Термодинамическое моделирование фазовых равновесий в оксидных системах, содержащих B2O3

Abstract

Микролегирование стали бором позволяет при надлежащей технологии выплавки получить путем термообработки высокие механические свойства стали при значительной экономии легирующих компонентов. При этом получения высокой прокаливаемости стали и измельчения первичного литого зерна удается достигнуть при наличии в металлической матрице в виде твердого раствора 0,002–0,008 мас. % бора, не связанного в химические оксидные, сульфидные и нитридные соединения. Бор после введения в сталь необходимо предохранять от взаимодействия с кислородом, серой и азотом. Для понимания сложных процессов, происходящих при введении бора в сталь, нужно последовательно изучить взаимодействие бора с кислородом, серой, азотом в присутствии в металле алюминия, титана, кальция, магния, кремния. В настоящей работе проведена подготовка к моделированию термодинамического взаимодействия компонентов (Al, Si, Ca, Mg, Mn) с кислородом в жидкой стали. С использованием основных положений теории субрегулярных ионных растворов удалось провести моделирование диаграмм состоя- ний оксидных бинарных систем FeO–B2O3, B2O3–CaO, B2O3–MgO, B2O3–Al2O3, B2O3–MnO и B2O3–SiO2 для температур выше 1000 °С, установить вид тройных оксидных систем FeO–B2O3–MgO, FeO–B2O3–Al2O3, FeO–B2O3–MnO и FeO–B2O3–SiO2, не приведенных в справочной и оригинальной литературе, и для FeO–B2O3–CaO (в литературе приводится только изотермическое сечение при 1600 °С). Показана возможность построения поверхностей растворимости компонентов в борсодержащем металле, раскисленном алюминием. Из вида построенной диаграммы следует, что алюминий является эффективным элементом для защиты бора от окисления после введения бора в сталь. Аналогичная информация может быть получена для описания защитных действий других элементов. Microalloying of steel with boron allows both to save alloying components and to obtain high mechanical properties after heat treatment if appropriate smelting technology is used. High hardenability and primary grain refining is achieved if the metal matrix contains 0.002 to 0.008 mass pct. boron being in solid solution, and not bound into oxides, sulfides or nitrides. Thus after introducing to steel boron is to be protected against interaction with oxygen, sulfur and nitrogen. For understanding of complex processes occurring when boron is introduced to steel, a consistent study of its interaction with oxygen, sulfur and nitrogen in the metal containing aluminium, titanium, calcium, magnesium and silicon is needed. In this work a preparation for modelling of thermodynamic interaction of components (Al, Si, Ca, Mg, Mn) with oxygen in liquid steel is performed. Using fundamental concepts of the subregular ionic solution theory phase diagrams of FeO–B2O3, B2O3–CaO, B2O3–MgO, B2O3–Al2O3, B2O3–MnO and B2O3–SiO2 systems are simulated for the temperature range above 1000 °C, the types of ternary phase diagrams FeO–B2O3–MgO, FeO–B2O3–Al2O3, FeO–B2O3–MnO, FeO–B2O3–SiO2 and FeO–B2O3–CaO not available in the literature are revealed (for the latter system only an isothermal section at 1600 °C is known). The possibility of drawing component solubility surfaces in the metal containing boron and aluminium is demonstrated. It follows from the diagram that aluminium is effective as a protector against oxidation of boron introduced to steel. Similar information can be obtained for the description of protective effect of other elements too.