[发明专利]一种微负压氮化钒的制备方法及其产品

说明书

技术领域

本发明属于钒类合金的制备技术领域，具体涉及一种微负压氮化钒的制 备方法及其产品。

背景技术

金属钒在钢铁工业中已有近百年的时间，一直以钒铁的形式进行使用。 钒氮合金是一种最新型的合金添加剂，可以替代氮化钒铁用于微合金化钢的 生产。它有两种晶体结构：一是V₃N，六方晶体结构，硬度极高，显微硬度 约为1900HV，熔点不可测；二是VN，面心立方晶体结构，显微硬度约为 1520HV，熔点为2360度。广泛用于切削工具、磨具和结构材料中。同时也 是一种良好的催化剂，具有高催化活性、高选择性、良好的稳定性和抗中毒 性能。钒氮合金添加于结构钢、工具钢、管道钢、钢筋及铸铁中，比氮化钒 铁更能提高钢的强度、韧性、延展性及抗热疲劳性等综合机械性能，并使钢 具有良好的可焊性。

在热轧的高强度低合金钢中，微合金元素钒和钢中的碳氮元素结合，以 微小的碳氮化物形式析出，一方面起到了细化晶粒的作用以获得良好韧性， 另一方面起到沉淀强化的作用从而显著提高钢的屈服强度。由于钒氮的交互 作用，随着氮含量的显著增高，则可以相应的减少指定强度水平所需的钒含 量，因此新型钒添加剂的研发势在必行。碳化钒以及碳氮化钒均具有能耗小， 成本低，钒的回收率高的优点，相对而言，在合金中碳含量要控制在较低水 平，因此氮化钒是更为理想的新型钒添加剂。

钒氮合金的主要优点有：

(1)钒氮合金比钒铁具有更有效的强化和细化晶粒作用。

(2)使用钒氮合金可以节约钒添加量，相同强度条件下钒氮合金与钒铁相 比可节约20～40％钒。

(3)使用钒氮合金以便钒、氮收得率稳定，减少钢的性能波动。

(4)使用钒氮合金非常方便，损耗少。采用高强度防潮包装，可直接入炉。

钒氮微合金化的物理冶金原理有如下几个要点：一是钢中增氮后，使原 来处于固溶状态的钒转变成析出状态的钒，充分发挥钒的沉淀强化作用，二 是氮在钢中还具有明显的细化晶粒的作用。三是钒氮微合金化通过优化钒的 析出和细化铁素体晶粒，充分发挥了细化强化和沉淀强化两种强化方式作用， 大大改善了钢的韧性配合，充分体现了微合金化在技术经济方面的优势。四 是采用钒氮微合金化不需要添加其它贵重的合金元素，热轧条件下可以获得 屈服强度为550至600MPa的高强度钢。因此，氮化钒在钢铁工业中广泛应 用。

申请号为201110000961.9的发明专利公开了一种简易的氮化钒生产方 法，将V₂O₅粉和石墨粉按4:1的重量比在干混机上充分混合，按100:15的 重量比在上述混粉中加入含量为4％的聚乙烯醇水溶液，并在湿混机混合10 分钟，将湿混好的混合粉压球，干燥后分层装入料车、入炉、密封炉门并抽 真空。加温至800℃并在此温度下进行预还原5小时左右，然后继续升温到， 1350℃持续不少于6小时的深度还原和碳化，在过程中不断充入纯度99.99％ 以上的氮气，升温至1600℃进行氮化烧结并出炉。

制备氮化钒的方法按制备体系、条件的不同可分为高温真空法和高温非 真空法两大类。上述方法即属于高温真空法的范畴。现在已经实现产业化生 产氮化钒的企业，基本上采用真空炉与隧道窑的生产方式。具体的生产方式 为：将氮气通入反应器内，对氮气及炉料加热到高温后，原料与氮气进行反 应，生产氮化钒产品。但这种生产方式会在炉内炉料中产生温度梯度，即各 种料实际得到的反应温度和理论反应温度是有差别的，容易造成产品的质量 不均一，对后续炼钢工艺准确添加氮化钒时计算带来困难；另外，由于设备 同时对炉内气体和炉料加热，即加热与反应为同一设备，使得设备的加工制 造技术难度增加，成本提高，现有的生产厂家运行情况表明，高温真空法生 产周期长，生产成本高且只能间断操作，很难大批量生产，另外氮化钒生产 设备投资大，维护、维修费用十分昂贵。

传统方法均需在高温下制备，生产成本较高，且得到的产品中杂质元素 含量偏高，尤其是碳含量，这大大限制氮化钒的应用和生产技术的推广。因 此发明一种合成温度低、操作容易、制备方法简单、产品质量好的制备氮化 钒工艺有着重要的现实意义。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种微负压氮化钒的制备方法及 其产品。

一种微负压氮化钒的制备方法，包括以下步骤：