CN104878239A - 氮化硅锰合金的高温自蔓延合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种合金材料的制备方法，具体为氮化硅锰合金的高温自蔓延合成方法，以75硅铁、锰铁粉为原料按照配料计算进行称重，加入化学激励剂，均匀化和混均后的粉体装入反应舟，放入高温自蔓延炉内，抽真空后，通入高纯氮气，压力控制在10MPa，借助外部热激励，点火、诱发局部反应；反应结束得到氮化硅锰合金。该方法的工艺流程短，生产成本低，反应速度快，节约能源，并且整个工艺过程无有害物质的排放。
Description
技术领域
本发明涉及一种合金材料的制备方法，具体为氮化硅锰合金的高温自蔓延合成方法。
背景技术
氮化硅锰是重要的微合金化材料之一。现有专利CN 101514406A中公开了一种氮化硅锰合金的生产方法，主要采用真空烧结法，将硅锰合金和硅铁合金粉碎、混合后入转炉，真空通氮，加热至200-600℃，反应1-10小时；反应产物再次粉碎，与铁粉混均，加入黏合剂，造球，转炉中初步烧结，通氮气，反应2-10个小时，再次粉碎至，混入碳粉，加入黏合剂，重新造球；造球在真空烧结炉加热最终冷却至常温出炉。该方法的主要缺点是：1、工艺流程繁琐；2、生产周期长，仅反应过程最长需要34小时，尚不计算粉碎、混均、造球以及降温过程；3、生产成本高，需要粉碎设备、转炉、混料机、造球机、真空烧结炉等；4、碳含量控制困难，易造成碳过量：制备中额外加入的碳粉，不易固溶入晶格，造成游离碳富集，使得钢种碳超标。
专利CN 101619411A中公开了一种炼钢用氮化硅锰合金及其制备方法，主要采用推板窑法，(1)将普通硅锰和普通硅铁为原料或普通硅锰、普通硅铁和金属锰为原料，按目标配比配料；(2)粉碎后，过60目筛；(3)混合均匀后加入物料重量7-9％质量浓度为8％的聚乙烯醇水溶液；(4)造粒，制成粒径10-40mm的球状物；(5)将球状物装入坩埚送入推板窑，通入高纯氮气，保持10-70Pa的压力，1000-1250℃反应5-7小时，冷却后得到高氮硅锰合金。该技术主要缺点：(1)反应时间长，生产效率低，反应最少需要5小时，不算粉碎、混料和造粒时间，5小时后随炉冷却，才能完成一个生产周期；(2)碳含量易超标，混料中加入的聚乙烯醇水溶液，在500-600℃大量分解，造成游离碳，使得钢种碳超标；(3)设备投入大,推板窑设备昂贵且维护成本高。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种氮化硅锰合金的制备方法，缩短工艺流程，降低反应时间和成本。
具体技术方案为：
氮化硅锰合金的高温自蔓延合成方法，包括以下步骤：
(1)根据对氮化硅锰的品质需求，进行配料计算；
(2)以75硅铁、锰铁粉为原料按照配料计算进行称重，原料粒度50—300目，加入化学激励剂，化学激励剂加入量为原料重量的1-10％；
(3)进行干粉混合和均匀化；
(4)将均匀化和混均后的粉体装入反应舟，放入高温自蔓延炉内，抽真空后，通入高纯氮气，压力控制在10MPa；
(5)借助外部热激励，点火、诱发局部反应；根据反应物料量，可以同时开启1-3处点火；
(6)反应自发进行氮化直至反应结束，得到氮化硅锰合金。
化学激励剂，主要Mg粉、Ti粉、铝粉和聚氯乙烯为主。
所获得的氮化硅锰合金各物质质量含量为N20-35％，Mn15-25％，Si40-50％，P≦0.04％，S≦0.05，余量为铁和其它金属元素。
本发明提供的氮化硅锰合金的高温自蔓延合成方法，通过热力学计算为前提，设计原料化学反应过程，以原料化学反应的自身放热为核心，通过外部少量热量诱发原料化学反应体系，局部发生反应启动燃烧合成，形成燃烧波，此后，随着燃烧波的推进，整个反应过程在自身放出的热量下，燃烧生成目标产物。该方法显著的优点在于：(1)反应速度快，整个工艺过程在40分钟以内；(2)节能绿色环保，除了需要极少量的外部能量启动反应几乎无能量消耗，目标产物的合成主要依赖自身放热反应完成。反应中无有害物质的排放和挥发，仅使用高纯氮气作为气源(3)设备投入少，工艺简单，仅需自蔓延反应炉，混料设备，一个生产周期在1小时之内；(4)生产能力机动灵活，可根据市场需求，通过增减开启自蔓延反应炉数目，调节产能；(5)生产效率高，成本低，除了反应时间大大缩短外，一个工人可以一个生产周期内，操作3-4台自蔓延反应炉。
具体实施方式
结合实施例说明本发明的具体实施方式：
实施例1
氮化硅锰合金的高温自蔓延合成方法，包括以下步骤：
(1)根据对氮化硅锰的品质需求，进行配料计算；
(2)以75硅铁、锰铁粉为原料按照配料计算进行称重，原料粒度小于300目，加入化学激励剂，化学激励剂加入量为原料重量的10％；
(3)进行干粉混合和均匀化；
(4)将均匀化和混均后的粉体装入反应舟，放入高温自蔓延炉内，抽真空后，通入高纯氮气，压力控制在10MPa；
(5)借助外部热激励，点火、诱发局部反应；
(6)反应自发进行氮化，反应过程在40分钟内，得到氮化硅锰合金。
实施例2
氮化硅锰合金的高温自蔓延合成方法，包括以下步骤：
(1)根据对氮化硅锰的品质需求，进行配料计算；
(2)以75硅铁、锰铁粉为原料按照配料计算进行称重，原料粒度小于300目，加入化学激励剂，化学激励剂加入量为原料重量的1％；
(3)进行干粉混合和均匀化；
(4)将均匀化和混均后的粉体装入反应舟，放入高温自蔓延炉内，抽真空后，通入高纯氮气，压力控制在10MPa；
(5)借助外部热激励，点火、诱发局部反应；
(6)反应自发进行氮化，反应过程在40分钟内，得到氮化硅锰合金。
实施例3
氮化硅锰合金的高温自蔓延合成方法，包括以下步骤：
(1)根据对氮化硅锰的品质需求，进行配料计算；
(2)以75硅铁、锰铁粉为原料按照配料计算进行称重，原料粒度小于300目，加入化学激励剂，化学激励剂加入量为原料重量的5％；
(3)进行干粉混合和均匀化；
(4)将均匀化和混均后的粉体装入反应舟，放入高温自蔓延炉内，抽真空后，通入高纯氮气，压力控制在10MPa；
(5)借助外部热激励，点火、诱发局部反应；
(6)反应自发进行氮化，反应过程为40分钟，得到氮化硅锰合金。
Claims (1)
1.氮化硅锰合金的高温自蔓延合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据对氮化硅锰的品质需求，进行配料计算；
(2)以75硅铁、锰铁粉为原料按照配料计算进行称重，原料粒度50—300目，加入化学激励剂，化学激励剂加入量为原料重量的1-10％；
(3)进行干粉混合和均匀化；
(4)将均匀化和混均后的粉体装入反应舟，放入高温自蔓延炉内，抽真空后，通入高纯氮气，压力控制在10MPa；
(5)借助外部热激励，点火、诱发局部反应；根据反应物料量，可以同时开启1-3处点火；
(6)反应自发进行氮化直至反应结束，得到氮化硅锰合金。
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