氮化硅釩合金及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氮化硅釩合金，其含有45～48wt%的釩、16～18wt%的氮、3.2～3.6wt%的鉻、2.5～2.8wt%的硅、0.65～0.85wt%的錳、1.05～1.20wt%的碳、25.5～31.5wt%的鐵。本發(fā)明通過在合金中通過添加和控制合金元素的含量，得到了一種產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，成本較低，并且可應(yīng)用于HRB500E鋼筋微合金化的氮化硅釩合金。
【專利說明】氮化硅釩合金及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬鋼鐵微合金化工藝與材料的【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體的說，本發(fā)明涉及一種用于煉鋼過程中增氮及微合金化的氮化硅釩及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼的合金化通常以錳鐵、硅鐵、鉻鐵等為主，微合金是指在主鐵合金的基礎(chǔ)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(yīng)用于生產(chǎn)高強(qiáng)度鋼筋、低合金高強(qiáng)度鋼和管線鋼等。
[0003]微合金一般具有以下特征:(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(qiáng)化鋼的力學(xué)性能；(2)加入量很少，鋼的強(qiáng)化機(jī)制主要是細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化；(3)鋼的微合金化和扎制技術(shù)相輔相成。
[0004]微合金元素中釩的主要用途就是作為冶煉合金鋼的合金元素，大量含釩鋼的工業(yè)規(guī)模應(yīng)用數(shù)據(jù)表明:增加氮含量能提高鋼的屈服強(qiáng)度，主要原因是鋼中氮含量的增加降低了析出相長大與粗化的趨勢(shì)，鋼中增氮后，析出相顆粒變細(xì)，從而充分發(fā)揮釩在 鋼中的強(qiáng)化作用。在高強(qiáng)度低合金鋼中，氮化釩鐵的使用，可以有效強(qiáng)化和細(xì)化晶粒。
[0005]1983年錦州鐵合金廠開發(fā)了碳氮化釩和氮化釩鐵，用FeV50釩粉進(jìn)行固態(tài)滲氮，較系統(tǒng)地研究了滲氮時(shí)氣相中氮的分壓、滲氮溫度、釩粉粒度和滲氮時(shí)間的影響，最佳條件下得到的氮化鑰;鐵含氮量為6~9wt%,含I凡44~47wt%。
[0006]美國西爾德合金公司，用釩粉滲氮生產(chǎn)氮化釩鐵，其典型產(chǎn)品成分為:V:65~67wt%, N:11 ~13%。
[0007]中國發(fā)明專利200510031680.4公開了一種氮化釩鐵合金及其制備方法，其是利用釩的化合物、碳、鐵粉混合壓塊后在冶金爐中同時(shí)進(jìn)行碳化、氮化及燒結(jié)反應(yīng)，一次性獲得氮化釩鐵合金的生產(chǎn)，存在著含氮量波動(dòng)范圍大，產(chǎn)能低，成本高等問題。
[0008]中國發(fā)明專利201110000948公開了一種氮化硅釩鐵，其成分為15~50wt%的釩、10~40wt%的娃、8~30wt%的氮、4~30wt%的鐵、lwt%以下的碳,和余量的不可避免的雜質(zhì)。所得產(chǎn)品容易粉化，而且密度相對(duì)較低，收得率不穩(wěn)定。
[0009]此外，現(xiàn)有技術(shù)中還公開了一種氮化硅釩合金，其中含有52~55wt%的釩、13~15wt%的氮、6~10wt%的硅、余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，并且釩和氮的質(zhì)量比為3.6~
4.5，其應(yīng)用于HRB500E鋼筋的生產(chǎn)時(shí)，微合金化效果較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種氮化硅釩及其生產(chǎn)方法。本發(fā)明通過在合金中通過添加和控制合金元素的含量，得到了一種產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，成本較低，并且可應(yīng)用于HRB500E鋼筋微合金化的氮化硅釩合金。
[0011]為了解決上述技術(shù)問題并且實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的第一方面涉及一種氮化硅釩合金,其含有45~48wt%的銀、16~18wt%的氮、3.2~3.6wt%的鉻、2.5~2.8wt%的硅、0.65 ~0.85wt% 的猛、1.05 ~1.20wt% 的碳、25.5 ~31.5wt% 的鐵。
[0012]其中，作為優(yōu)選地，所述氮化硅釩合金，其含有45~48wt%的釩、16~18wt%的氮、3.2 ~3.6wt% 的鉻、2.5 ~2.8wt% 的硅、0.65 ~0.85wt% 的錳、1.05 ~L 20wt% 的碳、0.005~0.008wt%的氧，余量為鐵以及不可避免的雜質(zhì)。
[0013]其中，所述氮化硅釩合金，其含有46~48wt%的釩、17~18wt%的氮、3.3~3.5wt%的鉻、2.5 ~2.7wt% 的硅、0.65 ~0.75wt% 的猛、1.05 ~1.10wt% 的碳、0.005 ~0.008wt%的氧，余量為鐵以及不可避免的雜質(zhì)。[0014]本發(fā)明的第二方面在于提供一種所述氮化硅釩合金的生產(chǎn)方法，其以釩粉、鉻粉、硅粉、錳粉、鐵粉和含碳物質(zhì)為原料；將上述原料按照質(zhì)量配比進(jìn)行配料和混料，然后在高壓反應(yīng)器中于9~12MPa的氮?dú)?，啟?dòng)點(diǎn)火裝置引燃原料進(jìn)行自蔓延合成反應(yīng)得到所述的氮化娃鑰;合金。
[0015]其中，所述含碳物質(zhì)為羥乙基亞氨基二乙酸。 申請(qǐng)人:發(fā)現(xiàn)使用羥乙基亞氨基二乙酸不僅有利于提高氮化硅釩合金中氮的含量。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下將結(jié)合實(shí)施例本發(fā)明的氮化硅釩及其生產(chǎn)方法做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0017]本發(fā)明所述的氮化硅釩合金通過自蔓延高溫合成工藝生產(chǎn)，其按照原料準(zhǔn)備——配料以及混料一裝料一高溫自蔓延一冷卻一破碎一篩分一成品檢驗(yàn)一包裝的工藝步驟制備得到。本發(fā)明選擇以粒度為100-200目的粉末原料作為起始原料，并加入含碳原料按照合金成分計(jì)算配比并混合均勻后，加入高溫自蔓延反應(yīng)器中，然后在高壓反應(yīng)器中于9~12MPa的氮?dú)?，啟?dòng)點(diǎn)火裝置引燃原料進(jìn)行自蔓延合成反應(yīng)得到所述的氮化娃鑰;合金。
[0018]實(shí)施例1
[0019]本實(shí)施例所述的氮化硅釩合金，其含有45.2wt%的釩、16.3wt%的氮、3.5wt%的鉻、
2.7wt%的硅、0.68wt%的錳、1.12wt%的碳、余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)，其密度為4.53g/cm2。所述氮化硅釩合金的制備方法如下:其以100目的釩粉、鉻粉、硅粉、錳粉、鐵粉和石墨粉為原料，將上述原料按照釩:鉻:硅:錳:碳:鐵=54:4.18:3.23:0.81:1.34:36.44的質(zhì)量比進(jìn)行配料，并利用高速攪拌機(jī)在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下進(jìn)行混料；然后將混合均勻的原料裝入高溫自蔓延反應(yīng)器中，裝料量為18.0Kg，將高溫自蔓延反應(yīng)器抽真空至10_2~10_3Pa，沖入高純氮?dú)?，?dāng)氣壓達(dá)到IOMPa后點(diǎn)火，保持反應(yīng)器內(nèi)壓力在10~12MPa的范圍內(nèi)，合成時(shí)間為30~40min ;反應(yīng)結(jié)束冷卻后出爐,粉碎至10~50mm,即得到本實(shí)施例所述的氮化娃鑰;合金。
[0020]實(shí)施例2
[0021]本實(shí)施例所述的氮化娃鑰；合金,其含有47.8wt%的I凡、17.2wt%的氮、3.4wt%的鉻、
2.5wt%的硅、0.72wt%的錳、1.08wt%的碳、余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)，其密度為4.58g/cm2。所述氮化硅釩合金的制備方法如下:其以100目的釩粉、鉻粉、硅粉、錳粉、鐵粉和石墨粉為原料，將上述原料按照釩:鉻:硅:錳:碳:鐵=57.7:4.11:3.02:0.87:1.30:33.0的質(zhì)量比進(jìn)行配料，并利用高速攪拌機(jī)在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下進(jìn)行混料；然后將混合均勻的原料裝入高溫自蔓延反應(yīng)器中，裝料量為18.0Kg，將高溫自蔓延反應(yīng)器抽真空至10_2~10_3Pa，沖入高純氮?dú)猓?dāng)氣壓達(dá)到IOMPa后點(diǎn)火，保持反應(yīng)器內(nèi)壓力在10~12MPa的范圍內(nèi)，合成時(shí)間為30~40min ;反應(yīng)結(jié)束冷卻后出爐,粉碎至10~50mm,即得到本實(shí)施例所述的氮化娃
鑰;合金。
[0022]實(shí)施例3
[0023]本實(shí)施例所述的氮化娃鑰；合金,其含有47.8wt%的I凡、17.8wt%的氮、3.4wt%的鉻、
2.5wt%的娃、0.72wt%的猛、1.08wt%的碳、0.006wt%的氧,余量的鐵和不可避免的雜質(zhì),其密度為4.55g/cm2。所述氮化硅釩合金的制備方法如下:其以100目的釩粉、鉻粉、硅粉、錳粉、鐵粉和羥乙基亞氨基二乙酸為原料，將上述原料按照釩:鉻:硅:錳:碳:鐵=57.7:4.11:3.02:0.87:3.23:33.0的質(zhì)量比進(jìn)行配料，并利用高速攪拌機(jī)在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下進(jìn)行混料；然后將混合均勻的原料裝入高溫自蔓延反應(yīng)器中，裝料量為18.0Kg,將高溫自蔓延反應(yīng)器抽真空至10_2~10_3Pa，沖入高純氮?dú)?，?dāng)氣壓達(dá)到IOMPa后點(diǎn)火，保持反應(yīng)器內(nèi)壓力在10~12MPa的范圍內(nèi)，合成時(shí)間為30~40min ;反應(yīng)結(jié)束冷卻后出爐，粉碎至10~50mm,即得到本實(shí)施例所述的氮化娃鑰;合金。
[0024]比較例I
[0025]采用自蔓延高溫反應(yīng)制備得到的氮化娃f凡合金,其組成為:53wt%的f凡、14.0wt%的氮、6.9wt%的硅，0.8wt%的碳，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，密度為4.42g/cm2。
[0026]比較例2 [0027]采用自蔓延高溫反應(yīng)制備得到的氮化娃f凡合金，其組成為:47.8wt%的鑰;、17.5wt%的氮、6.9wt%的硅，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，密度為4.53g/cm2。
[0028]比較例3
[0029]采用自蔓延高溫反應(yīng)制備得到的氮化娃f凡合金，其組成為:48.0wt%的鑰;、17.5wt%的氮、2.7wt%的娃，3.5wt%的鉻，1.3wt%的碳，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，密度為
4.52g/cm2。
[0030]將實(shí)施例1-3，比較例1-3所述的氮化硅釩合金生產(chǎn)HRB500鋼筋，進(jìn)行比較，結(jié)果如表1所示。所述HRB500鋼筋的制備工藝如下:將高爐鐵水與廢鋼分別加入到轉(zhuǎn)爐內(nèi)，吹氧熔煉，并加入造渣材料石灰，在轉(zhuǎn)爐吹氧冶煉7min時(shí)，加入還原性氧化鉻球團(tuán)與還原性氧化錳球團(tuán)的混合物，頂吹氧氣3min，同時(shí)底吹3min，使冶煉終點(diǎn)鋼水中[C] = 0.020-0.22%之間，[Mn]在0.25-0.30%之間，[Cr]在0.60-0.68%之間;在轉(zhuǎn)爐出鋼前3min內(nèi)，加入氧化釩球團(tuán)；吹氧氣3min,同時(shí)底吹氣3min，使鋼水中[V]在0.040-0.045%之間，[S]含量小于
0.035%，[P]含量小于0.035%后出鋼;在出鋼后30秒內(nèi)，加入24kg/t錳鐵合金和3.5kg/t的硅鐵合金；氮化硅釩合金0.55kg/t ;再加入終脫氧劑硅鈣鋇lkg/t進(jìn)行鋼水終脫氧；在出鋼過程和鋼水吹氣過程中，通過微波場(chǎng)向鋼包鋼水中吹氮?dú)?，使鋼水中的[N]含量在
0.017-0.020%之間，吹氮?dú)鈴?qiáng)度為0.03m3/min.t鋼，吹氮?dú)鈺r(shí)間控制在lOmin。根據(jù)所軋鋼筋直徑與定尺要求，將鋼水澆注成不同斷面尺寸的鋼坯，鋼坯通過熱送或冷卻后進(jìn)入加熱爐加熱，加熱溫度在950-1050°C之間，開軋溫度在850-950°C之間，終軋溫度在850_900°C之間，軋后空冷，根據(jù)鑄坯尺寸和鋼筋規(guī)格設(shè)定每個(gè)道次的軋制負(fù)荷，鋼筋經(jīng)冷卻后按用戶需求剪切成規(guī)定的定尺，檢驗(yàn)包裝入庫。
[0031]表1
【權(quán)利要求】
1.一種氮化硅釩合金，其特征在于:含有45~48wt%的釩、16~18wt%的氮、3.2~3.6wt% 的鉻、2.5 ~2.8wt% 的硅、0.65 ~0.85wt% 的錳、1.05 ~1.20wt% 的碳、25.5 ~31.5wt% 的鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化硅釩合金，其特征在于:含有45~48wt%的釩、16~18wt% 的氮、3.2 ~3.6wt% 的鉻、2.5 ~2.8wt% 的硅、0.65 ~0.85wt% 的錳、1.05 ~1.20wt%的碳、0.005~0.008wt%的氧，余量為鐵以及不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化硅釩合金，其特征在于:所述氮化硅釩合金，其含有46 ~48wt% 的釩、17 ~18wt% 的氮、3.3 ~3.5wt% 的鉻、2.5 ~2.7wt% 的硅、0.65 ~0.75wt%的猛、1.05~1.10wt%的碳、0.005~0.008wt%的氧，余量為鐵以及不可避免的雜質(zhì)。
4.一種氮化硅釩合金的生產(chǎn)方法，其特征在于:以釩粉、鉻粉、硅粉、錳粉、鐵粉和含碳物質(zhì)為原料；將上述原料按照質(zhì)量配比進(jìn)行配料和混料，然后在高壓反應(yīng)器中于9~12MPa 的氮?dú)?，啟?dòng)點(diǎn)火裝置引燃原料進(jìn)行自蔓延合成反應(yīng)得到所述的氮化硅釩合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氮化硅釩合金的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述含碳物質(zhì)為碳粉。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氮化硅釩合金的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述含碳物質(zhì)為羥乙基亞氨基二乙酸。
【文檔編號(hào)】C22C29/16GK103667847SQ201310679969
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】譚國臣, 張光德, 于成智 申請(qǐng)人:遼寧鑫業(yè)新材料有限公司