[发明专利]一种制备钒氮合金的方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种钒氮合金的制备方法，属于合金材料制备技术领域。

 

背景技术

钒氮合金是一种新型合金添加剂，可以替代钒铁用于微合金化钢的生产，因为氮化钒添加于钢中能提高钢的强度、韧性、延展性及抗热疲劳性等综合机械性能，并使钢具有良好的可焊性。研究表明：在达到相同强度下，添加钒氮合金可节约钒加入量30~40%，进而可降低钢的生产成本。因此，近年来，钒氮合金在高强度钢筋、非调质钢、无缝钢管、工具钢等产品的研发生产中得到广泛应用。

目前，钒氮合金生产的工业方法多种多样，但从直接原料上来分，主要有两种工艺：一种是以五氧化二钒加碳质还原剂高温还原氮化合成钒氮合金；另一种是以三氧化二钒加碳质还原剂高温还原氮化合成钒氮合金。其中第一种工艺由于五氧化二钒熔点低(690℃)，在钒氮合金生产过程中要使其在转变为液相之前全部转变为熔点较高的四氧化二钒或者三氧化二钒，温度控制要求苛刻，且对设备要求高。第二种工艺存在三氧化二钒在常态下不稳定，在空气中容易被氧化成高价钒，导致原料的储存困难，三氧化二钒纯度难以保证，造成生产产品质量不稳定。中国专利申请201310162274.6为了解决上述的五氧化二钒熔点低，温度控制要求苛刻，三氧化二钒常态不稳定，容易被氧化的问题，提出了一种钒氮合金的生产方法，通过将五氧化二钒在持续通入氮气、氢气混合气体的隧道窑中还原成四氧化二钒，然后向所得四氧化二钒中加入碳质粉末进行干粉压球，制坯，再在中频炉中进行碳化反应和氮化反应，得到钒氮合金产品。虽然该专利技术中所采用的四氧化二钒具有熔点高，在空气中较稳定的优点，但依然需要以五氧化二钒作为起始原料，仍然存在温度控制要求苛刻，且对设备要求高的缺陷。

 

发明内容

本发明的目的是提供一种制备钒氮合金的新方法，以克服现有技术所存在的上述问题和缺陷。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种制备钒氮合金的方法，包括如下步骤：

a) 将经除水处理后的偏钒酸铵或/和多钒酸铵加入转炉中，保持炉内压力为正0.01～0.05MPa，在氮氢混合气氛下、于600～650℃下进行还原反应3～6小时，得到钒含量为63～67wt%的钒氧化物的混合物；

b) 将步骤a)得到的钒氧化物的混合物与催化剂、碳质粉剂、粘结剂和水一起进行湿法制球，并在30～60MPa压力下压制料坯；

c) 将步骤b)得到的料坯投入中频加热反应炉内，进行氮气置换后，在常压下、氮气氛下于300～350℃保温1～3小时；然后升温至1450～1650℃，充入压力为正0.04～0.08MPa的氮气，进行氮化反应6～9小时；降温、出料，获得钒氮合金产品。

作为优选方案，步骤a)中所述的除水处理是将偏钒酸铵或/和多钒酸铵在150～200℃进行干燥1～3小时。

作为优选方案，步骤b）中所述的催化剂为三氧化二铁、四氧化三铁、还原铁粉中的至少一种。

作为优选方案，步骤b）中所述的碳质粉剂为活性炭、炭黑、天然石墨、胶体石墨、鳞片石墨中的至少一种。

作为优选方案，步骤b）中所述的粘结剂为聚维酮、木质素、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺中的至少一种。

作为优选方案，步骤b）中所述的钒氧化物的混合物与催化剂、碳质粉剂、粘结剂和水的质量比依次为1：(0.01～0.1)：(0.1～0.5)：( 0.001～0.01)：(0.01～0.1)。

作为优选方案，步骤c）中所述的降温为快速降温，降温速率为300～600℃/小时。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

现有技术均采用单一钒氧化物作为中频炉的直接反应原料制备钒氮合金，均存在背景技术中所述的各种问题和缺陷，而本发明通过以偏钒酸铵或/和多钒酸铵在转炉中反应，得到钒含量为63～67wt%的钒氧化物的混合物作为中频炉的直接反应原料制备钒氮合金，既保证了反应活性，又可避免单一氧化物所存在的不稳定性及易被氧化的问题，不仅简化了操作，还有效保证了所得钒氮合金产品的质量稳定性；尤其是，现有技术采用偏钒酸氨或多钒酸氨制备五氧化二钒时，会存在大量氨气排放的环保问题，而本发明直接在转炉中进行偏钒酸氨或多钒酸氨制备钒氧化物的混合物，反应中产生的氨气参与其中的还原反应，不仅节约了能耗，关键解决了环保污染问题；因此，本发明相对于现有技术具有显著性进步和应用价值。

 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明技术方案做进一步详细、完整地说明。