本發(fā)明涉及一種稀土金屬材料,具體說,涉及一種釹鐵合金及其制備方法。
背景技術(shù):
:目前,鋼鐵是第一大金屬結(jié)構(gòu)材料,被廣泛應(yīng)用于建筑、能源、運(yùn)輸、航空航天等領(lǐng)域。稀土在鋼中的應(yīng)用及其研究也得到了迅猛發(fā)展,稀土加入鋼水中可起脫硫、脫氧、改變夾雜物形態(tài)等作用,可提高鋼材的塑性、沖壓性能、耐磨性能以及焊接性能。各種稀土鋼如汽車用稀土鋼板、模具鋼、鋼軌等得到了十分廣泛應(yīng)用。在稀土鋼生產(chǎn)過程中稀土的加入方法一直是科研工作這研究的重點(diǎn),現(xiàn)有加入方法包括喂絲法、包芯線、稀土鐵中間合金等多種形式,目前效果比較明顯的是稀土鐵中間合金加入法。制備稀土鐵中間合金工藝技術(shù)主要有以下幾類:(1)混溶法?;烊芊ㄒ卜Q作對摻法,主要利用電弧爐或中頻感應(yīng)爐,將稀土金屬和鐵混溶制得合金。該方法為目前普遍采用的方法,其工藝技術(shù)簡單,能夠制得多元中間合金或應(yīng)用合金,但是也存在不足:1)稀土金屬在鐵液中容易局部濃度過高,產(chǎn)生偏析;2)該方法采用的原料為稀土金屬,尤其對中重稀土金屬而言,制備工藝復(fù)雜,成本較高;3)熔煉溫度較高,由于以稀土金屬和純鐵為原料,熔煉溫度要求高。(2)熔鹽電解法。熔鹽電解法制備稀土鐵中間合金主要是采用鐵自耗陰極法。如中國專利CN1827860公開了一種熔鹽電解生產(chǎn)鏑鐵合金工藝及設(shè)備,提出在高溫條件下,熔解在氟化物溶體中的氧化鏑發(fā)生電離,在直流電場作用下,鏑離子在鐵陰極表面析出,還原成金屬鏑,鏑與鐵合金化形成鏑鐵合金。這種方法生產(chǎn)成本低、工藝簡單,但是也存在以下缺陷:合金中稀土、鐵配分波動大,難控制,配分誤差高達(dá)3%-5%,影響產(chǎn)品一致性。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是提供一種釹鐵合金及其制備方法,制備的釹鐵合金成分均勻、偏析小、雜質(zhì)含量低、稀土收率高、成本低、無污染,應(yīng)用到稀土鋼中稀土收率高、效果顯著,適合于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。技術(shù)方案如下:一種釹鐵合金,其特征在于:釹的含量為0~95wt%,余量是鐵以及總量小于0.5wt%的不可避免的雜質(zhì),其中氧≤0.01wt%,碳≤0.01wt%,磷≤0.01wt%,硫≤0.005wt%。一種釹鐵合金的制備方法,包括:在電解釹鐵中間合金的設(shè)備中,在氟化釹和氟化鋰的氟化物熔鹽電解質(zhì)體系下,以氧化釹為電解原料,通入直流電電解得到釹鐵中間合金;將釹鐵中間合金和鐵作為的原料,采用熔兌法制備釹鐵合金;釹鐵合金中,釹的含量為0~95wt%,余量是鐵以及總量小于0.5wt%的不可避免的雜質(zhì),其中氧≤0.01wt%,碳≤0.01wt%,磷≤0.01wt%,硫≤0.005wt%。進(jìn)一步:電解釹鐵中間合金的設(shè)備以石墨做電解槽,石墨板作為陽極,鐵棒作為自耗陰極,陰極下方有盛裝合金的接收器。進(jìn)一步:釹鐵中間合金熔兌釹鐵合金的設(shè)備為中頻感應(yīng)爐,熔兌過程在真空條件下進(jìn)行,坩堝采用稀土氧化物坩堝。進(jìn)一步:接收器材質(zhì)選用鐵、稀土氧化物或者氮化硼。進(jìn)一步:在真空熔兌過程中還包括金屬釹或鐵。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明技術(shù)效果包括:本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題,開發(fā)了熔鹽電解新工藝,制備的釹鐵合金成分均勻、偏析小、雜質(zhì)含量低、稀土收率高、成本低、無污染,應(yīng)用到稀土鋼中稀土收率高、效果顯著,適合于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。1、本發(fā)明中,釹鐵合金優(yōu)點(diǎn)是:(1)雜質(zhì)含量低。本發(fā)明提供的釹鐵合金由于采用純氧化釹作為原料,冶煉坩堝為鐵質(zhì)和稀土氧化物質(zhì),引入雜質(zhì)含量少。(2)成分均勻,釹含量可控。本發(fā)明所涉及的釹鐵合金與自耗陰極相比,這種釹鐵合金成分更加均勻,釹含量可精確控制。實(shí)踐證明,用本發(fā)明合金可制備高性能稀土鋼產(chǎn)品。2、本發(fā)明公開的釹鐵合金的制備方法優(yōu)點(diǎn)是:(1)采用氧化釹作為電解原料,所以電解過程中僅產(chǎn)生CO、CO2和極少量的含氟氣體,對環(huán)境污染小。(2)采用純鐵棒作為自耗陰極,電解析出的釹與鐵形成低熔點(diǎn)的釹鐵合金,有利于降低電解溫度。(3)熔鹽電解獲得的釹鐵中間合金經(jīng)過真空熔兌后所獲得的釹鐵合金成分控制精確,由于在真空下熔煉,稀土燒損小,收得率高、產(chǎn)品質(zhì)量高。3、開發(fā)和市場前景廣闊。隨著國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展,除了要求鋼材有高的強(qiáng)度和韌性外,還同時(shí)要求有良好的耐腐蝕性能,這方面稀土能起到關(guān)鍵作用。稀土在提高鋼材的韌、塑性、耐熱抗氧化和耐磨性方面也有重要作用。我國是鋼產(chǎn)量第一大國,在這樣一個(gè)量大面廣的領(lǐng)域,加強(qiáng)稀土的應(yīng)用具有重大的意義。限制稀土鋼產(chǎn)業(yè)化過程重要影響因素之一就是稀土在鋼中的加入方式,目前研發(fā)的最有效的方式是以稀土鐵中間合金的方式加入。以包鋼(集團(tuán))公司年產(chǎn)500萬噸稀土鋼板材為例,需要消耗10%稀土鐵合金2.5萬噸,經(jīng)濟(jì)效益顯著。本發(fā)明實(shí)施后一方面對改善地區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、提升地區(qū)科技力量有一定的促進(jìn)作用;另一方面每年冶煉稀土合金,全部應(yīng)用到稀土鋼中,不僅可以產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益,還可以扭轉(zhuǎn)我國鋼鐵形勢不理想局面,應(yīng)用前景廣闊;可以為廉價(jià)稀土尋找一條出路,助力稀土行業(yè)、鋼鐵行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。附圖說明圖1是本發(fā)明中電解釹鐵中間合金設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是本發(fā)明中釹鐵合金制備工藝流程圖。具體實(shí)施方式現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例實(shí)施方式。然而,示例實(shí)施方式能夠以多種形式實(shí)施,且不應(yīng)被理解為限于在此闡述的實(shí)施方式;相反,提供這些實(shí)施方式使得本發(fā)明更全面和完整,并將示例實(shí)施方式的構(gòu)思全面地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。如圖1所示,是本發(fā)明中電解釹鐵中間合金設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖;如圖2所示,是本發(fā)明中釹鐵合金制備工藝流程圖。本發(fā)明所使用的電解釹鐵中間合金的設(shè)備,其結(jié)構(gòu)包括:耐火磚1、鐵套2、稀土氧化物坩堝3、釹鐵合金4、陽極板5、鐵陰極6、電解質(zhì)7、電解槽8、保溫層9、碳搗層10。電解槽8為石墨槽,在石墨槽體的外側(cè)依次包有碳搗層10、保溫層9、耐火磚1、鐵套2;在石墨槽中部設(shè)有鐵陰極6;在石墨槽內(nèi)環(huán)繞著鐵陰極6設(shè)有陽極板5;在石墨槽的底部中心設(shè)有稀土氧化物坩堝3,稀土氧化物坩堝3與鐵陰極6相對。使用時(shí),石墨槽內(nèi)裝有電解質(zhì)7,電解質(zhì)7采用氟化釹和氟化鋰熔鹽電解質(zhì),稀土氧化物坩堝3內(nèi)盛有釹鐵合金4。用于生產(chǎn)稀土鋼的釹鐵合金的制備工藝,包括以下步驟:步驟1:以石墨做電解槽,石墨板作為陽極,鐵棒作為自耗陰極,陰極下方有盛裝合金的接收器;接收器材質(zhì)可以是鐵、稀土氧化物、氮化硼中的一種。步驟2:在氟化釹和氟化鋰的氟化物熔鹽電解質(zhì)體系中,以氧化釹為電解原料,通入直流電電解得到釹鐵中間合金;步驟3:將釹鐵中間合金和鐵作為的原料,采用熔兌法制備符合要求的釹鐵合金。釹鐵中間合金熔兌釹鐵合金的設(shè)備為中頻感應(yīng)爐。熔兌過程在真空條件下進(jìn)行,坩堝采用稀土氧化物坩堝。釹鐵合金中,釹的含量為0-95wt%,余量是鐵以及總量小于0.5wt%的不可避免的雜質(zhì),其中氧≤0.01wt%,碳≤0.01wt%,磷≤0.01wt%,硫≤0.005wt%。金屬檢測依據(jù)GB/T18115.1-2006等國家標(biāo)準(zhǔn),采用ICP-MS測試;C的檢測依據(jù)GB/T12690.13-1990,采用高頻燃燒-紅外法測試;O的測試依據(jù)GB/T12690.4-2003,采用惰性氣體脈沖-紅外法測試?;瘜W(xué)成分的標(biāo)準(zhǔn)偏差S由以下公式計(jì)算:其中Xi是樣品的化學(xué)成;X平均值是樣品n點(diǎn)化學(xué)成分的均值,本發(fā)明n=20。實(shí)施例1采用Φ650mm的圓形石墨電解槽,陽極由四塊石墨板組成,電解質(zhì)中氟化釹為85wt%、氟化鋰為15wt%,陰極為70mm純鐵棒,平均電流強(qiáng)度4500A,陽極電流密度0.8-1.0A/cm2,陰極電流密度6-9A/cm2,電解溫度維持在900-1000℃,連續(xù)電解360小時(shí),消耗氧化釹3033kg,制得釹鐵合金2718kg,平均釹含量為90.9%,電流效率85%,稀土收得率為95%,合金成分結(jié)果見表1。表1釹鐵中間合金成分分析結(jié)果/wt%NdFeCOPSSiMn90.99.750.00850.0094<0.01<0.0050.011<0.005將本實(shí)施例中制備的釹鐵中間合金作為原料,取釹鐵中間合金3kg,配加鐵棒14kg,在30kg中頻真空感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行冶煉,保護(hù)氣體為氬氣,坩堝選用氧化釹坩堝,冶煉后得到的釹鐵成分見表2。表2釹鐵合金成分分析結(jié)果/wt%NdFeCOPSSiMn16.0183.830.00800.0095<0.01<0.0050.008<0.005實(shí)施例2采用Φ650mm的圓形石墨電解槽,陽極由四塊石墨板組成,電解質(zhì)中氟化釹為85wt%、氟化鋰為15wt%,陰極為70mm純鐵棒,平均電流強(qiáng)度4000A,陽極電流密度0.8-1.2A/cm2,陰極電流密度5-8A/cm2,電解溫度維持在950-1050℃,連續(xù)電解240小時(shí),消耗氧化釹1797kg,制得釹鐵合金1710kg,平均釹含量為85.6%,電流效率85%,稀土收得率為95%,合金成分結(jié)果見表3。表3釹鐵中間合金成分分析結(jié)果/wt%NdFeCOPSSiMn85.614.250.00850.0094<0.01<0.0050.012<0.005將本實(shí)施例中制備的釹鐵中間合金作為原料,取釹鐵中間合金4kg,配加鐵棒13.1kg,在30kg中頻真空感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行冶煉,保護(hù)氣體為氬氣,坩堝選用氧化釹坩堝,冶煉后得到的釹鐵成分見表4。表4釹鐵合金成分分析結(jié)果/wt%NdFeCOPSSiMn19.9879.740.00880.0089<0.01<0.0050.004<0.005實(shí)施例3采用Φ400mm的圓形石墨電解槽,陽極由四塊石墨板組成,電解質(zhì)中氟化釹為85wt%、氟化鋰為15wt%,陰極為50mm純鐵棒,平均電流強(qiáng)度3000A,陽極電流密度0.7-1.1A/cm2,陰極電流密度8-12A/cm2,電解溫度維持在950-1050℃,連續(xù)電解150小時(shí),消耗氧化釹842kg,制得釹鐵合金728kg,平均釹含量為94.2%,電流效率85%,稀土收得率為95%,合金成分結(jié)果見表5。表5釹鐵中間合金成分分析結(jié)果/wt%NdFeCOPSSiMn94.25.650.00850.0094<0.01<0.0050.012<0.005將本實(shí)施例中制備的釹鐵中間合金作為原料,取釹鐵中間合金11kg,配加金屬釹1.7kg,在30kg中頻真空感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行冶煉,保護(hù)氣體為氬氣,坩堝選用氧化釹坩堝,冶煉后得到的釹鐵成分見表6。表6釹鐵合金成分分析結(jié)果/wt%NdFeCOPSSiMn94.954.940.00740.0093<0.01<0.0050.003<0.005實(shí)施例4采用Φ650mm的圓形石墨電解槽,陽極由四塊石墨板組成,電解質(zhì)中氟化釹為85wt%、氟化鋰為15wt%,陰極為80mm純鐵棒,平均電流強(qiáng)度5000A,陽極電流密度0.5-1.0A/cm2,陰極電流密度4-7A/cm2,電解溫度維持在1000-1070℃,連續(xù)電解240小時(shí),消耗氧化釹2247kg,制得釹鐵合金2392kg,平均釹含量為76.5%,電流效率85%,稀土收得率為95%,合金成分結(jié)果見表7。表7釹鐵中間合金成分分析結(jié)果/wt%NdFeCOPSSiMn76.523.250.00860.0093<0.01<0.0050.012<0.005將本實(shí)施例中制備的釹鐵中間合金作為原料,取釹鐵中間合金9kg,配加鐵棒14kg,在30kg中頻真空感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行冶煉,保護(hù)氣體為氬氣,坩堝選用氧化釹坩堝,冶煉后得到的釹鐵成分見表8。表8釹鐵合金成分分析結(jié)果/wt%NdFeCOPSSiMn29.969.80.00770.0085<0.01<0.0050.0029<0.005實(shí)施例5采用Φ400mm的圓形石墨電解槽,陽極由四塊石墨板組成,電解質(zhì)中氟化釹為85wt%、氟化鋰為15wt%,陰極為45mm純鐵棒,平均電流強(qiáng)度2800A,陽極電流密度0.5-1.0A/cm2,陰極電流密度7-11A/cm2,電解溫度維持在900-1050℃,連續(xù)電解150小時(shí),消耗氧化釹786kg,制得釹鐵合金711kg,平均釹含量為90%,電流效率85%,稀土收得率95%,合金成分結(jié)果見表9。表9釹鐵中間合金成分分析結(jié)果/wt%NdFeCOPSSiMn90.09.850.00840.0095<0.01<0.0050.011<0.005將本實(shí)施例中制備的釹鐵中間合金作為原料,取釹鐵中間合金7.5kg,配加純鐵棒7.5kg,在30kg中頻真空感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行冶煉,保護(hù)氣體為氬氣,坩堝選用氧化釹坩堝,冶煉后得到的釹鐵成分見表10。表10釹鐵合金成分分析結(jié)果/wt%NdFeCOPSSiMn45.0354.760.00960.0077<0.01<0.0050.010<0.005實(shí)施例6采用Φ700mm的圓形石墨電解槽,陽極由四塊石墨板組成,電解質(zhì)中氟化釹為85wt%、氟化鋰為15wt%,陰極為Ω60mm純鐵棒,平均電流強(qiáng)度6000A,陽極電流密度0.7-1.1A/cm2,陰極電流密度8-12A/cm2,電解溫度維持在950-1050℃,連續(xù)電解480小時(shí),消耗氧化釹5392kg,制得釹鐵合金4662kg,平均釹含量為94.2%,電流效率85%,稀土收得率為95%,合金成分結(jié)果見表11。表11釹鐵中間合金成分分析結(jié)果/wt%NdFeCOPSSiMn94.24.840.00940.0085<0.01<0.0050.014<0.005將本實(shí)施例中制備的釹鐵中間合金作為原料,取釹鐵中間合金9kg,配加鐵棒8kg,在30kg中頻真空感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行冶煉,保護(hù)氣體為氬氣,坩堝選用氧化釹坩堝,冶煉后得到的釹鐵成分見表12。表12釹鐵合金成分分析結(jié)果/wt%NdFeCOPSSiMn49.8249.910.00710.0081<0.01<0.0050.003<0.005實(shí)施例7采用Φ700mm的圓形石墨電解槽,陽極由四塊石墨板組成,電解質(zhì)中氟化釹為85wt%、氟化鋰為15wt%,陰極為75mm純鐵棒,平均電流強(qiáng)度5000A,陽極電流密度0.6-1.0A/cm2,陰極電流密度5-8A/cm2,電解溫度維持在900-1050℃,連續(xù)電解300小時(shí),消耗氧化釹2808kg,制得釹鐵合金3049kg,平均釹含量為75.02%,電流效率85%,稀土收得率為95%,合金成分結(jié)果見表13。表13釹鐵中間合金成分分析結(jié)果/wt%NdFeCOPSSiMn75.0224.840.00750.0084<0.01<0.0050.013<0.005將本實(shí)施例中制備的釹鐵中間合金作為原料,取釹鐵中間合金15kg,配加鐵棒3.6kg,在30kg中頻真空感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行冶煉,保護(hù)氣體為氬氣,坩堝選用氧化釹坩堝,冶煉后得到的釹鐵成分見表14。表14釹鐵合金成分分析結(jié)果/wt%NdFeCOPSSiMn60.0539.770.00700.0086<0.01<0.0050.0034<0.005本發(fā)明所用的術(shù)語是說明和示例性、而非限制性的術(shù)語。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實(shí)施而不脫離發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì),所以應(yīng)當(dāng)理解,上述實(shí)施例不限于任何前述的細(xì)節(jié),而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋,因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨附權(quán)利要求所涵蓋。當(dāng)前第1頁1 2 3