“GREEN” METALLURGY TECHNOLOGIES FOR THE MANUFACTURE AND PROCESSING OF AGRICULTURAL STEELS: FROM COKE-FREE PRODUCTION TO THERMO- MECHANICAL PROCESSING
DOI:
https://doi.org/10.32782/3041-2080/2025-5-15Keywords:
DRI/HBI, EAF, TMCP, CSP, ISP, ESP, Steckel mills, microalloying, HSLA steels, wear-resistant steels, corrosion resistance, agricultural machinery, green metallurgy, CBAM, post-war reconstructionAbstract
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.
References
Сталь України: відновлення та інновації / Смірнов О. М., Тімошенко С. М., Нарівський А. В., Семірягін С. В., Осипенко В. В., Скоробагатько Ю. П. Київ : НВП «Видавництво “Наукова думка” НАН України», 2023. 268 с. ISBN 978-966-00-1909-6.
Організація Об’єднаних Націй з промислового розвитку (ЮНІДО). Програма зеленого відновлення промисловості. Україна 2024–2028 / Неофіційний переклад. Відень : UNIDO, 2024. 92 с. URL: https://www.unido.org/sites/default/files/unido-publications/2024-08/UKR_Green%20industrial%20 recovery%20programme%20for%20Ukraine%202024-2028_external_online%20%281%29.pdf
Даценко А. М. Особливості адаптації металургії України до механізму транскордонного вуглецевого регулювання. Здобутки економіки: перспективи та інновації. 2025. Вип. 17. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.15220994
Глущенко А. М. Вплив «Європейської зеленої угоди» на трансформацію та декарбонізацію промисловості в ЄС. Економічний вісник НТУУ «Київський політехнічний інститут». 2025. № 32. Галузева економіка. DOI: https://doi.org/10.20535/2307-5651.32.2025.328536
Мироненко М., Король Р., Колісник О. Проміжні підсумки роботи аграрних та металургійних підприємств України у січні та лютому 2025 року. Інформаційні технології в агробізнесі та аграрній освіті : тези доповідей ХІІІ Всеукраїнської науково-практичної конференції (23–25 квітня 2025 року, м. Дніпро). Дніпро : ДДАЕУ, 2025. С. 15–17. URL: https://dspace.dsau.dp.ua/bitstream/123456789/11850/1/25_Інформаційні%20технології%20в%20агробізнесі%20та%20аграрній%20освіті.pdf#page=15
Денисенко М. І., Рубльов В. І. Технологічні методи для забезпечення довговічності робочих органів і надійності сільськогосподарських машин. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин: загальнодержавний міжвідомчий науково-технічний збірник. Кіровоград : КНТУ, 2012. Вип. 42. Ч. 2. С. 92–102. URL: https://dspace.kntu.kr.ua/handle/123456789/2035
Денисенко М. І. Підвищення технічного ресурсу і довговічності робочих органів ґрунтообробних сільськогосподарських машин. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки : збірник наукових праць. Кропивницький : ЦНТУ, 2022. Вип. 5(36). Ч. 1. С. 40–47. DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2022.5(36).1.40-47
Bhakat A. K., Mishra A. K., Mishra N. S. Characterization of wear and metallurgical properties for development of agricultural grade steel suitable in specific soil conditions. Wear. 2007. Vol. 263. Issues 1–6. P. 228–233. DOI: https://doi.org/10.1016/j.wear.2006.12.006
Souza V. P. de, Labiapari W. da S., Lins V. de F. C. Stainless steels as a solution for corrosion and erosion problems involving grains in agribusiness sector applications. Journal of Materials Research and Technology. 2024. Vol. 30. P. 5605–5621. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.04.203
Ritchie H. How much electricity would we need for green steel? Some numbers from Chris Goodall’s new book. Sustainability by Numbers. 2024. 28 березня. URL: https://www.sustainabilitybynumbers.com/p/green-steel-goodall
Hydrogen direct reduction (H-DR) in steel industry – An overview of challenges and opportunities. Journal of Cleaner Productio / Wang R. R., Zhao Y. Q., Babich A., Senk D., Fan X. Y. 2021. Vol. 329. Art. 129797. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.129797
Patisson F., Mirgaux O., Birat J.-P. Hydrogen steelmaking. Part 1: Physical chemistry and process metallurgy. Matériaux & Techniques. 2021. Vol. 109. No. 3–4. P. 303. DOI: https://doi.org/10.1051/mattech/2021025
Amelang S. Can Salzgitter cut Germany’s CO2 emissions with low-carbon steel project? Clean Energy Wire. 2019. 22 травня. URL: https://www.cleanenergywire.org/news/can-salzgitter-cut-germanys-co2-emissions-low-carbon-steel-project
Cavaliere P. Direct Reduced Iron: Most Efficient Technologies for Greenhouse Emissions Abatement. Clean Ironmaking and Steelmaking Processes. 2019. P. 419–484. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-21209-4_8
SMS group. Hydrogen: Turning metals green. SMS Group. 2022. URL: https://www.sms-group.com/innovation/turning-metals-green/hydrogen
Towards fossil-free steel: Life cycle assessment of biosyngas-based direct reduced iron (DRI) production process. Journal of Cleaner Production / Nurdiawati A., Zaini I. N., Wei W., Gyllenram R., Yang W., Samuelsson P. 2023. Vol. 393. Art. 136262. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.136262
From steel to semi-finished products. Tec-science. 2018. 21 червня. URL: https://www.tec-science.com/material-science/steel-making/steel-semi-finished-products-continuous-ingot-casting/
Guthrie R., Isac M. Continuous Casting Practices for Steel. Encyclopedia. 2022. URL: https://encyclopedia.pub/entry/23634
Bragin S., Rimnac A., Linzer B., Bianchi A., Mantova A., Rizzi A., Bernhard C. Arvedi ESP process – an ultimate technology connecting casting and rolling in endless mode. Leoben University, Siemens VAI, Acciaieria Arvedi Spa. 2013. URL: https://pureadmin.unileoben.ac.at/ws/portalfiles/portal/1072012/ARVEDI_ESP_PROCESS_AN_ULTIMATE_TECHNOLOGY_CONNECTING_CASTING_AND_ROLLING_IN_ENDLESS_MODE.pdf
Steckel Mills – Creative solutions for the metal industry. SMS group. 2022. URL: https://live.cdn.cms.sms-group.com/SMS_group_website/DataStorage/02_Downloads/2022/2022_Q2/W4-309E_Steckel_Mills.pdf
Collins L. E. Processing of niobium-containing steels by Steckel mill rolling. 2001. URL: https://niobium.tech/-/ media/niobiumtech/attachments-biblioteca-tecnica/nt_processing-of-niobium-containing-steels-by-steckel-mill-rolling.pdf
Arvedi ESP is an environmentally friendly technology. Stahleisen. 2023. 24 травня. URL: https://www.stahleisen.de/2023/05/24/arvedi-esp-is-an-environmentally-friendly-technology/
Buchmayr B., Degner M., Palkowski H. Future Challenges in the Steel Industry and Consequences for Rolling Plant Technologies. BHM Bergund Hüttenmännische Monatshefte. 2018. Vol. 163. P. 76–83. DOI: https://doi.org/10.1007/s00501-018-0708-x
Downloads
Published
Issue
Section
License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.




