РАВНОВЕСНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ БОРА МЕЖДУ МЕТАЛЛОМ СИСТЕМЫ Fe – C – Si – Al И БОРСОДЕРЖАЩИМ ШЛАКОМ

Используя программный комплекс HSC 6.1 Chemistry (Outokumpu) в совокупности с применением симплекс-решетчатого планирования, проведено термодинамическое моделирование равновесного распределения бора между железом, содержащим 0,2  %  C, 0,35  %  Si,  0,028  %  Al (в данном выражении и далее по тексту указаны % по массе), и шлаком системы СаО – SiO2 – Аl2O3 – 8 % МgO – 4 % В2O3 в  широком диапазоне химического состава при температурах 1550 и 1600 °С. Для каждой температуры получены адекватные математические модели в виде приведенного полинома III степени, описывающие равновесное распределение бора между шлаком и металлом в зависимости от состава шлака. Результаты математического моделирования представлены графически в виде диаграмм состав – равновесное  распределение бора. Отмечено заметное влияние основности шлака на коэффициент распределения бора. Так, повышение основности  шлака c 5 до 8 при температуре 1550 °С приводит к уменьшению коэффициента распределения бора с 160 до 120 и, как следствие, повышению содержания бора в металле с 0,021 % при LB = 159 до 0,026 % при LB = 121, т. е. рост основности шлака благоприятно сказывается на  развитии процесса восстановления бора. Положительное влияние основности формируемых шлаков в изучаемом диапазоне химического  состава на процесс восстановления бора объясняется с позиции фазового состава шлака и термодинамики реакций восстановления бора.  Рост температуры металла отрицательно сказывается на восстановлении бора. С повышением температуры до 1600 °С увеличивается в  среднем на 10 единиц равновесный коэффициент распределения бора. На диаграммах выделены области химического состава шлаков,  содержащих 53  –  58  % CaO, 8,5 – 10,5 % SiO2 и 20 – 27 % Al2O3 , обеспечивающих в интервале температур 1550 и 1600 °С коэффициенты  распределения бора на уровне 140 – 170 и позволяющие ожидать при содержании 4 % B2O3 в исходном шлаке концентрацию бора в металле на уровне 0,020  % при LB = 168 и 0,023 % при LB = 139.

бор,  металл,  шлак,  межфазное распределение,  планирование эксперимента,  термодинамическое моделирование,  диаграммы  состав – свойства

1. Гольдштейн Я.Г., Ефимова Л.Б. Модифицирование и микролегирование чугуна и стали. – М.: Металлургия, 1986. – 271 с.

2. Голубцов В.А., Лунев В.В. Модифицирование стали для отливок и слитков. – Челябинск – Запорожье: ЗНТУ, 2008. – 356 с.

3. Пилюшенко В.Л., Вихлевщук В.А. Научные и технологические основы микролегирования стали. – М.: Металлургия, 2000. – 384 с.

4. Лякишев Н.П., Плинер Ю.Л., Лаппо С.И. Борсодержащие стали и сплавы. – М.: Металлургия, 1986. – 192 с.

5. Еланский Г.Н. Сталь и периодическая система элементов Д.И. Менделеева: Учеб. пособие для вузов. – М.: МГВМИ, 2012. – 196 с.

6. Бобылев М.В., Королева Е.Г., Штанников А.М. Перспективные экономлегированные борсодержащие стали для производства высокопрочных крепежных деталей // Металловедение и термическая обработка металла. 2005. № 5. С. 51 – 55.

7. Сычков А.Б., Парусов В.В., Нестеренко А.М., Жигарев М.А. Структура и свойства катанки из борсодержащих сталей, предназначенной для изготовления сварочной проволоки // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2000. № 3. С. 48 – 51.

8. Левченко Г.В., Яценко А.И., Репина Н.И. Опробование технологии производства тонколистовой низкоуглеродистой стали, микролегированной бором // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2003. № 1. С. 56 – 59.

9. Бабенко А.А., Жучков В.И., Леонтьев Л.И. и др. Микролегирование стали бором – перспективное направление повышения конкурентоспособности отечественной металлопродукции // Тр. науч.-практич. конф. «Перспективы развития металлургии и машиностроения с использованием завершенных фундаментальных исследований и НИОКР». – Екатеринбург: ООО «УИПЦ», 2013. С. 162 – 165.

10. Богданов Н.А., Сычков А.Б., Деревянченко И.В. и др. Разработка и освоение производства борсодержащих сталей // Металлург. 1999. № 2. С. 29 – 30.

11. Литвиненко Д.А. Бор в малоуглеродистой стали для глубокой штамповки // Сталь. 1984. № 4. С. 357 – 361.

12. Бабенко А.А., Жучков В.И., Смирнов Л.А. и др. Исследование и разработка комплексной технологии производства низкоуглеродистой борсодержащей стали с низким содержанием серы // Сталь. 2015. № 11. С. 48 – 50.

13. Кривко Е.М., Чуб П.И., Коновалов Р.П. и др. Микролегирование кипящей стали бором при восстановлении его из окислов // Разливка стали в изложницы: Сб. науч. тр. НЧМ СССР. – М.: Металлургия, 1984. С. 24 – 25.

14. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В. Производство стали. Т. 1. Процессы выплавки, внепечной обработки и непрерывной разливки. – М.: Теплотехник, 2008. – 528 с.

15. Бор, кальций, ниобий, цирконий в чугуне и стали: Пер. с англ. / Под ред. С.М. Винарова. – М.: Металлургиздат, 1961. – 459 с.

16. Петакова Л.А. О механизме влияния бора на пластичность и вязкость среднеуглеродистой стали // Изв. вуз. Черная металлургия. 1974. № 12. С. 88 – 91.

17. Уполовникова А.Г., Бабенко А.А. Термодинамическое моделирование процессов восстановления бора из борсодержащих шлаков // Бутлеровские сообщения. 2016. Т. 48. № 10. С. 114 – 118.

18. Ким В.А., Акбердин А.А., Куликов И.С. и др. Использование метода симплексных решеток для построения диаграмм типа сос тав – вязкость // Изв. вуз. Черная металлургия. 1980. № 9. С. 167.

19. Планирование эксперимента при исследовании физико-химических свойств металлургических шлаков: Методическое пособие / В.А. Ким, Э.И. Николай, А.А. Акбердин, И.С. Куликов. – Алма-Ата: Наука, 1989. – 116 с.

20. Бабенко А.А., Истомин С.А., Протопопов Е.В. и др. Вязкость шлаков системы CaO – SiO2 – Al2O3 – MgO – B2O3 // Изв. вуз. Черная металлургия. 2014. № 2. С. 41 – 43.