CN109023028B - 碳氮化铬强化剂及其制备方法 - Google Patents

碳氮化铬强化剂及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109023028B
CN109023028B CN201810998840.XA CN201810998840A CN109023028B CN 109023028 B CN109023028 B CN 109023028B CN 201810998840 A CN201810998840 A CN 201810998840A CN 109023028 B CN109023028 B CN 109023028B
Authority
CN
China
Prior art keywords
furnace
powder
reaction
chromium
chromium carbonitride
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810998840.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN109023028A (zh
Inventor
王怡伟
陈一可
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu Jintai Jinggong Technology Co Ltd
Original Assignee
Chengdu Jintai Jinggong Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu Jintai Jinggong Technology Co Ltd filed Critical Chengdu Jintai Jinggong Technology Co Ltd
Priority to CN201810998840.XA priority Critical patent/CN109023028B/zh
Publication of CN109023028A publication Critical patent/CN109023028A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109023028B publication Critical patent/CN109023028B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C35/00—Master alloys for iron or steel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Abstract

本发明提供了碳氮化铬强化剂及其制备方法，碳氮化铬强化剂的化学成分为：Cr 70～75wt％、N 15～20wt％，C 3～9wt％、L1 0.5～4wt％、L2 0.3～4wt％和O 0.2～1.2wt％，表观密度为3800～4350kg/m3，所述L1为Fe、Co、Ni中的至少一种，所述L2为Si或/和Mn。制备方法步骤如下：(1)配料与成型；(2)烧结，将步骤(1)制备的坯料放入反应炉中加热，当炉内温度达到650～680℃时向炉内通入氮气或氨气并在该温度保温1～1.5h，保温时间到达后将炉内温度升至950～1500℃反应1～4h，然后在氮气或氨气气氛保护下随炉冷却至120℃以下出炉，得到碳氮化铬强化剂。

Description

碳氮化铬强化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于炼钢中使用的合金化强化添加剂领域，涉及碳氮化铬强化剂及其制备方法。
背景技术
在制备高强度高耐磨性合金钢时，碳、氮、铬等合金元素的适当加入可以提高钢的耐磨性、耐腐蚀性、硬度、韧性、延展性等综合机械性能。特别是钢中氮含量的增加可使得部分处于固溶状态的合金元素以氮化物的形式析出沉淀，同时还能细化晶粒，可以起到沉淀强化和细晶强化的双重强化效果。
现有技术中，一般用氮化锰铁合金、氮化铬铁合金作为增氮添加剂，同时还需补充碳素等提高钢材的强度及硬度。由于氮化锰铁合金的含氮量为4～6wt％，氮化铬铁合金的含氮量为5～7wt％，因而难以满足合金钢冶炼中对高含氮量添加剂的要求。同时由于碳素等添加剂密度较低，使得添加剂在炼钢过程中由于与钢水的密度相差较大而浮于上层，从而难以获得组织成分均匀，晶粒结构细化，综合性能稳定的高强度高耐磨合金钢。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供氮含量高且表观密度大的碳氮化铬强化剂，以满足合金钢冶炼的要求。本发明的再一目的是提供碳氮化铬强化剂的制备方法，以简化制备工艺，降低成本，便于实现工业化生产。
本发明所述碳氮化铬强化剂，化学成分为：Cr 70～75wt％、N 15～20wt％，C 3～9wt％、L1 0.5～4wt％、L2 0.3～4wt％和O 0.2～1.2wt％，表观密度为3800～4350kg/m3，所述L1为Fe、Co、Ni中的至少一种，所述L2为Si或/和Mn。
上述碳氮化铬强化剂中，铬以碳氮化铬固溶体或碳化铬与氮化铬的形式存在，Fe、Co、Ni以单质或氮化物的形式存在，Si、Mn以氮化物的形式存在，氧主要以少量未碳化还原的氧化物形式存在，即碳氮化铬强化剂的组织主要由碳氮化铬固溶体或碳化铬与氮化铬，Fe、Co、Ni单质或其氮化物，Si、Mn氮化物及少量氧化物组成。
本发明所述碳氮化铬强化剂的制备方法，步骤如下：
(1)配料与成型
以铬的氧化物粉末、碳质还原剂粉末、密度强化剂粉末、固氮添加剂粉末为原料，铬的氧化物粉末重量以权利要求1所述碳氮化铬强化剂中Cr的重量百分数计算和计量，碳质还原剂粉末重量以权利要求1所述碳氮化铬强化剂中C的重量百分数计算和计量，密度强化剂粉末重量以权利要求1所述碳氮化铬强化剂中L1的重量百分数计算和计量，固氮添加剂粉末重量以权利要求1所述碳氮化铬强化剂中L2的重量百分数计算和计量，将计量好的各原料粉末混合均匀后压制成型形成坯料；
(2)烧结
将步骤(1)制备的坯料放入反应炉中加热，当炉内温度达到650～680℃时向炉内通入氮气或氨气并在该温度保温1～1.5h，保温时间到达后将炉内温度升至950～1500℃，在该温度进行碳热还原反应及氮化反应，反应时间为1～4h，然后在氮气或氨气气氛保护下随炉冷却至120℃以下出炉，得到碳氮化铬强化剂；所述氮气或氨气的流量，在650～680℃的保温期间、从650～680℃至950～1500℃的升温期间、950～1500℃的反应期间及反应完成后的随炉冷却期间均为400～2000ml/min。
上述方法中，各原料粉末可以是微米级粉末，也可以是纳米级粉末，从降低成本的角度考虑，选用微米级粉末。
上述方法中，所述铬的氧化物为CrO、CrO2、CrO3、Cr2O3中的至少一种。
上述方法中，所述碳质还原剂为炭黑、活性炭、木炭、石墨中的至少一种；所述密度强化剂为Fe、Co、Ni、Fe的氧化物、Co的氧化物、Ni的氧化物中的至少一种；所述固氮添加剂为Si、Mn、Si的氧化物、Mn的氧化物中的至少一种。
上述方法中，步骤(2)中所述氮气或氨气的流量，在650～680℃的保温期间、从650～680℃至950～1500℃的升温期间、950～1500℃的反应期间及反应完成后的随炉冷却期间均优选600～1800ml/min。
上述方法中，步骤(2)中烧结时的升温速度为5～10℃/min。
上述方法中，步骤(2)中所述反应炉为碳管炉、管式炉、感应炉、微波烧结炉或回转炉。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明为合金钢的冶炼提供了一类含碳、氮、铬的新型强化剂，由于该强化剂的化学成分中N含量高达15～20wt％，C含量为3～9wt％，Cr含量为70～75wt％，因而使用该强化剂可以提高钢的耐磨性、耐腐蚀性、硬度、韧性、延展性等综合机械性能，特别是氮含量的大幅度提高有利于氮化物硬质相的析出沉淀和晶粒细化，达到沉淀强化和细晶强化的效果，对制备高强度高耐磨性的特殊合金钢有重要意义。
2、由于本发明所述碳氮化铬强化剂的表观密度达3800～4350kg/m3，因而该强化剂不会在钢水中上浮，提高了各添加元素在钢中分布的均匀性，有利于生成组织结构均匀，综合机械性能高的高强度合金钢。
3、本发明所述方法的原料来源广泛，价格低廉，所需设备为常规设备，且采用碳化还原反应和氮化反应一步完成的工艺，因而可降低生产成本和生产周期，便于实现工业化生产。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明所述碳氮化铬强化剂及其制备方法作进一步说明。
下述实施例中，各原料粉末均为市售商品，且为微米级粉末；烧结所用反应炉为碳管炉；碳氮化铬强化剂的化学成分检测采用荧光直读光谱仪，碳氮化铬强化剂的表观密度测试采用排水法。
实施例1
本实施例的步骤如下：
(1)配料与成型
原料为：Cr2O3粉154g、石墨粉48g、Fe粉2g、Si粉1g和Mn粉1g，将计量好的各原料粉末用球磨机湿法球磨混料，以碳化钨为磨球，酒精为球磨介质，球的质量：料的质量：酒精的质量＝8：1：1.6，球磨时转速为40r/min，通过球磨将原料粉末混合均匀后分离出混合料并使酒精挥发后在50Mpa压力下压制成Φ20mmx10mm的坯料；
(2)烧结
将步骤(1)制备的坯料放入反应炉中以5℃/min的升温速度加热，当炉内温度达到680℃时向炉内通入高纯氮气(纯度为5N)并在该温度保温1h，保温时间到达后以5℃/min的升温速度将炉内温度升至1050℃，在该温度进行碳热还原反应及氮化反应，反应时间为2.5h，然后在氮气气氛保护下随炉冷却至120℃以下出炉，得到碳氮化铬强化剂；所述氮气的流量，在680℃的保温期间、从680℃至1050℃的升温期间、1050℃的反应期间及反应完成后的随炉冷却期间均为600ml/min。
经检测，本实施例制备的碳氮化铬强化剂，化学成分为73.64wt％Cr-15.36wt％N-8.35wt％C-1.05wt％O-1.6wt％(Si，Mn，Fe)，表观密度为3850kg/m3。
实施例2
本实施例的步骤如下：
(1)配料与成型
原料为：CrO粉68g、CrO2粉84g、活性炭粉48g、Fe2O3粉6g和Si粉4g，将计量好的各原料粉末用球磨机湿法球磨混料，以碳化钨为磨球，酒精为球磨介质，球的质量：料的质量：酒精的质量＝8：1：1.6，球磨时转速为40r/min，通过球磨将原料粉末混合均匀后分离出混合料并使酒精挥发后在50Mpa压力下压制成Φ20mmx10mm的坯料；
(2)烧结
将步骤(1)制备的坯料放入反应炉中以10℃/min的升温速度加热，当炉内温度达到650℃时向炉内通入高纯氮气(纯度为5N)并在该温度保温1.5h，保温时间到达后以10℃/min的升温速度将炉内温度升至950℃，在该温度进行碳热还原反应及氮化反应，反应时间为4h，然后在氮气气氛保护下随炉冷却至120℃以下出炉，得到碳氮化铬强化剂；所述氮气的流量，在650℃的保温期间、从650℃至950℃的升温期间、950℃的反应期间及反应完成后的随炉冷却期间均为800ml/min。
经检测，本实施例制备的碳氮化铬强化剂，化学成分为72.15wt％Cr-16.56wt％N-7.65wt％C-1.14wt％O-2.5wt％(Si，Fe)，表观密度为3960kg/m3。
实施例3
本实施例的步骤如下：
(1)配料与成型
原料为：CrO3粉200g、木炭粉86g、Fe粉4g、Co粉2g和Mn粉3g，将计量好的各原料粉末用球磨机湿法球磨混料，以碳化钨为磨球，酒精为球磨介质，球的质量：料的质量：酒精的质量＝8：1：1.6，球磨时转速为40r/min，通过球磨将原料粉末混合均匀后分离出混合料并使酒精挥发后在50Mpa压力下压制成Φ20mmx10mm的坯料；
(2)烧结
将步骤(1)制备的坯料放入反应炉中以7℃/min的升温速度加热，当炉内温度达到670℃时向炉内通入高纯氮气(纯度为5N)并在该温度保温1.2h，保温时间到达后以7℃/min的升温速度将炉内温度升至1150℃，在该温度进行碳热还原反应及氮化反应，反应时间为2h，然后在氮气气氛保护下随炉冷却至120℃以下出炉，得到碳氮化铬强化剂；所述氮气的流量，在670℃的保温期间、从670℃至1150℃的升温期间、1150℃的反应期间及反应完成后的随炉冷却期间均为1000ml/min。
经检测，本实施例制备的碳氮化铬强化剂，化学成分为71.17wt％Cr-16.18wt％N-8.0wt％C-0.97wt％O-3.68wt％(Co，Mn，Fe)，表观密度为4050kg/m3。
实施例4
本实施例的步骤如下：
(1)配料与成型
原料为：CrO2粉84g、Cr2O3粉76g、炭黑粉56g、Fe粉5g、Co粉2g、Mn粉2g和Si粉1g，将计量好的各原料粉末用球磨机湿法球磨混料，以碳化钨为磨球，酒精为球磨介质，球的质量：料的质量：酒精的质量＝8：1：1.6，球磨时转速为40r/min，通过球磨将原料粉末混合均匀后分离出混合料并使酒精挥发后在50Mpa压力下压制成Φ20mmx10mm的坯料；
(2)烧结
将步骤(1)制备的坯料放入反应炉中以8℃/min的升温速度加热，当炉内温度达到680℃时向炉内通入高纯氨气(纯度为5N)并在该温度保温1h，保温时间到达后以8℃/min的升温速度将炉内温度升至1250℃，在该温度进行碳热还原反应及氮化反应，反应时间为2h，然后在氨气气氛保护下随炉冷却至120℃以下出炉，得到碳氮化铬强化剂；所述氨气的流量，在680℃的保温期间、从680℃至1250℃的升温期间、1250℃的反应期间及反应完成后的随炉冷却期间均为1400ml/min。
经检测，本实施例制备的碳氮化铬强化剂，化学成分为71.12wt％Cr-17.28wt％N-6.41wt％C-0.67wt％O-4.52wt％(Co，Mn，Fe，Si)，表观密度为4160kg/m3。
实施例5
本实施例的步骤如下：
(1)配料与成型
原料为：CrO粉34g、CrO2粉42g、Cr2O3粉78g、炭黑粉48g、Fe2O3粉8g、Co粉2g、Ni粉2g、Mn粉4g和Si粉4g，将计量好的各原料粉末用球磨机湿法球磨混料，以碳化钨为磨球，酒精为球磨介质，球的质量：料的质量：酒精的质量＝8：1：1.6，球磨时转速为40r/min，通过球磨将原料粉末混合均匀后分离出混合料并使酒精挥发后在50Mpa压力下压制成Φ20mmx10mm的坯料；
(2)烧结
将步骤(1)制备的坯料放入反应炉中以10℃/min的升温速度加热，当炉内温度达到680℃时向炉内通入高纯氨气(纯度为5N)并在该温度保温1h，保温时间到达后以10℃/min的升温速度将炉内温度升至1350℃，在该温度进行碳热还原反应及氮化反应，反应时间为1.5h，然后在氨气气氛保护下随炉冷却至120℃以下出炉，得到碳氮化铬强化剂；所述氨气的流量，在680℃的保温期间、从680℃至1350℃的升温期间、1350℃的反应期间及反应完成后的随炉冷却期间均为1800ml/min。
经检测，本实施例制备的碳氮化铬强化剂，化学成分为70.02wt％Cr-19.45wt％N-3.02wt％C-0.21wt％O-7.3wt％(Co，Ni，Si，Mn，Fe)，表观密度为4320kg/m3。

Claims (5)

1.碳氮化铬强化剂，其特征在于该强化剂的化学成分为：Cr 70～75wt％、N 15～20wt％，C 3～9wt％、L1 0.5～4wt％、L2 0.3～4wt％和O 0.2～1.2wt％，表观密度为3800～4350kg/m3，所述L1为Fe、Co、Ni中的至少一种，所述L2为Si或/和Mn。
2.一种权利要求1所述碳氮化铬强化剂的制备方法，其特征在于步骤如下：
(1)配料与成型
以铬的氧化物粉末、碳质还原剂粉末、密度强化剂粉末、固氮添加剂粉末为原料，铬的氧化物粉末重量以权利要求1所述碳氮化铬强化剂中Cr的重量百分数计算和计量，碳质还原剂粉末重量以权利要求1所述碳氮化铬强化剂中C的重量百分数计算和计量，密度强化剂粉末重量以权利要求1所述碳氮化铬强化剂中L1的重量百分数计算和计量，固氮添加剂粉末重量以权利要求1所述碳氮化铬强化剂中L2的重量百分数计算和计量，将计量好的各原料粉末混合均匀后压制成型形成坯料；
所述铬的氧化物为CrO、CrO2、CrO3、Cr2O3中的至少一种；所述碳质还原剂为炭黑、活性炭、木炭、石墨中的至少一种；所述密度强化剂为Fe、Co、Ni、Fe的氧化物、Co的氧化物、Ni的氧化物中的至少一种；所述固氮添加剂为Si、Mn、Si的氧化物、Mn的氧化物中的至少一种；
(2)烧结
将步骤(1)制备的坯料放入反应炉中加热，当炉内温度达到670～680℃时向炉内通入氮气或氨气并在该温度保温1～1.2h，保温时间到达后将炉内温度升至950～1500℃，在该温度进行碳热还原反应及氮化反应，反应时间为1～4h，然后在氮气或氨气气氛保护下随炉冷却至120℃以下出炉，得到碳氮化铬强化剂；
所述氮气或氨气的流量，在670～680℃的保温期间、从670～680℃至950～1500℃的升温期间、950～1500℃的反应期间及反应完成后的随炉冷却期间均为400～2000ml/min。
3.根据权利要求2所述碳氮化铬强化剂的制备方法，其特征在于步骤(2)中，所述氮气或氨气的流量，在670～680℃的保温期间、从670～680℃至950～1500℃的升温期间、950～1500℃的反应期间及反应完成后的随炉冷却期间均为600～1800ml/min。
4.根据权利要求2所述碳氮化铬强化剂的制备方法，其特征在于步骤(2)中烧结时的的升温速度为5～10℃/min。
5.根据权利要求2所述碳氮化铬强化剂的制备方法，其特征在于步骤(2)中，所述反应炉为碳管炉、管式炉、感应炉、微波烧结炉或回转炉。
CN201810998840.XA 2018-08-30 2018-08-30 碳氮化铬强化剂及其制备方法 Active CN109023028B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810998840.XA CN109023028B (zh) 2018-08-30 2018-08-30 碳氮化铬强化剂及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810998840.XA CN109023028B (zh) 2018-08-30 2018-08-30 碳氮化铬强化剂及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109023028A CN109023028A (zh) 2018-12-18
CN109023028B true CN109023028B (zh) 2020-01-07

Family

ID=64626347

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810998840.XA Active CN109023028B (zh) 2018-08-30 2018-08-30 碳氮化铬强化剂及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109023028B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109550946B (zh) * 2019-01-29 2021-05-25 攀钢集团钒钛资源股份有限公司 碳化铬的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101082089A (zh) * 2007-07-12 2007-12-05 四川大学 氮化钒合金的制备方法
CN101476074A (zh) * 2009-01-23 2009-07-08 四川大学 含钛的碳氮钒合金及其制备方法
CN108314452A (zh) * 2018-02-05 2018-07-24 长沙伟徽高科技新材料股份有限公司 一种碳化铬添加剂及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101082089A (zh) * 2007-07-12 2007-12-05 四川大学 氮化钒合金的制备方法
CN101476074A (zh) * 2009-01-23 2009-07-08 四川大学 含钛的碳氮钒合金及其制备方法
CN108314452A (zh) * 2018-02-05 2018-07-24 长沙伟徽高科技新材料股份有限公司 一种碳化铬添加剂及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109023028A (zh) 2018-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105463287B (zh) 一种多元素氮化合金材料及其制备方法和应用
CN105397335B (zh) 水冷篦板、刮料板堆焊用药芯焊丝
AU2009355218B2 (en) Method for preparing ultrafine tungsten carbide powder
CN111560564B (zh) 一种资源节约型高氮双相不锈钢及其近净成形方法
CN105414798A (zh) 破焦辊堆焊用药芯焊丝
CN109097563A (zh) 钒氮合金的制备方法
CN107779613B (zh) 一种低铝含量的金属铬冶炼方法
CN109234602B (zh) 碳氮化铬钒合金及其制备方法
CN114734044B (zh) 高氮无镍不锈钢粉末及其制备方法和应用
CN114192150B (zh) 一种水雾化触媒粉在人造金刚石中的应用
CN109023028B (zh) 碳氮化铬强化剂及其制备方法
CN105903952A (zh) 一种稀土合金复合材料及制备方法
Anacleto et al. Reduction of chromium oxide and ore by methane-containing gas mixtures
CN109628823A (zh) 硅铬钒合金及其制备方法
CN110016621B (zh) 一种粉末冶金高锰奥氏体无磁钢及制备方法
CN114990420B (zh) 一种铝硼铬氮铁合金及其制备方法和应用
US2763918A (en) Process of making a ferroalloying material and product obtained thereby
CN110184521A (zh) 一种复合型增密剂及采用其制备钒氮合金的方法
CN103667847B (zh) 氮化硅钒合金及其生产方法
CN109482871A (zh) 硅铬钛合金及其制备方法
CN114182152A (zh) 一种钒氮合金的制备方法
CN107904425B (zh) 氮化钒铁的制备方法
CN104878273A (zh) 采用铁粒与钢屑冶炼钒铁的方法
CN108866422A (zh) 一种高塑韧性螺纹钢及其制备方法
CN110964972A (zh) 一种稀土硅氮钒合金及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant