[发明专利]一种微波烧结制备中、低炭氮化锰铁的方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种微波烧结制备中、低炭氮化锰铁的方法，属于铁合金制备技术领域。

背景技术

氮化锰铁是生产特殊合金钢、不锈钢以及汽车、造船、航空工业材料必不可少的合金剂。能提高钢的强度和塑性，氮是属于扩大奥氏体区的元素，因此，锰和氮可代替不锈钢中许多钢号里的镍，而镍是一种稀有贵重金属，例如CrMnN不锈钢中含N0.5%--0.6%，石油和天然气管道钢中含N0.05%--0.1%。

传统的氮化锰铁的生产方法是：用固态粉未状中低炭锰铁在密闭的真空电阻炉内加热后进行充氮气操作，使粉未中低炭锰铁与氮气充分接触而被氮化。锰合金在固态下与氮互相作用能生成一系列氮化物。这些氮化物的稳定性随温度的升高而降低，直至分解。因此氮化锰铁生产过程中氮化温度的控制十分重要。

固态充氮时由于受到扩散的限制，氮化速度很慢，因而氮化时间较长。一般是将80目以下的中低炭粉未，在密闭容器内氮气氛和650-1120℃的温度下，氮化4-8小时，可得到含氮3-5%的氮化锰铁，

传统的中低炭氮化锰铁生产工艺过程为：80目以下的固态中低炭锰铁→加水玻璃（或腐植酸等）→压球→烘干→装入炉内进行氮化。氮化前使炉内真空度达到0.5mm汞柱后送电，温度逐渐升高至900-1100℃时充入氮气，在该温度及炉内为一个大气压保持1-1.5小时后停电，自然冷却至400-500℃出炉。

传统中低炭氮化锰铁生产方法熔炼一吨氮化锰铁需2300-2500度电能，生产含氮3-5%的中低炭锰铁需消耗0.98-1.02吨中低炭锰铁，锰的回收率为95-96%，一台功率1500W的真空电阻炉日产800Kg。

传统生产工艺的主要缺点：

1、电耗高，每吨产品电能消耗在2300KW以上，此外由于我国的电价上升较快，占产品的生产成本的比例越来越高，产品无生产利润；

2、由于原料粒度控制80目以下，压球后的原料气孔率偏低（小于20%），氮气渗入速度和渗入量受到制约；

3、氮产品含氮量较低，成分偏析大：由于传统设备加热方式的缺陷，炉内的中低炭锰铁压块表面至心部存在较大的温度梯度，当炉内温度为1000-1100℃时，中低炭锰铁压块表面开始出现局部熔融状态，而心部温度却低于最佳氮化温度，一方面，使产品中表面氮含量较高；另一方面，中低炭锰铁压块表面局部熔融状态，阻碍了氮气充分渗透到压块内部，致使产品内部含氮量低；当炉内温度低于1000℃时，中低炭锰铁压块整体温度较低，产品的氮化速度明显下降，产量很低，采用传统方式生产，产品含氮量为：3-5%，并且成分偏析大。

4、产量低：传统生产方式由于工艺和设备的原因，生产时氮化时间长，一台功率为1500KW的电炉，日产800Kg，产量偏低，生产效益不能有效发挥，产品难以满足市场需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺合理，操作方便，生产周期短，能耗低，制备的低炭氮化锰铁含氮量高、氮在基体金属中分布均匀的微波烧结制备中、低炭氮化锰铁的方法。

本发明一种微波烧结制备中、低炭氮化锰铁的方法，包括下述步骤：

第一步：制坯

取粒度为40-60目占25%和60-80目占75%的中低碳锰铁粉末，添加占中低碳锰铁粉末质量8-10%的粘接剂，混合均匀后，在50-60公斤的压力下压制成料坯；将所得料坯干燥至水份重量含量小于等于3%，备用；

第二步：渗氮

将第一步所得料坯置于微波炉中，加热至350-400℃，然后，向微波炉中充入氮气，维持炉内氮气压力在0.8-1.8Kg/cm²，并控制微波炉以5-10℃/每分钟的升温速度继续升温至880℃-1000℃，保温55-65分钟，保持炉内氮气流动气氛，随炉冷却至400-500℃出炉空冷；得到中低炭氮化锰铁。

本发明一种微波烧结制备中、低炭氮化锰铁的方法，所述粘接剂为腐植酸或水玻璃。

本发明一种微波烧结制备中、低炭氮化锰铁的方法，料坯压制采用压球机或压砖机；所述料坯形状为块状或球状。

本发明一种微波烧结制备中、低炭氮化锰铁的方法，所述氮气中含氮质量百分浓度99.9%以上。

本发明一种微波烧结制备中、低炭氮化锰铁的方法，所述中低炭氮化锰铁含氮量为4-7.5%。