Видеокурс по SIMATIC STEP 7


Раствор фосфора в жидком железе и его сплавах

Раствор фосфора в жидком железе и его сплавах
При низких температурах существуют фосфиды Fe3P, Fe2P, FeP и FeP2.

На диаграмме состояния сплавов Fe–P (рис. 10) имеется максимум, свидетельствующий о том, что наиболее устойчивым в жидком металле является фосфид Fe2P (21,8 масс. долей, % Р). Это подтверждено и в опытах О.А. Есина и его сотрудников. При [%Р] = 21,8 резко падает ЭДС высокотемпературного гальванического элемента, со-стоящего из двух электродов (I - 24%-й раствор фосфора в железе; II - раствор фосфора переменной концентрации в железе), погруженных в электролит, содержащий СаO, MgO, SiO2 и фосфаты кальция и магния.

Наличием относительно крупных молекул Fe2P в расплаве объясняется сравнительно медленная диффузия фосфора в жидком металле.

Фосфор - поверхностно-активный компонент. При малом со-держании кислорода в металле Р резко снижает поверхностное натя-жение расплава и уже при [%P]=0,05 достигается максимум адсорбции 3,8*10-14 моль/м2. На каждый атом фосфора в насыщенном слое приходится площадь, достаточная для молекулы Fe2P:

нм2,


где 6,023*1023 = NA - число Авогадро, атомов (молекул)/моль.


Рис. 10. Диаграмма состояния сплавов железо-фосфор (а) и кривая электродвижущей силы концентрационного элемента на фосфористых сплавах (б): L - жидкая фаза; a, y, Fe3P, Fe2P, FeP - твердые фазы (данные В.И. Явойского, О.А. Есина и П.В. Гельда)


Фосфор адсорбируется в поверхностном слое металл-шлак или металл-газ. Марганец снижает поверхностную активность фосфора (за счет образования соединения Mn5P2). Прочная связь фосфора с марганцем приводит к понижению коэффициента активности фосфора и уменьшает его способность к окислению. Наличие прочного соединения Mn5P2 подтверждается острым максимумом на диаграмме состояния Mn-P при 18,4 масс. долей, %Р.

Растворимость фосфидов велика в жидком и весьма мала в твердом железе, что приводит к образованию на границах зерен твердых фаз, вызывающих хрупкость металла при низких температурах (явление “хладноломкости”).

При увеличении содержания алюминия в стали (до 0,05...0,10 масс. долей %) образуются прочные фосфиды AlP с температурой плавления около 17000С. Они кристаллизуются в первую очередь и поэтому выделяются не по границам зерен, а в их центрах. Этим отчасти объясняется благотворное влияние алюминия на свойства сталей, содержащих более 0,05 масс. долей % фосфора [54].

Сталеплавильные процессы протекают при высоких температурах (1200...1650 С) в гетерогенных системах, в которых присутствуют две жидкие фазы (металл и шлак)...

Растворы водорода и азота в железе

Работами Сивертса впервые установлено, что равновесная концентрация водорода и азота в расплавленном железе (и во многих других металлах) пропорциональна квадратному...

К идеальным системам относятся такие, в которых можно пренебречь объемом частиц и силами взаимодействия до их столкновения. Это разреженные газы и идеальные растворы...