一种复合氮化合金球块、制备方法及在钢中的应用与流程

本发明属于氮化合金材料，更具体地说，涉及一种复合氮化合金球块、制备方法及在钢中的应用。

背景技术：

1、氮化合金是在钢铁冶金过程中使用较广泛的一种合金，在实际钢铁生产中，为了提高钢材的强度，需要在炼钢过程中加入钒铁或铌铁等合金通过微合金化来达到这种效果。为了充分发挥钒、铌的微合金强化作用，一般都需要在炼钢时加入适量的氮化合金，与微合金元素钒、铌形成碳氮化物，提高微合金元素的析出、固溶强化和沉淀强化作用。通常钢水微合金化的方法主要有如下几种：1)加钒氮合金、铌铁合金；2)加钒铁合金的同时加氮化合金；3)加铌铁合金的同时加氮化合金。

2、其中氮化合金加入钢水最为通用的方式是：先将不同种类的氮化合金原生块破碎成一定粒径的小块(一般块度粒径范围10-100mm)再将一种或几种破碎的氮化合金原生块按比例混合到一起，在出钢过程中加入到钢水中。专利文献1中国专利cn106244770a公开了一种微合金增强剂，可以适用于不同微合金钢钢种的需求，可以与氮化钒制成粒径为5～45mm的合金块。

3、上述的合金块不可避免的产生如下问题：1)氮化合金原生块结构致密，钢水在出钢过程短时间内(2-5分钟)很难从氮化合金原生块的表层熔透到内芯部分而不能将所加入氮化合金熔透，造成其利用率大幅降低；2)氮化合金原生块在其氮化工艺过程中从外到内会产生成分梯度，尤其是n元素梯度更大，那么原生块破碎成小块后；其各元素成分是不均匀的，从而影响其对钢质的强化效果；3)几种氮化合金原生块同时加到钢水中其溶解速度相差较大，造成钢质强化效果波动很大；4)氮化合金原生块的固有特性造成钢水强化效果稳定性差、可控性差、微合金化强化目标命中率低。

技术实现思路

1、1.要解决的问题

2、针对现有的氮化合金原生块结构致密导致不能在短时间内熔透的技术问题，本发明的目的在于提供一种复合氮化合金球块，优化氮化合金原生块的结构和成分的均匀性，能够使得合金球块在钢水中均匀分布，从而提升和稳定复合氮化合金球块的使用效果。

3、本发明的另一目的在于提供一种复合氮化合金球块的制备方法。

4、本发明的另一目的在于提供一种复合氮化合金球块在钢中的应用。

5、2.技术方案

6、为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

7、本发明第一方面提供一种复合氮化合金球块，其为将第一物质与第二物质混合制成球块，所述第一物质为颗粒和/或粉末状，其包含有93-98重量％、粒度小于10mm的氮化物(氮化物的配比和种类不作限制，可以任意比例配合)，优化氮化合金原生块的结构和成分的均匀性；所述第二物质含有2-7重量％的粘合剂和水(水为额外增加)，所述粘合剂的粘度值为≥10mpa.s以上，该粘度值保证了球块的粘结强度，且不易粉碎。

8、所述球块形状为圆球形、椭圆形、棱形、正立方形、长立方形、多边形、半球形、不规整球块中的一种或多种，所述复合氮化合金球块比重1.1-6.7g/cm3，使用时，将合金球块置于钢包等底部，或者随出钢钢流加入，球块利用钢水的冲击力，能够使得合金球块在钢水中均匀分布，且比重较大减少漂浮现象；

9、所述球块平均粒径为1-65mm，相比原生块的颗粒小，与钢水接触面积大，更利于熔融。

10、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述粘合剂为糖蜜、淀粉、聚乙烯醇、糊精、纤维素聚合物、白泥、黏土、膨润土、水泥、水玻璃中的一种或多种。

11、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述氮化物为氮化钒、氮化硅、氮化钛、氮化铌、氮化硅铁、氮化硅锰、氮化铬中的一种或多种。

12、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述复合氮化合金球块是由不同类型的制球机和/或制块机生产成型的。

13、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，还包含有0-10重量％消泡剂，所述消泡剂为caf2、纯碱中的一种。

14、本发明第二方面提供一种第一方面所述复合氮化合金球块的制备方法，包括步骤：将粒径小于10mm的氮化物和粘合剂混合；氮化物选自氮化钒、氮化硅、氮化钛、氮化铌、氮化硅铁、氮化硅锰、氮化铬中的一种或多种，并且破碎粉磨的氮化物的尺寸为0至10mm，即小于10mm，由于它们不能被压缩；在没有粘合剂的情况下模塑，与粘合剂混合均匀后制成球块。

15、根据本发明目的的第二方面的任一实施方案，所述的氮化物包含有氮化钒，所述氮化钒的物相包括vn物相、v2n物相和v3n物相；其中vn物相的占比为65-90重量％，v2n和v3n两物相之和的占比为10-35重量％。

16、根据本发明目的的第二方面的任一实施方案，所述vn物相的占比为80重量％，v2n和v3n两物相之和的占比为20重量％。

17、根据本发明目的的第二方面的任一实施方案，所述的氮化物包含有氮化硅，所述氮化硅的物相包括α-si3n4和β-si3n4物相，所述α-si3n4物相的占比为79-96重量％，β-si3n4物相的占比为4-21重量％。

18、根据本发明目的的第二方面的任一实施方案，所述氮化合金球块由不同比例的氮化物粉料和颗粒组成，其中的粒径小于0.01mm的粉料占比在6％以下，0.01mm-0.04mm的占比为小于等于27％、0.04mm-10mm的占比大于等于67％，总占比计算为100％，可以全部是粉末(80目-400目)压球。

19、本发明第三方面提供一种第一方面所述复合氮化合金球块，或第二方面所述制备方法得到的复合氮化合金球块在钢中的应用，本发明的复合氮化合金球块在钢中的应用，包括但不限于高铬铸铁、高强度带钢、非调质钢、高强度h型钢、高速工具钢、高强度管线钢、v级螺纹钢、hrb500(e)高强度抗震钢、hrb400(e)钢、hrb600钢和q620d钢中等。

20、3.有益效果

21、相比于现有技术，本发明的有益效果为：

22、(1)本发明的复合氮化合金球块，可以包含有93-98重量％的粒度小于10mm的至少一种氮化物，以及2-7重量％的粘合剂和水，将氮化物与粘合剂混合后制成球块，不仅可以优化氮化合金原生块的结构和成分的均匀性，而且能够使得合金球块在钢水中均匀分布，从而提升和稳定复合氮化合金球块的使用效果；

23、(2)本发明的复合氮化合金球块，其包含有消泡剂，可解决一些单一氮化合金原生块(如sin、sifen、simnn)在应用过程中产生大量烟气和泡沫渣的问题，有效改善应用环境；

24、(3)本发明的复合氮化合金球块，将至少一种氮化物调整配比制球块，可精确达到所需要的元素成分，提升对钢质微合金化效率的性价比；

25、(4)本发明的复合氮化合金球块，其中氮化硅的物相包括α-si3n4和β-si3n4物相，所述α-si3n4物相的占比为79-96重量％，β-si3n4物相的占比为4-21重量％；经分析发现α-si3n4晶须表面光滑，有大量缺陷，且有大量的分叉晶须；β-si3n4晶须的表面光滑，基本无缺陷，分叉的晶须少，使得该合金材料具有较好的破碎性能，不仅提高破碎效率的同时降低粉料的占比，减少原料损耗，而且避免现场的扬尘，提升环境质量；

26、(5)本发明的制备方法通过改善氮化合金的工艺步骤，例如所述冷却过程中控制冷却速度为3-5℃/s，使得氮化合金块内部所析出氮化钒的物相包括vn物相、v2n物相和v3n物相；其中vn物相的占比为65-90重量％，v2n和v3n两物相之和的占比为10-35重量％，进一步该材料的合金块具有较好的破碎性能；

27、(6)相比现有技术中的包芯线必须在精炼站工位，使用专门喂线机加入，使得操作不方便，本发明的复合氮化合金球块在微合金化整个工艺过程中，根据工艺、工况随时随地加入，不受工艺工位的影响，使用方便快捷。