ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОМПОНЕНТОВ В СИСТЕМЕ Fe–Sr–Ca–O–С В УСЛОВИЯХ СУЩЕСТВОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО РАСПЛАВА

Геннадий Георгиевич Михайлов, Герман Платонович Вяткин, Лариса Александровна Макровец, Ольга Владимировна Самойлова, Игорь Валерьевич Бакин

Аннотация


В настоящее время получение высококачественных конструкционных материалов вплотную связано с отработкой технологий микролегирования и модифицирования стали сплавами щелочноземельных (ЩЗМ) и редкоземельных (РЗМ) металлов в агрегате печь-ковш. Рационально подобранные композиции рафинирующих и модифицирующих добавок позволяют повлиять на микроструктуру металла, увеличить прочность и пластичность стального проката, повысить хладостойкость и коррозионную стойкость стали, а также глобуляризировать неметаллические включения, резко сократить их количество и размер. Считается, что наиболее эффективными модификаторами являются комплексные сплавы, содержащие наряду с кальцием барий и стронций. Модифицирующая способность ЩЗМ в жидком железе увеличивается в ряду Ca, Sr, Ba, следовательно, по модифицирующей способности кальций уступает стронцию и барию. В то же время процессы раскисления стали сплавами, содержащими ЩЗМ, особенно раскисление стронцием, изучены недостаточно. Для разработки научно обоснованных составов рафинирующих сплавов для раскисления и модифицирования необходимо проведение расчетов, позволяющих оценить, в частности, раскислительную способность щелочноземельных элементов, в том числе и стронция. В данной работе с использованием метода построения поверхностей растворимости компонентов (ПРКМ) рассматривается рафинирующее действие стронцийсодержащих сплавов. Выполнены расчеты по построению диаграммы состояния системы FeO–SrO–CaO и ПРКМ системы Fe–Sr–Ca–O–С. По результатам расчета показано, что при одновременном присутствии кальция и стронция в жидком железе реализуется комплексный механизм раскисления с образованием в качестве неметаллических включений частиц твердого раствора оксидов |SrO, CaO(FeO)|тв.р с минимальным содержанием оксида железа (порядка 0,001 мас. %).

Ключевые слова


термодинамическое моделирование; система Fe–Sr–Ca–O–С; фазовые равновесия; комплексное раскисление; кальций; стронций

Полный текст:

PDF

Литература


Rozhikhina I.D., Nokhrina O.I., Dmitrienko V.I., Platonov M.A. Modification of Steel with Barium and Strontium. Steel in Translation, 2015, vol. 45, no. 12, pp. 908–912. DOI: 10.3103/S0967091215120104

Provorova I.B., Rozenberg E.V., Baranowski K.E., Volosatikov V.I., Rozum V.A., Karas’ A.N., Chernyavski M.S. The Foundry Inoculant Containing Alkali-Earth Metal for Ladle Refining. Foundry Production and Metallurgy, 2016, no. 2 (83), pp. 14–18. (in Russ.)

Bakin I.V., Mikhailov G.G., Golubtsov V.A., Ryabchikov I.V., Dresvyankina L.E. Methods for Improving the Efficiency of Steel Modifying. Materials Science Forum, 2019, vol. 946, pp. 215–222. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.946.215

Mikhailov G.G., Leonovich B.I., Kuznetsov Yu.S. Termodinamika metallurgicheskikh protsessov i sistem [Thermodynamics of Metallurgical Processes and Systems]. Moscow, MISIS Publ., 2009, 520 p.

Mikhailov G.G., Makrovets L.A., Samoilova O.V., Bakin I.V. Thermodynamic Analysis of Deoxidizing Ability of Strontium in Liquid Iron: Phase Stability Diagram in Fe–Sr–O and Fe–Mg–Sr–O Systems. Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific, Technical and Economic Information, 2019, vol. 75, no. 12, pp. 1366–1372. (in Russ.) DOI: 10.32339/0135-5910-2019-12-1366-1372

Mikhailov G.G., Makrovetz L.A., Samoilova O.V., Smirnov L.A. Phase Equilibria in the Liquid Steel Deoxidized with Aluminum and Calcium in the Presence of Magnesium. Russian Metallurgy (Metally), 2020, vol. 2020, no. 6, pp. 640–648. DOI: 10.1134/S0036029520060130

Jacob K.T., Raj P.M., Waseda Y. The CaO–SrO–CuO–O2 System: Phase Equilibria and Thermodynamic Properties at 1123 K. Journal of Phase Equilibria, 1995, vol. 16, no. 2, pp. 113–120. DOI: 10.1007/bf02664848

Risold D., Hallstedt B., Gauckler L.J. Thermodynamic Modeling and Calculation of Phase Equilibria in the Strontium-Calcium-CopperOxygen System at Ambient Pressure. Journal of the American Ceramic Society, 1997, vol. 80, no. 3, pp. 537–550. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1997.tb02865.x

Kitaguchi H., Takada J., Oda K., Miura Y. Equilibrium Phase Diagrams for the Systems PbO–SrO–CuO and PbO–CaO–SrO. Journal of Materials Research, 1990, vol. 5, no. 7, pp. 1397–1402. DOI: 10.1557/jmr.1990.1397

Urusov V.S., Petrova T.G., Eremin N.N. Simulation of the Local Structure and Properties of the CaO–SrO and SrO–BaO Solid Solutions. Doklady Physics, 2003, vol. 48, no. 9, pp. 469–473. DOI: 10.1134/1.1616052

Kuroki T., Saito Y., Matsui T., Morita K. Evaluation of Phase Diagrams for the Al2O3–CaO–SrO System by In-Situ Observation Using Confocal Laser Microscope. Materials Transactions, 2009, vol. 50, no. 2, pp. 254–260. DOI: 10.2320/matertrans.mra2008352

Van der Kemp W.J.M., Blok J.G., Van der Linde P.R., Oonk H.A.J., Schuijff A., Verdonk M.L. Binary Alkaline Earth Oxide Mixtures: Estimation of the Excess Thermodynamic Properties and Calculation of the Phase Diagrams. Calphad, 1994, vol. 18, no. 3, pp. 255–267. DOI: 10.1016/0364-5916(94)90032-9

Kubaschewski O., Alcock C.B. Metallurgical Thermochemistry. Oxford, Pergamon Press Ltd Publ., 1979, 392 p.

Darken L.S., Gurry R.W. The System Iron–Oxygen. II. Equilibrium and Thermodynamics of Liquid Oxide and Other Phases. Journal of the American Chemical Society, 1946, vol. 68, pp. 798–816.

Irgashov X., Tarasov V.D., Chekhovskoy V.Ya. Thermodynamic Properties of Strontium Oxide in Solid and Liquid Phases. High Temperature, 1985, vol. 23, no. 1, pp. 86–91. (in Russ.)

Wriedt H.A. The Ca–O (Calcium–Oxygen) System. Bulletin of Alloy Phase Diagrams, 1985, vol. 6, no. 4, pp. 337–342. DOI: 10.1007/BF02880517

Schenck H., Frohberg M.G., Nünninghoff R. Das System MnO(-FeO)-MgO(-CaO) und seine Verteilungsgleichgewichte mit flüssigem Mangan und Eisen-Mangan-Legierungen. Archiv für das Eisenhüttenwesen, 1964, vol. 35, no. 4, pp. 269–277. DOI: 10.1002/srin.196402318

Fuwa T., Chipman J. The Carbon–Oxygen Equilibria in Liquid Iron. Trans. AIME, 1960, vol. 218, pp. 887–891.

Sigworth G.K., Elliott J.F. The Thermodynamics of Liquid Dilute Iron Alloys. Metal Science, 1974, vol. 8, pp. 298–310.

Mikhailov G.G., Zherebtsov D.A. On the Interaction of Calcium and Oxygen in Liquid Iron. Materials Science Forum, 2016, vol. 843, pp. 52–61. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.843.52




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/met200401

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Bookmark and Share