專利名稱：一種微波燒結制備中、低炭氮化錳鐵的方法
技術領域：
本發明公開了一種微波燒結制備中、低炭氮化錳鐵的方法，屬于鐵合金制備技術領域。
背景技術：
氮化錳鐵是生產特殊合金鋼、不銹鋼以及汽車、造船、航空工業材料必不可少的合金劑。能提高鋼的強度和塑性，氮是屬于擴大奧氏體區的元素，因此，錳和氮可代替不銹鋼
中許多鋼號里的鎳，而鎳是一種稀有貴重金屬，例如CrMnN不銹鋼中含NO. 5%—O. 6%，石油和天然氣管道鋼中含NO. 05%—O. 1%。傳統的氮化錳鐵的生產方法是用固態粉未狀中低炭錳鐵在密閉的真空電阻爐內加熱后進行充氮氣操作，使粉未中低炭錳鐵與氮氣充分接觸而被氮化。錳合金在固態下與氮互相作用能生成一系列氮化物。這些氮化物的穩定性隨溫度的升高而降低，直至分解。因此氮化錳鐵生產過程中氮化溫度的控制十分重要。固態充氮時由于受到擴散的限制，氮化速度很慢，因而氮化時間較長。一般是將80目以下的中低炭粉未，在密閉容器內氮氣氛和650-1120°C的溫度下，氮化4-8小時，可得到含氮3-5%的氮化錳鐵，傳統的中低炭氮化錳鐵生產工藝過程為80目以下的固態中低炭錳鐵一加水玻璃(或腐植酸等)一壓球一烘干一裝入爐內進行氮化。氮化前使爐內真空度達到O. 5mm汞柱后送電，溫度逐漸升高至900-1100°C時充入氮氣，在該溫度及爐內為一個大氣壓保持1-1. 5小時后停電，自然冷卻至400-500°C出爐。傳統中低炭氮化錳鐵生產方法熔煉一噸氮化錳鐵需2300-2500度電能，生產含氮
3-5%的中低炭錳鐵需消耗O. 98-1. 02噸中低炭錳鐵，錳的回收率為95-96%，一臺功率1500W的真空電阻爐日產800Kg。傳統生產工藝的主要缺點I、電耗高，每噸產品電能消耗在2300KW以上，此外由于我國的電價上升較快，占產品的生產成本的比例越來越高，產品無生產利潤；2、由于原料粒度控制80目以下，壓球后的原料氣孔率偏低(小于20%)，氮氣滲入速度和滲入量受到制約；3、氮產品含氮量較低，成分偏析大由于傳統設備加熱方式的缺陷，爐內的中低炭錳鐵壓塊表面至心部存在較大的溫度梯度，當爐內溫度為1000-1100°c時，中低炭錳鐵壓塊表面開始出現局部熔融狀態，而心部溫度卻低于最佳氮化溫度，一方面，使產品中表面氮含量較高；另一方面，中低炭錳鐵壓塊表面局部熔融狀態，阻礙了氮氣充分滲透到壓塊內部，致使產品內部含氮量低；當爐內溫度低于1000°c時，中低炭錳鐵壓塊整體溫度較低，產品的氮化速度明顯下降，產量很低，采用傳統方式生產，產品含氮量為3-5%，并且成分偏析大。4、產量低傳統生產方式由于工藝和設備的原因，生產時氮化時間長,一臺功率為1500KW的電爐，日產800Kg，產量偏低，生產效益不能有效發揮，產品難以滿足市場需求。

發明內容
本發明的目的在于克服現有技術之不足而提供一種工藝合理，操作方便，生產周期短，能耗低，制備的低炭氮化錳鐵含氮量高、氮在基體金屬中分布均勻的微波燒結制備中、低炭氮化錳鐵的方法。本發明一種微波燒結制備中、低炭氮化錳鐵的方法，包括下述步驟第一步制坯取粒度為40-60目占25%和60-80目占75%的中低碳錳鐵粉末，添加占中低碳錳鐵粉末質量8-10%的粘接劑，混合均勻后，在50-60公斤的壓力下壓制成料坯；將所得料坯干燥至水份重量含量小于等于3%，備用； 第二步滲氮將第一步所得料坯置于微波爐中，加熱至350-400°C，然后，向微波爐中充入氮氣，維持爐內氮氣壓力在O. 8-1.8Kg/cm2，并控制微波爐以5-10°C /每分鐘的升溫速度繼續升溫至880°C -1000°C，保溫55-65分鐘，保持爐內氮氣流動氣氛，隨爐冷卻至400-500°C出爐空冷；得到中低炭氮化錳鐵。本發明一種微波燒結制備中、低炭氮化錳鐵的方法，所述粘接劑為腐植酸或水玻
3 ο本發明一種微波燒結制備中、低炭氮化錳鐵的方法，料坯壓制采用壓球機或壓磚機；所述料還形狀為塊狀或球狀。本發明一種微波燒結制備中、低炭氮化錳鐵的方法，所述氮氣中含氮質量百分濃度99. 9%以上。本發明一種微波燒結制備中、低炭氮化錳鐵的方法，所述中低炭氮化錳鐵含氮量為 4-7. 5%ο本發明一種微波燒結制備中、低炭氮化錳鐵的方法，所述中低炭錳鐵選自FeMn88C0. 2、FeMn84C0. 4、FeMn84C0. 7 中的至少一種低炭錳鐵或選自 FeMn82Cl. O、FeMn82Cl. 5、FeMn82C2. O中的至少一種中炭錳鐵。本發明一種微波燒結制備中、低炭氮化錳鐵的方法，所述微波爐功率為700-3000KW。本發明由于采用上述工藝方法，采用微波加熱低碳錳鐵料坯，利用了微波的體積加熱以及微波發射功率可以精確控制的特點，使被加熱的低碳錳鐵料坯溫度均勻性好，表面與心部溫度基本一致，溫度控制精度高，表面與心部溫度均處于最佳滲氮溫度范圍 ’另夕卜，通過控制料坯的壓制壓力以及粘接劑的用量，可以保證料坯基體具有一定的孔隙度，有利于氮氣滲透進入料坯基體中，此外在原料制備過程中，將粒度控制在40-60目占25%，60-80目占75%，壓球后的氣孔率有所增加，氣孔率由原來的不足20%增加到25%以上，使氮氣滲入速度和滲入量明顯增加，新型微波爐氮化錳鐵工藝，主要通過微波爐均勻對爐內物料進行加熱，使爐內物料溫度達到950左右，氮氣快速擴散進入爐內物料中與中低碳錳鐵結合，形成氮化錳鐵，由于微波爐加熱設備能精準地控制爐內溫度和升溫速度，特別是在爐內沒有溫度差，物料內外溫度均勻，在控制爐內溫度保證爐內物料不融化的前提下，氮氣能通過孔隙充分與物料結合成氮化物，氮化物的含氮量很均勻，無明顯的偏析現象。一臺功率3000KW的新型微波爐日產大約3噸，產品質量均勻穩定，無明顯的偏析現象。產品的氮含量可控制在4-7. 5%。每噸產品的氮氣消耗為95-105Kg，單位產品電耗為1700-1900Kffh/ 噸產品。本發明與現有技術相比，具有以下優點I、制備的中低炭氮化錳鐵的含氮量均勻，無明顯的偏析現象。2、生產周期短，能耗低。3、制備的中低炭氮化錳鐵產品的含氮量可達到7%，同功率的設備日產量是原來的
4-5 倍。
具體實施例方式實施例I原料為中碳猛鐵,具體組分含量為
組分MnI-C~S~P
含量 ％ww 80 21757003OU取粒度控制在40-60目占25%，60-80目占75%的中碳錳鐵粉末，添加占中低碳錳鐵粉末質量9%的腐殖酸，混合均勻后，在50公斤的壓力下壓制成料坯；將所得料坯干燥至水份重量含量小于等于3%，然后，取400公斤料坯置于功率為700KWd的微波爐中，加熱至350°C后，向微波爐中充入含氮質量百分濃度99. 9%以上的氮氣，維持爐內氮氣壓力在
0.8-1. OKg/cm2,并控制微波爐以5°C /每分鐘的升溫速度繼續升溫至880°C，保溫65分鐘，隨爐冷卻至450°C后出爐空冷，冷卻時，保持氮氣流動氣氛直至物料冷卻到室溫；得到中炭氮化錳鐵406公斤。本實施例制備的中炭氮化錳鐵中，氮含量為4%，料坯入爐至出爐總時間為2. I小時，耗電量為750度，每噸產品電耗為1847度/噸，錳的回收率為96. 8% ；實施例2原料為低碳猛鐵,具體組分含量為
組分MnI-C~S~P
含量 ％ww 8404003an取粒度控制在40-60目占25%，60-80目占75%的低碳錳鐵粉末，添加占低低碳錳鐵粉末質量9%的腐殖酸，混合均勻后，在55公斤的壓力下壓制成料坯；將所得料坯干燥至水份重量含量小于等于3%,然后，取600公斤料還置于功率為1500KWd的微波爐中，加熱至350°C后，向微波爐中充入含氮質量百分濃度99. 9%以上的氮氣，維持爐內氮氣壓力在
1.3-1. 5Kg/cm2,并控制微波爐以7V /每分鐘的升溫速度繼續升溫至950°C，保溫60分鐘，隨爐冷卻至450°C后出爐空冷，冷卻時，保持氮氣流動氣氛直至物料冷卻到室溫；得到低炭氮化錳鐵624公斤。
本實施例制備的低炭氮化錳鐵中，氮含量為7. 5%，料坯入爐至出爐總時間為2. 5小時，耗電量為1150度，每噸產品電耗為1842度/噸，錳的回收率為97. 2% ；實施例3原料為低碳猛鐵，具體組分含量為
權利要求
1.一種微波燒結制備中、低炭氮化錳鐵的方法，包括下述步驟 第一步制坯 取粒度為40-60目占25%和60-80目占75%的中低碳錳鐵粉末，添加占中低碳錳鐵粉末質量8-10%的粘接劑，混合均勻后，在50-60公斤的壓力下壓制成料坯；將所得料坯干燥至水份重量含量小于等于3%，備用； 第二步滲氮 將第一步所得料坯置于微波爐中，加熱至350-400°C，然后，向微波爐中充入氮氣，維持爐內氮氣壓力在O. 8-1.8Kg/cm2，并控制微波爐以5-10°C /每分鐘的升溫速度繼續升溫至8800C -1000°C，保溫55-65分鐘，保持爐內氮氣流動氣氛，隨爐冷卻至400-500°C出爐空冷；得到中低炭氮化錳鐵。
2.根據權利要求I所述的一種微波燒結制備中、低炭氮化錳鐵的方法，其特征在于所述粘接劑為腐植酸或水玻璃。
3.根據權利要求2所述的一種微波燒結制備中、低炭氮化錳鐵的方法，其特征在于料坯壓制采用壓球機或壓磚機；所述料坯形狀為塊狀或球狀。
4.根據權利要求3所述的一種微波燒結制備中、低炭氮化錳鐵的方法，其特征在于所述氮氣中含氮質量百分濃度99. 9%以上。
5.根據權利要求4所述的一種微波燒結制備中、低炭氮化錳鐵的方法，其特征在于所述中低炭氮化錳鐵含氮量為4-7. 5%。
6.根據權利要求5所述的一種微波燒結制備中、低炭氮化錳鐵的方法，其特征在于所述中低炭錳鐵選自FeMn88C0. 2、FeMn84C0. 4、FeMn84C0. 7中的至少一種低炭錳鐵或選自FeMn82Cl. 0、FeMn82Cl. 5、FeMn82C2. O 中的至少一種中炭錳鐵。
7.根據權利要求6所述的一種微波燒結制備中、低炭氮化錳鐵的方法，其特征在于所述微波爐功率為700-3000KW。
全文摘要
一種微波燒結制備中、低炭氮化錳鐵的方法，是取粒度為40-60目占25%和60-80目占75%的中低碳錳鐵粉末，添加占其質量8-10%的粘接劑，混合均勻后，在50-60公斤的壓力下壓制成料坯并干燥至水份重量含量小于等于3%，然后，置于微波爐中，加熱至350-400℃后，向微波爐中充入氮氣，并以5-10℃/每分鐘的升溫速度繼續升溫至880℃-1000℃，保溫后，隨爐冷卻至400-500℃出爐空冷；得到中低炭氮化錳鐵。本發明工藝合理，操作方便，生產周期短，能耗低，制備的低炭氮化錳鐵含氮量高、氮在基體金屬中分布均勻。適于工業化應用。
文檔編號C22C33/02GK102776432SQ20121026632
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月30日 優先權日2012年7月30日
發明者劉孟科 申請人:五礦(湖南)鐵合金有限責任公司