一种高氮复合强化合金及其制备方法与流程

1.本发明涉及合金技术领域，尤其涉及一种高氮复合强化合金及其制备方法。

背景技术：

2.申请号为202011160933.9的专利公开了一种替代钒铌的高氮强化合金及其制备方法，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ti si cr n，其中20≤ti≤30，10≤si≤30，8≤cr≤20，10≤n≤20。方法是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。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。
3.但是该替代钒铌的高氮强化合金及其制备方法也存在一些问题，例如，钛易被氧化，合金的下屈服强度被降低，合金的抗拉伸强度不足，导致合金的机械强度较低，影响合金的使用，生产成本高。

技术实现要素：

4.基于背景技术存在下屈服强度和抗拉伸强度较低，生产成本高的问题，本发明提出了一种高氮复合强化合金及其制备方法。
5.本发明提出的一种高氮复合强化合金，所述高氮复合强化合金按化学成分重量百分比包括如下组份：25％～45％的钛，20％～35％的硅，15％～35％的氮，3％～5％的锰，高氮复合强化合金包括主料和辅料，主料包括25％～45％的钛原料、20％～35％的硅原料、15％～35％的氮和3％～5％的锰原料，辅料包括脱氧剂、添加剂和助熔剂，脱氧剂包括粉煤灰、石墨粉、硫酸钡、轻稀土、石英砂和粘连物，添加剂包括甲基丙烯酸十八酯、钾冰晶石、氟硅酸钾、高级脂肪酸盐和二氧化铈，助熔剂包括氟盐、氯盐和碳酸盐中的一种。
6.优选的，所述钛原料：ti≥70％，粒度5mm～20mm；硅原料：si＞72％，粒度≤150目；锰原料：mn≥50％，粒度0mm～20mm。
7.优选的，所述钛原料、硅原料和锰原料均选用粉末状材料。
8.优选的，所述主料和辅料的比例控制在25：3，辅料中脱氧剂、添加剂和助熔剂的比例控制在1：1：2。
9.优选的，所述粘连物包括聚乙烯醇、树脂、糖液、油脂和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种或两种。
10.优选的，所述脱氧剂中粉煤灰、石墨粉、硫酸钡、轻稀土、石英砂和粘连物的比例控制在2：1：2：1：2：3，轻稀土和石英砂均选用粉末材料。
11.优选的，所述脱氧剂的制备方法：取得粉煤灰、石墨粉、轻稀土和石英砂，然后倒入搅拌设备中进行搅拌，搅拌均匀后倒入研磨设备中进行研磨，研磨呈粉末后投入矿热炉中进行冶炼，冶炼的温度控制在1800℃～2000℃，冶炼的时间控制在2小时～4小时，冶炼完成
后进行破碎研磨，加入硫酸钡和粘连物，继续搅拌，搅拌均匀后得到脱氧剂。
12.优选的，所述添加剂中甲基丙烯酸十八酯、钾冰晶石、氟硅酸钾、高级脂肪酸盐和二氧化铈的比例控制在6：3：1：1：1。
13.一种高氮复合强化合金的制备方法，包括以下步骤：
14.s1：将钛原料、硅原料、锰原料、脱氧剂、添加剂和助熔剂按照配比称重；
15.s2：将配好原料倒入混合设备中进行混合，混合均匀，得到粉末料；
16.s3：将粉末料倒入压力成型设备中，将粉末料挤压成为球状或长方状的成型坯体，成型坯体倒入120℃的烘干炉中进行烘干，烘烤12小时～18小时；
17.s4：将烘干坯体装入密闭氮化炉中，抽真空，充入氮气，氮气压力保持在0.06mpa条件下，炉内氮气纯度》99％，加热升温到1350℃，并保温60小时，按氮化工艺曲升温，直至与氮气反应生成高氮复合强化合金，冷却降温，打开炉门出炉，得到高氮复合强化合金。
18.优选的，所述在s2中，混合过程中的温度控制在45℃～50℃，混料5分钟～25分钟。
19.本发明的有益效果：
20.通过钛原料、硅原料、锰原料、脱氧剂、添加剂和助熔剂的材料可以制备出高氮复合强化合金，将钛、硅和锰按特定比例进行氮化，对钛元素表面进行处理，避免易被氧可能，以稳定钛在钢中的收得率，高氮复合强化合金中钛其表钝化，与其它氮化物同时使用，有效提高了钛、氮在钢水中吸收率，形成氮化物并在晶间析出，在钢中起到细晶和固溶强化作用，很好地解决了钛易被氧化的难题，制备出的高氮复合强化合金其下屈服强度得到极大提升，并且还增强了抗拉伸强度，从而增强高氮复合强化合金的机械强度，本合金所用原料资源丰富，有效降低了生产成本和社会成本。
附图说明
21.图1为本发明提出的工作流程图。
具体实施方式
22.下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
23.参照图1，实施例一
24.本实施例中提出了一种高氮复合强化合金，高氮复合强化合金按化学成分重量百分比包括如下组份：25％～45％的钛，20％～35％的硅，15％～35％的氮，3％～5％的锰，高氮复合强化合金包括主料和辅料，主料包括42％的钛原料、33％的硅原料、20％的氮和5％的锰原料，辅料包括脱氧剂、添加剂和助熔剂，脱氧剂包括粉煤灰、石墨粉、硫酸钡、轻稀土、石英砂和粘连物，添加剂包括甲基丙烯酸十八酯、钾冰晶石、氟硅酸钾、高级脂肪酸盐和二氧化铈，助熔剂包括氟盐、氯盐和碳酸盐中的一种，钛原料：ti≥70％，粒度5mm～20mm；硅原料：si＞72％，粒度≤150目；锰原料：mn≥50％，粒度0mm～20mm，钛原料、硅原料和锰原料均选用粉末状材料，主料和辅料的比例控制在25：3，辅料中脱氧剂、添加剂和助熔剂的比例控制在1：1：2，粘连物包括糖液，脱氧剂中粉煤灰、石墨粉、硫酸钡、轻稀土、石英砂和粘连物的比例控制在2：1：2：1：2：3，轻稀土和石英砂均选用粉末材料，脱氧剂的制备方法：取得粉煤灰、石墨粉、轻稀土和石英砂，然后倒入搅拌设备中进行搅拌，搅拌均匀后倒入研磨设备中进行研磨，研磨呈粉末后投入矿热炉中进行冶炼，冶炼的温度控制在1886℃，冶炼的时间控
制在3小时，冶炼完成后进行破碎研磨，加入硫酸钡和粘连物，继续搅拌，搅拌均匀后得到脱氧剂，添加剂中甲基丙烯酸十八酯、钾冰晶石、氟硅酸钾、高级脂肪酸盐和二氧化铈的比例控制在6：3：1：1：1。
25.一种高氮复合强化合金的制备方法，包括以下步骤：
26.s1：将钛原料、硅原料、锰原料、脱氧剂、添加剂和助熔剂按照配比称重；
27.s2：将配好原料倒入混合设备中进行混合，混合均匀，混合过程中的温度控制在48℃，混料11分钟，得到粉末料；
28.s3：将粉末料倒入压力成型设备中，将粉末料挤压成为球状或长方状的成型坯体，成型坯体倒入120℃的烘干炉中进行烘干，烘烤15小时；
29.s4：将烘干坯体装入密闭氮化炉中，抽真空，充入氮气，氮气压力保持在0.06mpa条件下，炉内氮气纯度》99％，加热升温到1350℃，并保温60小时，按氮化工艺曲升温，直至与氮气反应生成高氮复合强化合金，冷却降温，打开炉门出炉，得到高氮复合强化合金。
30.参照图1，实施例二
31.本实施例中提出了一种高氮复合强化合金，高氮复合强化合金按化学成分重量百分比包括如下组份：25％～45％的钛，20％～35％的硅，15％～35％的氮，3％～5％的锰，高氮复合强化合金包括主料和辅料，主料包括38％的钛原料、31％的硅原料、27％的氮和4％的锰原料，辅料包括脱氧剂、添加剂和助熔剂，脱氧剂包括粉煤灰、石墨粉、硫酸钡、轻稀土、石英砂和粘连物，添加剂包括甲基丙烯酸十八酯、钾冰晶石、氟硅酸钾、高级脂肪酸盐和二氧化铈，助熔剂包括氟盐、氯盐和碳酸盐中的一种，钛原料：ti≥70％，粒度5mm～20mm；硅原料：si＞72％，粒度≤150目；锰原料：mn≥50％，粒度0mm～20mm，钛原料、硅原料和锰原料均选用粉末状材料，主料和辅料的比例控制在25：3，辅料中脱氧剂、添加剂和助熔剂的比例控制在1：1：2，粘连物包括树脂，脱氧剂中粉煤灰、石墨粉、硫酸钡、轻稀土、石英砂和粘连物的比例控制在2：1：2：1：2：3，轻稀土和石英砂均选用粉末材料，脱氧剂的制备方法：取得粉煤灰、石墨粉、轻稀土和石英砂，然后倒入搅拌设备中进行搅拌，搅拌均匀后倒入研磨设备中进行研磨，研磨呈粉末后投入矿热炉中进行冶炼，冶炼的温度控制在1886℃，冶炼的时间控制在3小时，冶炼完成后进行破碎研磨，加入硫酸钡和粘连物，继续搅拌，搅拌均匀后得到脱氧剂，添加剂中甲基丙烯酸十八酯、钾冰晶石、氟硅酸钾、高级脂肪酸盐和二氧化铈的比例控制在6：3：1：1：1。
32.一种高氮复合强化合金的制备方法，包括以下步骤：
33.s1：将钛原料、硅原料、锰原料、脱氧剂、添加剂和助熔剂按照配比称重；
34.s2：将配好原料倒入混合设备中进行混合，混合均匀，混合过程中的温度控制在48℃，混料11分钟，得到粉末料；
35.s3：将粉末料倒入压力成型设备中，将粉末料挤压成为球状或长方状的成型坯体，成型坯体倒入120℃的烘干炉中进行烘干，烘烤15小时；
36.s4：将烘干坯体装入密闭氮化炉中，抽真空，充入氮气，氮气压力保持在0.06mpa条件下，炉内氮气纯度》99％，加热升温到1350℃，并保温60小时，按氮化工艺曲升温，直至与氮气反应生成高氮复合强化合金，冷却降温，打开炉门出炉，得到高氮复合强化合金。
37.参照图1，实施例三
38.本实施例中提出了一种高氮复合强化合金，高氮复合强化合金按化学成分重量百
分比包括如下组份：35％的钛，30％的硅，31％的氮，4％的锰，高氮复合强化合金包括主料和辅料，主料包括25％～45％的钛原料、20％～35％的硅原料、15％～35％的氮和3％～5％的锰原料，辅料包括脱氧剂、添加剂和助熔剂，脱氧剂包括粉煤灰、石墨粉、硫酸钡、轻稀土、石英砂和粘连物，添加剂包括甲基丙烯酸十八酯、钾冰晶石、氟硅酸钾、高级脂肪酸盐和二氧化铈，助熔剂包括氟盐、氯盐和碳酸盐中的一种，钛原料：ti≥70％，粒度5mm～20mm；硅原料：si＞72％，粒度≤150目；锰原料：mn≥50％，粒度0mm～20mm，钛原料、硅原料和锰原料均选用粉末状材料，主料和辅料的比例控制在25：3，辅料中脱氧剂、添加剂和助熔剂的比例控制在1：1：2，粘连物包括聚乙烯醇，脱氧剂中粉煤灰、石墨粉、硫酸钡、轻稀土、石英砂和粘连物的比例控制在2：1：2：1：2：3，轻稀土和石英砂均选用粉末材料，脱氧剂的制备方法：取得粉煤灰、石墨粉、轻稀土和石英砂，然后倒入搅拌设备中进行搅拌，搅拌均匀后倒入研磨设备中进行研磨，研磨呈粉末后投入矿热炉中进行冶炼，冶炼的温度控制在1886℃，冶炼的时间控制在3小时，冶炼完成后进行破碎研磨，加入硫酸钡和粘连物，继续搅拌，搅拌均匀后得到脱氧剂，添加剂中甲基丙烯酸十八酯、钾冰晶石、氟硅酸钾、高级脂肪酸盐和二氧化铈的比例控制在6：3：1：1：1。
39.一种高氮复合强化合金的制备方法，包括以下步骤：
40.s1：将钛原料、硅原料、锰原料、脱氧剂、添加剂和助熔剂按照配比称重；
41.s2：将配好原料倒入混合设备中进行混合，混合均匀，混合过程中的温度控制在48℃，混料11分钟，得到粉末料；
42.s3：将粉末料倒入压力成型设备中，将粉末料挤压成为球状或长方状的成型坯体，成型坯体倒入120℃的烘干炉中进行烘干，烘烤15小时；
43.s4：将烘干坯体装入密闭氮化炉中，抽真空，充入氮气，氮气压力保持在0.06mpa条件下，炉内氮气纯度》99％，加热升温到1350℃，并保温60小时，按氮化工艺曲升温，直至与氮气反应生成高氮复合强化合金，冷却降温，打开炉门出炉，得到高氮复合强化合金。
44.参照图1，实施例四
45.本实施例中提出了一种高氮复合强化合金，高氮复合强化合金按化学成分重量百分比包括如下组份：25％～45％的钛，20％～35％的硅，15％～35％的氮，3％～5％的锰，高氮复合强化合金包括主料和辅料，主料包括40％的钛原料、30％的硅原料、27％的氮和3％的锰原料，辅料包括脱氧剂、添加剂和助熔剂，脱氧剂包括粉煤灰、石墨粉、硫酸钡、轻稀土、石英砂和粘连物，添加剂包括甲基丙烯酸十八酯、钾冰晶石、氟硅酸钾、高级脂肪酸盐和二氧化铈，助熔剂包括氟盐、氯盐和碳酸盐中的一种，钛原料：ti≥70％，粒度5mm～20mm；硅原料：si＞72％，粒度≤150目；锰原料：mn≥50％，粒度0mm～20mm，钛原料、硅原料和锰原料均选用粉末状材料，主料和辅料的比例控制在25：3，辅料中脱氧剂、添加剂和助熔剂的比例控制在1：1：2，粘连物包括乙烯-醋酸乙烯共聚物中，脱氧剂中粉煤灰、石墨粉、硫酸钡、轻稀土、石英砂和粘连物的比例控制在2：1：2：1：2：3，轻稀土和石英砂均选用粉末材料，脱氧剂的制备方法：取得粉煤灰、石墨粉、轻稀土和石英砂，然后倒入搅拌设备中进行搅拌，搅拌均匀后倒入研磨设备中进行研磨，研磨呈粉末后投入矿热炉中进行冶炼，冶炼的温度控制在1886℃，冶炼的时间控制在3小时，冶炼完成后进行破碎研磨，加入硫酸钡和粘连物，继续搅拌，搅拌均匀后得到脱氧剂，添加剂中甲基丙烯酸十八酯、钾冰晶石、氟硅酸钾、高级脂肪酸盐和二氧化铈的比例控制在6：3：1：1：1。
46.一种高氮复合强化合金的制备方法，包括以下步骤：
47.s1：将钛原料、硅原料、锰原料、脱氧剂、添加剂和助熔剂按照配比称重；
48.s2：将配好原料倒入混合设备中进行混合，混合均匀，混合过程中的温度控制在48℃，混料11分钟，得到粉末料；
49.s3：将粉末料倒入压力成型设备中，将粉末料挤压成为球状或长方状的成型坯体，成型坯体倒入120℃的烘干炉中进行烘干，烘烤15小时；
50.s4：将烘干坯体装入密闭氮化炉中，抽真空，充入氮气，氮气压力保持在0.06mpa条件下，炉内氮气纯度》99％，加热升温到1350℃，并保温60小时，按氮化工艺曲升温，直至与氮气反应生成高氮复合强化合金，冷却降温，打开炉门出炉，得到高氮复合强化合金。
51.参照图1，实施例五
52.本实施例中提出了一种高氮复合强化合金，高氮复合强化合金按化学成分重量百分比包括如下组份：25％～45％的钛，20％～35％的硅，15％～35％的氮，3％～5％的锰，高氮复合强化合金包括主料和辅料，主料包括45％的钛原料、25％的硅原料、25％的氮和5％的锰原料，辅料包括脱氧剂、添加剂和助熔剂，脱氧剂包括粉煤灰、石墨粉、硫酸钡、轻稀土、石英砂和粘连物，添加剂包括甲基丙烯酸十八酯、钾冰晶石、氟硅酸钾、高级脂肪酸盐和二氧化铈，助熔剂包括氟盐、氯盐和碳酸盐中的一种，钛原料：ti≥70％，粒度5mm～20mm；硅原料：si＞72％，粒度≤150目；锰原料：mn≥50％，粒度0mm～20mm，钛原料、硅原料和锰原料均选用粉末状材料，主料和辅料的比例控制在25：3，辅料中脱氧剂、添加剂和助熔剂的比例控制在1：1：2，粘连物包括油脂，脱氧剂中粉煤灰、石墨粉、硫酸钡、轻稀土、石英砂和粘连物的比例控制在2：1：2：1：2：3，轻稀土和石英砂均选用粉末材料，脱氧剂的制备方法：取得粉煤灰、石墨粉、轻稀土和石英砂，然后倒入搅拌设备中进行搅拌，搅拌均匀后倒入研磨设备中进行研磨，研磨呈粉末后投入矿热炉中进行冶炼，冶炼的温度控制在1886℃，冶炼的时间控制在3小时，冶炼完成后进行破碎研磨，加入硫酸钡和粘连物，继续搅拌，搅拌均匀后得到脱氧剂，添加剂中甲基丙烯酸十八酯、钾冰晶石、氟硅酸钾、高级脂肪酸盐和二氧化铈的比例控制在6：3：1：1：1。
53.一种高氮复合强化合金的制备方法，包括以下步骤：
54.s1：将钛原料、硅原料、锰原料、脱氧剂、添加剂和助熔剂按照配比称重；
55.s2：将配好原料倒入混合设备中进行混合，混合均匀，混合过程中的温度控制在48℃，混料11分钟，得到粉末料；
56.s3：将粉末料倒入压力成型设备中，将粉末料挤压成为球状或长方状的成型坯体，成型坯体倒入120℃的烘干炉中进行烘干，烘烤15小时；
57.s4：将烘干坯体装入密闭氮化炉中，抽真空，充入氮气，氮气压力保持在0.06mpa条件下，炉内氮气纯度》99％，加热升温到1350℃，并保温60小时，按氮化工艺曲升温，直至与氮气反应生成高氮复合强化合金，冷却降温，打开炉门出炉，得到高氮复合强化合金。
58.对比常规的合金与实施例一至五制得的合金，实施例一至五制得的合金如下表：
59.[0060][0061]
申请号为202011160933.9的专利作为本技术的对比例，并且本技术的测试方式与对比例一致。
[0062]
由上述表格可知，本发明制得的下屈服强度和抗拉伸强度的合金具有明显提高，且实施二为最佳实施例。
[0063]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种高氮复合强化合金，其特征在于，所述高氮复合强化合金按化学成分重量百分比包括如下组份：25％～45％的钛，20％～35％的硅，15％～35％的氮，3％～5％的锰，高氮复合强化合金包括主料和辅料，主料包括25％～45％的钛原料、20％～35％的硅原料、15％～35％的氮和3％～5％的锰原料，辅料包括脱氧剂、添加剂和助熔剂，脱氧剂包括粉煤灰、石墨粉、硫酸钡、轻稀土、石英砂和粘连物，添加剂包括甲基丙烯酸十八酯、钾冰晶石、氟硅酸钾、高级脂肪酸盐和二氧化铈，助熔剂包括氟盐、氯盐和碳酸盐中的一种。2.根据权利要求1所述的一种高氮复合强化合金，其特征在于，所述钛原料：ti≥70％，粒度5mm～20mm；硅原料：si＞72％，粒度≤150目；锰原料：mn≥50％，粒度0mm～20mm。3.根据权利要求1所述的一种高氮复合强化合金，其特征在于，所述钛原料、硅原料和锰原料均选用粉末状材料。4.根据权利要求1所述的一种高氮复合强化合金，其特征在于，所述主料和辅料的比例控制在25：3，辅料中脱氧剂、添加剂和助熔剂的比例控制在1：1：2。5.根据权利要求1所述的一种高氮复合强化合金，其特征在于，所述粘连物包括聚乙烯醇、树脂、糖液、油脂和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种或两种。6.根据权利要求1所述的一种高氮复合强化合金，其特征在于，所述脱氧剂中粉煤灰、石墨粉、硫酸钡、轻稀土、石英砂和粘连物的比例控制在2：1：2：1：2：3，轻稀土和石英砂均选用粉末材料。7.根据权利要求1所述的一种高氮复合强化合金，其特征在于，所述脱氧剂的制备方法：取得粉煤灰、石墨粉、轻稀土和石英砂，然后倒入搅拌设备中进行搅拌，搅拌均匀后倒入研磨设备中进行研磨，研磨呈粉末后投入矿热炉中进行冶炼，冶炼的温度控制在1800℃～2000℃，冶炼的时间控制在2小时～4小时，冶炼完成后进行破碎研磨，加入硫酸钡和粘连物，继续搅拌，搅拌均匀后得到脱氧剂。8.根据权利要求1所述的一种高氮复合强化合金，其特征在于，所述添加剂中甲基丙烯酸十八酯、钾冰晶石、氟硅酸钾、高级脂肪酸盐和二氧化铈的比例控制在6：3：1：1：1。9.一种高氮复合强化合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：将钛原料、硅原料、锰原料、脱氧剂、添加剂和助熔剂按照配比称重；s2：将配好原料倒入混合设备中进行混合，混合均匀，得到粉末料；s3：将粉末料倒入压力成型设备中，将粉末料挤压成为球状或长方状的成型坯体，成型坯体倒入120℃的烘干炉中进行烘干，烘烤12小时～18小时；s4：将烘干坯体装入密闭氮化炉中，抽真空，充入氮气，氮气压力保持在0.06mpa条件下，炉内氮气纯度>99％，加热升温到1350℃，并保温60小时，按氮化工艺曲升温，直至与氮气反应生成高氮复合强化合金，冷却降温，打开炉门出炉，得到高氮复合强化合金。10.根据权利要求9所述的一种高氮复合强化合金的制备方法，其特征在于，所述在s2中，混合过程中的温度控制在45℃～50℃，混料5分钟～25分钟。

技术总结

本发明属于合金技术领域，尤其是一种高氮复合强化合金及其制备方法，针对现有的下屈服强度和抗拉伸强度较低，生产成本高的问题，现提出如下方案，其高氮复合强化合金按化学成分重量百分比包括如下组份：25％～45％的钛，20％～35％的硅，15％～35％的氮，3％～5％的锰，对钛元素表面进行处理，以稳定钛在钢中的收得率，高氮复合强化合金中钛其表钝化，有效提高了钛、氮在钢水中吸收率，形成氮化物并在晶间析出，在钢中起到细晶和固溶强化作用，很好地解决了钛易被氧化的难题，制备出的高氮复合强化合金其下屈服强度得到极大提升，并且还增强了抗拉伸强度，从而增强机械强度，所用原料资源丰富，有效降低了生产成本和社会成本。有效降低了生产成本和社会成本。有效降低了生产成本和社会成本。