Исследование раскислительной способности углерода, ванадия, титана и циркония в железоникелевых сплавах с целью минимизации концентрации кислорода в металле

• Автор: Александров, Александр Александрович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 171 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Растворимость кислорода в железе, никеле и расплавах Fe-Ni
1.2. Равновесие углерода с кислородом в жидких железе и никеле
1.2.1. Равновесие углерода с кислородом в жидком железе
1.2.2. Равновесие углерода с кислородом в жидком никеле
1.3. Равновесие ванадия с кислородом в жидких железе и никеле
1.3.1. Равновесие ванадия с кислородом в жидком железе
1.3.2. Равновесие ванадия с кислородом в жидком никеле
1.4. Равновесие титана с кислородом в жидких железе и никеле
1.4.1. Равновесие титана с кислородом в жидком железе
1.4.2. Равновесие титана с кислородом в жидком никеле
1.5. Равновесие циркония с кислородом в жидком железе
1.6. Раскисление железоникелевых расплавов различными элементами
Вывод по главе
2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Термодинамический анализ системы Fe-Ni-R
2.2. Методика эксперимента
2.3. Анализ проб металла на содержание кислорода и углерода
2.4. Анализ проб металла на содержание никеля, ванадия, титана, циркония и
алюминия
3. ТЕРМОДИНАМИКА РАСТВОРОВ КИСЛОРОДА В РАСПЛАВАХ СИСТЕМЫ
Fe-Ni-C
3.1. Термодинамический анализ системы Fe-Ni-C-О
3.2. Экспериментальное исследование процесса раскисления углеродом расплавов
системы Fe-Ni
3.2.1. Исследование процесса раскисления углеродом расплава Fe-40% Ni
3.2.2. Исследование процесса раскисления углеродом расплава Fe-60% Ni
3.2.3. Исследование процесса раскисления углеродом, расплава Fe-80% Ni
Выводы по главе
4. ТЕРМОДИНАМИКА РАСТВОРОВ КИСЛОРОДА В РАСПЛАВАХ СИСТЕМЫ
Fe-Ni-V
4.1. Термодинамический анализ системы Fe-Ni-V-О

4.2. Экспериментальное исследование процесса раскисления ванадием расплава
Ре-40% №
Выводы по главе
5. ТЕРМОДИНАМИКА РАСТВОРОВ КИСЛОРОДА В РАСПЛАВАХ СИСТЕМЫ
Ре-№-П
5.1. Термодинамический анализ системы Ре-ТЛ-ТРО
5.2. Экспериментальное исследование процесса раскисления титаном расплава
Ре-40% №
Выводы по главе
6. ТЕРМОДИНАМИКА РАСТВОРОВ КИСЛОРОДА В РАСПЛАВАХ СИСТЕМЫ
Ре-№-гг
6.1. Термодинамический анализ системы Бе-гг-О
6.2. Экспериментальное исследование процесса раскисления цирконием расплава
Ре-40% №
Вывод по главе
7. РАСТВОРЫ КИСЛОРОДА В ЖЕЛЕЗОНИКЕЛЕВЫХ РАСПЛАВАХ
Выводы по главе
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
Список литературы
Публикации по теме диссертации
Благодарности
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность
Железоникелевые сплавы широко используются в современной технике. Одной из вредных примесей в этих сплавах является кислород, который находится в металле, как в растворенном виде, так и в виде оксидных неметаллических включений. Присутствие кислорода вызывает снижение служебных свойств этих сплавов. Изучение физико-химических свойств растворов кислорода в металлических расплавах является одной из важнейших задач современной теоретической металлургии, так как кислород является непременным участником подавляющего большинства процессов производства сталей и сплавов. Особое значение при этом приобретает изучение влияния на растворимость кислорода тех элементов, которые обычно присутствуют или специально вводятся в жидкий металл для его раскисления, легирования и модифицирования. Введение элементов, характеризующихся большим сродством к кислороду, чем железо и никель, приводит к снижению растворимости кислорода в расплаве, что позволяет получать конечный металл с низким содержанием кислорода и неметаллических включений.
Наличие большого ряда работ, посвященных изучению растворимости кислорода в чистых железе, никеле и расплавах системы Ре-№, а также процессов раскисления этих расплавов различными элементами говорит о значимости для металлургии получения железоникелевых сплавов исследований подобного рода, имеющих как теоретическое, так и существенное практическое значение. Однако отсутствуют данные о термодинамике растворов кислорода в железоникелевых расплавах, содержащих углерод, ванадий, титан и цирконий в широком диапазоне концентраций. Проведение подобных исследований явилось целью данной работы.
Настоящая работа направлена на дальнейшее развитие физико-химических основ раскисления железоникелевых сплавов с целью минимизации концентрации кислорода в них.
Цель работы
Изучение физико-химических свойств растворов кислорода в железоникелевых сплавах, содержащих элементы-раскислители: углерод, ванадий, титан и цирконий.
Исследование термодинамики растворов кислорода в расплавах Ре-РП-С-О, Ре-РН-У-О и Ре-Рй-ТРО в широком диапазоне составов сплавов.
Определение термодинамических функций реакций взаимодействия элемента-раскислителя с кислородом (констант равновесия, коэффициентов активности элемента-раскислителя при бесконечном разбавлении, параметров взаимодействия) для расплавов систем Ре-Рй-С-О, Ре-Рй-У-О, Ре-Рй-ТРО и Ре-РН-7г-0.

7,01!
060 0,60 0/0

с? 0,76 0/0

0,06 0/0 0/6ого 0,60 0,60 7,00 2/0
[V], %
Рис. 1.7. Зависимость окислительного потенциала газовой фазы от содержания ванадия в расплаве железа [77]
• - эксперимент, 1595° С; А - эксперимент, 1695° С; о - расчет, 1535 и 1695° С
При логарифмировании выражения константы равновесия значение ’/*, определяющее собой отношение числа атомов ванадия к числу атомов кислорода в образующемся оксиде, должно определять и наклон прямой, отображающей зависимость рщ0/от [%У], построенной в логарифмических координатах (рис. 1.7). Как показано на рис. 1.7, зависимость Рн2о/Рщ от [0//°] является криволинейной, т.е. значение х в уравнении (1.12) является величиной переменной. Для удобства обработки результатов каждая полученная кривая была заменена тремя прямыми с угловыми коэффициентами, равными на первом участке '/2, на втором 2/з и на третьем 1. На основании этого авторы сделали вывод, что в результате окисления ванадия, растворенного в жидком железе, продуктами его окисления должны быть: а) при содержании ванадия до 0,2% - оксид с отношением числа атомов кислорода к числу атомов ванадия, равным двум; б) от 0,2 до 0,3% ванадия - с отношением, равным 1,5; в) при содержании выше 0,3% ванадия - с отношением, равным единице.
Рентгеноструктурное исследование окисных пленок [77] подтвердило наличие зависимости состава продуктов окисления от содержания ванадия в жидком железе и показало, что при содержании ванадия до 0,2% образуется ванадиевая шпинель переменного состава, а при содержании ванадия от 0,2 до 0,3% образуется У20з. Рентгенограммы, снятые с оксидных пленок, образующихся на металле, содержащем выше 0,3% ванадия, показали наличие линий преимущественно У20з, в то время как значение х на этом участке диаграммы свиде-