钒以钒铁、钒的化合物和金属钒的开工广泛应用于冶金、航空、化工、电子等工业部门。钒以其超强的晶粒细化和沉淀强化作用,已经成为高强钢的首选合金添加元素。因为钒和氮的结合比钒和碳的结合更加稳固,更加分散,从而加强了钒的沉淀强化和晶粒细化的效果,故钒的存在使得氮不再是力图去除的有害元素,而是希望增加的有益元素。氮化钒作为一种有效、经济的合金添加剂,已为广大的钢铁企业及用户所接受,虽然我国在氮化钒的开发及应用上起步都较晚,但因丰富的钒资源和钢铁生产与使用的大国身份,将氮化钒作为微合金钢的首选合金添加剂势在必行。随着氮化钒的广泛应用,越来越多的含钒、氮高强钢种会出现,我们在大量应用氮化钒的同时,也应该加大氮化钒产品的开发力度。 热力学分析表明,钒氧化物被碳还原的顺序为V2O5到V2O4、V2O4到V2O3、V2O3到VO、VO到V(或VC),且还原反应是逐步进行的,实际反应过程中忽略V2O3、V2O4的还原,而只考虑VO、V2O5的还原。在实验条件下,碳、氢气都可以对钒的氧化物进行还原,且还原温度都在较大程度上受气相压力的影响。V2O5在其熔点温度以下可还原为高熔点的低价钒氧化物;氮化后形成的VN在高温下会转化为VC。在不同的气氛条件下,钒氧化物的还原过程不同,在氮气气氛下,有利于还原反应的进行。 通过对不同温度下的还原氮化产物的X衍射分析和不同气氛下的热重曲线分析,初步确定了各步还原反应及氮化反应的温度范围。在1450K左右,四步还愿反应最快,而在1420K时,氮化反应达到最大速度。动力学分析得到各步还原反应的活化能数值表明,一步还原反应最易,二步和三步还原反应次之,而四步还原反应最难。氮化反应的活化能为364.6KJ/mol,界于三步还原反应和四步还原反应活化能之间。 在其它条件相同的情况下的烧后产物中,配碳系数(L)越高,则碳含量越高,氧含量越低,氮含量在配碳系数为0.33时出现最大值;不同的还原氮化温度(A)实验表明,1300℃时的烧后产物氮含量最高。采用四因素三水平的正交实验的方法,得出了氮化钒制备过程中,还原氮化温度对失重率影响最大,共磨时间(S)和还原氮化温度对碳含量影响最大,还原氮化时间(T)和共磨时间对氮含量影响最大,还原氨化时间和配碳系数对氧含量影响最大,还原氮化温度对钒含量影响最大。