高密度釩氮微合金添加劑制備研究.pdf

1、從20世紀(jì)60年代開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的Ti、V、Nb微合金化技術(shù)，以其顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)在世界范圍內(nèi)獲得了廣泛應(yīng)用。釩在高強(qiáng)低合金鋼中的應(yīng)用是基于生成的碳化釩或氮化釩沉淀來(lái)釘扎位錯(cuò)及晶界，阻礙位錯(cuò)和晶界遷移，提高鋼的強(qiáng)度。鋼中增氮可以強(qiáng)化碳氮化釩的析出，并改變釩的相間分布，充分發(fā)揮了釩的沉淀強(qiáng)化作用，同時(shí)氮在鋼中還具有細(xì)化晶粒的作用，釩氮微合金化技術(shù)通過(guò)充分利用廉價(jià)的氮元素，優(yōu)化了釩的析出，從而更好地發(fā)揮了細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化的作用。采用釩氮微

2、合金化，在低釩含量下獲得了高強(qiáng)度，明顯節(jié)約釩的用量，降低鋼材成本。為開(kāi)發(fā)高附加值HSLA鋼材開(kāi)辟了一條經(jīng)濟(jì)有效的途徑。作為釩資源大國(guó)，我國(guó)的釩儲(chǔ)量豐富，因此，綜合開(kāi)發(fā)和有效利用釩資源具有重要的戰(zhàn)略意義。 本研究針對(duì)V在鋼鐵冶金工業(yè)中的用途，旨在開(kāi)發(fā)出適宜的含V、N的微合金添加劑制備技術(shù)。針對(duì)不同低合金鋼對(duì)V、N含量的不同要求，該制備技術(shù)應(yīng)能有效調(diào)控添加劑制品中的V、N含量，以期在鋼中加入V的同時(shí)可以引入適量的N，且產(chǎn)物密度適宜用

3、作合金添加劑。 圍繞釩氮微合金添加劑制備技術(shù)，對(duì)制備體系的原料選擇與制備過(guò)程的熱力學(xué)可控條件進(jìn)行了熱力學(xué)分析。分析了釩氧化物的穩(wěn)定性順序、還原劑的還原能力、不同條件下可能產(chǎn)物情況。利用釩-氧-碳體系優(yōu)勢(shì)區(qū)圖分析了制備釩氮微合金添加劑的溫度、壓強(qiáng)與氧勢(shì)條件。結(jié)合熱力學(xué)分析，選擇了V2O3、石墨、氮?dú)鉃橹苽溻C氮微合金添加劑的原料。 針對(duì)制備釩氮微合金添加劑，研究了真空碳熱還原的技術(shù)路線，研究集中兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)：產(chǎn)物密度及其影響

4、因素；產(chǎn)物氮含量及其影響因素。 真空碳熱還原法研究結(jié)果表明：真空過(guò)程可以制備出組成為V8C7型碳化釩，并可在合成碳化釩的基礎(chǔ)上可以進(jìn)行滲氮制備碳氮化釩。真空方法可以制備出產(chǎn)物氮含量為14％，產(chǎn)物密度在3.8～5.2g/cm3的釩氮微合金添加劑。 為優(yōu)化制備工藝，對(duì)制備釩氮微合金添加劑的關(guān)鍵環(huán)節(jié)——氧化釩還原碳化過(guò)程動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究，研究發(fā)現(xiàn)碳熱還原過(guò)程的產(chǎn)物之一CO是氣相還原劑，在單質(zhì)碳存在時(shí)可以間接還原三氧化二釩為碳化

5、釩，因CO是氣體，故能有效改善反應(yīng)體系的傳質(zhì)條件，在碳熱還原過(guò)程中有其特殊作用；真空條件排出了大部分CO，實(shí)際上就弱化了傳質(zhì)的動(dòng)力學(xué)條件，造成反應(yīng)周期加長(zhǎng)。為此，開(kāi)始考慮利用CO傳質(zhì)作用，在N2保護(hù)下還原、同步氮化的技術(shù)路線。 常壓還原氮化同步法實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，常壓還原氮化同步法技術(shù)上是可行的。與真空碳熱還原法相比，常壓還原氮化同步法有以下優(yōu)點(diǎn)：制備流程短、生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單、能耗低、制備周期短、可以連續(xù)生產(chǎn)。因此比真空碳熱還原法更具競(jìng)