CN107502773A - 氮化硅钒微合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种氮化硅钒微合金的制备方法。针对现有方法制备的氮化硅钒微合金成分不稳定，性能不好等问题，本发明提供一种氮化硅钒微合金及其制备方法，其制备方法包括以下步骤：a、将钒铁和硅铁粉末按重量比2.5～3.0﹕7.0～8.0进行配比，混匀；b、采用液压制样机压制成型，放入加热炉进行氮化合成反应，制得氮化硅钒微合金。本发明氮化硅钒微合金的制备方法工艺简单，反应条件不苛刻，原料易得，能够制备得到一种成分精确可控的氮化硅钒微合金，还显著提高了钒的回收率，制备的氮化硅钒微合金中钒含量达到30～50％，合金性能更优良，具有明显的经济效益。

Description

氮化硅钒微合金及其制备方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种氮化硅钒微合金及其制备方法。
背景技术
自从钒、氮元素在钢中优良的综合强化效果被发现以来，冶金科技工作者开展了一系列理论和实践研究，目前钒铁和钒氮已成为高强钢筋领域普遍采用的微合金化原料。钢铁研究总院有研究表明，在钢中含有适量钒元素的情况下，增氮可以减少V(CN)(碳氮化钒)颗粒尺寸，明显增加细小V(CN)析出相的体积分数，从而显著提高钒氮微合金化钢筋的强度。当V/N比达到理想化学配比时，钒能最大程度地析出,钒氮合金中70％的钒以V(CN)形式析出，只有20％的钒固溶于基体，剩余的钒溶于Fe3C中。
现有研究表明，钒氮合金的V/N比值大，利用硅系合金配合钒氮合金增加钢中的结合氮，大量细小弥散的V(CN)析出相数量明显增加，V(CN)析出量占总钒量的78％以上，V的强化效果得到充分发挥。
现有研究表明：氮化硅钒微合金化成本分别约为66.60元/t，且钢筋的力学性能、焊接性能和时效性能等综合测试指标稳定且有合理富余。氮化硅钒氮含量高，在钢中可以使钢中钒的沉淀强化和细晶强化作用明显增强，促进和优化钒的析出，增强钢的力学性能。
现有制备氮化硅钒微合金的方法为采用精钒渣为原料,经过加入金属硅还原后，用等离子体渗氮的方式进行渗氮操作，得到氮化硅钒铁合金。该方法制备的氮化硅钒微合金成分不稳定，尤其是硅、钒、氮的成分不稳定，氮含量一般不超过20％，微合金的力学性能差。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：现有方法制备的氮化硅钒微合金成分不稳定，性能不好等问题。
本发明解决技术问题的技术方案为：提供一种氮化硅钒微合金及其制备方法。该方法包括以下步骤：
a、将钒铁和硅铁粉末按重量比2.5～3.0﹕7.0～8.0进行配比，混匀；
b、采用液压制样机压制成型，放入加热炉进行氮化合成反应，制得氮化硅钒微合金。
其中，上述氮化硅钒微合金的制备方法中，步骤a中所述的钒铁为FeV80合金，所述的硅铁为FeSi75。
其中，上述氮化硅钒微合金的制备方法中，步骤a中所述的钒铁、硅铁粉末的粒径为过200目筛。
其中，上述氮化硅钒微合金的制备方法中，步骤a中所述混匀时间为30min以上。
其中，上述氮化硅钒微合金的制备方法中，步骤b中所述压制成型压力为9～12MPa，压制时间为4～6min。
其中，上述氮化硅钒微合金的制备方法中，步骤b中所述的氮化合成反应温度为1380～1450℃，反应时间为3～4h。
其中，上述氮化硅钒微合金的制备方法中，步骤b中所述氮化合成反应时通入氮气，通入氮气的流速为2～5L/min。
其中，上述氮化硅钒微合金的制备方法中，步骤b中所述制备得到的氮化硅钒微合金中钒含量为30～50％，氮含量为18～32％，硅含量为15～30％。
本发明还提供了一种由上述方法制备得到的氮化硅钒微合金。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明氮化硅钒微合金的制备方法工艺简单，反应条件不苛刻，原料易得，能够制备得到一种成分精确可控的氮化硅钒微合金，还显著提高了钒的回收率，制备的氮化硅钒微合金中钒含量达到30～50％，合金性能更优良，具有明显的经济效益。
具体实施方式
本发明提供了一种氮化硅钒微合金的制备方法，包括以下步骤：
a、将钒铁和硅铁粉末按重量比2.5～3.0﹕7.0～8.0进行配比，混匀；
b、采用液压制样机压制成型，放入加热炉进行氮化合成反应，制得氮化硅钒微合金。
其中，为了增加合金中的钒含量和硅含量,上述氮化硅钒微合金的制备方法中，步骤a中所述的钒铁为FeV80合金，所述的硅铁为FeSi75。
其中，为了反应进行得更彻底，上述氮化硅钒微合金的制备方法中，步骤a中所述的钒铁、硅铁粉末的粒径为过200目筛。
其中，为了充分混合均匀，上述氮化硅钒微合金的制备方法中，步骤a中所述混匀时间为30min以上。
其中，为了使料球更好的成球,并且具有合适的强度,上述氮化硅钒微合金的制备方法中，步骤b中所述压制成型压力为9～12MPa，压制时间为4～6min。
其中，上述氮化硅钒微合金的制备方法中，步骤b中所述的氮化合成反应温度为1380～1450℃，反应时间为3～4h。温度过高时，由于反应本身也会放热，不容易控制反应过程；并且温度过高对设备要求高，对渗氮也有不利影响。温度过低时反应速度降低，生产效率低。
其中，上述氮化硅钒微合金的制备方法中，步骤b中所述氮化合成反应时通入氮气，通入氮气的流速为2～5L/min。
其中，上述氮化硅钒微合金的制备方法中，步骤b中所述制备得到的氮化硅钒微合金中钒含量为30～50％，氮含量为18～32％，硅含量为15～30％。
本发明还提供了一种由上述方法制备得到的氮化硅钒微合金。
下面将结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的解释说明，但不表示将本发明的保护范围限制在实施例所述范围内。
实施例中所述的钒铁、硅铁等原料均为普通市售产品。
实施例1用本发明方法制备氮化硅钒微合金
以粒径为-200目的钒铁和硅铁为原料，其中，钒铁与硅铁中的硅钒比为3﹕8。采用卧式反应炉，向反应炉中以3L/min的速度通入氮气，升温至1200℃，反应3h，得到氮化硅钒。其中，N含量为26.14％，V含量为38.34％、Si含量为15.56％。吨钢加入0.5kg实施例1的合金，所得含钒钢材屈服强度达到640MPa，符合企业标准。
实施例2用本发明方法制备氮化硅钒微合金
以粒径为-200目的钒铁和硅铁为原料，其中，钒铁与硅铁中的硅钒比为2.5﹕8。采用卧式反应炉，向反应炉中以3L/min的速度通入氮气，升温至1300℃，反应4h，得到氮化硅钒。其中，N含量为23.48％，V含量为34.05％、Si含量为18.12％。吨钢加入0.5kg实施例2的合金，所得含钒钢材屈服强度达到628MPa，符合企业标准。
实施例3用本发明方法制备氮化硅钒微合金
以粒径为-200目的钒铁和硅铁为原料，其中，钒铁与硅铁中的硅钒比为3﹕7。采用卧式反应炉，向反应炉中以3L/min的速度通入氮气，升温至1300℃，反应2h，得到氮化硅钒。其中，N含量为20.06％，V含量为39.82％、Si含量为17.64％。吨钢加入0.5kg实施例3的合金，所得含钒钢材屈服强度达到602MPa，符合企业标准。
对比例4采用现有方法制备氮化硅钒微合金
取含钒60wt％、含硅15wt％的硅钒铁合金，研磨至全部通过140目，然后送入高温自蔓延反应器中，将反应器抽真空至10～2Pa,冲入纯度99.99％的氮气，待反应容器内达到6MPa时，点火，保持容器内压力6～12MPa，反应40min后结束，继续通入氮气冷却15min，取样检测其成分为50.08wt％V、11.72wt％Si、18.62wt％N。吨钢加入0.5kg该合金，所得含钒钢材屈服强度达到574MPa。
由实施例和对比例可知，采用本发明方法制备的氮化硅钒微合金，氮含量都在20％以上，氮的提高增强了合金的力学性能，所得含钒钢材屈服强度都在600Mpa以上，本发明提供了一种新的性能优异的氮化硅钒微合金，并且制备方法简便有效，促进了氮化硅钒微合金行业的发展。

Claims (9)

1.氮化硅钒微合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将钒铁和硅铁粉末按重量比2.5～3.0﹕7.0～8.0进行配比，混匀；
b、采用液压制样机压制成型，放入加热炉进行氮化合成反应，制得氮化硅钒微合金。
2.根据权利要求1所述的氮化硅钒微合金的制备方法，其特征在于：步骤a中所述的钒铁为FeV80合金，所述的硅铁为FeSi75。
3.根据权利要求1或2所述的氮化硅钒微合金的制备方法，其特征在于：步骤a中所述的钒铁、硅铁粉末的粒径为过200目筛。
4.根据权利要求1～3任一项所述的氮化硅钒微合金的制备方法，其特征在于：步骤a中所述混匀时间为30min以上。
5.根据权利要求1～4任一项所述的氮化硅钒微合金的制备方法，其特征在于：步骤b中所述压制成型压力为9～12MPa，压制时间为4～6min。
6.根据权利要求1～5任一项所述的氮化硅钒微合金的制备方法，其特征在于：步骤b中所述的氮化合成反应温度为1380～1450℃，反应时间为3～4h。
7.根据权利要求1～6任一项所述的氮化硅钒微合金的制备方法，其特征在于：步骤b中所述氮化合成反应时通入氮气，通入氮气的流速为2～5L/min。
8.根据权利要求1～7任一项所述的氮化硅钒微合金的制备方法，其特征在于：步骤b中所述制备得到的氮化硅钒微合金中钒含量为30～50％，氮含量为18～32％，硅含量为15～30％。
9.权利要求1～8任一项所述的方法制备得到的氮化硅钒微合金。
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