一种替代钒铌的高氮强化合金及其制备方法与流程

[0001]
本发明属于一种替代钒铌的高氮强化合金及其制备方法。


背景技术：

[0002]
在生产高强螺纹钢中，为了达到产品性能要求，尤其在新国标实施后，（gb/t1499.2
--
2018），在生产高强螺纹钢中必须加钒、铌合金等稀少金属。但由于受到钒、铌资源限制，很难满足供需要求，从而导致生产成本高，企业和社会都难以承受。
[0003]
中国专利公告号cn110983144a公开了一种“一种氮化物强化高熵合金及其制备方法”以原子百分比计，该氮化物强化高熵合金的化学成分为：v/nb:0.03～1 .2％，n:0.40～1 .2％，余量为等原子比的co、cr、fe和ni，通过控制材料中的v/nb与n的含量，利用锻造及时效工艺控制第二相氮化物的含量，以固溶强化和第二相强化机制获得材料强度和韧性的最佳搭配。但其材料中仍含有铬、钒、钴、镍、铌等稀少金属，导致生产成本高，难于适用于生产高强螺纹钢中。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的是设计一种替代钒铌的高氮强化合金及其制备方法, 能在生产高强螺纹钢中起到替代或优于钒、铌作用和性能，并且具有较低的成本优势和方便实用的制备方法。
[0005]
为此,本发明的一种替代钒铌的高氮强化合金, 所述高氮强化合金中含有重量比的氮化硅铁35～45%，氮化钛铁30～45%，氮化铬铁20～35%；所述高氮钛强化合金原子百分比表达式为t
i s
i c
r n, 其中20≤t
i
≤30，10≤s
i
≤30，8≤c
r
≤20，10≤n≤20。
[0006]
优选的，所述高氮强化合金中含有重量比的氮化硅铁40～45%，氮化钛铁35～45%，氮化铬铁25～35%；所述高氮钛强化合金原子百分比表达式为t
i s
i c
r n, 其中15≤t
i
≤30，15≤s
i
≤30，10≤c
r
≤20，15≤n≤20。
[0007]
优选的，所述高氮强化合金中含有重量比的氮化硅铁40%，氮化钛铁38%，氮化铬铁22%；所述高氮钛强化合金原子百分比表达式为t
i s
i c
r n, 其中15≤t
i
≤30，20≤s
i
≤30，15≤c
r
≤20，15≤n≤20。
[0008]
优选的，所述氮化钛铁中t
i
＞65%，n＜5%。
[0009]
优选的，所述氮化硅铁中s
i
＞50%，n＞28%。
[0010]
优选的，所述氮化铬铁中c
r
＞48%，n＜5%。
[0011]
本发明的制备和使用方法，包括如下步骤：(1)原料选择：按技术要求购进原料，即标号75硅铁合金，标号70钛铁，标号50铬铁；(2) 原料配比：取占重量比的硅铁合金40～45%，钛铁合金35～45%，铬铁合金25～35%。
[0012]
(3) 氮化反应：将称取的原料置入真空氮化炉中进行氮化，氮化炉中氮含量99.99%，13000c＜温度＜14000c，氮化保温时间>35h，与氮气反应生成由氮化硅铁、氮化钛铁和氮化铬铁构成的高氮强化合金，高氮强化合金为球状或块状体，密度大于每立方厘米
3.0g。
[0013]
(4) 高氮强化合金的使用：保持原冶炼产品工艺不变，在精练出站时将制备的高氮强化合金按每吨钢0.95～1.5kg量加入到钢包中，并同时向钢包中吹入氩气3～5分钟。
[0014]
上述结构和方法实现了本发明的目的。
[0015]
本发明能在生产高强螺纹钢中起到替代或优于钒、铌作用和性能，并且具有较低的成本优势和方便实用的制备方法。
[0016]
本发明作为添加物在合金熔烁时与现有钒铌合金添加物相比，本发明的高氮强化合金有如下显著优点如下：(1)、本发明解决并节约了稀有资源钒和铌，节约成本和资源。
[0017]
(2)、提高了高强度螺纹钢的晶粒度和性能。钛作为微合金化元素在钢水中易被氧化。本发明将氮化钛铁和其它氮化物同时使用，使钛在钢水中能有效快速弥散吸收，有效提高了钛、氮在钢水中的吸收，成功解决了钛易被氧化的难题。通过适当提高钢中n的含量，使n在钢中与钛及其他元素形成氮化物析出。析出氮化物在钢中起细晶强化及固溶n的固溶强化作用。
[0018]
(3)、本发明有较低的制成和使用成本。本发明有效地降低了生产成本和社会成本。本发明具有大的成分适用范围以及宽泛的制备条件。
附图说明
[0019]
图1为本发明的中心组织
×
100透射电镜观察图。
[0020]
图2为本发明的中心组织
×
500透射电镜观察图。
具体实施方案
[0021]
实施例1：如图1至图2所示,一种替代钒铌的高氮强化合金的制备方法包括如下步骤：取占重量比的硅铁合金40～45%，钛铁合金35～45%，铬铁合金25～35%，硅铁合金选标号75硅铁合金，钛铁合金选标号70钛铁合金，铬铁合金选标号70铬铁合金。将称取的原料置入真空氮化炉中进行氮化，氮化炉中氮含量99.99%，13000c＜温度＜14000c，氮化保温时间>35h，与氮气反应生成由氮化硅铁、氮化钛铁和氮化铬铁构成的高氮强化合金，高氮强化合金中含有重量比的氮化硅铁35～45%，氮化钛铁30～45%，氮化铬铁20～35%，高氮钛强化合金原子百分比表达式为t
i s
i c
r n, 其中20≤t
i
≤30，10≤s
i
≤30，8≤c
r
≤20，10≤n≤20高氮强化合金为球状或块状体，密度大于每立方厘米3.0g。
[0022]
取制备的高氮强化合金，高氮强化合金中含重量s
i 38%；t
i 23%；n19%；c
r
16%。用于某钢厂100吨电炉生产高强螺纹钢中，保持原冶炼工艺不变，在精练出站时将制备的高氮强化合金按每吨钢0.95kg量加入到钢包中，并同时向钢包中吹入氩气3～5分钟。生产hrb400e螺纹钢上千吨，表1摘录10炉加入本发明高氮强化合金螺纹钢的力学性能。
[0023]
表1部分炉次螺纹钢力学性能
说明：12*4中的4表示切分数。
[0024]
图1本发明的中心组织
×
100透射电镜观察图；图2本发明的中心组织
×
100透射电镜观察图。
[0025]
上述数据和图表明本发明在生产hrb400e螺纹钢中，不但达到产品性能要求，且产品晶细度优于加钒、铌合金的产品。
[0026]
实施例2：硅铁合金42kg，钛铁合金36kg，铬铁合金30 kg。硅铁合金选标号75硅铁合金，钛铁合金选标号70钛铁合金，铬铁合金选标号70铬铁合金。将称取的原料置入真空氮化炉中进行氮化，氮化炉中氮含量99.99%，温度＜14000c，氮化保温时间>35h，与氮气反应生成由氮化硅铁、氮化钛铁和氮化铬铁构成的高氮强化合金，高氮强化合金中含有重量比的氮化硅铁35～45%，氮化钛铁30～45%，氮化铬铁20～35%，取制备的高氮强化合金，高氮强化合金中含重量s
i
32%；t
i 24%；n21%；c
r
18%。用于某钢厂100吨电炉生产高强螺纹钢中，保持原冶炼工艺不变，在精练出站时将制备的高氮强化合金按每吨钢1.15kg量加入到钢包中，并同时向钢包中吹入氩气3～5分钟。生产hrb400e螺纹钢数千吨，表2摘录10炉加入本发明高氮强化合金螺纹钢的力学性能。
[0027]
表2：
本发明在生产hrb400e螺纹钢中，不但能达到产品性能要求，且产品晶细度较加钒、铌合金的产品高1个等级标准（9级）。
[0028]
总之，本发明能在生产高强螺纹钢中起到替代或优于钒、铌作用和性能，并且具有较低的成本优势和方便实用的制备方法,可推广使用。