一種微負(fù)壓氮化釩的制備方法及其產(chǎn)品的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于釩類合金的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微負(fù)壓氮化釩的制備方法及其廣品。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬釩在鋼鐵工業(yè)中已有近百年的時間，一直以釩鐵的形式進(jìn)行使用。釩氮合金是一種最新型的合金添加劑，可以替代氮化釩鐵用于微合金化鋼的生產(chǎn)。它有兩種晶體結(jié)構(gòu):一是V3N，六方晶體結(jié)構(gòu)，硬度極高，顯微硬度約為1900HV，熔點(diǎn)不可測；二是VN，面心立方晶體結(jié)構(gòu)，顯微硬度約為1520HV，熔點(diǎn)為2360度。廣泛用于切削工具、磨具和結(jié)構(gòu)材料中。同時也是一種良好的催化劑，具有高催化活性、高選擇性、良好的穩(wěn)定性和抗中毒性能。釩氮合金添加于結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、管道鋼、鋼筋及鑄鐵中，比氮化釩鐵更能提高鋼的強(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。
[0003]在熱乳的高強(qiáng)度低合金鋼中，微合金元素釩和鋼中的碳氮元素結(jié)合，以微小的碳氮化物形式析出，一方面起到了細(xì)化晶粒的作用以獲得良好韌性，另一方面起到沉淀強(qiáng)化的作用從而顯著提高鋼的屈服強(qiáng)度。由于釩氮的交互作用，隨著氮含量的顯著增高，則可以相應(yīng)的減少指定強(qiáng)度水平所需的釩含量，因此新型釩添加劑的研發(fā)勢在必行。碳化釩以及碳氮化釩均具有能耗小，成本低，釩的回收率高的優(yōu)點(diǎn)，相對而言，在合金中碳含量要控制在較低水平，因此氮化釩是更為理想的新型釩添加劑。
[0004]釩氮合金的主要優(yōu)點(diǎn)有:
[0005](I)釩氮合金比釩鐵具有更有效的強(qiáng)化和細(xì)化晶粒作用。
[0006](2)使用釩氮合金可以節(jié)約釩添加量，相同強(qiáng)度條件下釩氮合金與釩鐵相比可節(jié)約20?40%釩。
[0007](3)使用釩氮合金以便釩、氮收得率穩(wěn)定，減少鋼的性能波動。
[0008](4)使用釩氮合金非常方便，損耗少。采用高強(qiáng)度防潮包裝，可直接入爐。
[0009]釩氮微合金化的物理冶金原理有如下幾個要點(diǎn):一是鋼中增氮后，使原來處于固溶狀態(tài)的釩轉(zhuǎn)變成析出狀態(tài)的釩，充分發(fā)揮釩的沉淀強(qiáng)化作用，二是氮在鋼中還具有明顯的細(xì)化晶粒的作用。三是釩氮微合金化通過優(yōu)化釩的析出和細(xì)化鐵素體晶粒，充分發(fā)揮了細(xì)化強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化兩種強(qiáng)化方式作用，大大改善了鋼的韌性配合，充分體現(xiàn)了微合金化在技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)勢。四是采用釩氮微合金化不需要添加其它貴重的合金元素，熱乳條件下可以獲得屈服強(qiáng)度為550至600MPa的高強(qiáng)度鋼。因此，氮化釩在鋼鐵工業(yè)中廣泛應(yīng)用。
[0010]申請?zhí)枮?01110000961.9的發(fā)明專利公開了一種簡易的氮化釩生產(chǎn)方法，將V2O5粉和石墨粉按4:1的重量比在干混機(jī)上充分混合，按100:15的重量比在上述混粉中加入含量為4%的聚乙烯醇水溶液，并在濕混機(jī)混合10分鐘，將濕混好的混合粉壓球，干燥后分層裝入料車、入爐、密封爐門并抽真空。加溫至800°C并在此溫度下進(jìn)行預(yù)還原5小時左右，然后繼續(xù)升溫到，1350 °C持續(xù)不少于6小時的深度還原和碳化，在過程中不斷充入純度99.99 %以上的氮?dú)?，升溫?600 0C進(jìn)行氮化燒結(jié)并出爐。
[0011]制備氮化釩的方法按制備體系、條件的不同可分為高溫真空法和高溫非真空法兩大類。上述方法即屬于高溫真空法的范疇?，F(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)氮化釩的企業(yè)，基本上采用真空爐與隧道窯的生產(chǎn)方式。具體的生產(chǎn)方式為:將氮?dú)馔ㄈ敕磻?yīng)器內(nèi)，對氮?dú)饧盃t料加熱到高溫后，原料與氮?dú)膺M(jìn)行反應(yīng)，生產(chǎn)氮化釩產(chǎn)品。但這種生產(chǎn)方式會在爐內(nèi)爐料中產(chǎn)生溫度梯度，即各種料實(shí)際得到的反應(yīng)溫度和理論反應(yīng)溫度是有差別的，容易造成產(chǎn)品的質(zhì)量不均一，對后續(xù)煉鋼工藝準(zhǔn)確添加氮化釩時計(jì)算帶來困難;另外，由于設(shè)備同時對爐內(nèi)氣體和爐料加熱，即加熱與反應(yīng)為同一設(shè)備，使得設(shè)備的加工制造技術(shù)難度增加，成本提高，現(xiàn)有的生產(chǎn)廠家運(yùn)行情況表明，高溫真空法生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)成本高且只能間斷操作，很難大批量生產(chǎn)，另外氮化釩生產(chǎn)設(shè)備投資大，維護(hù)、維修費(fèi)用十分昂貴。
[0012]傳統(tǒng)方法均需在高溫下制備，生產(chǎn)成本較高，且得到的產(chǎn)品中雜質(zhì)元素含量偏高，尤其是碳含量，這大大限制氮化釩的應(yīng)用和生產(chǎn)技術(shù)的推廣。因此發(fā)明一種合成溫度低、操作容易、制備方法簡單、產(chǎn)品質(zhì)量好的制備氮化釩工藝有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種微負(fù)壓氮化釩的制備方法及其產(chǎn)品。
[0014]一種微負(fù)壓氮化釩的制備方法，包括以下步驟:
[0015]I)在反應(yīng)爐中將釩源與碳粉形成的塊狀原料在混合保護(hù)氣體的氣氛條件下加熱到反應(yīng)溫度進(jìn)行反應(yīng)，得到產(chǎn)物。
[0016]其中:
[0017]所述的釩源為釩酸銨，優(yōu)選的，釩酸銨中釩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25?35%。所述的碳粉為石墨或炭黑。釩酸銨與碳粉的質(zhì)量比為1: 0.2?0.05。
[0018]釩源與碳粉通過聚乙烯醇類粘結(jié)劑形成塊狀原料或通過機(jī)械方法壓實(shí)形成塊狀原料，優(yōu)選的，釩源與碳粉通過質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2?3%的聚乙烯醇類粘結(jié)劑的水溶液形成塊狀原料。
[0019]所述的混合保護(hù)氣體由體積比為5?6:1的NdPCH4混合得到，所述混合保護(hù)氣體的氣壓為0.6?0.9atm。
[0020]所述的反應(yīng)溫度為800?1100°C，反應(yīng)時間為I?3個小時。
[0021]2)將步驟I)得到的產(chǎn)物在反應(yīng)爐中自然冷卻，出爐即得氮化釩；
[0022]優(yōu)選的，步驟2)中自然冷卻到140?160°C以下。
[0023]本發(fā)明還提供了根據(jù)上述方法制備得到的氮化釩合金，其中各元素的質(zhì)量百分含量為:78?83%的V，12?18%的N，I?5%的C，0.1?0.5%的O。
[0024]與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下明顯的優(yōu)點(diǎn):
[0025]1、實(shí)現(xiàn)了以釩酸銨直接為原料，降低了原料來源的成本，且由于原料中本身含有氮元素，降低了反應(yīng)過程中對高純度氮源的依賴。
[0026]2、顯著的降低了反應(yīng)溫度，從而降低了生產(chǎn)條件和生產(chǎn)成本。
[0027]3、實(shí)現(xiàn)了以成本低廉、易得的還原性氣體天然氣作為保護(hù)氣體，從而降低了生產(chǎn)條件和生產(chǎn)成本。
[0028]4、物料連續(xù)式進(jìn)入反應(yīng)爐，并在爐內(nèi)進(jìn)行碳化和氮化反應(yīng)，提高了設(shè)備的生產(chǎn)效率，降低了能耗，節(jié)約了成本，利于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0029]5、所用的反應(yīng)爐為普通的回轉(zhuǎn)窯、推板窯或隧道窯，不需要在真空條件下才能反應(yīng)。
[0030]6、反應(yīng)溫度低，反應(yīng)時間短，反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間的控制優(yōu)化，提高了產(chǎn)物的產(chǎn)量和純度。
[0031]7、得到的氮化釩合金相比較現(xiàn)有方法生產(chǎn)得到的氮化釩合金，其含N量提高了 6%左右，含V量提高了 3%左右。降低了在優(yōu)質(zhì)鋼尤其