一種氮化矽釩及其生產方法
2023-10-25 18:28:37 3
專利名稱：一種氮化矽釩及其生產方法
技術領域：
本發明屬於鐵合金製備技術領域，更具體的說，本發明涉及一種氮化矽釩及其生
產方法。
背景技術：
鋼的合金化通常以錳系、矽係為主；微合金是指在主鐵合金的基礎上再添加微量的鈮、釩、鈦等碳氮物形成元素的鐵合金，廣泛應用生產高強度鋼筋、低合金高強度鋼、管線鋼、H型鋼、中厚板等。微合金一般具有以下特徵(1)添加的碳氮化物形成元素，在鋼的加熱和冷卻過程中通過「溶解一析出」行為強化鋼的力學性能；(2)加入量很少，鋼的強化機制主要是細晶強化和沉澱強化；(3)鋼的微合金化和控軋控冷技術相輔相成，是微合金化鋼設計和生產的重要前提。大量釩氮微合金化鋼工業規模應用表明增加氮含量能提高鋼的屈服強度，主要原因在於鋼中氮含量的增加能夠降低析出相長大的趨勢，從而能夠使得析出相顆粒變細，從而充分發揮釩在鋼中的強化作用。在高強度低合金鋼中，氮化釩鐵的使用可以有效強化和細化晶粒。 現有技術中釩系微合金主要有釩鐵(FeV50、FeV80)、釩氮合金(V78N12)、氮化釩鐵(FeV55Nl I、FeV45N9 )三大類。目前，釩氮合金和氮化釩鐵已成為高強度鋼筋普遍採用的微合金化工藝。當前我國鋼筋的年產量約I. 3億噸，其中45%為400 MPa以上高強鋼筋。國家鋼鐵工業十二五規劃中提出推動產品升級，高強度鋼筋使用比例要超過80%的目標。按80%的比例預測400MPa以上高強鋼筋年產量I. 2億以上，按微合金平均耗量O. 5kg/t，僅高強鋼筋新增微合金需求約3萬噸/年。面對如此巨大的微合金需求，我國冶金工作者必須高度關注微合金髮展戰略，揚長避短，依託釩資源優勢發展釩系微合金。牢固樹立發展節釩微合金的技術路線，開發更為經濟和節釩的釩系微合金迫在眉睫。中國發明專利ZL200510031680. 4公開了一種氮化釩鐵合金，其成分為含47_81%的釩，8-16%的氮，4-44%的鐵，I. 50%以下的矽，1%以下的鐵，O. 50%以下的錳；所得產品質量穩定，收得率較高；但是其中的釩含量大而且釩氮比高，不能有效發揮其中釩、氮的綜合強化效果。中國發明201110000948公開了一種氮化矽釩鐵，其成分為15 50%的釩、10 40%的矽、8 30%的氮、4 30%的鐵、1%以下的碳、O. 01%以下的鋁、O. 05%以下的硫、O. 05%以下的
磷。所得產品容易粉化，收得率不穩定。
發明內容
針對現有技術存在上述不足之處，本發明的目的在於提供了一種氮化矽釩合金，其通過在合金中添加和控制元素矽的含量，並控制作為主要元素的釩和氮的含量及其比例關係得到了一種產品質量穩定、釩的收得率高、利用率高的氮化矽釩合金。為了解決上述技術問題並實現上述目的，本發明的第一方面在於提供一種氮化矽釩合金，其組成為釩52 55 wt%，氮13 15 wt%，矽6% 10wt%，餘量為鐵和不可避免的雜質，並且其中釩和氮的質量比為3. 6-4. 5。優選地，所述的氮化矽釩合金，其組成為銀52. 5 53. 5wt%，氮13. (Tl4. 5wt%，矽69T9wt%，餘量為鐵和不可避免的雜質，並且其中釩和氮的質量比為3. 6-4. 5。優選地,所述的氮化娃鑰;合金,其組成為鑰;55 wt%,氮15 wt%,娃10wt%,餘量為鐵和不可避免的雜質。優選地,所述的氮化娃鑰;合金,其組成為鑰;53. O wt%,氮13. O wt%,娃6. 9wt%,餘量為鐵和不可避免的雜質。本發明的第二方面在於提供一種所述氮化矽釩合金的生產方法，該方法以釩鐵、矽鐵以及氮氣為原料，將釩鐵以及矽鐵破碎球磨並按照質量配比進行配料和混料，然後在·高壓反應器中充入6-10MPa的氮氣，啟動點火裝置引燃原料進行合成反應得到所述的氮化娃鑰;合金。其中，所述的原料為釩鐵FeV80，釩鐵FeV50，矽鐵FeSi70，氮氣的純度為99. 999%。其中，破碎球磨過程中以純度為99. 999%的氮氣作為保護氣體,並且將釩鐵球磨至粒度達到60目以上，矽鐵球磨至粒度達到80目以上。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果(I)本發明通過添加適量的矽以及控制釩和氮的含量比製備得到的氮化矽釩合金吸收率高而且穩定，從吸收率上比較，其與氮化釩鐵基本一致，能穩定的達到95%以上，並且比其它釩系合金高約5%。(2)工業對比試驗表明同比其它釩系微合金化和鈮微合金化成本(均按目前市場價格和對應單耗計算)，氮化矽釩是目前最為經濟的微合金化工藝。(3)釩氮合金、氮化釩鐵和氮化矽釩的單耗折合FeV50對應分別為O. 86 kg/t、0. 70kg/t、0. 61 kg/t，以FeV50為基數計算節釩率對應分別為46. 25%，56. 25%，62. 19%，故氮化矽釩的釩氮綜合強化效果最顯著，是目前最節釩的釩系微合金。
具體實施例方式本發明所述的氮化娃鑰;合金的組成為鑰;52 55 wt%,氮13 15 wt%,娃6% 10wt%,餘量為鐵和不可避免的雜質，並且其中釩和氮的質量比為3. 6-4. 5。優選地，所述釩和氮的質量比為3. 8-4. 2。實驗研製表明當所述的氮化矽釩合金中添加6%以上的矽的時候，可以降低合金中釩與氮的質量配比，從而最大限度的發揮釩氮的綜合強化效果。但是當Si的含量大於10%的時候，雖然可降低V/N比，但製備得到的氮化矽釩合金質地鬆散，容易出現嚴重的粉化現象；同時，由於比重小,在微合金化過程中不容易穿過鋼渣層(比重約為3. O)。粉化和比重小將導致收得率極不穩定，必將造成不必要的浪費，達不到最經濟和節釩的使用效果甚至無法正常使用。本發明所述的氮化矽釩合金可以通過自蔓延高溫合成工藝生產，其主要按照原料準備一原料球磨一配料以及混料一裝料一聞溫自曼延合成一冷卻一破碎一篩分一成品檢驗一包裝的工藝步驟製備得到。為了控制氮化矽釩合金中的雜質含量以及各組分的含量在規定的範圍之內，需要對原料的主元素品位進行分析和控制，另外選擇的氮氣的純度應高於99. 999%。另外在蔓延合成工藝中需要調節和保持氮氣的壓力在8-10MPa，並且監控氮化娃鑰；合金中氮的含量。本發明的具體實施方式
以40L高溫自蔓延反應器為例，介紹本發明所述的自蔓延高溫生產方法的工藝，其包括以下工藝步驟I)原料及其品位釩鐵FeV80 (釩品位約80%)，釩鐵FeV50 (釩品位約51%)，矽鐵FeSi70 (矽品位約70%),高純氮氣(純度99. 999%)；2)原料球磨高純氮氣保護的條件下將FeV80、FeV50球磨至60目-200目，矽鐵球磨至80目-200目，並分析其中鐵、釩以及矽的元素品位；3)配料及混料根據主元素品位按計算模型，按所需的配比計算FeV80、FeV50以及FeSi75配料比例，並利用混料機混合均勻；4)裝料及計重將混合均勻的原料裝入高溫自蔓延反應器中，裝料量為16. Okg ；·將高溫自蔓延反應器抽真空至10_2 Pa，充入高純氮氣。5)高溫自蔓延合成高溫自蔓延反應器充高純氮氣達到6MPa後點火，釩鐵粉和矽鐵粉的滲氮反應所產生的化學熱在自加熱和自傳導作用下向尚未反應的區域傳播，直至反應完全停止；高溫自蔓延合成時，保持高溫自蔓延反應器內相對壓力為6-10 MPa可調，合成時間為30-45 min ;反應完成以後冷卻15min後出爐；6)破碎將合成的氮化矽釩合金破碎至1(T50 mm，得到成品。本發明所得到的氮化矽釩合金具有特定的V/N比，其質量比為3. 6-4. 5之間，通常為3. 8-4.2之間。所述的氮化矽釩合金的密度為4. 4 g/cm 3左右，是目前最經濟和節釩的鑰;系微合金。按照上述方法製備實施例1-3以及比較例1-2所述的釩系合金。實施例I :一種氮化矽釩合金，其組成為釩53. 00 wt%，氮13. 00 wt%，矽6. 86wt%，餘量為鐵和不可避免的雜質。實施例2 一種氮化矽釩合金，其組成為釩55. 00 wt%，氮15. 00 wt%，矽9. 89wt%，餘量為鐵和不可避免的雜質。實施例3 一種氮化矽釩合金，其組成為釩52. 00 wt%，氮13. 00 wt%，矽7. 58wt%，餘量為鐵和不可避免的雜質。比較例I :一種氮化矽釩合金，其組成為釩50. 00 wt%，氮21. 00 wt%，矽18. 25wt%，餘量為鐵和不可避免的雜質。比較例2 一種氮化釩合金，其組成為釩60. 00 wt%，氮16. 00 wt%，矽I. 32wt%，餘量為鐵和不可避免的雜質。將實施例1-2、比較例1-2以及目前常用的釩系合金生產鋼筋HRB400，進行比較，結果如表I所示，可知氮化矽釩是目前最為經濟的微合金化工藝。
表I不同微合金化工藝生產HRB400E對比
權利要求
1.一種氮化矽釩合金，其特徵在於組成為釩52 55 wt%，氮13 15 wt%，矽6% 10wt%，餘量為鐵和不可避免的雜質，並且釩和氮的質量比為3. 6-4. 5。
2.權利要求I所述的氮化矽釩合金，其特徵在於所述的釩和氮的質量比為3.8-4. 2。
3.權利要求I所述的氮化矽釩合金，其特徵在於組成為釩52.5 53. 5wt%，氮13.(Γ14. 5wt%，矽69T9wt%，餘量為鐵和不可避免的雜質。
4.權利要求I所述的氮化矽釩合金，其特徵在於組成為釩55wt%，氮15 wt%，矽10wt%,餘量為鐵和不可避免的雜質。
5.權利要求I所述的氮化矽釩合金，其特徵在於組成為釩53.O wt%，氮14. O wt%，矽6. 9wt%,餘量為鐵和不可避免的雜質。
6.一種權利要求I所述氮化矽釩合金的生產方法，其特徵在於以釩鐵、矽鐵以及氮氣為原料，將釩鐵以及矽鐵破碎球磨並按照質量配比進行配料和混料，然後在高壓反應器中充入6-10MPa的氮氣，啟動點火裝置引燃原料進行合成反應得到所述的氮化矽釩合金。
7.權利要求6所述的氮化矽釩合金的生產方法，其特徵在於所述的原料為釩鐵FeV80，釩鐵FeV50和矽鐵FeSi70，氮氣的純度為99. 999%。
8.權利要求7所述的氮化矽釩合金的生產方法，其特徵在於破碎球磨過程中以純度為.99. 999%的氮氣作為保護氣體，並且將釩鐵球磨至粒度達到60目以上，矽鐵球磨至粒度達到80目以上。
全文摘要
本發明涉及一種氮化矽釩合金，其組成為釩52~55wt%，氮13~15wt%，矽6%~10wt%，餘量為鐵和不可避免的雜質，並且釩和氮的質量比為3.6-4.5。所述的氮化矽釩合金可以通過高溫自蔓延反應製備得到。本發明所述的氮化矽釩合金通過在合金中添加和控制元素矽的含量，並控制作為主要元素的釩和氮的含量及其比例，顯著提高了其吸收率及其穩定性，而且是目前最節釩的釩系微合金，具有優異的市場競爭力。
文檔編號C22C29/00GK102888548SQ20121043308
公開日2013年1月23日 申請日期2012年11月2日 優先權日2012年11月2日
發明者譚國臣, 張光德, 於成智 申請人:遼寧鑫業新材料有限公司