[发明专利]铁基钒氮微合金添加剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料及制备方法，特别涉及一种铁基钒氮微合金添加剂及其制备方法。

背景技术

在进行钢铁产品结构调整的过程中，提高普碳钢和微合金钢的强度是必由之路，其中的主要方法是加大微合金化钢的研究和推广，利用微合金化技术, 使碳素钢和微合金钢的强度翻番, 极大地减少资源的消耗。在微合金化钢中，钒的微合金化占有重要地位。随着国内外对钒氮合金(VN)研究工作的不断深入，人们充分认识到钒氮合金的有益作用，据近代材料学的研究发现，钢中增氮后，原来处于固熔状态的钒转变成析出状态的钒，充分发挥了钒的沉淀强化作用；氮在钢中具有明显的细化晶粒的作用；钒氮微合金化通过优化钒的析出和细化铁素体晶粒，充分发挥了晶粒细化强化和沉淀强化两种强化方式的作用，大大改善了钢的强韧性配合，充分体现了微合金化在技术经济方面的优势；采用钒氮微合金化，不需要添加其他贵重的合金元素，在热轧条件下即可获得屈服强度为550-600 兆帕斯卡的高强度钢，因此，钒氮合金以其显著的技术经济优势,在世界范围内获得了广泛的应用。据中钢协公布的数据，到2010 年, 仅铌、钒、钛微合金钢的总量已经达到7000 万吨 。用微合金钢取代低强度的碳钢,可以减少钢材需要量的25%。微合金化技术的发展和完善,推动了钢铁工业的技术进步。

铁基钒氮微合金添加剂是一种重要的钒氮微合金添加剂，加入钢中可提高钢的耐磨性、耐腐蚀性、韧性、强度、延展性、硬度及抗疲劳性等综合力学性能，并使钢具有良好的可焊接性能，而且具有除夹杂物、延伸等作用。尤其是在高强度低合金钢中，氮化钒铁中的氮比碳化钒、钒铁能够更有效地强化和细化晶粒，节约含钒原料，从而降低炼钢生产成本。目前国内外已经有多种方法制取铁基钒氮微合金添加剂，其中燃烧合成法是在密闭容器内通人高压液态氮或氮气，经过氮化反应放出的热能使钒铁粉末生成铁基钒氮微合金添加剂。该工艺的特点是在低电耗条件下短时间内可得到氮含量波动范围很窄的高质量合金。燃烧合成是一种利用化学反应自身放热的持续进行，快速合成材料的技术，在合成的过程中不需要补充外来的能量。也正是这种高速合成的特点,合成过程燃烧波一开始引发后，反应就处于一种难以控制的状态。

燃烧合成过程中，参与反应的材料自身能够释放足够的热能，维持反应的持续进行，合成过程中铁不参加反应，钒燃烧放出的热量影响着合成效果。当原料中钒含量过低时，氮化合成反应所释放的热能不足以维持氮化合成反应的持续进行，需要加入助燃剂增加反应热量，但助燃剂添加过多，合成的过程中释放热量过大，出现熔融金属层，造成氮化率变低，使铁基钒氮微合金添加剂中氮含量不稳定，也会导致产品成分的变化。在利用燃烧合成技术制备铁基钒氮微合金添加剂的过程中，制约产品质量的不仅有钒铁和助燃剂成分比例，还有原料粒度、粒度分布、氮化温度、氮化时间、氮气压力、渗氮催化剂的选择和比例等。不同的粒度的原料燃烧合成时的散热环境和氮气需求不同，粒度差异较大的物料在同一燃烧环境当中，造成反应程度不一，出现氮化不均匀，渗氮质量不稳定等质量问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种利用燃烧合成技术，制备钒氮比高、成分稳定、氮化均匀的铁基钒氮微合金添加剂及其制备方法。

本发明解决技术问题所利用的技术方案是：一种铁基钒氮微合金添加剂，其特征在于：按重量计，50钒铁97.95份，助燃剂2.00份，渗氮催化剂0.05份。

所述的50钒铁，为GB/T 4139-2004钒铁标准的FeV50-A或FeV50-B的钒铁，平均粒径为80-180微米；

所述的氮气，为纯度大于99.99%的氮气；

所述的助燃剂为纯度大于99%，粒径为150微米的铝粉；

所述的渗氮催化剂为纯度大于90%，粒径为150微米的钛粉。

一种铁基钒氮微合金添加剂的制备方法，采取如下步骤：

a.将50钒铁放入颚式破碎机中破碎，破碎成小小于等于10毫米的颗粒；

b.将破碎的钒铁颗粒放入对辊破碎机中进一步粉碎；

c.将粉碎后的钒铁分别放入球磨机中，进行研磨；

d.将研磨后的钒铁放入振动筛中，筛选出小于等于180微米粒径的50钒铁，将大于180微米的50钒铁重新放入研磨机中继续研磨；

e.将小于等于180微米粒径的50钒铁再次放入振动筛中，分别筛选出小于120-180微米和小于120微米的两个粒径等级，分级置放；

f.按不同的粒径等级，将50钒铁97.95份，助燃剂铝粉2.00份，渗氮催化剂钛粉0.05份，分径级装到行星强制混合机中，均匀混合；