氮化硅釩鐵合金及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于鐵合金【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種氮化硅釩鐵合金及其生產(chǎn)方法。本發(fā)明提供了一種氮化硅釩鐵合金，由下述重量配比的組分組成：釩25～55wt%、氮11～26wt%、硅8～20wt%、余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明還提供了上述氮化硅釩鐵合金的生產(chǎn)方法，將原料硅釩鐵合金破碎，再將其和氮氣在高溫下合成，冷卻即得氮化硅釩鐵。
【專利說明】氮化硅釩鐵合金及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鐵合金【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種氮化硅釩鐵合金及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼鐵產(chǎn)業(yè)近年來最重要的技術(shù)進步是鋼鐵材料微合金化技術(shù)的開發(fā)與推廣應(yīng)用。常用的微合金化元素有鈮、釩、鈦等。它們通常以碳化物或者氮化物的形式加入，從經(jīng)濟的角度來看，也有采用直接加入娃f凡鐵合金或者氮化娃f凡鐵合金的。
[0003]大量釩氮微合金化鋼鐵工業(yè)規(guī)模應(yīng)用表明:只有釩在鋼材中以有效的化合態(tài)(氮化釩)存在時，才可以最大限度地改善鋼材的機械性能，其根本原因是氮化釩在鋼材的形成過程中經(jīng)歷了溶解、析出的過程，從而實現(xiàn)了對鋼材晶粒的細化、強化作用。因此，改善鋼材中釩的存在形態(tài)，提高鋼材中氮化釩的數(shù)量對改善鋼材的性能具有重要的作用，故增加鋼材中的氮含量具有重要的作用。
[0004]鋼材中增加氮含量比較理想的方式是向鋼液中添加氮化物，如果能夠添加富含氮的微合金氮化物則最好。從富氮的角度來看，氮化硅是不錯的選擇，其氮含量的理論值達到了 40% ;從微合金化元素的角度來看，氮化釩、氮化釩鐵等都是不錯的選擇，但它們最大的問題是富氮程度不足，而釩氮合金則相對較差，除了富氮程度不足之外，還存在表觀密度低、氧含量較高、氮含量不穩(wěn)定等問題。
[0005]鑒于此，如果能夠把氮化釩鐵與氮化硅的優(yōu)點結(jié)合起來，實現(xiàn)富氮程度高、表觀密度大的有機結(jié)合，則是最佳的選擇。因此，冶金學(xué)家開發(fā)出了氮化硅釩鐵。但現(xiàn)有的氮化硅釩鐵由于生產(chǎn)工藝或者原料選擇等，都存在一些不足；釩鐵的生產(chǎn)方法很多，但總體來看無非是硅熱法與鋁熱法兩種，鋁熱法的優(yōu)點是產(chǎn)品含釩量高，缺點是將其中的硅含量當(dāng)成雜質(zhì)來控制，生產(chǎn)成本高；硅熱法的缺點是產(chǎn)品釩含量較低，不能用于生產(chǎn)釩含量很高的釩鐵，但它的最大優(yōu)點是生產(chǎn)成本低；現(xiàn)用的硅熱法生產(chǎn)釩鐵，由于其中第目標(biāo)是為了生產(chǎn)含硅較低的釩鐵，故需要用金屬鋁來部分替代硅作為還原劑，既增加了生產(chǎn)成本，也使過程控制復(fù)雜。如果生產(chǎn)的硅釩鐵具有一定的硅含量，則生產(chǎn)過程可以配加過量的硅來實現(xiàn)，既可以最大限度的提高釩的回收率，也可以降低生產(chǎn)成本。
[0006]中國發(fā)明專利ZL201110000948.3公開了一種氮化硅釩鐵的生產(chǎn)方法，它利用氧化釩或者釩鐵為原料，與硅鐵進行煅燒反應(yīng)制得氮化硅釩鐵產(chǎn)品。利用氧化釩與硅鐵煅燒反應(yīng)在固態(tài)下進行，存在反應(yīng)不徹底、富氮不足、殘氧含量高、表觀密度低、生產(chǎn)原料種類多等問題；利用釩鐵與硅鐵煅燒反應(yīng)在固態(tài)下進行，依然存在前述的問題，但由于用釩鐵為原料，與前者相比，產(chǎn)品質(zhì)量可能稍好，但其生產(chǎn)成本更高。
[0007]中國發(fā)明專利ZL201210433086.8公開了一種氮化硅釩鐵的生產(chǎn)方法，它利用釩鐵為原料，與硅鐵進行煅燒反應(yīng)制備氮化硅釩鐵產(chǎn)品，但依然存在反應(yīng)原料種類多、成分均應(yīng)性差等問題，生產(chǎn)成本較高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明的目的在于提供了一種氮化硅釩鐵合金及其生產(chǎn)方法。該方法采用硅釩鐵合金為原料來制備氮化硅釩鐵合金，制備出了成分均勻、富氮程度高、表觀密度大的氮化硅鑰;鐵合金。
[0009]本發(fā)明所解決的第一個技術(shù)問題是提供了氮化硅釩鐵合金。該氮化硅釩鐵合金由下述重量配比的組分組成:鑰;25~55wt%、氮11~26wt%、娃8~20wt%、余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
[0010]優(yōu)選的，上述氮化硅釩鐵合金，由下述重量配比的組分組成:釩25~55wt%、氮11~26wt%、硅8~20wt%、余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)；氮與釩的摩爾比為1.5~1.9，表觀密度為5~6g/cm3。
[0011]本發(fā)明解決的第二個技術(shù)問題是提供上述氮化硅釩鐵合金的生產(chǎn)方法。該方法包括以下步驟:將硅釩鐵合金破碎后裝入高壓反應(yīng)器中，抽真空后充入氮氣，點火，保持壓力為6~12Mpa進行反應(yīng)，反應(yīng)完成后在氮氣條件下冷卻即可。
[0012]優(yōu)選的，上述生產(chǎn)方法中，所述硅釩鐵合金由下述重量配比的組分組成:釩30~65wt%、硅10~25wt%、余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
[0013]優(yōu)選的，上述生產(chǎn)方法中，硅釩鐵合金破碎后的粒度為-100目~-140目。
[0014]進一步，優(yōu)選的，上述生產(chǎn)方法中，硅釩鐵合金破碎后的粒度為-120目~-140目。
[0015]優(yōu)選的，上述生產(chǎn)方法中，抽至真空壓力為10_2Pa充入氮氣。
[0016]優(yōu)選的，上述生產(chǎn)方法中，當(dāng)壓力到達6Mpa時點火。
[0017]優(yōu)選的，上述生產(chǎn)方法中，所述氮氣純度為99.9~99.999%。
[0018]優(yōu)選的，上述生產(chǎn)方法中，所述氮氣純度為99.999%。
[0019]本發(fā)明直接采用外購的設(shè)定成分組成的硅釩鐵合金為原料，與氮氣反應(yīng)得到氮化硅釩鐵合金，工藝簡單，原料種類少；生產(chǎn)組織、管理簡單，費用低；產(chǎn)品質(zhì)量好，成分均勻。由于避免了硅鐵的研磨破碎與分析，也避免了釩鐵與硅鐵的配料與配料等問題，生產(chǎn)工藝簡單，避免了因為混料不均勻、計算不準(zhǔn)確帶來的產(chǎn)品成分不均勻等問題；由于本身成分均勻，燃燒合金過程只需要完成反應(yīng)即可，對本過程的均勻化要求低，控制難度小。
【具體實施方式】
[0020]氮化娃鑰;鐵合金，由下述重量配比的組分組成:鑰;25~55wt%、氮11~26wt%、娃8~20wt%、余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
[0021]進一步的，為了使氮化硅釩鐵取得最佳的使用效果，要滿足內(nèi)因和外因兩個條件，內(nèi)因是氮釩的摩爾比，外因是產(chǎn)品的表觀密度。所以，優(yōu)選的，上述氮化硅釩鐵合金，由下述重量配比的組分組成:釩25~55wt%、氮11~26wt%、硅8~20wt%、余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)；氮與釩的摩爾比為1.5~1.9，表觀密度為5~6g/cm3。
[0022]上述氮化硅釩鐵合金的生產(chǎn)方法，包括以下步驟:將-100目~-140目的硅釩鐵合金裝入高壓反應(yīng)器中，抽真空至10_2Pa后充入純度為99.9~99.999%的高純氮氣，當(dāng)壓力達到6Mpa時啟動點火裝置引燃原料,保持壓力為6~12Mpa進行合成反應(yīng),反應(yīng)完成后在氮氣條件下冷卻即可。
[0023]本發(fā)明通過氮氣的壓力來控制氮氣是否充足，如果氮氣低于下限，可以進一步通入氮氣，具體操作過程中可根據(jù)硅釩鐵合金消耗氮氣的量導(dǎo)致反應(yīng)器中壓力的變化來控制是否補充氮氣。
[0024]本發(fā)明原料硅釩鐵合金的量可根據(jù)實際情況(如反應(yīng)器的大小等)來添加，原料消耗了氮氣，為了保證充分反應(yīng)，可以繼續(xù)通入氮氣，而不因此將原料硅釩鐵合金的添加量控制在某個范圍或固定值。
[0025]本發(fā)明所得到的氮化硅釩鐵合金具有設(shè)定的氮釩摩爾比以及較高的表觀密度，由下述重量配比的組分組成:鑰;25~55wt%、氮11~26wt%、娃8~20wt%、余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
[0026]實施例1
[0027]取含釩30wt%、含硅10wt%的硅釩鐵合金，研磨到全部通過-100目，然后送入高溫自蔓延反應(yīng)器中，將反應(yīng)器抽真空到10_2Pa，充入純度99.9%高純氮氣，待容器內(nèi)壓力達到6MPa后點火，保持容器內(nèi)壓力6~12MPa，反應(yīng)30min后結(jié)束，繼續(xù)充入氮氣冷卻15min后出爐，取樣檢測其成分為:25.2wt%V、8.7wt%S1、13.lwt%N，表觀密度為5.3g/cm3，氮釩摩爾比為1.89。
[0028]實施例2
[0029]取含鑰;45wt%、含娃15wt%的娃鑰；鐵合金,研磨到全部通過-120目，然后送入高溫自蔓延反應(yīng)器中，將反應(yīng)器抽真空到10_2Pa，充入純度99.99%高純氮氣，待容器內(nèi)壓力達到6MPa后點火，保持容器內(nèi)壓力6~12MPa，反應(yīng)45min后結(jié)束；繼續(xù)充入氮氣冷卻15min后出爐，取樣檢測其成分為:35.7wt%V、ll.9wt%S1、18.3wt%N，表觀密度為5.8g/cm3，氮釩摩爾比為1.87。
[0030]實施例3
[0031]取含釩60wt%、含硅20wt%的硅釩鐵合金，研磨到全部通過-140目，然后送入高溫自蔓延反應(yīng)器中，將反應(yīng)器抽真空到10_2Pa，充入純度99.999%高純氮氣；待容器內(nèi)壓力達到6MPa后點火，保持容器內(nèi)壓力6~12MPa，反應(yīng)35min后結(jié)束，繼續(xù)充入氮氣冷卻15min后出爐，取樣檢測其成分為:45.7wt%V、15.6wt%S1、23.lwt%N，表觀密度為5.4g/cm3，氮釩摩爾比為1.84。
[0032]實施例4
[0033]取含釩65wt%、 含硅15wt%的硅釩鐵合金，研磨到全部通過-120目，然后送入高溫自蔓延反應(yīng)器中，將反應(yīng)器抽真空到10_2Pa，充入純度99.99%高純氮氣，待容器內(nèi)壓力達到6MPa后點火，保持容器內(nèi)壓力6~12MPa，反應(yīng)40min后結(jié)束，繼續(xù)充入氮氣冷卻15min后出爐，取樣檢測其成分為:50.8wt%V、ll.7wt%S1、21.8wt%N，表觀密度為5.lg/cm3，氮釩摩爾比為1.56。
【權(quán)利要求】
1.氮化硅釩鐵合金，其特征在于:由下述重量配比的組分組成:釩25~55wt%、氮11~26wt%、硅8~20wt%、余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化硅釩鐵合金，其特征在于:氮與釩的摩爾比為1.5~1.9，表觀密度為5~6g/cm3。
3. 權(quán)利要求1或2所述的氮化硅釩鐵合金的生產(chǎn)方法，其特征在于:包括以下步驟:將硅釩鐵合金破碎后裝入高壓反應(yīng)器中，抽真空后充入氮氣，點火，保持壓力為6~12Mpa進行反應(yīng)，反應(yīng)完成后在氮氣條件下冷卻即可。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的氮化硅釩鐵合金的生產(chǎn)方法，其特征在于:步驟a中，所述硅釩鐵合金由下述重量配比的組分組成:釩30~65wt%、硅10~25wt%、余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氮化硅釩鐵合金的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述硅釩鐵合金破碎后粒度為-100目~-140目。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氮化硅釩鐵合金的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述硅釩鐵合金破碎后粒度為-120目~-140目。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氮化硅釩鐵合金的生產(chǎn)方法，其特征在于:抽至真空壓力為10_2Pa充入氮氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氮化硅釩鐵合金的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述點火為當(dāng)壓力到達6Mpa時點火。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氮化硅釩鐵合金的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述氮氣純度為99.9 ~99.999%。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氮化硅釩鐵合金的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述氮氣純度為99.999%。
【文檔編號】C22C29/16GK103526098SQ201310475963
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】陳守均, 陳守俊 申請人:攀枝花市仁通釩業(yè)有限公司