RU2798491C1 - Method for producing a composite alloy based on chromium nitrides - Google Patents
Method for producing a composite alloy based on chromium nitrides Download PDFInfo
- Publication number
- RU2798491C1 RU2798491C1 RU2022126156A RU2022126156A RU2798491C1 RU 2798491 C1 RU2798491 C1 RU 2798491C1 RU 2022126156 A RU2022126156 A RU 2022126156A RU 2022126156 A RU2022126156 A RU 2022126156A RU 2798491 C1 RU2798491 C1 RU 2798491C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chromium
- powder
- nitrogen
- carbon
- low
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к способам получения композиционного сплава на основе нитридов хрома, в частности к способам получения композиционного сплава на основе нитридов хрома с использованием химических процессов, а именно самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Такие композиции предназначены для применения в металлургии для легирования хромсодержащих сталей и сплавов азотом, а также в порошковой металлургии.The invention relates to methods for producing a composite alloy based on chromium nitrides, in particular to methods for producing a composite alloy based on chromium nitrides using chemical processes, namely self-propagating high-temperature synthesis (SHS). Such compositions are intended for use in metallurgy for alloying chromium-containing steels and alloys with nitrogen, as well as in powder metallurgy.
Известны различные способы синтеза нитридов хрома и композиций на их основе (Самсонов Г. В. Нитриды. Киев. Наукова думка. 1969. C. 196-198).There are various methods for the synthesis of chromium nitrides and compositions based on them (Samsonov G. V. Nitrides. Kyiv. Naukova Dumka. 1969. C. 196-198).
В японском патенте JPS6183605A и китайском патенте CN103318855A описаны способы получения различных композиций на основе нитридов хрома путем длительной обработки порошка хрома в токе аммиака при температуре свыше 800°С. Способы позволяют синтезировать чистые по кислороду тонкодисперсные порошки нитридов хрома. Однако эти способы неэкономичны и небезопасны вследствие применения электропечей и использования аммиака, а синтезированные тонкодисперсные порошки нитридов хрома нетехнологичны при легировании стали и сплавов азотом.Japanese patent JPS6183605A and Chinese patent CN103318855A describe methods for producing various compositions based on chromium nitrides by long-term treatment of chromium powder in a stream of ammonia at a temperature above 800°C. The methods make it possible to synthesize pure oxygen fine powders of chromium nitrides. However, these methods are uneconomical and unsafe due to the use of electric furnaces and the use of ammonia, and the synthesized fine powders of chromium nitrides are untechnological when alloying steel and alloys with nitrogen.
Yoshihiro Shoji, Masaru Yoshinaka, Ken Hirota и Osamu Yamaguchi получали высокоплотные композиции Cr2N-CrN путем горячего прессования синтезированного режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза порошка, состоящего из упомянутых соединений (Fabrication of Bulk Chromium Nitrides Using Self-Propagating High-Temperature Synthesis and Hot Isostatic Pressing. Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy. 2002. Vol. 49. No. 4. P. 323-326). Порошок металлического хрома дисперсностью 2 микрона азотировали в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза при давлении 0,2-2,0 МПа с получением смеси фаз Cr2N и CrN с различным их соотношением. Способ позволяет получать высокоплотный двухфазный композиционный материал Cr2N-CrN в широком диапазоне изменения соотношения компонентов. Однако описанный способ весьма дорог и не позволяет получать композиции, содержащие железо. Полученные высокоплотные материалы на основе нитридов хрома могут быть эффективными для легирования стали, однако их применение для этих целей не приемлемо с экономической точки зрения.Yoshihiro Shoji, Masaru Yoshinaka, Ken Hirota, and Osamu Yamaguchi obtained high-density Cr 2 N-CrN compositions by hot pressing a synthesized powder consisting of these compounds (Fabrication of Bulk Chromium Nitrides Using Self-Propagating High-Temperature Synthesis and Hot Isostatic Pressing Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy 2002 Vol 49 No 4 P 323-326). Chromium metal powder with a dispersion of 2 microns was nitrided in the mode of self-propagating high-temperature synthesis at a pressure of 0.2-2.0 MPa to obtain a mixture of Cr 2 N and CrN phases with different ratios. The method allows to obtain a high-density two-phase composite material Cr 2 N-CrN in a wide range of changes in the ratio of components. However, the described method is very expensive and does not allow to obtain compositions containing iron. The resulting high-density materials based on chromium nitrides can be effective for alloying steel, but their use for these purposes is not acceptable from an economic point of view.
Субмикронный композиционный порошок Cr2N-CrN получали термообработкой при ~1100 смеси порошков Cr2O3 и C в азотсодержащей атмосфере (Susumu Morita, Hideaki Shimizu, Yasumasa Sayama. Synthesis of Chromium Nitride Powder by Carbo-thermal Nitriding. 15" International Plansee Seminar, Eds. G. Kneringer, P. Rodhammer and H. Wildner, Plansee Holding AG. Reutte. 2001. Vol. 2. Р. 139-151). Данный способ также не позволяет синтезировать композиционные материалы на основе нитридов хрома, содержащие железо, а синтезированные композиции Cr2N-CrN дороги для использования в качестве лигатур при выплавке стали.A submicron composite Cr 2 N-CrN powder was obtained by heat treatment at ~1100 of a mixture of Cr 2 O 3 and C powders in a nitrogen-containing atmosphere (Susumu Morita, Hideaki Shimizu, Yasumasa Sayama. Synthesis of Chromium Nitride Powder by Carbo-thermal Nitriding. 15" International Plansee Seminar , Eds G. Kneringer, P. Rodhammer and H. Wildner, Plansee Holding AG, Reutte, 2001, Vol. and synthesized Cr 2 N-CrN compositions are expensive for use as master alloys in steelmaking.
В JP 62112771 описан вакуумтермический способ получения композиционного сплава на основе хрома, предназначенный для выплавки нержавеющей стали, который может содержать 10-20% азота. В частности, при азотировании сплава с 99,0% Cr был получен двухфазный продукт, содержащий до 17,4% N, при азотировании сплава с 62 % Cr содержание азота составило 6,8-11,0%. Такую двухфазную композицию, состоящую из CrN и Cr2N или CrN и (CrFe)2N, рекомендовано использовать для легирования хромистых сталей.JP 62112771 describes a vacuum thermal process for producing a chromium-based composite alloy for stainless steel smelting, which may contain 10-20% nitrogen. In particular, when nitriding an alloy with 99.0% Cr, a two-phase product was obtained containing up to 17.4% N; when nitriding an alloy with 62% Cr, the nitrogen content was 6.8-11.0%. Such a two-phase composition consisting of CrN and Cr 2 N or CrN and (CrFe) 2 N is recommended for alloying chromium steels.
В патенте Болгарии №24137 описан способ получения высокоазотистого сплава на основе хрома. Здесь двухфазный порошок сплава CrN - Cr2N получают нагревом порошка хрома с 0,5% Fe до 1000-1200°С при давлении свыше 1,0 МПа. Содержание азота в порошковом продукте 10-16%.Bulgarian Patent No. 24137 describes a process for producing a high nitrogen chromium-based alloy. Here, a two-phase alloy powder CrN - Cr 2 N is obtained by heating the chromium powder with 0.5% Fe to 1000-1200°C at a pressure of over 1.0 MPa. The nitrogen content in the powder product is 10-16%.
Порошок композиционного сплава на основе Cr2N с различным содержанием фаз CrN или Cr(N) можно получать термообработкой исходного металла (98,5% Cr) в вакуумной вращающейся печи при температуре 1200-1400°С в течение 0,5-1,0 часа. Содержание азота в такой композиции 4,1-13,5% (Dimitar Krastev. Nitriding of ferroalloys. VI th International Metallurgical Congress. Ohrid 2014.).Composite alloy powder based on Cr 2 N with different content of CrN or Cr(N) phases can be obtained by heat treatment of the parent metal (98.5% Cr) in a vacuum rotary furnace at a temperature of 1200-1400°C for 0.5-1.0 hours. The nitrogen content in such a composition is 4.1-13.5% (Dimitar Krastev. Nitriding of ferroalloys. VI th International Metallurgical Congress. Ohrid 2014.).
Приведенные примеры способов азотирования порошков хрома или феррохрома в высокотемпературных вакуумных печах в азотсодержащей атмосфере с получением композиционных сплавов на основе нитридов хрома отличаются расходом большого количества электроэнергии и весьма продолжительны.The given examples of methods for nitriding chromium or ferrochromium powders in high-temperature vacuum furnaces in a nitrogen-containing atmosphere to obtain composite alloys based on chromium nitrides are distinguished by the consumption of a large amount of electricity and are very long.
В качестве прототипа выбран способ получения напыляемых порошков, содержащих нитрид хрома (Патент RU 2666199). Способ-прототип включаетAs a prototype, a method for obtaining sprayed powders containing chromium nitride was chosen (Patent RU 2666199). Prototype method includes
приготовление порошковой смеси, содержащей по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, включающей хром (Cr), CrN и Cr2N, и другой компонент, содержащий по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, включающей никель, кобальт, никелевый сплав, кобальтовый сплав и железный сплав, и спекание порошковой смеси при парциальном давлении азота выше 1 бар с получением спекшихся агломератов, причем спекание осуществляют в газовой атмосфере, содержащей по меньшей мере 90 об.% азота, при температуре выше 1000°С, в течение по меньшей мере одного часа.preparation of a powder mixture containing at least one component selected from the group including chromium (Cr), CrN and Cr 2 N, and another component containing at least one component selected from the group including nickel, cobalt, nickel alloy, cobalt alloy and iron alloy, and sintering the powder mixture at a partial pressure of nitrogen above 1 bar to obtain sintered agglomerates, and sintering is carried out in a gas atmosphere containing at least 90 vol.% nitrogen, at a temperature above 1000°C, for at least at least one hour.
Способ-прототип позволяет получать композиционный материал, основу которого составляет нитриды хрома, преимущественно мононитрид CrN. Выбранный процесс отличается большой продолжительностью (до 48 час.) и расходом значительного количества электроэнергии для поддержания высокой температуры (до 1500°С).The prototype method allows to obtain a composite material, which is based on chromium nitrides, mainly CrN mononitride. The selected process is characterized by a long duration (up to 48 hours) and the consumption of a significant amount of electricity to maintain a high temperature (up to 1500°C).
В предлагаемом изобретении решается задача создания нового способа получения композиционного сплава на основе нитридов хрома, который при минимальном расходе электроэнергии позволял бы получать материалы, содержащие нитриды хрома и металлическую фазу - сплав на основе железа и /или хрома, которые предназначены для применения в металлургии для легирования хромсодержащих сталей и сплавов азотом.The present invention solves the problem of creating a new method for producing a composite alloy based on chromium nitrides, which, with minimal power consumption, would make it possible to obtain materials containing chromium nitrides and a metal phase - an alloy based on iron and / or chromium, which are intended for use in metallurgy for alloying chromium-containing steels and alloys with nitrogen.
Поставленная задача решается тем, что предлагается способ получения композиционного сплава на основе нитридов хрома путем приготовления порошка, содержащего хромсодержащий материала и его высокотемпературного спекания в атмосфере азотсодержащего газа при повышенном его давлении, который, согласно изобретению, включает:The problem is solved by the fact that a method is proposed for obtaining a composite alloy based on chromium nitrides by preparing a powder containing a chromium-containing material and its high-temperature sintering in an atmosphere of nitrogen-containing gas at its increased pressure, which, according to the invention, includes:
использование в качестве порошка хромсодержащего материала порошка низкоуглеродистого феррохрома и/или металлического хрома;use as a powder of chromium-containing material powder of low-carbon ferrochromium and/or metallic chromium;
спекание упомянутого порошка низкоуглеродистого феррохрома и/или металлического хрома осуществляют в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС);sintering said powder of low-carbon ferrochromium and/or metallic chromium is carried out in the mode of self-propagating high-temperature synthesis (SHS);
при этом во время спекания через порошок низкоуглеродистого феррохрома и/или металлического хрома продувают азотсодержащий газ;while during sintering through the powder of low-carbon ferrochrome and/or metallic chromium purge nitrogen-containing gas;
в результате спекания образуется композиционный сплав, состоящий из нитридов хрома (Cr,Fe)2N, Cr2N и/или CrN и сплава на основе железа и/или хрома.as a result of sintering, a composite alloy is formed, consisting of chromium nitrides (Cr,Fe) 2 N, Cr 2 N and/or CrN and an alloy based on iron and/or chromium.
Предлагаемое изобретение позволяет получать композиционный сплав на основе нитридов хрома при использовании в качестве исходных материалов порошков низкоуглеродистого феррохрома и/или металлического хрома с различным содержанием железа и примесных элементов (С, Si, P, S, O и др.). Однако для сохранения достаточной экзотермичности сплавов на основе хрома содержание железа в низкоуглеродистом феррохроме должно быть ограничено 35%, а в хроме - 1,5%. Предпочтительное содержание железа в порошке исходного низкоуглеродистого феррохрома 17-27%, а в порошке исходного хрома не более 0,5% железа, оптимально не более 0,1% железа.The present invention makes it possible to obtain a composite alloy based on chromium nitrides using low-carbon ferrochromium and/or metallic chromium powders with different contents of iron and impurity elements (C, Si, P, S, O, etc.) as starting materials. However, in order to maintain sufficient exothermicity of chromium-based alloys, the iron content in low-carbon ferrochrome should be limited to 35%, and in chromium - 1.5%. The preferred content of iron in the powder of the original low-carbon ferrochrome 17-27%, and in the powder of the original chromium is not more than 0.5% iron, optimally not more than 0.1% iron.
В предлагаемом изобретении в качестве исходных материалов возможно использование порошков низкоуглеродистого феррохрома и/или металлического хрома с содержанием углерода и других примесных элементов (Si, P, S, O и др.) в широком концентрационных пределах. Однако, для получения более качественных продуктов азотирования в режиме СВС и с целью увеличения теплового эффекта реакции горения целесообразно использовать порошок низкоуглеродистого феррохрома, содержащего не более 0,5% углерода, предпочтительно не более 0,1%, оптимально не более 0,03%, и/или хрома, содержащего не более 0,1% углерода, предпочтительно не более 0,06% углерода, оптимально не более 0,02% углерода.In the present invention, it is possible to use powders of low-carbon ferrochromium and/or metallic chromium containing carbon and other impurity elements (Si, P, S, O, etc.) as starting materials in a wide concentration range. However, in order to obtain better quality nitriding products in the SHS mode and in order to increase the thermal effect of the combustion reaction, it is advisable to use low-carbon ferrochrome powder containing no more than 0.5% carbon, preferably no more than 0.1%, optimally no more than 0.03%, and/or chromium containing not more than 0.1% carbon, preferably not more than 0.06% carbon, optimally not more than 0.02% carbon.
Углерод является нежелательной примесью большинства марок азотсодержащих сталей и сплавов. Кроме того, углерод и другие примеси образуют в исходном низкоуглеродистом феррохроме и хроме тугоплавкие соединения (карбиды, силициды и др.), вследствие чего снижается экзотермичность исходных сплавов. Поэтому в наиболее предпочтительных вариантах предлагаемого технического решения концентрация углерода в исходных порошках низкоуглеродистого феррохрома и/или металлического хрома должно быть минимальным.Carbon is an undesirable impurity in most grades of nitrogen-containing steels and alloys. In addition, carbon and other impurities form refractory compounds (carbides, silicides, etc.) in the original low-carbon ferrochrome and chromium, as a result of which the exothermicity of the initial alloys decreases. Therefore, in the most preferred variants of the proposed technical solution, the concentration of carbon in the initial powders of low-carbon ferrochromium and/or metallic chromium should be minimal.
Спекание хромсодержащего материала можно осуществлять в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) при продуве его азотсодержащим газом с использованием порошков низкоуглеродистого феррохрома и/или хрома различной дисперсности. Однако для ускорения процесса и достижения более высоких концентраций азота в продуктах горения целесообразно использовать более мелкие порошки исходных сплавов. В качестве хромсодержащего материала целесообразно использовать порошки низкоуглеродистого феррохрома и/или хрома с размером частиц менее 0,315 мм, предпочтительно менее 0,20 мм, оптимально менее 0,10 мм. Чем мельче порошок, тем больше его реакционная поверхность и тем выше скорость тепловыделения при взаимодействии с азотом. Горение более мелкого порошка низкоуглеродистого феррохрома и/или хрома в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза происходит с большей скоростью, а в продуктах горения фиксируется большее количество азота.The sintering of the chromium-containing material can be carried out in the mode of self-propagating high-temperature synthesis (SHS) by blowing it with nitrogen-containing gas using powders of low-carbon ferrochromium and/or chromium of various dispersions. However, to speed up the process and achieve higher nitrogen concentrations in the combustion products, it is advisable to use finer powders of the initial alloys. As a chromium-containing material, it is advisable to use powders of low-carbon ferrochromium and/or chromium with a particle size of less than 0.315 mm, preferably less than 0.20 mm, optimally less than 0.10 mm. The finer the powder, the larger its reaction surface and the higher the heat release rate upon interaction with nitrogen. The combustion of a finer powder of low-carbon ferrochromium and/or chromium in the mode of self-propagating high-temperature synthesis occurs at a higher rate, and a greater amount of nitrogen is fixed in the combustion products.
В соответствии с предлагаемым техническим решением спекание порошков низкоуглеродистого феррохрома и/или хрома в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза при продуве во время спекания через порошок низкоуглеродистого феррохрома и/или металлического хрома азотсодержащего газа возможно осуществлять в широком температурном интервале. Однако, для достижения приемлемой скорости химических реакций (взаимодействие хрома с азотом) процесс целесообразно осуществлять при температуре 1100-1700°С, предпочтительно при 1350-1550°С. Чем выше температура спекания, тем выше скорость азотирования. Однако, при температуре выше 1700°С начинают активно развиваться процессы плавления как исходных сплавов так и продуктов горения. Плавление сопровождается коагуляцией частиц, что препятствует взаимодействию исходного сплава с азотом.In accordance with the proposed technical solution, the sintering of powders of low-carbon ferrochrome and/or chromium in the mode of self-propagating high-temperature synthesis when blowing nitrogen-containing gas through the powder of low-carbon ferrochrome and/or metallic chromium during sintering can be carried out in a wide temperature range. However, to achieve an acceptable rate of chemical reactions (the interaction of chromium with nitrogen), it is advisable to carry out the process at a temperature of 1100-1700°C, preferably at 1350-1550°C. The higher the sintering temperature, the higher the nitriding rate. However, at temperatures above 1700°C, the processes of melting of both initial alloys and combustion products begin to actively develop. Melting is accompanied by particle coagulation, which prevents the initial alloy from reacting with nitrogen.
Для спекания порошков низкоуглеродистого феррохрома и/или металлического хрома в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в токе азотсодержащего газа с получением композиционного сплава, содержащего нитриды хрома (Cr,Fe)2N, Cr2N и/или CrN и металлическую фазу на основе железа, возможно использование азотсодержащего газа с содержанием азота в широких концентрационных пределах. Однако, для получения продукта, загрязненного меньшим количеством кислорода, целесообразно использовать газ, содержащий не менее 90,0 объемных % азота, предпочтительно не менее 99,0 объемных % азота, оптимально 99,9% объемных % азота.For sintering powders of low-carbon ferrochromium and/or metallic chromium in the mode of self-propagating high-temperature synthesis (SHS) in a stream of nitrogen-containing gas to obtain a composite alloy containing chromium nitrides (Cr,Fe) 2 N, Cr 2 N and/or CrN and a metal phase based on iron, it is possible to use a nitrogen-containing gas with a nitrogen content in a wide concentration range. However, to obtain a product contaminated with less oxygen, it is advisable to use a gas containing at least 90.0 vol% nitrogen, preferably at least 99.0 vol% nitrogen, optimally 99.9% vol% nitrogen.
Процесс спекания порошков феррохрома и/или хрома в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) при продуве азотсодержащим газом можно реализовывать практически при любом давлении, превышающем 0,1 МПа. Однако для стабильного горения упомянутых сплавов целесообразно продувку азотсодержащим газом осуществлять при давлении 0,12-12,0 МПа, оптимально при 1,0-7,0 МПа.The process of sintering powders of ferrochromium and/or chromium in the mode of self-propagating high-temperature synthesis (SHS) when blown with nitrogen-containing gas can be implemented at almost any pressure exceeding 0.1 MPa. However, for stable combustion of the mentioned alloys, it is advisable to purge with nitrogen-containing gas at a pressure of 0.12-12.0 MPa, optimally at 1.0-7.0 MPa.
Процесс спекания порошков феррохрома и/или хрома в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) при продуве азотсодержащим газом можно реализовывать практически при любом расходе газа, который можно создать при давлении 0,1-20,0 МПа. Однако для стабильного горения упомянутых порошков феррохрома и/или хрома целесообразно продувку азотсодержащим газом осуществлять при удельном его расходе в пределах 0,02-8,0 л/с⋅см2, предпочтительно 0,05-3,0 л/с⋅см2, оптимально 0,1-1,0 л/с⋅см2.The process of sintering powders of ferrochromium and/or chromium in the mode of self-propagating high-temperature synthesis (SHS) when blowing with nitrogen-containing gas can be implemented at almost any gas flow rate that can be created at a pressure of 0.1-20.0 MPa. However, for stable combustion of the mentioned powders of ferrochromium and/or chromium, it is advisable to purge with nitrogen-containing gas at its specific consumption in the range of 0.02-8.0 l/s⋅cm 2 , preferably 0.05-3.0 l/s⋅cm 2 , optimally 0.1-1.0 l/s⋅cm 2 .
Взаимодействие хрома с азотом сопровождается выделением значительного количества тепла, 129 и 125 КДж/моль соответственно для фаз Cr2N и CrN. На основе такого уровня экзотермичности реакций нитридообразования их синтез возможно проводить в режиме самоподдерживающегося горения (см., например, Браверман Б.Ш., Зиатдинов М.Х., Максимов Ю.М. Горение хрома в азоте // Физика горения и взрыва. 1999. Т. 35, № 5. С. 40-45). Такой синтез осуществляют при естественной фильтрации азота с использованием мелкодисперсных порошков хрома. Крупные порошки хрома проазотировать таким способом не удается. Не горят в азоте и порошки низкоуглеродистого феррохрома даже при использовании очень тонких порошков.The interaction of chromium with nitrogen is accompanied by the release of a significant amount of heat, 129 and 125 kJ/mol, respectively, for the Cr 2 N and CrN phases. On the basis of such a level of exothermicity of nitride formation reactions, it is possible to carry out their synthesis in the mode of self-sustaining combustion (see, for example, Braverman B.Sh., Ziatdinov M.Kh., Maksimov Yu.M. Combustion of chromium in nitrogen // Physics of combustion and explosion. 1999 35, No. 5, pp. 40-45). Such a synthesis is carried out with natural nitrogen filtration using finely dispersed chromium powders. Coarse chromium powders cannot be nitrogenated in this way. Powders of low-carbon ferrochromium do not burn in nitrogen even when using very fine powders.
Решить задачу создания нового способа получения композиционного сплава на основе нитридов хрома, который при минимальном расходе электроэнергии позволял бы получать материалы, содержащие нитриды хрома и сплавы железа или хрома, весьма неожиданно оказалось возможным путем высокотемпературного спекания порошка низкоуглеродистого феррохрома и/или хрома в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза - СВС (Мержанов А. Г., Мукасьян А.C. Твердопламенное горение. Москва. ТОРУС ПРЕСС. 2007. 336 с.). При этом через порошок низкоуглеродистого феррохрома и/или металлического хрома должен продуваться азотсодержащий газ. Такой вариант СВС процесса обычно применяют в системах с низкой экзотермичностью. Известны различные варианты стимулирования СВС процесса. Дополнительная энергия в реагирующую систему можно вводить или в виде физического тепла (повышение начальной температуры шихты) или в виде химического (экзотермические добавки). Здесь дополнительная энергия в зону реакции подается за счет разогретого газообразного реагента - азота. Причем нагрев газа происходит в самой реагирующей системе. Азот, фильтруясь через сгоревшую часть шихты, нагревается. И уже разогретый газ вступает в реакцию с порошком феррохрома и/или хрома.To solve the problem of creating a new method for producing a composite alloy based on chromium nitrides, which, with minimal power consumption, would make it possible to obtain materials containing chromium nitrides and iron or chromium alloys, quite unexpectedly, it turned out to be possible by high-temperature sintering of low-carbon ferrochromium and/or chromium powder in the self-propagating high-temperature mode. synthesis - SHS (Merzhanov A.G., Mukasyan A.S. Solid-flame combustion. Moscow. TORUS PRESS. 2007. 336 p.). In this case, a nitrogen-containing gas must be blown through the powder of low-carbon ferrochrome and/or metallic chromium. This variant of the SHS process is usually used in systems with low exothermicity. There are various options for stimulating the SHS process. Additional energy can be introduced into the reacting system either in the form of physical heat (increasing the initial charge temperature) or in the form of chemical heat (exothermic additives). Here, additional energy is supplied to the reaction zone due to the heated gaseous reagent - nitrogen. Moreover, the heating of the gas occurs in the reacting system itself. Nitrogen, being filtered through the burnt part of the mixture, heats up. And the already heated gas reacts with ferrochromium and/or chromium powder.
Ниже приведен пример выполнения предлагаемого изобретения.Below is an example of the proposed invention.
Пример. В качестве порошка исходного хромсодержащего материала был использован порошок низкоуглеродистого феррохрома, который был получен помолом сплава марки ФХ003А по ГОСТ 4757-91 и содержал, масс. %: Fe 22,1, Al 0,12, Si 0,79, C 0,03 остальное хром (76,1 %) и примеси (S, P, O и др.). Размер частиц полученного таким образом порошка был менее 0,315 мм, причем 82 % порошка имел размер частиц менее 0,20 мм. Порошок в количестве 90 кг засыпается в цилиндрический тигель из жаростойкого материала. Тигель помещается в проточный СВС реактор высокого давления. Рабочее пространство реактора герметизируется и заполняется азотом чистотой 99,9 % до давления 12,0 МПа. Подачей электроимпульса на зажигающее устройство воспламеняется навеска экзотермической зажигающей смеси, от которой инициируется экзотермическая реакция образования нитридов (Cr,Fe)2N, Cr2N, CrN. Процесс синтеза осуществляют таким образом, что азот непрерывно фильтруется через тигель с порошком низкоуглеродистого феррохрома с удельным расходом 0,09 л/с⋅см2. Далее процесс нитридообразования происходит в режиме послойного горения при спутной фильтрации азота через тигель с порошком в направлении распространения волны горения. После окончания процесса азотирования и остывания продуктов горения давление в рабочем пространстве СВС реактора уравновешивается с внешним давлением. Далее тигель с продуктами реакции (азотированный феррохром) извлекается из реактора и взвешивается. Полученный продукт анализируется. По данным рентгенофазового анализа он состоит из нитридов хрома (Cr,Fe)2N, Cr2N и CrN и сплава на основе железа, а по данным химического анализа имеет следующий состав, масс. %:N 11,2, Fe 19,6, Al 0,11, Si 0,70, C 0,03 остальное хром (67,6 %) и примеси (S, P, O и др.).Example. As a powder of the initial chromium-containing material, a powder of low-carbon ferrochrome was used, which was obtained by grinding an alloy of grade FKh003A according to GOST 4757-91 and contained, wt. %: Fe 22.1, Al 0.12, Si 0.79, C 0.03 the rest is chromium (76.1%) and impurities (S, P, O, etc.). The particle size of the powder thus obtained was less than 0.315 mm, with 82% of the powder having a particle size of less than 0.20 mm. Powder in the amount of 90 kg is poured into a cylindrical crucible made of heat-resistant material. The crucible is placed in a high pressure SHS flow reactor. The working space of the reactor is sealed and filled with nitrogen of 99.9% purity up to a pressure of 12.0 MPa. By applying an electric pulse to the ignition device, a sample of an exothermic ignition mixture is ignited, from which an exothermic reaction of the formation of nitrides (Cr, Fe) 2 N, Cr 2 N, CrN is initiated. The synthesis process is carried out in such a way that nitrogen is continuously filtered through a crucible with low-carbon ferrochrome powder with a specific flow rate of 0.09 l/s⋅cm 2 . Further, the process of nitride formation occurs in the mode of layer-by-layer combustion with cocurrent filtration of nitrogen through a crucible with powder in the direction of propagation of the combustion wave. After the completion of the nitriding process and cooling of the combustion products, the pressure in the working space of the SHS reactor is balanced with the external pressure. Next, the crucible with the reaction products (nitrided ferrochrome) is removed from the reactor and weighed. The resulting product is analyzed. According to X-ray phase analysis, it consists of chromium nitrides (Cr, Fe) 2 N, Cr 2 N and CrN and an iron-based alloy, and according to chemical analysis, it has the following composition, wt. %: N 11.2, Fe 19.6, Al 0.11, Si 0.70, C 0.03 the rest is chromium (67.6%) and impurities (S, P, O, etc.).
Ниже в таблицах 1-3 приведены другие примеры выполнения предлагаемого изобретения. В таблице 1 приведены составы и дисперсность исходного порошка хромсодержащего материала.Tables 1-3 below show other examples of the invention. Table 1 shows the compositions and dispersion of the initial powder of chromium-containing material.
50:50Mixture of ferrochromium and chromium
50:50
В таблице 2 приведены условия высокотемпературного спекания порошков низкоуглеродистого феррохрома и/или металлического хрома в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза при продуве через порошок азотсодержащего газа.Table 2 shows the conditions for high-temperature sintering of powders of low-carbon ferrochromium and/or metallic chromium in the mode of self-propagating high-temperature synthesis by blowing nitrogen-containing gas through the powder.
В таблице 3 приведены фазовый и химический составы образовавшегося в результате высокотемпературного спекания композиционного сплава на основе нитридов хрома.Table 3 shows the phase and chemical compositions of the composite alloy based on chromium nitrides formed as a result of high-temperature sintering.
Claims (17)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2798491C1 true RU2798491C1 (en) | 2023-06-23 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2824639C1 (en) * | 2024-02-19 | 2024-08-12 | Мансур Хузиахметович Зиатдинов | Sintered nitrogen-containing alloy based on chromium nitride |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1789064A3 (en) * | 1989-04-13 | 1994-02-28 | Томский филиал Института структурной макрокинетики АН СССР | Method of producing chrome nitride |
| RU2359785C1 (en) * | 2008-03-11 | 2009-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Method of receiving chrome nitride |
| RU2479659C1 (en) * | 2011-08-12 | 2013-04-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Томский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук (ТНЦ СО РАН) | Method for obtaining nitrogen-containing alloy for alloying of steel and cast iron, and nitrogen-containing alloy for steel and cast iron alloying |
| EP2948260A1 (en) * | 2013-01-24 | 2015-12-02 | H.C. Starck GmbH | Thermal spray powder for sliding systems which are subject to heavy loads |
| RU2666199C2 (en) * | 2013-01-24 | 2018-09-06 | Х.К. Штарк Сурфейс Текнолоджи энд Керэмик Паудерс ГмбХ | Method for producing spray powders containing chromium nitride |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1789064A3 (en) * | 1989-04-13 | 1994-02-28 | Томский филиал Института структурной макрокинетики АН СССР | Method of producing chrome nitride |
| RU2359785C1 (en) * | 2008-03-11 | 2009-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Method of receiving chrome nitride |
| RU2479659C1 (en) * | 2011-08-12 | 2013-04-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Томский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук (ТНЦ СО РАН) | Method for obtaining nitrogen-containing alloy for alloying of steel and cast iron, and nitrogen-containing alloy for steel and cast iron alloying |
| EP2948260A1 (en) * | 2013-01-24 | 2015-12-02 | H.C. Starck GmbH | Thermal spray powder for sliding systems which are subject to heavy loads |
| RU2666199C2 (en) * | 2013-01-24 | 2018-09-06 | Х.К. Штарк Сурфейс Текнолоджи энд Керэмик Паудерс ГмбХ | Method for producing spray powders containing chromium nitride |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2824639C1 (en) * | 2024-02-19 | 2024-08-12 | Мансур Хузиахметович Зиатдинов | Sintered nitrogen-containing alloy based on chromium nitride |
| RU2829233C1 (en) * | 2024-02-19 | 2024-10-30 | Мансур Хузиахметович Зиатдинов | Method of producing nitrogen-containing chromium-based ligatures |
| RU2835733C1 (en) * | 2024-06-07 | 2025-03-03 | Мансур Хузиахметович Зиатдинов | Method of producing chromium-based alloys |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Łopaciński et al. | Synthesis of ternary titanium aluminum carbides using self‐propagating high‐temperature synthesis technique | |
| US4117096A (en) | Process for producing powder of β-type silicon carbide | |
| CA2037413C (en) | Method for producing a fine grained powder consisting of nitrides and carbonitrides of titanium | |
| US5166103A (en) | Method of making monotunsten carbide and mixtures of monotungsten carbide-titanium carbide powders | |
| EP0550725B1 (en) | Process for producing an alloy having hard particles comprising Ti carbide | |
| US4623402A (en) | Metal composition and process for producing same | |
| RU2798491C1 (en) | Method for producing a composite alloy based on chromium nitrides | |
| Brinkman et al. | Production of Al–Ti–C grain refiner alloys by reactive synthesis of elemental powders: Part I. Reactive synthesis and characterization of alloys | |
| JPH03146625A (en) | Manufacture of high purity metallic chromium | |
| RU2583980C2 (en) | Method of producing nitrogen-bearing alloy | |
| US2849275A (en) | Production of refractory metal carbides | |
| US4436696A (en) | Process for providing a uniform carbon distribution in ferrous compacts at high temperatures | |
| CA3120229C (en) | A method of producing spherical iron powder and products thereof | |
| RU2341578C2 (en) | Method of receiving of nitrogen-bearing alloy for steel alloying and nitrogen-bearing alloy for steel alloying | |
| JPH10298613A (en) | Phosphorus-containing iron powder | |
| Patsera et al. | Combustion synthesis and consolidation of Ti (C, N)–Si3N4–SiC heterophase ceramic with YAG sintering additives | |
| US20170081196A1 (en) | Novel process and product | |
| RU2829233C1 (en) | Method of producing nitrogen-containing chromium-based ligatures | |
| Liu et al. | Synthesis of (Cr, V) 2 (C, N) solid solution powders by thermal processing precursors | |
| JPS6225605B2 (en) | ||
| RU2830486C1 (en) | Method of producing nitrated silicomanganese | |
| RU2830084C2 (en) | Method of producing nitrated sintered material based on chromium and aluminum nitrides | |
| RU2813569C1 (en) | Method of producing composite material based on silicon nitride | |
| Ziatdinov et al. | SHS technology for composite ferroalloys. 2. Synthesis of ferrosilicon nitride and ferrotitanium boride | |
| RU2218440C2 (en) | Dopand material based on silicon nitride and method of its production |