7. Расчет упругости диссоциации оксидов легирующих элементов

Расчет упругости диссоциации оксида элемента Э_хО_у от концентрации элемента [Э], растворенного в железе, по уравнению (9) , рассчитывается по уравнению (11): .

Отсюда

рассчитывается по уравнению (10):

Коэффициенты А и В, зависящие от фазового и агрегатного состояния элемента и оксида, определяются по табл. 1 в зависимости от температурного интервала Т их применимости для различных оксидов.

Окончательно уравнение примет вид:

При содержание марганца в железе 1,5 % его массовая доля составит [Mn]=0,015, для MnО коэффициенты х=1 и у=1, а для интервала температур Т=2319-3000 К коэффициенты А=16,65 и В=60390, тогда

.

При содержании кремния в железе 0,5 % его массовая доля составит [Si]=0,005, для SiO₂ коэффициенты х=1 и у=2, а для температур 2510 и 2880 К, используют принцип экстраполяции, примем по табл. 1 значение А=13,58 и В=48780 при Т=1996-2500 К.

Окончательно получим .

При содержании углерода в железе 0,1 % его массовая доля составит [С]=0,001, для СО коэффициенты х=1 и у=1, а для температур 2510 и 2880 К, используя принцип экстраполяции, примем по табл. 1 значение А=-7,16 и В=11680. При Т=298-2500 К окончательно получим .

В результате расчетов по программе Excel получим

Т, К
1926	-7,224	-9,068	-7,226
2510	-3,758	-3,550	-5,813
2996	0,142	-0,400	-5,058

В результате диссоциации СО₂ в интервале температур 1926-2996 К газовая фаза носит окислительный характер ко всем элементам, так как .

Окисление элементов происходит по реакциям:

СО₂+Fe=CO+[FeO], 2СO₂+[Si]=2СО+(SiO₂),

СО₂+[Mn]=CO+(MnO), СO₂+[C]=2CO

При всех температурах в меньшей степени окисляется Mn, больше Fe, еще больше C. При 1926 К больше всех окисляется Si, а при 2996 К он окисляется меньше, чем С и Fe.

7. Пример расчета изменения концентрации элементов в программе Excel

Исходные данные

_м1 = 0,27; _м2 = 0,87

Показатели	Св-08	Св-08Г2С	Св-08Г2С	Св-08	Св-08Г2С	Св-08Г2С
	СО2	СО2	Ar	СО2	СО2	Ar
м	0,270	0,270	0,270	0,870	0,870	0,870
[Mn]м , % (табл. 2)	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4
[Mn]п , % (табл. 2)	0,6	1,9	1,9	0,6	1,9	1,9
[Mn]и = м[Mn]м +(1-м)[Mn]п, %	0,546	1,495	1,49500	0,42600	0,59500	0,59500
b0 (табл. 3)	0,3	1,1	1,6	0,3	1,1	1,6
b1 (табл. 3)	-0,1	-0,8	-1,2	-0,1	-0,8	-1,2
[Mn]ш = b0+b1м	0,273	0,884	1,276	0,213	0,404	0,556
[Mn] = [Mn]ш -[Mn]и , %	-0,273	-0,611	-0,2190	-0,2130	-0,1910	-0,0390
[Si]м , % (табл. 2)	0,15	0,15	0,15	0,15	0,15	0,15
[Si]п , % (табл. 2)	0,03	0,8	0,8	0,03	0,8	0,8
[Si]и = м[Si]м +(1-м)[Si]п, %	0,062	0,625	0,625	0,134	0,235	0,235
b0 (табл. 3)	0,01	0,3	0,7	0,01	0,3	0,7
b1 (табл. 3)	0,13	-0,17	-0,56	0,13	-0,17	-0,56
[Si]ш = b0+b1м	0,045	0,254	0,549	0,123	0,152	0,213
[Si] = [Si]ш -[Si]и, %	-0,0173	-0,3704	-0,0757	-0,0113	-0,0824	-0,0217

Cв-08 (CО₂); Св-08Г2С (СО₂), Св-08Г2С (Аr)

Выводы:

При сварке в СО₂ происходит окисление Mn и Si ([Mn]< 0; [Si]<0) по реакциям:

СО₂+[Mn]=CO+(MnO),

2СO₂+[Si]=2СО+(SiO₂).

В большей степени окисление Mn и Si наблюдается при сварке проволокой Св-08Г2С по сравнению с проволокой Св-08.

С увеличением доли участия основного металла _м окисление Mn и Si уменьшается.

При сварке в Ar проволокой Св-08Г2С наблюдаются незначительные потери Si ([Si]<0) на окисление кислородом, находящимся в Ar как примесь.

Большие потери Mn ([Mn]< 0) объясняются не только окислением кислородом, но и испарением.

Окисление Mn и Si происходят по реакциям:

О₂+[Mn]=2(MnO)

O₂+[Si]=(SiO₂)