本发明属于钒合金技术领域。具体涉及一种钒氮合金的制备方法。
背景技术：
钒氮合金是一种新型的合金添加剂，添加于钢中能够通过析出强化和细晶强化提高钢的强度、韧性、延展性、耐磨性、耐腐蚀性和抗热疲劳性等综合机械性能，能够有效改善钢的焊接性能。与钢中添加钒铁合金相比，在相同的强度下可以节约钒量20~40%，从而降低了钢铁合金化成本。含钒钢中氮含量从40ppm上升到160ppm时，屈服强度增大了110MPa，因此，提高钒氮合金中的氮含量，能有效节约钢材用量，即能节约原料和冶炼成本，具有巨大的资源节约和环境保护的双重效益。
传统的钒氮合金的制备方法是将五氧化二钒、四氧化二钒、三氧化二钒、偏钒酸铵、多钒酸铵等作为原料，配加还原剂、粘结剂、促进剂等，在高温下与氮气或氨气反应生成钒氮合金产品。
“一种简易氮化钒的生产方法”（CN102173395A）专利技术，以V2O5和石墨粉为原料，混匀后加入粘结剂聚乙烯醇水溶液，湿混后压球，干燥，在800℃预还原5h左右，升温至1350℃持续大于6h的深度还原和碳化，在此过程中不断充入99.99%以上的氮气；继续升温至1600℃，进行6~10h的氮化烧结，此过程压力为0.02MPa，总时间在20h左右，反应完成，冷却至150℃出炉，制得钒氮合金。
“一种制备钒氮合金的方法”（CN103952512A）专利技术，由偏钒酸铵或/和多钒酸铵在氮氢混合气氛下于600~650℃还原3~6h，得到钒氧化物；将得到的钒氧化物与催化剂、碳质粉剂、粘结剂和水湿法制球，在常压氮气氛下于300~350℃保温1~3h，然后升温至1450~1650℃，充入压力为正0.04~0.08MPa的氮气，进行氮化反应6~9h，降温出料，获得钒氮合金。
“一种钒氮合金生产方法”（CN102936678A）专利技术，将含钒原料粉、铁粉、碳质粉剂和粘结剂搅拌混合后压块成型，再与稻壳按体积比1∶1的比例送入煅烧窑，无氧条件下干馏处理，温度为600~650℃，时间为6~7h，然后加热到1300~1500℃，同时通入高纯氮气，时间2~4h，冷却出炉获得氮化钒产品。
上述生产方法制备的钒氮合金中氮含量较高，但存在的缺点是：工艺复杂、生产周期长和制备温度高。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、反应时间短和反应温度低的钒氮合金的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：
步骤一、将碳质还原剂和以无水物计的硫酸氧钒按质量比为(0.1~0.3)∶1配料，混匀，得到混合物料。
步骤二、将所述混合物料机压为块状物料，所述块状物料的密度为1.5~2.0g/cm3；再将所述块状物料在60~120℃条件下干燥1~7h。
步骤三、在常压和氮气流量为100~600mL/min的条件下，将干燥后的块状物料加热至1000~1400℃，保温1~5h，随炉冷却至室温~100℃，出炉，得到钒氮合金。
所述碳质还原剂为碳黑、石墨和活性炭中的一种以上。
所述碳质还原剂的粒度为0.074~0.250mm。
所述硫酸氧钒的粒度为0.074~0.250mm。
由于采用上述技术方案，本发明的有益效果是：
(1)本发明采用硫酸氧钒作为原料，由于硫酸氧钒含有结晶水和吸附水，在造块过程中无需外加粘结剂，工艺简单。
(2)本发明采用的硫酸氧钒在加热过程中分解，使得物料的比表面积增大，增加了与氮气的接触面积，提高了还原氮化速率，增加了氮含量，无需外加促进剂且还原氮化时间短。
(3)本发明反应温度低，有利于节约能耗。
本发明制备的钒氮合金经检测：钒含量为77.52~80.43wt%；氮含量为12.67~16.98wt%；表观密度为3.03~3.54g/cm3。
因此，本发明具有工艺简单、反应时间短和反应温度低的特点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明技术方案做进一步详细的说明，并不将本发明限制在所述的实施例中。
实施例1
一种钒氮合金的制备方法。本实施例采用的技术方案的具体步骤是：
步骤一、将碳质还原剂和以无水物计的硫酸氧钒按质量比为(0.1~0.2)∶1配料，混匀，得到混合物料。
步骤二、将所述混合物料机压为块状物料，所述块状物料的密度为1.5~1.8g/cm3；再将所述块状物料在60~120℃条件下干燥1~7h。
步骤三、在常压和氮气流量为100~400mL/min的条件下，将干燥后的块状物料加热至1000~1200℃，保温3~5h，随炉冷却至室温~100℃，出炉，得到钒氮合金。
所述碳质还原剂为碳黑。
所述碳质还原剂的粒度为0.074~0.125mm。
所述硫酸氧钒的粒度为0.074~0.125mm。
本实施例制备的钒氮合金经测定：钒含量为78.12~80.43wt%；氮含量为12.82~14.87wt%；表观密度为3.06~3.36g/cm3。
实施例2
一种钒氮合金的制备方法。本实施例除碳质还原剂，其余同实施例1。
所述碳质还原剂为石墨和活性炭的混合物。
本实施例制备的钒氮合金经测定：钒含量为78.56~79.47wt%；氮含量为12.67~14.92wt%；表观密度为3.12~3.41g/cm3。
实施例3
一种钒氮合金的制备方法。本实施例采用的技术方案的具体步骤是：
步骤一、将碳质还原剂和以无水物计的硫酸氧钒按质量比为(0.2~0.3)∶1配料，混匀，得到混合物料。
步骤二、将所述混合物料机压为块状物料，所述块状物料的密度为1.6~1.9g/cm3；再将所述块状物料在60~120℃条件下干燥1~7h。
步骤三、在常压和氮气流量为200~500mL/min的条件下，将干燥后的块状物料加热至1200~1300℃，保温2~4h，随炉冷却至室温~100℃，出炉，得到钒氮合金。
所述碳质还原剂为石墨。
所述碳质还原剂的粒度为0.125~0.250mm。
所述硫酸氧钒的粒度为0.125~0.250mm。
本实施例制备的钒氮合金经测定：钒含量为77.92~79.73wt%；氮含量为13.65~16.92wt%；表观密度为3.09~3.45g/cm3。
实施例4
一种钒氮合金的制备方法。本实施例除碳质还原剂，其余同实施例3。
所述碳质还原剂为碳黑和活性炭中的混合物。
本实施例制备的钒氮合金经测定：钒含量为77.89~79.98wt%；氮含量为14.51~15.99wt%；表观密度为3.06~3.47g/cm3。
实施例5
一种钒氮合金的制备方法。本实施例采用的技术方案的具体步骤是：
步骤一、将碳质还原剂和以无水物计的硫酸氧钒按质量比为(0.15~0.25)∶1配料，混匀，得到混合物料。
步骤二、将所述混合物料机压为块状物料，所述块状物料的密度为1.7~2.0g/cm3；再将所述块状物料在60~120℃条件下干燥1~7h。
步骤三、在常压和氮气流量为300~600mL/min的条件下，将干燥后的块状物料加热至1300~1400℃，保温1~3h，随炉冷却至室温~100℃，出炉，得到钒氮合金。
所述碳质还原剂为活性炭。
所述碳质还原剂的粒度为0.100~0.175mm。
所述硫酸氧钒的粒度为0.100~0.175mm。
本实施例制备的钒氮合金经测定：钒含量为77.52~79.86wt%；氮含量为15.31~16.98wt%；表观密度为3.10~3.46g/cm3。
实施例6
一种钒氮合金的制备方法。本实施例除碳质还原剂，其余同实施例5。
所述碳质还原剂为碳黑和石墨的混合物。
本实施例制备的钒氮合金经测定：钒含量为77.81~79.62wt%；氮含量为14.39~16.91wt%；表观密度为3.03~3.54g/cm3。
实施例7
一种钒氮合金的制备方法。本实施例除碳质还原剂，其余同实施例5。
所述碳质还原剂为碳黑、石墨和活性炭中的混合物。
本实施例制备的钒氮合金经测定：钒含量为78.12~79.89wt%；氮含量为14.76~16.03wt%；表观密度为3.11~3.48g/cm3。
本具体实施方式的有益效果是：
(1)本具体实施方式采用硫酸氧钒作为原料，由于硫酸氧钒含有结晶水和吸附水，在造块过程中无需外加粘结剂，工艺简单。
(2)本具体实施方式采用的硫酸氧钒在加热过程中分解，使得物料的比表面积增大，增加了与氮气的接触面积，提高了还原氮化速率，增加了氮含量，无需外加促进剂且还原氮化时间短。
(3)本具体实施方式反应温度低，有利于节约能耗。
本具体实施方式制备的钒氮合金经检测：钒含量为77.52~80.43wt%；氮含量为12.67~16.98wt%；表观密度为3.03~3.54g/cm3。
因此，本具体实施方式具有工艺简单、反应时间短和反应温度低的特点。