一种稀土硅氮钛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钛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钛合金包括以下质量百分比的元素组分：Si：4～50％，N：3～28％，Ce：0～21％，La：0～16％，Pr：0～6％，Nd：0～11％，Sm：0～5％，Ti：4～39％，B：0～6.5％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钒合金，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。

A rare earth silicon nitrogen titanium alloy and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种稀土硅氮钛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钛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。随着现代工业的迅速发展，对特种钢的力学性能提出更高的要求。由于合金晶粒的大小直接影响到冷却后钢的组织和性能。通常，粗大的合金晶粒往往导致冷却后获得粗大的组织，而粗大的组织又相应地具有较低的塑性和韧性，反之细小的组织具有较高的力学性能。采用化学方法细化合金晶粒作用快、操作方便是目前使用最广泛的细化方法，化学方法包括添加细化剂和添加变质剂两种方法。添加细化剂(也称孕育剂)通过增加外来晶核使晶粒细化；添加变质剂是通过加入变质剂合金的共晶组织形态或者第二相的形态来实现细化。但是金属凝固组织的变质细化行为对化学成分十分敏感，对一种合金有效的元素对另一种合金可能全无效果，需要针对具体的合金来寻找适当的细化剂。故开发一种能够细化合金晶粒，提高拉伸强度和韧性的合金添加剂是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种稀土硅氮钛合金及其制备方法和应用，本专利技术提供的稀土硅氮钛合金能够更好的提高钢的拉伸强度和韧性，且制备方法简单、成本低。本专利技术提供了一种稀土硅氮钛合金，包括以下质量百分比的元素组分：Si：4～50％，N：3～28％，Ce：0～21％，La：0～16％，Pr：0～6％，Nd：0～11％，Sm：0～5％，Ti：4～39％，B：0～6.5％和余量的Fe，其中Ce、La、Pr、Nd、Sm的含量不同时为0。V：0～9.5％，Nb：0～12％。优选的，所述稀土硅氮钛合金，还包括：Cr：0～19％，Mn：0.03～23％，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钛合金的制备方法，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后冷却，得到稀土硅氮钛合金。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4～5℃/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64％。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、钛元素、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钛合金或上述技术方案所述制备方法获得的稀土硅氮钛合金在合金添加剂中的应用。有益效果：本专利技术提供的一种稀土硅氮钛合金，包括以下质量百分比的元素组分：Si：4～50％，N：3～28％，Ce：0～21％，La：0～16％，Pr：0～6％，Nd：0～11％，Sm：0～5％，Ti：4～39％，B：0～6.5％和余量的Fe，其中Ce、La、Pr、Nd、Sm的含量不同时为0。在本专利技术中，Ti与N结合以TiN形式存在，有效防止高温加热时奥氏体晶粒的粗化，使奥氏体钢保持较细的晶粒从而提高钢的拉伸强度和韧性，同时本专利技术在铌、硅、氮、稀土元素的协同作用下显著提高了钢的抗拉强度。进一步的，本专利技术将钛、硅、氮、稀土元素与其它元素合金化，取代稀土合金和氮化硅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钛合金的应用范围，同时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、Ti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。具体实施方式本专利技术提供了一种稀土硅氮钛合金，包括以下质量百分比的元素组分：Si：4～50％，N：3～28％，Ce：0～21％，La：0～16％，Pr：0～6％，Nd：0～11％，Sm：0～5％，Ti：4～39％，B：0～6.5％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钛合金，按质量含量计，包括Si：4～50％，优选为5～38％，进一步优选为10～25％。本专利技术提供的一种稀土硅氮钛合金，按质量含量计，包括N：3～28％，优选为10～20％，进一步优选为13～16％。本专利技术提供的一种稀土硅氮钛合金，按质量含量计，包括Ce：0～21％，优选为1.0～15％，进一步优选为2.2～4％。本专利技术提供的一种稀土硅氮钛合金，按质量含量计，包括La：0～16％，优选为0.1～8％，进一步优选为0.2～1.5％。本专利技术提供的一种稀土硅氮钛合金，按质量含量计，包括Pr：0～6％，优选为0.1～5％，进一步优选为1～3.1％。本专利技术提供的一种稀土硅氮钛合金，按质量含量计，包括Nd：0～11％，优选为0.8～7％，进一步优选为1.5～5％。本专利技术提供的一种稀土硅氮钛合金，按质量含量计，包括Sm：0～5％，优选为0.1～3％，进一步优选为0.3～1.3％。在本专利技术中，稀土元素优选为Ce、La、Pr、Nd和Sm中的一种或多种，在本专利技术的实施例中，所述稀土元素优选为Ce、La和Sm三种，Ce、La、Pr和Nd四种或Pr和Nd两种。本专利技术提供的一种稀土硅氮钛合金，按质量含量计，包括Ti：4～39％，优选为5～23％，进一步优选为10～15％。在本专利技术中，Ti与N结合以TiN形式存在，能够有效防止高温加热时奥氏体晶粒的粗化，使奥氏体钢保持较细的晶粒从而提高奥氏体钢的拉伸强度和韧性。本专利技术提供的一种稀土硅氮钛合金，按质量含量计，包括B：0～6.5％，优选为0.1～1.3％。本专利技术提供的一种稀土硅氮钛合金，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钛合金，按质量含量计，优选还包括：Cr：0～19％，Mn：0.03～23％，Mo：0～7％，Ni：0～6.5％，V：0～9.5％，Nb：0～12％。本专利技术限定Cr、Mn、Mo、Ni元素在稀土硅氮钛合金中的含量保证合金能够提高钢材的综合性能，从而能够将稀土硅氮钛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钛合金，按质量含量计，还包括杂质，所述杂质包括Ca：0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稀土硅氮钛合金，包括以下质量百分比的元素组分：Si：4～50％，N：3～28％，Ce：0～21％，La：0～16％，Pr：0～6％，Nd：0～11％，Sm：0～5％，Ti：4～39％，B：0～6.5％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】
1.一种稀土硅氮钛合金，包括以下质量百分比的元素组分：Si：4～50％，N：3～28％，Ce：0～21％，La：0～16％，Pr：0～6％，Nd：0～11％，Sm：0～5％，Ti：4～39％，B：0～6.5％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所述的稀土硅氮钛合金，其特征在于，还包括：Cr：0～19％，Mn：0.03～23％，Mo：0～7％，Ni：0～6.5％，V：0～9.5％，Nb：0～12％。


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


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