一种稀土硅氮合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于铁基合金及合金添加剂技术领域，具体涉及一种稀土硅氮合金及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的稀土硅氮合金包括以下质量百分比的元素组分：Si：9～58％，N：6～35％，Ce：0～19％，La：0～15％，Pr：0～6％，Nd：0～12％，Sm：0～4.5％和余量的Fe，其中Ce、La、Pr、Nd、Sm的含量不同时为0。本发明专利技术通过采用直接的氮化处理工艺将多种金属合金合金化获得稀土硅氮合金，解决了同时添加多种金属合金进行微合金化中相同成分含量叠加匹配的问题及联合应用效果不稳定的问题，能够更好的提高钢的综合性能，同时使特种钢的制造成本大幅度下降，综合成本比等效合金降低35％以上。

A rare earth silicon nitrogen alloy and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种稀土硅氮合金及其制备方法和应用
本专利技术属于铁基合金及合金添加剂
，具体涉及一种稀土硅氮合金及其制备方法和应用。
技术介绍
高强度钢、耐蚀钢、耐磨钢等特种钢，是在碳素钢里适量地加入一种或几种合金元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有各种不同的特殊性能。在碳素钢里添加合金元素，主要通过钢水合金化和钢水微合金化来实现的。目前，钢水微合金化时添加的元素大多以单质金属形态添加，主要起到固溶强化的作用，不能充分发挥元素的功能，远低于析出强化的作用；几种单质元素联合使用时各元素互相迭加或交互作用对于钢水微合金化的效果受冶炼工艺影响较大，使微合金化效果不稳定；以单质元素进行微合金化时元素的多功能化作用不足不能有效提高钢的综合性能；同时采用单质元素进行微合金化提高了合金成本。如何在不提高合金成本的前提下提高钢水微合金化的效果获得具有高性能的特种钢是亟需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种稀土硅氮合金及其制备方法，本专利技术提供的稀土硅氮合金能够更好的提高钢材综合性能，且制备方法简单、成本低。本专利技术提供了一种稀土硅氮合金，包括以下质量百分比的元素组分：Si：9～58％，N：6～35％，Ce：0～19％，La：0～15％，Pr：0～6％，Nd：0～12％，Sm：0～4.5％和余量的Fe，其中Ce、La、Pr、Nd、Sm的含量不同时为0。优选的，所述的稀土硅氮合金，还包括：Cr：0～19％，V：0～9％，Ti：0～12％，Nb：0～6％，Mn：0.03～27％，Mo：0～7％，Ni：0～6.5％。本专利技术提供了上述技术方案所述稀土硅氮合金的制备方法，包括以下步骤：1)将除氮元素以外其他元素组分原料按照元素配比混合后碾磨获得细粉；2)将步骤1)中所述细粉与结合剂混合得到混合物；3)将步骤2)中所述混合物进行氮化处理后冷却，得到稀土硅氮合金。优选的，步骤3)中所述氮化处理为将所述混合物依次进行低温氮化处理和高温氮化处理。优选的，所述低温氮化处理的温度为900～1100℃，时间为3～4h；所述高温氮化处理的温度为1350～1450℃，时间为6～7h。优选的，步骤3)中所述氮化处理在保护气体下进行，所述保护气体包括氮气，所述保护气体的压力为0.2～0.3MPa；步骤3)中所述冷却处理的冷却速率为4～6℃/min，冷却后温度为200～300℃。优选的，所述保护气体还包括氩气，当所述保护气体包括氩气和氮气时，所述氮气的浓度大于等于99％；优选的，步骤2)中所述结合剂的质量为细粉总重量的2～3％，所述结合剂包括改性酚醛树脂，所述改性酚醛树脂中碳含量大于等于65％。优选的，当步骤1)中所述原料中的稀土元素、硅元素、锰元素、铁元素的来源包括相应元素的氧化物时，步骤2)中所述混合还添加还原剂；所述还原剂的用量为细粉总重量的10～20％；所述还原剂包括碳粉、硅粉和铝粉中的一种或多种。本专利技术还提供了上述技术方案所述稀土硅氮合金或上述技术方案所述制备方法获得的稀土硅氮合金作为合金添加剂的应用。有益效果：本专利技术将硅、氮、稀土元素与其它元素合金化，取代稀土合金、氮化硅和氮化硅锰合金应用于炼钢或铸钢方面，不需要稀土合金与几种氮化合金同时添加，简化了应用过程，有效拓宽了稀土硅氮合金的应用范围，解决了同时添加多种金属合金进行微合金化中相同成分含量叠加匹配的问题及联合应用效果不稳定的问题，采用本专利技术获得的稀土硅氮合金直接进行微合金化能够更好得提高钢的夹杂变形改良效果，钢质晶粒细化级别提高且稳定，钢的强化性能效果优且稳定。同时，本专利技术采用氮化处理的工艺制备稀土硅氮合金，降低了对原料纯度的要求。进一步的，本专利技术的制备方法可以选用或添加部分含有稀土、Si、Mn的氧化物作为原料，使其制造成本大幅度下降，综合成本比等效合金降低35％以上，同时制备本专利技术合金的过程中安全环保无废弃物排放。具体实施方式本专利技术提供了一种稀土硅氮合金，包括以下质量百分比的元素组分：Si：9～58％，N：6～35％，Ce：0～19％，La：0～15％，Pr：0～6％，Nd：0～12％，Sm：0～4.5％和余量的Fe，其中Ce、La、Pr、Nd、Sm的含量不同时为0。本专利技术提供的一种稀土硅氮合金，按质量含量计，包括Si：9～58％，优选为15～40％，进一步优选为20～30％。本专利技术提供的一种稀土硅氮合金，按质量含量计，包括N：6～35％，优选为15～25％。本专利技术提供的一种稀土硅氮合金，按质量含量计，包括Ce：0～19％，优选为5～13％。本专利技术提供的一种稀土硅氮合金，按质量含量计，包括La：0～15％，优选为3～12％。本专利技术提供的一种稀土硅氮合金，按质量含量计，包括Pr：0～6％，优选为2～4％。本专利技术提供的一种稀土硅氮合金，按质量含量计，包括Nd：0～12％，优选为1～9％。本专利技术提供的一种稀土硅氮合金，按质量含量计，包括Sm：0～4.5％，优选为0.5～3％。在本专利技术中，稀土元素包括Ce、La、Pr、Nd、Sm中的一种或多种元素，在本专利技术的实施例中，所述稀土元素优选为Ce、La、Pr和Sm四种，Ce、Pr和Sm三种或La和Nd两种。本专利技术提供的一种稀土硅氮合金，按质量含量计，还包括余量的Fe。本专利技术提供的一种稀土硅氮合金，按质量含量计，优选还包括：Cr：0～19％，V：0～9％，Ti：0～12％，Nb：0～6％，Mn：0.03～27％，Mo：0～7％，Ni：0～6.5％，B：0～8％。本专利技术限定Cr、Mn、Mo、Ni、B元素在稀土硅氮合金中的含量保证合金能够提高钢材的综合力学性能，从而能够将稀土硅氮合金应用于合金添加剂领域。本专利技术提供的一种稀土硅氮合金，按质量含量计，还包括杂质，所述杂质包括Ca：0.01～4.5％，Al：0.02～6％，C：0.05～7％，P≤0.2％，S≤0.2％。本专利技术限定各元素含量在特定范围内，在各元素协同作用下获得了稀土硅氮合金，所述稀土硅氮合金能够更好的提高钢的综合性能。本专利技术还提供了上述技术方案所述稀土硅氮合金的制备方法，包括以下步骤：1)将除氮元素以外其他元素组分原料按照元素配比混合后碾磨获得细粉；2)将步骤1)中所述细粉与结合剂混合得到混合物；3)将步骤2)中所述混合物进行氮化处理后冷却，得到稀土硅氮合金。本专利技术将除氮元素以外其他元素组分原料按照元素配比混合后碾磨成细粉，所述细粉的粒径优选为≤0.15mm。在本专利技术中，所述原料包括相应元素组分的单质或是含有相应元素组分的化合物，当原料包括相应元素组分的化合物时，所述化合物与单质的质量比无特殊要求，只要相应元素组分的含量符合要求即可。所述化合物优选为对应元素的氧化物，所述氧化物优选包括CeO2、Sm2O3、Nd2O3、Pr6O11、La2O3、SiO2、MnO和Fe2O3中的一种或几种。本专利技术在将原料进行混合前优选对原料进行预处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稀土硅氮合金，包括以下质量百分比的元素组分：Si：9～58％，N：6～35％，Ce：0～19％，La：0～15％，Pr：0～6％，Nd：0～12％，Sm：0～4.5％和余量的Fe，其中Ce、La、Pr、Nd、Sm的含量不同时为0。/n

【技术特征摘要】
1.一种稀土硅氮合金，包括以下质量百分比的元素组分：Si：9～58％，N：6～35％，Ce：0～19％，La：0～15％，Pr：0～6％，Nd：0～12％，Sm：0～4.5％和余量的Fe，其中Ce、La、Pr、Nd、Sm的含量不同时为0。


2.根据权利要求1所述的稀土硅氮合金，其特征在于，还包括：Cr：0～19％，V：0～9％，Ti：0～12％，Nb：0～6％，Mn：0.03～27％，Mo：0～7％，Ni：0～6.5％，B：0～8％。


3.权利要求1～2任意一项所述稀土硅氮合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将除氮元素以外其他元素组分的原料按照元素配比混合后碾磨获得细粉；
2)将步骤1)中所述细粉与结合剂混合得到混合物；
3)将步骤2)中所述混合物进行氮化处理后冷却，得到稀土硅氮合金。


4.根据权利要求3所述稀土硅氮合金的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述氮化处理为将所述混合物依次进行低温氮化处理和高温氮化处理。


5.根据权利要求4所述稀土硅氮合金的制备方法，其特征在于，所述低温氮化处理的温度为900～1100℃，时间为3～4h；所述高温氮化处理的温度为1350～1450℃，时间为...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈漪恺，陈来祥，
申请(专利权)人：马鞍山中科冶金材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34