氮化硅釩鐵合金及其生產方法
【專利摘要】本發明屬于鐵合金【技術領域】，具體涉及一種氮化硅釩鐵合金及其生產方法。本發明提供了一種氮化硅釩鐵合金，由下述重量配比的組分組成：釩25～55wt%、氮11～26wt%、硅8～20wt%、余量為鐵及不可避免的雜質。本發明還提供了上述氮化硅釩鐵合金的生產方法，將原料硅釩鐵合金破碎，再將其和氮氣在高溫下合成，冷卻即得氮化硅釩鐵。
【專利說明】氮化硅釩鐵合金及其生產方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于鐵合金【技術領域】，具體涉及一種氮化硅釩鐵合金及其生產方法。
【背景技術】
[0002]鋼鐵產業近年來最重要的技術進步是鋼鐵材料微合金化技術的開發與推廣應用。常用的微合金化元素有鈮、釩、鈦等。它們通常以碳化物或者氮化物的形式加入，從經濟的角度來看，也有采用直接加入娃f凡鐵合金或者氮化娃f凡鐵合金的。
[0003]大量釩氮微合金化鋼鐵工業規模應用表明:只有釩在鋼材中以有效的化合態(氮化釩)存在時，才可以最大限度地改善鋼材的機械性能，其根本原因是氮化釩在鋼材的形成過程中經歷了溶解、析出的過程，從而實現了對鋼材晶粒的細化、強化作用。因此，改善鋼材中釩的存在形態，提高鋼材中氮化釩的數量對改善鋼材的性能具有重要的作用，故增加鋼材中的氮含量具有重要的作用。
[0004]鋼材中增加氮含量比較理想的方式是向鋼液中添加氮化物，如果能夠添加富含氮的微合金氮化物則最好。從富氮的角度來看，氮化硅是不錯的選擇，其氮含量的理論值達到了 40% ;從微合金化元素的角度來看，氮化釩、氮化釩鐵等都是不錯的選擇，但它們最大的問題是富氮程度不足，而釩氮合金則相對較差，除了富氮程度不足之外，還存在表觀密度低、氧含量較高、氮含量不穩定等問題。
[0005]鑒于此，如果能夠把氮化釩鐵與氮化硅的優點結合起來，實現富氮程度高、表觀密度大的有機結合，則是最佳的選擇。因此，冶金學家開發出了氮化硅釩鐵。但現有的氮化硅釩鐵由于生產工藝或者原料選擇等，都存在一些不足；釩鐵的生產方法很多，但總體來看無非是硅熱法與鋁熱法兩種，鋁熱法的優點是產品含釩量高，缺點是將其中的硅含量當成雜質來控制，生產成本高；硅熱法的缺點是產品釩含量較低，不能用于生產釩含量很高的釩鐵，但它的最大優點是生產成本低；現用的硅熱法生產釩鐵，由于其中第目標是為了生產含硅較低的釩鐵，故需要用金屬鋁來部分替代硅作為還原劑，既增加了生產成本，也使過程控制復雜。如果生產的硅釩鐵具有一定的硅含量，則生產過程可以配加過量的硅來實現，既可以最大限度的提高釩的回收率，也可以降低生產成本。
[0006]中國發明專利ZL201110000948.3公開了一種氮化硅釩鐵的生產方法，它利用氧化釩或者釩鐵為原料，與硅鐵進行煅燒反應制得氮化硅釩鐵產品。利用氧化釩與硅鐵煅燒反應在固態下進行，存在反應不徹底、富氮不足、殘氧含量高、表觀密度低、生產原料種類多等問題；利用釩鐵與硅鐵煅燒反應在固態下進行，依然存在前述的問題，但由于用釩鐵為原料，與前者相比，產品質量可能稍好，但其生產成本更高。
[0007]中國發明專利ZL201210433086.8公開了一種氮化硅釩鐵的生產方法，它利用釩鐵為原料，與硅鐵進行煅燒反應制備氮化硅釩鐵產品，但依然存在反應原料種類多、成分均應性差等問題，生產成本較高。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在于提供了一種氮化硅釩鐵合金及其生產方法。該方法采用硅釩鐵合金為原料來制備氮化硅釩鐵合金，制備出了成分均勻、富氮程度高、表觀密度大的氮化硅鑰;鐵合金。
[0009]本發明所解決的第一個技術問題是提供了氮化硅釩鐵合金。該氮化硅釩鐵合金由下述重量配比的組分組成:鑰;25~55wt%、氮11~26wt%、娃8~20wt%、余量為鐵及不可避免的雜質。
[0010]優選的，上述氮化硅釩鐵合金，由下述重量配比的組分組成:釩25~55wt%、氮11~26wt%、硅8~20wt%、余量為鐵及不可避免的雜質；氮與釩的摩爾比為1.5~1.9，表觀密度為5~6g/cm3。
[0011]本發明解決的第二個技術問題是提供上述氮化硅釩鐵合金的生產方法。該方法包括以下步驟:將硅釩鐵合金破碎后裝入高壓反應器中，抽真空后充入氮氣，點火，保持壓力為6~12Mpa進行反應，反應完成后在氮氣條件下冷卻即可。
[0012]優選的，上述生產方法中，所述硅釩鐵合金由下述重量配比的組分組成:釩30~65wt%、硅10~25wt%、余量為鐵及不可避免的雜質。
[0013]優選的，上述生產方法中，硅釩鐵合金破碎后的粒度為-100目~-140目。
[0014]進一步，優選的，上述生產方法中，硅釩鐵合金破碎后的粒度為-120目~-140目。
[0015]優選的，上述生產方法中，抽至真空壓力為10_2Pa充入氮氣。
[0016]優選的，上述生產方法中，當壓力到達6Mpa時點火。
[0017]優選的，上述生產方法中，所述氮氣純度為99.9~99.999%。
[0018]優選的，上述生產方法中，所述氮氣純度為99.999%。
[0019]本發明直接采用外購的設定成分組成的硅釩鐵合金為原料，與氮氣反應得到氮化硅釩鐵合金，工藝簡單，原料種類少；生產組織、管理簡單，費用低；產品質量好，成分均勻。由于避免了硅鐵的研磨破碎與分析，也避免了釩鐵與硅鐵的配料與配料等問題，生產工藝簡單，避免了因為混料不均勻、計算不準確帶來的產品成分不均勻等問題；由于本身成分均勻，燃燒合金過程只需要完成反應即可，對本過程的均勻化要求低，控制難度小。
【具體實施方式】
[0020]氮化娃鑰;鐵合金，由下述重量配比的組分組成:鑰;25~55wt%、氮11~26wt%、娃8~20wt%、余量為鐵及不可避免的雜質。
[0021]進一步的，為了使氮化硅釩鐵取得最佳的使用效果，要滿足內因和外因兩個條件，內因是氮釩的摩爾比，外因是產品的表觀密度。所以，優選的，上述氮化硅釩鐵合金，由下述重量配比的組分組成:釩25~55wt%、氮11~26wt%、硅8~20wt%、余量為鐵及不可避免的雜質；氮與釩的摩爾比為1.5~1.9，表觀密度為5~6g/cm3。
[0022]上述氮化硅釩鐵合金的生產方法，包括以下步驟:將-100目~-140目的硅釩鐵合金裝入高壓反應器中，抽真空至10_2Pa后充入純度為99.9~99.999%的高純氮氣，當壓力達到6Mpa時啟動點火裝置引燃原料,保持壓力為6~12Mpa進行合成反應,反應完成后在氮氣條件下冷卻即可。
[0023]本發明通過氮氣的壓力來控制氮氣是否充足，如果氮氣低于下限，可以進一步通入氮氣，具體操作過程中可根據硅釩鐵合金消耗氮氣的量導致反應器中壓力的變化來控制是否補充氮氣。
[0024]本發明原料硅釩鐵合金的量可根據實際情況(如反應器的大小等)來添加，原料消耗了氮氣，為了保證充分反應，可以繼續通入氮氣，而不因此將原料硅釩鐵合金的添加量控制在某個范圍或固定值。
[0025]本發明所得到的氮化硅釩鐵合金具有設定的氮釩摩爾比以及較高的表觀密度，由下述重量配比的組分組成:鑰;25~55wt%、氮11~26wt%、娃8~20wt%、余量為鐵及不可避免的雜質。
[0026]實施例1
[0027]取含釩30wt%、含硅10wt%的硅釩鐵合金，研磨到全部通過-100目，然后送入高溫自蔓延反應器中，將反應器抽真空到10_2Pa，充入純度99.9%高純氮氣，待容器內壓力達到6MPa后點火，保持容器內壓力6~12MPa，反應30min后結束，繼續充入氮氣冷卻15min后出爐，取樣檢測其成分為:25.2wt%V、8.7wt%S1、13.lwt%N，表觀密度為5.3g/cm3，氮釩摩爾比為1.89。
[0028]實施例2
[0029]取含鑰;45wt%、含娃15wt%的娃鑰；鐵合金,研磨到全部通過-120目，然后送入高溫自蔓延反應器中，將反應器抽真空到10_2Pa，充入純度99.99%高純氮氣，待容器內壓力達到6MPa后點火，保持容器內壓力6~12MPa，反應45min后結束；繼續充入氮氣冷卻15min后出爐，取樣檢測其成分為:35.7wt%V、ll.9wt%S1、18.3wt%N，表觀密度為5.8g/cm3，氮釩摩爾比為1.87。
[0030]實施例3
[0031]取含釩60wt%、含硅20wt%的硅釩鐵合金，研磨到全部通過-140目，然后送入高溫自蔓延反應器中，將反應器抽真空到10_2Pa，充入純度99.999%高純氮氣；待容器內壓力達到6MPa后點火，保持容器內壓力6~12MPa，反應35min后結束，繼續充入氮氣冷卻15min后出爐，取樣檢測其成分為:45.7wt%V、15.6wt%S1、23.lwt%N，表觀密度為5.4g/cm3，氮釩摩爾比為1.84。
[0032]實施例4
[0033]取含釩65wt%、 含硅15wt%的硅釩鐵合金，研磨到全部通過-120目，然后送入高溫自蔓延反應器中，將反應器抽真空到10_2Pa，充入純度99.99%高純氮氣，待容器內壓力達到6MPa后點火，保持容器內壓力6~12MPa，反應40min后結束，繼續充入氮氣冷卻15min后出爐，取樣檢測其成分為:50.8wt%V、ll.7wt%S1、21.8wt%N，表觀密度為5.lg/cm3，氮釩摩爾比為1.56。
【權利要求】
1.氮化硅釩鐵合金，其特征在于:由下述重量配比的組分組成:釩25~55wt%、氮11~26wt%、硅8~20wt%、余量為鐵及不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的氮化硅釩鐵合金，其特征在于:氮與釩的摩爾比為1.5~1.9，表觀密度為5~6g/cm3。
3. 權利要求1或2所述的氮化硅釩鐵合金的生產方法，其特征在于:包括以下步驟:將硅釩鐵合金破碎后裝入高壓反應器中，抽真空后充入氮氣，點火，保持壓力為6~12Mpa進行反應，反應完成后在氮氣條件下冷卻即可。
4. 根據權利要求3所述的氮化硅釩鐵合金的生產方法，其特征在于:步驟a中，所述硅釩鐵合金由下述重量配比的組分組成:釩30~65wt%、硅10~25wt%、余量為鐵及不可避免的雜質。
5.根據權利要求3所述的氮化硅釩鐵合金的生產方法，其特征在于:所述硅釩鐵合金破碎后粒度為-100目~-140目。
6.根據權利要求4所述的氮化硅釩鐵合金的生產方法，其特征在于:所述硅釩鐵合金破碎后粒度為-120目~-140目。
7.根據權利要求3所述的氮化硅釩鐵合金的生產方法，其特征在于:抽至真空壓力為10_2Pa充入氮氣。
8.根據權利要求3所述的氮化硅釩鐵合金的生產方法，其特征在于:所述點火為當壓力到達6Mpa時點火。
9.根據權利要求3所述的氮化硅釩鐵合金的生產方法，其特征在于:所述氮氣純度為99.9 ~99.999%。
10.根據權利要求9所述的氮化硅釩鐵合金的生產方法，其特征在于:所述氮氣純度為99.999%。
【文檔編號】C22C29/16GK103526098SQ201310475963
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月12日 優先權日:2013年10月12日
【發明者】陳守均, 陳守俊 申請人:攀枝花市仁通釩業有限公司