一种氮化钒和氮化钒铁合金增强剂及其制备方法和应用

一种氮化钒和氮化钒铁合金增强剂及其制备方法和应用
【专利摘要】本发明公开了一种氮化钒和氮化钒铁合金增强剂及其制备方法和应用，属于特种合金材料领域。该增强剂的组成成分为：Si：23～66％，Mn：0.1～17.5％，N：11～37％，Ti：0～9.6％，Cr：0～7.3％，Al：0.03～5.6％，C：0.1～1.9％，P≤0.10％，S≤0.15％，余量为Fe和杂质。本发明优选固氮合金元素如硅、锰元素，并让N与其形成氮化物，主要有以下特点：一是与氮结合率高，二是对钢水有益无害，三是有利钢水脱氧、脱硫优化氮化钒和氮化钒铁微合金化的热力学环境，可以固化更多的氮离子，大幅度提高合金元素的利用率。
【技术领域】
[0001 ]本发明属于特种合金材料领域，更具体地说，涉及一种氮化f凡和氮化f凡铁合金增 强剂及其制备方法和应用。 一种氮化钒和氮化钒铁合金増强剂及其制备方法和应用
【背景技术】
[0002] 氮化钒和氮化钒铁是在钢铁冶金中应用较为广泛的一种合金，在生产高强度钢时 通常用氮化钒和氮化钒铁合金对钢水进行合金化，以提高钢材的机械强度(性能）。目前是 采用氮化钒或氮化钒铁单一的对钢水进行合金化工艺。在微合金化钢中，钒的微合金化占 有重要地位。随着国内外对钒氮合金(VN)研究工作的不断深入，人们充分认识到钒氮合金 的有益作用，据近代材料学的研究发现，钢中增氮后，原来处于固熔状态的钒转变成析出状 态的钒，充分发挥了钒的沉淀强化作用;氮在钢中具有明显的细化晶粒的作用;钒氮微合金 化通过优化钒的析出和细化铁素体晶粒，充分发挥了晶粒细化强化和沉淀强化两种强化方 式的作用，大大改善了钢的强韧性配合，充分体现了微合金化在技术经济方面的优势。例 如，中国专利申请号为201010156004.0,申请【公开日】为2010年4月19日的专利申请文件公开 了一种在钢中添加氮化钒合金的微合金钢的炼钢方法，该方法的特点是在炼钢时，当倒入 钢包的钢液占出钢量20~40%时，将一种经特定密封包装的氮化钒合金添加剂包装块投入 钢包，再冲入剩余的钢液，所述的氮化钒合金添加剂为氮化钒合金粉体与〇~10 %的铝粉或 铝粒的混合物，用包装袋密封包装成包装块，所述的包装袋由有足够强度的纸质包装纸外 层和单层或双层不透气塑料膜衬裡构成，所述的氮化钒合金粉体是将钒化合物粉料与碳质 粉料混配而成的混合粉体原料，置于制备炉中，经向制备炉通入氨气或氮气，使物料进行预 还原、碳化、氮化反应而直接获得的氮化钒合金粉体。但是上述工艺存在钒利用率低，生产 成本高等问题，针对这些难题，中国专利申请号为201310488417.2,申请公布日为2014年2 月12日的专利申请文件公开了一种冶炼钒微合金化钢增钒用钒氧化物包芯线，该钒氧化物 包芯线，包括线芯和外包皮，外包皮紧密包覆在线芯上，其特点是，线芯由粉状钒氧化物V 2O5 和粉状还原剂铝粉充分混合组成，按重量百分比（％ )V2〇5 60~75、A1 39~24,其余为杂质； 外包皮为低碳钢钢带，厚度为〇. 32mm~0.45mm，包芯线呈圆形条状，直径为9~13mm，每米线 芯与外包皮的重量比为：1.16~1.22。按制备粉剂、烘干、配料、粉料搅拌、制包芯线、成品包 装、检验步骤制造。优点是，构思新颖。其设想是利用钢水温度，以Al作为还原剂将V 2O5中的 部分V还原成金属钒。（能还原出多少，V变数很大），这部分金属钒在当时条件下并没有充足 的能促进形成V(N、C)质点沉淀强化的热力学条件。
[0003] 目前，上述工艺方法存在如下几点突出问题，一是氮化钒或氮化钒铁中V的利用率 不尚，其有效利用率最尚达7 〇 %左右，^是对钢质强化效果稳定性不佳，波动幅度尚达 30%，三是对炼钢工艺敏感性高，钢水的成分的变化和其它参数如钢水温度、钢水精炼方式 均可引起效果的大幅度波动，四是应用成本居高，往往合金化后提高钢材性能所带来的效 益不足以弥补其应用成本，五是目标钢种性能达标率不能达到理想水平。

【发明内容】

[0004] 1.要解决的问题
[0005] 针对现有钢水合金化过程中添加氮化钒或氮化钒铁时，钒的利用率低、工艺敏感 性高、性能强化效果稳定性不佳、钢材性能达标率不高以及应用成本高等问题，本发明提供 一种氮化钒和氮化钒铁合金增强剂及其制备方法和应用，一方面，优选固氮合金元素如Si、 Mn，并让N与其形成氮化物，N是以离子状态存在，二是筛选和优化固氮元素的组成比例，以 期最大程度与氮化合，三是试验选择氮化处理的制备方法，以期氮化效率高和得到物态稳 定的氮化物，充分发挥其增强作用，使其在同氮化钒和氮化钒铁应用过程中增强效果得到 充分体现。
[0006] 2.技术方案
[0007]为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
[0008] -种氮化钒和氮化钒铁合金增强剂，其组成成分及各组分质量分数为：Si : 23~ 66%，Μη:0·1~17.5%，N:11~37%，P彡0.10%，S彡0.15%，余量为Fe和杂质。。
[0009] 进一步地，组分中还包括Ti和Cr元素，Ti质量分数为:0~9.6 %，Cr质量分数为:0 ~7.3%〇
[0010] 进一步地，组分中还包括Al和C元素，Al质量分数为:0.03~5.6 %，C质量分数为： 0.1 ~1.9%〇
[0011]上述的氮化钒和氮化钒铁合金增强剂的制备方法，其步骤为：
[0012 ] (1)选择原材料:娃铁、金属娃、猛铁、娃猛、钦铁、络铁、错铁中二种以上物料；
[0013 ] (2)将步骤(1)中选定的物料分别破碎、磨细，其粒度彡0.35mm;
[0014] (3)将步骤(2)中得到的细料进行调配并添加1.2~2%结合剂充分混匀后造粒，其 粒度小于<4. Omm;
[0015] (4)将步骤(3)中制得的颗粒料进行干燥，干燥炉内充入氮气或氩气，温度控制在 300~350°C，然后保温处理6~8小时；
[0016] (5)将干燥后的颗粒料放入流态化氮化炉里进行氮化处理，氮化过程中，细料处于 流态化状态，同时通入氮气，氮气压力大于〇.2MPa，炉膛内温度先升温至750~850°C，保温 2.5~3小时，再升温至1000~1050°C，保温3~4小时，然后炉膛温度升至1200~1300°C，保 温8~9小时；
[0017] (6)氮化处理结束后，仍然密封炉膛，缓冷至120 °C以下，即得到氮化钒和氮化钒铁 增强剂细料。
[0018]进一步地，步骤（1)中所述的硅铁的组成成分和各组分的质量分数为：Si: 70~ 72%，]^彡0.7%41:0.3~0.9%，(：:0.1~0.3%，？彡0.10%，5彡0.12%，余量为卩6和杂质 ； 金属硅的组成成分和各组分的质量分数为:Si彡96%，Fe彡1.8%，Al彡0.3%，C彡0.05%，P 彡0.05%，S彡0.06%〇
[0019]进一步地，步骤（1)中所述的硅锰的组成成分和各组分的质量分数为:Mn:65%， Si :17%，C: 3.2%，A1:0.3%，P彡0.15%，S彡0.20%，余量为Fe和杂质。锰铁的组成成分和 各组分的质量分数为:Mn: 65~70 %，C:彡6 · 0 %，Si :彡2%，Al:彡0 · 25 %，P彡0 · 20 %，S彡 0.03%，余量为Fe和杂质。
[0020] 进一步地，步骤（1)中所述的钛铁组成成分及各组分质量分数为Ti :69~72%，Si 彡1.2%，Mn彡1.5%，A1彡5·0%，(：彡0.4%，P彡0.05%，S彡0.04%，余量为Fe;铬铁组成成 分及各组分质量分数为Cr:52~60%，Si彡3.0%，C彡2.0%，P彡0.06%，S彡0.05%，余量为 Fe;铝铁组成成分及各组分质量分数为Al :74%，Fe :25%，Si彡0.17 %，Mn彡0.5%，C彡 0.3%，P彡0.2%，S彡0.2%，余量为少量杂质。
[0021] 进一步地，步骤(3)中所述的结合剂的组成和各组分的质量分数：聚碳硅烷31~ 42%，硅酸溶胶46~60%，羚甲基纤维素7~12%。
[0022] 进一步地，所述的氮化钒和氮化钒铁合金增强剂包括以下使用状态:氮化钒和氮 化钒铁合金增强剂压块或制成包芯线。
[0023] 进一步地，所述的氮化钒和氮化钒铁合金增强剂还包括以下使用状态：氮化钒和 氮化钒铁合金增强剂与氮化钒和氮化钒铁颗粒混合压块或制成包芯线。
[0024] 3.有益效果
[0025] 相比于现有技术，本发明的有益效果为：
[0026] (1)本发明优选固氮合金元素如硅、锰元素，并让N与其形成氮化物，主要有以下特 点：一是与氮结合率高，二是对钢水有益无害，三是有利钢水脱氧、脱硫优化氮化钒和氮化 钒铁微合金化的热力学环境，可以固化更多的氮离子，大幅度提高合金元素的利用率；
[0027] (2)本发明提供的流态化制备工艺，使硅锰元素与氮的化合效率大幅度提高；
[0028] (3)本发明选用C、A1作为配加元素，可以促进N在微合金化过程中进一步提高V合 金的强化作用，促进V(N、C)，A1N等弥散析出，可以进一步提高钢的性能；
[0029] (4)本发明的合金增强剂在炼钢过程中与VN合金或VFeN合金一起加入可以促进V 合金的强化作用，提高钢中氮元素存在，V(N、C)、A1N等弥散析出可以进一步提高钢的韧塑 性和强度指标，同时有效地平缓氮化钒和氮化钒铁对炼钢工艺的敏感性；
[0030] (5)本发明的合金增强剂在炼钢过程中与VN合金或VFeN合金一起加入，在获得同 等强化效果的前提下，可以减少VN或VFeN用量，可以降低成本22%以上；
[0031] (6)本发明的合金增强剂在应用方式上可以灵活选取，如将增强剂细粉压成块后 使用，将增强剂细粉与VN或VFeN合金颗粒一起混合后压成块使用，将增强剂细粉包覆成包 芯线或与VN或与VFeN合金颗粒混合包覆成包芯线使用，为实际操作工艺的实施提供了极大 地方便；
[0032] (7)本发明中制备增强剂使用的结合剂有以下特点：一是所制的颗粒强度适中，既 保证在氮化过程中不破碎，又使其氮气更易渗入颗粒内部，提高氮化效率；二是氮化过程 中，其产品不产生有害气体和有害残留物；
[0033] (8)本发明的合金增强剂，在制备和使用过程中，无烟尘、无粉尘、无废排物、无气 味，安全环保。
【具体实施方式】
[0034]下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
[0035] 实施例1
[0036] (1)选择原材料，金属娃、娃铁，并分别破碎、磨细得到细料，粒度<0.2mm。选用的 金属硅的各组分质量分数为：Si :96%，Fe :1.8%，A1:0.03%，C :0.05%，P:(K05%，S: 0.06%，余量为不可避免的杂质。硅铁的各组分质量分数为:Si : 72%，Al: 0.3 %，Mn: 0.7 %， C:0.12%，P:0.10%，S:0.12%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0037] (2)将（1)加工所得到的细料进行配比，然后加1.5% (质量分数)结合剂充分混匀 并造粒，其粒度<4.0_。结合剂:聚碳硅烷31 %，硅酸溶胶60%，羚甲基纤维素9%。
[0038] (3)将（2)制成的颗粒料放入干燥炉内加热，控制温度350°C，同时炉膛内充入氮 气，氮气纯度为99.0%，保温6小时。
[0039] (4)将(3)干燥后的颗粒料放入流化态氮化炉内进行氮化处理，炉膛内温度先升温 至750 °C，保温3小时，再升温至1050 °C，保温3小时，炉膛温度升至1300 °C，同时通入氮气(N2 多99.5% )，控制充氮压力0.21MPa，保持颗粒料流化态状态，保温8小时。密封炉膛随炉冷却 至120°C以下，然后出炉冷却至室温，获得的氮化钒和氮化钒铁合金增强剂成分为：Si: 56%、]^:0.1%川：37%、(：:0.17%、厶1:0.05%、？彡0.10%、5彡0.15%，余量为卩6和少量杂 质。
[0040] (5)将(4)得到的增强剂细料压成块状，其平均粒径为5~35mm。
[00411 将该增强剂和氮化钒同时用于转炉公称容量90吨，钢种:HRB400，在钢水出钢过程 中，氮化钒(加入量:0. 27kg/ts)与增强剂(加入量:0.43kg/ts)同时加入钢水中，其钢水经 本实施例中的增强剂和氮化钒合金化处理后其成分为:C:0.21%，Si:0.31%，Mn :1.22%， V:0.021%，P:0.027%，S:0.024%，余量为Fe。
[0042] 取钢样进行原子吸收光谱分析和电子扫描显微分析，钢中以金属状态存在的钒比 原工艺减少27.6%，相应V(N、C)质点析出大小和分布更加细微和均匀。从而使得VN合金用 量比原工艺减少24.3%，其机械性能仍有所提高，表明其微合金化强化效果得到加强和充 分发挥。
[0043] 其钢材机械性能为（乳制规格φ16):屈服强度476MPa，抗拉强度:642MPa，延伸率 26.1 %，应用成本与原工艺相比降低22%。
[0044] 本实施例中氮化钒的组成成分为：V: 77 %，N: 15 %，C: 4.1 %，P彡0.10%，S彡 0.10%，余量为少量杂质。
[0045] 实施例2
[0046] (1)选择原材料，娃猛、金属娃，并分别破碎、磨细得到细料，粒度<0.35_。选用的 硅锰的各组分质量分数为：Si :17%，Mn:65%，Al:0.3%，C:3.2%，P :0.15%，S:0.20%，余 量为Fe和不可避免的杂质。金属硅的各组分质量分数为:Si : 97.4%，Fe: 1.6%，Al: 0.21 %， C彡0.04%，P彡0.04%，S彡0.05%，余量为不可避免的杂质。
[0047] (2)将（1)加工所得到的细料进行配比，然后加1.6% (质量分数)结合剂充分混匀 并造粒，其粒度<4.0mm。结合剂:聚碳硅烷42%，硅酸溶胶46%，羚甲基纤维素12%。
[0048] (3)将（2)制成的颗粒料放入干燥炉内加热，控制温度300°C，同时炉膛内充入氮 气，氮气纯度为99.0%，保温8小时。
[0049] (4)将(3)干燥后的颗粒料放入流化态氮化炉内进行氮化处理，炉膛内温度先升温 至780°C，保温3小时，再升温至1020°C，保温4小时，炉温升至1250°C，同时通入氮气(N2多 99.5 % )，控制充氮压力0.2MPa，保持颗粒料流化态状态，保温9小时。密封炉膛随炉冷却至 120°C，然后出炉冷却至室温，获得的氮化钒和氮化钒铁增强剂成分为:Si : 66 %、Mn: 4.6 %、 124.6%、(：:0.36%、厶1:0.32%、？彡0.10%、5彡0.15%，余量为卩6和少量杂质。
[0050] (5)将(4)得到的增强剂细料与氮化钒颗粒料（占比75%)压成块状，其平均粒径为 5~45mm。将该增强剂与氮化钒的压块用于转炉公称容量120吨，钢种:HRB500的冶炼，在钢 水出钢过程中，增强剂与氮化钒压块随钢流加入钢水中，所述块状加入量〇.72kg/ts，其钢 水经本实施例中的增强剂和氮化钒合金化处理后其成分为：C:〇. 23%，Si :0.45%，Mn: 1.56%，V:0.041 %，P:0.023%，S:0.021 %，余量为Fe。取钢样进行原子吸收光谱分析和电 子扫描显微分析，钢中以金属状态存在的钒比原工艺减少31.4%，相应V(N、C)质点析出大 小和分布更加细微和均匀。从而使得VN合金用量比原工艺减少27.1%，其机械性能仍有所 提高，表明其微合金化强化效果得到加强和充分发挥。
[0051 ] 其钢材机械性能为(乳制规格Φ 12):屈服强度:582MPa，抗拉强度:796MPa，延伸率 26.7%，应用成本与原工艺相比降低26.3%。
[0052] 本实施例中使用的氮化钒的组成成分为:V:76%，N:14%，C:6%，P$0.06%，S< 0.10%，余量为少量杂质。
[0053] 实施例3
[0054] (1)选择原材料，硅铁、锰铁、钛铁、铬铁，并分别破碎、磨细得到细料，粒度彡 0.3謹。选用的硅铁的各组分质量分数为：3丨：70%41:0.9%，111 :0.5%，(：:0.3%，？：彡 0.09%，S彡0.10 %，余量为Fe和不可避免的杂质。锰铁的各组分质量分数为:Si : 2.0%，Mn: 70%，A1:0.25%，C:6.0%，P彡0.20%，S彡0.03%，余量为Fe和不可避免的杂质。钛铁的各 组分质量分数为：Ti :69%，Si :1.2%，Mn: 1.5 %，A1:5.0%，C: 0.4%，P 彡0.05%，S彡 0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质。铬铁的各组分质量分数为：Cr :52%，Si :3.0%，C: 2.0%，P彡0.06%，S彡0.05%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0055] (2)将（1)加工所得到的细料进行配比，然后加1.2% (质量分数)结合剂充分混匀 并造粒，其粒度<4.0mm。结合剂:聚碳硅烷38%，硅酸溶胶55%，羚甲基纤维素7%。
[0056] (3)将（2)制成的颗粒料放入干燥炉内加热，控制温度320°C，同时炉膛内充入氮 气，氮气纯度为99.0%，保温7.5小时。
[0057] (4)将(3)干燥后的颗粒料放入流化态氮化炉内进行氮化处理，炉膛内温度先升温 至850°C，保温2.5小时，再升温至1000°C，保温4小时，炉温升至1200°C，同时通入氮气(N2彡 99.5% )，控制充氮压力0.22MPa，保持颗粒料流化态状态，保温9小时。密封炉膛随炉冷却至 12 0 °C，然后出炉冷却至室温，获得的氮化钒和氮化钒铁增强剂成分为：S i : 2 3 %、M η : 17.5%^:11%、11:9.6%、0:7.3%、(：:1.9%、厶1 :2.7%、？彡0.10%、5彡0.15%，余量为卩6 和少量杂质。
[0058] (5)将（4)得到的增强剂细料与氮化钒颗粒（彡3mm)，混合后混匀（氮化钒占比 20%)并包覆成包芯线(线径φΠ )。将该包芯线用于转炉公称容量150吨，钢种:HRB400E的冶 炼，在钢水出钢完毕或在钢水吹氩站，将氮化钒与增强剂的包芯线用喂线机加入钢水中，所 述包芯线加入量3.16kg/ts，喂线速度为240m/min，其钢水经本实施例中的增强剂和氮化钒 合金化处理后其成分为：C:0.23%，Si:0.33%，Mn:1.31%，V:0.027%，P:0.023%，S: 0.020%，余量为Fe。取钢样进行原子吸收光谱分析和电子扫描显微分析，钢中以金属状态 存在的钒比原工艺减少28.3%，相应V(N、C)质点析出大小和分布更加细微和均匀。从而使 得VN合金用量比原工艺减少25.8%，其机械性能仍有所提高，表明其微合金化强化效果得 到加强和充分发挥。其钢材机械性能为（乳制规格？25):屈服强度483MPa，抗拉强度： 655MPa，延伸率27.3%，应用成本与原工艺相比降低23.6%。
[0059] 本实施例中使用的氮化钒的组成成分为:V:78%，N:16%，C:3.2%，P<0.06%，S <0.10%，余量为少量杂质。
[0060] 实施例4
[0061 ] (1)选择原材料，硅铁、锰铁、钛铁、铬铁，并分别破碎、磨细得到细料，粒度< 0.3謹。选用的硅铁的各组分质量分数为：3丨：71%41:0.7%，111 :0.5%，(：:0.2%，？：彡 0.09%，S彡0.10%，余量为Fe和不可避免的杂质。锰铁的各组分质量分数为:Si: 1.7%，Mn: 65%，A1:0.20%，C:4.1 %，P彡0.20%，S彡0.03%，余量为Fe和不可避免的杂质。钛铁的各 组分质量分数为：Ti:70%，Si:l · 1%，Mn: 1.2%，A1:3.8%，C:0.2%，P 彡0.05%，S彡 0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质。铬铁的各组分质量分数为：Cr :55%，Si :2.1%，C: 1.6%，P彡0.06%，S彡0.05%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0062] (2)将（1)加工所得到的细料进行配比，然后加1.5% (质量分数)结合剂充分混匀 并造粒，其粒度<4.0mm。结合剂:聚碳硅烷36%，硅酸溶胶56%，羚甲基纤维素8%。
[0063] (3)将（2)制成的颗粒料放入干燥炉内加热，控制温度330°C，同时炉膛内充入氮 气，氮气纯度为99.0%，保温7.0小时。
[0064] (4)将(3)干燥后的颗粒料放入流化态氮化炉内进行氮化处理，炉膛内温度先升温 至850°C，保温2.5小时，再升温至1000°C，保温4小时，炉温升至1250°C，同时通入氮气(N 2彡 99.5% )，控制充氮压力0.22MPa，保持颗粒料流化态状态，保温8.5小时。密封炉膛随炉冷却 至120°C，然后出炉冷却至室温，获得的氮化钒和氮化钒铁增强剂成分为：Si :41%、Mn: 2.1%、122.8%、11:6.2%、0:5.9%、(：:1.2%、厶1 :0.7%、？彡0.10%、5彡0.15%，余量为 Fe和少量杂质。
[0065] (5)将(4)得到的增强剂细料与氮化钒颗粒和氮化钒铁(<3mm)，混合后混匀(氮化 钒占比70%，氮化钒铁占比10%)并包覆成包芯线（线径φ13)。将该包芯线用于转炉公称容 量200吨，钢种:HRB500E的冶炼，在钢水出钢完毕或在钢水吹氩站，将氮化钒与增强剂的包 芯线用喂线机加入钢水中，所述包芯线加入量2.91kg/ts，喂线速度为260m/min，其钢水经 本实施例中的增强剂和氮化钒合金化处理后其成分为:C: 0.24%，Si : 0.53 %，Mn: 1.42 %， V:0.071%，P:0.021%，S:0.023%，余量为Fe。取钢样进行原子吸收光谱分析和电子扫描显 微分析，钢中以金属状态存在的钒比原工艺减少28.6%，相应V(N、C)质点析出大小和分布 更加细微和均匀。从而使得VN合金用量比原工艺减少27.1%，其机械性能仍有所提高，表明 其微合金化强化效果得到加强和充分发挥。其钢材机械性能为(乳制规格φ38):屈服强度 592MPa，抗拉强度:786MPa，延伸率26.2%，应用成本与原工艺相比降低26.5%。
[0066] 本实施例中使用的氮化钒的组成成分为:V:77%，N:15%，C:2.9%，P<0.05%，S <0.10%，余量为少量杂质。
[0067] 实施例5
[0068] (1)选择原材料，硅铁、钛铁、铝铁，并分别破碎、磨细得到细料，粒度<0.25mm。选 用的硅铁的各组分质量分数为：Si:71%，Mn:(h35%，Al:(h52%，C:(hl7%，P<0.07%，S< 0.11%，余量为Fe和不可避免的杂质。钛铁的各组分质量分数为:Ti :72%，Si :0.7%，Mn: 1.2%，A1:3.3%，C:0.26%，P彡0.04%，S彡0.040%，余量为Fe和不可避免的杂质。铝铁的 各组分质量分数为^1 :74%，卩6:25%，51:0.17%，]?11:0.5%，(：：0.3%，5彡0.2%，？彡 0.2%，余量为不可避免的杂质。
[0069] (2)将（1)加工所得到的细料进行配比，然后加2.0% (质量分数)结合剂充分混匀 并造粒，其粒度<4.0_。结合剂:聚碳硅烷36%，硅酸溶胶53%，羚甲基纤维素11 %。
[0070] (3)将（2)制成的颗粒料放入干燥炉内加热，控制温度340°C，同时炉膛内充入氩 气，氩气纯度为99.9%，保温7小时。
[0071] (4)将(3)干燥后的颗粒料放入流化态氮化炉内进行氮化处理，炉膛内温度先升温 至800 °C，保温3小时，再升温至1050 °C，保温3.5小时，炉温升至1250 °C，同时通入氮气(N2彡 99.5% )，控制充氮压力0.23MPa，保持颗粒料流化态状态，保温8.5小时。密封炉膛随炉冷却 至120°C，然后出炉冷却至室温，获得的氮化钒和氮化钒铁增强剂成分为：Si : 43.5 %、Mn: 0.31%、11:2.9%川:27.1%、(：:0.1%、厶1 :5.6%、？彡0.10%、5彡0.15%，余量为卩6和少量 杂质。
[0072] (5)将（4)得到的增强剂细料与氮化钒铁颗粒一起混合后混匀（氮化钒铁占比 80%)并包覆成包芯线（线径φ16)。将该增强剂与氮化钒铁包芯线用于转炉公称容量220吨， 钢种:45SiMnV的冶炼，钢水出钢完毕后，在吹氩站或钢包精炼站用喂线机将该包芯线喂入 钢水中，其包芯线加入量1.87kg/ts，喂线速度210m/min，其钢水经本实施例中的增强剂和 氮化钒铁合金化处理后其成分为：C:0.43%、Si: 1.31%、Mn: 1.28%、V:0.056%、P: 0.029%、S:0.021 %，余量为Fe。取钢样进行原子吸收光谱分析和电子扫描显微分析，钢中 以金属状态存在的钒比原工艺减少29.8%，相应V(N、C)质点析出大小和分布更加细微和均 匀。从而使得VN合金用量比原工艺减少26.2%，其机械性能仍有所提高，表明其微合金化强 化效果得到加强和充分发挥。其钢材机械性能为(乳制规格Ψ32):屈服强度612MPa，抗拉强 度:895MPa，延伸率19%，收缩率42%，应用成本与原工艺相比降低24.8%。
[0073] 本实施例中使用的氮化钒铁的组成成分为:V:55%，N:12%，C:5.3%，Si:2.2%， Al:l .7%，P彡0· 10%，S彡0.05%，余量为Fe和少量杂质。
[0074] 实施例6
[0075] (1)选择原材料，硅铁、铬铁，并分别破碎、磨细得到细料，粒度<0.3mm。选用的硅 铁的各组分质量分数为：Si :70.5%，A1:0.61 %，Mn彡0.60%，C:0.22%，P彡0.06%，S彡 0.09%，余量为Fe和不可避免的杂质。铬铁的各组分质量分数为：Cr :60%，Si :2.5%，C: 1.2%，P彡0.04%，S彡0.03%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0076] (2)将（1)加工所得到的细料进行配比，然后加1.2% (质量分数)结合剂充分混匀 并造粒，其粒度<4.0mm。结合剂:聚碳硅烷38%，硅酸溶胶55%，羚甲基纤维素7%。
[0077] (3)将（2)制成的颗粒料放入干燥炉内加热，控制温度320°C，同时炉膛内充入氮 气，氮气纯度为99.0%，保温7.5小时。
[0078] (4)将(3)干燥后的颗粒料放入流化态氮化炉内进行氮化处理，炉膛内温度先升温 至850°C，保温2.5小时，再升温至1000°C，保温4小时，炉温升至1200°C，同时通入氮气(N 2彡 99.5% )，控制充氮压力0.22MPa，保持颗粒料流化态状态，保温9小时。密封炉膛随炉冷却至 120°C，然后出炉冷却至室温，获得成分为：Si : 49 · 2 %、Mn: 0 · 06 %、N: 30 · 6 %、Al: 0 · 43%、 0:3.5%、(：:0.42%、？彡0.10%、5彡0.15%，余量为卩6和少量杂质。
[0079] (5)将(4)得到的增强剂细料（S3.5mm)包覆成包芯线（线径φ9)。将该包芯线用于 转炉公称容量150吨，钢种:HRB500E的冶炼，在钢水出钢完毕或在钢水吹氩站，将增强剂的 包芯线用喂线机加入钢水中，所述包芯线加入量1.32kg/ts，喂线速度为270m/min，在钢水 脱氧合金化过程中加入氮化钒合金〇. 48kg/ts，其钢水经本实施例中的增强剂和氮化钒合 金化处理后其成分为：C:(K24%，Si :0.41%，Mn: 1.45%，V:(K038%，Ρ:0·021%，S: 0.024%，余量为Fe。取钢样进行原子吸收光谱分析和电子扫描显微分析，钢中以金属状态 存在的钒比原工艺减少29.1%，相应V(N、C)质点析出大小和分布更加细微和均匀。从而使 得VN合金用量比原工艺减少25.4%，其机械性能仍有所提高，表明其微合金化强化效果得 到加强和充分发挥。其钢材机械性能为（乳制规格φ2?):屈服强度587MPa，抗拉强度： 783MPa，延伸率26.6%，应用成本与原工艺相比降低24.1%。
[0080] 本实施例中使用的氮化钒铁的组成成分为：V:76.8%，N:16.3%，C:3.8%，P< 0· 10%，S彡0.05%，余量为少量杂质。
【主权项】
1. 一种氮化钒和氮化钒铁合金增强剂，其特征在于:其组成成分及各组分质量分数为： 51 :23~66%，]^:0.1~17.5%小：11~37%，？彡0.10%，5彡0.15%，余量为卩6和杂质。2. 根据权利要求1所述的一种氮化钒和氮化钒铁合金增强剂，其特征在于:组分中还包 括Ti和Cr元素，Ti质量分数为:0~9.6%，Cr质量分数为:0~7.3%。3. 根据权利要求1或2所述的一种氮化钒和氮化钒铁合金增强剂，其特征在于：组分中 还包括A1和C元素，A1质量分数为:0.03~5.6%，C质量分数为:0.1~1.9%。4. 权利要求1-3中任意一项所述的氮化钒和氮化钒铁合金增强剂的制备方法，其步骤 为： (1) 选择原材料:娃铁、金属娃、娃猛、猛铁、钦铁、络铁、错铁中^?种以上物料； (2) 将步骤(1)中选定的物料分别破碎、磨细，其粒度<0.35mm; (3) 将步骤(2)中得到的细料进行调配并添加1.2~2%结合剂充分混匀后造粒，其粒度 小于 <4.0mm; (4) 将步骤(3)中制得的颗粒料进行干燥，干燥炉内充入氮气或氩气，温度控制在300~ 350°C，然后保温处理6~8小时； (5) 将干燥后的颗粒料放入流态化氮化炉里进行氮化处理，氮化过程中，细料处于流态 化状态，同时通入氮气，氮气压力大于0.2MPa，炉膛内温度先升温至750~850°C，保温2.5~ 3小时，再升温至1000~1050°C，保温3~4小时，然后炉膛温度升至1200~1300 °C，保温8~9 小时； (6) 氮化处理结束后，仍然密封炉膛，缓冷至120°C以下，即得到氮化钒和氮化钒铁增强 剂细料。5. 根据权利要求4所述的氮化钒和氮化钒铁合金增强剂的制备方法，其特征在于:步骤 (1)中所述的硅铁的组成成分和各组分的质量分数为：Si : 70~72%，Mn彡0.7%，A1:0.3~ 0.9%，C:0.1~0.3%，P彡0.10%，S彡0.12%，余量为Fe和杂质；金属硅的组成成分和各组 分的质量分数为:Si彡96%，Fe彡 1.8%，A1 彡0.3%，C彡0.05%，P彡0.05%，S彡0.06%。6. 根据权利要求4所述的氮化钒和氮化钒铁合金增强剂的制备方法，其特征在于:步骤 (1)硅锰的组成成分和各组分的质量分数为:Mn :65%，Si:17%，C:3.2%，Al:0.3%，P< 0.15%，S彡0.20%，余量为Fe和杂质;锰铁的组成成分和各组分的质量分数:Μη:65~70%， C:彡6.0%，Si:彡2%，Α1:彡0.25%，Ρ彡0.20%，S彡0.03%，余量为Fe和杂质。7. 根据权利要求4所述的氮化钒和氮化钒铁合金增强剂的制备方法，其特征在于:步骤 (1)中所述的钛铁组成成分及各组分质量分数为Ti : 69~72%，Si彡1.2%，Mn彡1.5%，A1彡 5.0%，(：彡0.4%，？彡0.05%，3彡0.04%，余量为?6 ;铬铁组成成分及各组分质量分数为0: 52~60%，Si<3.0%，C<2.0%，P<0.06%，S<0.05%，余量为Fe;铝铁组成成分及各组分 质量分数为△1 :74%，卩6:25%^彡0.17%，]?11彡0.5%，(：彡0.3%，？彡0.2%，5彡0.2%，余 量为少量杂质。8. 根据权利要求4-7中任意一项所述的氮化钒和氮化钒铁合金增强剂的制备方法，其 特征在于:步骤(3)中所述的结合剂的组成和各组分的质量分数:聚碳硅烷31~42%，硅酸 溶胶46~60 %，羚甲基纤维素7~12 %。9. 权利要求1-3中任意一项所述的氮化钒和氮化钒铁合金增强剂的应用方法，其特征 在于:所述的氮化钒和氮化钒铁合金增强剂包括以下使用状态:氮化钒和氮化钒铁合金增 强剂压块或制成包芯线。10.根据权利要求9所述的氮化钒和氮化钒铁合金增强剂的应用方法，其特征在于:所 述的氮化钒和氮化钒铁合金增强剂还包括以下使用状态:氮化钒和氮化钒铁合金增强剂与 氮化钒和氮化钒铁颗粒混合压块或制成包芯线。
【文档编号】C22C29/16GK106086308SQ201610711104
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月23日
【发明人】陈来祥
【申请人】马鞍山市恒兴耐火炉料厂