blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2017-3-230-240blackmet-1044Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВPHYSICO-CHEMICAL BASICS OF METALLURGICAL PROCESSESРАСТВОРИМОСТЬ КИСЛОРОДА В РАСПЛАВАХ СИСТЕМЫ Fe-Co, СОДЕРЖАЩИХ ТИТАНOXYGEN SOLUBILITY IN TITANIUM-CONTAINING Fe-Co MELTSАлександровА. А.AlexandrovA. A.

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник 

(119334, Москва, Ленинский пр., 49)

Cand. Sci. (Eng), SeniorReseaivher

a.a.aleksandrov@gmail.comДашевскийВ. Я.DashevskiiV. Ya.

Доктор технических наук, профессор кафедры энергоэффективных и ресурсосберегающих промышленных технологий, зав. лабораторией 

(119049, Москва, Ленинский пр., 4)

Dr. Sci. (Eng), Professor of the Chair "Eneigy- efficient and Resouive-saving Industrial Technologies", Head of the Laboratoiy

vdashev@imet.ac.ruЛеонтьевЛ. И.Leont’evL. I.

Академик РАН, советник, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник 

(119991, Москва, Ленинский пр., 32а)

Dr. Sci. (Eng), Professor, Academician, Ach’iser of the Russian Academy of Sciences, Chief Reseaivher

leo@presidium.ras.ruИнститут металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАНРоссияBaikov Institute of Metallurgy and Materials Science, RASRussian FederationИнститут металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН; Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияBaikov Institute of Metallurgy and Materials Science, RAS; National University of Science and Technology “MISIS”Russian FederationИнститут металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН; Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»; Президиум РАНРоссияBaikov Institute of Metallurgy and Materials Science, RAS; National University of Science and Technology “MISIS”; Scientific Council on Metallurgy and Metal Science of Russian Academy of Sciences (Department of Chemistiy and Material Sciences)Russian Federation201701042017603230240Copyright © Александров А.А., Дашевский В.Я., Леонтьев Л.И., 20172017Александров А.А., Дашевский В.Я., Леонтьев Л.И.Alexandrov A.A., Dashevskii V.Y., Leont’ev L.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1044

Проведен термодинамический анализ растворов кислорода в расплавах системы Fe-Co, содержащих титан. Впервые определены константы равновесия реакций взаимодействия титана и кислорода, коэффициенты активности при бесконечном разбавлении и параметры взаимодействия в расплавах различного состава при 1873 К. По мере роста содержания кобальта в расплаве константы равновесия реакций взаимодействия титана и кислорода уменьшаются от железа ((lgK(FeO·TiO2) = -7,194; lgK(TiO2) = -6,125; lgK (Ti3O5) = -16,793; lgK (Ti2O3) = -10.224) к кобальту (lgK (CoO· TiO2) = -8.580; lgK (TiO2) = -7.625; lgK (Ti3O5) = -20.073; lgK (Ti2O3) = -12.005). Определены значения содержаний титана в точках равновесия между оксидными фазами (Fe. Со)О· TiO2. TiO2, Ti3O5 и Ti2O3. Содержание титана в точке равновесия (Fe. Со)О · TiO2 ↔TiO2 уменьшается от 1,0· 10-4 % Тi в железе до 1,9-10-6 % Тi в кобальте. Содержание титана в точке равновесия TiO2 ↔ Ti3O5  повышается от 0.0011 % Тi в железе до 0.0095 % Тi в кобальте. Содержание титана в точке равновесия Ti3O5 ↔ Ti2O3, повышается от 0.181 % Тi в железе до 1.570 % Тi в кобальте. Рассчитаны зависимости растворимости кислорода в изученных расплавах от содержания кобальта и титана. Показано, что раскислительная способность титана при увеличении содержания кобальта до 20 % снижается. а затем возрастает по мере увеличения содержания кобальта в расплаве. В железе, сплавах Fe - 20 % Со и Fe - 40 % Со раскислительная способность титана практически одинаковая. Кривые растворимости кислорода в железокобальтовых расплавах, содержащих титан, проходят через минимум, положение которого смещается в сторону более низких содержаний титана по мере увеличения содержания кобальта в расплаве. Дальнейшие присадки титана приводят к возрастанию концентрации кислорода в расплаве. При этом, чем выше содержание кобальта в расплаве, тем резче возрастает концентрация кислорода после минимума по мере добавления титана в расплав.

Thermodynamic analysis of oxygen solutions in titanium- containing Fe-Co melts was carried out. The equilibrium constants of interaction of titanium and oxygen dissolved in the Fe-Co melts, the activity coefficients of titanium and oxygen at infinite dilution, and the interaction parameters characterizing these solutions for melts of different composition at 1873 К were determined for the first time. As the cobalt content in the melt grows the equilibrium constants of interaction of titanium and oxygen are decreased from iron (lgK(FeO·TiO2) = -7,194; lgK(TiO2) = -6,125; lgK (Ti3O5) = -16,793; lgK (Ti2O3) = -10.224) to cobalt (lgK (CoO· TiO2) = -8.580; lgK (TiO2) = -7.625; lgK (Ti3O5) = -20.073; lgK (Ti2O3) = -12.005). Titanium contents in equilibrium points of oxide phases (Fe, Со) О· TiO2. TiO2, Ti3O5 and Ti2O3., were determined. The titanium content in equilibrium point (Fe. Со)О · TiO2 ↔TiO2 decreases from 1,0· 10-4 % Тi в in the iron to 1,9-10-6 % Ti in cobalt. The titanium content in equilibrium point TiO2 ↔ Ti3O5 increases from 0.0011 % Ti in the iron to 0.0095 % Ti in cobalt. The titanium content in equilibrium point Ti3O5 ↔ Ti2O3, increases from 0.181 % Ti in the iron to 1.570 % Ti in cobalt. The dependences of the oxygen solubility on the contents of cobalt and titanium in the studied melts were calculated. With increasing cobalt content in melt to 20 %, the deoxidation ability of titanium decreases and then rises with the further addition of cobalt. In iron. Fe-20 % Co and Fe-40 % Co alloys deoxidation ability of titanium is practically the same. The curves of the oxygen solubility in titanium-containing iron-cobalt melts pass through a minimum, which shifts toward lower titanium contents with increasing cobalt content of the melt. Further titanium additions leads to an increase in the oxygen concentration in the melt so that with the higher cobalt content in the melt, the increase in the oxygen content after the minimum is steeper as titanium is added to the melt.

расплавы Fe-Coтитанкислородоксидные фазытермодинамический анализпараметры взаимодействиярастворимость кислородаFe-Co meltstitaniumoxygenoxides phasesthermodynamic analysisinteraction parametersoxygen solubilityReferencesСергеев В.В., Булыгина Т.И. Магнитотвердые материалы. - М.: Энергия, 1980. -224 с.Sergeev V.V., Bulygina T.I. Magnitoh’erdye materialу [Hard magnetic materials], Moscow: Energiya. 1980. 224 p. (In Russ.).Беляев И.В., Баженов В.Е., Моисеев А.В., Киреев А.В. Новый сплав для монокристаллических постоянных магнитов на базе системы Fe-Co-Ni-Cu-Al-Ti // Физика металлов и металловедение. 2016. Т. 117. № 3. С. 224-232.Belyaev I.V., Bazhenov V.E., Moiseev A.V., Kireev A.V. New Fe-Co-Ni-Cu-Al-Ti alloy for single-crystal permanent magnets. Physics of Metals and Metallography. 2016. vol. 117. no. 3. pp. 214-221.Steelmaking Data Sourcebook. - NY.-Tokyo: Gordon & Breach Science Publ., 1988. -325 p.Steelmaking data sourcebook. NY.-Tokyo: Gordon & Breach Science Publ., 1988. 325 p.Sigworth G.K., Elliott J.F. The thermodynamics of dilute liquid cobalt alloys // Canadian Metallurgical quarterly. 1976. Vol. 15. No. 2. P. 123 - 127.Sigworth G.K., Elliott J.F. The thermodynamics of dilute liquid cobalt alloys. CanadianMetallutgical quarterly. 1976. vol. 15. no. 2. pp. 123-127.Куликов И.С. Раскисление металлов. - М.: Металлургия. 1975. -504 с.Kulikov I.S. Raskislenie metallov [Deoxidation of Metals], Moscow: Metallurgiya. 1975. 504 p. (In Russ.).Дашевский В.Я., Александров А.А., Леонтьев Л.И. Термодинамика растворов кислорода в расплавах систем Fe-Ni, Fe-Co и Co-Ni // Изв. вуз. Черная металлургия. 2015. Т. 58. № 1. С. 54-60.Dashevskii V.Ya.. Aleksandrov A.A., Leont'ev L.I. Thermodynamics of oxygen solutions in the Fe-Ni. Fe-Co and Ni - Co melts. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2015. vol. 58. no. 1. pp. 54-60. (In Russ.).Александров А.А., Дашевский В.Я. Растворимость кислорода в железоникелевых расплавах, содержащих титан // Изв. вуз. Черная металлургия. 2014. Т. 57. № 11. С. 54 - 59.Aleksandrov A.A.. Dashevskii V.Ya. Oxygen solubility in titanium- containing Fe - Ni melts. Izvestiya lUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2014. vol. 57. no. 11. pp. 54-59. (In Russ.).Selected values of the thermodynamic properties of binary alloys / R. Hultgren, P.D. Desai, D.T. Hawkins etc. - Ohio: Metals Park, Amer. Soc. Metals. 1973. - 1435 p.Hultgren R., Desai P.D., Hawkins D.T., Gleiser М.. Kelley K.K. Selected values of the thermodynamic properties of binary alloys. Ohio: Metals Park. Amer. Soc. Metals.. 1973. 1435 p.Cha W.Y., Miki Т., Sasaki Y., Hino M. Temperature dependence of Ti deoxidation equilibria of liquid iron in coexistence with Ti3O5 and Ti2O3// ISIJ International. 2008. Vol. 48. No. 6. P. 729 - 738.Cha W.Y., Miki Т.. Sasaki Y., Hino M. Temperature dependence of Ti deoxidation equilibria of liquid iron in coexistence with 'Ті3O5' and Ti2O3,. ISIJ International. 2008. vol. 48. no. 6. pp. 729-738.Frohberg M.G., Wang M. Thermodynamic properties of sulphur in liquid copper-antimony alloys at 1473°К // Z. Metallkd. 1990. Vol. 81. No. 7. P. 513-518.Frohberg M.G., Wang M. Thermodynamic properties of sulphur in liquid copper-antimony alloys at 1473 K. Z. Aletallkd. 1990. vol. 81. no. 7. pp. 513-518.Снитко Ю.П., Суровой Ю.Н., Лякишев Н.П. О связи параметров взаимодействия с атомными характеристиками компонентов//Доклады Академии наук. 1983. Т. 286. № 5. С. 1154- 1156.Snitko Yu.P.. Surovoi Yu.N., Lyakishev N.P. Connection of interaction parameters with the atomic characteristics of components. DAN. 1983. vol. 286. no. 5. pp. 1154-1156. (In Russ.).Dashevskii V.Ya., Aleksandrov А.А., Kanevskii A.G., Makarov M.A. Deoxidation equilibrium of titanium in the iron-nickel melts // ISIJ International. 2010. Vol. 50. No. 1. P. 44 - 52.Dashevskii V.Ya.. Aleksandrov A.A., Kanevskii A.G., Makarov M.A. Deoxidation equilibrium of titanium in the iron-nickel melts. ISIJ International. 2010. vol. 50. no. 1. pp. 44-52.Вагнер К. Термодинамика сплавов. - М.: Металлургиздат, 1957. -179 с.Wagner Carl. Thermodynamics of alloys. Cambridge: Addison- Wesley press. 1952. 161 p. (Russ.ed.: Wagner C. Termodinamika splavov. Moscow: Metallurgizdat, 1957. 179 p.).Куликов И.С. Термодинамика оксидов. - М.: Металлургия, 1986.-344 с.Kulikov I.S. Termodinamika oksidov [Thermodynamics of oxides], Moscow: Metallurgiya. 1986. 344 p.Suzuki К., Sanbongi К. Equilibrium study on deoxidation of steel with titanium // Trans. ISIJ. 1975. Vol. 15. P. 618 - 627.Suzuki K., Sanbongi K. Equilibrium study on deoxidation of steel with titanium. Trans. ISIJ. 1975. vol. 15. pp. 618-627.Janke D., Fischer W.A. Desoxidationsgleichgewichte von Titan, Aluminium und Zirconium in Eisenschmelzenbei 1600 : C // Arch. Eisenhtittenwes. 1976. B. 47. No. 4. P. 195 - 198.Janke D., Fischer W.A. Desoxidationsgleichgewichte von Titan, Aluminium und Zirconium in Eisenschmelzen bei 1600 :C. Arch. Eisenhiittenwes. 1976, B. 47, no. 4, S. 195-198. (In Germ.).Jung I.H., Decterov S.A., Pelton A.D. A Thermodynamic model for deoxidation equilibria in steel // Metall. Mater. Trans. B. 2004. Vol. 35B. P. 493 - 507.Jung I.H., Decterov S.A., Pelton A.D. A Thermodynamic model for deoxidation equilibria in steel. MetaU. Mater. Trans. B. 2004, vol. 35B, pp. 493-507.Cha W.Y., Miki Т., Sasaki Y., Hino M. Identification of titanium oxide phases equilibrated with liquid Fe-Ti alloy based on EBSD analysis // ISIJ International. 2006. Vol. 46. No. 7. P. 987 - 995.Cha W.Y., Miki Т., Sasaki Y., Hino M. Identification of titanium oxide phases equilibrated with liquid Fe-Ti alloy based on EBSD analysis. ISIJ International. 2006, vol. 46, no. 7, pp. 987-995.Pak J.J., Jo J.O., Kim S.I. etc. Thermodynamics of titanium and oxygen dissolved in liquid iron equilibrated with titanium oxides // ISIJ-International. 2007. Vol. 47. No. 1. P. 16-24.Pak J.J.. Jo J.O.. Kim S.I.. Kim W.Y.. Chung T.I.. Seo S.M.. Park J.H., Kim D.S. Thermodynamics of titanium and oxygen dissolved in liquid iron equilibrated with titanium oxides. ISIJ International. 2004. vol. 47. no. 1. pp. 16-24.Дашевский В.Я., Александров A.A., Леонтьев Л.И. Термодинамика растворов кислорода при комплексном раскислении расплавов системы Fe-Co // Изв. вуз. Черная металлургия. 2014. Т. 57. №5. С. 33-41.Dashevskii V.Ya., Aleksandrov A.A., Leont'ev L.I. Thermodynamics of oxygen solutions at complex deoxidation of the Fe-Comelts. lzvestiya JTJZov. Chernaya metallurgiya = lzvestiya. Ferrous Metallurgy. 2014, vol. 57, no. 5, pp. 33—41. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.