[发明专利]FeV45N10氮化钒铁及其燃烧合成方法

说明书

技术领域

本发明属于燃烧合成(简称CS)（也称自蔓延高温合成，简称SHS）含氮铁合金的生产方法，具体而言是主要适用于FeV45N10氮化钒铁产品的生产方法。

技术背景

随着当今世界建筑工业和钢筋生产技术的迅猛发展，基础设施、高层建筑等工程结构对钢筋性能的要求越来越高。高强度化是混凝土钢筋的重要发展方向。据了解，英国、澳大利亚、日本等国家400MPa的钢筋采用率达到80～90%；在德国，混凝土建筑用钢筋已经全部升级到以500MPa的IV级钢筋为主，日本开发出了屈服强度为685～980MPa的超高强度钢筋，并用于高层建筑。中国经过近年来各方努力，400MPa的III级钢筋的用量占50%左右，取得了巨大进展，但与世界先进水平仍有很大差距。

推广使用400MPa的III级钢筋是我国相关政策的要求，住房和城乡建设部、工业和信息化部于2012年1月16日联合出台了《关于产业结构调整指导目录（2011年本）》，有关条款决定，把HRB335级钢筋列为淘汰产品，该条款2013年5月1日实施。抓住市场与技术标准的环境机遇，扩大III级、IV级钢筋的应用比例，促进我国钢筋品质的升级换代，是中国建筑钢筋领域近五年乃至长期的任务。

微合金化技术在钢铁工业领域的应用，对当前钢铁工业技术进步起了很大的推进作用。微合金化是指在原合金的基础上再添加微量的钒、铌、钛等碳氮化合物形成元素，其加入量一般为0.02–0.20%。通过微合金元素碳氮化合物在钢中的析出和细化铁素体晶粒而使钢材达到高强度，从而体现微合金化技术的经济优势，目前微合金化技术在高强度钢材的生产中已得到普遍应用。在三种微合金化元素中，钒是最有效且最常用的微合金化元素，钒钢在轧制时，加热温度相对较低，终轧温度高，生产工艺简单，轧制工艺与普碳钢一样，不需采取特殊的附加技术条件，生产效率高，因此在钢材生产中，尤其在长材的生产中，得到广泛的应用。我国是钒资源大国，储量丰富，钒制品产量居世界第三位，因此在我国发展钒微合金化钢，既有优化我国钢材品种，调整钢材结构的需求，在资源上也具有优势。

50氮化钒铁产品的设计目标，主要是应用于钢筋生产，钢筋是我国钢材产品中消耗最大的品种，超过我国钢产量的1/5，它对国民经济发展起到举足轻重的作用。我国“钢铁工业‘十二五’发展规划”提出“全面推广使用400兆帕、500兆帕高强度螺纹钢筋，促进建筑钢材升级换代和减量应用。400兆帕及以上高强度螺纹钢筋比例超过80%”。并决定淘汰II级钢筋，预测2015年末高强钢筋要比2010年翻一番，达到11200万吨。

1998年美国战略矿物公司（即钒公司）与钢铁研究总院开展技术合作，在中国的钢铁行业进行钒氮微合金化技术的开发及其钒氮合金产品的推广应用。国内有关研究单位及一些大钢厂对钢中加入钒及氮合金元素后，对钢的力学性能及强化机理进行了深入的研讨，明确了元素氮对提高钢材强度起了重要的作用，同时在生产III级螺纹钢筋的生产实践中进行了广泛的应用。例如在“热加工工艺”（赵亮等人，第36卷第18期，2007年，35-37页中），通过实验显示了钒氮合金生产的HRB500钢筋与钒铁生产的HRB500钢筋相比强度更高，性能更加稳定，可减少钒的加入量，大幅降低生产成本。

采用燃烧合成工艺生产氮化钒铁的研究始于2003年，我们采用工业生产的钒铁为原料，研究用燃烧合成技术来生产氮化钒铁的新工艺，并获得制备50氮化钒铁的发明专利，专利号ZL200510072309.2，该产品以50钒铁和80钒铁为原料，产品中钒含量为50±2%，氮含量为12±1.5%。同时建立了一条拥有自主知识产权的生产线。商业钒铁原料成份稳定，在高温及高压下渗氮充分，氮化钒铁产品成份非常稳定，用它作为炼钢用钒合金添加剂，钢材的力学性能波动值大幅减小。燃烧合成氮化钒铁产品在国内一些大钢厂进行III级及以上高强钢筋、高强角钢、高强钢带和钢板等钒氮微合金化钢的生产应用，结果表明，使用效果优于国产钒氮合金，而且钢材的力学性能更加稳定。

ZL200820126490.X号专利公开了一种燃烧合成用高压合成设备，其包含有高压缸体，高压缸体具有冷却水套，其特征在于：该高压缸体的内径的范围是300mm至350mm，长度的范围是1350mm至1500mm，容积的范围是85立升至150立升；该高压缸体为一端密封另一端开口结构，该高压缸体通过一端盖结构螺纹旋转压密封，该端盖结构与高压缸体的开口的密封通过等高度平移密封。该设备能够通过燃烧合成制备氮化铁合金，特别是氮化钒铁。其中公开了该设备可用于50氮化钒铁的制备。