CN103667847B

CN103667847B - 氮化硅钒合金及其生产方法

Info

Publication number: CN103667847B
Application number: CN201310679969.1A
Authority: CN
Inventors: 谭国臣; 张光德; 于成智
Original assignee: LIAONING XINYE NEW MATERIAL CO Ltd
Current assignee: LIAONING XINYE NEW MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2033-11-28
Also published as: CN103667847A

Abstract

本发明涉及一种氮化硅钒合金，其含有45～48wt%的钒、16～18wt%的氮、3.2～3.6wt%的铬、2.5～2.8wt%的硅、0.65～0.85wt%的锰、1.05～1.20wt%的碳、25.5～31.5wt%的铁。本发明通过在合金中通过添加和控制合金元素的含量，得到了一种产品质量稳定，成本较低，并且可应用于HRB500E钢筋微合金化的氮化硅钒合金。

Description

氮化硅钒合金及其生产方法

技术领域

本发明属钢铁微合金化工艺与材料的技术领域，更具体的说，本发明涉及一种用于炼钢过程中增氮及微合金化的氮化硅钒及其生产方法。

背景技术

钢的合金化通常以锰铁、硅铁、铬铁等为主，微合金是指在主铁合金的基础上再添加微量的铌、钒、钛等碳氮物形成元素的铁合金，广泛应用于生产高强度钢筋、低合金高强度钢和管线钢等。

微合金一般具有以下特征：（1）添加的碳氮化物形成元素，在钢的加热和冷却过程中通过“溶解—析出”行为强化钢的力学性能；（2）加入量很少，钢的强化机制主要是细晶强化和沉淀强化；（3）钢的微合金化和扎制技术相辅相成。

微合金元素中钒的主要用途就是作为冶炼合金钢的合金元素，大量含钒钢的工业规模应用数据表明：增加氮含量能提高钢的屈服强度，主要原因是钢中氮含量的增加降低了析出相长大与粗化的趋势，钢中增氮后，析出相颗粒变细，从而充分发挥钒在钢中的强化作用。在高强度低合金钢中，氮化钒铁的使用，可以有效强化和细化晶粒。

1983年锦州铁合金厂开发了碳氮化钒和氮化钒铁，用FeV50钒粉进行固态渗氮，较系统地研究了渗氮时气相中氮的分压、渗氮温度、钒粉粒度和渗氮时间的影响，最佳条件下得到的氮化钒铁含氮量为6～9wt%，含钒44～47wt%。

美国西尔德合金公司，用钒粉渗氮生产氮化钒铁，其典型产品成分为：V：65～67wt%，N：11～13%。

中国发明专利200510031680.4公开了一种氮化钒铁合金及其制备方法，其是利用钒的化合物、碳、铁粉混合压块后在冶金炉中同时进行碳化、氮化及烧结反应，一次性获得氮化钒铁合金的生产，存在着含氮量波动范围大，产能低，成本高等问题。

中国发明专利201110000948公开了一种氮化硅钒铁，其成分为15～50wt%的钒、10～40wt%的硅、8～30wt%的氮、4～30wt%的铁、1wt%以下的碳，和余量的不可避免的杂质。所得产品容易粉化，而且密度相对较低，收得率不稳定。

此外，现有技术中还公开了一种氮化硅钒合金，其中含有52～55wt%的钒、13～15wt%的氮、6～10wt%的硅、余量为铁和不可避免的杂质，并且钒和氮的质量比为3.6～4.5，其应用于HRB500E钢筋的生产时，微合金化效果较差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种氮化硅钒及其生产方法。本发明通过在合金中通过添加和控制合金元素的含量，得到了一种产品质量稳定，成本较低，并且可应用于HRB500E钢筋微合金化的氮化硅钒合金。

为了解决上述技术问题并且实现上述发明目的，本发明的第一方面涉及一种氮化硅钒合金，其含有45～48wt%的钒、16～18wt%的氮、3.2～3.6wt%的铬、2.5～2.8wt%的硅、0.65～0.85wt%的锰、1.05～1.20wt%的碳、25.5～31.5wt%的铁。

其中，作为优选地，所述氮化硅钒合金，其含有45～48wt%的钒、16～18wt%的氮、3.2～3.6wt%的铬、2.5～2.8wt%的硅、0.65～0.85wt%的锰、1.05～1.20wt%的碳、0.005～0.008wt%的氧，余量为铁以及不可避免的杂质。

其中，所述氮化硅钒合金，其含有46～48wt%的钒、17～18wt%的氮、3.3～3.5wt%的铬、2.5～2.7wt%的硅、0.65～0.75wt%的锰、1.05～1.10wt%的碳、0.005～0.008wt%的氧，余量为铁以及不可避免的杂质。

本发明的第二方面在于提供一种所述氮化硅钒合金的生产方法，其以钒粉、铬粉、硅粉、锰粉、铁粉和含碳物质为原料；将上述原料按照质量配比进行配料和混料，然后在高压反应器中于9～12MPa的氮气，启动点火装置引燃原料进行自蔓延合成反应得到所述的氮化硅钒合金。

其中，所述含碳物质为羟乙基亚氨基二乙酸。申请人发现使用羟乙基亚氨基二乙酸不仅有利于提高氮化硅钒合金中氮的含量。

具体实施方式

以下将结合实施例本发明的氮化硅钒及其生产方法做进一步的详细说明。

本发明所述的氮化硅钒合金通过自蔓延高温合成工艺生产，其按照原料准备——配料以及混料——装料——高温自蔓延——冷却——破碎——筛分——成品检验——包装的工艺步骤制备得到。本发明选择以粒度为100-200目的粉末原料作为起始原料，并加入含碳原料按照合金成分计算配比并混合均匀后，加入高温自蔓延反应器中，然后在高压反应器中于9～12MPa的氮气，启动点火装置引燃原料进行自蔓延合成反应得到所述的氮化硅钒合金。

实施例1

本实施例所述的氮化硅钒合金，其含有45.2wt%的钒、16.3wt%的氮、3.5wt%的铬、2.7wt%的硅、0.68wt%的锰、1.12wt%的碳、余量的铁和不可避免的杂质，其密度为4.53g/cm²。所述氮化硅钒合金的制备方法如下：其以100目的钒粉、铬粉、硅粉、锰粉、铁粉和石墨粉为原料，将上述原料按照钒：铬：硅：锰：碳：铁=54：4.18：3.23：0.81：1.34：36.44的质量比进行配料，并利用高速搅拌机在氮气保护气氛下进行混料；然后将混合均匀的原料装入高温自蔓延反应器中，装料量为18.0Kg，将高温自蔓延反应器抽真空至10^-2～10^-3Pa，冲入高纯氮气，当气压达到10MPa后点火，保持反应器内压力在10～12MPa的范围内，合成时间为30～40min；反应结束冷却后出炉，粉碎至10～50mm，即得到本实施例所述的氮化硅钒合金。

实施例2

本实施例所述的氮化硅钒合金，其含有47.8wt%的钒、17.2wt%的氮、3.4wt%的铬、2.5wt%的硅、0.72wt%的锰、1.08wt%的碳、余量的铁和不可避免的杂质，其密度为4.58g/cm²。所述氮化硅钒合金的制备方法如下：其以100目的钒粉、铬粉、硅粉、锰粉、铁粉和石墨粉为原料，将上述原料按照钒：铬：硅：锰：碳：铁=57.7：4.11：3.02：0.87：1.30：33.0的质量比进行配料，并利用高速搅拌机在氮气保护气氛下进行混料；然后将混合均匀的原料装入高温自蔓延反应器中，装料量为18.0Kg，将高温自蔓延反应器抽真空至10^-2～10^-3Pa，冲入高纯氮气，当气压达到10MPa后点火，保持反应器内压力在10～12MPa的范围内，合成时间为30～40min；反应结束冷却后出炉，粉碎至10～50mm，即得到本实施例所述的氮化硅钒合金。

实施例3

本实施例所述的氮化硅钒合金，其含有47.8wt%的钒、17.8wt%的氮、3.4wt%的铬、2.5wt%的硅、0.72wt%的锰、1.08wt%的碳、0.006wt%的氧，余量的铁和不可避免的杂质，其密度为4.55g/cm²。所述氮化硅钒合金的制备方法如下：其以100目的钒粉、铬粉、硅粉、锰粉、铁粉和羟乙基亚氨基二乙酸为原料，将上述原料按照钒：铬：硅：锰：碳：铁=57.7：4.11：3.02：0.87：3.23：33.0的质量比进行配料，并利用高速搅拌机在氮气保护气氛下进行混料；然后将混合均匀的原料装入高温自蔓延反应器中，装料量为18.0Kg，将高温自蔓延反应器抽真空至10^-2～10^-3Pa，冲入高纯氮气，当气压达到10MPa后点火，保持反应器内压力在10～12MPa的范围内，合成时间为30～40min；反应结束冷却后出炉，粉碎至10～50mm，即得到本实施例所述的氮化硅钒合金。

比较例1

采用自蔓延高温反应制备得到的氮化硅钒合金，其组成为：53wt%的钒、14.0wt%的氮、6.9wt%的硅，0.8wt%的碳，余量为铁和不可避免的杂质，密度为4.42g/cm²。

比较例2

采用自蔓延高温反应制备得到的氮化硅钒合金，其组成为：47.8wt%的钒、17.5wt%的氮、6.9wt%的硅，余量为铁和不可避免的杂质，密度为4.53g/cm²。

比较例3

采用自蔓延高温反应制备得到的氮化硅钒合金，其组成为：48.0wt%的钒、17.5wt%的氮、2.7wt%的硅，3.5wt%的铬，1.3wt%的碳，余量为铁和不可避免的杂质，密度为4.52g/cm²。

将实施例1-3，比较例1-3所述的氮化硅钒合金生产HRB500钢筋,进行比较，结果如表1所示。所述HRB500钢筋的制备工艺如下：将高炉铁水与废钢分别加入到转炉内，吹氧熔炼，并加入造渣材料石灰，在转炉吹氧冶炼7min时，加入还原性氧化铬球团与还原性氧化锰球团的混合物，顶吹氧气3min，同时底吹3min，使冶炼终点钢水中[C]＝0.020-0.22%之间，[Mn]在0.25-0.30%之间，[Cr]在0.60-0.68%之间；在转炉出钢前3min内，加入氧化钒球团；吹氧气3min，同时底吹气3min，使钢水中[V]在0.040-0.045%之间，[S]含量小于0.035%，[P]含量小于0.035%后出钢；在出钢后30秒内，加入24kg/t锰铁合金和3.5kg/t的硅铁合金；氮化硅钒合金0.55kg/t；再加入终脱氧剂硅钙钡1kg/t进行钢水终脱氧；在出钢过程和钢水吹气过程中，通过微波场向钢包钢水中吹氮气，使钢水中的[N]含量在0.017-0.020%之间，吹氮气强度为0.03m3/min.t钢，吹氮气时间控制在10min。根据所轧钢筋直径与定尺要求，将钢水浇注成不同断面尺寸的钢坯，钢坯通过热送或冷却后进入加热炉加热，加热温度在950-1050℃之间，开轧温度在850-950℃之间，终轧温度在850-900℃之间，轧后空冷，根据铸坯尺寸和钢筋规格设定每个道次的轧制负荷，钢筋经冷却后按用户需求剪切成规定的定尺，检验包装入库。

表1

申请人发现通过在氮化硅钒合金中加入1.05～1.20wt%的C，更进一步地促进了处于固溶状态的钒大量转变成析出状态的钒，相较于不含碳或低碳量的氮化硅钒合金，反而使V(CN)析出相的数量显著增加，从而显著提高了钢筋的力学性能；而当C含量提高到1.2wt%以后，钢筋的力学性能变差，这与高碳含量情况下，氮化硅钒合金的稳定性变差有关。而且申请人还发现当使得氮化硅钒合金中含有适量的氧的时候（0.005～0.008wt%），有利于稳定氮化硅钒合金，并且能够进一步提高微合金化作用，进而提高HRB500E钢筋的性能。

对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种氮化硅钒合金，其特征在于：含有45～48wt％的钒、16～18wt％的氮、3.2～3.6wt％的铬、2.5～2.8wt％的硅、0.65～0.85wt％的锰、1.05～1.20wt％的碳、25.5～31.5wt％的铁。

2.根据权利要求1所述的氮化硅钒合金，其特征在于：含有45～48wt％的钒、16～18wt％的氮、3.2～3.6wt％的铬、2.5～2.8wt％的硅、0.65～0.85wt％的锰、1.05～1.20wt％的碳、0.005～0.008wt％的氧，余量为铁以及不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的氮化硅钒合金，其特征在于：所述氮化硅钒合金，其含有46～48wt％的钒、17～18wt％的氮、3.3～3.5wt％的铬、2.5～2.7wt％的硅、0.65～0.75wt％的锰、1.05～1.10wt％的碳、0.005～0.008wt％的氧，余量为铁以及不可避免的杂质。

4.权利要求1所述的氮化硅钒合金的生产方法，其特征在于：以钒粉、铬粉、硅粉、锰粉、铁粉和含碳物质为原料；将上述原料按照质量配比进行配料和混料，然后在高压反应器中于9～12MPa的氮气，启动点火装置引燃原料进行自蔓延合成反应得到所述的氮化硅钒合金。

5.根据权利要求4所述的氮化硅钒合金的生产方法，其特征在于：所述含碳物质为碳粉。

6.根据权利要求4所述的氮化硅钒合金的生产方法，其特征在于：所述含碳物质为羟乙基亚氨基二乙酸。