RU2830084C2 - Method of producing nitrated sintered material based on chromium and aluminum nitrides - Google Patents
Method of producing nitrated sintered material based on chromium and aluminum nitrides Download PDFInfo
- Publication number
- RU2830084C2 RU2830084C2 RU2022112171A RU2022112171A RU2830084C2 RU 2830084 C2 RU2830084 C2 RU 2830084C2 RU 2022112171 A RU2022112171 A RU 2022112171A RU 2022112171 A RU2022112171 A RU 2022112171A RU 2830084 C2 RU2830084 C2 RU 2830084C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chromium
- nitrogen
- aluminum
- material based
- nitriding
- Prior art date
Links
- 239000011651 chromium Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 56
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 53
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 28
- -1 aluminum nitrides Chemical class 0.000 title claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 26
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims abstract description 18
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000012254 powdered material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 80
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 40
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 6
- 229910000599 Cr alloy Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 abstract description 9
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract description 4
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 2
- SJKRCWUQJZIWQB-UHFFFAOYSA-N azane;chromium Chemical compound N.[Cr] SJKRCWUQJZIWQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 abstract 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 12
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 10
- CXOWYMLTGOFURZ-UHFFFAOYSA-N azanylidynechromium Chemical compound [Cr]#N CXOWYMLTGOFURZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 10
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 7
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- QRRWWGNBSQSBAM-UHFFFAOYSA-N alumane;chromium Chemical compound [AlH3].[Cr] QRRWWGNBSQSBAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 229910000604 Ferrochrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к способам получения спеченного азотированного материала на основе нитридов хрома и алюминия и может быть использовано в черной металлургии в качестве легирующей добавки при выплавки стали.The present invention relates to methods for producing sintered nitrided material based on chromium and aluminum nitrides and can be used in ferrous metallurgy as an alloying additive in steel smelting.
Легирующие азотированные хромсодержащие материалы должны содержать большое количество азота, иметь достаточную плотность, прочность и пористость. Этот комплекс свойств обеспечивает им быстрое растворение в стали без значительного снижения ее температуры, исключает угар легирующих элементов, сокращает их расход и обеспечивает высокую степень усвоения азота и хрома сталью.Alloying nitrided chromium-containing materials must contain a large amount of nitrogen, have sufficient density, strength and porosity. This set of properties ensures their rapid dissolution in steel without a significant decrease in its temperature, eliminates the burnout of alloying elements, reduces their consumption and ensures a high degree of nitrogen and chromium absorption by steel.
Известные в настоящее время азотированные хромсодержащие материалы представляют собой спеченные порошки с достаточно высоким содержанием азота. Большой расход этих материалов при выплавке стали определяется значительным угаром хрома и азота.The currently known nitrided chromium-containing materials are sintered powders with a fairly high nitrogen content. The high consumption of these materials during steel smelting is determined by the significant loss of chromium and nitrogen.
Известен композиционный материал на основе металла группы железа и нитридов металлов III-VII группы Периодической системы элементов (Патент США 4623402), который получают в режиме горения. Способ его получения включает измельчение до дисперсности 0,01-2 мм по меньшей мере одного сплава, содержащего 30-70 мас. % металла выбранного из группы: Al, Ti, Zr, Nb, Та, Cr, Mo, V; локальное инициирование горения в порошке сплава в среде азота при давлении 0,1-100 МПа и температуре 1420-1820°С. В таком режиме обеспечивается плавление металлов группы железа и образование нитридов металлов III-VII групп Периодической системы элементов. Применение сплавов, содержащих значительное количество металлов группы железа, плавящихся при относительно низких температурах и не образующих тугоплавких нитридов, обеспечивает получаемому материалу плотность 5,1-6,59 г/см3, пористость до 30%, относительно невысокое содержание азота - до 14 мас. %. Такие показатели способствуют увеличению его расхода и времени растворения в стали при использовании в качестве легирующих добавок.A composite material based on an iron group metal and nitrides of metals of groups III-VII of the Periodic Table of Elements is known (US Patent 4623402), which is obtained in a combustion mode. The method for obtaining it includes grinding to a dispersion of 0.01-2 mm at least one alloy containing 30-70 wt. % of a metal selected from the group: Al, Ti, Zr, Nb, Ta, Cr, Mo, V; local initiation of combustion in the alloy powder in a nitrogen environment at a pressure of 0.1-100 MPa and a temperature of 1420-1820 °C. In this mode, melting of iron group metals and formation of nitrides of metals of groups III-VII of the Periodic Table of Elements are ensured. The use of alloys containing a significant amount of iron group metals that melt at relatively low temperatures and do not form refractory nitrides provides the resulting material with a density of 5.1-6.59 g/ cm3 , porosity up to 30%, and a relatively low nitrogen content - up to 14 wt.%. Such indicators contribute to an increase in its consumption and dissolution time in steel when used as alloying additives.
По мнению авторов, получение достаточно прочного продукта возможно, если в зоне горения присутствует жидкая фаза. Кроме того, высокое содержание азота и равномерное распределение нитридов по всему объему возможно, если в качестве исходных компонентов использовать сплавы с металлами группы железа. Описанный способ обеспечивает получение легирующего материала с хромом (до 64 мас. %), причем агломерация продукта происходит по жидкофазному механизму и обуславливается образованием прослоек из расплава металла группы железа. Однако содержание в нем азота не превышает 11,9 мас. %, так как при температуре послойного горения устойчивым является только полунитрид хрома (Cr2N). После того, как в зоне горения частицы нитридов обволакиваются пленкой расплавленного металла группы железа, прекращается доступ азота к частицам полунитрида хрома и насыщение хрома азотом прекращается. Получение по предлагаемому способу мононитрида хрома не представляется возможным, что ограничивает количественное введение в материал азота.According to the authors, it is possible to obtain a sufficiently strong product if a liquid phase is present in the combustion zone. In addition, a high nitrogen content and uniform distribution of nitrides throughout the volume are possible if alloys with iron group metals are used as initial components. The described method ensures the production of an alloying material with chromium (up to 64 wt. %), with the product agglomerating by a liquid-phase mechanism and caused by the formation of layers of molten iron group metal. However, the nitrogen content in it does not exceed 11.9 wt. %, since only chromium seminitride (Cr 2 N) is stable at the temperature of layer-by-layer combustion. After the nitride particles in the combustion zone are enveloped by a film of molten iron group metal, nitrogen access to the chromium seminitride particles ceases and the saturation of chromium with nitrogen ceases. It is not possible to obtain chromium mononitride by the proposed method, which limits the quantitative introduction of nitrogen into the material.
Известен способ получения азотированного материала на основе хрома, в котором хром, феррохром, или другой сплав размалывают до порошкообразного состояния с последующим азотированием в вакуумной печи при температуре 700-1100°С и давлении 0,1 МПа до образования целевого продукта с содержанием 10-20 мас. % азота (Патент Японии 62-112771).A method for producing nitrided chromium-based material is known, in which chromium, ferrochrome, or another alloy is ground to a powder state, followed by nitriding in a vacuum furnace at a temperature of 700-1100°C and a pressure of 0.1 MPa until the formation of a target product containing 10-20 wt.% nitrogen (Japanese Patent 62-112771).
Описанный способ, выбранный в качестве прототипа, отличают высокий расход электроэнергии, длительность процесса, необходимость использования дорогостоящего оборудования. Он также характеризуется низкой производительностью из-за низкого давления, обуславливающего малую скорость азотирования и уменьшение скорости азотирования в зависимости от толщины слоя порошка. Содержание азота в целевом продукте зависит в значительной степени от дисперсности исходного порошка. Как следует из приведенной авторами дифрактограммы продукта, последний содержит мононитрид и полунитрид хрома при массовом соотношении 1:0,8, что ограничивает введение азота до 20 мас. %. Невысокое содержание в продукте мононитрида хрома приводит к заметному снижению температуры жидкой стали при введении данного материала из-за значительных затрат энергии на выделение азота из полунитрида хрома. При спекании получают материал с низкой пористостью и неравномерным распределением нитридных фаз по его объему, что затрудняет растворимость материала в стали и ухудшает распределение в последней азота. По данному способу ограничены размеры (50-100 мм) получаемого материала из-за влияния на степень азотирования толщины засыпки.The described method, selected as a prototype, is characterized by high power consumption, duration of the process, and the need to use expensive equipment. It is also characterized by low productivity due to low pressure, which causes a low nitriding rate and a decrease in the nitriding rate depending on the powder layer thickness. The nitrogen content in the target product depends largely on the dispersion of the initial powder. As follows from the diffraction pattern of the product provided by the authors, the latter contains chromium mononitride and seminitride at a mass ratio of 1:0.8, which limits the introduction of nitrogen to 20 wt. %. The low content of chromium mononitride in the product leads to a noticeable decrease in the temperature of liquid steel when introducing this material due to significant energy costs for the release of nitrogen from chromium seminitride. During sintering, a material with low porosity and uneven distribution of nitride phases throughout its volume is obtained, which complicates the solubility of the material in steel and worsens the distribution of nitrogen in the latter. This method limits the dimensions (50-100 mm) of the resulting material due to the influence of the backfill thickness on the degree of nitriding.
В основу изобретения положена задача создать способ азотированного спеченного материала на основе нитридов хрома и алюминия путем подбора соответствующих условий процесса азотирования, обеспечивающих материалу требуемые свойства при минимальных энергозатратах.The invention is based on the task of creating a method for nitrided sintered material based on chromium and aluminum nitrides by selecting appropriate conditions for the nitriding process, providing the material with the required properties with minimal energy consumption.
Задача решается тем, что предлагается способ получения азотированного спеченного материала на основе нитридов хрома и алюминия, включающий азотирование порошкообразного материала, содержащего хром, азотом, Проводят азотирование порошкообразного материала, содержащего 65,0-97,0 мас. %. хрома и 3-35 мас. %. алюминия, при давлении 1-16 МПа путем осуществления его послойного горения в интервале температур 1300-2100°С с образованием спеченного материала на основе нитридов хрома и алюминияThe problem is solved in that a method is proposed for producing a nitrided sintered material based on chromium and aluminum nitrides, including nitriding a powdered material containing chromium with nitrogen. Nitriding of a powdered material containing 65.0-97.0 wt. % chromium and 3-35 wt. % aluminum is carried out at a pressure of 1-16 MPa by carrying out its layer-by-layer combustion in the temperature range of 1300-2100 °C with the formation of a sintered material based on chromium and aluminum nitrides.
Также в качестве упомянутого порошкообразного материала используют смесь порошков хрома и алюминия, либо порошок сплава хрома с алюминием с размером частиц менее 1 мм.Also, a mixture of chromium and aluminum powders, or a powder of chromium-aluminum alloy with a particle size of less than 1 mm, is used as the mentioned powder material.
Предлагаемый способ отличается низкими энергозатратами, поскольку процесс азотирования протекает от 0,2 до 1 часа ввиду его высокой скорости без использования электроэнергии. Регулируя условия процесса и состав порошкообразного материала содержащего хром, способ позволяет регулировать свойства материала в соответствии с заданным комплексом физико-механических свойств. Он обеспечивает за счет формирования соответствующего фазового состава максимально возможное введение азота и равномерное его распределение по объему материала.The proposed method is characterized by low energy consumption, since the nitriding process takes from 0.2 to 1 hour due to its high speed without using electric power. By adjusting the process conditions and the composition of the powdered material containing chromium, the method allows adjusting the properties of the material in accordance with a given set of physical and mechanical properties. It ensures, due to the formation of the appropriate phase composition, the maximum possible introduction of nitrogen and its uniform distribution throughout the volume of the material.
Использование хрома в количестве менее 65 мас. % и алюминия более 35 мас. % нежелательно из-за низкого содержания в материале нитридов хро хрома, а также азота, и низкой пористости целевого продукта. Такой материал невозможно использовать в качестве легирующей добавки.The use of chromium in quantities less than 65 wt. % and aluminum in quantities greater than 35 wt. % is undesirable due to the low content of chromium nitrides and nitrogen in the material and the low porosity of the target product. Such material cannot be used as an alloying additive.
При введении алюминия обеспечиваются оптимальные условия процесса горения хрома и алюминия. Названная дисперсность порошкообразного материала, содержащего хром обеспечивает наиболее благоприятные условия протекания процесса азотирования в режиме горения. Дисперсность частиц менее 0,01 мм приведет к большому содержанию кислорода в целевом продукте.When introducing aluminum, optimal conditions for the combustion process of chromium and aluminum are provided. The said dispersion of the powdered material containing chromium provides the most favorable conditions for the nitriding process in the combustion mode. Particle dispersion of less than 0.01 mm will lead to a high oxygen content in the target product.
Подбор условий азотирования порошкообразного материала, содержащего хром, были выполнены экспериментально. Порошкообразного материала, содержащий хром, помещают в среду избытком азота, поддерживая давление 1-16 МПа. С помощью металлической спирали в порошке локально инициируют процесс послойного горения. Азот, фильтруясь через порошкообразный материал, содержащий хром, за счет перепада давления в окружающем объеме и в зоне реакции начинает интенсивно взаимодействовать в зоне горения с последним, образуя полунитрид хрома. Температура в зоне горения повышается до 1300-2100°С из-за выделения тепла реакции азотирования. Образования мононитрида хрома при такой температуре не происходит. Необходимым условием на этой стадии азотирования является поддержание давления 1-16 МПа. Давление ниже 1 МПа замедляет скорость реакции азотирования и тепловыделения. При давлении выше 16 МПа увеличение содержания азота в материале не происходит, а технические трудности осуществления процесса резко возрастают. Повышенное давление 1-16 МПа обеспечивает быстрое протекание реакции. Время выдержки твердой фазы при высокой температуре (1300-2100°С) незначительно, так что полунитридная фаза не успевает спечься настолько, чтобы создать затруднения для доступа азота.The selection of conditions for nitriding the powdered material containing chromium was performed experimentally. The powdered material containing chromium is placed in an environment with excess nitrogen, maintaining a pressure of 1-16 MPa. Using a metal spiral, the process of layer-by-layer combustion is locally initiated in the powder. Nitrogen, filtering through the powdered material containing chromium, due to the pressure difference in the surrounding volume and in the reaction zone, begins to intensively interact with the latter in the combustion zone, forming chromium seminitride. The temperature in the combustion zone increases to 1300-2100 °C due to the release of heat of the nitriding reaction. Formation of chromium mononitride does not occur at this temperature. A necessary condition for this stage of nitriding is maintaining a pressure of 1-16 MPa. Pressure below 1 MPa slows down the rate of the nitriding reaction and heat release. At a pressure above 16 MPa, the nitrogen content in the material does not increase, and the technical difficulties of implementing the process increase sharply. Increased pressure of 1-16 MPa ensures rapid reaction. The holding time of the solid phase at high temperature (1300-2100°C) is insignificant, so the semi-nitride phase does not have time to sinter so much as to create difficulties for nitrogen access.
Пористость образующейся фазы такая, что проницаемость ее для азота на последующем этапе азотирования, то есть при выдерживании в интервале температур 1190-800°С достаточно высока. Следует отметить, что на процесс горения также влияет состав порошкообразного материала, содержащего хром, и его дисперсность.The porosity of the resulting phase is such that its permeability for nitrogen at the subsequent stage of nitriding, i.e. when maintained in the temperature range of 1190-800°C, is quite high. It should be noted that the combustion process is also affected by the composition of the powdered material containing chromium and its dispersion.
Порошкообразный материал, содержащий хром, может быть получен любым способом: измельчением, электролизом, распылением, осаждением, конденсацией из пара и другими известными способами.The powder material containing chromium can be obtained by any method: grinding, electrolysis, spraying, precipitation, condensation from steam and other known methods.
Предлагается использовать порошкообразный материала, содержащий 65-97,0 мас. %. хрома. Использование в качестве упомянутого порошкообразного материала смеси хрома с алюминием или хромалюминиевого сплава с определенным их соотношением позволяет получать предлагаемым способом азотированный спеченный материал, содержащий мононитрид и полунитрид хрома и нитрид алюминия с содержанием азота до 25 мас. %.It is proposed to use a powdered material containing 65-97.0 wt. % chromium. The use of a mixture of chromium with aluminum or a chromium-aluminum alloy with a certain ratio as the said powdered material makes it possible to obtain, by the proposed method, a nitrided sintered material containing chromium mononitride and seminitride and aluminum nitride with a nitrogen content of up to 25 wt. %.
Алюминий, являясь легкоплавким металлом, образует тугоплавкий нитрид, появление которого в зоне горения происходит достаточно быстро, вследствие чего он не успевает растечься по порам. Проницаемость полунитрида хрома не ухудшается.Aluminum, being a low-melting metal, forms a refractory nitride, the appearance of which in the combustion zone occurs quite quickly, as a result of which it does not have time to spread through the pores. The permeability of chromium seminitride does not deteriorate.
В то же время алюминий повышает экзотермичность порошкообразного материала, содержащего хром, увеличивает скорость горения, что сокращает продолжительность процесса. При введении получаемого материала в сталь нитрид алюминия растворяется с выделением азота, а алюминий способствует ее раскислению.At the same time, aluminum increases the exothermicity of the powdered material containing chromium, increases the combustion rate, which reduces the duration of the process. When the resulting material is introduced into steel, aluminum nitride dissolves with the release of nitrogen, and aluminum promotes its deoxidation.
При увеличении содержания алюминия в исходном материале свыше 35 мас. % не происходит полного превращения алюминия в нитрид в зоне горения. Несгоревший алюминий растекается по порам полунитрида хрома, резко уменьшает его проницаемость для азота, что не позволяет получить целевой продукт с высоким содержанием нитрида хрома и с высокой пористостью.When the aluminum content in the source material increases above 35 wt. %, aluminum does not completely transform into nitride in the combustion zone. Unburned aluminum spreads through the pores of chromium seminitride, sharply reducing its permeability to nitrogen, which does not allow obtaining the target product with a high content of chromium nitride and high porosity.
Полученный полунитрид остывает в тех же условиях (давление 1-16 МПа, избыток азота), причем изменения фазового состава не наблюдается. Время остывания очень непродолжительно и составляет 0,005-5 секунд. Превращение полунитрида хрома в мононитрид хрома начинается с температуры 1190°С, которая приблизительно соответствует температуре его диссоциации. На этой стадии азотирования продолжают (при давлении 1-16 МПа) поддерживать избыток азота, интенсивно поглощаемого полунитридом хрома. Высокая пористость последнего обеспечивает поступление достаточного количества азота к поверхностям реагирующих частиц, что обеспечивает практически полное его превращение в целевой продукт.The resulting seminitride cools down under the same conditions (pressure 1-16 MPa, excess nitrogen), and no change in the phase composition is observed. The cooling time is very short and is 0.005-5 seconds. The transformation of chromium seminitride into chromium mononitride begins at a temperature of 1190°C, which approximately corresponds to the temperature of its dissociation. At this stage of nitriding, they continue (at a pressure of 1-16 MPa) to maintain an excess of nitrogen, which is intensively absorbed by chromium seminitride. The high porosity of the latter ensures the supply of a sufficient amount of nitrogen to the surfaces of the reacting particles, which ensures its almost complete transformation into the target product.
Одновременно с образованием нитрида хрома за счет низкой плотности нитридных фаз, при температуре 1190-800°С происходит процесс их спекания. Спекание происходит по твердофазному механизму, так как нитриды хрома при этих температурах не плавятся. При температуре ниже 800°С формирование фазового состава образующегося материала прекращается. В результате происходит образование целевого продукта с содержанием азота 17-25 мас. %, то есть практически равным максимально возможному содержанию. Пористость его составляет 30-60%, предел прочности на сжатие 5-50 МПа, плотность до 3,5 кг/м3. Этот комплекс свойств делает его незаменимым в качестве легирующей добавки при выплавке стали.Simultaneously with the formation of chromium nitride due to the low density of nitride phases, at a temperature of 1190-800°C, the process of their sintering occurs. Sintering occurs by a solid-phase mechanism, since chromium nitrides do not melt at these temperatures. At a temperature below 800°C, the formation of the phase composition of the resulting material ceases. As a result, the target product is formed with a nitrogen content of 17-25 wt. %, i.e. almost equal to the maximum possible content. Its porosity is 30-60%, the compressive strength limit is 5-50 MPa, the density is up to 3.5 kg/m3. This set of properties makes it indispensable as an alloying additive in steel smelting.
Лучший вариант осуществления изобретения.The best embodiment of the invention.
Порошок, содержащий 97,0 мас. % хрома, остальное алюминий и примеси, дисперсностью меньше 80 мкм засыпают в металлический тигель и устанавливают в герметичный реактор. Реактор заполняют азотом до давления 12 МПа. При помощи электроспирали инициируют реакцию горения хрома с азотом, при этом за счет выделяющегося тепла происходит нагрев хрома, что приводит к ускорению реакции и распространению зоны горения по слою хрома. Температура горения 1400°С, скорость распространения фронта горения 1,1 мм/сек.Powder containing 97.0 wt. % chromium, the rest being aluminium and impurities with a dispersion of less than 80 μm is poured into a metal crucible and placed in a sealed reactor. The reactor is filled with nitrogen to a pressure of 12 MPa. Using an electric coil, the combustion reaction of chromium with nitrogen is initiated, and due to the heat released, the chromium is heated, which leads to acceleration of the reaction and spread of the combustion zone over the chromium layer. The combustion temperature is 1400°C, the speed of propagation of the combustion front is 1.1 mm/sec.
Образовавшийся полунитрид хрома остывает в избытке азота при давлении 12 МПа в течение 5 секунд. При температуре 1190°С полунитрид хрома начинает взаимодействовать с азотом, уменьшая его содержание в реакторе. Поэтому в интервале тем-ператур1190-800°С, то есть при формировании мононитрида хрома, необходимо обеспечивать подачу азота и поддерживать давление 12 МПа. При достижении температуры 800°С формирование целевого продукта заканчивается, сбрасывается давление азота в реакторе.The resulting chromium seminitride cools in excess nitrogen at a pressure of 12 MPa for 5 seconds. At a temperature of 1190°C, chromium seminitride begins to interact with nitrogen, reducing its content in the reactor. Therefore, in the temperature range of 1190-800°C, i.e. during the formation of chromium mononitride, it is necessary to ensure the supply of nitrogen and maintain a pressure of 12 MPa. Upon reaching a temperature of 800°C, the formation of the target product is completed, and the nitrogen pressure in the reactor is released.
Полученный азотированный спеченный материал на основе хрома, состоит из мононитрида и полунитрида хрома. Содержание азота 19,1 мас. %, пористость 50%, прочность на сжатие 25 МПа, плотность 3,05 г/см3, равномерное распределение азота по объему.The obtained nitrided sintered material based on chromium consists of chromium mononitride and seminitride. Nitrogen content is 19.1 wt. %, porosity is 50%, compressive strength is 25 MPa, density is 3.05 g/cm3, and nitrogen is uniformly distributed throughout the volume.
Ниже в таблицах 1-3 приведены другие примеры получения материала, согласно изобретению.Below in tables 1-3 other examples of obtaining material according to the invention are given.
Промышленная применимость. Предлагаемый азотированный спеченный материал на основе нитридов хрома и алюминия найдет применение в черной металлургии в качестве легирующей добавки при выплавке нержавеющей стали и других марок азотсодержащих сталей с хромом.Industrial applicability. The proposed nitrided sintered material based on chromium and aluminum nitrides will find application in ferrous metallurgy as an alloying additive in the smelting of stainless steel and other grades of nitrogen-containing steels with chromium.
Claims (4)
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2022112171A RU2022112171A (en) | 2023-11-07 |
| RU2830084C2 true RU2830084C2 (en) | 2024-11-12 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2506335A1 (en) * | 1981-05-25 | 1982-11-26 | Univ Tomsky | METALLIC COMPOSITION BASED ON METALS OF THE VII-GROUP AND METAL NITRIDES OF GROUPS III-VII AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME |
| RU2296705C1 (en) * | 2005-07-18 | 2007-04-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Method of production of the powders of the chemical elements nitrides |
| RU2331691C2 (en) * | 2006-06-21 | 2008-08-20 | Егор Васильевич Рощин | Method of producing nitrated ferroalloys and addition alloys |
| RU2395611C2 (en) * | 2008-04-28 | 2010-07-27 | Мансур Хузиахметович Зиатдинов | Nitrogen containing alloy for steel alloying and procedure for its production |
| 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 |
| RU2531179C1 (en) * | 2013-03-28 | 2014-10-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук | Method of obtaining aluminium nitride in burning mode |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2506335A1 (en) * | 1981-05-25 | 1982-11-26 | Univ Tomsky | METALLIC COMPOSITION BASED ON METALS OF THE VII-GROUP AND METAL NITRIDES OF GROUPS III-VII AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME |
| RU2296705C1 (en) * | 2005-07-18 | 2007-04-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Method of production of the powders of the chemical elements nitrides |
| RU2331691C2 (en) * | 2006-06-21 | 2008-08-20 | Егор Васильевич Рощин | Method of producing nitrated ferroalloys and addition alloys |
| RU2395611C2 (en) * | 2008-04-28 | 2010-07-27 | Мансур Хузиахметович Зиатдинов | Nitrogen containing alloy for steel alloying and procedure for its production |
| 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 |
| RU2531179C1 (en) * | 2013-03-28 | 2014-10-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук | Method of obtaining aluminium nitride in burning mode |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5269830A (en) | Process for synthesizing compounds from elemental powders and product | |
| WO2006005150A1 (en) | Processes for production of foamed aluminum bodies from coated aluminum powder | |
| US3833361A (en) | Method for adding special elements to molten pig iron | |
| JPH06502691A (en) | metal base alloy | |
| US4623402A (en) | Metal composition and process for producing same | |
| RU2830084C2 (en) | Method of producing nitrated sintered material based on chromium and aluminum nitrides | |
| RU2462526C1 (en) | Method to obtain nitrogen-containing ligature | |
| RU2244025C2 (en) | Sintered agglomerates and method for producing the same | |
| RU2341578C2 (en) | Method of receiving of nitrogen-bearing alloy for steel alloying and nitrogen-bearing alloy for steel alloying | |
| EP1281780A1 (en) | Method of grain refining cast magnesium alloy | |
| US3937630A (en) | Method for producing iron-base sintered alloys with high density | |
| Lobachevskii et al. | Method for preparing an efficient master alloy for steel boriding | |
| RU2032496C1 (en) | Method of obtaining aluminides of transition metals | |
| RU2263089C1 (en) | Method of production of a composite material | |
| RU2469816C2 (en) | Method of producing alloy | |
| US2874038A (en) | Method of treating molten metals | |
| RU2395611C2 (en) | Nitrogen containing alloy for steel alloying and procedure for its production | |
| RU2739898C1 (en) | Method of producing composite metal alloy containing titanium carbide | |
| RU2798491C1 (en) | Method for producing a composite alloy based on chromium nitrides | |
| RU2639258C2 (en) | Addition alloy production method for steel boronizing | |
| RU2365467C2 (en) | Method of obtaining boron alloying alloy for alloying of steel | |
| RU2813569C1 (en) | Method of producing composite material based on silicon nitride | |
| Bokhonov et al. | Application of mechanical alloying and self-propagating synthesis for preparation of stable decagonal quasicrystals | |
| RU2590772C1 (en) | Method for production of aluminium cast iron | |
| RU2829233C1 (en) | Method of producing nitrogen-containing chromium-based ligatures |