一种高氮硅钛合金及其制备方法技术

本发明专利技术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％。本发明专利技术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，且本发明专利技术的制备方法简单，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。

A high nitrogen silicon titanium alloy and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种高氮硅钛合金及其制备方法
本专利技术涉及一种冶金领域,尤其涉及一种高氮硅钛合金。本专利技术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”。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术的另一目的在于提供一种应用，将本专利技术的高氮硅钛合金应用于钢铁冶金领域冶炼含氮钢。本专利技术的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％。本专利技术优选方案，其化学组成以质量％计，氮为10-25％，锰为0.2-4％，硅为30-45％，铝为0.5-10％，钛为10-20％，铁为15-30％，钒为0.2-4.0％，硫≤0.15％，磷≤0.15％。进一步优选的方案，其化学组成以质量％计，氮为15-35％，锰为1-10％，硅为25-50％，铝为1-15％，钛为5-25％，铁为5-20％，钒为0.5-5％，硫≤0.12％，磷≤0.12％。更进一步优选的方案，其化学组成以质量％计，氮为20-35％，锰为4-15％，硅为20-45％，铝为1-8％，钛为5-20％，铁为15-35％，钒为2-12％，硫≤0.12％，磷≤0.12。最优选的方案，其化学组成以质量％计，氮为10-20％，锰为5-20％，硅为10-40％，铝为1-10％，钛为5-20％，铁为15-35％，钒为2-12％，硫硫≤0.12％，磷≤0.12％。本专利技术材料的熔点为1450-1500℃，密度在3.3-6.3t/m3之间。本专利技术的所述高氮硅钛合金通过将氮化硅或氮化硅铁10-80％，氮化硅锰或氮化锰或氮化铁锰或氮化硅锰铁1-60％，钒或钒合金0.5-15％，钛或钛合金2-30％，铝或铝合金1.0-20％，硅铁或锰铁或硅锰铁或铁粉1-30％，催化剂1-5％，活性剂1-8％按总质量百分比100％混合制得。本专利技术所述高氮硅钛合金包括以下制备步骤：1)将氮化硅或氮化硅铁10-80％，氮化硅锰或氮化锰或氮化铁锰或氮化硅锰铁1-60％，钒或钒合金0.5-15％，钛或钛合金2-30％，铝或铝合金1.0-20％，硅铁或锰铁或硅锰铁或铁粉1-30％，催化剂1-5％，活性剂1-6％按总质量百分比100％混合均匀；2)将混合均匀后的混合物磨成粒度为-320目～-100目的细粉。进一步的制备还可以是将2)步得到的细粉在真空烧结炉内以2-40℃/分钟升温至500-1000℃，在700-1000℃下进行氮化烧结10-50小时，将氮化烧结物以2-25℃/分钟冷却到100-400℃时装入真空微波烧结炉内，在200-500℃下进行活化烧结1-20小时。将经活化烧结后得到的活化烧结物粉碎，包装即可。本专利技术中所述钒合金优选为钒铁合金或钒氮合金；所述钛合金优选为钛铁合金或钛铝合金；所述铝合金优选为铝锰合金或铝钛合金。活化烧结物可经破碎后直接包装成2-25Kg/袋，或经成型机制成形状尺寸为5-40mm的固体颗粒，然后按2-25Kg/袋包装，或根据用户需求进行称量包装。也可将活化烧结物在不加粘结剂的情况下，经高压挤压成型制成不同形状的颗粒或块状或圆筒状或鹅卵石状；或加入粘结剂并经混料机混匀后，经成型机成型成不同形状的颗粒或块状。所述催化剂为V2O5、MnO2或纯铁，活性剂为活性碳、金属锰、碱金属氧化物、纳米金属粉、稀土金属或萤石粉。所述粘接剂为树脂、水玻璃、纸浆或糖浆。对本专利技术的制备方法中使用的合金如钒铁合金中钒和铁的具体含量没有特别限定，只要控制其最终制备得到的高氮硅钛合金中各个元素的含量在本专利技术的范围内即可。本专利技术的有益效果：本专利技术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，能广泛用于钢铁冶金领域冶炼含氮钢，且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，具有广阔的应用前景。此外，本专利技术的制备方法简单、成本低、高氮硅钛合金的强度高。本专利技术实现了低成本生产低合金高强钢产品，达到在减量前提下提高钢材的性能级别。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进一步的详细描述，但本专利技术并不限于下述实施例。实施例1将氮化硅或氮化硅铁34.67％，氮化硅锰铁或氮化锰铁10.70％，钒或钒合金2.36％，钛或钛合金13.95％，铝或铝合金9.43％，硅铁或锰铁或硅锰铁或铁粉26.11％，催化剂V2O51本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高氮硅钛合金，其特征在于，其化学组成以质量％计，包括：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％；所述高氮硅钛合金通过将氮化硅或氮化硅铁10‑80％，氮化硅锰或氮化锰或氮化铁锰或氮化硅锰铁1‑60％，钒或钒合金0.5‑15％，钛或钛合金2‑30％，铝或铝合金1.0‑20％，硅铁或锰铁或硅锰铁或铁粉1‑30％，催化剂1‑5％，活性剂1‑8％按总质量百分比100％混合制得；所述催化剂为V2O5、MnO2或纯铁，活性剂为活性碳、金属锰、碱金属氧化物或萤石粉；所述钒合金为钒铁合金或钒氮合金；所述钛合金为钛铁合金或钛铝合金；所述铝合金为铝锰合金或铝钛合金。

【技术特征摘要】
1.一种高氮硅钛合金，其特征在于，其化学组成以质量％计，包括：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％；所述高氮硅钛合金通过将氮化硅或氮化硅铁10-80％，氮化硅锰或氮化锰或氮化铁锰或氮化硅锰铁1-60％，钒或钒合金0.5-15％，钛或钛合金2-30％，铝或铝合金1.0-20％，硅铁或锰铁或硅锰铁或铁粉1-30％，催化剂1-5％，活性剂1-8％按总质量百分比100％混合制得；所述催化剂为V2O5、MnO2或纯铁，活性剂为活性碳、金属锰、碱金属氧化物或萤石粉；所述钒合金为钒铁合金或钒氮合金；所述钛合金为钛铁合金或钛铝合金；所述铝合金为铝锰合金或铝钛合金。2.根据权利要求1所述的高氮硅钛合金，其特征在于，其化学组成以质量％计，氮为10-25％，锰为0.2-4％，硅为30-45％，铝为0.5-10％，钛为10-20％，铁为15-30％，钒为0.2-4.0％，硫≤0.15％，磷≤0.15％。3.根据权利要求1所述的高氮硅钛合金，其特征在于，其化学组成以质量％计，氮为15-35％，锰为1-10％，硅为25-50％，铝为1-15％，钛为5-25％，铁为5-20％，钒为0.5-5％，硫≤0.12％，磷≤0.12％。4.根据权利要求1所述的高氮硅钛合金，其特征在于，其化学组成以质量％计，氮为20-35％，锰为4-15％，硅为20...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢世国，李香菊，
申请(专利权)人：河北诺凡新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13