本發明屬于釩合金技術領域。具體涉及一種釩氮合金的制備方法。
背景技術：
釩氮合金是一種新型的合金添加劑，添加于鋼中能夠通過析出強化和細晶強化提高鋼的強度、韌性、延展性、耐磨性、耐腐蝕性和抗熱疲勞性等綜合機械性能，能夠有效改善鋼的焊接性能。與鋼中添加釩鐵合金相比，在相同的強度下可以節約釩量20~40%，從而降低了鋼鐵合金化成本。含釩鋼中氮含量從40ppm上升到160ppm時，屈服強度增大了110MPa，因此，提高釩氮合金中的氮含量，能有效節約鋼材用量，即能節約原料和冶煉成本，具有巨大的資源節約和環境保護的雙重效益。
傳統的釩氮合金的制備方法是將五氧化二釩、四氧化二釩、三氧化二釩、偏釩酸銨、多釩酸銨等作為原料，配加還原劑、粘結劑、促進劑等，在高溫下與氮氣或氨氣反應生成釩氮合金產品。
“一種簡易氮化釩的生產方法”（CN102173395A）專利技術，以V2O5和石墨粉為原料，混勻后加入粘結劑聚乙烯醇水溶液，濕混后壓球，干燥，在800℃預還原5h左右，升溫至1350℃持續大于6h的深度還原和碳化，在此過程中不斷充入99.99%以上的氮氣；繼續升溫至1600℃，進行6~10h的氮化燒結，此過程壓力為0.02MPa，總時間在20h左右，反應完成，冷卻至150℃出爐，制得釩氮合金。
“一種制備釩氮合金的方法”（CN103952512A）專利技術，由偏釩酸銨或/和多釩酸銨在氮氫混合氣氛下于600~650℃還原3~6h，得到釩氧化物；將得到的釩氧化物與催化劑、碳質粉劑、粘結劑和水濕法制球，在常壓氮氣氛下于300~350℃保溫1~3h，然后升溫至1450~1650℃，充入壓力為正0.04~0.08MPa的氮氣，進行氮化反應6~9h，降溫出料，獲得釩氮合金。
“一種釩氮合金生產方法”（CN102936678A）專利技術，將含釩原料粉、鐵粉、碳質粉劑和粘結劑攪拌混合后壓塊成型，再與稻殼按體積比1∶1的比例送入煅燒窯，無氧條件下干餾處理，溫度為600~650℃，時間為6~7h，然后加熱到1300~1500℃，同時通入高純氮氣，時間2~4h，冷卻出爐獲得氮化釩產品。
上述生產方法制備的釩氮合金中氮含量較高，但存在的缺點是：工藝復雜、生產周期長和制備溫度高。
技術實現要素：
本發明旨在克服現有技術缺陷，目的是提供一種工藝簡單、反應時間短和反應溫度低的釩氮合金的制備方法。
為實現上述目的，本發明采用的技術方案的具體步驟是：
步驟一、將碳質還原劑和以無水物計的硫酸氧釩按質量比為(0.1~0.3)∶1配料，混勻，得到混合物料。
步驟二、將所述混合物料機壓為塊狀物料，所述塊狀物料的密度為1.5~2.0g/cm3；再將所述塊狀物料在60~120℃條件下干燥1~7h。
步驟三、在常壓和氮氣流量為100~600mL/min的條件下，將干燥后的塊狀物料加熱至1000~1400℃，保溫1~5h，隨爐冷卻至室溫~100℃，出爐，得到釩氮合金。
所述碳質還原劑為碳黑、石墨和活性炭中的一種以上。
所述碳質還原劑的粒度為0.074~0.250mm。
所述硫酸氧釩的粒度為0.074~0.250mm。
由于采用上述技術方案，本發明的有益效果是：
(1)本發明采用硫酸氧釩作為原料，由于硫酸氧釩含有結晶水和吸附水，在造塊過程中無需外加粘結劑，工藝簡單。
(2)本發明采用的硫酸氧釩在加熱過程中分解，使得物料的比表面積增大，增加了與氮氣的接觸面積，提高了還原氮化速率，增加了氮含量，無需外加促進劑且還原氮化時間短。
(3)本發明反應溫度低，有利于節約能耗。
本發明制備的釩氮合金經檢測：釩含量為77.52~80.43wt%；氮含量為12.67~16.98wt%；表觀密度為3.03~3.54g/cm3。
因此，本發明具有工藝簡單、反應時間短和反應溫度低的特點。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明技術方案做進一步詳細的說明，并不將本發明限制在所述的實施例中。
實施例1
一種釩氮合金的制備方法。本實施例采用的技術方案的具體步驟是：
步驟一、將碳質還原劑和以無水物計的硫酸氧釩按質量比為(0.1~0.2)∶1配料，混勻，得到混合物料。
步驟二、將所述混合物料機壓為塊狀物料，所述塊狀物料的密度為1.5~1.8g/cm3；再將所述塊狀物料在60~120℃條件下干燥1~7h。
步驟三、在常壓和氮氣流量為100~400mL/min的條件下，將干燥后的塊狀物料加熱至1000~1200℃，保溫3~5h，隨爐冷卻至室溫~100℃，出爐，得到釩氮合金。
所述碳質還原劑為碳黑。
所述碳質還原劑的粒度為0.074~0.125mm。
所述硫酸氧釩的粒度為0.074~0.125mm。
本實施例制備的釩氮合金經測定：釩含量為78.12~80.43wt%；氮含量為12.82~14.87wt%；表觀密度為3.06~3.36g/cm3。
實施例2
一種釩氮合金的制備方法。本實施例除碳質還原劑，其余同實施例1。
所述碳質還原劑為石墨和活性炭的混合物。
本實施例制備的釩氮合金經測定：釩含量為78.56~79.47wt%；氮含量為12.67~14.92wt%；表觀密度為3.12~3.41g/cm3。
實施例3
一種釩氮合金的制備方法。本實施例采用的技術方案的具體步驟是：
步驟一、將碳質還原劑和以無水物計的硫酸氧釩按質量比為(0.2~0.3)∶1配料，混勻，得到混合物料。
步驟二、將所述混合物料機壓為塊狀物料，所述塊狀物料的密度為1.6~1.9g/cm3；再將所述塊狀物料在60~120℃條件下干燥1~7h。
步驟三、在常壓和氮氣流量為200~500mL/min的條件下，將干燥后的塊狀物料加熱至1200~1300℃，保溫2~4h，隨爐冷卻至室溫~100℃，出爐，得到釩氮合金。
所述碳質還原劑為石墨。
所述碳質還原劑的粒度為0.125~0.250mm。
所述硫酸氧釩的粒度為0.125~0.250mm。
本實施例制備的釩氮合金經測定：釩含量為77.92~79.73wt%；氮含量為13.65~16.92wt%；表觀密度為3.09~3.45g/cm3。
實施例4
一種釩氮合金的制備方法。本實施例除碳質還原劑，其余同實施例3。
所述碳質還原劑為碳黑和活性炭中的混合物。
本實施例制備的釩氮合金經測定：釩含量為77.89~79.98wt%；氮含量為14.51~15.99wt%；表觀密度為3.06~3.47g/cm3。
實施例5
一種釩氮合金的制備方法。本實施例采用的技術方案的具體步驟是：
步驟一、將碳質還原劑和以無水物計的硫酸氧釩按質量比為(0.15~0.25)∶1配料，混勻，得到混合物料。
步驟二、將所述混合物料機壓為塊狀物料，所述塊狀物料的密度為1.7~2.0g/cm3；再將所述塊狀物料在60~120℃條件下干燥1~7h。
步驟三、在常壓和氮氣流量為300~600mL/min的條件下，將干燥后的塊狀物料加熱至1300~1400℃，保溫1~3h，隨爐冷卻至室溫~100℃，出爐，得到釩氮合金。
所述碳質還原劑為活性炭。
所述碳質還原劑的粒度為0.100~0.175mm。
所述硫酸氧釩的粒度為0.100~0.175mm。
本實施例制備的釩氮合金經測定：釩含量為77.52~79.86wt%；氮含量為15.31~16.98wt%；表觀密度為3.10~3.46g/cm3。
實施例6
一種釩氮合金的制備方法。本實施例除碳質還原劑，其余同實施例5。
所述碳質還原劑為碳黑和石墨的混合物。
本實施例制備的釩氮合金經測定：釩含量為77.81~79.62wt%；氮含量為14.39~16.91wt%；表觀密度為3.03~3.54g/cm3。
實施例7
一種釩氮合金的制備方法。本實施例除碳質還原劑，其余同實施例5。
所述碳質還原劑為碳黑、石墨和活性炭中的混合物。
本實施例制備的釩氮合金經測定：釩含量為78.12~79.89wt%；氮含量為14.76~16.03wt%；表觀密度為3.11~3.48g/cm3。
本具體實施方式的有益效果是：
(1)本具體實施方式采用硫酸氧釩作為原料，由于硫酸氧釩含有結晶水和吸附水，在造塊過程中無需外加粘結劑，工藝簡單。
(2)本具體實施方式采用的硫酸氧釩在加熱過程中分解，使得物料的比表面積增大，增加了與氮氣的接觸面積，提高了還原氮化速率，增加了氮含量，無需外加促進劑且還原氮化時間短。
(3)本具體實施方式反應溫度低，有利于節約能耗。
本具體實施方式制備的釩氮合金經檢測：釩含量為77.52~80.43wt%；氮含量為12.67~16.98wt%；表觀密度為3.03~3.54g/cm3。
因此，本具體實施方式具有工藝簡單、反應時間短和反應溫度低的特點。