鐵基釩氮微合金添加劑及其制備方法
【專利摘要】一種鐵基釩氮微合金添加劑，其特征在于：按重量計，50釩鐵97.95份，助燃劑2.00份，滲氮催化劑0.05份。制備方法：將50釩鐵放入顎式破碎機（1）中，破碎至10毫米以下；放入對輥破碎機（2）中進行粉碎；再放入球磨機（3）中進行研磨；放入振動篩（4）中篩選；篩選出120-180微米、小于120微米兩種粒徑等級；裝到行星強制混合機（5）中均勻混合；裝入石墨盤中放入干燥機（6）中進行干燥；利用真空機（9）對反應釜抽真空，從氮氣瓶（10）中充入氮氣，點火燒結；對裝有不同粒徑物料的反應釜，采取不同壓力。該發明生產出鐵基釩氮微合金添加劑，釩氮比高、成分穩定、氮化均勻。
【專利說明】鐵基釩氮微合金添加劑及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于金屬材料及制備方法，特別涉及一種鐵基釩氮微合金添加劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002]在進行鋼鐵產品結構調整的過程中，提高普碳鋼和微合金鋼的強度是必由之路，其中的主要方法是加大微合金化鋼的研究和推廣，利用微合金化技術，使碳素鋼和微合金鋼的強度翻番，極大地減少資源的消耗。在微合金化鋼中，釩的微合金化占有重要地位。隨著國內外對釩氮合金(VN)研究工作的不斷深入，人們充分認識到釩氮合金的有益作用，據近代材料學的研究發現，鋼中增氮后，原來處于固熔狀態的釩轉變成析出狀態的釩，充分發揮了釩的沉淀強化作用；氮在鋼中具有明顯的細化晶粒的作用；釩氮微合金化通過優化釩的析出和細化鐵素體晶粒，充分發揮了晶粒細化強化和沉淀強化兩種強化方式的作用，大大改善了鋼的強韌性配合，充分體現了微合金化在技術經濟方面的優勢；采用釩氮微合金化，不需要添加其他貴重的合金元素，在熱軋條件下即可獲得屈服強度為550-600兆帕斯卡的高強度鋼，因此，釩氮合金以其顯著的技術經濟優勢，在世界范圍內獲得了廣泛的應用。據中鋼協公布的數據，到2010年，僅鈮、釩、鈦微合金鋼的總量已經達到7000萬噸。用微合金鋼取代低強度的碳鋼，可以減少鋼材需要量的25%。微合金化技術的發展和完善，推動了鋼鐵工業的技術進步。
[0003]鐵基釩氮微合金添加劑是一種重要的釩氮微合金添加劑，加入鋼中可提高鋼的耐磨性、耐腐蝕性、韌性、強度、延展性、硬度及抗疲勞性等綜合力學性能，并使鋼具有良好的可焊接性能，而且具有除夾雜物、延伸等作用。尤其是在高強度低合金鋼中，氮化釩鐵中的氮比碳化釩、釩鐵能夠更有效地強化和細化晶粒，節約含釩原料，從而降低煉鋼生產成本。目前國內外已經有多種方法制取鐵基釩氮微合金添加劑，其中燃燒合成法是在密閉容器內通人高壓液態氮或氮氣，經過氮化反應放出的熱能使釩鐵粉末生成鐵基釩氮微合金添加劑。該工藝的特點是在低電耗條件下短時間內可得到氮含量波動范圍很窄的高質量合金。燃燒合成是一種利用化學反應自身放熱的持續進行，快速合成材料的技術，在合成的過程中不需要補充外來的能量。也正是這種高速合成的特點，合成過程燃燒波一開始引發后，反應就處于一種難以控制的狀態。
[0004]燃燒合成過程中，參與反應的材料自身能夠釋放足夠的熱能，維持反應的持續進行，合成過程中鐵不參加反應，釩燃燒放出的熱量影響著合成效果。當原料中釩含量過低時，氮化合成反應所釋放的熱能不足以維持氮化合成反應的持續進行，需要加入助燃劑增加反應熱量，但助燃劑添加過多，合成的過程中釋放熱量過大，出現熔融金屬層，造成氮化率變低，使鐵基釩氮微合金添加劑中氮含量不穩定，也會導致產品成分的變化。在利用燃燒合成技術制備鐵基釩氮微合金添加劑的過程中，制約產品質量的不僅有釩鐵和助燃劑成分比例，還有原料粒度、粒度分布、氮化溫度、氮化時間、氮氣壓力、滲氮催化劑的選擇和比例等。不同的粒度的原料燃燒合成時的散熱環境和氮氣需求不同，粒度差異較大的物料在同一燃燒環境當中，造成反應程度不一，出現氮化不均勻，滲氮質量不穩定等質量問題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服上述不足，提供一種利用燃燒合成技術，制備釩氮比高、成分穩定、氮化均勻的鐵基f凡氮微合金添加劑及其制備方法。
[0006]本發明解決技術問題所利用的技術方案是:一種鐵基釩氮微合金添加劑，其特征在于:按重量計，50釩鐵97.95份，助燃劑2.00份，滲氮催化劑0.05份。
[0007]所述的50釩鐵，為GB/T 4139-2004釩鐵標準的FeV50_A或FeV50_B的釩鐵，平均粒徑為80-180微米；
所述的氮氣，為純度大于99.99%的氮氣；
所述的助燃劑為純度大于99%，粒徑為150微米的鋁粉；
所述的滲氮催化劑為純度大于90%，粒徑為150微米的鈦粉。
[0008]一種鐵基釩氮微合金添加劑的制備方法，采取如下步驟:
a.將50f凡鐵放入顎式破碎機中破碎,破碎成小小于等于10毫米的顆粒；
b.將破碎的釩鐵顆粒放入對輥破碎機中進一步粉碎； c.將粉碎后的釩鐵分別放入球磨機中，進行研磨；
d.將研磨后的釩鐵放入振動篩中，篩選出小于等于180微米粒徑的50釩鐵，將大于180微米的50 f凡鐵重新放入研磨機中繼續研磨；
e.將小于等于180微米粒徑的50釩鐵再次放入振動篩中，分別篩選出小于120-180微米和小于120微米的兩個粒徑等級，分級置放；
f.按不同的粒徑等級，將50釩鐵97.95份，助燃劑鋁粉2.00份，滲氮催化劑鈦粉0.05份，分徑級裝到行星強制混合機中，均勻混合；
g.將混合均勻的物料裝入石墨盤中，放入干燥機中進行干燥；
h.將干燥好的物料連同石墨盤分別裝于高壓反應釜A和高壓反應釜B中，利用真空機對高壓反應釜抽真空，從氮氣瓶充入純度大于99.99%的高壓氮氣后，利用高壓反應釜內的高能點火裝置引燃反應；
1.對粒徑為120-180微米的釩鐵，反應釜壓力控制在11~12mp，反應時間120分鐘，反應溫度1700~1800°C ;對粒徑小于120微米的釩鐵，反應釜的壓力控制在8~1mp,反應時間120分鐘，反應溫度1700~18000C ；
j.反應結束后，反應釜減壓至常壓，當反應釜溫度降至60°C以下時，把石墨盤從高壓反應釜A和高壓反應釜B中取出，將燒結后的鐵基釩氮微合金添加劑與石墨盤分離；
k.將冷卻后的鐵基釩氮微合金添加劑用錘式破碎機進行破碎，粒徑為10~50毫米，其中粒徑小于10毫米，大于50毫米徑級之和，不大于總量的6%。
[0009]本發明的有益效果是，該發明生產出鐵基釩氮微合金添加劑，釩氮比高、成分穩定、氮化均勻。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]以下結合附圖以實例具體說明。
[0011]圖是一種鐵基釩氮微合金添加劑的制備方法的流程框圖。
[0012]圖中:1-顎式破碎機；2_對輥破碎機；3_球磨機；4_振動篩；5_行星強制混合機；6-干燥機；7_高壓反應釜A ；8-高壓反應釜B ；9-真空機；10_氮氣瓶；11_錘式破碎機。
【具體實施方式】
[0013]一種鐵基釩氮微合金添加劑，其特征在于:按重量計，50釩鐵97.95份，助燃劑
2.00份，滲氮催化劑0.05份。
[0014]所述的50釩鐵，為GB/T 4139-2004釩鐵標準的FeV50_A或FeV50_B的釩鐵，平均粒徑為80-180微米；
所述的氮氣，為純度大于99.99%的氮氣；
所述的助燃劑為純度大于99%，粒徑為150微米的鋁粉；
所述的滲氮催化劑為純度大于90%，粒徑為150微米的鈦粉。
[0015]一種鐵基釩氮微合金添加劑的制備方法，采取如下步驟:
a.將50f凡鐵放入顎式破碎機I中破碎，破碎成小小于等于10毫米的顆粒；
b.將破碎的釩鐵顆粒放入對輥破碎機2中進一步粉碎；
c.將粉碎后的釩鐵分別放入球磨機3中，進行研磨； d.將研磨后的釩鐵放入振動篩4中，篩選出小于等于180微米粒徑的50釩鐵，將大于180微米的50 f凡鐵重新放入研磨機3中繼續研磨；
e.將小于等于180微米粒徑的50釩鐵再次放入振動篩4中，分別篩選出小于120-180微米和小于120微米的兩個粒徑等級，分級置放；
f.按不同的粒徑等級，將50釩鐵97.95份，助燃劑鋁粉2.00份，滲氮催化劑鈦粉0.05份，分徑級裝到行星強制混合機5中，均勻混合；
g.將混合均勻的物料裝入石墨盤中，放入干燥機6中進行干燥；
h.將干燥好的物料連同石墨盤分別裝于高壓反應釜A7和B8中，利用真空機9對高壓反應釜抽真空，從氮氣瓶10充入純度大于99.99%的高壓氮氣后，利用高壓反應釜內的高能點火裝置引燃反應；
1.對粒徑為120-180微米的釩鐵，反應釜壓力控制在11~12mp，反應時間120分鐘，反應溫度1700~1800°C ;對粒徑小于120微米的釩鐵，反應釜的壓力控制在8~1mp,反應時間120分鐘，反應溫度1700~18000C ；
j.反應結束后，反應釜減壓至常壓，當反應釜溫度降至60°C以下時，把石墨盤從高壓反應釜A和高壓反應釜B中取出，將燒結后的鐵基釩氮微合金添加劑與石墨盤分離；
k.將冷卻后的鐵基釩氮微合金添加劑用錘式破碎機11進行破碎，粒徑為10~50毫米，其中粒徑小于10毫米，大于50毫米徑級之和，不大于總量的6%。
【權利要求】
1.一種鐵基釩氮微合金添加劑，其特征在于:按重量計，50釩鐵97.95份，助燃劑2.00份，滲氮催化劑0.05份。
2.根據權利要求1所述的一種鐵基釩氮微合金添加劑的制備方，其特征采取如下步驟: a.將50f凡鐵放入顎式破碎機(I)中破碎，破碎成小小于等于10毫米的顆粒； b.將破碎的釩鐵顆粒放入對輥破碎機(2)中進一步粉碎； c.將粉碎后的釩鐵分別放入球磨機(3)中，進行研磨； d.將研磨后的釩鐵放入振動篩(4)中，篩選出小于等于180微米粒徑的50釩鐵，將大于180微米的50釩鐵重新放入研磨機(3)中繼續研磨； e.將小于等于180微米粒徑的50釩鐵再次放入振動篩(4)中，分別篩選出小于120-180微米和小于120微米的兩個粒徑等級，分級置放； f.按不同的粒徑等級，將50釩鐵97.95份，助燃劑鋁粉2.00份，滲氮催化劑鈦粉0.05份，分徑級裝到行星強制混合機(5)中，均勻混合； g.將混合均勻的物料裝入石墨盤中，放入干燥機(6)中進行干燥； h.將干燥好的物料連同石墨盤分別裝于高壓反應釜A(7)和高壓反應釜B (8)中，利用真空機(9)對高壓反應釜抽真空，從氮氣瓶(10)充入純度大于99.99%的高壓氮氣后，利用高壓反應釜內的高能點火裝置引燃反應； i.對粒徑為120-180微米的釩鐵，反應釜壓力控制在11~12mp，反應時間120分鐘，反應溫度1700~1800°C ;對粒徑小于120微米的釩鐵，反應釜的壓力控制在8~1mp,反應時間120分鐘，反應溫度1700~18000C ； j.反應結束后，反應釜減壓至常壓，當反應釜溫度降至60°C以下時，把石墨盤從反應釜A 7高壓反應釜B 8中取出，將燒結后的鐵基釩氮微合金添加劑與石墨盤分離； k.將冷卻后的鐵基釩氮微合金添加劑用錘式破碎機(11)進行破碎，粒徑為10~50毫米，其中粒徑小于10毫米，大于50毫米徑級之和，不大于總量的6%。
【文檔編號】C22C33/02GK104178690SQ201310200028
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月27日 優先權日:2013年5月27日
【發明者】李立英, 劉立民 申請人:石家莊金昊新材料科技有限公司