Preview

Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

Термодинамический параметр взаимодействия первого порядка азота с марганцем в жидкой стали

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-8-651-656

Полный текст:

Аннотация

Предложена простая теория термодинамических свойств жидких растворов азота в сплавах системы Fe – Mn. Эта теория полнос аналогична теории для жидких растворов азота в сплавах системы Fe – Cr, предложенной авторами ранее (2019 г.). Теория основана на решеточной модели растворов Fe – Mn. Предполагается модельная решетка типа ГЦК. В узлах этой решетки располагаются атомы железа и марганца. Атомы азота располагаются в октаэдрических междоузлиях. Атом азота взаимодействует лишь с атомами металлов, находящимися в соседних с этим атомом узлах решетки. Это взаимодействие парное. Предполагается, что энергия этого взаимодействия не зависит ни от состава сплава, ни от температуры. Принимается, что жидкие растворы в системе Fe – Mn являются совершенными. В рамках предложенной теории получено соотношение, которое выражает значение константы закона Сивертса для растворимости азота в жидком марганце через значение аналогичной величины для растворимости азота в жидком железе и значение вагнеровского параметра взаимодействия N – Mn в растворах на основе железа. Значения констант закона Сивертса в этом соотношении взяты непосредственно из эксперимента по измерению растворимости азота в жидких железе и марганце. При этом записанное соотношение рассматривается как уравнение относительно вагнеровского параметра взаимодействия N – Mn. Решение этого уравнения дает значение вагнеровского параметра взаимодействия ℇMn= –5,25 в жидкой стали при температуре 1873 К. Вагнеровский параметр взаимодействия связан с лангенберговским параметром взаимодействия eMnсоотношением, выведенным Люписом и Эллиотом в 1965 г. В это соотношение входят атомные массы железа и марганца. Подставляя в рассматриваемое соотношение найденное значение вагнеровского параметра взаимодействия и решая полученное уравнение относительно лангенберговского параметра взаимодействия, находим eMnN = –0,0230. Это значение отвечает экспериментальным данным Бира (1961 г.). Оно представляется одним из наиболее правдоподобных экспериментальных значений для жидкой стали при температуре 1873 К. Другим таким значением представляется eMnN = –0,0209, полученное Шином с сотрудниками в 2011 г.

Об авторах

Л. А. Большов
Вологодский государственный университет
Россия

д.ф.-м.н., профессор кафедры математики

160000, Вологда, ул. Ленина, 15



С. К. Корнейчук
Вологодский государственный университет
Россия

к.ф.-м.н., доцент кафедры физики

160000, Вологда, ул. Ленина, 15



Э. Л. Большова
Вологодский государственный университет
Россия

доцент кафедры английского языка

160000, Вологда, ул. Ленина, 15



Список литературы

1. Некрасов Б.В. Основы общей химии. Т. 1. – М.: Химия, 1973. – 656 с.

2. Салихов Д.Н., Ковалев С.Г., Брусницын А.И. и др. Полезные ископаемые Республики Башкортостан (марганцевые руды). – Уфа: Экология, 2002. – 242 с.

3. Гудремон Э. Специальные стали. Т. 1. – М.: Металлургия, 1966. – 736 с.

4. Çakir O. Machinery of Hadfield steel: An overview // 2 nd Int. Conference on Advances in Mechanical Engineering, Istanbul, Turkey (10 – 13 May, 2016). Proceeding book. P. 227 – 232.

5. Wikipedia. List of countries by manganese production. [Electronic resource]. Available at URL: https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_countries_by_manganese_production (Accessed 10.30.2019).

6. Wikipedia. List of countries by steel production. [Electronic resource]. Available at URL: https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_countries_by_steel_production (Accessed 10.30.2019).

7. Дашевский В.Я., Александров А.А., Леонтьев Л.И., Овсянникова Г.А. Марганцевые ферросплавы из отечественных руд // Институт металлургии и материаловедения им. Байкова РАН 80 лет. Сборник научных трудов. – М.: Интерконтакт Наука, 2018. С. 313 – 316.

8. Wikipedia. Mangalloy. [Electronic resource]. Available at URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Mangalloy (Accessed 10.30.2019).

9. Wikipedia. TWIP steel. [Electronic resource]. Available at URL: https://en.wikipedia.org/wiki/TWIP_steel (Accessed 10.30.2019).

10. Grässel O., Frommenter G. Effect of martensitic phase transportation and deformation twinning on mechanical properties of Fe–Mn–SiAl steels // Material Science and Technology. 1998. Vol. 14. No. 2. P. 2013 – 2016.

11. Thermodynamic activity. [Electronic resource]. Available at URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Thermodynamic_activity (Accessed 10.30.2019 ).

12. Jensen W.B. Gilbert N. Lewis. American chemist (Encyclopaedia Britannica). [Electronic resource]. Available at URL: https://www.britannica.com/biography/Gilbert-N-Lewis (Accessed 10.30.2019).

13. Люпис К. Химическая термодинамика материалов. – М.: Металлургия, 1989. – 503 с.

14. Вагнер К. Термодинамика сплавов. – М.: Металлургиздат, 1957. – 179 с.

15. Lupis C.H.P., Elliott J.F. Therelation between interaction coefficients ε and e // Transactions of the Metallurgical Society of AIME. 1965. Vol. 233. No. 1. P. 257 – 258.

16. Григорян В.А., Белянчиков Л.Н., Стомахин А.Я. Теоретические основы электросталеплавильных процессов. – М.: Металлургия, 1987. – 272 с.

17. Большов Л.А. О растворимости азота в жидких многокомпонентных сплавах железа с переходными металлами // Изв. вуз. Черная металлургия. 1982. № 1. С. 8 – 10.

18. Большов Л.А. Статистическая теория многокомпонентных и малоконцентрированных сплавов: Дисс … докт. физ.-мат. наук. – М.: МГУ, 1991. – 496 с.

19. Sieverts A. ZurKenntnis der Okklusion und Diffusion von Gasen in Metalle // Zeitschrift für physikalische Chemie. 1907. Bd. 60. No. 2. S. 129 – 201.

20. Jachang Shin, Joonho Lee, Dong Joan Min, Joohin Park. Solubility of nitrogen in high manganese steel (HMnS) melts: interaction parameter between Mn and N // Metallurgical and Materials Transactions B. 2011. Vol. 42. No. 6. P. 1081 – 1085.

21. Wentrup H., Reif O. Über die Löslichkeit von Stickstoff in Eisenschmelzen mit Chrom-, Mangan- und Nickelzusätzen //Archiv für das Eisenhüttenwesen. 1949. Bd. 20. No. 11 – 12. S. 359 – 362.

22. Saito T. Absorption of nitrogen by molten iron alloys. II. Study of Fe–Ni, Fe–Cr, and Fe–Mn alloys // Science Reports of the Research Institutes, Tohoku University. 1949. Vol. 1-A. P. 419 – 425.

23. Maekawa S., Nakagawa Y. Solubility of nitrogen in liquid iron and effect of carbon, silicon and manganese on the solubility // Tetsu-toHagane. 1960. Vol. 26. No. 7. P. 748 – 753.

24. Pehlke R.D., Elliott J.F. Solubility of nitrogen in liquid iron alloys // Trans. Met. Soc. AIME. 1960. Vol. 218. No. 6. P. 1088 – 1101.

25. Beer S.Z. Solubility of nitrogen in molten iron-manganese alloys // Transactions of the Metallurgical Society of AIME. 1961. Vol. 221. No. 1. P. 2 – 8.

26. Dodd R.A., Gokcen N.A. Solubility of nitrogen in liquid iron-manganese alloys // Transaction of the Metallurgical Society of AIME. 1961. Vol. 221. P. 233 – 236.

27. Schenck H., Frohberg M.G., Heinemann H. Untersuchungen zur Stickstoffaufname in flüssigen Eisenlegierungen in Druckbereich bis zu vier Atmosphären // Archiv für das Eisenhüttenwesen. 1962. Bd. 33. No. 9. S. 593 – 600.

28. Narita K., Makino T. Report of Central Research Labs. No. 2087, Kobe Steel Works, 1968.

29. Cosma D. Dissolution of nitrogen in melts of Cr-, Mn-, Ni-, and N-alloyed stainless steel // Archivfür das Eisenhüttenwesen. 1970. Bd. 41. No. 2. S. 195 – 205.

30. Григоренко Г.М., Помарин Ю.М., Лакомский В.И., Шеревера А.М. Влияние температуры на растворимость азота в расплавах железо-марганец // Известия АН СССР. Металлы. 1974. № 6. С. 11 – 15.

31. Wada H., Pehlke R.D. Solubility of nitrogen in liquid Fe–Cr–Ni alloys containing manganese and molybdenum // Metallurgical and Materials Transactions B. 1977. Vol. 8B. No. 4. P. 675 – 682.

32. Ishii F., Ban-ya S., Fuwa T. Solubility of nitrogen in liquid iron alloys // Tetsu-to-Hagane. 1982. Vol. 68. P. 1551 – 1559.

33. Wada H., Lee S.W., Pehlke R.D. Nitrogen solubility in liquid Fe and Fe–Mn alloys // Metallurgical Transactions B. 1986. Vol. 17. No. 1. P. 238 – 239.

34. Rawers J.C., Gokcen N.A. Nitrogen concentration in liquid Fe-Mn alloys at high pressure // Phase Equilibria. 1993. Vol. 14. No. 2. P. 179 – 183.

35. Физико-химические расчеты электросталеплавильных процессов / В.А. Григорян, А.Я. Стомахин, Ю.И. Уточкин и др. – М.: МИСиС, 2007. – 318 с.

36. Большов Л.А., Корнейчук С.К. Термодинамика жидких растворов азота в хроме // Изв. вуз. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 5. C. 387 – 393.

37. Turnock H.H., Penlke R.D. The solubility of nitrogen in multicomponent liquid iron alloys // Transactions of the Metallurgical Society of AIME.1966. Vol. 236. No. 11. P. 1540 – 1547.

38. Бараташвили И.Б., Федотов В.П., Самарин А.М., Бережиани В.М. Растворимость азота в жидком марганце // Доклады Академии наук СССР. 1961. Т. 139. № 6. С. 1354 – 1355.

39. Kor C.J.W. The solubility of nitrogen in liquid manganese // Metallurgical Transactions B. 1978. Vol. 9. No. 2. P. 97 – 99.

40. Eui-Jun Kim, Jong-Jin Pak, Byng-Don You. Nitrogen solubility in liquid manganese and ferromanganese alloys // Metallurgical and Materials Transactions B. 2001. Vol. 32. No. 4. P. 659 – 668.


Для цитирования:


Большов Л.А., Корнейчук С.К., Большова Э.Л. Термодинамический параметр взаимодействия первого порядка азота с марганцем в жидкой стали. Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2020;63(8):651-656. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-8-651-656

For citation:


Bol’shov L.A., Korneichuk S.K., Bol’shova E.L. Thermodynamic first order interaction coefficient between nitrogen and manganese in liquid steel. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2020;63(8):651-656. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-8-651-656

Просмотров: 122


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)