高效低成本钒氮合金制备关键工艺技术研究
发布时间：2021-08-04 12:55
钒氮合金在钢中具有细晶/沉淀强化作用,可提升钢材综合性能,并降低生产成本。采用低品位含钒页岩提取的V2O5经碳热还原和氮化一步法制备氮化钒,既能提高钒资源的利用率,也为钢铁行业提供优质低廉的钒氮合金,对提升我国钒微合金化钢的市场竞争力具有重要的意义。因此,开发高效低成本氮化钒制备技术是钢铁行业面临的重要研究课题之一。分析研究了采用竖式感应炉两步法生产钒氮合金工艺,分析结果表明:生产的钒氮合金成分为V%=7476%、N%=1213%、C%=45%,质量较差,且生产成本较高。初步小试验结果表明,在实际反应温度约1400℃、原料粒度-100目、质量配比V2O5:C=100:30,一次性连续反应时间大于8小时,可得到V%≥77%、N%≥16%、C%=3%的钒氮合金产品。这证明采用碳热还原氮化一步法制备钒氮合金存在可行性。研究了V2O5碳热还原一步法制备钒氮合金热力学行为。钒氧化...
【文章来源】：钢铁研究总院北京市
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
VC和VN固溶数据
得强度、韧性和成型性能优异的钢材[34-35]。当前，世界上微合金化钢的产量大约占钢材总产量的10%~15%，发达国家微合金化钢比例达到30%左右，然而我国微合金化钢的发展和生产状况要低于世界平均水平，因此，微合金化钢是我国钢铁产品结构调整和升级的重要组成部分[13,35]。（1）钒氮合金在钢中的溶解度钒与碳、氮的结合能力相当强，钒主要以碳化物、氮化物的形式存在，并首先从液相中析出。为使相变前奥氏体晶粒保持细小尺寸，要求碳氮化物粒子在奥氏体中部分不溶或在热轧过程中有析出；为获得细小析出物以实现弥散强化效果，要求在奥氏体/铁素体相变过程中或相变后能够发生碳氮化物粒子析出[36]。一些学者测得了奥氏体中钒的碳化物、氮化物和碳氮化物的溶解度（见图 1-3），由于氮化物和碳化物晶体结构相似，它们能够连续或无限互溶[36]。图 1-4 给出了不同微合金化元素碳化物和氮化物的溶解度积[36-38]，这些数据来自于热力学评估结果。
[12]。钒对钢的组织性能的影响如图1-5所示。图 1-5 钒对钢的组织性能的影响结构钢中的钒能在较低温度下溶入奥氏体，从而当钢冷却至铁素体区域时，能全部参与沉淀强化[36]。钢中添加0.l0％V时，能使钢强度增加250MPa～300MPa。铁素体-珠光体型结构钢屈服强度(σs)主要组成部分如下：①基体的晶格力(σ0)；②晶粒细化强化(σc)；③沉淀强化(σPR)；④固溶强化(σss)[36]。含钒钢与含钒-氮钢的固溶强化基本相同，两类钢在沉淀强化和细晶强化贡献的强度上存在较大差异，这也是含钒-氮钢屈服强度比含钒钢高的主要原因，结果见表 1-4。其中含钒-氮钢细晶强化作用比含钒钢高出约 23MPa，沉淀强化作用高出约 89MPa。因此，钢中增氮可以促进钒在钢中的沉淀强化和细晶强化作用
【参考文献】：
期刊论文
[1]钒氮合金生产工艺对比分析[J]. 朱军,张驰,刘新运,程国鹏,郑建伟. 铁合金. 2017(09)
[2]钒氮微合金化HRB400E减量试验[J]. 刘飞. 南方金属. 2017(04)
[3]VC的氮化反应热力学与动力学分析及其实验验证[J]. 刘婷,张立,邓登飞,周磊,张华栋,肖乔平,罗国凯. 硬质合金. 2017(02)
[4]钒氮微合金化在HRB400E钢筋生产中的应用及研究[J]. 柳洪义,徐峰,李哲,轩宗宇,张涛. 河北冶金. 2017(02)
[5]氮化钒形成机制中热动力学及活化能研究[J]. 田键,周昱,黄红旗,彭能. 兵器材料科学与工程. 2016(05)
[6]氮对高强度耐候钢钒析出行为的影响[J]. 刘庆春,雍岐龙,郑之旺. 钢铁钒钛. 2016(02)
[7]碳热还原氮化法制备氮化钒[J]. 储志强,郭学益,田庆华,张立. 粉末冶金材料科学与工程. 2015(06)
[8]V2O5直接合金化的工艺研究[J]. 王翠娜,田晓霞,贺瑞飞,张景宜,石成刚,张大江. 四川冶金. 2015(06)
[9]目前国内氮化钒生产情况浅析[J]. 翁庆强. 四川冶金. 2015(02)
[10]氮化钒制备技术现状[J]. 卫琛浩,朱军,唐洋洋,李波,张建芳. 兵器材料科学与工程. 2015(01)
硕士论文
[1]高强度钢筋开发及抗锈蚀性研究[D]. 杨森.西安建筑科技大学 2015
[2]V2O5还原氮化一步法制备氮化钒的研究[D]. 董江.武汉科技大学 2014
[3]五氧化二钒提取和氮化的工艺研究[D]. 王雄.中南大学 2009
[4]钒氮微合金化对高强度耐候钢组织与性能的影响[D]. 王霏.内蒙古科技大学 2009
[5]三氧化二钒碳热还原氮化制备碳氮化钒的基础研究[D]. 高锋.东北大学 2006
[6]还原五氧化二钒制备钒的低价氧化物[D]. 原晨光.浙江大学 2005
本文编号：3321735
【文章来源】：钢铁研究总院北京市
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
VC和VN固溶数据
得强度、韧性和成型性能优异的钢材[34-35]。当前，世界上微合金化钢的产量大约占钢材总产量的10%~15%，发达国家微合金化钢比例达到30%左右，然而我国微合金化钢的发展和生产状况要低于世界平均水平，因此，微合金化钢是我国钢铁产品结构调整和升级的重要组成部分[13,35]。（1）钒氮合金在钢中的溶解度钒与碳、氮的结合能力相当强，钒主要以碳化物、氮化物的形式存在，并首先从液相中析出。为使相变前奥氏体晶粒保持细小尺寸，要求碳氮化物粒子在奥氏体中部分不溶或在热轧过程中有析出；为获得细小析出物以实现弥散强化效果，要求在奥氏体/铁素体相变过程中或相变后能够发生碳氮化物粒子析出[36]。一些学者测得了奥氏体中钒的碳化物、氮化物和碳氮化物的溶解度（见图 1-3），由于氮化物和碳化物晶体结构相似，它们能够连续或无限互溶[36]。图 1-4 给出了不同微合金化元素碳化物和氮化物的溶解度积[36-38]，这些数据来自于热力学评估结果。
[12]。钒对钢的组织性能的影响如图1-5所示。图 1-5 钒对钢的组织性能的影响结构钢中的钒能在较低温度下溶入奥氏体，从而当钢冷却至铁素体区域时，能全部参与沉淀强化[36]。钢中添加0.l0％V时，能使钢强度增加250MPa～300MPa。铁素体-珠光体型结构钢屈服强度(σs)主要组成部分如下：①基体的晶格力(σ0)；②晶粒细化强化(σc)；③沉淀强化(σPR)；④固溶强化(σss)[36]。含钒钢与含钒-氮钢的固溶强化基本相同，两类钢在沉淀强化和细晶强化贡献的强度上存在较大差异，这也是含钒-氮钢屈服强度比含钒钢高的主要原因，结果见表 1-4。其中含钒-氮钢细晶强化作用比含钒钢高出约 23MPa，沉淀强化作用高出约 89MPa。因此，钢中增氮可以促进钒在钢中的沉淀强化和细晶强化作用
【参考文献】：
期刊论文
[1]钒氮合金生产工艺对比分析[J]. 朱军,张驰,刘新运,程国鹏,郑建伟. 铁合金. 2017(09)
[2]钒氮微合金化HRB400E减量试验[J]. 刘飞. 南方金属. 2017(04)
[3]VC的氮化反应热力学与动力学分析及其实验验证[J]. 刘婷,张立,邓登飞,周磊,张华栋,肖乔平,罗国凯. 硬质合金. 2017(02)
[4]钒氮微合金化在HRB400E钢筋生产中的应用及研究[J]. 柳洪义,徐峰,李哲,轩宗宇,张涛. 河北冶金. 2017(02)
[5]氮化钒形成机制中热动力学及活化能研究[J]. 田键,周昱,黄红旗,彭能. 兵器材料科学与工程. 2016(05)
[6]氮对高强度耐候钢钒析出行为的影响[J]. 刘庆春,雍岐龙,郑之旺. 钢铁钒钛. 2016(02)
[7]碳热还原氮化法制备氮化钒[J]. 储志强,郭学益,田庆华,张立. 粉末冶金材料科学与工程. 2015(06)
[8]V2O5直接合金化的工艺研究[J]. 王翠娜,田晓霞,贺瑞飞,张景宜,石成刚,张大江. 四川冶金. 2015(06)
[9]目前国内氮化钒生产情况浅析[J]. 翁庆强. 四川冶金. 2015(02)
[10]氮化钒制备技术现状[J]. 卫琛浩,朱军,唐洋洋,李波,张建芳. 兵器材料科学与工程. 2015(01)
硕士论文
[1]高强度钢筋开发及抗锈蚀性研究[D]. 杨森.西安建筑科技大学 2015
[2]V2O5还原氮化一步法制备氮化钒的研究[D]. 董江.武汉科技大学 2014
[3]五氧化二钒提取和氮化的工艺研究[D]. 王雄.中南大学 2009
[4]钒氮微合金化对高强度耐候钢组织与性能的影响[D]. 王霏.内蒙古科技大学 2009
[5]三氧化二钒碳热还原氮化制备碳氮化钒的基础研究[D]. 高锋.东北大学 2006
[6]还原五氧化二钒制备钒的低价氧化物[D]. 原晨光.浙江大学 2005
本文编号：3321735
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