Водород в газовой фазе в условиях окружающей среды присутствует в виде влаги, так как степень диссоциации воды при низких температурах крайне мала. На границе раздела «жидкий металл–газовая фаза» происходит диссоциация воды и можно принять, что
Коэффициент активности водорода можно найти по составу жидкой стали с использованием массовых параметров взаимодействия с учётом температурной зависимости, аналогичной зависимости Чипмана и Коригана
.
(3.18)
Для состава стали варианта
№0 при 1873 К из приложения 5: 
,
и 
.
Зная fH,
можно рассчитать равновесное
с газовой фазой (Н2О 1% об.) содержание водорода в жидкой стали
состава варианта №0 по уравнению (3.17)
, где ppm
– миллионная доля (parts per million),
в данном случае массы (1 ppm = 10-4%
масс.).
Содержание водорода обычно достаточно близко к равновесному с газовой фазой значению, что объясняется высокой диффузионной подвижностью атомов водорода в жидком металле.
Для того чтобы определить количество газов, выделяющихся из жидкой стали при охлаждении, необходимо рассчитать равновесное содержание газов при конечной более низкой температуре t2 = t - ∆t. По условиям варианта №0 ∆t = 50 °С, поэтому пересчитаем константы равновесия и коэффициенты активности для 1550 °С.
Для азота:
.
Количество выделившегося при охлаждении на 50 °С азота равно
.
Для перевода в размерность см3/100 г.
.
Для водорода:
.
Растворённые газы
выделяются из жидкой стали не только при охлаждении, но и при вакуумировании.
В этом случае парциальные давления газов над металлом снижаются, что
способствует естественному выделению азота и водорода из объёма жидкой стали в
газовую фазу. При вакуумировании принимается, что конечные парциальные давления
растворенных газов равны остаточному давлению в вакуумной камере 
. В термодинамических
расчетах давление используют в атмосферах физических 1 атм. = 101325 Па. Чтобы
формально не входить в противоречие с системой СИ, используют безразмерное
давление, отсчитанное от стандартного Р = 101325 Па. Но на самом деле
это безразмерное давление выражено в атм.
.
Рассчитаем равновесное содержание азота при вакуумировании для условий варианта №0 (t = 1600 °C, [C] = 0,5%, [Mn] = 0,1%) по уравнению (3.14)
.
Максимальная степень удаления азота (ηN)
.
В реальных условиях степень удаления азота намного ниже – 15…30%.
Для водорода равновесное содержание при вакуумировании для условий варианта №0 (t = 1600 °C, [C] = 0,5%, [Mn] = 0,1%) по уравнению (3.17)
.
Степень удаления водорода (ηН)
.
Опыт показывает, что равновесная оценка степени удаления водорода при вакуумировании достаточно близка к реальным результатам.
Введение в жидкую сталь элементов, обладающих высоким сродством к азоту, а именно Ti, V, Nb, Al и др., может привести к образованию нитридов. Рассмотрим реакцию взаимодействия введённого в жидкую сталь титана с растворённым азотом
. (3.19)
За стандартное состояние титана и азота принят 1% бесконечно разбавленный раствор в жидком железе, для TiN – чистый твёрдый нитрид. Возможность протекания реакции при заданных условиях можно определить по знаку изменения свободной энергии Гиббса, которую можно найти по уравнению изотермы Вант-Гоффа
.
(3.20)
Преобразуем
выражение (3.20) с учётом того, что образуется чистый нитрид и 
.
(3.21)
Для определения
возможности образования нитридов при введении в жидкую сталь, находящуюся в
равновесии с газовой фазой заданного состава, титана в количестве 0,015%
(условия варианта №0) необходимо рассчитать активности титана и азота.
Пересчитаем коэффициент активности азота с учетом введённого титана и 
(см. приложение Д)
.
Активность азота находит с учётом определённого ранее ([N] = 0,0336%) равновесного содержания. Отметим, что реальные содержания азота ниже равновесных с газовой фазой.
.
Коэффициент активности и активность титана с учетом параметров из приложения 5
.
Подставляем найденные значения в уравнение (3.21)
.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.