CN103305710A

CN103305710A - 一种钛氮合金及其制备工艺

Info

Publication number: CN103305710A
Application number: CN2013102167175A
Authority: CN
Inventors: 陈可晖; 许光; 钟海云
Original assignee: HUNAN THREE-SEVEN METAL Co Ltd
Current assignee: HUNAN THREE-SEVEN METAL Co Ltd
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2033-06-04
Also published as: CN103305710B

Abstract

一种钛氮合金及其制备工艺，该钛氮合金的化学成分，按重量百分比为：Ti≥70%，N：8~16%，C≤8.0%，Si≤0.25%，Mn≤0.2%，Cr≤0.35%，V≤0.6%，P≤0.03%，S≤0.01%。本发明还包括所述钛氮合金的制备工艺，具体步骤为：1）以金红石精矿粉和炭黑为原料，采用双锥混料器将原料充分混合并压制成生料球；2）将步骤1）所得生料球表面粘裹一层炭黑粉，所粘的炭黑粉厚度为0.5~1.5mm；3）将步骤2）得到的表面粘有炭黑粉的生料球放入反应炉内，在氮气气氛下，分阶段控温加热，进行还原渗氮处理；4）还原渗氮处理后，用氮气吹扫，将步骤3）得到的产品温度降至120℃以下。该工艺过程简单，能耗低，产品质量优异，解决了炼微合金化钢中钛收得率低、炼钢工艺不稳定的技术难题。

Description

一种钛氮合金及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种合金及其制备工艺,具体地说，是涉及一种钛氮合金及其制备工艺。

背景技术

自1975年以来,低碳微合金化钢因其节能和节省资源,并具有高强度和高韧塑性等优异的综合性能而得到了飞速发展。目前,石油、化工、汽车、造船、建材等行业对材料提出了更为苛刻的强度、韧性及焊接性能等要求，加之冶炼、加工、热处理等工艺的进一步发展，生产微合金化钢材已成为必然趋势。

微合金化钢冶炼工业中常用的微合金化元素有Nb，Ti，V，Si，Mn，Cr，Al等，以提高钢材的韧性、延展性、硬度以及抗热疲劳性等综合机械性能和耐腐蚀能力。在合金元素中，Nb晶粒细化作用显著，能脱酸除氧，有效提高钢的淬火温度，因此得到了广泛的应用，然而铌资源较少，铌铁主要靠国外进口，价格不菲且受制于人。V主要通过在铁素体中C化物、N化物或碳氮化物的沉淀强化来提高强度，但带来韧脆转变温度的提高，一般V的含量控制在0. 10%以下。

钛是早期微合金钢的主要微合金化元素，值得重视的是钛的碳、氮化物在炼钢中的作用。与Nb、V相比，钛在钢中主要以TiC、TiN 或Ti(CN)的形态存在，同时具有细化晶粒和沉淀强化双重效果。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒；降低时效敏感性和冷脆性，增强钢的强度和韧性，改善焊接性能。添加微量的钛元素能提高钢抗高温、高压、H₂、N₂、NH₃等气体的腐蚀能力，与其它元素配合使用还能提高钢抗海水及H₂S腐蚀的能力。

钛的最大优势是资源丰富，目前，在市场上钛铁的价格不及铌铁和钒铁的1/10，作为炼钢添加剂生产成本较低，经济上最具推广应用价值；但金属钛是稀有金属中化学活性最强的元素之一，是钢中的强脱氧剂，其脱氧能力超过硅，与铝相当。

中国专利申请201110261893.1号于2011年9月6日公开了一种钛氮合金的制备方法，其所制备的钛氮合金，在微合金化炼钢过程中，表现出工艺稳定性差，钛的收得率低，几十年来成为长期困扰钛微合金化炼钢中的技术难题，严重限制了钛在微合金钢中的推广使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种新的钛氮合金及其制备工艺，使用该钛氮合金，可以降低钢生产成本和解决钛氮合金在炼钢过程中钢材质量和炉次的稳定性问题；使用该制备工艺，生产出的钛氮合金产品质量稳定，钛的收得率高，利用率高。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

本发明之钛氮合金的化学成分，按重量百分比为：Ti≥70%，N：8~16%，C≤8.0%，Si≤0.25%，Mn≤0.2%，Cr≤0.35%，V≤0.6%，P≤0.03%，S≤0.01%。

本发明之钛氮合金的制备工艺，包括以下步骤：

1）以金红石精矿粉和炭黑为原料，采用双锥混料器将原料充分混合并压制成生料球；

2）将步骤1）所得生料球表面粘裹一层炭黑粉，所粘的炭黑粉厚度为0.5 ~1.5mm；

3）将步骤2）得到的表面粘有炭黑粉的生料球放入反应炉内，在氮气气氛下，分阶段控温加热，进行还原渗氮处理；

4）还原渗氮处理后，用氮气吹扫，将步骤3）得到的产品温度降至降至120℃以下。

进一步，所述原料金红石精矿粉为一级金红石精矿粉，粒度80~100目，纯度为93.5~98.5%，所述原料炭黑的粒径为100~200目。

进一步，金红石精矿粉末与炭黑的质量比为2.5~5，混料时间为4~8小时。

进一步，步骤3）中，所述氮气为工业纯氮气，氮气分压为0.01~0.06MPa。

进一步，步骤3）中，所述分阶段控温加热，是以120~150℃/h的速度升温至1100℃~1200℃，再以100~120℃/h的速度升温至1700~1800℃，最后，控制升温速度为40~50℃/h，处理2~5小时。

进一步，还原渗氮过程产生的一氧化碳气体由炉尾排出，点火排放。

本发明钛氮合金主要用于炼微合金化钢，其钛和氮的含量相比同类产品更高，对微合金化钢的细化晶粒和沉淀强化作用更强，使钢的内部组织更致密，有效地降低钢产品的时效敏感性和冷脆性，增强钢的强度和韧性，改善焊接性能。

本发明钛氮合金的制备方法，对原料生料球表面粘裹炭黑粉，有效地解决钛氮合金在生产过程中产品之间的粘结问题，提高产品表观质量及成品率，还能增大钛氮合金球制备时渗氮反应的表面积1/8~1/2，而球团表面石墨粉，可消耗部分残存的氧气，并保护球团内碳化钛/氮化钛，防止其氧化，提高产品中的含氮量，提高产品的品级与合格率。其次，制备过程通过分阶段控温加热，进行还原渗氮处理工艺，使钛氮合金中的钛呈氮化钛、碳化钛或其固溶体形态—碳氮化钛存在，并提高钛的吸收率及稳定性，在炼钢过程中通过细化晶粒和沉淀强化提高钢材强度和性能，同时也避免了因金属钛脱氧、除杂等问题而消耗金属钛量，从而解决炼钢过程中钢材质量和炉次之间的稳定性问题，且产品制备工艺过程简单，能耗低，产品质量优异。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明作更详细的描述。

实施例1

一种用于炼微合金化钢的钛氮合金的制备工艺，具体实施方案：

1）将80目、93.5%的金红石精矿粉150公斤和100目的炭黑40公斤，采用双锥混料器将原料充分混合4小时并压制成生料球；

2）将步骤1）所得生料球表面粘裹一层炭黑粉，所粘的炭黑粉厚度为0.5 mm；

3）将步骤2）得到的表面粘有炭黑粉的生料球放入反应炉内，在0.01Mpa的氮气气氛下，分阶段控温加热，进行还原渗氮处理，分阶段控温加热过程为：120℃/h的升温速度将产品温度上升至1100℃，再以100℃的速度将温度升至1700℃，最后控制升温速度约为50℃/h处理3小时；还原渗氮过程产生的一氧化碳气体由炉尾排出，点火排放；

4）用氮气吹扫将处理后的产品温度降至120℃以下，得到钛氮合金产品，该钛氮合金产品的成分为：Ti：78.5%，N：8.5%，C：7.0%，Si≤0.25%，Mn:0.15%，Cr：0.30%，V：0.55%，P：0.03%，S：0.01%。

实施例2

1）将100目、98%的金红石精矿粉155公斤和200目的炭黑45公斤，采用双锥混料器将原料充分混合6小时并压制成生料球；

2）将步骤1）所得生料球表面粘裹一层炭黑粉，所粘的炭黑粉厚度为1.0 mm；

3）将步骤2）得到的表面粘有炭黑粉的生料球放入反应炉内，在0.03Mpa的氮气气氛下，分阶段控温加热，进行还原渗氮处理，分阶段控温加热过程为：130℃/h的升温速度将产品温度上升至1200℃，再以100℃的速度将温度升至1800℃，最后控制升温速度约为50℃/h处理4小时；还原渗氮过程产生的一氧化碳气体由炉尾排出，点火排放；

4）用氮气吹扫将处理后的产品温度降至120℃以下，得到钛氮合金产品，该钛氮合金产品的成分为：Ti：75%，N：15.5%，C：6.0%，Si≤0.22%，Mn:0.13%，Cr：0.25%，V：0.48%，P：0.02%，S：0.008%。

实施例3

1）将100目、95%的金红石精矿粉130公斤和200目的炭黑35公斤，采用双锥混料器将原料充分混合5小时并压制成生料球；

2）将步骤1）所得生料球表面粘裹一层炭黑粉，所粘的炭黑粉厚度为1.20mm；

3）将步骤2）得到的表面粘有炭黑粉的生料球放入反应炉内，在0.06Mpa的氮气气氛下，分阶段控温加热，进行还原渗氮处理，分阶段控温加热过程为：150℃/h的升温速度将产品温度上升至1100℃，再以120℃的速度将温度升至1700℃，最后控制升温速度约为40℃/h处理5小时；还原渗氮过程产生的一氧化碳气体由炉尾排出，点火排放；

4）用氮气吹扫将处理后的产品温度降至120℃以下，得到钛氮合金产品，该钛氮合金产品的成分为：Ti：80.5%，N：14%，C：6.40%，Si≤0.23%，Mn:0.14%，Cr：0.23%，V：0.50%，P：0.025%，S：0.006%。

实施例4

1）将100目、95%的金红石精矿粉160公斤和100目的炭黑60公斤，采用双锥混料器将原料充分混合8小时并压制成生料球；

2）将步骤1）所得生料球表面粘裹一层炭黑粉，所粘的炭黑粉厚度为1.5mm；

3）将步骤2）得到的表面粘有炭黑粉的生料球放入反应炉内，在0.04Mpa的氮气气氛下，分阶段控温加热，进行还原渗氮处理，分阶段控温加热过程为：140℃/h的升温速度将产品温度上升至1150℃，再以110℃的速度将温度升至1800℃，最后控制升温速度约为45℃/h处理2小时；还原渗氮过程产生的一氧化碳气体由炉尾排出，点火排放；

4)用氮气吹扫将处理后的产品温度降至120℃以下，得到钛氮合金产品，该钛氮合金产品的成分为：Ti：82.5%，N：9.8%，C：5.35%，Si≤0.24%，Mn:0.19%，Cr：0.31%，V：0.55%，P：0.025%，S：0.01%。

Claims

1.一种钛氮合金，其特征在于，所述钛氮合金的化学成分按重量百分比为：Ti≥70%，N：8~16%，C≤8.0%，Si≤0.25%，Mn≤0.2%，Cr≤0.35%，V≤0.6%，P≤0.03%，S≤0.01%。

2.一种如权利要求1所述钛氮合金的制备工艺，其特征在于，

1)以金红石精矿粉和炭黑为原料，采用双锥混料器将原料充分混合并压制成生料球；

2)将步骤1）所得生料球表面粘裹一层炭黑粉，所粘的炭黑粉厚度为0.5 ~1.5mm；

3)将步骤2）得到的表面粘有炭黑粉的生料球放入反应炉内，在氮气气氛下，分阶段控温加热，进行还原渗氮处理；

4)还原渗氮处理后，用氮气吹扫，将步骤3）得到的产品温度降至120℃以下。

3.如权利要求2所述钛氮合金的制备工艺，其特征在于，所述原料金红石精矿粉为一级金红石精矿粉，粒度80~100目，纯度为93.5~98.5%，所述原料炭黑的粒径为100~200目。

4.如权利要求2或3所述钛氮合金的制备工艺，其特征在于，金红石精矿粉末与炭黑的质量比为2.5~5，混料时间为4~8小时。

5.如权利要求2或3所述钛氮合金的制备工艺，其特征在于，步骤3）中，所述氮气为工业纯氮气，氮气分压为0.01~0.06MPa。

6.如权利要求4所述钛氮合金的制备工艺，其特征在于，步骤3）中，所述氮气为工业纯氮气，氮气分压为0.01~0.06MPa。

7.如权利要求2或3所述钛氮合金的制备工艺，其特征在于，步骤3）中，所述分阶段控温加热，是以120~150℃/h的速度升温至1100℃~1200℃，再以100~120℃/h的速度升温至1700~1800℃，最后，控制升温速度为40~50℃/h，处理2~5小时。

8.如权利要求4所述钛氮合金的制备工艺，其特征在于，步骤3）中，所述分阶段控温加热，是以120~150℃/h的速度升温至1100℃~1200℃，再以100~120℃/h的速度升温至1700~1800℃，最后，控制升温速度为40~50℃/h，处理2~5小时。

9.如权利要求2或3所述钛氮合金的制备工艺，其特征在于，还原渗氮过程产生的一氧化碳气体由炉尾排出，点火排放。

10.如权利要求8所述钛氮合金的制备工艺，其特征在于，还原渗氮过程产生的一氧化碳气体由炉尾排出，点火排放。