專利名稱：一種氮化硅釩及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鐵合金制備技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說，本發(fā)明涉及一種氮化硅釩及其生
產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
鋼的合金化通常以錳系、硅系為主；微合金是指在主鐵合金的基礎(chǔ)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(yīng)用生產(chǎn)高強(qiáng)度鋼筋、低合金高強(qiáng)度鋼、管線鋼、H型鋼、中厚板等。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(qiáng)化鋼的力學(xué)性能；(2)加入量很少，鋼的強(qiáng)化機(jī)制主要是細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化；(3)鋼的微合金化和控軋控冷技術(shù)相輔相成，是微合金化鋼設(shè)計和生產(chǎn)的重要前提。大量釩氮微合金化鋼工業(yè)規(guī)模應(yīng)用表明增加氮含量能提高鋼的屈服強(qiáng)度，主要原因在于鋼中氮含量的增加能夠降低析出相長大的趨勢，從而能夠使得析出相顆粒變細(xì)，從而充分發(fā)揮釩在鋼中的強(qiáng)化作用。在高強(qiáng)度低合金鋼中，氮化釩鐵的使用可以有效強(qiáng)化和細(xì)化晶粒。 現(xiàn)有技術(shù)中釩系微合金主要有釩鐵(FeV50、FeV80)、釩氮合金(V78N12)、氮化釩鐵(FeV55Nl I、FeV45N9 )三大類。目前，釩氮合金和氮化釩鐵已成為高強(qiáng)度鋼筋普遍采用的微合金化工藝。當(dāng)前我國鋼筋的年產(chǎn)量約I. 3億噸，其中45%為400 MPa以上高強(qiáng)鋼筋。國家鋼鐵工業(yè)十二五規(guī)劃中提出推動產(chǎn)品升級，高強(qiáng)度鋼筋使用比例要超過80%的目標(biāo)。按80%的比例預(yù)測400MPa以上高強(qiáng)鋼筋年產(chǎn)量I. 2億以上，按微合金平均耗量O. 5kg/t，僅高強(qiáng)鋼筋新增微合金需求約3萬噸/年。面對如此巨大的微合金需求，我國冶金工作者必須高度關(guān)注微合金發(fā)展戰(zhàn)略，揚(yáng)長避短，依托釩資源優(yōu)勢發(fā)展釩系微合金。牢固樹立發(fā)展節(jié)釩微合金的技術(shù)路線，開發(fā)更為經(jīng)濟(jì)和節(jié)釩的釩系微合金迫在眉睫。中國發(fā)明專利ZL200510031680. 4公開了一種氮化釩鐵合金，其成分為含47_81%的釩，8-16%的氮，4-44%的鐵，I. 50%以下的硅，1%以下的鐵，O. 50%以下的錳；所得產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，收得率較高；但是其中的釩含量大而且釩氮比高，不能有效發(fā)揮其中釩、氮的綜合強(qiáng)化效果。中國發(fā)明201110000948公開了一種氮化硅釩鐵，其成分為15 50%的釩、10 40%的硅、8 30%的氮、4 30%的鐵、1%以下的碳、O. 01%以下的鋁、O. 05%以下的硫、O. 05%以下的
磷。所得產(chǎn)品容易粉化，收得率不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在上述不足之處，本發(fā)明的目的在于提供了一種氮化硅釩合金，其通過在合金中添加和控制元素硅的含量，并控制作為主要元素的釩和氮的含量及其比例關(guān)系得到了一種產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、釩的收得率高、利用率高的氮化硅釩合金。為了解決上述技術(shù)問題并實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面在于提供一種氮化硅釩合金，其組成為釩52 55 wt%，氮13 15 wt%，硅6% 10wt%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，并且其中釩和氮的質(zhì)量比為3. 6-4. 5。優(yōu)選地，所述的氮化硅釩合金，其組成為銀52. 5 53. 5wt%，氮13. (Tl4. 5wt%，硅69T9wt%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，并且其中釩和氮的質(zhì)量比為3. 6-4. 5。優(yōu)選地,所述的氮化娃鑰;合金,其組成為鑰;55 wt%,氮15 wt%,娃10wt%,余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選地,所述的氮化娃鑰;合金,其組成為鑰;53. O wt%,氮13. O wt%,娃6. 9wt%,余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的第二方面在于提供一種所述氮化硅釩合金的生產(chǎn)方法，該方法以釩鐵、硅鐵以及氮?dú)鉃樵希瑢⑩C鐵以及硅鐵破碎球磨并按照質(zhì)量配比進(jìn)行配料和混料，然后在·高壓反應(yīng)器中充入6-10MPa的氮?dú)猓瑔狱c(diǎn)火裝置引燃原料進(jìn)行合成反應(yīng)得到所述的氮化娃鑰;合金。其中，所述的原料為釩鐵FeV80，釩鐵FeV50，硅鐵FeSi70，氮?dú)獾募兌葹?9. 999%。其中，破碎球磨過程中以純度為99. 999%的氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體,并且將釩鐵球磨至粒度達(dá)到60目以上，硅鐵球磨至粒度達(dá)到80目以上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果(I)本發(fā)明通過添加適量的硅以及控制釩和氮的含量比制備得到的氮化硅釩合金吸收率高而且穩(wěn)定，從吸收率上比較，其與氮化釩鐵基本一致，能穩(wěn)定的達(dá)到95%以上，并且比其它釩系合金高約5%。(2)工業(yè)對比試驗表明同比其它釩系微合金化和鈮微合金化成本(均按目前市場價格和對應(yīng)單耗計算)，氮化硅釩是目前最為經(jīng)濟(jì)的微合金化工藝。(3)釩氮合金、氮化釩鐵和氮化硅釩的單耗折合FeV50對應(yīng)分別為O. 86 kg/t、0. 70kg/t、0. 61 kg/t，以FeV50為基數(shù)計算節(jié)釩率對應(yīng)分別為46. 25%，56. 25%，62. 19%，故氮化硅釩的釩氮綜合強(qiáng)化效果最顯著，是目前最節(jié)釩的釩系微合金。
具體實施例方式本發(fā)明所述的氮化娃鑰;合金的組成為鑰;52 55 wt%,氮13 15 wt%,娃6% 10wt%,余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，并且其中釩和氮的質(zhì)量比為3. 6-4. 5。優(yōu)選地，所述釩和氮的質(zhì)量比為3. 8-4. 2。實驗研制表明當(dāng)所述的氮化硅釩合金中添加6%以上的硅的時候，可以降低合金中釩與氮的質(zhì)量配比，從而最大限度的發(fā)揮釩氮的綜合強(qiáng)化效果。但是當(dāng)Si的含量大于10%的時候，雖然可降低V/N比，但制備得到的氮化硅釩合金質(zhì)地松散，容易出現(xiàn)嚴(yán)重的粉化現(xiàn)象；同時，由于比重小,在微合金化過程中不容易穿過鋼渣層(比重約為3. O)。粉化和比重小將導(dǎo)致收得率極不穩(wěn)定，必將造成不必要的浪費(fèi)，達(dá)不到最經(jīng)濟(jì)和節(jié)釩的使用效果甚至無法正常使用。本發(fā)明所述的氮化硅釩合金可以通過自蔓延高溫合成工藝生產(chǎn)，其主要按照原料準(zhǔn)備一原料球磨一配料以及混料一裝料一聞溫自曼延合成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。為了控制氮化硅釩合金中的雜質(zhì)含量以及各組分的含量在規(guī)定的范圍之內(nèi)，需要對原料的主元素品位進(jìn)行分析和控制，另外選擇的氮?dú)獾募兌葢?yīng)高于99. 999%。另外在蔓延合成工藝中需要調(diào)節(jié)和保持氮?dú)獾膲毫υ?-10MPa，并且監(jiān)控氮化娃鑰；合金中氮的含量。本發(fā)明的具體實施方式
以40L高溫自蔓延反應(yīng)器為例，介紹本發(fā)明所述的自蔓延高溫生產(chǎn)方法的工藝，其包括以下工藝步驟I)原料及其品位釩鐵FeV80 (釩品位約80%)，釩鐵FeV50 (釩品位約51%)，硅鐵FeSi70 (硅品位約70%),高純氮?dú)?純度99. 999%)；2)原料球磨高純氮?dú)獗Ｗo(hù)的條件下將FeV80、FeV50球磨至60目-200目，硅鐵球磨至80目-200目，并分析其中鐵、釩以及硅的元素品位；3)配料及混料根據(jù)主元素品位按計算模型，按所需的配比計算FeV80、FeV50以及FeSi75配料比例，并利用混料機(jī)混合均勻；4)裝料及計重將混合均勻的原料裝入高溫自蔓延反應(yīng)器中，裝料量為16. Okg ；·將高溫自蔓延反應(yīng)器抽真空至10_2 Pa，充入高純氮?dú)狻?)高溫自蔓延合成高溫自蔓延反應(yīng)器充高純氮?dú)膺_(dá)到6MPa后點(diǎn)火，釩鐵粉和硅鐵粉的滲氮反應(yīng)所產(chǎn)生的化學(xué)熱在自加熱和自傳導(dǎo)作用下向尚未反應(yīng)的區(qū)域傳播，直至反應(yīng)完全停止；高溫自蔓延合成時，保持高溫自蔓延反應(yīng)器內(nèi)相對壓力為6-10 MPa可調(diào)，合成時間為30-45 min ;反應(yīng)完成以后冷卻15min后出爐；6)破碎將合成的氮化硅釩合金破碎至1(T50 mm，得到成品。本發(fā)明所得到的氮化硅釩合金具有特定的V/N比，其質(zhì)量比為3. 6-4. 5之間，通常為3. 8-4.2之間。所述的氮化硅釩合金的密度為4. 4 g/cm 3左右，是目前最經(jīng)濟(jì)和節(jié)釩的鑰;系微合金。按照上述方法制備實施例1-3以及比較例1-2所述的釩系合金。實施例I :一種氮化硅釩合金，其組成為釩53. 00 wt%，氮13. 00 wt%，硅6. 86wt%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。實施例2 一種氮化硅釩合金，其組成為釩55. 00 wt%，氮15. 00 wt%，硅9. 89wt%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。實施例3 一種氮化硅釩合金，其組成為釩52. 00 wt%，氮13. 00 wt%，硅7. 58wt%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。比較例I :一種氮化硅釩合金，其組成為釩50. 00 wt%，氮21. 00 wt%，硅18. 25wt%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。比較例2 一種氮化釩合金，其組成為釩60. 00 wt%，氮16. 00 wt%，硅I. 32wt%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。將實施例1-2、比較例1-2以及目前常用的釩系合金生產(chǎn)鋼筋HRB400，進(jìn)行比較，結(jié)果如表I所示，可知氮化硅釩是目前最為經(jīng)濟(jì)的微合金化工藝。
表I不同微合金化工藝生產(chǎn)HRB400E對比
權(quán)利要求
1.一種氮化硅釩合金，其特征在于組成為釩52 55 wt%，氮13 15 wt%，硅6% 10wt%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，并且釩和氮的質(zhì)量比為3. 6-4. 5。
2.權(quán)利要求I所述的氮化硅釩合金，其特征在于所述的釩和氮的質(zhì)量比為3.8-4. 2。
3.權(quán)利要求I所述的氮化硅釩合金，其特征在于組成為釩52.5 53. 5wt%，氮13.(Γ14. 5wt%，硅69T9wt%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
4.權(quán)利要求I所述的氮化硅釩合金，其特征在于組成為釩55wt%，氮15 wt%，硅10wt%,余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
5.權(quán)利要求I所述的氮化硅釩合金，其特征在于組成為釩53.O wt%，氮14. O wt%，硅6. 9wt%,余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
6.一種權(quán)利要求I所述氮化硅釩合金的生產(chǎn)方法，其特征在于以釩鐵、硅鐵以及氮?dú)鉃樵?，將釩鐵以及硅鐵破碎球磨并按照質(zhì)量配比進(jìn)行配料和混料，然后在高壓反應(yīng)器中充入6-10MPa的氮?dú)?，啟動點(diǎn)火裝置引燃原料進(jìn)行合成反應(yīng)得到所述的氮化硅釩合金。
7.權(quán)利要求6所述的氮化硅釩合金的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的原料為釩鐵FeV80，釩鐵FeV50和硅鐵FeSi70，氮?dú)獾募兌葹?9. 999%。
8.權(quán)利要求7所述的氮化硅釩合金的生產(chǎn)方法，其特征在于破碎球磨過程中以純度為.99. 999%的氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體，并且將釩鐵球磨至粒度達(dá)到60目以上，硅鐵球磨至粒度達(dá)到80目以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氮化硅釩合金，其組成為釩52~55wt%，氮13~15wt%，硅6%~10wt%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，并且釩和氮的質(zhì)量比為3.6-4.5。所述的氮化硅釩合金可以通過高溫自蔓延反應(yīng)制備得到。本發(fā)明所述的氮化硅釩合金通過在合金中添加和控制元素硅的含量，并控制作為主要元素的釩和氮的含量及其比例，顯著提高了其吸收率及其穩(wěn)定性，而且是目前最節(jié)釩的釩系微合金，具有優(yōu)異的市場競爭力。
文檔編號C22C29/00GK102888548SQ20121043308
公開日2013年1月23日 申請日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者譚國臣, 張光德, 于成智 申請人:遼寧鑫業(yè)新材料有限公司