CN103602814A - 一种氮化钒合金的制备方法 - Google Patents

一种氮化钒合金的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103602814A
CN103602814A CN201310614215.8A CN201310614215A CN103602814A CN 103602814 A CN103602814 A CN 103602814A CN 201310614215 A CN201310614215 A CN 201310614215A CN 103602814 A CN103602814 A CN 103602814A
Authority
CN
China
Prior art keywords
vanadium nitride
vanadium
alloy
hours
raw material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201310614215.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103602814B (zh
Inventor
董江
余岳
蒋跃东
薛正良
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Original Assignee
Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University of Science and Engineering WUSE filed Critical Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority to CN201310614215.8A priority Critical patent/CN103602814B/zh
Publication of CN103602814A publication Critical patent/CN103602814A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103602814B publication Critical patent/CN103602814B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

本发明涉及一种氮化钒合金的制备方法。其技术方案是：以粉状五氧化二钒和碳黑为原料，将粉状五氧化二钒和碳黑按照质量比1︰（0.33~0.35）混合，再外加原料4~6wt%的水，混匀，压制成自还原球，将自还原球装入电加热炉，在氮气气氛中升温至620~650℃，保温1.5~2.5小时；然后升温至1250~1300℃，保温2~3小时，随炉冷却；最后将出炉后的氮化钒破碎，破碎后外加原料2~3wt%的浓度为4%的聚乙烯醇水溶液，搅拌混匀，用强力压球机压制成球，得到氮化钒合金。所述压制成球的压力为12~14MPa，重复压制2~3次。本发明具有工艺简单、可操作性强、生产周期短、能耗低和生产成本低的特点，所制备的氮化钒合金品质稳定、氮含量高和表观密度较高。

Description

一种氮化钒合金的制备方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域。具体涉及一种氮化钒合金的制备方法。
背景技术
目前氮化钒合金80～90%应用于钢铁工业中。高纯氮化钒合金主要用于合金钢、耐磨钢、建筑用钢等微合金化钢。加入钢中的钒同碳、氮反应在较低温度下析出氮化物、碳化物和碳氮化物第二相微粒子，对钢起到细化晶粒和沉淀强化的作用，提高了钢的耐磨性、韧性、强度、延展性及抗疲劳性等综合机械性能。与钒铁相比，氮化钒合金能更有效地强化和细化晶粒，由氮化钒合金带入钢中的氮可促进钢材热加工后钒的沉淀，使沉淀颗粒更细小，从而更好地改善钢的焊接性和成形性。使用氮化钒合金，可比使用钒铁节约20～40wt%的钒，能大幅降低炼钢成本，同时提高钢的强度、韧性、可焊性和抗热疲劳性等综合机械性能。因此氮化钒合金是一种成本低和效率高的微合金化添加剂。
氮化钒合金是以钒的氧化物V2O3、V2O5、钒酸铵(NH4VO3)或多钒酸铵为原料，以碳质、氢气、氨气和CO等为还原剂，在高温或真空下进行还原，之后再通入氮气或氨气进行氮化而制备（孙国会，梁连科.国内外氮化钒铁及氮化钒制备情况简介.铁合金，2000，（1）:44~47）。从20世纪60年代开始就对氮化钒合金进行了研究，从实验室制备到应用都有***的研究成果出现。
美国联合碳化物公司提出氮化钒合金制取方法是以V2O3和C为原料，以混合气体(N2+NH3或H2+N2)为还原剂及氮化剂，先在675～700℃下预还原1小时，将低熔点的高价钒氧化物还原成高熔点的低价钒氧化物，之后在950℃下同时进行还原和渗氮3～4小时可获得氮氧钒产品，再将获得的氮氧钒产品与含碳物料混合，在惰性或氮气氛下或真空炉内经1400℃高温处理，制得含碳7wt%的氮化钒合金。该方法的缺点是反应设备要求严格、需要真空设备、生产工序复杂、生产时间长、效率较低、氮化温度高和能耗高（邓铁明，刘海泉，陈文明.国内外钒氮合金的研究进展及应用前景.宁夏工程技术，2004，3（4）:343~347）。
“碳氮化钒的制备过程”（US3745209，1973.7.10）是以V2O5或NH4VO3为原料，还原剂和氮化剂为H2﹑NH3﹑天然气﹑CO﹑N2，按适当比例混合，在流动床或回转管中于800～1200℃条件下边还原边氮化，制得含74.2～78.7%V、6.7～18%C、4.2～16.2%N和0.5～1.4%O的氮化钒。这种方法的缺点是还原剂的利用率非常低和消耗大；产品为粉末状；表观密度低，不能直接用来作炼钢添加剂。1999年王功厚等人，用V2O5和活性碳压块成型，在实验条件下进行碳热还原，在1400℃和1.333Pa真空下先还原生成VC，随后通入氮气，在101325Pa氮气压力下渗氮1.5小时，获得86%V、7%C、9.069～9.577%N和2%O的样品。为了提高氮化钒强度，在原料中加入3%铁粉（王功厚，陈延民，朱元凯.碳化钒﹑碳氮化钒生产工艺条件的实验室研究.钢铁钒钛，1988，（2）:19~24）。这种方法需要抽真空设备，设备成本和运转成本都比较高，操作复杂，反应温度较高，而且为了提高样品的表观密度和强度需要添加铁粉，进一步提高了成本。
攀钢已开发出以C和V2O3为原料在高温非真空下制备氮化钒的方法，该方法是将粉末状的钒氧化物、碳质粉剂和粘结剂混合均匀后压块成型，再将成型后的物料连续加入制备炉中，同时向制备炉通入氮气或氨气做反应和保护气体，制备炉需要加热到1000～1800℃持续时间小于6小时，在保护气氛下冷却到100～250℃出炉，即获得含77～81%V、1～8%N、0.1～0.5%O和表观密度大于3.0g/cm3的氮化钒，该产品呈块状或颗粒状（孙涛，彭湃，谢杰等.氮化钒制备技术发展历程及其应用.南方金属，2008，（163）:8~10）。该生产方法采用的是V2O3，由于V2O3原料难以采购，而且价格高，生产成本较高，生产中需要的氮化温度达1800℃，能耗高，另外生产的氮化钒产品氮含量较低，难以满足钢铁企业对氮化钒合金添加剂的品质要求。
“氮化钒的生产方法”（CN1587064A，2005.3.2）是先将粉状钒酸铵、钒氧化物、碳质粉剂混均后加入回转窑中进行预处理，回转窑保持微负压，将回转窑加热到600～800℃，运行2～3小时；然后将上述混合物研细后加粘结剂压块成型，放入立式管窑中，管窑内部用含氮的中性或还原气体作为反应和保护气体，始终保持微正压，所述管窑加热到1100～1900℃，运行4～6小时，随后冷却，制得含77～81%V、9～16%N、2～8%C、0.2～1.0%O和表观密度3.0～3.9g/cm3的氮化钒。这种方法需要将预处理后的产物随炉冷却至室温，然后压块后再升温至高温终还原和氮化，因此生产周期长，而且氮化温度达1900℃，能耗高，热效率低。
综上所述，现有的氮化钒合金的生产方法大多采用低价氧化钒做原料，或将V2O5预还原得到低价氧化钒，再将低价氧化钒重新压块后在高温下终还原氮化。为了保证氮化钒合金的致密度，通常将温度升高到1500℃以上使氮化钒致密化。上述这些氮化钒合金的制备方法生产工艺复杂，生产周期长，设备要求较高，反应温度比较高，能耗高。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、可操作性强、生产周期短、能耗低和生产成本低的氮化钒合金的制备方法；用该方法制备的氮化钒合金品质稳定、氮含量高和表观密度较高。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：以粉状五氧化二钒和碳黑为原料，将粉状五氧化二钒和碳黑按照质量比1︰（0.33~0.35）混合，再外加原料4~6wt%的水，混匀，压制成自还原球，将自还原球装入电加热炉，在氮气气氛中升温至620~650℃，保温1.5~2.5小时；然后升温至1250~1300℃，保温2~3小时，随炉冷却至常温~100℃出炉。最后将出炉后的氮化钒破碎，破碎后外加原料2~3wt%的浓度为4%的聚乙烯醇水溶液，搅拌混匀，用强力压球机压制成球，得到氮化钒合金。
所述压制成球的压力为12~14MPa，重复压制2~3次。     由于采用上述技术方案，本发明将出炉后的氮化钒重新破碎并通过强力压球机压球后，氮化钒合金的表观密度增加。因为氮化钒合金的制备过程中发生了复杂的碳热还原反应，反应生成的CO和CO2气体逸出导致料球中留下较多的空隙，而高温烧结过程并不能完全消除这些空隙，因此不利于料球的致密化。出炉后的氮化钒被重新破碎并通过强力压球机压球，由于压力较大且重复压制2~3次，物料不断被压实，料球颗粒间接触紧密，接触面积增加，颗粒粒子间粘结力增大，料球的体积收缩并且致密化，故制备的氮化钒合金表观密度较高。
本发明的优点是直接使用高价态钒粉（V2O5粉），在620~650℃的预还原后直接升温进行1250~1300℃的终还原氮化。终还原氮化温度远远低于现有技术。产品的致密化是在终还原氮化产物冷却后，用强力压球机重复压制成球。使用的电加热炉不需要抽真空，工艺简单，可操作性强，反应温度低，生产周期短，能耗低；产品品质稳定，氮含量和表观密度较高。
因此，本发明具有工艺简单、可操作性强、生产周期短、能耗低和生产成本低的特点，所制备的氮化钒合金品质稳定、氮含量高和表观密度较高。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对保护范围的限制。
实施例1
一种氮化钒合金的制备方法。以粉状五氧化二钒和碳黑为原料，将粉状五氧化二钒和碳黑按照质量比1︰（0.33~0.34）混合，再外加原料4~5wt%的水，混匀，压制成自还原球，将自还原球装入电加热炉，在氮气气氛中升温至620~640℃，保温2.0~2.5小时；然后升温至1250~1280℃，保温2.5~3.0小时，随炉冷却至常温~100℃出炉。最后将出炉后的氮化钒破碎，破碎后外加原料2.5~3.0wt%的浓度为4%的聚乙烯醇水溶液，搅拌混匀，用强力压球机压制成球，得到氮化钒合金。
所述压制成球的压力为12~13MPa，重复压制3次。
实施例2
一种氮化钒合金的制备方法。以粉状五氧化二钒和碳黑为原料，将粉状五氧化二钒和碳黑按照质量比1︰（0.34~0.35）混合，再外加原料5~6wt%的水，混匀，压制成自还原球，将自还原球装入电加热炉，在氮气气氛中升温至630~650℃，保温1.5~2.0小时；然后升温至1270~1300℃，保温2.0~2.5小时，随炉冷却至常温~100℃出炉。最后将出炉后的氮化钒破碎，破碎后外加原料2.0~2.5wt%的浓度为4%的聚乙烯醇水溶液，搅拌混匀，用强力压球机压制成球，得到氮化钒合金。
所述压制成球的压力为13~14MPa，重复压制2次。
本具体实施方式将出炉后的氮化钒重新破碎并通过强力压球机压球后，氮化钒合金的表观密度增加。因为氮化钒合金的制备过程中发生了复杂的碳热还原反应，反应生成的CO和CO2气体逸出导致料球中留下较多的空隙，而高温烧结过程并不能完全消除这些空隙，因此不利于料球的致密化。出炉后的氮化钒被重新破碎并通过强力压球机压球，由于压力较大且重复压制2~3次，物料不断被压实，料球颗粒间接触紧密，接触面积增加，颗粒粒子间粘结力增大，料球的体积收缩并且致密化，故制备的氮化钒合金表观密度较高。
本具体实施方式的优点是直接使用高价态钒粉（V2O5粉），在620~650℃的预还原后直接升温进行1250~1300℃的终还原氮化。终还原氮化温度远远低于现有技术。产品的致密化是在终还原氮化产物冷却后，用强力压球机重复压制成球。使用的电加热炉不需要抽真空，工艺简单，可操作性强，反应温度低，生产周期短，能耗低；产品品质稳定，氮含量和表观密度较高。
因此，本具体实施方式具有工艺简单、可操作性强、生产周期短、能耗低和生产成本低的特点，所制备的氮化钒合金品质稳定、氮含量高和表观密度较高。

Claims (2)

1.一种氮化钒合金的制备方法，其特征在于：以粉状五氧化二钒和碳黑为原料，将粉状五氧化二钒和碳黑按照质量比1︰（0.33~0.35）混合，再外加原料4~6wt%的水，混匀，压制成自还原球，将自还原球装入电加热炉，在氮气气氛中升温至620~650℃，保温1.5~2.5小时；然后升温至1250~1300℃，保温2~3小时，随炉冷却至常温~100℃出炉；最后将出炉后的氮化钒破碎，破碎后外加原料2~3wt%的浓度为4%的聚乙烯醇水溶液，搅拌混匀，用强力压球机压制成球，得到氮化钒合金。
2.根据权利要求1所述氮化钒合金的制备方法，其特征在于所述压制成球的压力为12~14MPa，重复压制2~3次。
CN201310614215.8A 2013-11-28 2013-11-28 一种氮化钒合金的制备方法 Expired - Fee Related CN103602814B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310614215.8A CN103602814B (zh) 2013-11-28 2013-11-28 一种氮化钒合金的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310614215.8A CN103602814B (zh) 2013-11-28 2013-11-28 一种氮化钒合金的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103602814A true CN103602814A (zh) 2014-02-26
CN103602814B CN103602814B (zh) 2015-07-29

Family

ID=50121077

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310614215.8A Expired - Fee Related CN103602814B (zh) 2013-11-28 2013-11-28 一种氮化钒合金的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103602814B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105018774A (zh) * 2014-04-29 2015-11-04 安徽天港生物科技有限公司 一种钒氮合金添加剂及其制备方法
CN105013530A (zh) * 2014-04-29 2015-11-04 安徽天港生物科技有限公司 氮化合金生物催化剂及其制备方法
CN107587024A (zh) * 2017-09-19 2018-01-16 芜湖人本合金有限责任公司 一种以五氧化二钒和氧化铁制备氮化钒合金的方法
CN107587023A (zh) * 2017-09-19 2018-01-16 芜湖人本合金有限责任公司 一种以五氧化二钒制备氮化钒合金的方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101003867A (zh) * 2006-01-20 2007-07-25 蔡惜辉 一种氮化钒合金的制备方法
CN101948977A (zh) * 2010-09-30 2011-01-19 江阴市长兴钒氮新材料有限公司 一种氮化钒的生产方法
CN102173395A (zh) * 2011-01-05 2011-09-07 武安市炜荣物资有限公司 一种简易的氮化钒生产方法
CN102277522A (zh) * 2011-07-28 2011-12-14 四川省川威集团有限公司 生产钒氮合金的方法
CN102556985A (zh) * 2010-12-16 2012-07-11 湖北钟祥华帮科技有限公司 一种氮化钒的生产工艺
CN102644015A (zh) * 2012-04-11 2012-08-22 河北钢铁股份有限公司承德分公司 一种氮化钒铁合金的生产方法
CN103243254A (zh) * 2013-05-06 2013-08-14 南通汉瑞实业有限公司 一种钒氮合金的生产方法
CN103303880A (zh) * 2013-06-24 2013-09-18 湘西自治州丰达合金科技有限公司 真空炉法制备高氮氮化钒生产工艺

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101003867A (zh) * 2006-01-20 2007-07-25 蔡惜辉 一种氮化钒合金的制备方法
CN101948977A (zh) * 2010-09-30 2011-01-19 江阴市长兴钒氮新材料有限公司 一种氮化钒的生产方法
CN102556985A (zh) * 2010-12-16 2012-07-11 湖北钟祥华帮科技有限公司 一种氮化钒的生产工艺
CN102173395A (zh) * 2011-01-05 2011-09-07 武安市炜荣物资有限公司 一种简易的氮化钒生产方法
CN102277522A (zh) * 2011-07-28 2011-12-14 四川省川威集团有限公司 生产钒氮合金的方法
CN102644015A (zh) * 2012-04-11 2012-08-22 河北钢铁股份有限公司承德分公司 一种氮化钒铁合金的生产方法
CN103243254A (zh) * 2013-05-06 2013-08-14 南通汉瑞实业有限公司 一种钒氮合金的生产方法
CN103303880A (zh) * 2013-06-24 2013-09-18 湘西自治州丰达合金科技有限公司 真空炉法制备高氮氮化钒生产工艺

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105018774A (zh) * 2014-04-29 2015-11-04 安徽天港生物科技有限公司 一种钒氮合金添加剂及其制备方法
CN105013530A (zh) * 2014-04-29 2015-11-04 安徽天港生物科技有限公司 氮化合金生物催化剂及其制备方法
CN107587024A (zh) * 2017-09-19 2018-01-16 芜湖人本合金有限责任公司 一种以五氧化二钒和氧化铁制备氮化钒合金的方法
CN107587023A (zh) * 2017-09-19 2018-01-16 芜湖人本合金有限责任公司 一种以五氧化二钒制备氮化钒合金的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103602814B (zh) 2015-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101289713B (zh) 一种钒氮合金的生产方法
CN101586172B (zh) 金属化球团和还原铁粉的制备方法
CN102277522B (zh) 生产钒氮合金的方法
CN102644015A (zh) 一种氮化钒铁合金的生产方法
CN101082089A (zh) 氮化钒合金的制备方法
CN107699780B (zh) 一种制备氮化钒铁合金的方法
CN103602814B (zh) 一种氮化钒合金的制备方法
CN105483507A (zh) 一种氮化钒铁合金及其制备方法
CN101476074A (zh) 含钛的碳氮钒合金及其制备方法
CN102173395B (zh) 一种简易的氮化钒生产方法
CN103305739A (zh) 一种高氮钒氮合金vn18及其生产方法
CN101319282B (zh) 一种高密度钒氮合金的生产方法
CN108823452A (zh) 一种制备氮化钒铁的方法
CN102091788B (zh) 一种生产铁基弥散强化材料的方法
CN102936678B (zh) 一种钒氮合金生产方法
CN103303880A (zh) 真空炉法制备高氮氮化钒生产工艺
CN101914734B (zh) 铝基内原位生长制备尖晶石晶须/铝复合块体材料的方法
CN108998721A (zh) 一种制备氮化钒铁的方法
CN104404333B (zh) 一种用于制备超高氮化钒的原料组合物及采用该原料制备超高氮化钒的方法
CN106319124A (zh) 一种硅铬铁合金的制备方法
CN103572044B (zh) 利用直接还原金属化铁粉生产铁质热压含碳球团的方法
CN102534219A (zh) 一种防止合金烧制后粘结的氮化钒铁合金的制备方法
CN106048279B (zh) 一种钒氮合金液相烧结生产方法
CN103754839B (zh) 一种纳米晶氮化钒粉体的制备方法
CN102275919B (zh) 一种超细碳化铌粉末的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150729

Termination date: 20161128