[發明專利]一種硅鈦鋁氮化材料、其制備方法及應用

有效

• 申請號: 201410235830.2
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN103981425A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 吳光亮;李一為;楊建軍;肖業明
• 申請（專利權）人: 長沙東鑫環保材料有限責任公司
• 主分類號: C22C35/00
• 分類號: C22C35/00;C22C30/00;C22C33/02;C21C7/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 魏娟

技術領域

本發明涉及一種硅鈦鋁氮化材料、其制備方法及應用,尤其涉及一種為鋼鐵生產提供高效微氮合金化處理的含氮合金的生產方法。

背景技術

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、硬度及耐磨性好主要用于耐火材料、耐磨顏料及耐磨機械或耐磨件等領域，其合成工藝主要包括高壓燒結和常壓燒結合成和自蔓延燃燒合成工藝。該類氮化物具有如下不足：①合成溫度高，能耗高，尤其是電耗較高；②對原料質量要求較高，既要求原料純度要高，又要求原料粒度分布合適；③生產周期長，單爐產量低，單位成本高；④該類氮化物熔點很高，高溫穩定性好，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、機械加工如刀具和軸承等行業。

其中，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用。主要生產工藝包括燒結和自蔓延燃燒合成。這些含氮合金雖可作為含氮合金對鋼水進行氮合金化處理，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，這樣一方面造成能耗增加，噸鋼耐火材料消耗增加，鋼的潔凈度控制困難；另一方面也導致生產工藝復雜，控制難度加大，生產效率低，噸鋼制造成本增加；同時造成鋼中氮含量不穩定，造成鋼中氮量命中率降低，因氮未達標成為廢品。

此外，氮化錳鐵、氮化鉻鐵已經成為冶煉含氮不銹鋼主要增氮合金，廣泛于不銹鋼生產中。具有如下不足：其熔點雖然比氮化硅鐵、氮化硅錳鐵低，但也在1600℃以上；另，該類氮化物含氮量一般不會超過10％，含氮量較低，冶煉含氮鋼時該類合金加入量大，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。

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)，布氏體相為時效脆性相，其時效潛伏期不確定，因此，采用這三種常規氮化合金生產鋼存在不確定的時效和脆性斷裂風險。

釩氮合金其熔點不高，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化鋼的重要作用，已經成為釩、氮微合金化的重要合金原料，但該合金屬貴重金屬和戰略資源，價格昂貴、資源緊張。該氮合金在普通結構鋼中作為高效強化合金，受成本壓力已經成為解決提高鋼的強度級別和降低生產成本的“雞肋”。

發明內容

本發明的目的在于提供一種熔點相對較低、氮在鋼中吸收率高，鋼中氮控制命中率高的硅鈦鋁氮化材料。

本發明的另一目的在于提供一種制備方法簡單、成本低、上述硅鈦鋁氮化材料的制備方法。

本發明的另一目的在于提供一種應用，將本發明的硅鈦鋁氮化材料應用于鋼鐵冶金領域冶煉含氮鋼。

本發明的硅鈦鋁氮化材料的化學組成以質量％計，氮為10-35％，錳為0.1-20％，硅為20-50％，鋁為0.5-15％，鈦為1-30％，鐵為5-35％，釩為0.2-12％，硫≤0.15％，磷≤0.15％。

本發明優選方案，

其化學組成以質量％計，氮為10-25％，錳為0.2-4％，硅為30-45％，鋁為0.5-10％，鈦為10-20％，鐵為15-30％，釩為0.2-4.0％，硫≤0.15％，磷≤0.15％。

進一步優選的方案，

其化學組成以質量％計，氮為15-35％，錳為1-10％，硅為25-50％，鋁為1-15％，鈦為5-25％，鐵為5-20％，釩為0.5-5％，硫≤0.12％，磷≤0.12％。

更進一步優選的方案，

其化學組成以質量％計，氮為20-35％，錳為4-15％，硅為20-45％，鋁為1-8％，鈦為5-20％，鐵為15-35％，釩為2-12％，硫≤0.12％，磷≤0.12。

最優選的方案，

其化學組成以質量％計，氮為10-20％，錳為5-20％，硅為10-40％，鋁為1-10％，鈦為5-20％，鐵為15-35％，釩為2-12％，硫硫≤0.12％，磷≤0.12％。