Термодинамический анализ процессов взаимодействия компонентов в системе Fe–Sr–Ca–O–С в условиях существования металлического расплава

Abstract

В настоящее время получение высококачественных конструкционных материалов вплотную связано с отработкой технологий микролегирования и модифицирования стали сплавами щелочноземельных (ЩЗМ) и редкоземельных (РЗМ) металлов в агрегате печь-ковш. Рационально подобранные композиции рафинирующих и модифицирующих добавок позволяют повлиять на микроструктуру металла, увеличить прочность и пластичность стального проката, повысить хладостойкость и коррозионную стойкость стали, а также глобуляризировать неметаллические включения, резко сократить их количество и размер. Считается, что наиболее эффективными модификаторами являются комплексные сплавы, содержащие наряду с кальцием барий и стронций. Модифицирующая способность ЩЗМ в жидком железе увеличивается в ряду Ca, Sr, Ba, следовательно, по модифицирующей способности кальций уступает стронцию и барию. В то же время процессы раскисления стали сплавами, содержащими ЩЗМ, особенно раскисление стронцием, изучены недостаточно. Для разработки научно обоснованных составов рафинирующих сплавов для раскисления и модифицирования необходимо проведение расчетов, позволяющих оценить, в частности, раскислительную способность щелочноземельных элементов, в том числе и стронция. В данной работе с использованием метода построения поверхностей растворимости компонентов (ПРКМ) рассматривается рафинирующее действие стронцийсодержащих сплавов. Выполнены расчеты по построению диаграммы состояния системы FeO–SrO–CaO и ПРКМ системы Fe–Sr–Ca–O–С. По результатам расчета показано, что при одновременном присутствии кальция и стронция в жидком железе реализуется комплексный механизм раскисления с образованием в качестве неметаллических включений частиц твердого раствора оксидов |SrO, CaO(FeO)|тв.р с минимальным содержанием оксида железа (порядка 0,001 мас. %). At present, the production of high-quality construction materials is closely related to the development of microalloying technologies and the modification of steel with alloys of alkaline earth (AEM) and rare earth (REM) metals in a ladle furnace. Rationally selected compositions of refining and modifying additives can affect the microstructure of the metal, increase the strength and ductility of rolled steel, increase the cold resistance and corrosion resistance of steel, as well as globularize non-metallic inclusions, and drastically reduce their number and size. It is believed that the most effective modifiers are complex alloys containing, along with calcium, barium and strontium. The modifying ability of alkali earth metals in liquid iron increases in the order of Ca, Sr, and Ba, therefore, in terms of modifying ability, calcium is inferior to strontium and barium. At the same time, the processes of deoxidation of steel with alloys containing alkali earth metals, especially deoxidation with strontium, have not been sufficiently studied. For the development of scientifically grounded compositions of refining alloys for deoxidation and modification, it is necessary to carry out calculations that make it possible to assess, in particular, the deoxidizing ability of alkaline earth elements, including strontium. In this paper, using the method of constructing the surfaces of solubility of components in a metal (SSCM), the refining effect of strontium-containing alloys is considered. Calculations for the construction of the phase diagram of the FeO–SrO–CaO system and the SSCM of the Fe–Sr–Ca–O–C system have been performed. According to the calculation results, it is shown that with the simultaneous presence of calcium and strontium in liquid iron, a complex deoxidation mechanism is implemented with the formation of particles of a solid solution of |SrO, CaO (FeO)|ss oxides with a minimum content of iron oxide (about 0.001 wt%).