[發(fā)明專利]一種用于鋼水氮合金化處理的硅基氮化合金及其生產(chǎn)工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110353305.7
• 申請(qǐng)日: 2011-11-10
• 公開（公告）號(hào): CN102409186A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳光亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長沙東鑫環(huán)保材料有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): C22C1/00
• 分類號(hào): C22C1/00;C22C28/00;C22C30/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所 43114
• 代理人: 袁靖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種硅基氮化合金及其生產(chǎn)方法，尤其涉及一種為鋼鐵生產(chǎn)提供高效氮微合金化處理的含氮合金及其生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)

目前，氮化物有多種如氮化硅、氮化鋁、氮化硼、氮化鈦、氮化鋯、氮化錳、氮化硅鐵、氮化硅錳鐵、氮化鉻鐵、氮化釩鐵等。其中氮化硅、氮化鋁、氮化硼、氮化鈦、氮化鋯因具有較高的熔點(diǎn)、硬度及耐磨性好主要用于耐火材料、耐磨顏料及耐磨機(jī)械或耐磨件等領(lǐng)域，其合成工藝主要包括高壓燒結(jié)和常壓燒結(jié)合成和自蔓延燃燒合成工藝。該類氮化物具有如下特點(diǎn)：①合成溫度高，能耗高，尤其是電耗較高；②對(duì)原料質(zhì)量要求較高，既要求原料純度要高，又要求原料粒度分布合適；③生產(chǎn)周期長，單爐產(chǎn)量低，單位成本高；④該類氮化物熔點(diǎn)很高，高溫穩(wěn)定性好，在鋼水溫度下很難快速溶化而被鋼水吸收，不適宜作為鋼水進(jìn)行氮合金化處理的氮化合金。⑤該類氮化物主要用于耐火材料、耐磨材料、機(jī)械加工如刀具和軸承等行業(yè)。氮化硅鐵、氮化硅錳鐵、氮化錳鐵、氮化鉻鐵、氮化釩鐵等氮化物可用于含氮鋼進(jìn)行氮合金化處理，為較為常見的氮化合金，尤其是氮化硅鐵、氮化硅錳鐵、氮化錳鐵、氮化鉻鐵在含氮不銹鋼中廣泛應(yīng)用。主要生產(chǎn)工藝包括燒結(jié)和自蔓延燃燒合成。這些含氮合金雖可作為含氮合金對(duì)鋼水進(jìn)行氮合金化處理，但也存在如下明顯不足：①氮化硅鐵、氮化硅錳鐵雖然氮含量較高，但該類氮化合金熔點(diǎn)高，在1500-1700℃溫度下溶解速率較慢，需要將鋼水溫度升高到1800℃甚至更高的溫度，才能確保氮溶解到鋼中，這樣造成：一方面，能耗增加，噸鋼耐火材料消耗增加，鋼的潔凈度控制困難；另一方面，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，控制難度加大，生產(chǎn)效率低，噸鋼制造成本增加；同時(shí)造成鋼中氮含量不穩(wěn)定，造成鋼中氮量命中率降低，因氮未達(dá)標(biāo)成為廢品。②氮化錳鐵、氮化鉻鐵已經(jīng)成為冶煉含氮不銹鋼主要增氮合金，廣泛于不銹鋼生產(chǎn)中。具有如下特點(diǎn)：熔點(diǎn)雖然比氮化硅鐵、氮化硅錳鐵低，但也在1600℃以上；該類氮化物含氮量一般不會(huì)超過10％，含氮量較低，冶煉含氮鋼時(shí)該類合金加入量大，合金成本增加；氮化鉻因含鉻較高，限制了其在低鉻鋼中的使用。③氮化硅鐵、氮化硅錳鐵和氮化錳鐵等合金中本身存在Mn-N和Fe-N健，加入到含錳較高的鋼中，在凝固、加熱、變形和冷卻過程中極易生成布氏體相(Mn₄N和Fe₄N)，布氏體相為時(shí)效脆性相，其時(shí)效潛伏期不確定，因此，采用這三種常規(guī)氮化合金生產(chǎn)鋼存在不確定的時(shí)效和脆性斷裂風(fēng)險(xiǎn)。④釩氮合金其熔點(diǎn)不高，且在鋼液溫度下容易完全與鐵基體互溶，在鋼液凝固、加熱、軋制極易析出碳氮化釩或固溶在鋼中起到強(qiáng)化鋼的重要作用，已經(jīng)成為釩、氮微合金化的重要合金原料，但該合金屬貴重金屬和戰(zhàn)略資源，價(jià)格昂貴、資源緊張。該氮合金在普通結(jié)構(gòu)鋼中作為高效強(qiáng)化合金，受成本壓力已經(jīng)成為解決提高鋼的強(qiáng)度級(jí)別和降低生產(chǎn)成本的“雞肋”。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種資源豐富、廉價(jià)、增氮效率更高的硅基氮化合金及其生產(chǎn)工藝，采用該材料以實(shí)現(xiàn)低成本改造傳統(tǒng)鋼鐵產(chǎn)品，以期達(dá)到在減量前提下提高鋼材的性能級(jí)別。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種用于鋼水氮合金化處理的硅基氮化合金的制備方法，包括以下步驟：

1)將金屬硅30-80％，單晶硅0.5-20％，多晶硅0.5-30％，釩合金和金屬釩中的一種或幾種0.5-5％，鈮合金和金屬鈮中一種或幾種0-10％及鐵10-35％按質(zhì)量百分比混合均勻后，裝入到真空氮化爐中；

釩合金包括釩鐵合金、釩氮合金等含有金屬釩的合金；

鈮合金包括鈮鐵合金、鈮鉭合金等含有金屬鈮的合金；

2)在微波條件下，向爐內(nèi)吹氮?dú)猓瑢t內(nèi)溫度以每分鐘升溫3-10℃的升溫速率進(jìn)行升溫控制，在800-1450℃之間進(jìn)行保溫8-36小時(shí)，并向爐內(nèi)噴吹反應(yīng)催化劑，占總裝入原料重量的1-5％；然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以每分鐘降低1-5℃的降溫速率進(jìn)行降溫處理，溫度降低到700-900℃時(shí)保溫6-10小時(shí)，然后將產(chǎn)物隨爐冷卻到400℃以下出爐；

3)將出爐產(chǎn)物磨成細(xì)粉并加入活性劑，活性劑占出爐產(chǎn)物總量的0.5-5％，混合均勻，直接進(jìn)入氬氣保護(hù)條件下的活化爐，或加入粘接劑，粘接劑占出爐產(chǎn)物和活性劑混合物的0.5-3％，成型為固體顆粒后進(jìn)入氬氣保護(hù)條件下的活化爐，300-600℃之間活化處理1-8小時(shí)；隨后冷卻后即可。

所述的步驟2)中的反應(yīng)催化劑包括：V₂O₅、MnO₂或純鐵；粒度為-320目至-100目。

所述的步驟3)中的出爐料產(chǎn)物磨成-320目至-100目的細(xì)粉。