[發(fā)明專利]一種氮化釩多場耦合制備工藝及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011124837.9
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112342421B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙鵬;朱建明;武航進(jìn);李江江;景明海;劉先松;劉新遠(yuǎn);朱軍
• 申請（專利權(quán)）人: 長安大學(xué)
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C29/16;C21C7/00
• 代理公司: 西安恒泰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61216
• 代理人: 史玫

一種氮化釩多場耦合制備工藝及裝置，所公開的工藝包括配方量的碳源、三氧化二釩和鐵粉混合、施加第一壓力成型得中間坯體；之后在800?1200℃、氮?dú)猸h(huán)境中，對中間坯體施加第二壓力的同時通第二電流，通過力場、溫度場和電場三場耦合作用進(jìn)行碳化氮化制得氮化釩。所公開的裝置包括加熱窯、絕緣耐火反應(yīng)器和施壓裝置，加熱窯底部設(shè)有兩條可導(dǎo)電軌道，該兩個可導(dǎo)電軌道上設(shè)外接電源接頭；絕緣耐火反應(yīng)器上設(shè)有兩個相對的電極，兩個電極之間的空間為中間坯體放置空間，且兩個電極底部分別活動式位于兩個可導(dǎo)電導(dǎo)軌上；施壓裝置用于對絕緣耐火反應(yīng)器中的中間坯體進(jìn)行施壓。本發(fā)明可制備高強(qiáng)度、高密度、低碳含量的氮化釩產(chǎn)品，同時節(jié)能降耗，綠色環(huán)保。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氮化釩生產(chǎn)技術(shù)，具體涉及氮化釩多場耦合制備工藝及設(shè)備。

背景技術(shù)

氮化釩，又稱釩氮合金，是一種新型合金添加劑，可以替代釩鐵用于微合金化鋼的生產(chǎn)。氮化釩添加于鋼中能提高鋼的強(qiáng)度、韌性、延展性及抗熱疲勞性等綜合機(jī)械性能，并使鋼具有良好的可焊性。在達(dá)到相同強(qiáng)度下，添加氮化釩節(jié)約釩加入量30-40％，進(jìn)而降低了鋼鐵生產(chǎn)成本。

在微合金化鋼中，釩主要起沉淀強(qiáng)化作用，提高鋼材強(qiáng)度、抗熱強(qiáng)度和抗短時蠕變能力，改善鋼的韌性和塑性；而氮元素的加入可以促進(jìn)釩從固溶相向V(CN)析出相轉(zhuǎn)變，細(xì)化晶粒并大量析出，起細(xì)化強(qiáng)化的作用。

現(xiàn)有釩氮合金是由五氧化二釩、碳粉、活性劑等原材料制成的坯件，在常壓、氮?dú)夥毡Ｗo(hù)下，經(jīng)1500～1800℃高溫狀態(tài)下，反應(yīng)生成釩氮合金。其關(guān)鍵工藝設(shè)備為連續(xù)式氣氛推板高溫爐，采用硅鉬棒等電熱元件獲取熱源。該工藝過程中，碳化氮化溫度高，生產(chǎn)時間長，耐火材料壽命短，電耗高，硅鉬棒發(fā)熱體材料消耗大，產(chǎn)品機(jī)械強(qiáng)度低等均是現(xiàn)有技術(shù)存在的突出問題。

為了克服上述技術(shù)問題，科技工作者曾經(jīng)想通過給石墨匣缽?fù)娀蛘呋剞D(zhuǎn)窯上設(shè)置電極進(jìn)行通電生產(chǎn)，但是由于裝置溫度仍然不低于1300℃，裝置溫度高、產(chǎn)品強(qiáng)度低的等問題一直得不到解決。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷或不足，本發(fā)明一方面提供了一種氮化釩多場耦合制備工藝。

為此，本發(fā)明所提供的制備工藝包括：

(1)配方量的碳源、三氧化二釩和鐵粉混合、施加第一壓力成型得中間坯體；

(2)在800-1200℃、氮?dú)猸h(huán)境中，對中間坯體施加第二壓力的同時通第二電流，通過力場、溫度場和電場三場耦合作用進(jìn)行碳化氮化制得氮化釩。

進(jìn)一步，所述步驟(2)的中間坯體斷面通電第二電流為0.1-2A/mm²，第二壓力為1-10Mpa，碳化氮化時長為0.5-6小時，氮?dú)鈮毫?-2大氣壓。

進(jìn)一步，本發(fā)明的方法還包括：(3)碳化氮化后所得制品進(jìn)行冷卻，冷卻過程中通入氮?dú)猓瑢Φ獨(dú)膺M(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后的氮?dú)夤┎襟E(2)使用。

可選的，所述三氧化二釩替換為五氧化二釩，且步驟(1)后，在室溫-150℃溫度下對中間坯體通第一電流，所述中間塊體斷面通電還原的第一電流為0.05-0.5A/mm²，還原時長為0.5-3小時，還原后進(jìn)行步驟(2)。

另外，本發(fā)明還提供了一種氮化釩多場耦合制備裝置。為此本發(fā)明所提供的裝置包括：

加熱窯，該加熱窯底部設(shè)有兩條可導(dǎo)電軌道，該兩個可導(dǎo)電軌道上設(shè)外接電源接頭，所述加熱窖上設(shè)有氣體進(jìn)口和氣體出口；

至少一個絕緣耐火反應(yīng)器，所述絕緣耐火反應(yīng)器上設(shè)有兩個相對的電極，兩個電極之間的空間為中間坯體放置空間，且所述兩個電極底部分別活動式位于兩個可導(dǎo)電導(dǎo)軌上；

至少一臺施壓裝置，用于對絕緣耐火反應(yīng)器中的中間坯體進(jìn)行施壓。