Растворимость кислорода в расплавах системы Ni-Co при комплексном раскислении алюминием и кремнием

Сплавы системы Ni-Co находят широкое применение в промышленности. Одной из вредных примесей в этих сплавах является кислород, который находится в металле, как в растворенном виде, так и в виде неметаллических включений. Получение готового металла с минимальной концентрацией кислорода является одной из главных задач процесса выплавки этих сплавов. При комплексном раскислении металлического расплава активности оксидов, образующихся в результате процесса раскисления, меньше единицы, за счет этого при одном и том же содержании элементов-раскислителей можно получить металл с более низкой концентрацией кислорода, следовательно, более глубоко раскисленный. При совместном раскислении двумя раскислителями преимущественное участие в реакции принимает более сильный раскислитель, однако, если оксиды элементов-раскислителей образуют химические соединения, то это способствует участию более слабого раскислителя в процессе раскисления. Проведен термодинамический анализ совместного влияния алюминия и кремния на растворимость кислорода в расплавах системы Ni-Co. В продуктах реакции раскисления возможно образование как муллита (3Al₂O₃·2SiO₂), так и кианита (Al₂O₃·SiO₂). Наличие кремния в расплаве усиливает раскислительную способность алюминия: незначительно в случае образования соединения 3Al₂O₃·2SiO₂ и существенно в случае образования соединения Al₂O₃·SiO₂. Кривые растворимости кислорода в случае образования соединения Al₂O₃·SiO₂ проходят через минимум, положение которого зависит от содержания алюминия в расплаве и не зависит от содержания кремния. Содержание алюминия в точках минимума незначительно снижается от никеля к кобальту, как и в случае расплавов системы Ni-Co-Al. Дальнейшие присадки алюминия приводят к возрастанию концентрации кислорода. Определены области образования соединений Al₂O₃, 3Al₂O₃·2SiO₂, Al₂O₃·SiO₂ и SiO₂ от содержания алюминия и кремния в расплаве. В расплавах системы Ni-Co раскислительная способность алюминия и кремния повышается с ростом содержания кобальта в расплаве, однако кремний усиливает раскислительную способность алюминия тем слабее, чем выше содержание кобальта.

система Ni-Co, термодинамический анализ, комплексное раскисление, муллит, кианит, расплавы, алюминий, кремний, растворимость кислорода

1. Davis J.R. Nickel, Cobalt, and Their Alloys. ASM International: Materials Park, OH, USA, 2000. 422 p.

2. Reed R.C. The Superalloys. Fundamentals and Applications. Cambridge: Univer-sity Press. 2006. 372 p.

3. Логунов А.В., Шмотин Ю.А. Современные жаропрочные никелевые сплавы для дисковых газовых турбин. М.: Наука и технологии. 2013. 264 с.

4. Zhang L, Ren Y. Fundamentals of steel complex deoxidation with multiple deoxi-dizers. Cleveland, OH: AISTech 2015; 2015. P. 2250–2259.

5. Александров А.А., Дашевский В.Я., Леонтьев Л.И. Термодинамика раство-ров кислорода в расплавах системы Ni-Co, содержащих алюминий // Метал-лы. 2017. № 4. С. 58–62.

6. Александров А.А., Дашевский В.Я. Термодинамика растворов кислорода в расплавах системы Ni-Co, содержащих кремний // Изв. ВУЗов. Черная ме-таллургия. 2019. (в печати).

7. Turkdogan E.T. Fundamentals of steelmaking. Leeds: Maney Publ., 2010. 345 p.

8. Fujisawa T., Suzuki M., Wanibe Yo., Sakao H. Equilibrium between molten iron and Al2O3-SiO2 oxides // Tetsu to Hagane. 1986. V. 72. No. 2. P. 218–224.

9. Slag Atlas. Düsseldorf: Verlag Stahleisen GmbH, 1995, 634 p.

10. Куликов И.С. Раскисление металлов. М.: Металлургия. 1975. 504 с.

11. Ashok K., Mandal G.K., Bandyopadhyay D. Theoretical Investigation on Deoxi-dation of Liquid Steel for Fe-Al-Si-O System // Trans. Indian Inst. Met. 2015. V. 68. No. 1. P. S9–S18.

12. Seetharaman, S. Fundamentals of metallurgy. Cambridge: Woodhead Publ., 2005. 576 p.

13. Sigworth G.K., Elliott J.F., Vaughn G., Geiger G.H. The thermodynamics of di-lute liquid nickel alloys // Metallurgical Soc. CIM. 1977. Annual Volume. P. 104–110.

14. Sigworth G.K., Elliott J.F. The thermodynamics of dilute liquid cobalt alloys // Canadian Metallurgical quarterly. 1976. V. 15. No 2. P. 123–127.

15. Ishii F., Ban-ya S. Equilibrium between Aluminum and Oxygen in Liquid Nickel and Nickel-Iron Alloy // Tetsu to Hagane. 1995. V. 81. No. 1. P. 22–27.

16. Ishii F., Ban-ya S. Deoxidation Equilibrium of Silicon in Liquid Nickel and Nickel-Iron Alloys // ISIJ International. 1992. V. 32. No. 10. P. 1091–1096.

17. Белянчиков Л.Н. Универсальная методика пересчета значений параметров взаимодействия элементов с одной основы сплава на другую на базе теории квазирегулярных растворов. Часть II. Оценка параметров взаимодействия элементов в никелевых сплавах // Электрометаллургия. 2009. № 2. С. 29–38.

18. Белянчиков Л.Н. Оценка параметров взаимодействия, коэффициентов ак-тивности и теплот растворения элементов в сплавах на основе кобальта ме-тодом пересчета с их значений в сплавах железа // Электрометаллургия. 2009. № 4. С. 16–22.

19. Дашевский В.Я., Александров А.А., Леонтьев Л.И. Термодинамика раство-ров кислорода в расплавах систем Fe-Ni, Fe-Co и Co-Ni // Изв. вузов. Черная металлургия. 2015. № 1. С. 54–60.

20. Дашевский В.Я., Александров А.А., Леонтьев Л.И. Термодинамика раство-ров кислорода при комплексном раскислении расплавов системы Fe-Co // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. 2014. № 5. С. 33–41.