АНАЛИЗ ФАЗОВЫХ РАВНОВЕСИЙ В ЖИДКИХ ХРОМОМАРГАНЦЕВЫХ СТАЛЯХ, РАСКИСЛЕННЫХ АЛЮМИНИЕМ
DOI:
https://doi.org/10.32339/0135-5910-2025-10-21-36Ключевые слова:
термодинамическое моделирование, диаграмма состояний, фазовые равновесия, хромомарганцевые стали, поверхность растворимости компонентов в металлеАннотация
Данное исследование посвящено изучению механизмов фазообразования при раскислении хромомарганцевых сталей алюминием. Контроль состава и морфологии неметаллических включений (НВ) критически важен для достижения оптимальных механических свойств стали. В работе подробно изучены фазовые равновесия в системах Fe–Al–Mn–Cr–O и Fe–Al–Mn–Cr–O–C с целью прогнозирования состава образующихся НВ в зависимости от концентрации ключевых элементов: алюминия, марганца, хрома и углерода.
Для экономнолегированных сталей выявлено, что при раскислении алюминием (Al > 0,001 %) расплава с содержанием марганца выше 1 % формируются твердые растворы оксидов хрома и алюминия. Углерод при низких концентрациях алюминия проявляет раскислительные свойства, что может привести к газовой пористости и, следовательно, к снижению качества металлоизделий. Важно отметить, что образование чистого глинозема при раскислении алюминием маловероятно, что ставит под сомнение распространенную модель модифицирования включений кальцием через образование алюминатов кальция.
В высоколегированных сталях поведение элементов остается схожим, преобладают твердые растворы с доминированием оксидов марганца и (или) хрома в присутствии Al2O3. Влияние углерода менее выражено, чем в экономнолегированных сталях, но при его высоком содержании (1 %) также возможна газовая пористость.
Результаты указывают на необходимость учитывать сложное взаимодействие Al, Mn, Cr и C при формировании НВ. Для оптимизации процессов рафинирования, особенно с применением кальция, требуются дальнейшие исследования, фокусирующиеся на выявленных концентрационных областях, имеющих наибольшую практическую значимость. Полученные данные позволяют точнее прогнозировать состав и свойства НВ, разрабатывать более эффективные стратегии раскисления и модифицирования, а также снижать дефекты, связанные с газовой пористостью.
Библиографические ссылки
Шлямнев А. П., Свистунова Т. В., Лапшин О. Б. и др. Коррозионностойкие, жаростойкие и высокопрочные стали и сплавы: справ. изд. — М.: Интермет Инжиниринг, 2000. —232 с.
URL: http://uraltermo.ru/sortament/konstruktivnye-stali/ (дата обращения: 2.06.2025).
URL: https://uzto96.ru/info/konstrukcionnye-stali-marki-primenenie-metody-termicheskoy-ob/ (дата обраще-ния: 2.06.2025).
URL: https://www.orinnox.ru/blog/2020/02/18/konstrukcionnaya-staleyo-klassifikaciya-i-osobye-svojstva(дата обращения: 2.06.2025).
Драгунов Ю. Г., Зубченко А. С., Каширский Ю. В. и др. Марочник сталей и сплавов. 6-е изд., стереотипное / под общ. ред. Ю. Г. Драгунова и А. С. Зубченко. — М.: Инновационное машиностроение, 2019. — 1216 с.
Сорокин Б. Г., Волосникова А. В., Вяткин С. А. и др. Марочник сталей и сплавов / Под общ. ред. В. Г. Соро-кина. — М.: Машиностроение, 1989. — 640 с.
Макровец Л. А., Бакин И. В. Анализ фазовых равновесий в жидких хромомарганцевых сталях в присут-ствии кальция. Сообщение 2. Фазовые равновесия в системе Fe–Ca–Cr–Mn–C–O (экономнолегированные стали) // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2024. Т. 80. № 3. С. 12–22.
Макровец Л. А., Бакин И. В., Каляскин А. В. Анализ фазовых равновесий в жидких хромомарганцевых ста-лях в присутствии кальция. Сообщение 3. Фазовые равновесия в системе Fe–Ca–Cr–Mn–C–O (высоколеги-рованные стали) // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2024. Т. 80. № 3. С. 23–29.
Михайлов Г. Г., Макровец Л. А. Анализ фазовых равновесий в жидких хромомарганцевых сталях в присут-ствии кальция. Сообщение 1. Диаграммы состояний оксидных систем // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2023. Т. 79. № 2. С. 107–117.
Samoilova O. V., Makrovets L. A. Thermodynamic modeling of phase equilibria in the FeO–MgO–Al2O3system // Materials Science Forum. 2020. V. 989. P. 3–9.DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.989.3.
Михайлов Г. Г., Макровец Л. А., Самойлова О. В. Термодинамическое моделирование диаграмм состояния двойных и тройных оксидных систем, принадлежащих системе FeO–MgO–MnO–Al2O3 // Новые огнеупоры. 2020. № 6. С. 47–50.
Самойлова О. В., Макровец Л. А. Термодинамическое моделирование фазовых диаграмм оксидных систем FeO–MgO, FeO–Cr2O3, MgO–Cr2O3 и FeO–MgO–Cr2O3 // Вестник Южно-Уральского государственного уни-верситета. Серия «Металлургия». 2019. Т. 19. № 1. С. 18–25. DOI: 10.14529/met190102.
Макровец Л. А. Термодинамический анализ фазовых равновесий в стали, легированной марганцем и хро-мом // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2022. Т. 78. № 5. С. 395–402.
Mikhailov G. G., Makrovets L. A., Samoilova O. V. Thermodynamic modeling of phase equilibria in the FeO–Al2O3–Cr2O3 and MgO–Al2O3–Cr2O3systems // Materials Science Forum. 2020. V. 989. P. 204–209. DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.989.204.
Tsai H.-T. T., Muan A. Activity–composition relations in FeCr2O4–FeAl2O4 and MnCr2O4–MnAl2O4solid solutions at 1500° and 1600°C // Journal of the American Ceramic Society.1992. V. 75. № 6. P. 1407–1411. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1992.tb04201.x.
Михайлов Г. Г., Леонович Б. И., Кузнецов Ю. С. Термодинамика металлургических процессов и систем. — М.: Изд. дом МИСиС, 2009. —520 с.
Самойлова О.В., Макровец Л.А. Термодинамический анализ взаимодействия хрома с кислородом в жидком железе // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия». 2019. Т. 19. № 3. С. 5–12. DOI: 10.14529/met190301.
Макровец Л.А., Самойлова О.В., Михайлов Г.Г. Раскислительная способность алюминия в железо-марганцевых углеродсодержащих расплавах // Известия вузов. Черная металлургия. 2023. V. 66. № 2. P. 206–214. DOI: 10.17073/0368-0797-2023-2-206-214.
Fuwa T., Chipman J. The carbon–oxygen equilibria in liquid iron // Transactions of AIME. 1960. V. 218. P. 887–891.
Sigworth G.K., Elliott J.F. The thermodynamics of liquid dilute iron alloys // Metal Science. 1974. V. 8. P. 298–310.
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.
Ren Q., Zhang L. Effect of cerium content on inclusions in an ultra-low-carbon aluminum-killed steel // Metallurgi-cal and Materials Transactions B. 2020. V. 51. № 2. P. 589–600. DOI: 10.1007/s11663-020-01779-y.
Li S., Cheng G., Yang L. etc. A thermodynamic model to design the equilibrium slag compositions during elec-troslag remelting process: description and verification // ISIJ International. 2017. V. 57. № 4. P. 713–722. DOI: 10.2355/isijinternational.isijint-2016-655.
Mikhailov G. G., Makrovets L. A., Samoilova O. V. Thermodynamic analysis of the deoxidation ability of alumi-num in the melt of the Fe–Cr–C system at 1600 °C // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. V. 969. 012020. DOI: 10.1088/1757-899X/969/1/012020.
Janke D., Fischer W. A. Gleichgewichte von chrom und mangan mit sauerstoff in eisenschmelzen bei 1600 °C // Archiv für das Eisenhüttenwesen. 1976. V. 47. № 3. P. 147–151. DOI: 10.1002/srin.197603795.
Itoh H., Hino M., Ban-Ya S. Assessment of Al deoxidation equilibrium in liquid iron // Tetsu-to-Hagane. 1997. V. 83. № 12. P. 773–778. DOI: 10.2355/tetsutohagane1955.83.12_773.
Park J. H., Todoroki H. Control of MgO·Al2O3spinel inclusions in stainless steels // ISIJ International. 2010. V. 50. № 10. P. 1333–1346. DOI: 10.2355/isijinternational.50.1333.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2025 ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ. Бюллетень научно-технической и экономической информации
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-ShareAlike» («Атрибуция — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.
