blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2014-11-54-60blackmet-456Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И НАНОТЕХНОЛОГИИMATERIAL SCIENCE AND NANOTECHNOLOGIESРАСТВОРИМОСТЬ КИСЛОРОДА В ЖЕЛЕЗОНИКЕЛЕВЫХ РАСПЛАВАХ, СОДЕРЖАЩИХ ТИТАНOXYGEN SOLUBILITY IN TITANIUM-CONTAINING Fe – Ni MELTSАлександровА. А.AleksandrovA. A.

к.т.н.,старший научный сотрудник

Cand.Sci.(Eng.),Senior Researcher

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

д.т.н.,профессор, зав. лабораторией

Dr.Sci.(Eng.),Professor, Head of the Laboratory

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН(119991, Россия, Москва, Ленинский пр., 49)РоссияInstitute of Metallurgy and Material Science named after Baikov A.A., RAS (49, Leninskii pr., Moscow, 119991, Russia)Russian Federation20142903201557115460Copyright © Александров А.А., Дашевский В.Я., 20152015Александров А.А., Дашевский В.Я.Aleksandrov A.A., Dashevskii V.Y.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/456

Экспериментально исследована растворимость кислорода в железоникелевых расплавах, содержащих титан, на примере сплава Fe – 40  % Ni при 1873 К. Определены значение константы равновесия реакции взаимодействия титана и кислорода, растворенных в расплаве Fe  –  40 % Ni ( = –15,17), энергия Гиббса этой реакции ( = 543 360 Дж/моль) и параметры взаимодействия, характеризующие эти растворы ( = –1,420;  = –0,472; = 0,116). В широком диапазоне составов сплавов системы Fe – Ni рассчитаны при 1873 К константы равновесия реакции взаимодействия титана и кислорода, растворенных в расплаве, энергия Гиббса реакции взаимодействия титана и кислорода и параметры взаимодействия, характеризующие эти растворы. Определена растворимость кислорода в расплавах системы Fe – Ni различного состава, содержащих титан, при 1873 К. Раскислительная способность титана при увеличении содержания никеля до 40 % снижается, а затем резко возрастает по мере увеличения содержания никеля в расплаве. Это можно объяснить тем, что по мере возрастания содержания никеля, с одной стороны, существенно ослабевают силы связей атомов кислорода в расплаве ( = 0,0103; = 0,337), с другой – значительно возрастают силы связей атомов титана с основой ( = 0,0083; = 0,000083). Кривые растворимости кислорода в железоникелевых расплавах проходят через минимум, положение которого смещается в сторону более низких содержаний титана по мере увеличения содержания никеля. 

The oxygen solubility in the titanium-containing iron-nickel melts has been experimentally studied at 1873 K using the Fe  –  40  %  Ni alloy as an example. The equilibrium constant of interaction of titanium and oxygen dissolved in the Fe  –  40  %  Ni melt (   = –15,17), the Gibbs energy of this reaction (  =  543  360  J/mol), and the interaction parameters characterizing these solutions (  = –1,420;    =  –0,472;   =  0,116) were determined. The equilibrium constant of interaction of titanium and oxygen dissolved in the melt, the Gibbs energy of reaction of titanium and oxygen interaction, and the interaction parameters characterizing these solutions were calculated in a wide range of Fe – Ni alloys compositions at 1873 K. Oxygen solubility in the various compositions titanium-containing Fe – Ni melts was determined at 1873 K. When the nickel content rises to 40 %, the deoxidation ability of titanium decreases but then it sharply rises with increasing nickel content in melt. This can be explained by the fact that although the bond strength of titanium in nickel is considerably stronger in comparison with iron ( = 0,0083; = 0,000083), but the bond strength of oxygen in nickel is appreciably weaker that in iron (  = 0,0103; = 0,337). The oxygen solubility curves in Fe – Ni melts pass through a minimum whose position shifts to the lower titanium concentrations with an increase in the nickel content.

железоникелевые расплавырастворимость кислородатитанэкспериментальное исследованиетермодинамический анализпараметры взаимодействияiron-nickel meltsoxygen solubilitytitaniumexperimental studythermodynamic analysisinteraction parametersReferencesSteelmaking Data Soucebook. Gordon & Breach Science Publ. N.Y.–Tokyo. 1988. – 325 p.Steelmaking Data Soucebook, Gordon & Breach Science Publ., N.Y.-Tokyo (1988), 325 p.Sigworth G.K., Elliott J.F., Vaughn G., Geiger G.H. The thermodyna mics of dilute liquid nickel alloys // Metallurgical Soc. CIM. 1977. Annual Volume. P. 104 – 110.Sigworth G.K., Elliott J.F., Vaughn G., Geiger G.H. The thermodynamics of dilute liquid nickel alloys. Metallurgical Soc. CIM. 1977. Annual Volume, pp. 104–110.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.).Лякишев Н.П., Гасик М.И., Дашевский В.Я. Металлургия ферросплавов. Ч. 2. – М.: Учеба, 2006. – 152 с.Lyakishev N.P., Gasik M.I., Dashevskii V.Ya. Metallurgiya ferrosplavov [Metallurgy of ferroalloys]. Part. 2. Moscow: Ucheba. 2006. 152 p. (In Russ.).Suzuki K., Omori Y., Sanbongi K. Deoxidation of Steel by Titanium // Bulletin of the Research Institute of Mineral Dressing and Metallurgy, Tohoku University. 1967. Vol. 23. P. 137 – 146.Suzuki K., Omori Y., Sanbongi K. Deoxidation of Steel by Titanium. Bulletin of the Research Institute of Mineral Dressing and Metallurgy, Tohoku University. 1967. Vol. 23, pp. 137–146.Cha W.Y., Miki T., 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 T., 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, pp. 729–738.Куликов И.С. Термодинамика оксидов. – М.: Металлургия, 1986. – 334 с.Kulikov I.S. Termodinamika oksidov [Thermodynamics of oxides]. Moscow: Metallurgiya. 1986. 334 p. (In Russ.).Александров А.А., Дашевский В.Я., Спрыгин Г.С., Леонтьев Л.И. Растворимость кислорода в железоникелевых расплавах, содержащих ниобий // Изв. вуз. Черная металлургия. 2014. № 7. С. 10 – 16.Aleksandrov A.A., Dashevskii V.Ya., Sprygin G.S., Leont’ev L.I. The solubility of oxygen in molten Fe – Ni melts, containing niobium. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya – Ferrous Metallurgy. 2014, no. 7, pp. 10–16. (In Russ.).Дашевский В.Я., Макарова Н.Н., Григорович К.В., Кашин В.И. Термодинамика растворов кислорода в расплавах Fe – Ni // ДАН. 1997. Т. 357. № 6. С. 789 – 791.Dashevskii V.Ya., Makarova N.N., Grigorovich K.V., Kashin V.I. Thermodynamics of oxygen solution in Ni – Cr. Doklady Akademii Nayk. 1998. Vol. 359, no. 2, pp. 212–213.Hultgren R., Desai P.D., Hawkins D.T. etc. Selected Values of the Thermodynamic Properties of Binary Alloys. Metals Park, Ohio: Amer. Soc. Metals. 1973. – 1435 p.Hultgren R., Desai P.D., Hawkins D.T. etc. Selected Values of the Thermodynamic Properties of Binary Alloys. Metals Park, Ohio: Amer. Soc. Metals. 1973. 1435 p.Дашевский В.Я. Физико-химические основы раскисления железоникелевых сплавов. – М.: Физматлит, 2011. – 152 с.Dashevskii V.Ya. Fiziko-khimicheskie osnovy raskisleniya zhelezonikelevykh splavov [Physico-chemical basics of deoxidation of iron-nickel alloys]. Moscow: Fizmatlit. 2011. 152 p. (In Russ.).Frohberg M.G., Wang M. Thermodynamic properties of sulphur in liquid copper-antimony alloys at 1473 K // 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. Metallkd 1990. Vol. 81, no. 7, pp. 513–518.Chiang T., Chang Y.A. The activity coefficient of oxygen in binary liquid metal alloys // Metall. Trans. 1976. Vol. 7B. P. 453 – 457.Chiang T., Chang Y.A. The activity coefficient of oxygen in binary liquid metal alloys. Metall. Trans. 1976. Vol. 7B, pp. 453–457.Снитко Ю.П., Суровой Ю.Н., Лякишев Н.П. О связи параметров взаимодействия с атомными характеристиками компонентов // ДАН. 1983. Т. 286. № 5. С. 1154 – 1156.Snitko Yu.P., Surovoi Yu.N., Lyakishev N.P. The connection of interaction parameters with the atomic characteristics of components. DAN. 1983. Vol. 286, no. 5, pp. 1154–1156. (In Russ.).Cho S.W., Suito H. Aluminum deoxidation equilibrium in liquid Ni – Fe alloys equilibrated with CaO – A12O3 slags // Steel Res. 1995. Vol. 66. No. 6. P. 237 – 243.Cho S.W., Suito H. Aluminum deoxidation equilibrium in liquid Ni – Fe alloys equilibrated with CaO – A12O3 slags. Steel Res. 1995. Vol. 66, no. 6, pp. 237–243.Dashevskii V.Ya., Kanevskii A.G., Makarova N.N. etc. Deoxidation Equilibrium of Chromium in Liquid Iron-Nickel Alloys // ISIJ International. 2005. Vol. 45. No. 12. P. 1783 – 1788.Dashevskii V.Ya., Kanevskii A.G., Makarova N.N., Grigorovitch K.V., Kashin V.I. Deoxidation Equilibrium of Chromium in Liquid Iron-Nickel Alloys. ISIJ International. 2005. Vol. 45, no. 12, pp. 1783–1788.Dashevskii V.Ya., Katsnelson A.M., Makarova N.N. etc. Deoxidation Equilibrium of Manganese and Silicon in Liquid Iron-Nickel Alloys // ISIJ International. 2003. Vol. 43. No. 10. P. 1487 – 1494.Dashevskii V.Ya., Katsnelson A.M., Makarova N.N., Grigorovitch K.V., Kashin V.I. Deoxidation Equilibrium of Manganese and Silicon in Liquid Iron-Nickel Alloys. ISIJ International. 2003. Vol. 43, no. 10, pp. 1487–1494.Dashevskii V.Ya., Aleksandrov A.A., Kanevskii A.G., Makarov M.A. Deoxidation Equilibrium of Vanadium in the Iron-Nickel Melts // ISIJ International. 2009. Vol. 49. No. 2. P. 149 – 155.Dashevskii V.Ya., Aleksandrov A.A., Kanevskii A.G., Makarov M.A. Deoxidation Equilibrium of Vanadium in the Iron-Nickel Melts. ISIJ International. 2009. Vol. 49, no. 2, pp. 149–155.Dashevskii V.Ya., Aleksandrov A.A., Kanevskii A.G., Makarov M.A. Solubility of Oxygen in Carbon-containing Fe – Ni Melts // Rare Metals. Vol. 28. Spec. Issue. October 2009. P. 383 – 387.Dashevskii V.Ya., Aleksandrov A.A., Kanevskii A.G., Makarov M.A. Solubility of Oxygen in Carbon-containing Fe – Ni Melts. Rare Metals. Vol. 28. Spec. Issue. October 2009, pp. 383–387.Dashevskii V.Ya., Makarova N.N., Grigorovitch K.V. etc. Deoxidation Equilibrium of Aluminum and Silicon in the Liquid Iron-Nickel Alloys // ISIJ International. 2005. Vol. 45. No. 1. P. 8 – 11.Dashevskii V.Ya., Makarova N.N., Grigorovitch K.V., Kanevskii A.G., Kashin V.I. Deoxidation Equilibrium of Aluminum and Silicon in the Liquid Iron-Nickel Alloys. ISIJ International. 2005. Vol. 45, no. 1, pp. 8–11.Дашевский В.Я., Александров А.А., Леонтьев Л.И. Термодинамика растворов кислорода при комплексном раскислении расплавов системы Fe – Co // Изв. вуз. Черная металлургия. 2014. № 5. С. 33 – 41.Dashevskii V.Ya., Aleksandrov A.A., Leont’ev L.I. Thermodynam-ics of oxygen solutions in complex deoxidation of Fe – Co melts. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya – Ferrous Metallurgy. 2014, no. 5, pp. 33–41. (In Russ.).

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