[发明专利]一种高氮硅钛合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高氮硅钛合金及其制备方法，该高氮硅钛合金的化学组成以质量％计，氮为10～35％，锰为0.1～20％，硅为20～50％，铝为0.5～15％，钛为1～30％，铁为5～35％，钒为0.2～12％，硫≤0.15％，磷≤0.15％。本发明的高氮硅钛合金的熔点在1450～1500℃之间，熔点低，密度在3.3～6.3t/m3之间，氮在钢中吸收率超过75％，钢中氮控制命中率可达100％，节约钢铁生产成本10～90元/吨，且本发明的制备方法简单，能广泛用于钢铁冶金领域冶炼含氮钢，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种冶金领域,尤其涉及一种高氮硅钛合金。本发明同时还涉 及该高氮硅钛合金的制备方法。

技术背景

目前，氮化物有多种，如氮化硅、氮化铝、氮化硼、氮化钛、氮化锆、 氮化锰、氮化硅铁、氮化硅锰铁、氮化铬铁、氮化钒铁等。

其中氮化硅、氮化铝、氮化硼、氮化钛、氮化锆因具有较高的熔点、硬 度及耐磨性好主要用于耐火材料、耐磨颜料及耐磨机械或耐磨件等领域，其 合成工艺主要包括高压烧结和常压烧结合成和自蔓延燃烧合成工艺。该类氮 化物具有如下不足：①合成温度高，能耗高，尤其是电耗较高；②对原料质 量要求较高，既要求原料纯度要高，又要求原料粒度分布合适；③生产周期 长，单炉产量低，单位成本高；④该类氮化物熔点很高，高温稳定性好，在 钢水温度下很难快速溶化而被钢水吸收，不适宜作为钢水进行氮合金化处理 的氮化合金。⑤该类氮化物主要用于耐火材料、耐磨材料、机械加工如刀具 和轴承等行业。

其中，氮化硅铁、氮化硅锰铁、氮化锰铁、氮化铬铁、氮化钒铁等氮化 物可用于含氮钢进行氮合金化处理，为较为常见的氮化合金，尤其是氮化硅 铁、氮化硅锰铁、氮化锰铁、氮化铬铁在含氮不锈钢中广泛应用。主要生产 工艺包括烧结和自蔓延燃烧合成。这些含氮合金虽可作为含氮合金对钢水进 行氮合金化处理，但也存在如下明显不足：①氮化硅铁、氮化硅锰铁虽然氮 含量较高，但该类氮化合金熔点高，在1500-1700℃温度下溶解速率较慢，需 要将钢水温度升高到1800℃甚至更高的温度，才能确保氮溶解到钢中，这样 一方面造成能耗增加，吨钢耐火材料消耗增加，钢的洁净度控制困难；另一 方面也导致生产工艺复杂，控制难度加大，生产效率低，吨钢制造成本增加； 同时造成钢中氮含量不稳定，造成钢中氮量命中率降低，因氮未达标成为废 品。

此外，氮化锰铁、氮化铬铁已经成为冶炼含氮不锈钢主要增氮合金，广 泛于不锈钢生产中。具有如下不足：其熔点虽然比氮化硅铁、氮化硅锰铁低， 但也在1600℃以上；另，该类氮化物含氮量一般不会超过10％，含氮量较低， 冶炼含氮钢时该类合金加入量大，合金成本增加；氮化铬因含铬较高，限制 了其在低铬钢中的使用。

氮化硅铁、氮化硅锰铁和氮化锰铁等合金中本身存在Mn-N和Fe-N健， 加入到含锰较高的钢中，在凝固、加热、变形和冷却过程中极易生成布氏体 相(Mn₄N和Fe₄N)，布氏体相为时效脆性相，其时效潜伏期不确定，因此，采 用这三种常规氮化合金生产钢存在不确定的时效和脆性断裂风险。

钒氮合金其熔点不高，且在钢液温度下容易完全与铁基体互溶，在钢液 凝固、加热、轧制极易析出碳氮化钒或固溶在钢中起到强化钢的重要作用， 已经成为钒、氮微合金化的重要合金原料，但该合金属贵重金属和战略资源， 价格昂贵、资源紧张。该氮合金在普通结构钢中作为高效强化合金，受成本 压力已经成为解决提高钢的强度级别和降低生产成本的“鸡肋”。

发明内容

本发明的目的在于提供一种熔点相对较低、氮在钢中吸收率高，钢中氮 控制命中率高的高氮硅钛合金。

本发明的另一目的在于提供一种制备方法简单、成本低、上述高氮硅钛 合金的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种应用，将本发明的高氮硅钛合金应用于 钢铁冶金领域冶炼含氮钢。