【摘 要】
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钒及钒化合物在钢铁冶金领域中,具有极其广泛的用途。钢中的碳、氮元素与钒相结合以钒的碳化物与氮化物形式被析出,碳化钒和氮化钒具有细化钢组织以及晶粒的作用,提高钢的强度,以钒氧化物为原料制备碳氮化钒,改善钢的韧性、耐磨性、塑性以及耐腐性等性能。因此,在钢中得到广泛应用。本文采用高温真空碳热还原氮化法,以五氧化二钒为原料,焦炭为还原剂,在一定的真空度和氮气气氛条件下,制备碳氮化钒。通过碳氮化钒热力学基础
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钒及钒化合物在钢铁冶金领域中,具有极其广泛的用途。钢中的碳、氮元素与钒相结合以钒的碳化物与氮化物形式被析出,碳化钒和氮化钒具有细化钢组织以及晶粒的作用,提高钢的强度,以钒氧化物为原料制备碳氮化钒,改善钢的韧性、耐磨性、塑性以及耐腐性等性能。因此,在钢中得到广泛应用。本文采用高温真空碳热还原氮化法,以五氧化二钒为原料,焦炭为还原剂,在一定的真空度和氮气气氛条件下,制备碳氮化钒。通过碳氮化钒热力学基础,对五氧化二钒直接还原制备碳氮化钒工艺优化进行分析,对配碳系数、反应温度、反应时间、氮气流量、压力大小等影响因素进行试验研究,通过研究得出以下结论:（1）通过五氧化二钒还原过程的热力学分析计算以及采用Fact Sage软件对其进行理论计算模拟,结果表明:碳化钒的氮化反应是逐级进行的,碳氮化钒的的反应过程为:V2O5→V2O4→V2O3→VC→VCN,根据热力学研究,V2O3发生碳化反应时,直接还原成VC,理论温度为1375K,发生氮化反应得到VCN,理论氮化温度为1540K,由于CO分压与N2分压的影响,五氧化二钒在制备碳氮化钒的试验过程中,气体分压会影响反应温度。试验碳化温度为1173K,氮化温度为1723K～1823K,在其他条件不变的情况下,反应最佳温度为1753K。（2）通过对制备碳氮化钒工艺参数:配碳系数、试样压力、反应温度、反应时间和氮气流量的优化以及分析,对产物XRD成分检测。随着配碳量的增加,钒含量、氮含量均先增加后降低,最佳配碳系数为35%,;随着温度的升高,钒含量、氮含量均先增加后降低,最佳反应温度在1753K;随着反应时间的增加,钒含量、氮含量先增加后趋于平缓,最佳反应时间为180min;随着氮气流量的增大,钒含量逐渐上升、氮含量先增加后降低,最佳氮气流量为300sccm;随着压力的增大,钒含量、氮含量持续上升,最佳压样压力为20MPa。（3）通过对五氧化二钒直接还原制备碳氮化钒工艺优化试验研究,得到碳氮化钒产品含量为V75.55%、N13.91%、C4.96%。
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