[发明专利]冶炼微合金化钢用钒氮添加剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属冶金辅料领域，尤其涉及一种冶炼微合金化钢的钒氮添加剂其制备方法。

背景技术

在钢中钒作为微合金化元素可通过形成碳、氮化物产生析出强化并细化晶粒。钒和氮共同加入钢中比单独加入钒进行微合金化具有更好的强化效果，这是由于钒的氮化物比钒的碳化物具有更高的稳定性，析出相更细小弥散，其强化效果明显提高。氮是钒微合金化钢中一种很有效的合金元素，通过充分利用廉价的氮元素，可显著提高钒微合金化钢的强化效果，达到节约合金用量、降低成本的目的。

钢进行钒、氮微合金化时，随着氮含量越高，强化效果效果也越明显，当达到理想的化学配比3.64时，钒能最大限度的析出，达到理想的强化效果。因此从充分发挥钒的强化效果、节约微合金元素用量的角度出发，应将钒氮微合金化钢中V/N比按3.64控制，考虑到钢中允许有少量固溶氮存在，V/N比也可控制为略小于3.64。当然V/N比也不宜控制得过小，当V/N＜3.0时，钢中固溶氮含量过高，产生不利的影响。

目前进行钒氮微合金化的的方法主要有三种，一是加钒氮合金；二是加钒铁并在冶炼过程中加增氮剂(如加硅氮合金)，三是加钒铁并在冶炼过程中吹氮。后二种方法在目前的工艺条件下氮的收得率极不稳定，造成产品的最终性能波动较大，在实际生产中很少被采用。第一种方法即加钒氮合金是目前公认的能稳定进行钒氮微合金化的较经济的方法。但是，即使加氮含量较高的VN16钒氮合金，其V/N比也大于5，远高于理想的V/N比3.64，由于冶炼时钒的回收率明显高于氮的回收率，所以加VN16钒氮合金时，每0.01％的钒只能带入钢中约13ppm的氮，真正加入钢中的V/N比约大于7.69，这就使得钒元素的一部分强化作用未能发挥出来。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种冶炼微合金化钢用钒氮添加剂及其制造工艺，可以使得添加剂的V/N比控制合理，并能使钒和氮稳定地加入钢中，使钢中V/N比控制在3.0-5.0，从而利用廉价的氮元素充分发挥钒的强化效果，明显地减少钒的用量。

为解决上述技术问题，本发明提供的冶炼微合金化钢用钒氮添加剂，由含钒合金粉末、增氮剂粉末和粘结剂均匀混合，所述粘结剂重量比例为5～12％，所述含钒合金粉末与增氮剂粉末之和重量比例为88～95％，其中V/N比控制为0.1～4。

所述含钒合金粉末为钒铁粉末或钒氮合金粉末。

所述增氮剂粉末为氮化硅粉末或氮化硅锰粉末或氮化硅铁粉末或氮化锰铁粉末。

所述粘结剂为水玻璃或沥青或树脂或磷酸盐

本发明提供冶炼微合金化钢用钒氮添加剂的制备方法为：将含钒合金粉末与增氮剂粉末按上述一定重量比例混合在一起，用机械充分混合均匀，然后再加入5～12％的粘结剂，再充分混合均匀，最后用机械成型为小球状或其它形状的块状，经烘干后即制成钒氮添加剂。

本发明的钒氮添加剂中通过控制含钒合金粉末和增氮剂粉末的重量比例，可以将钒氮添加剂中V/N比控制为0.1～4，从而进一步将钢水的V/N比控制在3.0-5.0，利用廉价的氮元素充分发挥钒的强化效果，明显地减少钒的用量。由于含钒合金和增氮剂都是粉末，且混合均匀，所以增加了反应面积，提高了冶金反应速度，也提高了微合金元素在钢中成分的均匀性，从而保证使钒和氮稳定地加入钢中，具有较高且稳定的回收率。

具体实施方式

本发明的钒氮添加剂是一种由含钒合金粉末、增氮剂粉末和粘结剂均匀混合在一起的组合物，其中的粘结剂重量比例为5～12％，钒合金粉末与增氮剂粉末之和重量比例为88～95％，V/N比控制为0.1～4。

含钒合金粉末为：钒铁粉末、钒氮合金粉末；

增氮剂粉末为：氮化硅粉末、氮化硅锰粉末、氮化硅铁粉末、氮化锰铁粉末；

粘结剂为：水玻璃、沥青、树脂、磷酸盐。

为保证V/N比控制为0.1～4，含钒合金粉末与增氮剂粉末的重量比例可以如下确定：

假设含钒合金粉末重量比例X％，增氮剂粉末的重量比例Y％，钒氮添加剂中的V/N比目标值为m，粘结剂重量比为a％，含钒合金粉末中钒的重量比为V％，氮的重量比为N₁％，增氮剂粉末中氮的重量比为N₂％，则可以如下计算：

X％+Y％+a％＝1

(X％×V％)/(Y％×N₂％+X％×N₁％)＝m

解方程得到：

X％＝(1-a)mN₂/(V-mN₁+mN₂)    (％)