一种稀土硅氮铌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铌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铌合金包括以下质量百分比的元素组分：Si：5.5～50％，N：4～29％，Ce：0～21％，La：0～16％，Pr：0～6％，Nd：0～12％，Sm：0～5％，Nb：3～37％，B：0～6％和余量的Fe，其中Ce、La、Pr、Nd、Sm的含量不同时为0。本发明专利技术采用氮化处理的工艺制备稀土硅氮铌合金，其中铌能够固溶钢材中的C、N原子，提高钢的抗时效性，同时本发明专利技术在铌、硅、氮、稀土元素的协同作用下显著提高了钢的综合力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种稀土硅氮铌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铌合金及其制备方法和应用。
技术介绍
特种钢材有别于传统钢材，它主要由合金形式构成，普遍具有很好的抗氧化、耐腐蚀、耐高温等特性，可在极为苛刻的环境下使用，多用于特殊行业。合金化是特种钢材生产工艺流程中重要的一环，主要包括钢水合金化和钢水微合金化，其中钢水微合金化元素通常指在原有主加合金元素基础上，添加微量的金属碳氮化物形成元素及稀土元素等，从而对力学性能有影响，或对耐蚀性、耐热性起作用；通常钢水微合金化过程是在转炉炼钢阶段直接添加所需要的元素，但由于各种金属的熔点不同，在生产过程中容易造成金属损失，不能充分发挥各元素的作用，进而影响钢材的性能。同时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铌合金及其制备方法和应用，本专利技术提供的稀土硅氮铌合金具有更好的抗时效性，且制备方法简单、成本低。本专利技术提供了一种稀土硅氮铌合金，包括以下质量百分比的元素组分：Si：5.5～50％，N：4～29％，Ce：0～21％，La：0～16％，Pr：0～6％，Nd：0～12％，Sm：0～5％，Nb：3～37％，B：0～6％和余量的Fe，其中Ce、La、Pr、Nd、Sm的含量不同时为0。优选的，所述稀土硅氮铌合金，还包括：还包括：Cr：0～19％，Mn：0.03～21％，Mo：0～7％，Ni：0～6.5％，V：0～8.5％，Ti：0～13％。本专利技术提供了上述技术方案所述稀土硅氮铌合金的制备方法，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，得到稀土硅氮铌合金。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)中所述冷却的冷却速率为3～5℃/min，冷却后温度为200～300℃。优选的，所述保护气体还包括氩气，当所述保护气体为氩气和氮气时，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，步骤1)中所述原料的来源包括单质和氧化物，当稀土元素、硅元素、锰元素、铌元素、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铌合金或上述技术方案所述制备方法获得的稀土硅氮铌合金在合金添加剂中的应用。有益效果：本专利技术提供得一种稀土硅氮铌合金，包括以下质量百分比的元素组分：Si：5.5～50％，N：4～29％，Ce：0～21％，La：0～16％，Pr：0～6％，Nd：0～12％，Sm：0～5％，Nb：3～37％，B：0～6％和余量的Fe，其中Ce、La、Pr、Nd、Sm的含量不同时为0。其中铌能够固溶钢材中的C、N原子，提高钢的抗时效性。而且本专利技术在铌、硅、氮、稀土元素的协同作用下显著提高了钢的综合力学性能。进一步的，本专利技术将铌、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铌合金的应用范围。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、Nb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，提高了钢的综合力学性能，同时可以做到生产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铌合金，包括以下质量百分比的元素组分：Si：5.5～50％，N：4～29％，Ce：0～21％，La：0～16％，Pr：0～6％，Nd：0～12％，Sm：0～5％，Nb：3～37％，B：0～6％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铌合金，按质量含量计，包括Si：5.5～50％，优选为8～38％，进一步优选为11～20％。本专利技术提供的一种稀土硅氮铌合金，按质量含量计，包括N：4～29％，优选为5～20％，进一步优选为13～18％。本专利技术提供的一种稀土硅氮铌合金，按质量含量计，包括Nb：3～37％，优选为10～25％，进一步优选为15～20％。在本专利技术中，铌能够防止钢的形变奥氏体再结晶，提高了钢材的塑性，并在γ-α相变后得到非常细小的铁素体晶粒，提高了钢材的抗时效性，同时铌也能固溶钢中C、N原子，提高钢的抗时效性能。本专利技术提供的一种稀土硅氮铌合金，按质量含量计，包括Ce：0～21％，优选为0.2～1.0％，进一步优选为5～10％。本专利技术提供的一种稀土硅氮铌合金，按质量含量计，包括La：0～16％，优选为0.1～2％，进一步优选为10～16％。本专利技术提供的一种稀土硅氮铌合金，按质量含量计，包括Pr：0～6％，优选为0.1～0.5％，进一步优选为3～5％。本专利技术提供的一种稀土硅氮铌合金，按质量含量计，包括Nd：0～12％，优选为2～10％，进一步优选为5～8.5％。本专利技术提供的一种稀土硅氮铌合金，按质量含量计，包括Sm：0～5％，优选为0.3～3.2％，进一步优选为0.4～2.5％。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Sm、La、Pr和Nd四种，Ce、La、Pr和Sm四种或La、Ce、Pr和Nd四种。本专利技术提供的一种稀土硅氮铌合金，按质量含量计，包括B：0～6％，优选为0.1～5％，进一步优选为0.2～2％。在本专利技术中，B与Nb协同，显著提高了钢材的强化效果。本专利技术提供的一种稀土硅氮铌合金，按质量含量计，包括余量的Fe。本专利技术提供的一种稀土硅氮铌合金，按质量含量计，优选还包括：Cr：0～19％，Mn：0.03～21％，Mo：0～7％，Ni：0～6.5％，V：0～8.5％，Ti：0～13％。本专利技术限定Cr、Mn、Mo、Ni元素在稀土硅氮铌合金中的含量保证合金提高钢材综合性能，从而能够将稀土硅氮铌合金应用于合金添加剂领本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稀土硅氮铌合金，包括以下质量百分比的元素组分：Si：5.5～50％，N：4～29％，Ce：0～21％，La：0～16％，Pr：0～6％，Nd：0～12％，Sm：0～5％，Nb：3～37％，B：0～6％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】
1.一种稀土硅氮铌合金，包括以下质量百分比的元素组分：Si：5.5～50％，N：4～29％，Ce：0～21％，La：0～16％，Pr：0～6％，Nd：0～12％，Sm：0～5％，Nb：3～37％，B：0～6％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所述的稀土硅氮铌合金，其特征在于，还包括：Cr：0～19％，Mn：0.03～21％，Mo：0～7％，Ni：0～6.5％，V：0～8.5％，Ti：0～13％。


3.根据权利要求1～2任意一项所述稀土硅氮铌合金的制备方法，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，得到稀土硅氮铌合佥。


4.根据权利要求3所述稀土硅氮铌合金的制备方法，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所述稀土硅氮铌合金的制备方法，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