碳化钒与氮化钒
碳化物硬度排名
碳化物的硬度因其种类和晶体结构的不同而有所差异。
下面列出了一些常见的碳化物，并根据其硬度进行了大致的排名。
但请注意，硬度值可能会受到多种因素的影响，如制备条件、颗粒大小、结晶度等，因此这里提供的排名仅供参考。
1.碳化钨（WC）：碳化钨是一种非常硬的碳化物，具有很高的熔点和硬度。
它通常用于制造切削工具、磨料和耐磨零件等。
在碳化物中，碳化钨的硬度名列前茅。
2.碳化钛（TiC）：碳化钛也是一种硬度很高的碳化物，具有良好的耐磨性和化学稳定性。
它常用于制造切削刀具、涂层和耐磨材料等。
碳化钛的硬度略低于碳化钨。
3.碳化硅（SiC）：碳化硅是一种非常硬的陶瓷材料，具有很高的热稳定性和化学稳定性。
它常用于制造高温结构材料、磨料和陶瓷零件等。
碳化硅的硬度在碳化物中也属于较高水平。
4.碳化钒（VC）：碳化钒是一种较硬的碳化物，具有良好的耐磨性和抗腐蚀性。
它常用于制造切削刀具、耐磨涂层和硬质合金等。
碳化钒的硬度略低于碳化钛和碳化钨。
5.碳化铬（Cr3C2）：碳化铬是一种较硬的碳化物，具有一定的耐磨性和抗腐蚀性。
它常用于制造耐磨涂层、陶瓷
材料和高温结构材料等。
碳化铬的硬度在碳化物中属于中等水平。
需要注意的是，这里列出的碳化物并不是全部，还有其他种类的碳化物也具有不同的硬度特性。
此外，碳化物的硬度还可能受到其纯度、晶体结构和颗粒大小等因素的影响。
因此，在选择碳化物材料时，需要综合考虑其硬度、耐磨性、抗腐蚀性以及其他性能指标。
钒的物化性质
钒--碳系中只有V2C和VC两个中间相在1320℃以上的温度下稳定，两种碳化钒均系非化学计量化合物，其物理性能均与其实际组成有依赖关系。
一、钒的物理性质
钒属于元素周期表第VB族。它与其他VB族金属一样，具有体心立方结构，没有任何晶型变化，致密钒的外观呈浅灰色，熔点较高，在冶金分类上与同一副族的铌和钽同属于稀有高熔点金属。琪硬度和抗拉强度极限与加工和热处理状况及杂质含量有密切关系。纯钒具有良好的可塑性，在常温下可轧成片、箔和拉成丝。少量的杂质，特别是碳、氧、氮和氢等间隙元素，可使钒的可塑性降低，硬度和脆性增加。
不同价态的钒离子在酸性溶液中具有不同的颜色。因此，可以根据离子的颜色和颜色的深浅初步鉴别酸性溶液中钒离子的价态和离子浓度。
室温下金属钒较稳定，不与空气、水和碱作用，也能耐稀酸。高温下，金属钒很容易与氧化氮作用。当金属钒在空气中加热时，钒氧化成棕黑色的三氧化二钒、铁红色的四氧化二钒，并最终成为桔黄色的五氧化二钒。钒在氮气中加热至900~1300℃会生成氮化钒。钒与碳在高温下可生成碳化钒，但碳化反应必须在真空中进行。当钒在真空下或惰性气氛中与硅、硼、磷、砷一同加热时，可形成相应的硅化物、硼化物、磷化物和砷化物。
3、3、2、钒酸铵
偏钒酸铵在钒的湿法冶金中占有重要地位。偏钒酸铵为白色或微黄色的晶体粉末，微溶于水和氨水，难溶于冷水。它在不同温度下在水中溶解度也不尽相同。
当水溶液中有铵盐存在时，因共同离子效应，偏钒酸铵的溶解度下降。这一现象在钒的湿法冶金中被广泛应用。偏钒酸铵在常温下稳定，加热时易分解。它在空气中的分解反应为：
3、3、钒酸盐
通常说的钒酸盐多指含（V）V的钒酸盐。钒酸盐分偏矾酸盐MVO3、正钒酸盐M3VO4、和焦钒酸盐M4V2O7，式中M代表一价金属。Bi、Ca、Cd、Cr、Co、Cu、Fe、Pb、Mg、Mn、Ni、K、Ag、Na、Sn和Zn均能生成钒酸盐。碱金属和镁的偏矾酸盐可溶于水，得到的溶液呈淡黄色。其他金属的钒酸盐不大能溶于水。
氮化钒合金生产(钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金-碳氮化钒-钒电池)讲解
氮化钒合金生产（钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金-碳氮化钒-钒电池）原创邹建新崔旭梅李俊翰教授等1 产品性能及用途碳化钒、氮化钒可用于结构钢、工具钢、管道钢、钢筋、普通工程钢以及铸铁中，是两种重要的钒合金添加剂。
钒产量的80％-90％用于钢铁工业，其主要原因是钒同碳、氯反应形成耐熔性碳、氮化物，根据钢的成分和钢处理过程的温度情况，这些化合物在钢中能起沉淀硬化和晶粒细化的作用。
因此，碳化钒、氮化钒合金在钒钢生产中起着日趋重要的作用。
已有的研究表明：碳化钒、氯化钒添加于钢中能提高钢的耐磨性、耐腐性、韧性、强度、延展性和硬度以及抗热疲劳性等综合力学性能，并使钢具有良好的可焊接性能，而且能起到消除夹杂物延伸等作用。
尤其是在高强度低合金钢中，氮化钒中含有碳，比碳化钒更有利于促进富氮的碳、氯化钒的析出，从而更有效地强化和细化晶粒，节约含钒原料，降低生产成本。
另外，碳化钒还可作为制取金属钒的原料。
由于氮化钒与碳化钒在制造上存在较大难度，尚处于发展阶段，目前只有美国、南非、中国等可以生产，国内仍处于进一步研发阶段。
氮化钒又称“NITROVAN”，是一种既含钒，又含氮和碳的复合合金，是一种优良的炼钢添加剂。
氮化钒铁通过细化晶粒和沉淀强化作用，大幅度提高钢的强度和改善钢的韧性等综合特性；加入氮化钒铁的钢筋具有成本低、性能稳定、强度波动小、冷弯、焊接性能优良、基本无时效等特点；加入氮化钒铁无需改变国内钢铁企业目前II级螺纹钢的生产工艺，对控温、控轧无特殊要求，尤其适合我国钢铁企业在现有生产设备和工艺条件下，迅速实现螺纹钢产品由Ⅱ级向Ⅲ级、Ⅳ级乃至Ⅴ级螺纹钢的升级换代。
氮化钒铁还广泛应用与薄板坯连铸连轧高强度带钢、非调质钢、高强度H型钢、高速工具钢、高强度管线钢等产品中，是通过微合金化提高钢的强度，改善和提高钢的韧性等综合性能的一条经济有效途径。
碳化钒熔点高、化学性能稳定性好，主要用来制造金属陶瓷、耐热合金和硬质合金。
钒(V)(合金化)
钢中存在的碳化钒为NaCI(BI)型面心立方结构的间隙相,其中的间隙原子(特别是碳原子)常会发生一定程度的缺位,使其化学组成式中碳的系数小于1, 氮化钒中由于氮原子缺位很少,可认为是VN.氮化钒的形成温度仅稍高于低碳钢的Ac3温度,一般来说也能用来控制奥氏体的再结晶,但高碳钢的情况例外,因为它的转变温度较低。
当然,在控制正火钢的晶粒长大方面,氮化钒确实起到了一定的作用。
但是钒的主要作用是通过在铁素体中的沉淀析出,来增加钢的强度,它可使钢的强度增加150 MPa以上。
钒的这种效果,在轧材中显得尤为重要。
钒在低合金高强度钢中的第二个作用就是它对钢转变特性的影响。
钒不象铌,也不象除了硅以外的大多数其它合金元素,至少当其单独加入时,并不抑制铁素体的形成,相反,它却加速珠光体的形成。
钒的这种特性在焊接件中尤其重要,因为它促进了焊接热影响区(HAZ)中奥氏体晶界上铁素体的形成,当然也包括晶粒内铁素体的形成,而这些将增加HAZ的韧性。
钒能促进珠光体的形成,还能细化铁素体板条.钒象大多数溶质合金一样能抑制贝氏体的形成。
因此,如果它是溶解而不是以碳化钒和氮化钒的形式沉淀析出,则可用来增加淬透性,这可以通过高温淬火获得,尽管这往往不实用或不经济。
在少量钼存在的情况下,钒的溶解度将会增加研究发现,V的溶解温度较低!溶解度大,在常规的加热温度下V很容易全部固溶在钢中,因此在冷却过程中,钒可以充分的与C!N结合,图1.8是微合金元素碳!氮化物的溶解度曲线,VN比VC的溶解度低,在高温奥氏体区可析出VN,阻止了奥氏体晶粒长大;在较低的温度下VC能在铁素体区析出,起到析出强化的作用v对推迟再结晶的影响较小,它可以提高钢的晶粒粗化温度,降低再结晶温度,扩大了奥氏体再结晶区的温度范围,因此V-N微合金钢可以采用高温奥氏体区的再结晶控制轧制,使奥氏体晶粒通过反复轧制得到细小的奥氏体颗粒,起到细化晶粒的作用"含V钢中,随着N含量增加,V(C,N)析出相的密度增大,颗粒尺寸减小,并且颗粒之间的距离也随着变小,也就是说析出反应的化学驱动力增加,导致形核率增大,沉淀效果提高,使强度增加形成VC的理想化学配比(4.24)V(C,N)析出的一个重要特征是:在同一个试样中,甚至同一晶粒内,析出模式多种多样[1,2]。
氮化钒合金生产(钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金-碳氮化钒-钒电池)资料
氮化钒合金生产（钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金-碳氮化钒-钒电池）原创邹建新崔旭梅李俊翰教授等1 产品性能及用途碳化钒、氮化钒可用于结构钢、工具钢、管道钢、钢筋、普通工程钢以及铸铁中，是两种重要的钒合金添加剂。
钒产量的80％-90％用于钢铁工业，其主要原因是钒同碳、氯反应形成耐熔性碳、氮化物，根据钢的成分和钢处理过程的温度情况，这些化合物在钢中能起沉淀硬化和晶粒细化的作用。
因此，碳化钒、氮化钒合金在钒钢生产中起着日趋重要的作用。
已有的研究表明：碳化钒、氯化钒添加于钢中能提高钢的耐磨性、耐腐性、韧性、强度、延展性和硬度以及抗热疲劳性等综合力学性能，并使钢具有良好的可焊接性能，而且能起到消除夹杂物延伸等作用。
尤其是在高强度低合金钢中，氮化钒中含有碳，比碳化钒更有利于促进富氮的碳、氯化钒的析出，从而更有效地强化和细化晶粒，节约含钒原料，降低生产成本。
另外，碳化钒还可作为制取金属钒的原料。
由于氮化钒与碳化钒在制造上存在较大难度，尚处于发展阶段，目前只有美国、南非、中国等可以生产，国内仍处于进一步研发阶段。
氮化钒又称“NITROVAN”，是一种既含钒，又含氮和碳的复合合金，是一种优良的炼钢添加剂。
氮化钒铁通过细化晶粒和沉淀强化作用，大幅度提高钢的强度和改善钢的韧性等综合特性；加入氮化钒铁的钢筋具有成本低、性能稳定、强度波动小、冷弯、焊接性能优良、基本无时效等特点；加入氮化钒铁无需改变国内钢铁企业目前II级螺纹钢的生产工艺，对控温、控轧无特殊要求，尤其适合我国钢铁企业在现有生产设备和工艺条件下，迅速实现螺纹钢产品由Ⅱ级向Ⅲ级、Ⅳ级乃至Ⅴ级螺纹钢的升级换代。
氮化钒铁还广泛应用与薄板坯连铸连轧高强度带钢、非调质钢、高强度H型钢、高速工具钢、高强度管线钢等产品中，是通过微合金化提高钢的强度，改善和提高钢的韧性等综合性能的一条经济有效途径。
碳化钒熔点高、化学性能稳定性好，主要用来制造金属陶瓷、耐热合金和硬质合金。
钒系列产品标准
产品名称：偏钒酸钾 英文名称：Potassium metavanadate 分子式：KVO 3 牌号 干基杂质含量≤（%） KVO 3≥%V 2O 5≥%Fe P S As KVO 3-A 98 KVO 3-B99注：如对产品质量有特殊要求，可根据客户要求生产。
1、包装：25kg 内衬塑料袋外纸板桶或按客户需求。
2、主要用途：化学试剂、催化剂、催干剂、媒染剂等，广泛用于釉料、化工触媒、高级陶瓷制品 等。
产品名称：偏钒酸铵 分子式：NH 4VO 3 化学成份：颜色：白色或淡黄色 状态：粉末晶体用途：主要用于化学试剂、催化剂、催干剂、媒染剂等。
在陶瓷工业上广泛用作釉料。
也可用于制取五氧化二钒。
化学成份：包装要求：偏钒酸铵：编织袋，内衬塑料袋，40公斤装。
产品名称：五氧化二钒 分子式：V 2O 5 化学成份： 牌号 含量 杂质含量（以V 2O 5为基准）不大于（%） SiFe P S As K+Na NH 4VO 3-ANH 4VO 3 ≥%NH 4VO 3-B NH 4VO 3 ≥99%牌号含量杂质含量（以V 2O 5为基准）不大于（%）Si Fe P S As K+NaV2O5-A V2O5≥98%（片状）V2O5-B V2O5≥98%（粉状）V2O5-C V2O5≥99% (粉状)V2O5-C V2O5≥%（粉状）颜色：砖红色状态：粉状或片状用途：主要用于生产钒铁、钒铝合金、氮化钒、碳化钒等钒制品，并作为特种钢、合金钢和不锈钢的添加原料；在合成氨工业中用于脱碳、脱硫；用做印染、玻璃制造业及陶瓷工业中的着色剂；制备硫酸和石油化工生产中的催化剂、缓蚀剂；制备各种钒化合物，用于生产化肥、尼龙等产品还可以用于做钒电池等广大领域。
化学成份：包装要求：2）五氧化二钒：采用编织袋、纤维板桶和复合袋三种，内衬塑料袋。
编织袋净重40公斤或1000公斤装，纤维板桶和复合袋净重25公斤装。
3）需方如有特殊要求可以协商。
国内外主要钒产品简介
国内外主要钒产品介绍1 钒矿物种类钒占地壳质量的0.02%，在自然界均以共生矿存在，含钒矿物有70多种。
其中，最重要的是钒钛磁铁矿和石煤矿（钒云母）。
2 钒产品分类由钒矿物通过各种生产工艺流程可以获得如下钒产品：①含钒铁水；②钒渣；③V2O5；④V2O3；⑤钒铁（FeV）；⑥钒氮合金（VN）；⑦金属钒；⑧VO2；⑨碳化钒；等。
几种钒产品的工艺流程关系：钒渣→除杂提纯→V2O5 →还原→ V2O3→还原→金属钒钒是一种高熔点难熔稀有金属，其主要产品形式有：五氧化二钒、三氧化二钒、钒铁、氮化钒等。
其中，五氧化二钒和三氧化二钒是实际生产中最主要的氧化钒，他们是制取诸如钒铁、氮化钒和碳化钒等后续钒制品的主要原料。
钒的产品分为初级产品、二级产品和三级产品。
初级产品包括含钒矿物，精矿、钒渣、报废的石油精炼的废催化剂，报废的触媒和其他残渣。
二级产品包括五氧化二钒，也可以是一种可用的工业产品，即生产硫酸的触媒和石油精炼用的催化剂。
三级产品包括钒铁、钒铝合金、钼钒铝合金、硅锰钒铁合金及钒化合物，其中钒铁是最重要的钒材料，它占钒消费量的85%。
3 钒产品的主要用途主要钒产品中，钒渣：作为生产V2O5的原料。
V2O5：生产V2O3、生产FeV、作为化工行业催化剂。
V2O3：生产FeV、作为化工行业催化剂。
FeV：作为合金元素大量应用于钢铁中，提高金属件的强度等性能，如重轨、飞机。
此外，钒还用在薄膜材料、电池材料领域。
总之，钒产品的两大主要用途是：在钢中作为合金强化剂、在化工行业作为催化剂。
钒工业的大致流程如图1。
图1 钒工业的基本流程4 钒产品术语（1）钒渣在转炉炼钢过程中往铁水中吹氧，使铁水中的金属钒氧化为V2O5，从而与铁水分离，形成V2O5品位较高的混合料，称为钒渣（vanadium slag）。
国内的钒渣几乎全部来自于攀钢、承钢的转炉铁水吹炼，其品位（V2O5含量）一般为16%～22%。
外形如图2。
（2）五氧化二钒以钒渣为原料，通过回转窑焙烧、浸取、提纯、熔化后获得的V2O5品位较高（＞90%）的物料，称为五氧化二钒（Vanadium pentoxide）。
碳化钒合金生产(钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金-碳氮化钒-钒电池)
碳化钒合金生产（钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金-碳氮化钒-钒电池）原创邹建新崔旭梅李俊翰教授等国内外碳化钒的制取方法主要有如下几种：（1）原料用V2O3及铁粉和铁磷,还原剂为碳粉，采用高温真空法生产碳化钒，通氩气或在真空炉内冷却；（2）原料为V2O5，在回转窑内还原生成VCxOy，再采用高温真空法生产碳化钒，通惰性气体冷却；（3）原料用V2O3或V2O5，还原剂用碳黑，在坩埚（或小回转窑）内，通氩气或其它惰性气体，高温下制取碳化钒。
（4）用碳(木炭，煤焦或电极)高温还原V2O5制取碳化钒。
（5）原料为V2O3，采用氮等离子流中用丙烷还原的方法制得碳化钒。
（6）国内，北京科技大学研究过用V2O5和活性炭在高温真空钼丝炉内生产碳化钒；锦州铁合金厂也曾采用真空法试制碳化钒；攀钢用多钒酸铵和碳粉为原料，在自制的竖炉内研制过碳化钒。
工业上生产碳化钒的整体情况如下：（1）生产碳化钒的原料：V2O3或V2O5或多钒酸铵。
（2）生产碳化钒的辅料：还原剂（碳粉、碳黑、木炭、煤焦、丙烷、天然气）。
（3）最终产品：钒合金添加剂---粉状碳化钒。
（4）生产碳化钒的主体设备：回转窑、坩埚、真空炉。
（5）生产碳化钒的工艺：真空还原法。
1 碳化钒的制备原理钒与碳生成VC 和V 2C 两种化合物。
其产品性质如表5.7.11 所示。
表5.7.11 VC 与V 2C 两种化合物的性质23V 2O 3+5C=2VC+3CO ϑ∆G = 655500-475.68Tϑ∆G =0时，开始反应温度T=1378K=1105℃将CO 计入，则 T G ∆=655500+(57.428lg p CO -475.68)T 。
按上式计算得到的P CO 与开始反应的温度关系列于表5.7.12中。
表5.7.12 用V 2O 3制取VC 的p CO 与温度关系232V 2O 3+4C=V 2C+3CO ϑ∆G = 713300-491.49Tϑ∆G =0时，开始反应温度T=1451K=1178℃将CO 计入，则 T G ∆=713300 +(57.428lg p CO -491.49)T 。
氮化钒铁生产工艺
氮化钒铁生产工艺
氮化钒铁是一种金属氮化物，其化学式为VN。
在生产氮化钒铁的工艺中，主要包括原料选用、混合、粉碎、成型、烧结和氮化等几个步骤。
首先，原料选用是生产氮化钒铁的第一步。
一般选用含钒的粉末作为原料，如钒铁粉末、氮化钒粉末等。
这些原料要求纯度较高，杂质含量较低，以保证最终产品的质量和性能。
其次，原料混合是将选用的原料按一定比例进行混合的工艺步骤。
通过混合，可以实现原料的均匀分布，提高后续步骤的加工性能。
接着，将混合后的原料进行粉碎。
这一步骤的目的是将混合后的原料进一步细化，提高原料的活性，以便于后续的成型和烧结。
然后，将粉碎后的原料进行成型。
成型是将粉末状原料通过压制等方式，将其成型为所需形状的工艺步骤。
一般常见的成型方式有压坯、注射成型等。
成型完成后，将成型坯料进行烧结。
烧结是指在高温条件下，将成型坯料进行加热和保温处理，使其在固态条件下进行结合和致密化的工艺步骤。
通过烧结，可以使原料的结构和物理性能得到提高。
最后，进行氮化处理。
将烧结后的钒铁坯料放入氮气等气体环
境中，进行氮化处理。
在高温和氮气环境下，氮气会与钒铁反应生成氮化钒铁。
这一步骤是实现氮化钒铁生产的关键步骤。
综上所述，氮化钒铁的生产工艺包括原料选用、混合、粉碎、成型、烧结和氮化等几个步骤。
通过科学合理的工艺流程和控制参数，可以生产出质量优良的氮化钒铁产品。
碳化钒与氮化钒
果应用取得较大突破,估计钒的用量会有很大的增长。
最近有资料报道国内钒电池的开发已获得成功,攀钢应密切注视国内外钒在蓄电池中的开发应用进展状况,该项目一旦获得大的突破,将会进一步扩大攀钢钒产品的销售量。
此外,攀钢作为世界第三大产钒企业,应建立一支钒在各种新技术中的应用开发队伍,以利于扩大钒的应用领域。
参考文献:(略)编辑 杨冬梅收稿日期:2000-03-01知识介绍碳化钒与氮化钒1 用途碳化钒、。
钒80%～90%用于钢铁工业的非常主要的原因是钒同碳、氮反应形成耐熔性碳、氮化物,根据钢的成分和钢处理过程的温度情况,这些化合物在钢中能起沉淀硬化和晶粒细化的作用。
因此,碳化钒、氮化钒合金在钒钢生产中起着日趋重要的作用。
碳化钒、氮化钒可用于结构钢、工具钢、管道钢、钢筋、普通工程钢以及铸铁中。
已有的研究表明:碳化钒、氮化钒添加于钢中能提高钢的耐磨性、耐腐性、韧性、强度、延展性和硬度以及抗热疲劳性等综合机械性能,并使钢具有良好的可焊接性能,而且能起到消除夹杂物延伸等作用。
尤其是在高强度低合金钢中,氮化钒中的氮比碳化钒更有利于促进富氮的碳、氮化钒的析出,从而更有效的强化和细化晶粒,并比碳化钒减少钒的加入量,降低生产成本。
另外,碳化钒还可作为制取金属钒的原料。
钒和氮直接加入到低合金和高强度钢中,可降低成本,可靠的方法是加氮化钒。
在存在氮气的条件下,使钒形成富氮的碳氮化钒,与使用钒铁相比有如下优点:3比钒铁更有效地强化和细化晶粒;3减少钒的加入量…成本降低;3有利钒和氮的利用;3纯度高:3粒度均匀并便于包装。
因此,由于它价格低廉而适用于许多含碳高强度钢的添加剂。
使用氮化钒改善钢的性能见表1。
表1 用氮化钒改善钢的性质优点原因更有效地强化和细化晶粒减少钒的加入量和降低成本改善可焊性、切口韧性和可锻性有效地强化各种碳钢应变时效和塑性损耗 氮化钒中的氮比碳化钒更有利于促进富氮的碳氮化钒的析出碳氮化钒比碳化钒析出所用的钒量更少,可节约钒铁40%用低的含碳量和少的合金添加剂能达到所需要的强度等级因为1050℃时碳氮化钒在奥氏体中的溶解度很高,它不受含碳量的影响,氮化钒在高、中、低碳钢中一样有效。
碳热还原氮化法制备氮化钒
碳热还原氮化法制备氮化钒储志强;郭学益;田庆华;张立【摘要】以V2O5为原料,采用碳热还原法制备氮化钒,通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)观察与分析还原氮化产物的形貌与组成,分析产物的碳、氮、氧含量,研究原料配碳量、氮化温度和氮化时间等对还原氮化产物的影响.结果表明:还原氮化产物为碳氮化钒的固溶体.原料配碳量是影响反应产物中氮含量的关键因素,配碳比(质量分数)约为21％时还原氮化产物具有最高的氮含量14.76％;氮化温度应控制在1 400～1 420℃范围内,氮化时间达到4h即可实现氮化完全.【期刊名称】《粉末冶金材料科学与工程》【年(卷),期】2015(020)006【总页数】6页(P965-970)【关键词】五氧化二钒;氮化钒;碳热还原;氮化【作者】储志强;郭学益;田庆华;张立【作者单位】中南大学冶金科学与工程学院,长沙410083;湖南省冶金材料研究院,长沙410129;中南大学冶金科学与工程学院,长沙410083;中南大学冶金科学与工程学院,长沙410083;中南大学粉末冶金研究院,长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TF123氮化钒是一种优质的微合金化添加剂，其中的钒元素同钢中的碳和氮生成硬质的难熔金属碳化物和氮化物微细颗粒，这些化合物可细化钢的组织和晶粒，提高晶粒的细化温度，降低过热敏感性，并提高钢的韧性、强度和耐磨性[1−5]。
有关氮化钒的研究和制备，国内外的冶金工作者做了很多工作，目前美国、日本、德国、俄罗斯等在氮化钒的合成机理、工艺参数及生产设备等进行了卓有成效的研究[6−9]，美国战略矿物公司下属的南非Vametco矿物公司为全球最大的氮化钒生产供应商[4]。
氮化钒的制备可用钒的氧化物以及钒酸氨、多钒酸铵为原料，以碳、氢气、氨气、一氧化碳等为还原剂，在高温或真空下进行还原，之后再通入氮气或氨气进行氮化[10−12]。
根据制备体系和生产设备的不同，氮化钒的制备方法可分为高温真空法和高温非真空法两大类[13]。
钒的物化性质
3、1、氧化物
钒与氧形成众多的氧化物，但公认的主要氧化物为V2O5、V2O4、V2O3和VO，他们的主要性质见下表：
性质
V2O5
V2O4
V2O3
VO颜色橙黄蓝源自黑淡绿结构
斜方
单斜
刚玉
面心平方
密度/kg·m-3
3357
4339
4870
5758
熔点/C
678
1542
1957
1790
沸点/C
3、3、钒酸盐
通常说的钒酸盐多指含（V）V的钒酸盐。钒酸盐分偏矾酸盐MVO3、正钒酸盐M3VO4、和焦钒酸盐M4V2O7，式中M代表一价金属。Bi、Ca、Cd、Cr、Co、Cu、Fe、Pb、Mg、Mn、Ni、K、Ag、Na、Sn和Zn均能生成钒酸盐。碱金属和镁的偏矾酸盐可溶于水，得到的溶液呈淡黄色。其他金属的钒酸盐不大能溶于水。
不同价态的钒离子在酸性溶液中具有不同的颜色。因此，可以根据离子的颜色和颜色的深浅初步鉴别酸性溶液中钒离子的价态和离子浓度。
室温下金属钒较稳定，不与空气、水和碱作用，也能耐稀酸。高温下，金属钒很容易与氧化氮作用。当金属钒在空气中加热时，钒氧化成棕黑色的三氧化二钒、铁红色的四氧化二钒，并最终成为桔黄色的五氧化二钒。钒在氮气中加热至900~1300℃会生成氮化钒。钒与碳在高温下可生成碳化钒，但碳化反应必须在真空中进行。当钒在真空下或惰性气氛中与硅、硼、磷、砷一同加热时，可形成相应的硅化物、硼化物、磷化物和砷化物。
6NH4VO3=（NH4）2O·3V2O5+4NH3+2H2O
2NH4VO3=V2O5+2NH3+H2O
即在较低温度时，分解的固体产物中仍含有部分氨；温度较高时，分解的固体产物为V2O5。
氮化钒化学式
氮化钒化学式1. 氮化钒的概述氮化钒是一种由钒和氮元素组成的化合物，其化学式为VN。
在自然界中，氮化钒很少存在，通常是通过人工合成的方式制备。
氮化钒具有许多优良的物理和化学性质，因此被广泛应用于各个领域。
2. 氮化钒的制备氮化钒的制备方法有多种，常见的方法是将钒粉末和氨气在高温高压下反应而成。
具体的过程包括钒粉末和氨气混合后放入高温炉中，进行高温高压下的反应，生成氮化钒。
此外，通过固态反应法、冶金反应法、热分解法等方法也可以制备氮化钒。
3. 氮化钒的物理性质氮化钒是一种灰黑色的粉末，具有金属光泽。
其晶体结构是岩盐型，具有高硬度、高熔点和高导电性等特点。
此外，氮化钒的热膨胀系数较低，热导率高，具有优良的热稳定性。
4. 氮化钒的化学性质氮化钒具有良好的化学稳定性，能够在高温和强酸、强碱等恶劣环境下保持稳定。
氮化钒也是一种优良的催化剂和电池材料，其在催化作用中能够提高反应活性，提高产物的选择性。
此外，氮化钒还可以用于制备硬质合金、陶瓷材料等领域。
5. 氮化钒的应用氮化钒的应用非常广泛，主要应用于以下领域：（1）先进材料领域：氮化钒作为一种新型的高性能陶瓷材料，具有高硬度、高绝缘性和耐磨损性能，广泛应用于硬质合金、陶瓷材料等领域。
（2）电池领域：氮化钒具有优异的电化学性能，可以制备高性能的电池材料。
目前已有许多研究表明，氮化钒可以作为高性能锂离子电池的正极材料。
（3）催化剂领域：氮化钒具有优异的催化活性和选择性，广泛应用于有机化学、石油化工等领域。
（4）其他领域：氮化钒还可以应用于光催化、光电子领域，具有广泛的应用前景。
6. 氮化钒的发展趋势随着科技水平的不断提高，氮化钒在新材料、催化剂、电池材料等领域的应用越来越广泛。
未来，氮化钒将会继续在各个领域发挥重要作用。
同时，氮化钒研究领域的深入，也将有利于挖掘其更多的应用价值。
碳和钒的化合物
碳和钒的化合物碳和钒是两种化学元素，它们可以形成多种化合物。
碳和钒的化合物在材料科学、化学工业和生命科学等领域具有重要的应用价值。
本文将对碳和钒的化合物进行综述，并重点介绍其中的一些代表性化合物及其性质和应用。
碳是一种非金属元素，具有多种形态，包括石墨、金刚石和富勒烯等。
钒是一种过渡金属元素，具有良好的导电性和催化性能。
碳和钒的化合物主要包括碳化钒、钒酸化合物和有机钒化合物等。
碳化钒是碳和钒形成的化合物，具有高硬度、高熔点和优异的导电性能。
碳化钒可用作高硬度材料，如刀具和陶瓷材料的添加剂。
此外，碳化钒还可以用于制备磁性材料和催化剂。
钒酸化合物是钒和氧形成的化合物，具有丰富的氧化态和多样的结构。
钒酸化合物在电池、催化剂和光催化材料等领域具有广泛的应用。
例如，钒酸盐可以用作锂离子电池的正极材料，其高容量和优异的循环性能使其成为一种理想的电池材料。
此外，钒酸化合物还可用于催化剂的制备，如氧化还原反应和氮气转化等反应。
有机钒化合物是碳和钒形成的有机化合物，具有丰富的结构和多样的性质。
有机钒化合物在有机合成和催化反应中起着重要的作用。
例如，钒酰基化合物可以用作有机合成中的氧化剂，可实现对醇、醛、酮和烯烃等底物的选择性氧化。
此外，有机钒化合物还可用于催化剂的制备，如烯烃聚合和不对称催化反应。
除了上述代表性的碳和钒化合物外，碳和钒还可以形成其他类型的化合物，如碳酸钒、硫化钒和氮化钒等。
这些化合物在材料科学、化学工业和生命科学等领域具有广泛的应用。
例如，碳酸钒可以用作催化剂的载体，硫化钒可以用作锂离子电池的正极材料，氮化钒可以用于制备高硬度材料和光电子材料。
碳和钒的化合物在材料科学、化学工业和生命科学等领域具有重要的应用价值。
不同类型的碳和钒化合物具有不同的性质和应用，可以通过调控合成方法和条件来实现其特定的性能和功能。
未来的研究将进一步探索碳和钒化合物的结构和性质，并开发新型的碳和钒化合物，以满足不同领域的需求。
氮化钒生产工艺
氮化钒生产工艺
氮化钒生产工艺是指通过一定的生产工艺和技术手段，将钒和氮气反应，得到氮化钒产物的过程。
一、原料准备：
氮化钒生产的主要原料为钒和氮气。
钒可采用精炼的钒产品或者钒渣作为原料，氮气可由液态氮加热得到。
二、氮化反应：
1.将钒原料加入反应器中，同时通入适量的氮气使反应器内保持一定的氮气压力。
2.加热反应器，提高反应温度。
反应温度一般选择在1000℃以上，可以提高反应速度和产率。
3.通过控制反应时间，使得氮气与钒原料充分反应，生成氮化钒产物。
4.停止加热，冷却反应器，待反应产物冷却到室温为止。
三、产物分离：
1.将冷却后的反应产物取出，进行初步分离。
2.通过物理或化学方法将氮化钒产物分离出来，获取纯净的氮化钒。
四、产品加工：
将分离得到的氮化钒产品进行加工处理，如粉碎、筛分等，得到具有一定粒度和形状的氮化钒产品。
五、产品检测：
对加工后的氮化钒产品进行质量检测，包括化学成分、物理性能等指标的测试，确保产品符合标准要求。
六、包装储存：
对合格的氮化钒产品进行包装，一般采用密封包装，防止氧气和水分的进入，避免氮化钒的氧化和水解反应。
然后将包装好的产品储存于干燥、通风的库房中，避免受潮和受热。
碳化钒标准
碳化钒标准
碳化钒标准是指用于评定碳化钒产品质量的标准。
碳化钒是一种重要的金属陶
瓷材料，具有高硬度、高熔点和优异的耐磨、耐腐蚀性能。
为了确保碳化钒产品的质量稳定和可靠，制定符合行业标准的检验要求是十分必要的。
碳化钒标准主要包括化学成分、物理性能、机械性能、热性能、耐磨性等指标。
在化学成分方面，标准会规定碳化钒中碳、钒的含量范围，以确保产品具有一定的化学稳定性；物理性能方面，标准会要求测试产品的密度、硬度、热导率等参数，以评估产品的物理性能是否符合要求；机械性能方面，标准会要求测试产品的抗弯强度、抗压强度等指标，以评估产品的强度和韧性；热性能方面，标准会要求测试产品的热膨胀系数、热稳定性等参数，以评估产品在高温环境下的性能表现；耐磨性方面，标准会要求测试产品的摩擦系数、磨损量等指标，以评估产品在摩擦和磨损条件下的耐久性。
碳化钒标准的制定是为了确保碳化钒产品的质量稳定和可靠，标准的执行能够
提高产品的生产一致性、可比性和可靠性，有助于推动碳化钒产品的技术进步和行业发展。
同时，标准的制定还能够提高产品和生产企业的竞争力，为用户提供优质的碳化钒产品，促进相关行业的健康发展。
简言之，碳化钒标准是为了确保碳化钒产品质量稳定和可靠而制定的，其中涵
盖了化学成分、物理性能、机械性能、热性能、耐磨性等方面的测试指标。
标准的制定和执行对于推动碳化钒产品的技术进步和行业发展十分重要。
氮化钒铁生产工艺
氮化钒铁生产工艺氮化钒铁是一种重要的金属材料，具有优异的磁性能和力学性能，被广泛应用于电子、磁性材料等领域。
本文将介绍氮化钒铁的生产工艺，包括原料准备、氮化反应、热处理和产品加工等方面。
一、原料准备氮化钒铁的主要原料是钒铁和氨气。
钒铁是一种含有钒和铁的合金，常用的钒铁规格有FeV50、FeV60等。
氨气则是氮化反应的主要气体，一般采用纯度较高的氨气。
二、氮化反应氮化钒铁的生产过程主要是通过在高温下将钒铁与氨气进行反应，使钒铁中的钒与氮气结合生成氮化钒。
具体工艺流程如下：1. 将钒铁放入氮化炉中，通入预先加热的氨气。
2. 调整氨气的流量和温度，控制氮化反应的速率和温度。
3. 在一定温度下进行氮化反应，使钒铁中的钒与氮气结合生成氮化钒。
4. 控制氮化时间，确保充分反应。
5. 将氮化后的钒铁取出，冷却并进行后续处理。
三、热处理氮化钒铁经过氮化反应后，需要进行热处理以改善其磁性能和力学性能。
热处理工艺包括退火和淬火两个步骤。
1. 退火：将氮化钒铁加热至一定温度，保持一段时间后慢慢冷却。
退火过程中，钒铁中的晶界和组织结构得到重组和恢复，使材料的磁性能和力学性能得到改善。
2. 淬火：将退火后的氮化钒铁迅速冷却至室温，使材料的晶体结构保持在亚稳定状态，进一步提高其磁性能和力学性能。
四、产品加工经过热处理后的氮化钒铁可以进行产品加工，包括切割、修磨、打磨等工艺。
根据不同的应用需求，可以将氮化钒铁加工成各种形状和规格的零件和材料，如片状、粉末状等。
氮化钒铁的生产工艺包括原料准备、氮化反应、热处理和产品加工等环节。
通过科学控制每个环节的参数和工艺，可以获得具有优异磁性能和力学性能的氮化钒铁材料，满足不同领域的应用需求。
氮化钒铁的生产工艺对于提高材料性能、降低生产成本和推动相关产业发展具有重要意义。
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果应用取得较大突破,估计钒的用量会有很大的增长。
最近有资料报道国内钒电池的开发已获得成功,攀钢应密切注视国内外钒在蓄电池中的开发应用进展状况,该项目一旦获得大的突破,将会进一步扩大攀钢钒产品的销售量。
此外,攀钢作为世界第三大产钒企业,应建立一支钒在各种新技术中的应用开发队伍,以利于扩大钒的应用领域。
参考文献:(略)
编辑 杨冬梅
收稿日期:2000-03-01
知识介绍
碳化钒与氮化钒
1 用途
碳化钒、。
钒80%～90%用于钢铁工业的非常主要的原因是钒同碳、氮反应形成耐熔性碳、氮化物,根据钢的成分和钢处理过程的温度情况,这些化合物在钢中能起沉淀硬化和晶粒细化的作用。
因此,碳化钒、氮化钒合金在钒钢生产中起着日趋重要的作用。
碳化钒、氮化钒可用于结构钢、工具钢、管道钢、钢筋、普通工程钢以及铸铁中。
已有的研究表明:碳化钒、氮化钒添加于钢中能提高钢的耐磨性、耐腐性、韧性、强度、延展性和硬度以及抗热疲劳性等综合机械性能,并使钢具有良好的可焊接性能,而且能起到消除夹杂物延伸等作用。
尤其是在高强度低合金钢中,氮化钒中的氮比碳化钒更有利于促进富氮的碳、氮化钒的析出,从而更有效的强化和细化晶粒,并比碳化钒减少钒的加入量,降低生产成本。
另外,碳化钒还可作为制取金属钒的原料。
钒和氮直接加入到低合金和高强度钢中,可降低成本,可靠的方法是加氮化钒。
在存在氮气的条件下,使钒形成富氮的碳氮化钒,与使用钒铁相比有如下优点:
3比钒铁更有效地强化和细化晶粒;
3减少钒的加入量…成本降低;
3有利钒和氮的利用;
3纯度高:
3粒度均匀并便于包装。
因此,由于它价格低廉而适用于许多含碳高强度钢的添加剂。
使用氮化钒改善钢的性能见表1。
表1 用氮化钒改善钢的性质
优点原因
更有效地强化和细化晶粒
减少钒的加入量和降低成本
改善可焊性、切口韧性和可锻性有效地强化各种碳钢
应变时效和塑性损耗
氮化钒中的氮比碳化钒更有利于促进富氮的碳氮化钒的析出
碳氮化钒比碳化钒析出所用的钒量更少,可节约钒铁40%
用低的含碳量和少的合金添加剂能达到所需要的强度等级
因为1050℃时碳氮化钒在奥氏体中的溶解度很高,它不受含碳量的影响,氮化钒在高、中、低碳钢中一样有效。
通过选择Nitrovan7和Nitrovan12,炼钢工人可以调节V∶N含量比值,以避免“游离”氮出现,制造的钢无时效
2 制备方法
211 碳化钒制备方法
方法1:原料用V2O3及铁粉和铁磷,还原剂为碳粉,采用高温真空法生产碳化钒,通氩气或在真空炉内冷却;
方法2:原料为V2O5,在回转窑内还原生成VC x O y,再采用高温真空法生产碳化钒,通惰性气体冷却;
方法3:原料用V2O3或V2O5,还原剂用碳黑,在坩埚(或小回转窑)内,通氩气或其它惰性气体,高温下制取碳化钒。
方法4:用炭(木炭,煤焦或电极)高温还原V2O5制取碳化钒。
方法5:原料为V2O3,采用氮等离子流中用丙烷还原的方法制得碳化钒。
方法6:国内,北科大研究过用V2O5和活性炭在高温真空钼丝炉内生产碳化钒;锦州铁合金厂也曾采用真空法试制碳化钒;攀钢用多钒酸铵和碳粉为原料,在自制的竖炉内研
・
7
・ 钢铁钒钛 2000年第21卷
制过碳化钒。
生产碳化钒的厂家有美国联合碳化物公司,其生产方法是:用天然气在回转窑内将V2O5还原为VC x O y化合物,而后配加焦炭或石墨,在真空炉内高温还原得到碳化钒。
奥地利的特雷巴哈也生产少量碳化钒。
212 氮化钒制备方法
方法1:原料为V2O3或偏钒酸铵,还原气体为H2、N2和天然气的混合气体或N2与天然气,NH3与天然气,纯NH3气体或含20%(体积)CO的混合气体等,在流动床或回转管中高温还原制取氮化钒,物料可连续进出。
方法2:用V2O3及铁粉和碳粉在真空炉内得到碳化钒后,通入氮气渗氮,并在氮气中冷却,得到氮化钒。
方法3:将V2O3和碳混好,在真空炉内加热、抽真空、通入氮气渗氮,经重复这样的过程数次制得氮化钒。
方法4:原料为钒酸铵或氧化钒,在NH3与N2和H2混合气氛下,高温部分还原成氮氧钒,再将之与含碳物料混合,在惰性或含氮气氛下或真空炉内高温处理,制得氮化钒。
方法5:国内,北科大用V2O5和活性炭在高温真空钼丝炉内先制得碳化钒后通入氮气渗氮,得到氮化钒。
目前,氮化钒的生产厂家是南非的瓦米特克(Vametco)矿物公司,它是美国战略矿物公司(STRA TCOR)的一个子公司。
氮化钒(Nitrovan)生产工艺是将V2O3与碳和粘结剂混合制团,在真空炉内反应:V2O3+CO→VC x(x<1);然后通入氮气,最后在真空或惰性气氛下冷却,得到“Nitrovan”,其化学式可表示为V(C x N y),其中x+y=1。
其化学成分如表2所示,其中Nitrovan12物理性质列于表3。
表2 V ametco矿业公司生产的氮化钒成分%合金V N C Si Al Mn Cr Ni P S Nitrovan780712100115011501010103010101010110 Nitrovan1279127100107011001010103010101020120 Nitrovan1679163150107011001010103010101020120
表3 Nitrovan12的物理特性
外观
球重
g・球-1
标准尺寸 mm
长宽高
表观密度
g・cm-3
堆积密度
g・cm-3
比重
g・cm-3
煤球状暗灰色金属质3733282331712100大约410
(陈厚生 供稿)
会 讯
国际钒技术委员会第56届科研项目和
出版物工作会议在英国召开
国际钒技术委员会第56届科研项目和出版物工作会议于1999年10月5日在英国Heathrow召开,会议由钒技术委员会主席P1S1Mitchell先生主持。
会议的主要内容有:通报科研项目的进展情况,未来科研项目的安排,同时介绍了钒技术委员会的一些学术活动及出版物。
1 科研项目的进展情况
(1)钒在无间隙原子钢中的应用
美国Bethlehem钢铁公司申请了专利,Stelco钢铁公司对这种钢很感兴趣,内陆钢铁公司在机械加工和钢处理会议上(1999年10月末)发表了题为“含钒烘烤硬化钢”论文。
(2)钒在硬质材料中的应用
该项目在Witwatersrand大学已进行了多年。
最初是开发超微细V2O5的生产技术,然后利用细的V2O5生产VC-WC和VC-WC-Co粉末,最后制成用于地下皮带运输机的刮板。
在下一次会议,将提供有关刮板现场试验的最新资料。
对含钒和不含钒的硬质材料的腐蚀速度进行了比较,前者的腐蚀速度大约是后者的一半或不到一半。
此外,Witwatersrand大学Luyckx教授与法国热力学试验室合作,研究W-V-C-Co四元系平衡图。
资金来源于
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第1期 知识介绍・会讯 。