Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

Свойства жидких сплавов железа (продолжение)

Относительно большой размер атомов углерода позволяет считать, что они располагаются преимущественно в самых больших промежутках (порах) между атомами железа.

В объемноцентрированной решетке феррита, образуемой при содержании углерода менее 0,2—0,5%, самые большие поры имеют тетраэдрическую форму, а в гранецентрированной (при 0,2—0,5 С s=c 1,7%) — октаэдрическую. Соответственно при С=0,2—0,5% каждый атом углерода будут окружать четыре ближайших атома железа, а при более высоком содержании углерода — шесть атомов железа. Вследствие сохранения ближнего порядка при незначительном перегреве по сравнению с температурой плавления описанное расположение атомов сохраняется.

Вполне вероятной является также металлизация углерода в твердом и жидком железе, т. е. возникновение металлической связи с коллективизацией валентных электронов и образованием ионов С4+ или С3+ в растворе внедрения.

Для сталеплавильщиков представляет интерес влияние примесей на поверхностные свойства жидкого металла, так как при значительной поверхностной активности концентрация их у межфазной поверхности может существенно превышать среднюю концентрацию в объеме, что оказывает влияние на степень и интенсивность развития отдельных процессов. Углерод имеет слабую поверхностную активность, понижая поверхностное натяжение жидкого сплава железа со 170— 180 мкДж/см2 (с 1700—1800 эрг/см2) всего на 3—5 мкДж/см2 (30— 50 эрг/см2) при повышении содержания С от 0 до 3—4%.

Кремний, по-видимому, находится в жидком железе преимущественно в форме силицида железа, т. е. группировок, подобных молекулам FeSi. Об этом свидетельствует значительный тепловой эффект растворения кремния в жидком железе, который достигает максимума при равных атомных концентрациях железа и кремния (Н0 = — 95,2 кДж/г-атом, или 22 500 кал/г-атом, при 1600° С). Это следует также из диаграммы состояния железо—кремний, на которой имеется острый максимум, соответствующий соединению FeSi.

Марганец неограниченно растворим в железе и образует с ним растворы, близкие к идеальным. Это объясняется тем, что энергия связи атомов Fe—Мn близка к энергии связи одноименных атомов Fe—Fe и Мn—Мn. Имея близкий к железу радиус атомов, марганец занимает в квазикристаллической решетке места отдельных атомов железа, образуя раствор замещения с обычной металлической связью.

Кислород растворяется в жидком железе, по-видимому, с образованием группировок типа молекул FeO. Об этом свидетельствуют значительные тепловой эффект и изменение изобарно-изотермического потенциала растворения.

По мнению ряда исследователей, это подтверждается также повышением растворимости кислорода с повышением температуры вследствие увеличения в металле числа свободных мест (дырок). Влияние температуры описывается уравнением

  • (FeO) = [Fe] + [О]:

  • G0 = 121 000 — 52,35 кДж/г-атом, или,

  • 28 900 — 12,51 Г кал/г-атом,

Можно, однако, предположить, что кислород не образует с железом устойчивых и постоянных молекул. Более вероятно, что атом кислорода (или скорее ион О2) временно связывается с одним атомом железа (ионом Fe2+), а затем с другим.

Кислород в жидком железе обладает большой поверхностной активностью. При повышении содержания кислорода примерно от 0 до 0,2% поверхностное натяжение жидкого железа при 1600° С понижается со 170—185 до 100—110 мкДж/см2 (с 1700—1850 до 1000—1100 эрг/см2). Это означает, что группировки FeO непрочно связаны с металлическим расплавом и вытесняются в поверхностный слой, где содержание кислорода получается значительно более высоким, чем в объеме металла.

Сера образует в жидком железе группировки типа молекул FeS. Об этом свидетельствуют значительный тепловой эффект растворения серы (Н0 = — 132 000 кДж/г-атом или —31 520 кал/г-атом при температуре до 1700° С) и острый максимум на диаграмме состояния, соответствующий составу по 50% атомных Fe и S. Можно, однако, предположить, что квазимолекула FeS не стабильна во времени и в ней происходит периодическая замена одних ионов железа другими.

Сера обладает значительной поверхностной активностью в жидком железе и понижает его поверхностное натяжение со 170-180 до 100-110 мкДж/см2 (с 1700-1800 до 1000-1100 эрг/см2) при увеличении ее содержания примерно от 0 до 0,2%.

Фосфор образует в жидком железе группировки преимущественно типа молекул Fe2P. Об этом можно судить по большому тепловому эффекту растворения фосфора и отчетливому максимуму на диаграмме состояния, отвечающему составу Fe2P.

В железе и малоуглеродистой стали поверхностная активность фосфора незначительна и она не выявляется вследствие большого влияния других факторов, например изменения содержания кислорода. В чугуне фосфор обладает заметной поверхностной активностью.

Вернуться в начало статьи: Свойства жидких сплавов железа

Источник [4] → список литературы.



Вернуться в начало раздела: Физико-химические основы плавки стали
Вернуться на главную: Черная металлургия