[發明專利]一種制備高氮釩氮合金的工藝

有效

• 申請號: 201510558273.2
• 申請日: 2015-09-06
• 公開（公告）號: CN105063398B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 張春雨
• 申請（專利權）人: 湖南眾鑫新材料科技股份有限公司
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C35/00;C22C27/02
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所43205
• 代理人: 許伯嚴

技術領域

本發明涉及一種制備高氮釩氮合金的工藝，屬于冶金技術領域。

背景技術

我國是世界上最大的鋼鐵生產國，也是世界上最大的鋼材消費國。但是在鋼材中使用最多的是低碳結構鋼，約占鋼材使用量的70％，因此提高普碳鋼的強度是促進我國鋼鐵工業技術進步，進行鋼鐵結構調整的重要方向。其解決的方法是加大合金化鋼—添加高氮釩氮合金。采用釩氮合金化，不需要再添加其它貴重的合金元素，在一般熱軋條件下就可獲得屈服強度為550～600MPa級的高強度鋼，因此在高強度鋼筋等長材和鋼板(帶)、厚板、厚壁型鋼、無縫鋼管、CSP等產品的開發中獲得了廣泛的應用。

1998年美國戰略礦物公司在我國的鋼鐵行業進行釩氮合金化技術開發及其專利產品釩氮合金的推廣應用，國內一些鋼廠在生產HRB400級鋼筋生產中進行了應用試驗，國內的研究單位及一些大鋼廠對鋼中添加釩氮合金對鋼材力學性能的影響及強化機制進行了大量研究，結果表明：釩氮合金中的氮作為廉價的合金元素與釩一起加入鋼中后，不但可以生產出性能更好，更穩定的HRB400MPaIII級螺紋鋼筋及V-N鋼材，同時還可以節約30-40％釩的加入量，大大降低了鋼材成本。美方宣稱，美國是唯一可商業生產釩氮合金的國家，但此項技術不外傳。國內企業經過攻關試驗后，目前已可大批量生產釩氮合金，但目前我國釩氮合金產品的產量滿足不了國內生產高強度鋼筋等鋼材所需。我們從2003年開始采用自蔓延高溫合成技術研制與生產氮化釩鐵，并在國內一些大鋼廠成功應用于V-N鋼的生產，使用效果相當或優于美國釩氮合金。

自蔓延高溫合成技術是前蘇聯科學院化學物理所在1967年研究火箭固體燃料時發現的，其合成原理是先利用外部所提供的極少量能量，誘發粉末或粉末坯塊中異類物質間的高放熱化學反應，以形成反應前緣的燃燒波，此后的合成反應在自身放熱的支持下再誘發鄰近物料的繼續化學反應自持燃燒，直到全部物料反應完畢而合成所需成分和結構的化合物材料。自蔓延高溫合成技術的優勢是節能(合成過程不需外加能源)、高效(合成速度極快)、環保(合成過程無污染物排出)、高質(成分穩定、純度高)。自蔓延高溫合成技術是當前合成領域的高技術，在上世紀80年代末，我國許多單位開展了這方面的研究。

自蔓延高溫合成在合成過程中無需外部熱源，故熱力學計算的重點在于討論其反應的可能性，它是討論自蔓延高溫合成過程的基礎，而根據熱力學公式直接計算出的該合成反應絕熱燃燒溫度(Tad)，又是表征燃燒合成的重要參數，對于自蔓延高溫合成的理論研究及應用都有重要意義。預測自蔓延高溫合成過程實現可能性最可信賴的方法是計算給定混合體系的絕熱燃燒溫度，它是判斷燃燒合成反應能否自我維持的定性依據。自蔓延高溫合成工藝創始人Merzhanov等提出一些通用的經驗判據[《燃燒合成》1999：P.56]：只有Tad＞1800K時，自蔓延高溫合成反應才能自持續進行。對于釩金屬或釩合金原料的氮化，主要是通過釩和氮的反應來計算絕熱燃燒溫度，釩氮化合物合成反應的絕熱燃燒溫度為3500K，即使是釩鐵原料其絕熱燃燒溫度也接近Merzhanov等提出Tad＞1800K經驗值的要求。例如2010年09月08日，中國發明專利申請公布號CN101824556A，公開了一種采用自蔓延高溫合成工藝生產氮化釩鐵的方法，原料為釩鐵及氮氣，首先將原料釩鐵在磨料設備內破碎，將破碎好的釩鐵原料干燥后散裝于坩堝內，將坩堝置于高壓合成器內并充入6-12MPa的氮氣，啟動點火裝置引燃原料進行合成反應，燃燒合成反應自持續進行，燃燒合成的氮化釩鐵在氮氣中冷卻后取出，破碎成塊。但合成產品中氮含量僅為9.0～17.0％，存在氮含量低（≤17%），碳硫硅等雜質含量高等問題，嚴重影響鋼材增氮量及性能。而氮含量（≥17%）釩氮合金與普通的低氮釩氮合金相比可以更有效促進提高鋼材的強度、韌性、延展性、抗疲勞性等性能及進一步降低釩的使用量節省成本。而降低釩氮合金中的碳硫硅等雜質則可降低在煉鋼添加釩氮合金時帶入過多外在雜質，影響鋼材的性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提出一種制備高氮釩氮合金的工藝，將粗級偏釩酸銨直接為釩氮合金原料而不以釩鐵等高價釩產品為原料，利用自蔓延低溫燃燒反應自身放熱進行氮化，反應時間短，能耗與成本低，生產的氮釩合金高氮高純，氮含量≥17%。氮含量優于美國VN合金。

根據本發明提出的要求，本發明所采用的技術方案是：