鐵基釩氮微合金添加劑及其制備方法
【專利摘要】一種鐵基釩氮微合金添加劑，其特征在于：按重量計，50釩鐵97.95份，助燃劑2.00份，滲氮催化劑0.05份。制備方法：將50釩鐵放入顎式破碎機(jī)（1）中，破碎至10毫米以下；放入對輥破碎機(jī)（2）中進(jìn)行粉碎；再放入球磨機(jī)（3）中進(jìn)行研磨；放入振動篩（4）中篩選；篩選出120-180微米、小于120微米兩種粒徑等級；裝到行星強(qiáng)制混合機(jī)（5）中均勻混合；裝入石墨盤中放入干燥機(jī)（6）中進(jìn)行干燥；利用真空機(jī)（9）對反應(yīng)釜抽真空，從氮氣瓶（10）中充入氮氣，點火燒結(jié)；對裝有不同粒徑物料的反應(yīng)釜，采取不同壓力。該發(fā)明生產(chǎn)出鐵基釩氮微合金添加劑，釩氮比高、成分穩(wěn)定、氮化均勻。
【專利說明】鐵基釩氮微合金添加劑及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料及制備方法，特別涉及一種鐵基釩氮微合金添加劑及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在進(jìn)行鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的過程中，提高普碳鋼和微合金鋼的強(qiáng)度是必由之路，其中的主要方法是加大微合金化鋼的研究和推廣，利用微合金化技術(shù)，使碳素鋼和微合金鋼的強(qiáng)度翻番，極大地減少資源的消耗。在微合金化鋼中，釩的微合金化占有重要地位。隨著國內(nèi)外對釩氮合金(VN)研究工作的不斷深入，人們充分認(rèn)識到釩氮合金的有益作用，據(jù)近代材料學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，鋼中增氮后，原來處于固熔狀態(tài)的釩轉(zhuǎn)變成析出狀態(tài)的釩，充分發(fā)揮了釩的沉淀強(qiáng)化作用；氮在鋼中具有明顯的細(xì)化晶粒的作用；釩氮微合金化通過優(yōu)化釩的析出和細(xì)化鐵素體晶粒，充分發(fā)揮了晶粒細(xì)化強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化兩種強(qiáng)化方式的作用，大大改善了鋼的強(qiáng)韌性配合，充分體現(xiàn)了微合金化在技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)勢；采用釩氮微合金化，不需要添加其他貴重的合金元素，在熱軋條件下即可獲得屈服強(qiáng)度為550-600兆帕斯卡的高強(qiáng)度鋼，因此，釩氮合金以其顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，在世界范圍內(nèi)獲得了廣泛的應(yīng)用。據(jù)中鋼協(xié)公布的數(shù)據(jù)，到2010年，僅鈮、釩、鈦微合金鋼的總量已經(jīng)達(dá)到7000萬噸。用微合金鋼取代低強(qiáng)度的碳鋼，可以減少鋼材需要量的25%。微合金化技術(shù)的發(fā)展和完善，推動了鋼鐵工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。
[0003]鐵基釩氮微合金添加劑是一種重要的釩氮微合金添加劑，加入鋼中可提高鋼的耐磨性、耐腐蝕性、韌性、強(qiáng)度、延展性、硬度及抗疲勞性等綜合力學(xué)性能，并使鋼具有良好的可焊接性能，而且具有除夾雜物、延伸等作用。尤其是在高強(qiáng)度低合金鋼中，氮化釩鐵中的氮比碳化釩、釩鐵能夠更有效地強(qiáng)化和細(xì)化晶粒，節(jié)約含釩原料，從而降低煉鋼生產(chǎn)成本。目前國內(nèi)外已經(jīng)有多種方法制取鐵基釩氮微合金添加劑，其中燃燒合成法是在密閉容器內(nèi)通人高壓液態(tài)氮或氮氣，經(jīng)過氮化反應(yīng)放出的熱能使釩鐵粉末生成鐵基釩氮微合金添加劑。該工藝的特點是在低電耗條件下短時間內(nèi)可得到氮含量波動范圍很窄的高質(zhì)量合金。燃燒合成是一種利用化學(xué)反應(yīng)自身放熱的持續(xù)進(jìn)行，快速合成材料的技術(shù)，在合成的過程中不需要補(bǔ)充外來的能量。也正是這種高速合成的特點，合成過程燃燒波一開始引發(fā)后，反應(yīng)就處于一種難以控制的狀態(tài)。
[0004]燃燒合成過程中，參與反應(yīng)的材料自身能夠釋放足夠的熱能，維持反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，合成過程中鐵不參加反應(yīng)，釩燃燒放出的熱量影響著合成效果。當(dāng)原料中釩含量過低時，氮化合成反應(yīng)所釋放的熱能不足以維持氮化合成反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，需要加入助燃劑增加反應(yīng)熱量，但助燃劑添加過多，合成的過程中釋放熱量過大，出現(xiàn)熔融金屬層，造成氮化率變低，使鐵基釩氮微合金添加劑中氮含量不穩(wěn)定，也會導(dǎo)致產(chǎn)品成分的變化。在利用燃燒合成技術(shù)制備鐵基釩氮微合金添加劑的過程中，制約產(chǎn)品質(zhì)量的不僅有釩鐵和助燃劑成分比例，還有原料粒度、粒度分布、氮化溫度、氮化時間、氮氣壓力、滲氮催化劑的選擇和比例等。不同的粒度的原料燃燒合成時的散熱環(huán)境和氮氣需求不同，粒度差異較大的物料在同一燃燒環(huán)境當(dāng)中，造成反應(yīng)程度不一，出現(xiàn)氮化不均勻，滲氮質(zhì)量不穩(wěn)定等質(zhì)量問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種利用燃燒合成技術(shù)，制備釩氮比高、成分穩(wěn)定、氮化均勻的鐵基f凡氮微合金添加劑及其制備方法。
[0006]本發(fā)明解決技術(shù)問題所利用的技術(shù)方案是:一種鐵基釩氮微合金添加劑，其特征在于:按重量計，50釩鐵97.95份，助燃劑2.00份，滲氮催化劑0.05份。
[0007]所述的50釩鐵，為GB/T 4139-2004釩鐵標(biāo)準(zhǔn)的FeV50_A或FeV50_B的釩鐵，平均粒徑為80-180微米；
所述的氮氣，為純度大于99.99%的氮氣；
所述的助燃劑為純度大于99%，粒徑為150微米的鋁粉；
所述的滲氮催化劑為純度大于90%，粒徑為150微米的鈦粉。
[0008]一種鐵基釩氮微合金添加劑的制備方法，采取如下步驟:
a.將50f凡鐵放入顎式破碎機(jī)中破碎,破碎成小小于等于10毫米的顆粒；
b.將破碎的釩鐵顆粒放入對輥破碎機(jī)中進(jìn)一步粉碎； c.將粉碎后的釩鐵分別放入球磨機(jī)中，進(jìn)行研磨；
d.將研磨后的釩鐵放入振動篩中，篩選出小于等于180微米粒徑的50釩鐵，將大于180微米的50 f凡鐵重新放入研磨機(jī)中繼續(xù)研磨；
e.將小于等于180微米粒徑的50釩鐵再次放入振動篩中，分別篩選出小于120-180微米和小于120微米的兩個粒徑等級，分級置放；
f.按不同的粒徑等級，將50釩鐵97.95份，助燃劑鋁粉2.00份，滲氮催化劑鈦粉0.05份，分徑級裝到行星強(qiáng)制混合機(jī)中，均勻混合；
g.將混合均勻的物料裝入石墨盤中，放入干燥機(jī)中進(jìn)行干燥；
h.將干燥好的物料連同石墨盤分別裝于高壓反應(yīng)釜A和高壓反應(yīng)釜B中，利用真空機(jī)對高壓反應(yīng)釜抽真空，從氮氣瓶充入純度大于99.99%的高壓氮氣后，利用高壓反應(yīng)釜內(nèi)的高能點火裝置引燃反應(yīng)；
1.對粒徑為120-180微米的釩鐵，反應(yīng)釜壓力控制在11~12mp，反應(yīng)時間120分鐘，反應(yīng)溫度1700~1800°C ;對粒徑小于120微米的釩鐵，反應(yīng)釜的壓力控制在8~1mp,反應(yīng)時間120分鐘，反應(yīng)溫度1700~18000C ；
j.反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)釜減壓至常壓，當(dāng)反應(yīng)釜溫度降至60°C以下時，把石墨盤從高壓反應(yīng)釜A和高壓反應(yīng)釜B中取出，將燒結(jié)后的鐵基釩氮微合金添加劑與石墨盤分離；
k.將冷卻后的鐵基釩氮微合金添加劑用錘式破碎機(jī)進(jìn)行破碎，粒徑為10~50毫米，其中粒徑小于10毫米，大于50毫米徑級之和，不大于總量的6%。
[0009]本發(fā)明的有益效果是，該發(fā)明生產(chǎn)出鐵基釩氮微合金添加劑，釩氮比高、成分穩(wěn)定、氮化均勻。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]以下結(jié)合附圖以實例具體說明。
[0011]圖是一種鐵基釩氮微合金添加劑的制備方法的流程框圖。
[0012]圖中:1-顎式破碎機(jī)；2_對輥破碎機(jī)；3_球磨機(jī)；4_振動篩；5_行星強(qiáng)制混合機(jī)；6-干燥機(jī)；7_高壓反應(yīng)釜A ；8-高壓反應(yīng)釜B ；9-真空機(jī)；10_氮氣瓶；11_錘式破碎機(jī)。

【具體實施方式】
[0013]一種鐵基釩氮微合金添加劑，其特征在于:按重量計，50釩鐵97.95份，助燃劑
2.00份，滲氮催化劑0.05份。
[0014]所述的50釩鐵，為GB/T 4139-2004釩鐵標(biāo)準(zhǔn)的FeV50_A或FeV50_B的釩鐵，平均粒徑為80-180微米；
所述的氮氣，為純度大于99.99%的氮氣；
所述的助燃劑為純度大于99%，粒徑為150微米的鋁粉；
所述的滲氮催化劑為純度大于90%，粒徑為150微米的鈦粉。
[0015]一種鐵基釩氮微合金添加劑的制備方法，采取如下步驟:
a.將50f凡鐵放入顎式破碎機(jī)I中破碎，破碎成小小于等于10毫米的顆粒；
b.將破碎的釩鐵顆粒放入對輥破碎機(jī)2中進(jìn)一步粉碎；
c.將粉碎后的釩鐵分別放入球磨機(jī)3中，進(jìn)行研磨； d.將研磨后的釩鐵放入振動篩4中，篩選出小于等于180微米粒徑的50釩鐵，將大于180微米的50 f凡鐵重新放入研磨機(jī)3中繼續(xù)研磨；
e.將小于等于180微米粒徑的50釩鐵再次放入振動篩4中，分別篩選出小于120-180微米和小于120微米的兩個粒徑等級，分級置放；
f.按不同的粒徑等級，將50釩鐵97.95份，助燃劑鋁粉2.00份，滲氮催化劑鈦粉0.05份，分徑級裝到行星強(qiáng)制混合機(jī)5中，均勻混合；
g.將混合均勻的物料裝入石墨盤中，放入干燥機(jī)6中進(jìn)行干燥；
h.將干燥好的物料連同石墨盤分別裝于高壓反應(yīng)釜A7和B8中，利用真空機(jī)9對高壓反應(yīng)釜抽真空，從氮氣瓶10充入純度大于99.99%的高壓氮氣后，利用高壓反應(yīng)釜內(nèi)的高能點火裝置引燃反應(yīng)；
1.對粒徑為120-180微米的釩鐵，反應(yīng)釜壓力控制在11~12mp，反應(yīng)時間120分鐘，反應(yīng)溫度1700~1800°C ;對粒徑小于120微米的釩鐵，反應(yīng)釜的壓力控制在8~1mp,反應(yīng)時間120分鐘，反應(yīng)溫度1700~18000C ；
j.反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)釜減壓至常壓，當(dāng)反應(yīng)釜溫度降至60°C以下時，把石墨盤從高壓反應(yīng)釜A和高壓反應(yīng)釜B中取出，將燒結(jié)后的鐵基釩氮微合金添加劑與石墨盤分離；
k.將冷卻后的鐵基釩氮微合金添加劑用錘式破碎機(jī)11進(jìn)行破碎，粒徑為10~50毫米，其中粒徑小于10毫米，大于50毫米徑級之和，不大于總量的6%。
【權(quán)利要求】
1.一種鐵基釩氮微合金添加劑，其特征在于:按重量計，50釩鐵97.95份，助燃劑2.00份，滲氮催化劑0.05份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵基釩氮微合金添加劑的制備方，其特征采取如下步驟: a.將50f凡鐵放入顎式破碎機(jī)(I)中破碎，破碎成小小于等于10毫米的顆粒； b.將破碎的釩鐵顆粒放入對輥破碎機(jī)(2)中進(jìn)一步粉碎； c.將粉碎后的釩鐵分別放入球磨機(jī)(3)中，進(jìn)行研磨； d.將研磨后的釩鐵放入振動篩(4)中，篩選出小于等于180微米粒徑的50釩鐵，將大于180微米的50釩鐵重新放入研磨機(jī)(3)中繼續(xù)研磨； e.將小于等于180微米粒徑的50釩鐵再次放入振動篩(4)中，分別篩選出小于120-180微米和小于120微米的兩個粒徑等級，分級置放； f.按不同的粒徑等級，將50釩鐵97.95份，助燃劑鋁粉2.00份，滲氮催化劑鈦粉0.05份，分徑級裝到行星強(qiáng)制混合機(jī)(5)中，均勻混合； g.將混合均勻的物料裝入石墨盤中，放入干燥機(jī)(6)中進(jìn)行干燥； h.將干燥好的物料連同石墨盤分別裝于高壓反應(yīng)釜A(7)和高壓反應(yīng)釜B (8)中，利用真空機(jī)(9)對高壓反應(yīng)釜抽真空，從氮氣瓶(10)充入純度大于99.99%的高壓氮氣后，利用高壓反應(yīng)釜內(nèi)的高能點火裝置引燃反應(yīng)； i.對粒徑為120-180微米的釩鐵，反應(yīng)釜壓力控制在11~12mp，反應(yīng)時間120分鐘，反應(yīng)溫度1700~1800°C ;對粒徑小于120微米的釩鐵，反應(yīng)釜的壓力控制在8~1mp,反應(yīng)時間120分鐘，反應(yīng)溫度1700~18000C ； j.反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)釜減壓至常壓，當(dāng)反應(yīng)釜溫度降至60°C以下時，把石墨盤從反應(yīng)釜A 7高壓反應(yīng)釜B 8中取出，將燒結(jié)后的鐵基釩氮微合金添加劑與石墨盤分離； k.將冷卻后的鐵基釩氮微合金添加劑用錘式破碎機(jī)(11)進(jìn)行破碎，粒徑為10~50毫米，其中粒徑小于10毫米，大于50毫米徑級之和，不大于總量的6%。
【文檔編號】C22C33/02GK104178690SQ201310200028
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月27日
【發(fā)明者】李立英, 劉立民 申請人:石家莊金昊新材料科技有限公司