CN107675070A - 氮化钒硅锰铁及其制备方法 - Google Patents

氮化钒硅锰铁及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种氮化钒硅锰铁，以质量％计包含V＝20.0‑60.0％、Si＝7.0‑30.0％、Mn＝1.0‑20.0％、N＝10.0‑28.0％。以及其制备方法，包括以①钒硅锰铁、②钒硅铁和锰铁或者③钒铁、硅铁和锰铁为原料，将原料破碎，均匀混合后，置于高压反应炉内，抽真空后充入7‑12Mpa高纯氮气并通过点火装置点燃物料，开始反应，反应完成后在氮气中冷却、出炉，破碎至所需粒度。本申请所提供的制备方法工艺流程短、技术先进，本申请所提供的氮化钒硅锰铁质量稳定、成分均匀、致密度高、氮钒比高。可以作为低合金高强度钢、工具钢、合金钢或铸钢的氮化钒硅锰铁合金添加剂。

Description

氮化钒硅锰铁及其制备方法
技术领域
本发明属于铁合金技术领域，具体涉及一种氮化钒硅锰铁及其制备方法。
背景技术
微合金化是钢铁行业技术进步的重要标志之一，钢的合金化通常以锰系、硅系为主，微合金化是在主铁合金基础上再添加微量的钒、铌、钛元素的氮化物、碳化物合金等。通常以单一合金、复合合金或以氮化物、碳化物的形式加入，最常用的是添加氮化钒铁或钒氮合金。
大量工业规模的实际应用证明，向钢中加入钒的氮化物(如氮化钒、氮化钒铁)可有效提高钢材的力学性能，其原因是这些氮化物元素在钢材中形成了析晶强化的作用，从而有效改善了钢材的机械性能。所以增加钢材中的氮含量具有重要的作用。
钢材中增加氮含量比较理想的方式是添加富含氮的微合金氮化物。氮化硅的氮含量的理论值达到了40％，是非常理想的富氮合金，并且硅元素在冶炼钢的过程中也是不可缺少的元素。
另外氮化锰也是生产高强度钢、合金钢、不锈钢以及汽车、造船、航空工业必不可少的合金材料，兼可用作炼钢生产中氮的添加剂,能提高钢的强度等机械性能,细化晶粒,改善钢材的机械性能。
综上所述，如果能够创造性的把氮化钒铁与氮化硅、氮化锰的优点结合起来，实现富氮程度高、合金元素全，表观密度大，强化效果好的有机结合，则是最佳的冶炼合金添加剂的选择。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种氮化钒硅锰铁及其制备方法。通过该方法制备的氮化钒硅锰铁，兼具钒、硅、锰三种合金元素并且氮含量高、成分均匀、致密度高、应用效果佳。
本发明所提供的氮化钒硅锰铁，以质量％计包含V＝20.0-60.0％、Si＝7.0-30.0％、Mn＝1.0-20.0％、N＝10.0-28.0％。余量为铁及不可避免的杂质。本发明所提供的氮化钒硅锰铁表观密度为4.1-5.5g/cm3。
本发明所提供的氮化钒硅锰铁优选为致密块状物。
本发明所提供的氮化钒硅锰铁可以在低合金高强度钢、工具钢、合金钢或铸钢中作为合金添加剂。
本发明还提供了制备所述氮化钒硅锰铁合金的方法：
第一种方法，将钒硅锰铁破碎，优选破碎至40～200目占质量比40～65％，-200目(指颗粒小于200目)占质量比35％～60％，置于高压反应炉内，抽真空后充入7-12Mpa高纯氮气并通过点火装置点燃物料，开始反应，反应完成后在氮气中冷却、出炉，破碎至所需粒度。
第二种方法，将钒硅铁和锰铁破碎，优选破碎至40～200目占质量比40～65％，-200目占质量比35％～60％，置于高压反应炉内，抽真空后充入7-12Mpa高纯氮气并通过点火装置点燃物料，开始反应，反应完成后在氮气中冷却、出炉，破碎至所需粒度。
第三种方法，将钒铁、硅铁和锰铁破碎，优选破碎至40～200目占质量比40～65％，-200目占质量比35％～60％，置于高压反应炉内，抽真空后充入7-12Mpa高纯氮气并通过点火装置点燃物料，开始反应，反应完成后在氮气中冷却、出炉，破碎至所需粒度。
将所述原料破碎，均匀混合后，置于高压反应炉内。
为保证充足的氮气压力，当所述高压反应炉内氮压下降低至7Mpa或以下时，可以按一次或多次补充氮气的方式向所述高压反应炉内补压，保持氮压在7-12MPa。
上述方法中，抽真空的压力为-0.06～-0.08MPa及以下。
上述方法中，所述高纯氮气纯度为99.99％-99.999％。
本发明采用的固体原料可以是钒铁、硅铁、锰铁，也可以是钒硅铁和锰铁，还可以是钒硅锰铁，气体原料为液氮气化为氮气，采用此工艺方法生产出氮化钒硅锰铁，工艺流程短、技术先进，产品质量稳定、成分均匀、致密度高、氮钒比高。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步的说明。如无特殊说明百分比均为质量百分比。
实施例1
取含钒38.55％、含硅13.70％、含锰3.01％的钒硅锰铁，破碎、细磨至40～200目占59.47％，-200目占40.53％，取45kg，混合均匀后装入高压反应炉，密闭后抽真空至-0.06～-0.08MPa，充入纯度为99.99％的高纯氮气，待压力达到8MPa时点火，保持7-12Mpa压力反应50分钟结束，冷却至炉温100℃时出炉。成品取样检测成分为：钒33.18％，硅11.37％，锰2.21％，氮14.05％，氮钒比0.42，表观密度4.27g/cm3。
本实施例工艺流程短、技术先进。产品质量稳定、成分均匀、致密度高、氮钒比高，可以作为低合金高强度钢、工具钢、合金钢或铸钢的氮化钒硅锰铁合金添加剂。
实施例2
取含钒38.35％、含硅13.97％的钒硅铁和含锰65％的锰铁，掺混后破碎、细磨至40～200目占41.5％，-200目占58.5％，按照质量配比：钒硅铁200kg，锰铁6kg,合计206kg，取45kg混匀后装入高压反应炉，密闭后抽真空至-0.06～-0.08MPa，充入纯度为99.99％的高纯氮气，待压力达到8MPa时点火，保持7-12Mpa压力反应55分钟结束，冷却至炉温100℃时出炉。成品取样检测成分为：钒32.68％，硅12.04％，锰1.34％，氮13.65％，氮钒比0.42，表观密度4.25g/cm3。
本实施例工艺流程短、技术先进。产品质量稳定、成分均匀、致密度高、氮钒比高，可以作为低合金高强度钢、工具钢、合金钢或铸钢的氮化钒硅锰铁合金添加剂。
实施例3
取含钒50％的钒铁、含硅72％的硅铁和含锰65％的锰铁，分别破碎、细磨，钒铁细磨至40～200目占54.93％，-200目占45.07％；硅铁细磨至40～200目占50.73％，-200目占49.27％；锰铁细磨至40～200目占60.77％，-200目占39.23％。按照质量配比：钒铁31.5kg，硅铁11.7kg，锰铁1.8kg，合计45kg。混匀后装入高压反应炉，密闭后抽真空至-0.06～-0.08MPa，充入高纯氮气99.99％，待压力达到8MPa时点火，保持7-12Mpa压力反应58分钟结束，冷却至炉温100℃时出炉。成品取样检测成分为：钒30.15％，硅16.28％，锰2.13％，氮12.77％，氮钒比0.42，表观密度4.23g/cm3。
本实施例工艺流程短、技术先进。产品质量稳定、成分均匀、致密度高、氮钒比高，可以作为低合金高强钢、工具钢、合金钢或铸钢的氮化钒硅锰铁合金添加剂。
实施例4
取含钒49.90％、含硅25.35％、含锰3.07％的钒硅锰铁合金，破碎、细磨至40～200目占61.30％，-200目占38.70％，取45kg，混匀后装入高压反应炉，密闭后抽真空至-0.06～-0.08MPa,充入高纯氮气99.99％，待压力达到8MPa时点火，保持7-12Mpa压力反应50分钟结束，冷却至炉温100℃时出炉。成品取样检测成分为：钒39.86％，硅20.07％，锰2.43％，氮18.77％，氮钒比0.47，表观密度4.37g/cm3。
本实施例工艺流程短、技术先进。产品质量稳定、成分均匀、致密度高、氮钒比高，可以作为低合金高强度钢、工具钢、合金钢或铸钢的氮化钒硅锰铁合金添加剂。
实施例5
取含钒50.65％、含硅23.69％的钒硅铁和含锰65％的锰铁，掺混后破碎、细磨至40～200目占49.58％，-200目占50.42％，按照质量配比：钒硅铁200kg，锰铁12kg,合计212kg，取45kg混匀后装入高压反应炉，密闭后抽真空至-0.06～-0.08MPa,充入高纯氮气99.999％，待压力达到8MPa时点火，保持7-12Mpa压力反应50分钟结束，冷却至炉温100℃时出炉。成品取样检测成分为：钒39.32％，硅18.14％，锰3.05％，氮18.05％，氮钒比0.46，表观密度4.31g/cm3。
本实施例工艺流程短、技术先进。产品质量稳定、成分均匀、致密度高、氮钒比高，可以作为低合金高强度钢、工具钢、合金钢或铸钢的氮化钒硅锰铁合金添加剂。
实施例6
取含钒80％的钒铁、含硅72％的硅铁和含锰65％的锰铁合金，分别破碎、细磨，80钒铁细磨至40～200目占63.10％，-200目占36.90％；72硅铁细磨至40～200目占50.73％，-200目占49.27％；65锰铁细磨至40～200目占59.77％，-200目占40.23％。按照质量配比：钒铁27.5kg、硅铁16.2kg,锰铁1.3kg,合计45kg。混匀后装入高压反应炉，密闭后抽真空至-0.06～-0.08MPa,充入高纯氮气99.999％，待压力达到7MPa时点火，保持7-12Mpa压力反应55分钟结束，冷却至炉温100℃时出炉。成品取样检测成分为：钒40.15％，硅21.22％，锰1.74％，氮17.96％，氮钒比0.45，表观密度4.30g/cm3。
本实施例工艺流程短、技术先进。产品质量稳定、成分均匀、致密度高、氮钒比高，可以作为低合金高强度钢、工具钢、合金钢或铸钢的氮化钒硅锰铁合金添加剂。

Claims (8)

1.一种氮化钒硅锰铁，其特征在于，以质量％计包含V＝20.0-60.0％、Si＝7.0-30.0％、Mn＝1.0-20.0％、N＝10.0-28.0％。
2.根据权利要求1所述氮化钒硅锰铁，其特征在于，所述氮化钒硅锰铁为致密块状物。
3.权利要求书1所述氮化钒硅锰铁，在低合金高强度钢、工具钢、合金钢或铸钢作为氮化钒硅锰铁合金添加剂的应用。
4.一种通过燃烧合成制备权利要求书1所述氮化钒硅锰铁合金的方法，其特征在于，
原料为：①钒硅锰铁、②钒硅铁和锰铁或者③钒铁、硅铁和锰铁；
将所述原料破碎，均匀混合后，置于高压反应炉内，抽真空后充入7-12Mpa高纯氮气并通过点火装置点燃物料，开始反应，反应完成后在氮气中冷却、出炉，破碎至所需粒度。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，抽真空的压力为-0.06～-0.08MPa及以下。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，将所述原料破碎，均匀混合后，置于高压反应炉内。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述钒硅锰铁破碎细磨至粒度40～200目占质量比40％～65％，-200目占质量比35％～60％；所述钒硅铁和锰铁破碎细磨至粒度40～200目占质量比40％～65％，-200目占质量比35％～60％；所述钒铁、硅铁和锰铁破碎细磨至粒度40～200目占质量比40％～65％，-200目占质量比35％～60％。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，当所述高压反应炉内氮压下降低至7Mpa及以下时，按一次或多次补充氮气的方式向所述高压反应炉内补压，保持氮压在7-12MPa。
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