CN114790529A - 高氮硅钒铁合金及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及合金技术领域，提出了高氮硅钒铁合金及其生产方法，高氮硅钒铁合金成分为：氮15％‑35％、硅20％‑45％、钒30％‑60％、铁3％‑20％、及不可避免杂质；其中氮、硅的百分含量之和与钒的百分含量的比例为(1.2‑1.5):1；高氮硅钒铁合金的生产方法包括以下步骤：S1、按照成分含量计算钒粉、硅粉、铁粉，混合均匀；S2、抽真空；S3、通入氮气；S4、升温至700‑800℃保温3‑4h，继续升温至1500‑1600℃保温8‑9h，冷却至室温出炉。通过上述技术方案，解决了现有技术中高氮硅钒铁合金的氮含量比较低且不稳定，而且合金成品密度低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及合金技术领域，具体的，涉及高氮硅钒铁合金及其生产方法。
背景技术
在炼钢过程中，加入碳氮化物等合金，能够起到细化晶粒和沉淀硬化的作用。通过控制细化钢的晶粒和碳氮化物沉淀强化的物理冶金过程，在热轧状态下获得高强度、高韧性、高可焊接性、良好的成形性能等最佳力学性能配合的工程结构材料—微合金化钢。高氮奥氏体钢筋由于它优良的力学性能和耐腐蚀性能，越来越受到人们的重视。
近年来，随着冶金技术的不断发展，微合金化添加剂中不断提高氮的含量，钢材中增加氮含量比较理想的方式是向钢液中添加氮化物，可以采用加入氮化锰的形式引入氮元素，但是氮化锰价格高，导致生产成本比较高，而且以氮化锰的形式引入氮元素得到的微合金化添加剂，在后续加入钢中，氮与钢水中的重新结合稳定性不高。因此以氮气氨气的形式引入的氮元素的方式更受欢迎，但是采用加压加氮时，氮的收率并不能得到精准的控制，导致氮含量不稳定，影响钢的质量。而且，现有的研究中高氮钢中的氮含量一般不高于0.65％，大多数集中在0.4％-0.6％之间，同时合金成品密度偏低。
发明内容
本发明提出高氮硅钒铁合金及其生产方法，解决了现有技术中高氮硅钒铁合金的氮含量比较低且不稳定，而且合金成品密度低的问题。
本发明的技术方案如下：
一种高氮硅钒铁合金，其成分为：氮15％-35％、硅20％-45％、钒30％-60％、铁3％-20％、及不可避免杂质；其中氮、硅的百分含量之和与钒的百分含量的比例为(1.2-1.5):1。
作为进一步的技术方案，所述的高氮硅钒铁合金成分为：氮20％-30％、硅25％-35％、钒35-45％、铁8％-15％、及不可避免杂质；其中氮、硅的百分含量之和与钒的百分含量的比例为(1.2-1.4):1。
作为进一步的技术方案，所述的高氮硅钒铁合金成分为：氮20.2％、硅29.6％、钒40.6％、铁9.5％、及不可避免杂质。
本发明还提出了一种高氮硅钒铁合金的生产方法，包括以下步骤：
S1、按照所述的成分含量计算钒粉、硅粉、铁粉，混合均匀；
S2、抽真空；
S3、通入氮气；
S4、升温至700-800℃保温3-4h，继续升温至1500-1600℃保温8-9h，冷却至室温出炉。
作为进一步的技术方案，所述步骤S2中，抽真空至-0.02MPa。
作为进一步的技术方案，所述步骤S3中，通入氮气至压力0.05-0.06MPa。
作为进一步的技术方案，所述步骤S4中，升温至750℃保温3h，继续升温至1550℃保温8h。
本发明提出了一种高氮硅钒铁合金在钢铁材料微合金化中的应用。
本发明的有益效果为：
1、本发明的高氮硅钒铁合金氮含量稳定，在炼钢生产中，能对钢进行微合金化，促进晶粒细化，进一步提高钢的强度、韧性等力学性能。
2、本发明中通过设计的各元素的成分比，并根据各元素的成分比的设置，限定了生产方法，反应过程中使用高纯度氮气能够防止产品氧化，制得高氮硅钒铁合金能够有效改善钢的强度和耐蚀性。本发明中控制氮、硅的百分含量之和与钒的百分含量的比例为(1.2-1.5):1，并且在控制各元素的成分比的同时需要控制反应温度的梯度设置，一步升温至700-800℃保温3-4h，继续升温至1500-1600℃保温8-9h，采用两步升温，不仅使得生产过程简单化，还能提高合金的表观密度，在炼钢中使用有利于钢液吸收，提高产品质量。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
以下实施例中，五氧化二钒品位98％，硅粉99％、铁粉99.7％。
实施例1
S1、称取38kg硅粉、51kg钒粉、13kg铁粉，混合均匀；
S2、抽真空至-0.02MPa；
S3、通入氮气0.05MPa；
S4、升温至750℃保温4h，继续升温至1550℃保温8h，冷却至室温出炉；
得到的高氮硅钒铁合金，其成分为：氮20.2％、硅29.6％、钒40.6％、铁9.5％、及不可避免杂质，表观密度为6.1g/cm3。
实施例2
S1、称取34kg硅粉、47kg钒粉、20kg铁粉，混合均匀；
S2、抽真空至-0.02MPa；
S3、通入氮气0.06MPa；
S4、升温至700℃保温3h，继续升温至1550℃保温9h，冷却至室温出炉；
得到的高氮硅钒铁合金，其成分为：氮24.3％、硅25.8％、钒34.9％、铁14.9％、及不可避免杂质，表观密度为5.8g/cm3。
实施例3
S1、称取34kg硅粉、42kg钒粉、25kg铁粉，混合均匀；
S2、抽真空至-0.02MPa；
S3、通入氮气0.05MPa；
S4、升温至800℃保温3h，继续升温至1600℃保温8h，冷却至室温出炉；
得到的高氮硅钒铁合金，其成分为：氮19.3％、硅26.9％、钒33.9％、铁19.8％、及不可避免杂质，表观密度为5.9g/cm3。
对比例1
S1、称取27kg硅粉、54kg钒粉、27kg铁粉，混合均匀；
S2、抽真空至-0.02MPa；
S3、通入氮气0.06MPa；
S4、升温至800℃保温4h，继续升温至1600℃保温9h，冷却至室温出炉；
得到的高氮硅钒铁合金，其成分为：氮20.4％、硅19.9％、钒39.8％、铁19.8％、及不可避免杂质，表观密度为5.6g/cm3。
对比例2
与实施例1相比，步骤S4改为：升温至350℃保温4h，升温至650℃保温2h，升温至1550℃保温8h，冷却至室温出炉，其他与实施例1相同，得到的高氮硅钒铁合金中，氮含量19.9％，表观密度为6.0g/cm3。
对比例3
与实施例1相比，步骤S4改为：升温至1550℃保温12h，冷却至室温出炉，其他与实施例1相同，得到的高氮硅钒铁合金中，氮含量19.3％，表观密度为5.0g/cm3。
本发明实施例得到的高氮硅钒铁合金含氮量20％左右，氮含量稳定，表观密度可达5.0-6.1g/cm3，适用于炼钢生产中，能够提高钢中氮含量，能够促进钢的微合金化。本发明发现，当控制氮、硅的百分含量之和与钒的百分含量的比例为(1.2-1.5):1之间时，需要控制反应温度的梯度设置，对比例2中升温采用三步升温，同样的反应原料和氮气条件，会导致氮含量有一定程度的降低，而且表观密度也由实施例1中的6.1g/cm3降低为6.0g/cm3，三步升温的梯度设置会使反应流程复杂化，但是对合金的性能影响不大甚至有所降低。对比例3中一步升温，氮含量和表观密度都大幅降低。对比例1中，氮、硅的百分含量之和与钒的百分含量的比例约为1:1，相比于实施例而言，采用同样的工艺，得到的合金的表观密度也有所降低。因此需要同时控制合金元素的质量比以及生产工艺的升温梯度，能够最大程度提高合金的氮含量稳定性和表观密度。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高氮硅钒铁合金，其特征在于，其成分为：氮15％-35％、硅20％-45％、钒30％-60％、铁3％-20％、及不可避免杂质；其中氮、硅的百分含量之和与钒的百分含量的比例为(1.2-1.5):1。
2.根据权利要求1所述的高氮硅钒铁合金，其特征在于，其成分为：氮20％-30％、硅25％-35％、钒35-45％、铁8％-15％、及不可避免杂质；其中氮、硅的百分含量之和与钒的百分含量的比例为(1.2-1.4):1。
3.根据权利要求1所述的高氮硅钒铁合金，其特征在于，其成分为：氮20.2％、硅29.6％、钒40.6％、铁9.5％、及不可避免杂质。
4.一种高氮硅钒铁合金的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按照权利要求1-3任意一项所述的成分含量计算钒粉、硅粉、铁粉，混合均匀；
S2、抽真空；
S3、通入氮气；
S4、升温至700-800℃保温3-4h，继续升温至1500-1600℃保温8-9h，冷却至室温出炉。
5.根据权利要求4所述的高氮硅钒铁合金的生产方法，其特征在于，所述步骤S2中，抽真空至-0.02MPa。
6.根据权利要求4所述的高氮硅钒铁合金的生产方法，其特征在于，所述步骤S3中，通入氮气至压力0.05-0.06MPa。
7.根据权利要求4所述的高氮硅钒铁合金的生产方法，其特征在于，所述步骤S4中，升温至750℃保温3h，继续升温至1550℃保温8h。
8.如权利要求1所述的高氮硅钒铁合金在钢铁材料微合金化中的应用。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| AD01 | Patent right deemed abandoned |
Effective date of abandoning: 20240322 |
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