[发明专利]含钛的碳氮钒合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钢水添加剂领域，特别涉及一种钢水中需要添加的含钛的碳氮钒合金及其制备方法。

背景技术

工业中往往需要向钢水中加入微量合金化元素，如硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒，钛，铌、硼、铝等，以提高钢材的韧性、延展性、硬度以及抗热疲劳性等综合机械性能和耐腐蚀能力，其中钒、钛是较为常用的添加元素之一。

研究表明，在钢中添加钒、钛微量元素具有以下功效：钒可以无限量固溶入铁中，并可阻止奥氏体晶粒的长大及脱酸除氧，此外钒还有助于提高钢的淬火温度，细化钢的结晶组织；而添加微量的钛元素能提高钢抗高温、高压H₂、N₂、NH₃等气体的腐蚀能力，与其它元素配合使用还能提高钢抗海水及H₂S腐蚀的能力，另外钛极易与钢中的碳或氮结合而生成碳化钛、氮化钛或碳氮化钛，这些相易弥散分布于钢中，增加了钢的强度和韧性，还可以防止合金钢由高温缓冷时的脆化现象。

在钢中引入钒，现有工艺通常是以钒铁或钒氮合金的形式添加，在钢中引入钛，现有工艺主要以钛或钛铁的形式添加，即钒和钛是分别以不同形式的添加剂进入钢水的，这样不仅增大了合金钢的成本，增加了添加剂的加入工序，而且不利于均衡利用钒钛资源，因为钛相对与钒，资源更为丰富，成本也相对低廉。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种含钛的碳氮钒合金及其制备方法，将此种含钛的碳氮钒合金作为钢水添加剂，能同时向钢水中引入钒和钛两种元素，既有利于降低钢的生产成本，减少添加剂的添加工序，又有利于均衡利用钒钛资源。

本发明所述含钛的碳氮钒合金，其组分及各组分的重量百分数为：钒55～80％，钛0.1～20％，碳0.1～10％，氮8～20％，密度强化剂0.1～5％。表观密度为3000kg/m³～4500kg/m³。

上述含钛的碳氮钒合金中，所述密度强化剂至少为Fe、Co、Ni、Cr中的一种。

上述含钛的碳氮钒合金中，钒、钛的存在形式至少为(Ti_xV_1-x)(C_y，N_1-y)、Ti(C_y，N_1-y)+V(C_y，N_1-y)、V(C_y，N_1-y)+TiN、V(C_y，N_1-y)+TiC、Ti(C_y，N_1-y)+VC_Z、Ti(C_y，N_1-y)+VN中一种，所述分子式中，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜Z≤1。

本发明所述含钛的碳氮钒合金的制备，根据使用原料的不同，有以下两种方法：

第一种方法的工艺步骤如下：

(1)配料

按上述含钛的碳氮钒合金所要求钒、钛、碳和密度强化剂的重量百分数计算和称量粉状含钒基料、粉状含钛辅料、粉状碳质还原剂和粉状密度强化剂；

(2)混合与成型

将步骤(1)配好的含钒基料、含钛辅料、碳质还原剂和密度强化剂进行球磨，球磨时间以所述原料混合均匀为限，然后将上述混合料压制成型或烘干后压制成型，形成压坯；

(3)烧结

将步骤(2)制备的压坯置于还原反应炉中加热烧结，在温度低于650℃的任一温度向还原反应炉中通入氮气或氨气或其混合气体，当温度达到650℃时保温1小时～3小时，然后再加热到1000℃～1400℃保温1小时～5小时，保温结束后随炉冷却至100℃以下出炉，即得到含钛的碳氮钒合金。

上述方法中，所述含钒基料至少为V₂O₅、V₂O₃、偏钒酸、偏钒酸铵、多聚钒酸铵中的一种，所述的含钛辅料至少为二氧化钛、偏钛酸中的一种，所述碳质还原剂至少为碳黑、活性炭、石墨、木炭粉中的一种，所述密度强化剂至少为Fe、Co、Ni、Cr及其氧化物中的一种。

上述方法中，还原反应炉为碳管炉或感应炉或微波烧结炉或管式炉或回转炉或竖炉或摇炉或推板窑或隧道窑。

第二种方法的工艺步骤如下：

(1)配料

按上述含钛的碳氮钒合金所要求钒、钛和密度强化剂的重量百分数计算和称量粉状含钒基料、粉状含钛辅料和粉状密度强化剂；

(2)混合与成型