Fe-Mn-Nb-V-C-O熔体中溶质组元Nb的热力学行为研究

在本课题组对精炼渣中Nb氧化物热力学性质研究的基础上，本项目拟系统研究Nb在Fe-Mn-Nb-V-C-O熔体中的热力学行为。采用化学平衡法，先在1550～1620℃、含Nb钢精炼的氧分压范围内，测定Fe-Nb-C-O熔体中Nb的活度。进而在上述温度、氧分压范围考察Fe-Mn-Nb-C-O和Fe-Mn-Nb-V-C-O熔体中Nb的热力学行为，获得其余各溶质元素对Nb的活度相互作用系数。对该多元铁基稀溶液中Fe-Mn-C、Fe-V-C等子体系已发表的热力学数据进行评估和优化。将这些结果与本研究所得的实验数据汇总，采用CALPHAD技术中热力学数据优化的方法，建立还原气氛中Fe-Mn-Nb-V-C-O熔体超额Gibbs自由能与溶质组元浓度、熔体温度关系的计算模型。本项目的完成将提供含铌钢精炼工艺优化和控制所需的金属熔体热力学数据，也为新含Nb钢种开发的工艺设计提供必要的热力学依据。

本项目采用化学平衡法，测定了Fe-Nb、Fe-V、Fe-C-Nb、Fe-C-V、Fe-Mn-Nb和Fe-Mn-Nb-V熔体中组元Nb的活度或活度系数，并得出了其他组对Nb的活度相互作用系数。. 关于Fe-Nb熔体中Nb的活度系数及Fe-V熔体中V的活度系数，文献中多用EMF法测得。本研究首先采用化学平衡法测定了Cu-Nb熔体中Nb的活度系数及Cu-V熔体中V的活度系数，进而将相同组成的含NbOx的熔渣分别与Cu液、Fe液平衡，获得了Nb在Fe液中的亨利常数为0.15。用相同的方法，得到V在Fe液中的亨利常数为0.09。. 对于Fe-C-Nb和Fe-C-V熔体，本研究用相同组成的熔渣与不同含C量的Fe液进行平衡。根据同一活度法，对大量实验数据进行多元线性回归分析，得出C对Nb的一阶活度相互作用系数为-0.362，C对Nb的二阶活度相互作用系数为-0.112，Nb对Nb的一阶活度相互作用系数为-0.093，Nb对Nb的二阶活度相互作用系数为-0.128，C对Nb的二阶交叉相互作用系数为0.323；C对V的一阶活度相互作用系数为-0.34，V对V的一阶活度相互作用系数为-0.015。. 对Fe-Mn-Nb和Fe-Mn-Nb-V熔体，将相同组成的熔渣与不同Mn含量的Fe液进行平衡。根据同一活度法，得出Mn对Nb的一阶活度相互作用系数为-2.17，V对Nb的一阶活度相互作用系数为-2.44，Mn对Nb的二阶活度相互作用系数为2.79，Mn对Nb的二阶交叉相互作用系数为-2.86。. 通过上述获得的活度系数及相互作用系数，即可采用Wagner模型计算Fe-Mn-Nb-V-C熔体中组元Nb的活度。