一種氮化釩和氮化釩鐵合金增強(qiáng)劑及其制備方法和應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種氮化釩和氮化釩鐵合金增強(qiáng)劑及其制備方法和應(yīng)用，屬于特種合金材料領(lǐng)域。該增強(qiáng)劑的組成成分為：Si：23～66％，Mn：0.1～17.5％，N：11～37％，Ti：0～9.6％，Cr：0～7.3％，Al：0.03～5.6％，C：0.1～1.9％，P≤0.10％，S≤0.15％，余量為Fe和雜質(zhì)。本發(fā)明優(yōu)選固氮合金元素如硅、錳元素，并讓N與其形成氮化物，主要有以下特點(diǎn)：一是與氮結(jié)合率高，二是對(duì)鋼水有益無(wú)害，三是有利鋼水脫氧、脫硫優(yōu)化氮化釩和氮化釩鐵微合金化的熱力學(xué)環(huán)境，可以固化更多的氮離子，大幅度提高合金元素的利用率。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于特種合金材料領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種氮化f凡和氮化f凡鐵合金增 強(qiáng)劑及其制備方法和應(yīng)用。 一種氮化釩和氮化釩鐵合金増強(qiáng)劑及其制備方法和應(yīng)用
【背景技術(shù)】
[0002] 氮化釩和氮化釩鐵是在鋼鐵冶金中應(yīng)用較為廣泛的一種合金，在生產(chǎn)高強(qiáng)度鋼時(shí) 通常用氮化釩和氮化釩鐵合金對(duì)鋼水進(jìn)行合金化，以提高鋼材的機(jī)械強(qiáng)度(性能）。目前是 采用氮化釩或氮化釩鐵單一的對(duì)鋼水進(jìn)行合金化工藝。在微合金化鋼中，釩的微合金化占 有重要地位。隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)釩氮合金(VN)研究工作的不斷深入，人們充分認(rèn)識(shí)到釩氮合金 的有益作用，據(jù)近代材料學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，鋼中增氮后，原來(lái)處于固熔狀態(tài)的釩轉(zhuǎn)變成析出狀 態(tài)的釩，充分發(fā)揮了釩的沉淀強(qiáng)化作用;氮在鋼中具有明顯的細(xì)化晶粒的作用;釩氮微合金 化通過(guò)優(yōu)化釩的析出和細(xì)化鐵素體晶粒，充分發(fā)揮了晶粒細(xì)化強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化兩種強(qiáng)化方 式的作用，大大改善了鋼的強(qiáng)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(shì)。例 如，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01010156004.0,申請(qǐng)【公開(kāi)日】為2010年4月19日的專利申請(qǐng)文件公開(kāi) 了一種在鋼中添加氮化釩合金的微合金鋼的煉鋼方法，該方法的特點(diǎn)是在煉鋼時(shí)，當(dāng)?shù)谷?鋼包的鋼液占出鋼量20~40%時(shí)，將一種經(jīng)特定密封包裝的氮化釩合金添加劑包裝塊投入 鋼包，再?zèng)_入剩余的鋼液，所述的氮化釩合金添加劑為氮化釩合金粉體與〇~10 %的鋁粉或 鋁粒的混合物，用包裝袋密封包裝成包裝塊，所述的包裝袋由有足夠強(qiáng)度的紙質(zhì)包裝紙外 層和單層或雙層不透氣塑料膜襯裡構(gòu)成，所述的氮化釩合金粉體是將釩化合物粉料與碳質(zhì) 粉料混配而成的混合粉體原料，置于制備爐中，經(jīng)向制備爐通入氨氣或氮?dú)?，使物料進(jìn)行預(yù) 還原、碳化、氮化反應(yīng)而直接獲得的氮化釩合金粉體。但是上述工藝存在釩利用率低，生產(chǎn) 成本高等問(wèn)題，針對(duì)這些難題，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01310488417.2,申請(qǐng)公布日為2014年2 月12日的專利申請(qǐng)文件公開(kāi)了一種冶煉釩微合金化鋼增釩用釩氧化物包芯線，該釩氧化物 包芯線，包括線芯和外包皮，外包皮緊密包覆在線芯上，其特點(diǎn)是，線芯由粉狀釩氧化物V 2O5 和粉狀還原劑鋁粉充分混合組成，按重量百分比（％ )V2〇5 60~75、A1 39~24,其余為雜質(zhì)； 外包皮為低碳鋼鋼帶，厚度為〇. 32mm~0.45mm，包芯線呈圓形條狀，直徑為9~13mm，每米線 芯與外包皮的重量比為：1.16~1.22。按制備粉劑、烘干、配料、粉料攪拌、制包芯線、成品包 裝、檢驗(yàn)步驟制造。優(yōu)點(diǎn)是，構(gòu)思新穎。其設(shè)想是利用鋼水溫度，以Al作為還原劑將V 2O5中的 部分V還原成金屬釩。（能還原出多少，V變數(shù)很大），這部分金屬釩在當(dāng)時(shí)條件下并沒(méi)有充足 的能促進(jìn)形成V(N、C)質(zhì)點(diǎn)沉淀強(qiáng)化的熱力學(xué)條件。
[0003] 目前，上述工藝方法存在如下幾點(diǎn)突出問(wèn)題，一是氮化釩或氮化釩鐵中V的利用率 不尚，其有效利用率最尚達(dá)7 〇 %左右，^是對(duì)鋼質(zhì)強(qiáng)化效果穩(wěn)定性不佳，波動(dòng)幅度尚達(dá) 30%，三是對(duì)煉鋼工藝敏感性高，鋼水的成分的變化和其它參數(shù)如鋼水溫度、鋼水精煉方式 均可引起效果的大幅度波動(dòng)，四是應(yīng)用成本居高，往往合金化后提高鋼材性能所帶來(lái)的效 益不足以彌補(bǔ)其應(yīng)用成本，五是目標(biāo)鋼種性能達(dá)標(biāo)率不能達(dá)到理想水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 1.要解決的問(wèn)題
[0005] 針對(duì)現(xiàn)有鋼水合金化過(guò)程中添加氮化釩或氮化釩鐵時(shí)，釩的利用率低、工藝敏感 性高、性能強(qiáng)化效果穩(wěn)定性不佳、鋼材性能達(dá)標(biāo)率不高以及應(yīng)用成本高等問(wèn)題，本發(fā)明提供 一種氮化釩和氮化釩鐵合金增強(qiáng)劑及其制備方法和應(yīng)用，一方面，優(yōu)選固氮合金元素如Si、 Mn，并讓N與其形成氮化物，N是以離子狀態(tài)存在，二是篩選和優(yōu)化固氮元素的組成比例，以 期最大程度與氮化合，三是試驗(yàn)選擇氮化處理的制備方法，以期氮化效率高和得到物態(tài)穩(wěn) 定的氮化物，充分發(fā)揮其增強(qiáng)作用，使其在同氮化釩和氮化釩鐵應(yīng)用過(guò)程中增強(qiáng)效果得到 充分體現(xiàn)。
[0006] 2.技術(shù)方案
[0007]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0008] -種氮化釩和氮化釩鐵合金增強(qiáng)劑，其組成成分及各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：Si : 23~ 66%，Μη:0·1~17.5%，N:11~37%，P彡0.10%，S彡0.15%，余量為Fe和雜質(zhì)。。
[0009] 進(jìn)一步地，組分中還包括Ti和Cr元素，Ti質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:0~9.6 %，Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:0 ~7.3%〇
[0010] 進(jìn)一步地，組分中還包括Al和C元素，Al質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:0.03~5.6 %，C質(zhì)量分?jǐn)?shù)為： 0.1 ~1.9%〇
[0011]上述的氮化釩和氮化釩鐵合金增強(qiáng)劑的制備方法，其步驟為：
[0012 ] (1)選擇原材料:娃鐵、金屬娃、猛鐵、娃猛、欽鐵、絡(luò)鐵、錯(cuò)鐵中二種以上物料；
[0013 ] (2)將步驟(1)中選定的物料分別破碎、磨細(xì)，其粒度彡0.35mm;
[0014] (3)將步驟(2)中得到的細(xì)料進(jìn)行調(diào)配并添加1.2~2%結(jié)合劑充分混勻后造粒，其 粒度小于<4. Omm;
[0015] (4)將步驟(3)中制得的顆粒料進(jìn)行干燥，干燥爐內(nèi)充入氮?dú)饣驓鍤?，溫度控制?300~350°C，然后保溫處理6~8小時(shí)；
[0016] (5)將干燥后的顆粒料放入流態(tài)化氮化爐里進(jìn)行氮化處理，氮化過(guò)程中，細(xì)料處于 流態(tài)化狀態(tài)，同時(shí)通入氮?dú)?，氮?dú)鈮毫Υ笥讴?2MPa，爐膛內(nèi)溫度先升溫至750~850°C，保溫 2.5~3小時(shí)，再升溫至1000~1050°C，保溫3~4小時(shí)，然后爐膛溫度升至1200~1300°C，保 溫8~9小時(shí)；
[0017] (6)氮化處理結(jié)束后，仍然密封爐膛，緩冷至120 °C以下，即得到氮化釩和氮化釩鐵 增強(qiáng)劑細(xì)料。
[0018]進(jìn)一步地，步驟（1)中所述的硅鐵的組成成分和各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：Si: 70~ 72%，]^彡0.7%41:0.3~0.9%，(：:0.1~0.3%，？彡0.10%，5彡0.12%，余量為卩6和雜質(zhì) ； 金屬硅的組成成分和各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:Si彡96%，F(xiàn)e彡1.8%，Al彡0.3%，C彡0.05%，P 彡0.05%，S彡0.06%〇
[0019]進(jìn)一步地，步驟（1)中所述的硅錳的組成成分和各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:Mn:65%， Si :17%，C: 3.2%，A1:0.3%，P彡0.15%，S彡0.20%，余量為Fe和雜質(zhì)。錳鐵的組成成分和 各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:Mn: 65~70 %，C:彡6 · 0 %，Si :彡2%，Al:彡0 · 25 %，P彡0 · 20 %，S彡 0.03%，余量為Fe和雜質(zhì)。
[0020] 進(jìn)一步地，步驟（1)中所述的鈦鐵組成成分及各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為Ti :69~72%，Si 彡1.2%，Mn彡1.5%，A1彡5·0%，(：彡0.4%，P彡0.05%，S彡0.04%，余量為Fe;鉻鐵組成成 分及各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為Cr:52~60%，Si彡3.0%，C彡2.0%，P彡0.06%，S彡0.05%，余量為 Fe;鋁鐵組成成分及各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為Al :74%，F(xiàn)e :25%，Si彡0.17 %，Mn彡0.5%，C彡 0.3%，P彡0.2%，S彡0.2%，余量為少量雜質(zhì)。
[0021] 進(jìn)一步地，步驟(3)中所述的結(jié)合劑的組成和各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：聚碳硅烷31~ 42%，硅酸溶膠46~60%，羚甲基纖維素7~12%。
[0022] 進(jìn)一步地，所述的氮化釩和氮化釩鐵合金增強(qiáng)劑包括以下使用狀態(tài):氮化釩和氮 化釩鐵合金增強(qiáng)劑壓塊或制成包芯線。
[0023] 進(jìn)一步地，所述的氮化釩和氮化釩鐵合金增強(qiáng)劑還包括以下使用狀態(tài)：氮化釩和 氮化釩鐵合金增強(qiáng)劑與氮化釩和氮化釩鐵顆?；旌蠅簤K或制成包芯線。
[0024] 3.有益效果
[0025] 相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：
[0026] (1)本發(fā)明優(yōu)選固氮合金元素如硅、錳元素，并讓N與其形成氮化物，主要有以下特 點(diǎn)：一是與氮結(jié)合率高，二是對(duì)鋼水有益無(wú)害，三是有利鋼水脫氧、脫硫優(yōu)化氮化釩和氮化 釩鐵微合金化的熱力學(xué)環(huán)境，可以固化更多的氮離子，大幅度提高合金元素的利用率；
[0027] (2)本發(fā)明提供的流態(tài)化制備工藝，使硅錳元素與氮的化合效率大幅度提高；
[0028] (3)本發(fā)明選用C、A1作為配加元素，可以促進(jìn)N在微合金化過(guò)程中進(jìn)一步提高V合 金的強(qiáng)化作用，促進(jìn)V(N、C)，A1N等彌散析出，可以進(jìn)一步提高鋼的性能；
[0029] (4)本發(fā)明的合金增強(qiáng)劑在煉鋼過(guò)程中與VN合金或VFeN合金一起加入可以促進(jìn)V 合金的強(qiáng)化作用，提高鋼中氮元素存在，V(N、C)、A1N等彌散析出可以進(jìn)一步提高鋼的韌塑 性和強(qiáng)度指標(biāo)，同時(shí)有效地平緩氮化釩和氮化釩鐵對(duì)煉鋼工藝的敏感性；
[0030] (5)本發(fā)明的合金增強(qiáng)劑在煉鋼過(guò)程中與VN合金或VFeN合金一起加入，在獲得同 等強(qiáng)化效果的前提下，可以減少VN或VFeN用量，可以降低成本22%以上；
[0031] (6)本發(fā)明的合金增強(qiáng)劑在應(yīng)用方式上可以靈活選取，如將增強(qiáng)劑細(xì)粉壓成塊后 使用，將增強(qiáng)劑細(xì)粉與VN或VFeN合金顆粒一起混合后壓成塊使用，將增強(qiáng)劑細(xì)粉包覆成包 芯線或與VN或與VFeN合金顆?；旌习渤砂揪€使用，為實(shí)際操作工藝的實(shí)施提供了極大 地方便；
[0032] (7)本發(fā)明中制備增強(qiáng)劑使用的結(jié)合劑有以下特點(diǎn)：一是所制的顆粒強(qiáng)度適中，既 保證在氮化過(guò)程中不破碎，又使其氮?dú)飧诐B入顆粒內(nèi)部，提高氮化效率；二是氮化過(guò)程 中，其產(chǎn)品不產(chǎn)生有害氣體和有害殘留物；
[0033] (8)本發(fā)明的合金增強(qiáng)劑，在制備和使用過(guò)程中，無(wú)煙塵、無(wú)粉塵、無(wú)廢排物、無(wú)氣 味，安全環(huán)保。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行描述。
[0035] 實(shí)施例1
[0036] (1)選擇原材料，金屬娃、娃鐵，并分別破碎、磨細(xì)得到細(xì)料，粒度<0.2mm。選用的 金屬硅的各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：Si :96%，F(xiàn)e :1.8%，A1:0.03%，C :0.05%，P:(K05%，S: 0.06%，余量為不可避免的雜質(zhì)。硅鐵的各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:Si : 72%，Al: 0.3 %，Mn: 0.7 %， C:0.12%，P:0.10%，S:0.12%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0037] (2)將（1)加工所得到的細(xì)料進(jìn)行配比，然后加1.5% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))結(jié)合劑充分混勻 并造粒，其粒度<4.0_。結(jié)合劑:聚碳硅烷31 %，硅酸溶膠60%，羚甲基纖維素9%。
[0038] (3)將（2)制成的顆粒料放入干燥爐內(nèi)加熱，控制溫度350°C，同時(shí)爐膛內(nèi)充入氮 氣，氮?dú)饧兌葹?9.0%，保溫6小時(shí)。
[0039] (4)將(3)干燥后的顆粒料放入流化態(tài)氮化爐內(nèi)進(jìn)行氮化處理，爐膛內(nèi)溫度先升溫 至750 °C，保溫3小時(shí)，再升溫至1050 °C，保溫3小時(shí)，爐膛溫度升至1300 °C，同時(shí)通入氮?dú)?N2 多99.5% )，控制充氮壓力0.21MPa，保持顆粒料流化態(tài)狀態(tài)，保溫8小時(shí)。密封爐膛隨爐冷卻 至120°C以下，然后出爐冷卻至室溫，獲得的氮化釩和氮化釩鐵合金增強(qiáng)劑成分為：Si: 56%、]^:0.1%川：37%、(：:0.17%、厶1:0.05%、？彡0.10%、5彡0.15%，余量為卩6和少量雜 質(zhì)。
[0040] (5)將(4)得到的增強(qiáng)劑細(xì)料壓成塊狀，其平均粒徑為5~35mm。
[00411 將該增強(qiáng)劑和氮化釩同時(shí)用于轉(zhuǎn)爐公稱容量90噸，鋼種:HRB400，在鋼水出鋼過(guò)程 中，氮化釩(加入量:0. 27kg/ts)與增強(qiáng)劑(加入量:0.43kg/ts)同時(shí)加入鋼水中，其鋼水經(jīng) 本實(shí)施例中的增強(qiáng)劑和氮化釩合金化處理后其成分為:C:0.21%，Si:0.31%，Mn :1.22%， V:0.021%，P:0.027%，S:0.024%，余量為Fe。
[0042] 取鋼樣進(jìn)行原子吸收光譜分析和電子掃描顯微分析，鋼中以金屬狀態(tài)存在的釩比 原工藝減少27.6%，相應(yīng)V(N、C)質(zhì)點(diǎn)析出大小和分布更加細(xì)微和均勻。從而使得VN合金用 量比原工藝減少24.3%，其機(jī)械性能仍有所提高，表明其微合金化強(qiáng)化效果得到加強(qiáng)和充 分發(fā)揮。
[0043] 其鋼材機(jī)械性能為（乳制規(guī)格φ16):屈服強(qiáng)度476MPa，抗拉強(qiáng)度:642MPa，延伸率 26.1 %，應(yīng)用成本與原工藝相比降低22%。
[0044] 本實(shí)施例中氮化釩的組成成分為：V: 77 %，N: 15 %，C: 4.1 %，P彡0.10%，S彡 0.10%，余量為少量雜質(zhì)。
[0045] 實(shí)施例2
[0046] (1)選擇原材料，娃猛、金屬娃，并分別破碎、磨細(xì)得到細(xì)料，粒度<0.35_。選用的 硅錳的各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：Si :17%，Mn:65%，Al:0.3%，C:3.2%，P :0.15%，S:0.20%，余 量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。金屬硅的各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:Si : 97.4%，F(xiàn)e: 1.6%，Al: 0.21 %， C彡0.04%，P彡0.04%，S彡0.05%，余量為不可避免的雜質(zhì)。
[0047] (2)將（1)加工所得到的細(xì)料進(jìn)行配比，然后加1.6% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))結(jié)合劑充分混勻 并造粒，其粒度<4.0mm。結(jié)合劑:聚碳硅烷42%，硅酸溶膠46%，羚甲基纖維素12%。
[0048] (3)將（2)制成的顆粒料放入干燥爐內(nèi)加熱，控制溫度300°C，同時(shí)爐膛內(nèi)充入氮 氣，氮?dú)饧兌葹?9.0%，保溫8小時(shí)。
[0049] (4)將(3)干燥后的顆粒料放入流化態(tài)氮化爐內(nèi)進(jìn)行氮化處理，爐膛內(nèi)溫度先升溫 至780°C，保溫3小時(shí)，再升溫至1020°C，保溫4小時(shí)，爐溫升至1250°C，同時(shí)通入氮?dú)?N2多 99.5 % )，控制充氮壓力0.2MPa，保持顆粒料流化態(tài)狀態(tài)，保溫9小時(shí)。密封爐膛隨爐冷卻至 120°C，然后出爐冷卻至室溫，獲得的氮化釩和氮化釩鐵增強(qiáng)劑成分為:Si : 66 %、Mn: 4.6 %、 124.6%、(：:0.36%、厶1:0.32%、？彡0.10%、5彡0.15%，余量為卩6和少量雜質(zhì)。
[0050] (5)將(4)得到的增強(qiáng)劑細(xì)料與氮化釩顆粒料（占比75%)壓成塊狀，其平均粒徑為 5~45mm。將該增強(qiáng)劑與氮化釩的壓塊用于轉(zhuǎn)爐公稱容量120噸，鋼種:HRB500的冶煉，在鋼 水出鋼過(guò)程中，增強(qiáng)劑與氮化釩壓塊隨鋼流加入鋼水中，所述塊狀加入量〇.72kg/ts，其鋼 水經(jīng)本實(shí)施例中的增強(qiáng)劑和氮化釩合金化處理后其成分為：C:〇. 23%，Si :0.45%，Mn: 1.56%，V:0.041 %，P:0.023%，S:0.021 %，余量為Fe。取鋼樣進(jìn)行原子吸收光譜分析和電 子掃描顯微分析，鋼中以金屬狀態(tài)存在的釩比原工藝減少31.4%，相應(yīng)V(N、C)質(zhì)點(diǎn)析出大 小和分布更加細(xì)微和均勻。從而使得VN合金用量比原工藝減少27.1%，其機(jī)械性能仍有所 提高，表明其微合金化強(qiáng)化效果得到加強(qiáng)和充分發(fā)揮。
[0051 ] 其鋼材機(jī)械性能為(乳制規(guī)格Φ 12):屈服強(qiáng)度:582MPa，抗拉強(qiáng)度:796MPa，延伸率 26.7%，應(yīng)用成本與原工藝相比降低26.3%。
[0052] 本實(shí)施例中使用的氮化釩的組成成分為:V:76%，N:14%，C:6%，P$0.06%，S< 0.10%，余量為少量雜質(zhì)。
[0053] 實(shí)施例3
[0054] (1)選擇原材料，硅鐵、錳鐵、鈦鐵、鉻鐵，并分別破碎、磨細(xì)得到細(xì)料，粒度彡 0.3謹(jǐn)。選用的硅鐵的各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：3丨：70%41:0.9%，111 :0.5%，(：:0.3%，？：彡 0.09%，S彡0.10 %，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。錳鐵的各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:Si : 2.0%，Mn: 70%，A1:0.25%，C:6.0%，P彡0.20%，S彡0.03%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。鈦鐵的各 組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：Ti :69%，Si :1.2%，Mn: 1.5 %，A1:5.0%，C: 0.4%，P 彡0.05%，S彡 0.04%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。鉻鐵的各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：Cr :52%，Si :3.0%，C: 2.0%，P彡0.06%，S彡0.05%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0055] (2)將（1)加工所得到的細(xì)料進(jìn)行配比，然后加1.2% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))結(jié)合劑充分混勻 并造粒，其粒度<4.0mm。結(jié)合劑:聚碳硅烷38%，硅酸溶膠55%，羚甲基纖維素7%。
[0056] (3)將（2)制成的顆粒料放入干燥爐內(nèi)加熱，控制溫度320°C，同時(shí)爐膛內(nèi)充入氮 氣，氮?dú)饧兌葹?9.0%，保溫7.5小時(shí)。
[0057] (4)將(3)干燥后的顆粒料放入流化態(tài)氮化爐內(nèi)進(jìn)行氮化處理，爐膛內(nèi)溫度先升溫 至850°C，保溫2.5小時(shí)，再升溫至1000°C，保溫4小時(shí)，爐溫升至1200°C，同時(shí)通入氮?dú)?N2彡 99.5% )，控制充氮壓力0.22MPa，保持顆粒料流化態(tài)狀態(tài)，保溫9小時(shí)。密封爐膛隨爐冷卻至 12 0 °C，然后出爐冷卻至室溫，獲得的氮化釩和氮化釩鐵增強(qiáng)劑成分為：S i : 2 3 %、M η : 17.5%^:11%、11:9.6%、0:7.3%、(：:1.9%、厶1 :2.7%、？彡0.10%、5彡0.15%，余量為卩6 和少量雜質(zhì)。
[0058] (5)將（4)得到的增強(qiáng)劑細(xì)料與氮化釩顆粒（彡3mm)，混合后混勻（氮化釩占比 20%)并包覆成包芯線(線徑φΠ )。將該包芯線用于轉(zhuǎn)爐公稱容量150噸，鋼種:HRB400E的冶 煉，在鋼水出鋼完畢或在鋼水吹氬站，將氮化釩與增強(qiáng)劑的包芯線用喂線機(jī)加入鋼水中，所 述包芯線加入量3.16kg/ts，喂線速度為240m/min，其鋼水經(jīng)本實(shí)施例中的增強(qiáng)劑和氮化釩 合金化處理后其成分為：C:0.23%，Si:0.33%，Mn:1.31%，V:0.027%，P:0.023%，S: 0.020%，余量為Fe。取鋼樣進(jìn)行原子吸收光譜分析和電子掃描顯微分析，鋼中以金屬狀態(tài) 存在的釩比原工藝減少28.3%，相應(yīng)V(N、C)質(zhì)點(diǎn)析出大小和分布更加細(xì)微和均勻。從而使 得VN合金用量比原工藝減少25.8%，其機(jī)械性能仍有所提高，表明其微合金化強(qiáng)化效果得 到加強(qiáng)和充分發(fā)揮。其鋼材機(jī)械性能為（乳制規(guī)格？25):屈服強(qiáng)度483MPa，抗拉強(qiáng)度： 655MPa，延伸率27.3%，應(yīng)用成本與原工藝相比降低23.6%。
[0059] 本實(shí)施例中使用的氮化釩的組成成分為:V:78%，N:16%，C:3.2%，P<0.06%，S <0.10%，余量為少量雜質(zhì)。
[0060] 實(shí)施例4
[0061 ] (1)選擇原材料，硅鐵、錳鐵、鈦鐵、鉻鐵，并分別破碎、磨細(xì)得到細(xì)料，粒度< 0.3謹(jǐn)。選用的硅鐵的各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：3丨：71%41:0.7%，111 :0.5%，(：:0.2%，？：彡 0.09%，S彡0.10%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。錳鐵的各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:Si: 1.7%，Mn: 65%，A1:0.20%，C:4.1 %，P彡0.20%，S彡0.03%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。鈦鐵的各 組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：Ti:70%，Si:l · 1%，Mn: 1.2%，A1:3.8%，C:0.2%，P 彡0.05%，S彡 0.04%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。鉻鐵的各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：Cr :55%，Si :2.1%，C: 1.6%，P彡0.06%，S彡0.05%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0062] (2)將（1)加工所得到的細(xì)料進(jìn)行配比，然后加1.5% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))結(jié)合劑充分混勻 并造粒，其粒度<4.0mm。結(jié)合劑:聚碳硅烷36%，硅酸溶膠56%，羚甲基纖維素8%。
[0063] (3)將（2)制成的顆粒料放入干燥爐內(nèi)加熱，控制溫度330°C，同時(shí)爐膛內(nèi)充入氮 氣，氮?dú)饧兌葹?9.0%，保溫7.0小時(shí)。
[0064] (4)將(3)干燥后的顆粒料放入流化態(tài)氮化爐內(nèi)進(jìn)行氮化處理，爐膛內(nèi)溫度先升溫 至850°C，保溫2.5小時(shí)，再升溫至1000°C，保溫4小時(shí)，爐溫升至1250°C，同時(shí)通入氮?dú)?N 2彡 99.5% )，控制充氮壓力0.22MPa，保持顆粒料流化態(tài)狀態(tài)，保溫8.5小時(shí)。密封爐膛隨爐冷卻 至120°C，然后出爐冷卻至室溫，獲得的氮化釩和氮化釩鐵增強(qiáng)劑成分為：Si :41%、Mn: 2.1%、122.8%、11:6.2%、0:5.9%、(：:1.2%、厶1 :0.7%、？彡0.10%、5彡0.15%，余量為 Fe和少量雜質(zhì)。
[0065] (5)將(4)得到的增強(qiáng)劑細(xì)料與氮化釩顆粒和氮化釩鐵(<3mm)，混合后混勻(氮化 釩占比70%，氮化釩鐵占比10%)并包覆成包芯線（線徑φ13)。將該包芯線用于轉(zhuǎn)爐公稱容 量200噸，鋼種:HRB500E的冶煉，在鋼水出鋼完畢或在鋼水吹氬站，將氮化釩與增強(qiáng)劑的包 芯線用喂線機(jī)加入鋼水中，所述包芯線加入量2.91kg/ts，喂線速度為260m/min，其鋼水經(jīng) 本實(shí)施例中的增強(qiáng)劑和氮化釩合金化處理后其成分為:C: 0.24%，Si : 0.53 %，Mn: 1.42 %， V:0.071%，P:0.021%，S:0.023%，余量為Fe。取鋼樣進(jìn)行原子吸收光譜分析和電子掃描顯 微分析，鋼中以金屬狀態(tài)存在的釩比原工藝減少28.6%，相應(yīng)V(N、C)質(zhì)點(diǎn)析出大小和分布 更加細(xì)微和均勻。從而使得VN合金用量比原工藝減少27.1%，其機(jī)械性能仍有所提高，表明 其微合金化強(qiáng)化效果得到加強(qiáng)和充分發(fā)揮。其鋼材機(jī)械性能為(乳制規(guī)格φ38):屈服強(qiáng)度 592MPa，抗拉強(qiáng)度:786MPa，延伸率26.2%，應(yīng)用成本與原工藝相比降低26.5%。
[0066] 本實(shí)施例中使用的氮化釩的組成成分為:V:77%，N:15%，C:2.9%，P<0.05%，S <0.10%，余量為少量雜質(zhì)。
[0067] 實(shí)施例5
[0068] (1)選擇原材料，硅鐵、鈦鐵、鋁鐵，并分別破碎、磨細(xì)得到細(xì)料，粒度<0.25mm。選 用的硅鐵的各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：Si:71%，Mn:(h35%，Al:(h52%，C:(hl7%，P<0.07%，S< 0.11%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。鈦鐵的各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:Ti :72%，Si :0.7%，Mn: 1.2%，A1:3.3%，C:0.26%，P彡0.04%，S彡0.040%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。鋁鐵的 各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為^1 :74%，卩6:25%，51:0.17%，]?11:0.5%，(：：0.3%，5彡0.2%，？彡 0.2%，余量為不可避免的雜質(zhì)。
[0069] (2)將（1)加工所得到的細(xì)料進(jìn)行配比，然后加2.0% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))結(jié)合劑充分混勻 并造粒，其粒度<4.0_。結(jié)合劑:聚碳硅烷36%，硅酸溶膠53%，羚甲基纖維素11 %。
[0070] (3)將（2)制成的顆粒料放入干燥爐內(nèi)加熱，控制溫度340°C，同時(shí)爐膛內(nèi)充入氬 氣，氬氣純度為99.9%，保溫7小時(shí)。
[0071] (4)將(3)干燥后的顆粒料放入流化態(tài)氮化爐內(nèi)進(jìn)行氮化處理，爐膛內(nèi)溫度先升溫 至800 °C，保溫3小時(shí)，再升溫至1050 °C，保溫3.5小時(shí)，爐溫升至1250 °C，同時(shí)通入氮?dú)?N2彡 99.5% )，控制充氮壓力0.23MPa，保持顆粒料流化態(tài)狀態(tài)，保溫8.5小時(shí)。密封爐膛隨爐冷卻 至120°C，然后出爐冷卻至室溫，獲得的氮化釩和氮化釩鐵增強(qiáng)劑成分為：Si : 43.5 %、Mn: 0.31%、11:2.9%川:27.1%、(：:0.1%、厶1 :5.6%、？彡0.10%、5彡0.15%，余量為卩6和少量 雜質(zhì)。
[0072] (5)將（4)得到的增強(qiáng)劑細(xì)料與氮化釩鐵顆粒一起混合后混勻（氮化釩鐵占比 80%)并包覆成包芯線（線徑φ16)。將該增強(qiáng)劑與氮化釩鐵包芯線用于轉(zhuǎn)爐公稱容量220噸， 鋼種:45SiMnV的冶煉，鋼水出鋼完畢后，在吹氬站或鋼包精煉站用喂線機(jī)將該包芯線喂入 鋼水中，其包芯線加入量1.87kg/ts，喂線速度210m/min，其鋼水經(jīng)本實(shí)施例中的增強(qiáng)劑和 氮化釩鐵合金化處理后其成分為：C:0.43%、Si: 1.31%、Mn: 1.28%、V:0.056%、P: 0.029%、S:0.021 %，余量為Fe。取鋼樣進(jìn)行原子吸收光譜分析和電子掃描顯微分析，鋼中 以金屬狀態(tài)存在的釩比原工藝減少29.8%，相應(yīng)V(N、C)質(zhì)點(diǎn)析出大小和分布更加細(xì)微和均 勻。從而使得VN合金用量比原工藝減少26.2%，其機(jī)械性能仍有所提高，表明其微合金化強(qiáng) 化效果得到加強(qiáng)和充分發(fā)揮。其鋼材機(jī)械性能為(乳制規(guī)格Ψ32):屈服強(qiáng)度612MPa，抗拉強(qiáng) 度:895MPa，延伸率19%，收縮率42%，應(yīng)用成本與原工藝相比降低24.8%。
[0073] 本實(shí)施例中使用的氮化釩鐵的組成成分為:V:55%，N:12%，C:5.3%，Si:2.2%， Al:l .7%，P彡0· 10%，S彡0.05%，余量為Fe和少量雜質(zhì)。
[0074] 實(shí)施例6
[0075] (1)選擇原材料，硅鐵、鉻鐵，并分別破碎、磨細(xì)得到細(xì)料，粒度<0.3mm。選用的硅 鐵的各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：Si :70.5%，A1:0.61 %，Mn彡0.60%，C:0.22%，P彡0.06%，S彡 0.09%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。鉻鐵的各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：Cr :60%，Si :2.5%，C: 1.2%，P彡0.04%，S彡0.03%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0076] (2)將（1)加工所得到的細(xì)料進(jìn)行配比，然后加1.2% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))結(jié)合劑充分混勻 并造粒，其粒度<4.0mm。結(jié)合劑:聚碳硅烷38%，硅酸溶膠55%，羚甲基纖維素7%。
[0077] (3)將（2)制成的顆粒料放入干燥爐內(nèi)加熱，控制溫度320°C，同時(shí)爐膛內(nèi)充入氮 氣，氮?dú)饧兌葹?9.0%，保溫7.5小時(shí)。
[0078] (4)將(3)干燥后的顆粒料放入流化態(tài)氮化爐內(nèi)進(jìn)行氮化處理，爐膛內(nèi)溫度先升溫 至850°C，保溫2.5小時(shí)，再升溫至1000°C，保溫4小時(shí)，爐溫升至1200°C，同時(shí)通入氮?dú)?N 2彡 99.5% )，控制充氮壓力0.22MPa，保持顆粒料流化態(tài)狀態(tài)，保溫9小時(shí)。密封爐膛隨爐冷卻至 120°C，然后出爐冷卻至室溫，獲得成分為：Si : 49 · 2 %、Mn: 0 · 06 %、N: 30 · 6 %、Al: 0 · 43%、 0:3.5%、(：:0.42%、？彡0.10%、5彡0.15%，余量為卩6和少量雜質(zhì)。
[0079] (5)將(4)得到的增強(qiáng)劑細(xì)料（S3.5mm)包覆成包芯線（線徑φ9)。將該包芯線用于 轉(zhuǎn)爐公稱容量150噸，鋼種:HRB500E的冶煉，在鋼水出鋼完畢或在鋼水吹氬站，將增強(qiáng)劑的 包芯線用喂線機(jī)加入鋼水中，所述包芯線加入量1.32kg/ts，喂線速度為270m/min，在鋼水 脫氧合金化過(guò)程中加入氮化釩合金〇. 48kg/ts，其鋼水經(jīng)本實(shí)施例中的增強(qiáng)劑和氮化釩合 金化處理后其成分為：C:(K24%，Si :0.41%，Mn: 1.45%，V:(K038%，Ρ:0·021%，S: 0.024%，余量為Fe。取鋼樣進(jìn)行原子吸收光譜分析和電子掃描顯微分析，鋼中以金屬狀態(tài) 存在的釩比原工藝減少29.1%，相應(yīng)V(N、C)質(zhì)點(diǎn)析出大小和分布更加細(xì)微和均勻。從而使 得VN合金用量比原工藝減少25.4%，其機(jī)械性能仍有所提高，表明其微合金化強(qiáng)化效果得 到加強(qiáng)和充分發(fā)揮。其鋼材機(jī)械性能為（乳制規(guī)格φ2?):屈服強(qiáng)度587MPa，抗拉強(qiáng)度： 783MPa，延伸率26.6%，應(yīng)用成本與原工藝相比降低24.1%。
[0080] 本實(shí)施例中使用的氮化釩鐵的組成成分為：V:76.8%，N:16.3%，C:3.8%，P< 0· 10%，S彡0.05%，余量為少量雜質(zhì)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種氮化釩和氮化釩鐵合金增強(qiáng)劑，其特征在于:其組成成分及各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為： 51 :23~66%，]^:0.1~17.5%小：11~37%，？彡0.10%，5彡0.15%，余量為卩6和雜質(zhì)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化釩和氮化釩鐵合金增強(qiáng)劑，其特征在于:組分中還包 括Ti和Cr元素，Ti質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:0~9.6%，Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:0~7.3%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種氮化釩和氮化釩鐵合金增強(qiáng)劑，其特征在于：組分中 還包括A1和C元素，A1質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:0.03~5.6%，C質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:0.1~1.9%。4. 權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的氮化釩和氮化釩鐵合金增強(qiáng)劑的制備方法，其步驟 為： (1) 選擇原材料:娃鐵、金屬娃、娃猛、猛鐵、欽鐵、絡(luò)鐵、錯(cuò)鐵中^?種以上物料； (2) 將步驟(1)中選定的物料分別破碎、磨細(xì)，其粒度<0.35mm; (3) 將步驟(2)中得到的細(xì)料進(jìn)行調(diào)配并添加1.2~2%結(jié)合劑充分混勻后造粒，其粒度 小于 <4.0mm; (4) 將步驟(3)中制得的顆粒料進(jìn)行干燥，干燥爐內(nèi)充入氮?dú)饣驓鍤?，溫度控制?00~ 350°C，然后保溫處理6~8小時(shí)； (5) 將干燥后的顆粒料放入流態(tài)化氮化爐里進(jìn)行氮化處理，氮化過(guò)程中，細(xì)料處于流態(tài) 化狀態(tài)，同時(shí)通入氮?dú)?，氮?dú)鈮毫Υ笥?.2MPa，爐膛內(nèi)溫度先升溫至750~850°C，保溫2.5~ 3小時(shí)，再升溫至1000~1050°C，保溫3~4小時(shí)，然后爐膛溫度升至1200~1300 °C，保溫8~9 小時(shí)； (6) 氮化處理結(jié)束后，仍然密封爐膛，緩冷至120°C以下，即得到氮化釩和氮化釩鐵增強(qiáng) 劑細(xì)料。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的氮化釩和氮化釩鐵合金增強(qiáng)劑的制備方法，其特征在于:步驟 (1)中所述的硅鐵的組成成分和各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：Si : 70~72%，Mn彡0.7%，A1:0.3~ 0.9%，C:0.1~0.3%，P彡0.10%，S彡0.12%，余量為Fe和雜質(zhì)；金屬硅的組成成分和各組 分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:Si彡96%，F(xiàn)e彡 1.8%，A1 彡0.3%，C彡0.05%，P彡0.05%，S彡0.06%。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的氮化釩和氮化釩鐵合金增強(qiáng)劑的制備方法，其特征在于:步驟 (1)硅錳的組成成分和各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:Mn :65%，Si:17%，C:3.2%，Al:0.3%，P< 0.15%，S彡0.20%，余量為Fe和雜質(zhì);錳鐵的組成成分和各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù):Μη:65~70%， C:彡6.0%，Si:彡2%，Α1:彡0.25%，Ρ彡0.20%，S彡0.03%，余量為Fe和雜質(zhì)。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的氮化釩和氮化釩鐵合金增強(qiáng)劑的制備方法，其特征在于:步驟 (1)中所述的鈦鐵組成成分及各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為Ti : 69~72%，Si彡1.2%，Mn彡1.5%，A1彡 5.0%，(：彡0.4%，？彡0.05%，3彡0.04%，余量為?6 ;鉻鐵組成成分及各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0: 52~60%，Si<3.0%，C<2.0%，P<0.06%，S<0.05%，余量為Fe;鋁鐵組成成分及各組分 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為△1 :74%，卩6:25%^彡0.17%，]?11彡0.5%，(：彡0.3%，？彡0.2%，5彡0.2%，余 量為少量雜質(zhì)。8. 根據(jù)權(quán)利要求4-7中任意一項(xiàng)所述的氮化釩和氮化釩鐵合金增強(qiáng)劑的制備方法，其 特征在于:步驟(3)中所述的結(jié)合劑的組成和各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù):聚碳硅烷31~42%，硅酸 溶膠46~60 %，羚甲基纖維素7~12 %。9. 權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的氮化釩和氮化釩鐵合金增強(qiáng)劑的應(yīng)用方法，其特征 在于:所述的氮化釩和氮化釩鐵合金增強(qiáng)劑包括以下使用狀態(tài):氮化釩和氮化釩鐵合金增 強(qiáng)劑壓塊或制成包芯線。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氮化釩和氮化釩鐵合金增強(qiáng)劑的應(yīng)用方法，其特征在于:所 述的氮化釩和氮化釩鐵合金增強(qiáng)劑還包括以下使用狀態(tài):氮化釩和氮化釩鐵合金增強(qiáng)劑與 氮化釩和氮化釩鐵顆?；旌蠅簤K或制成包芯線。
【文檔編號(hào)】C22C29/16GK106086308SQ201610711104
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月23日
【發(fā)明人】陳來(lái)祥
【申請(qǐng)人】馬鞍山市恒興耐火爐料廠