專利名稱：含鈦的碳氮釩合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼水添加劑領(lǐng)域，特別涉及一種鋼水中需要添加的含鈦的碳氮釩合金及 其制備方法。
背景技術(shù)：
工業(yè)中往往需要向鋼水中加入微量合金化元素，如硅、錳、鉻、鎳、鉬、鴇、釩， 鈦，鈮、硼、鋁等，以提高鋼材的韌性、延展性、硬度以及抗熱疲勞性等綜合機(jī)械性能 和耐腐蝕能力，其中釩、鈦是較為常用的添加元素之一。
研究表明，在鋼中添加釩、鈦微量元素具有以下功效釩可以無限量固溶入鐵中， 并可阻止奧氏體晶粒的長大及脫酸除氧，此外釩還有助于提高鋼的淬火溫度，細(xì)化鋼的 結(jié)晶組織；而添加微量的鈦元素能提高鋼抗高溫、高壓H2、 N2、 NH3等氣體的腐蝕能 力，與其它元素配合使用還能提高鋼抗海水及H2S腐蝕的能力，另外鈦極易與鋼中的碳 或氮結(jié)合而生成碳化鈦、氮化鈦或碳氮化鈦，這些相易彌散分布于鋼中，增加了鋼的強(qiáng) 度和韌性，還可以防止合金鋼由高溫緩冷時的脆化現(xiàn)象。
在鋼中引入釩，現(xiàn)有工藝通常是以釩鐵或釩氮合金的形式添加，在鋼中引入鈦，現(xiàn) 有工藝主要以鈦或鈦鐵的形式添加，即釩和鈦是分別以不同形式的添加劑進(jìn)入鋼水的， 這樣不僅增大了合金鋼的成本，增加了添加劑的加入工序，而且不利于均衡利用釩鈦資 源，因為鈦相對與釩，資源更為豐富，成本也相對低廉。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種含鈦的碳氮釩合金及其制備方 法，將此種含鈦的碳氮釩合金作為鋼水添加劑，能同時向鋼水中引入釩和鈦兩種元素， 既有利于降低鋼的生產(chǎn)成本，減少添加劑的添加工序，又有利于均衡利用釩鈦資源。
本發(fā)明所述含鈦的碳氮釩合金，其組分及各組分的重量百分?jǐn)?shù)為釩55 80%，鈦 0.1 20%，碳0.1 10%，氮8 20%，密度強(qiáng)化劑0.1 5%。表觀密度為3000kg/m3 4500kg/m3。
上述含鈦的碳氮釩合金中，所述密度強(qiáng)化劑至少為Fe、 Co、 Ni、 Cr中的一種。 上述含鈦的碳氮釩合金中，釩、鈦的存在形式至少為(TixVk)(Cy,N!.y)、 1"<^凡-》+
V(Cy，Ni.y)、 V(Cy凡.y)+TiN、 V(Cy,N, .y)+TiC 、 Ti(Cy,N!-y)+VCz、 Ti(Cy,N!-y)+VN中一種，
所述分子式中，0<x<l，0<y<l， 0<Z^1。本發(fā)明所述含鈦的碳氮釩合金的制備，根據(jù)使用原料的不同，有以下兩種方法-第一種方法的工藝步驟如下
(1) 配料
按上述含鈦的碳氮釩合金所要求釩、鈦、碳和密度強(qiáng)化劑的重量百分?jǐn)?shù)計算和稱量 粉狀含釩基料、粉狀含鈦輔料、粉狀碳質(zhì)還原劑和粉狀密度強(qiáng)化劑；
(2) 混合與成型
將步驟(1)配好的含釩基料、含鈦輔料、碳質(zhì)還原劑和密度強(qiáng)化劑進(jìn)行球磨，球 磨時間以所述原料混合均勻為限，然后將上述混合料壓制成型或烘干后壓制成型，形成 壓坯；
(3) 燒結(jié)
將步驟(2)制備的壓坯置于還原反應(yīng)爐中加熱燒結(jié)，在溫度低于65(TC的任一溫度 向還原反應(yīng)爐中通入氮氣或氨氣或其混合氣體，當(dāng)溫度達(dá)到65(TC時保溫1小時 3小 時，然后再加熱到100(TC 140(TC保溫1小時 5小時，保溫結(jié)束后隨爐冷卻至IO(TC以 下出爐，即得到含鈦的碳氮釩合金。
上述方法中，所述含釩基料至少為V205、 V203、偏釩酸、偏釩酸銨、多聚釩酸銨 中的一種，所述的含鈦輔料至少為二氧化鈦、偏鈦酸中的一種，所述碳質(zhì)還原劑至少為 碳黑、活性炭、石墨、木炭粉中的一種，所述密度強(qiáng)化劑至少為Fe、 Co、 Ni、 G及其 氧化物中的一種。
上述方法中，還原反應(yīng)爐為碳管爐或感應(yīng)爐或微波燒結(jié)爐或管式爐或回轉(zhuǎn)爐或豎爐 或搖爐或推板窯或隧道窯。
第二種方法的工藝步驟如下
(1) 配料
按上述含鈦的碳氮釩合金所要求釩、鈦和密度強(qiáng)化劑的重量百分?jǐn)?shù)計算和稱量粉狀 含釩基料、粉狀含鈦輔料和粉狀密度強(qiáng)化劑；
(2) 混合與成型
將步驟(1)配好的含釩基料、含鈦輔料和密度強(qiáng)化劑進(jìn)行球磨，球磨時間以所述 原料混合均勻為限，然后將上述混合料壓制成型或烘干后壓制成型，形成壓坯；
(3) 燒結(jié)
將步驟(2)制備的壓坯置于熱處理爐中，在真空條件下或在氮氣或氬氣或氫氣的 保護(hù)氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)溫度1000°C~1400°C，保溫時間1小時 5小時，保溫結(jié)束后隨 爐冷卻至10(TC以下出爐，即得到含鈦的碳氮釩合金。
5上述方法中，所述含釩基料至少為VCX、 VN、 V(CxN^)中的一種，VCx中，xSl， V(CxNlx)中，x<1;所述含鈦輔料至少為TiC、 TiN、 Ti(CxN^)中的一種，Ti(CxNi.x)中， x<l;所述密度強(qiáng)化劑至少為Fe、 Co、 Ni、 Cr及其氧化物中的一種。
上述方法中，所述熱處理爐為真空管式爐或感應(yīng)加熱爐或微波燒結(jié)爐或管式爐或回 轉(zhuǎn)爐或豎爐或搖爐或推板窯或隧道窯或馬弗爐。
本發(fā)明具有以下有益效果
1、 本發(fā)明所述含鈦的碳氮釩合金作為鋼水添加劑，能同時向鋼水中引入釩和鈦兩 種元素，為解決鋼水中釩和鈦的添加提供了一種不同構(gòu)思的技術(shù)方案，同時有利于均衡 利用釩鈦資源。
2、 使用本發(fā)明所述含鈦的碳氮釩合金，可降低鋼的生產(chǎn)成本，減少添加劑的添加工序。
3、 本發(fā)明所方法原料來源廣、價格低，可一次完成碳化、氮化反應(yīng)，生產(chǎn)效率高， 適合工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實施例方式
下面以實施例的方式對本發(fā)明所述含鈦的碳氮釩合金及其制備方法作進(jìn)一步說明。 下述實施例中，所用壓機(jī)為液壓機(jī)。 實施例l
將67.3gV20s、 20.7gTiO2、 32.6g活性炭和2.86g三氧化二鐵粉進(jìn)行滾動球磨，球料 比10:1，球磨時間以粉料混合均勻為限(約10小時)，然后將混合均勻的粉料用壓機(jī) 壓制成型，壓坯尺寸為0>10 mm" mm 。將壓坯放入碳管爐或感應(yīng)爐中進(jìn)行加熱，在 35(TC通入高純氮氣，氮氣壓力為101325Pa;當(dāng)溫度達(dá)到650。C時保溫1小時，然后再 加熱到1300'C保溫4小時發(fā)生碳化和氮化反應(yīng)，保溫結(jié)束后隨爐冷卻到100'C以下出爐， 即得到含鈦的碳氮機(jī)合金，其組分及各組分的重量百分?jǐn)?shù)為釩57.5%、鈦19 %、碳 5.5%、氮15%、鐵3%,其表觀密度3300kg/m3。
實施例2
將65.2gV203、 10.4gTiO2、 22.4g木炭和3gCo粉進(jìn)行高能球磨，球料比10:1，球 磨介質(zhì)為無水乙醇，球磨時間以粉料混合均勻為限(約24小時)，然后將混合均勻的粉 料在100。C以下烘干后用壓機(jī)壓制成型，壓坯尺寸為015 mmxl0mm。將壓坯放入管式 爐或回轉(zhuǎn)爐或隧道窯中進(jìn)行加熱，在25(TC通入高純氨氣，氨氣壓力為101325Pa;當(dāng)溫 度達(dá)到65(TC保溫1小時，然后加熱至120(TC保溫3小時發(fā)生碳化和氮化反應(yīng)，保溫結(jié)束后隨爐冷卻到IO(TC以下出爐，即得到的含鈦的碳氮釩合金，其組分及各組分的重量 百分?jǐn)?shù)為釩66.2%、鈦9.3%、碳5.3%、氮14.7%、鈷4.5%,其表觀密度4210kg/m3。 實施例3
將86.4gV205、 4gTi02、 32.2g石墨和lgNi粉進(jìn)行滾動球磨，球料比10 : 1，球磨介 質(zhì)為無水乙醇，球磨時間以粉料混合均勻為限(約48小時)，然后將混合均勻的粉料在 IO(TC以下烘干后用壓機(jī)壓制成型，壓坯尺寸為O10mmxl0mm。將壓坯放入豎爐或搖爐 中進(jìn)行加熱，在250'C通入高純氮氣和氨氣(氮氣與氨氣的體積比為1:1)，壓力為 101325Pa;當(dāng)溫度達(dá)到65(TC保溫3小時；然后加熱至135(TC保溫3.5小時發(fā)生碳化和 氮化反應(yīng)，保溫結(jié)束后隨爐冷卻至10(TC以下出爐，即得到含鈦的碳氮釩合金，其組分 及各組分的重量百分?jǐn)?shù)為釩73.9%、鈦3.8%、碳3.7%、氮17.1%、鎳1.5%，其表觀 密度3160kg/m3。
實施例4
將711.6gV203、 40gTiO2、 243g碳黑和15g鐵粉、15gNi粉進(jìn)行滾動球磨，球料比 10: 1，球磨介質(zhì)為無水乙醇，球磨時間以粉料混合均勻為限(約24小時)，然后將混 合均勻的粉料在10(TC以下烘干后用壓機(jī)壓制成型，壓坯尺寸為(D35mmx20mm。將壓 坯放入推板窯中進(jìn)行加熱，在40(TC通入高純氮氣，氮氣流量為lL/min,當(dāng)溫度達(dá)到650 'C保溫1小時；然后加熱至140(TC保溫1小時發(fā)生碳化和氮化反應(yīng)，保溫結(jié)束后隨爐冷 卻至10(TC以下出爐，即得到含鈦的碳氮釩合金，其組分及各組分的重量百分?jǐn)?shù)為釩 72.4%、鈦3.6%、碳9%、氮10.5%、鐵2.25%、鎳2.25%，其表觀密度3830kg/m3。
實施例5
將105.2gNH4V03、9.79g偏鈦酸、33g石墨和2gCr粉進(jìn)行滾動球磨，球料比10 : 1， 球磨介質(zhì)為無水乙醇，球磨時間以粉料混合均勻為限(約24小時)，然后將混合均勻的 粉料在10(TC以下烘干后用壓機(jī)壓制成型，壓坯尺寸為0)10mmx5mm。將壓坯放入微波 燒結(jié)爐中進(jìn)行加熱，在35(TC通入高純氮氣，氮氣壓力為101325Pa,當(dāng)溫度達(dá)到65(TC 保溫2小時，然后加熱至1150'C保溫5小時發(fā)生碳化和氮化反應(yīng)，保溫結(jié)束后隨爐冷卻 至10(TC以下出爐，即得到含鈦的碳氮釩合金，其組分及各組分的重量百分?jǐn)?shù)為釩 69.4%、鈦7.3%、碳5.5%、氮14.8%、鉻3.0%，其表現(xiàn)密度3200kg/m3。
實施例6
將64.5g V (Q)2，No.8)、 2gTiC、 2gTi (Co.3，No.7)和3g鐵粉進(jìn)行滾動球磨，球料比io: i,球磨介質(zhì)為無水乙醇，球磨時間以粉料混合均勻為限(約60分鐘)，然后將混
合均勻的粉料在10(TC以下烘干后用壓機(jī)壓制成型，壓坯尺寸為(D10mmx5mm。將壓坯 放入真空管式爐或感應(yīng)加熱爐或微波燒結(jié)爐中，抽真空至7X10'3Pa，在真空條件下加 熱到1150'C保溫3.5小時，保溫結(jié)束后隨爐冷卻至IO(TC以下出爐，即得到含鈦的碳氮 釩合金，其組分及各組分的重量百分?jǐn)?shù)為釩71.20%、鈦4.4%、碳4.1%、氮16.1%、 鐵4.2%，其表觀密度3950kg/m3。 實施例7
將64.9gVN、 3gTiC和lgNi粉、lgCo粉進(jìn)行滾動球磨，球料比10 : 1，球磨介質(zhì) 為無水乙醇，球磨時間以粉料混合均勻為限(約5個小時)，然后將混合均勻的粉料在 IOO'C以下烘干后用壓機(jī)壓制成型，壓坯尺寸為OlOmmxlO mm。將壓坯放入搖爐或推 板窯或隧道窯中，通入500ml/min的高純流動氬氣，加熱至135(TC保溫1.5小時，保溫 結(jié)束后隨爐冷卻至IO(TC以下出爐，即得到含鈦的碳氮釩合金，其組分及各組分的重量 百分?jǐn)?shù)為釩72.8%、鈦3.4%、碳0.9%、氮20%、鎳1.45%、鈷1.45%，其表觀密度 3640kg/m3。 實施例8
將62.9gVC、 0.5gTiN、 64.9g VN和0.5g Fe203進(jìn)行滾動球磨，球料比10 : 1，球磨 時間以粉料混合均勻為限(約2個小時)，然后將混合均勻的粉料用壓機(jī)壓制成型，壓 坯尺寸為010mmx5 mm。將壓坯放入管式爐或回轉(zhuǎn)爐或豎爐或馬弗爐中，通入高純氫 氣保護(hù)氣體至101325Pa，加熱至120(TC保溫3小時，保溫結(jié)束后隨爐冷卻至IO(TC以下 出爐，即得到含鈦的碳氮釩合金，其組分及各組分的重量百分?jǐn)?shù)為釩79.1%、鈦0.3%、 碳9.3%、氮11%、鐵0.3%，其表觀密度3200kg/m3。
權(quán)利要求
1、一種含鈦的碳氮釩合金，其特征在于該合金包括的組分及各組分的重量百分?jǐn)?shù)為釩55～80％，鈦0.1～20％，碳0.1～10％，氮8～20％，密度強(qiáng)化劑0.1～5％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鈦的碳氮釩合金，其特征在于該合金的表觀密度為 3000kg/m3 4500kg/m3。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的含鈦的碳氮釩合金，其特征在于所述密度強(qiáng)化劑至 少為Fe、 Co、 Ni、 Cr中的一種。
4、 一種含鈦的碳氮釩合金的制備方法，其特征在于工藝步驟如下(1) 配料按權(quán)利要求1中所述釩、鈦、碳和密度強(qiáng)化劑的重量百分?jǐn)?shù)計算和稱量粉狀含釩基 料、粉狀含鈦輔料、粉狀碳質(zhì)還原劑和粉狀密度強(qiáng)化劑；(2) 混合與成型將步驟(1)配好的含釩基料、含鈦輔料、碳質(zhì)還原劑和密度強(qiáng)化劑進(jìn)行球磨，球 磨時間以所述原料混合均勻為限，然后將上述混合料壓制成型或烘干后壓制成型，形成 壓坯；(3) 燒結(jié)將步驟(2)制備的壓坯置于還原反應(yīng)爐中加熱燒結(jié)，在溫度低于65(TC的任一溫度 向還原反應(yīng)爐中通入氮氣或氨氣或它們的混合氣體，當(dāng)溫度達(dá)到65(TC時保溫1 3小 時，然后再加熱到100(TC 140(TC保溫1小時 5小時，保溫結(jié)束后隨爐冷卻至IO(TC以 下出爐，即得到含鈦的碳氮釩合金。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的含鈦的碳氮釩合金的制備方法，其特征在于所述含釩基 料至少為V205、 V203、偏釩酸、偏釩酸銨、多聚釩酸銨中的一種，所述的含鈦輔料至 少為二氧化鈦、偏鈦酸中的一種，所述碳質(zhì)還原劑至少為碳黑、活性炭、石墨、木炭粉 中的一種，所述密度強(qiáng)化劑至少為Fe、 Co、 Ni、 Cr及其氧化物中的一種。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的含鈦的碳氮釩合金的制備方法，其特征在于還原反 應(yīng)爐為碳管爐或感應(yīng)爐或微波燒結(jié)爐或管式爐或回轉(zhuǎn)爐或豎爐或搖爐或推板窯或隧道 窯。
7、 一種含鈦的碳氮釩合金的制備方法，其特征在于工藝步驟如下 (1)配料按權(quán)利要求1中所述釩、鈦和密度強(qiáng)化劑的重量百分?jǐn)?shù)計算和稱量粉狀含釩基料、 粉狀含鈦輔料和粉狀密度強(qiáng)化劑；(2) 混合與成型將步驟(1)配好的含釩基料、含鈦輔料和密度強(qiáng)化劑進(jìn)行球磨，球磨時間以所述原料混合均勻為限，然后將上述混合料壓制成型或烘干后壓制成型，形成壓坯；(3) 燒結(jié)將步驟(2)制備的壓坯置于熱處理爐中，在真空條件下或在氮氣或氬氣或氫氣的 保護(hù)氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)溫度1000°C~1400°C,保溫時間1小時 5小吋，保溫結(jié)束后隨 爐冷卻至IO(TC以下出爐，即得到含鈦的碳氮釩合金。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的含鈦的碳氮釩合金的制備方法，其特征在于所述含釩基 料至少為VCx、 VN、 V(CxNh)中的一種，VCx中，x蕓l， V(CxN卜x)中，x<l;所述含 鈦輔料至少為TiC、 TiN、 Ti(CxNk)中的一種，Ti(CxNu)中，x<l;所述密度強(qiáng)化劑至 少為Fe、 Co、 Ni、 Cr及其氧化物中的一種。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的含鈦的碳氮釩合金的制備方法，其特征在于所述熱 處理爐為真空管式爐或感應(yīng)加熱爐或微波燒結(jié)爐或管式爐或回轉(zhuǎn)爐或豎爐或搖爐或推 板窯或隧道窯或馬弗爐。
全文摘要
一種含鈦的碳氮釩合金，其組分及各組分的重量百分?jǐn)?shù)為釩55～80％，鈦0.1～20％，碳0.1～10％，氮8～20％，密度強(qiáng)化劑0.1～5％。一種含鈦的碳氮釩合金的制備方法，步驟如下(1)按釩、鈦、碳和密度強(qiáng)化劑的重量百分?jǐn)?shù)計算和稱量粉狀含釩基料、含鈦輔料、碳質(zhì)還原劑和密度強(qiáng)化劑；(2)將步驟(1)配好的原料進(jìn)行球磨，將球磨后的混合料壓制成坯；(3)將步驟(2)制備的壓壞置于還原反應(yīng)爐中燒結(jié)，在溫度低于650℃的任一溫度向還原反應(yīng)爐中通入氮氣或氨氣或其混合氣體，當(dāng)溫度達(dá)到650℃時保溫1～3小時，然后加熱到1000～1400℃保溫1～5小時，保溫結(jié)束后隨爐冷卻至100℃以下出爐。
文檔編號C22C27/02GK101476074SQ20091005824
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月23日
發(fā)明者穎 劉, 葉金文, 姜中濤, 涂銘旌, 莉 鄧, 高升吉 申請人:四川大學(xué)