一种微负压氮化钒的制备方法及其产品的制作方法
【技术领域】
[0001]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广品。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]在热乳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。
[0004]钒氮合金的主要优点有:
[0005](I)钒氮合金比钒铁具有更有效的强化和细化晶粒作用。
[0006](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。
[0007](3)使用钒氮合金以便钒、氮收得率稳定，减少钢的性能波动。
[0008](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。
[0009]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，热乳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。
[0010]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°C并在此温度下进行预还原5小时左右，然后继续升温到，1350 °C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 0C进行氮化烧结并出炉。
[0011]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。
[0012]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】
[0013]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。
[0014]一种微负压氮化钒的制备方法，包括以下步骤:
[0015]I)在反应炉中将钒源与碳粉形成的块状原料在混合保护气体的气氛条件下加热到反应温度进行反应，得到产物。
[0016]其中:
[0017]所述的钒源为钒酸铵，优选的，钒酸铵中钒的质量分数为25?35%。所述的碳粉为石墨或炭黑。钒酸铵与碳粉的质量比为1: 0.2?0.05。
[0018]钒源与碳粉通过聚乙烯醇类粘结剂形成块状原料或通过机械方法压实形成块状原料，优选的，钒源与碳粉通过质量分数为2?3%的聚乙烯醇类粘结剂的水溶液形成块状原料。
[0019]所述的混合保护气体由体积比为5?6:1的NdPCH4混合得到，所述混合保护气体的气压为0.6?0.9atm。
[0020]所述的反应温度为800?1100°C，反应时间为I?3个小时。
[0021]2)将步骤I)得到的产物在反应炉中自然冷却，出炉即得氮化钒；
[0022]优选的，步骤2)中自然冷却到140?160°C以下。
[0023]本发明还提供了根据上述方法制备得到的氮化钒合金，其中各元素的质量百分含量为:78?83%的V，12?18%的N，I?5%的C，0.1?0.5%的O。
[0024]与现有的技术相比，本发明具有如下明显的优点:
[0025]1、实现了以钒酸铵直接为原料，降低了原料来源的成本，且由于原料中本身含有氮元素，降低了反应过程中对高纯度氮源的依赖。
[0026]2、显著的降低了反应温度，从而降低了生产条件和生产成本。
[0027]3、实现了以成本低廉、易得的还原性气体天然气作为保护气体，从而降低了生产条件和生产成本。
[0028]4、物料连续式进入反应炉，并在炉内进行碳化和氮化反应，提高了设备的生产效率，降低了能耗，节约了成本，利于大规模生产。
[0029]5、所用的反应炉为普通的回转窑、推板窑或隧道窑，不需要在真空条件下才能反应。
[0030]6、反应温度低，反应时间短，反应温度和反应时间的控制优化，提高了产物的产量和纯度。
[0031]7、得到的氮化钒合金相比较现有方法生产得到的氮化钒合金，其含N量提高了 6%左右，含V量提高了 3%左右。降低了在优质钢尤其