальных строительных стальных конструкциях // Промышленное и гражданское строительство. 2012. № 3. С. 21–26. EDN: OWGZEN.

Одесский П. Д., Филиппов Г. А., Ливанова О. В. и др. Анализ эксплуатационного разрушения крупной стальной оси и разработки мероприятий по предотвращению подобных разрушений // Сталь. 2010. № 11. С. 82–91.

Одесский П. Д., Егоров М. И., Филиппов Г. А. и др. Анализ разрушения стальной оси большого диаметра — детали подвески покрытия ответственного сооружения // Промышленное и гражданское строительство. 2011. № 1. С. 51–56. EDN: NCHMJB.

Одесский П. Д., Филиппов Г. А., Ливанова О. В., Егорова А. А. Прочность современных сталей для осей большого диаметра, применяемых в уникальных инженерных сооружениях // Проблемы черной металлургии и металловедения. 2012. № 2. С. 31–38. EDN: OYNTWR.

Борисов А. И. Свойства и дефекты крупных поковок // Металловедение и термическая обработка метал-лов. 1998. № 8. С. 12–15.

Мороз Л. С., Чечулин Б. Б. Водородная хрупкость металлов. — М.: Металлургия, 1967. — 255 с.

Воробьев Н. И., Токовой О. К., Зорин А. И. и др. Поведение водорода при внепечной обработке легиро-ванной стали для крупных поковок // Известия вузов. Черная металлургия. 2005. № 7. С. 29–31.

Мерник Э. Б. Влияние ускоренного охлаждения на флокеночувствительность и механические свойства поковок из стали 38ХН3МФА-Ш // Известия вузов. Черная металлургия. 1978. № 1. С. 157–160.

Воробьев Н. И., Мирзаев Д. А., Токовой О. К. и др. Сульфиды в поковках конструкционной стали 40ХГМ // Металлы. 2006. № 2. С. 28–32. EDN: HTVCWN.

Садовский В. Д., Кутьин А. Б., Гербих Н. М., Полякова А. М. Изменение морфологии сульфидов при тер-мообработке стали с низким содержанием серы // Физика металлов и металловедение. 1987. Т. 64, Вып. 2. С. 368–377.

Ильющенко А. Ф., Фомихина И. В., Ковалевский В. Н. Закономерности и механизм формирования струк-туры стали 38ХН3МФА методами высокоскоростной пластической деформации и термообработки // Упроч-няющие технологии и покрытия. 2012. Т. 95, № 11. С. 37–42. EDN: PFTHJT.

Юрьев А. Б., Козырев Н. А., Бойков Д. В. и др. Влияние окисленности расплава на качество рельсовой электростали // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2013. № 2. С. 11–15. EDN: QCTWOB.

Артес А. Э., Сосенушкин Е. Н. Проблемы производства крупных поковок в отечественном машинострое-нии // Технология машиностроения. 2012. № 1. С. 11–15. EDN: ORLDOP.

Кудря А. В., Соколовская Э. А., Нго Х. Н., Кайкибаева А. С. Связь неоднородности свойств крупных по-ковок со структурой // Электрометаллургия. 2018. № 5. С. 30–35. EDN: XNQSSD.

Кудря А. В., Соколовская Э. А., Нго Х. Н. и др. Прогноз разрушения крупных поковок с неоднородной структурой // Электрометаллургия. 2019. № 6. С. 33–39. DOI: 10.31044/1684-5781-2019-0-6-33-39. EDN: XLIBHK.

Published

2026-09-04

Issue

Section

Прокатное производство

How to Cite

FEATURES OF THE STRUCTURAL STATE FORMATION IN A CYLINDRICAL FORGED BILLET OF LARGE-SIZED CRANKSHAFTS. (2026). Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific , Technical and Economic Information, 82(7), 21-28. https://doi.org/10.32339/0135-5910-2026-7-21-28