Фазовые равновесия, реализующиеся при раскислении силикостронцием низкоуглеродистого расплава на основе железа

В настоящее время для повышения качества металла, в особенности низколегированного, применяют технологии внепечной обработки стали с использованием комплексных сплавов, в состав которых входят помимо кремния щелочноземельные металлы. Изучение влияния добавок стронция на процессы раскисления и модифицирования жидкой стали является одним из перспективных направлений исследования в области металлургических технологий. Проведено термодинамическое моделирование фазовых равновесий в расплаве системы Fe –Sr–Si–C–O с использованием методики построения поверхности растворимости компонентов в металле. Поверхность растворимости определяет границы стабильности образующихся при раскислении неметаллических фаз в зависимости от состава жидкого металла исследуемой системы. Расчет был проведен с использованием констант равновесия реакций, протекающих в расплаве при раскислении, а также параметров взаимодействия первого порядка (по Вагнеру) элементов в жидком железе. Активности компонентов оксидного расплава определяли с использованием теории субрегулярных ионных растворов. Активности газовой фазы рассчитывали с учетом парциальных давлений. Моделирование проводили для двух температур (1550 и 1600 °С) для фиксированных концентраций углерода (0 (отсутствие углерода в жидком железе) и 0,1 % (низкоуглеродистый металлический расплав)). Показано, что в сравнении с кремнием стронций является более сильным раскислителем в жидком металле. По результатам моделирования в качестве основных оксидных фаз в продуктах раскисления должны быть жидкие оксидные неметаллические включения переменного состава или ортои  метасиликаты стронция Sr₂ SiO₄ и SrSiO₃  (при увеличении концентрации стронция). Снижение температуры жидкого металла приводит к  некоторым изменениям в фазообразовании (становится возможным образование силиката SrSiO₃ ).

1. Скок Ю.Я. Исследование раскислительной способности комплексных сплавов, содержащих ЩЗМ и РЗМ // Процессы литья. 2010. Т. 81. № 3. С. 8–12.

2. Дерябин А.А., Берестов Е.Ю. О механизме модифицирования стали щелочноземельными металлами // Электрометаллургия. 2008. № 6. С. 35–38.

3. Irons G.A., Tong X.-P. Treatment of steel with alkaline-earth elements // ISIJ International. 1995. Vol. 35. No. 7. P. 838–844. https://doi.org/10.2355/isijinternational.35.838

4. Breitzmann M., Engell H.-J., Janke D. Refining of steel melts using alkaline earth metals // Steel Research. 1988. Vol. 59. No. 7. P.289–294. https://doi.org/10.1002/srin.198801505

5. Проворова И.Б., Розенберг Е.В., Барановский К.Э., ВолосатиковВ.И., Розум В.А., Карась А.Н., Чернявский М.С. Модификатор для внепечной обработки стали, содержащий щелочноземельные металлы // Литье и металлургия. 2016. Т. 83. № 2. С.14–18.

6. Рожихина И.Д., Нохрина О.И., Дмитриенко В.И., ПлатоновМ.А. Модифицирование стали барием и стронцием // Известия вузов. Черная металлургия. 2015. Т. 58. № 12. С. 871–876. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2015-12-871-876

7. Maitra S., Chakrabarty N., Pramanik J. Decomposition kinetics of alkaline earth carbonates by integral approximation method// Cerâmica. 2008. Vol. 54. P. 268–272. https://doi.org/10.1590/S0366-69132008000300001

8. Рябчиков И.В., Мизин В.Г., Усманов Р.Г., Голубцов В.А., МилюцВ.Г. Критерии оценки качества раскислителей и модификаторов для стали // Сталь. 2015. № 2. С. 24–27.

9. Рябчиков И.В., Панов А.Г., Корниенко А.Э. О качественных характеристиках модификаторов // Сталь. 2007. № 6. С. 18–23.

10. Bakin I.V., Mikhailov G.G., Golubtsov V.A., Ryabchikov I.V., Dresvyankina L.E. Methods for improving the efficiency of steel modifying // Materials Science Forum. 2019. Vol. 946. P. 215–222. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.946.215

11. Бакин И.В., Шабурова Н.А., Рябчиков И.В., Мизин В.Г., БеловБ.Ф., Михайлов Г.Г., Сенин А.В. Экспериментальное исследование рафинирования и модифицирования стали сплавами Si –Ca, Si –Sr и Si–Ba // Сталь. 2019. № 8. С. 14–18.

12. Kim W.K., Koh S.U., Yang B.Y., Kim K.Y. Effect of environmental and metallurgical factors on hydrogen induced cracking of HSLA steels // Corrosion Science. 2008. Vol. 50. P. 3336–3342. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2008.09.030

13. Sidorova E., Karasev A.V., Kuznetsov D., Jönsson P.G. Modification of non-metallic inclusions in oil-pipeline steels by Ca-treatment// Metals. 2019. Vol. 9. No. 4. P. 391. https://doi.org/10.3390/met9040391

14. Михайлов Г.Г., Макровец Л.А., Самойлова О.В., Бакин И.В. Термодинамический анализ раскислительной способности стронция в жидком железе: диаграмма стабильности фаз в сис­ темах Fe – Sr – O и Fe – Mg – Sr – O // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2019. Т. 75. № 12. С. 1366–1373. https://doi.org/10.32339/0135-5910-2019-12-1366-1372

15. Михайлов Г.Г., Леонович Б.И., Кузнецов Ю.С. Термодинамика металлургических процессов и систем. М.: ИД МИСиС, 2009. 520 с.

16. Fuwa T., Chipman J. The carbon – oxygen equilibria in liquid iron // Transactions of AIME. 1960. Vol. 218. P. 887–891.

17. Самойлова О.В., Макровец Л.А., Бакин И.В. Термодинамичес­ кое моделирование фазовых равновесий в оксидной системе FeO – SrO – SiO2 // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2019. Т. 19. № 4. С. 10–18.

18. Li J., Cheng G. Effect of CaO – MgO – SiO2 – Al2O3 – TiO2 slags with different CaF2 contents on inclusions in Ti-stabilized 20Cr stainless steel // ISIJ International. 2019. Vol. 59. No. 11. P. 2013–2023. https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2019-277

19. Li S., Cheng G., Yang L., Chen L., Yan Q., Li C. A thermodynamic model to design the equilibrium slag compositions during electroslag remelting process: Description and verification // ISIJ International. 2017. Vol. 57. No. 4. P. 713–722. https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2016-655

20. Steelmaking Data Sourcebook, Japan Society for the Promotion of Science. The 19th Committee on Steelmaking. New York: Gordon and Breach Science Publishers, 1988. 325 p.

21. Hou D., Jiang Z.H., Dong Y.W., Gong W., Cao Y.L., Cao H. Effect of slag composition on the oxidation kinetics of alloying elements during electroslag remelting of stainless steel: Part-1 Mass-transfer model // ISIJ International. 2017. Vol. 57. No. 8. P. 1400–1409. https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2017-147

22. Yoshioka T., Nakahata K., Kawamura T., Ohba Y. Factors to determine inclusion compositions in molten steel during the secondary refining process of case-hardening steel // ISIJ International. 2016. Vol. 56. No. 11. P. 1973–1981. https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2016-324

23. Sigworth G.K., Elliott J.F. The thermodynamics of liquid dilute iron alloys // Metal Science. 1974. Vol. 8. P. 298–310. https://doi.org/10.1179/msc.1974.8.1.298

24. Куликов И.С. Раскисление железа щелочноземельными металлами // Металлы. 1985. № 6. С. 9–15.

25. Агеев Ю.А., Арчугов С.А. Исследование растворимости щелочноземельных металлов в жидком железе и сплавах на его основе // Журнал физической химии. 1985. Т. LIX. № 4. С. 838–841.