氮化硅釩合金及其生產方法
【專利摘要】本發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，得到了一種產品質量穩定，成本較低，并且可應用于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方法
【技術領域】
[0001]本發明屬鋼鐵微合金化工藝與材料的【技術領域】，更具體的說，本發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方法。
【背景技術】
[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，廣泛應用于生產高強度鋼筋、低合金高強度鋼和管線鋼等。
[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淀強化；(3)鋼的微合金化和扎制技術相輔相成。
[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，大量含釩鋼的工業規模應用數據表明:增加氮含量能提高鋼的屈服強度，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，鋼中增氮后，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。
[0005]1983年錦州鐵合金廠開發了碳氮化釩和氮化釩鐵，用FeV50釩粉進行固態滲氮，較系統地研究了滲氮時氣相中氮的分壓、滲氮溫度、釩粉粒度和滲氮時間的影響，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，用釩粉滲氮生產氮化釩鐵，其典型產品成分為:V:65~67wt%, N:11 ~13%。
[0007]中國發明專利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進行碳化、氮化及燒結反應，一次性獲得氮化釩鐵合金的生產，存在著含氮量波動范圍大，產能低，成本高等問題。
[0008]中國發明專利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。所得產品容易粉化，而且密度相對較低，收得率不穩定。
[0009]此外，現有技術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，并且釩和氮的質量比為3.6~
4.5，其應用于HRB500E鋼筋的生產時，微合金化效果較差。

【發明內容】

[0010]為了解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種氮化硅釩及其生產方法。本發明通過在合金中通過添加和控制合金元素的含量，得到了一種產品質量穩定，成本較低，并且可應用于HRB500E鋼筋微合金化的氮化硅釩合金。
[0011]為了解決上述技術問題并且實現上述發明目的，本發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。
[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。[0014]本發明的第二方面在于提供一種所述氮化硅釩合金的生產方法，其以釩粉、鉻粉、硅粉、錳粉、鐵粉和含碳物質為原料；將上述原料按照質量配比進行配料和混料，然后在高壓反應器中于9~12MPa的氮氣，啟動點火裝置引燃原料進行自蔓延合成反應得到所述的氮化娃鑰;合金。
[0015]其中，所述含碳物質為羥乙基亞氨基二乙酸。 申請人:發現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。
【具體實施方式】
[0016]以下將結合實施例本發明的氮化硅釩及其生產方法做進一步的詳細說明。
[0017]本發明所述的氮化硅釩合金通過自蔓延高溫合成工藝生產，其按照原料準備——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一包裝的工藝步驟制備得到。本發明選擇以粒度為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算配比并混合均勻后，加入高溫自蔓延反應器中，然后在高壓反應器中于9~12MPa的氮氣，啟動點火裝置引燃原料進行自蔓延合成反應得到所述的氮化娃鑰;合金。
[0018]實施例1
[0019]本實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，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的質量比進行配料，并利用高速攪拌機在氮氣保護氣氛下進行混料；然后將混合均勻的原料裝入高溫自蔓延反應器中，裝料量為18.0Kg，將高溫自蔓延反應器抽真空至10_2~10_3Pa，沖入高純氮氣，當氣壓達到IOMPa后點火，保持反應器內壓力在10~12MPa的范圍內，合成時間為30~40min ;反應結束冷卻后出爐,粉碎至10~50mm,即得到本實施例所述的氮化娃鑰;合金。
[0020]實施例2
[0021]本實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，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的質量比進行配料，并利用高速攪拌機在氮氣保護氣氛下進行混料；然后將混合均勻的原料裝入高溫自蔓延反應器中，裝料量為18.0Kg，將高溫自蔓延反應器抽真空至10_2~10_3Pa，沖入高純氮氣，當氣壓達到IOMPa后點火，保持反應器內壓力在10~12MPa的范圍內，合成時間為30~40min ;反應結束冷卻后出爐,粉碎至10~50mm,即得到本實施例所述的氮化娃
鑰;合金。
[0022]實施例3
[0023]本實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,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的質量比進行配料，并利用高速攪拌機在氮氣保護氣氛下進行混料；然后將混合均勻的原料裝入高溫自蔓延反應器中，裝料量為18.0Kg,將高溫自蔓延反應器抽真空至10_2~10_3Pa，沖入高純氮氣，當氣壓達到IOMPa后點火，保持反應器內壓力在10~12MPa的范圍內，合成時間為30~40min ;反應結束冷卻后出爐，粉碎至10~50mm,即得到本實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，密度為4.42g/cm2。
[0026]比較例2 [0027]采用自蔓延高溫反應制備得到的氮化娃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，密度為4.53g/cm2。
[0028]比較例3
[0029]采用自蔓延高溫反應制備得到的氮化娃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，密度為
4.52g/cm2。
[0030]將實施例1-3，比較例1-3所述的氮化硅釩合金生產HRB500鋼筋，進行比較，結果如表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爐內，吹氧熔煉，并加入造渣材料石灰，在轉爐吹氧冶煉7min時，加入還原性氧化鉻球團與還原性氧化錳球團的混合物，頂吹氧氣3min，同時底吹3min，使冶煉終點鋼水中[C] = 0.020-0.22%之間，[Mn]在0.25-0.30%之間，[Cr]在0.60-0.68%之間;在轉爐出鋼前3min內，加入氧化釩球團；吹氧氣3min,同時底吹氣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，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進行鋼水終脫氧；在出鋼過程和鋼水吹氣過程中，通過微波場向鋼包鋼水中吹氮氣，使鋼水中的[N]含量在
0.017-0.020%之間，吹氮氣強度為0.03m3/min.t鋼，吹氮氣時間控制在lOmin。根據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，根據鑄坯尺寸和鋼筋規格設定每個道次的軋制負荷，鋼筋經冷卻后按用戶需求剪切成規定的定尺，檢驗包裝入庫。
[0031]表1
【權利要求】
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.根據權利要求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。
3.根據權利要求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。
4.一種氮化硅釩合金的生產方法，其特征在于:以釩粉、鉻粉、硅粉、錳粉、鐵粉和含碳物質為原料；將上述原料按照質量配比進行配料和混料，然后在高壓反應器中于9~12MPa 的氮氣，啟動點火裝置引燃原料進行自蔓延合成反應得到所述的氮化硅釩合金。
5.根據權利要求4所述的氮化硅釩合金的生產方法，其特征在于:所述含碳物質為碳粉。
6.根據權利要求4所述的氮化硅釩合金的生產方法，其特征在于:所述含碳物質為羥乙基亞氨基二乙酸。
【文檔編號】C22C29/16GK103667847SQ201310679969
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月28日 優先權日:2013年11月28日
【發明者】譚國臣, 張光德, 于成智 申請人:遼寧鑫業新材料有限公司