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 и, 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 при образовании 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.

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

2. Reed R.C. The Superalloys. Fundamentals and Applications. – Cambridge: University 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. Jung I.H., Decterov S.A., Pelton A.D. A Thermodynamic model for deoxidationequilibria in steel // Metall. Mater. Trans. B. 2004. Vol. 35B. P. 493 – 507.

5. Zhang L, Ren Y. Fundamentals of steel complex deoxidation with multiple deoxidizers. – Cleveland, OH: AISTech., 2015. P. 2250 – 2259.

6. Александров А.А., Дашевский В.Я., Леонтьев Л.И. Термодинамика растворов кислорода в расплавах системы Ni–Co, содержащих алюминий // Металлы. 2017. № 4. С. 58 – 62.

7. Александров А.А., Дашевский В.Я. Термодинамика растворов кислорода в расплавах системы Ni – Co, содержащих кремний // Изв. вуз. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 2. С. 163 – 166.

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

9. Miki T. Dilute Solutions. – In book: Treatise on Process Metallurgy. Vol. 1. Process Fundamentals / Ed. S. Seetharaman. – Elsevier Ltd., 2014. P. 557 – 585.

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

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

12. Куликов И.С. Раскисление металлов. – М.: Металлургия, 1975. – 504 с.

13. Ashok K., Mandal G.K., Bandyopadhyay D. Theoretical investigation on deoxidation of liquid steel for Fe–Al–Si–O System // Trans. Indian Inst. Met. 2015. Vol. 68 (Suppl. 1). P. 9 – 18.

14. Seetharaman S. Fundamentals of Metallurgy. – Cambridge: Woodhead Publ., 2005. – 576 p.

15. Sigworth G.K., Elliott J.F., Vaughn G., Geiger G.H. The thermodynamics of dilute liquid nickel alloys // Metallurgical Soc. CIM. 1977. Annual Vol. P. 104 – 110.

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

17. Ishii F., Ban-ya S. Equilibrium between aluminum and oxygen in liquid nickel and nickel-iron alloy // Tetsu to Hagane. 1995. Vol. 81. No. 1. P. 22 – 27.

18. Ishii F., Ban-ya S. Deoxidation equilibrium of silicon in liquid nickel and nickel-iron alloys // ISIJ International. 1992. Vol. 32. No. 10. P. 1091 – 1096.

19. 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.

20. Белянчиков Л.Н. Оценка параметров взаимодействия, коэффициентов активности и теплот растворения элементов в сплавах на основе кобальта методом пересчета с их значений в сплавах железа // Электрометаллургия. 2009. № 4. С. 16 – 22.

21. 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. № 1. С. 54 – 60.

22. 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.