本发明专利技术公开了一种氮化钒和氮化钒铁合金增强剂及其制备方法和应用，属于特种合金材料领域。该增强剂的组成成分为：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％，余量为Fe和杂质。本发明专利技术优选固氮合金元素如硅、锰元素，并让N与其形成氮化物，主要有以下特点：一是与氮结合率高，二是对钢水有益无害，三是有利钢水脱氧、脱硫优化氮化钒和氮化钒铁微合金化的热力学环境，可以固化更多的氮离子，大幅度提高合金元素的利用率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于特种合金材料领域，更具体地说，涉及一种氮化钒和氮化钒铁合金增强剂及其制备方法和应用。
技术介绍
氮化钒和氮化钒铁是在钢铁冶金中应用较为广泛的一种合金，在生产高强度钢时通常用氮化钒和氮化钒铁合金对钢水进行合金化，以提高钢材的机械强度(性能)。目前是采用氮化钒或氮化钒铁单一的对钢水进行合金化工艺。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。例如，中国专利申请号为201010156004.0，申请公开日为2010年4月19日的专利申请文件公开了一种在钢中添加氮化钒合金的微合金钢的炼钢方法，该方法的特点是在炼钢时，当倒入钢包的钢液占出钢量20～40％时，将一种经特定密封包装的氮化钒合金添加剂包装块投入钢包，再冲入剩余的钢液，所述的氮化钒合金添加剂为氮化钒合金粉体与0～10％的铝粉或铝粒的混合物，用包装袋密封包装成包装块，所述的包装袋由有足够强度的纸质包装纸外层和单层或双层不透气塑料膜衬裡构成，所述的氮化钒合金粉体是将钒化合物粉料与碳质粉料混配而成的混合粉体原料，置于制备炉中，经向制备炉通入氨气或氮气，使物料进行预还原、碳化、氮化反应而直接获得的氮化钒合金粉体。但是上述工艺存在钒利用率低，生产成本高等问题，针对这些难题，中国专利申请号为201310488417.2，申请公布日为2014年2月12日的专利申请文件公开了一种冶炼钒微合金化钢增钒用钒氧化物包芯线，该钒氧化物包芯线，包括线芯和外包皮，外包皮紧密包覆在线芯上，其特点是，线芯由粉状钒氧化物V2O5和粉状还原剂铝粉充分混合组成，按重量百分比(％)V2O5 60～75、Al 39～24，其余为杂质；外包皮为低碳钢钢带，厚度为0.32mm～0.45mm，包芯线呈圆形条状，直径为9～13mm，每米线芯与外包皮的重量比为：1.16～1.22。按制备粉剂、烘干、配料、粉料搅拌、制包芯线、成品包装、检验步骤制造。优点是，构思新颖。其设想是利用钢水温度，以Al作为还原剂将V2O5中的部分V还原成金属钒。(能还原出多少，V变数很大)，这部分金属钒在当时条件下并没有充足的能促进形成V(N、C)质点沉淀强化的热力学条件。目前，上述工艺方法存在如下几点突出问题，一是氮化钒或氮化钒铁中V的利用率不高，其有效利用率最高达70％左右，二是对钢质强化效果稳定性不佳，波动幅度高达30％，三是对炼钢工艺敏感性高，钢水的成分的变化和其它参数如钢水温度、钢水精炼方式均可引起效果的大幅度波动，四是应用成本居高，往往合金化后提高钢材性能所带来的效益不足以弥补其应用成本，五是目标钢种性能达标率不能达到理想水平。
技术实现思路
1.要解决的问题针对现有钢水合金化过程中添加氮化钒或氮化钒铁时，钒的利用率低、工艺敏感性高、性能强化效果稳定性不佳、钢材性能达标率不高以及应用成本高等问题，本专利技术提供一种氮化钒和氮化钒铁合金增强剂及其制备方法和应用，一方面，优选固氮合金元素如Si、Mn，并让N与其形成氮化物，N是以离子状态存在，二是筛选和优化固氮元素的组成比例，以期最大程度与氮化合，三是试验选择氮化处理的制备方法，以期氮化效率高和得到物态稳定的氮化物，充分发挥其增强作用，使其在同氮化钒和氮化钒铁应用过程中增强效果得到充分体现。2.技术方案为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种氮化钒和氮化钒铁合金增强剂，其组成成分及各组分质量分数为：Si：23～66％，Mn：0.1～17.5％，N：11～37％，P≤0.10％，S≤0.15％，余量为Fe和杂质。。进一步地，组分中还包括Ti和Cr元素，Ti质量分数为：0～9.6％，Cr质量分数为：0～7.3％。进一步地，组分中还包括Al和C元素，Al质量分数为：0.03～5.6％，C质量分数为：0.1～1.9％。上述的氮化钒和氮化钒铁合金增强剂的制备方法，其步骤为：(1)选择原材料：硅铁、金属硅、锰铁、硅锰、钛铁、铬铁、铝铁中二种以上物料；(2)将步骤(1)中选定的物料分别破碎、磨细，其粒度≤0.35mm；(3)将步骤(2)中得到的细料进行调配并添加1.2～2％结合剂充分混匀后造粒，其粒度小于≤4.0mm；(4)将步骤(3)中制得的颗粒料进行干燥，干燥炉内充入氮气或氩气，温度控制在300～350℃，然后保温处理6～8小时；(5)将干燥后的颗粒料放入流态化氮化炉里进行氮化处理，氮化过程中，细料处于流态化状态，同时通入氮气，氮气压力大于0.2MPa，炉膛内温度先升温至750～850℃，保温2.5～3小时，再升温至1000～1050℃，保温3～4小时，然后炉膛温度升至1200～1300℃，保温8～9小时；(6)氮化处理结束后，仍然密封炉膛，缓冷至120℃以下，即得到氮化钒和氮化钒铁增强剂细料。进一步地，步骤(1)中所述的硅铁的组成成分和各组分的质量分数为：Si：70～72％，Mn≤0.7％，Al：0.3～0.9％，C：0.1～0.3％，P≤0.10％，S≤0.12％，余量为Fe和杂质；金属硅的组成成分和各组分的质量分数为：Si≥96％，Fe≤1.8％，Al≤0.3％，C≤0.05％，P≤0.05％，S≤0.06％。进一步地，步骤(1)中所述的硅锰的组成成分和各组分的质量分数为：Mn：65％，Si：17％，C：3.2％，Al：0.3％，P≤0.15％，S≤0.20％，余量为Fe和杂质。锰铁的组成成分和各组分的质量分数为：Mn：65～70％，C：≤6.0％，Si：≤2％，Al：≤0.25％，P≤0.20％，S≤0.03％，余量为Fe和杂质。进一步地，步骤(1)中所述的钛铁组成成分及各组分质量分数为Ti：69～72％，Si≤1.2％，Mn≤1.5％，Al≤5.0％，C≤0.4％，P≤0.05％，S≤0.04％，余量为Fe；铬铁组成成分及各组分质量分数为Cr：52～60％，Si≤3.0％，C≤2.0％，P≤0.06％，S≤0.05％，余量为Fe；铝铁组成成分及各组分质量分数为Al：74％，Fe：25％，Si≤0.17％，Mn≤0.5％，C≤0.3％，P≤0.2％，S≤0.2％，余量为少量杂质。进一步地，步骤(3)中所述的结合剂的组成和各组分的质量分数：聚碳硅烷31～42％，硅酸溶胶46～60％，羚甲基纤维素7～12％。进一步地，所述的氮化钒和氮化钒铁合金增强剂包括以下使用状态：氮化钒和氮化钒铁合金增强剂压块或制成包芯线。进一步地，所述的氮化钒和氮化钒铁合金增强剂还包括以下使用状态：氮化钒和氮化钒铁合金增强剂与氮化钒和氮化钒铁颗粒混合压块或制成包芯线。3.有益效果相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术优选固氮合金元素如硅、锰元素，并让N与其形成氮化物，主要有以下特点：一是与氮结合率高，二是对钢水有益无害，三是有利钢水脱氧、脱硫优化氮化钒和氮化钒铁微合金化的热力学环境，可以固化更多本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氮化钒和氮化钒铁合金增强剂，其特征在于：其组成成分及各组分质量分数为：Si：23～66％，Mn：0.1～17.5％，N：11～37％，P≤0.10％，S≤0.15％，余量为Fe和杂质。
【技术特征摘要】
1.一种氮化钒和氮化钒铁合金增强剂，其特征在于：其组成成分及各组分质量分数为：Si：23～66％，Mn：0.1～17.5％，N：11～37％，P≤0.10％，S≤0.15％，余量为Fe和杂质。2.根据权利要求1所述的一种氮化钒和氮化钒铁合金增强剂，其特征在于：组分中还包括Ti和Cr元素，Ti质量分数为：0～9.6％，Cr质量分数为：0～7.3％。3.根据权利要求1或2所述的一种氮化钒和氮化钒铁合金增强剂，其特征在于：组分中还包括Al和C元素，Al质量分数为：0.03～5.6％，C质量分数为：0.1～1.9％。4.权利要求1-3中任意一项所述的氮化钒和氮化钒铁合金增强剂的制备方法，其步骤为：(1)选择原材料：硅铁、金属硅、硅锰、锰铁、钛铁、铬铁、铝铁中二种以上物料；(2)将步骤(1)中选定的物料分别破碎、磨细，其粒度≤0.35mm；(3)将步骤(2)中得到的细料进行调配并添加1.2～2％结合剂充分混匀后造粒，其粒度小于≤4.0mm；(4)将步骤(3)中制得的颗粒料进行干燥，干燥炉内充入氮气或氩气，温度控制在300～350℃，然后保温处理6～8小时；(5)将干燥后的颗粒料放入流态化氮化炉里进行氮化处理，氮化过程中，细料处于流态化状态，同时通入氮气，氮气压力大于0.2MPa，炉膛内温度先升温至750～850℃，保温2.5～3小时，再升温至1000～1050℃，保温3～4小时，然后炉膛温度升至1200～1300℃，保温8～9小时；(6)氮化处理结束后，仍然密封炉膛，缓冷至120℃以下，即得到氮化钒和氮化钒铁增强剂细料。5.根据权利要求4所述的氮化钒和氮化钒铁合金增强剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的硅铁的组成成分和各组分的质量分数为：Si：70～72％，Mn≤0.7％，Al：0.3～0.9％，C：0.1～0.3％，P≤0.10％，S≤0.12％，余量为Fe和杂质；金属硅的组成...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈来祥，
申请(专利权)人：马鞍山市恒兴耐火炉料厂，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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