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钒氮合金的性能、应用和检测方法

1. 钒氮合金简介

钒氮合金是一种新型合金添加剂，主要由钒和氮组成，也含有少量的碳、硫、氧、硅、锰、磷、铝等元素。钒氮合金的形状为圆柱体或球形，颜色为黑色或灰黑色，密度为5.5～6.0 g/cm，熔点为1800～2000℃。

钒氮合金的主要特点是：

• 钒和氮的结合能力强，形成稳定的钒氮化物，提高了钒的利用率和回收率；

• 钒氮合金中的氮可以与钢中的碳形成碳氮化物，增加了钢中的强化相，提高了钢的强度和韧性；

• 钒氮合金中的碳可以与钢中的铁形成渗碳体，改善了钢的可焊性和延展性；

• 钒氮合金中的其他元素可以调节钢的化学成分和组织结构，改善钢的综合性能。

2. 钒氮合金应用

钒氮合金可用于结构钢，工具钢，管道钢，钢筋及铸铁中。具体应用如下：

• 结构钢：钒氮合金可用于生产高强度低合金结构钢（HSLA），如桥梁、建筑、船舶、汽车等领域。钒氮合金可以提高结构钢的屈服强度、抗拉强度、延伸率、冲击韧性等性能，同时降低结构钢的碳当量，提高结构钢的可焊性和耐候性 。

• 工具钢：钒氮合金可用于生产高速工具钢（HSS），如刀具、模具、齿轮等领域。钒氮合金可以提高工具钢的热硬度、耐磨性、切削性能等性能，同时降低工具钢的碳含量，提高工具钢的可锻性和可淬透性 。

• 管道钢：钒氮合金可用于生产油气管道用低碳微合金管线钢（LAC），如输送原油、天然气等领域。钒氮合金可以提高管道钢的屈服强度、抗拉强度、断裂韧性等性能，同时降低管道钢的碳当量，提高管道钢的可焊性和耐腐蚀性 。

• 钢筋：钒氮合金可用于生产高强度混凝土用热轧带肋钢筋（HRB），如建筑物、桥梁等领域。钒氮合金可以提高钢筋的屈服强度、抗拉强度、延伸率等性能，同时降低钢筋的碳含量，提高钢筋的可焊性和抗裂纹性 。

• 铸铁：钒氮合金可用于生产球墨铸铁（SGI），如汽车零部件、机械零部件等领域。钒氮合金可以提高铸铁的强度、硬度、韧性、耐磨性等性能，同时降低铸铁的碳含量，提高铸铁的可锻性和可焊性 。

3. 钒氮合金检测方法

钒氮合金的检测方法主要有以下几种：

• 钒氮合金 钒含量的测定 硫酸亚铁铵滴定法 GB/T 24583.1-2019：该方法适用于钒氮合金中钒含量的测定，测定范围（质量分数）：70％～85％。该方法是将试样溶解于硝酸和高氯酸中，用硫酸亚铁铵滴定过量的高锰酸钾，以甲基橙为指示剂。

该方法的原理如下：

$$egin{aligned} ext{试样} + ext{HNO}_3 + ext{HClO}_4 & ightarrow ext{V}^{5+} + ext{NO}_2 + ext{Cl}^- + ext{H}_2 ext{O}\ ext{V}^{5+} + 5 ext{Fe}^{2+} + 8 ext{H}^+ & ightarrow ext{V}^{4+} + 5 ext{Fe}^{3+} + 4 ext{H}_2 ext{O}\ ext{KMnO}_4 + 5 ext{Fe}^{2+} + 8 ext{H}^+ & ightarrow ext{K}^+ + ext{Mn}^{2+} + 5 ext{Fe}^{3+} + 4 ext{H}_2 ext{O} end{aligned}$$

该方法的步骤如下：

1. 取约0.5 g试样，称准其质量，放入烧杯中；

2. 加入约20 mL硝酸和约10 mL高氯酸，加热至试样溶解；

3. 转移至250 mL锥形瓶中，加水冲洗烧杯，使溶液体积约为100 mL；

4. 加入约10 g硫酸亚铁铵晶体，摇匀使其溶解；

5. 加入适量甲基橙指示剂，用0.1 mol/L高锰酸钾滴定至溶液由黄色变为淡红色为终点；

6. 记录高锰酸钾的用量，并做空白试验；

7. 根据高锰酸钾的用量和空白试验的差值，计算试样中钒的含量。

• 钒氮合金 氮含量的测定 惰性气体熔融热导法 GB/T 24583.2-2019：该方法适用于钒氮合金中氮含量的测定，测定范围（质量分数）：1％～30％。该方法是将试样在惰性气体保护下熔融，使其中的氮以分子态释放出来，并经过冷却、干燥、过滤等处理后，由热导仪测定。

• 钒氮合金 硅、锰、磷、铝含量的测定 电感耦合等离子体原子发射光谱法 GB/T 24583.8-2019：该方法适用于钒氮合金中硅、锰、磷、铝含量的测定。测定范围：质量分数0.100～0.700％。该方法是将试料以氢氧化钠熔融，硫酸酸化，用亚硫酸钠还原钒 (V)成钒 (Ⅳ)以消除五价钒对测定的影响，然后用电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定。

该方法的原理如下：

$$egin{aligned} ext{试料} + ext{NaOH} & ightarrow ext{Na}_2 ext{O} + ext{V}_2 ext{O}_5 + ext{SiO}_2 + ext{MnO}_2 + ext{P}_2 ext{O}_5 + ext{Al}_2 ext{O}_3\ ext{Na}_2 ext{O} + ext{V}_2 ext{O}_5 & ightarrow 2 ext{NaVO}_3\ ext{NaVO}_3 + ext{H}_2 ext{SO}_4 & ightarrow ext{NaHSO}_4 + ext{HVO}_3\ ext{HVO}_3 + ext{Na}_2 ext{S}_2 ext{O}_3 & ightarrow ext{NaHSO}_4 + ext{NaVO}_2\ end{aligned}$$

该方法的步骤如下：

1. 取约0.1 g试样，称准其质量，放入坩埚中；

2. 加入约1 g氢氧化钠，置于电炉中加热至熔融；

3. 将坩埚取出，冷却后用锤子轻轻敲碎熔块，转移至250 mL烧杯中；

4. 加入约50 mL水，加热至溶解；

5. 加入约10 mL硫酸，使溶液呈酸性；

6. 加入适量亚硫酸钠溶液，使溶液呈黄色；

7. 过滤，将滤液转移至100 mL容量瓶中，加水稀释至刻度；

8. 用电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定滤液中的硅、锰、磷、铝的质量分数；

9. 记录仪器的读数，并做空白试验；

10. 根据仪器的读数和空白试验的差值，计算试样中硅、锰、磷、铝的含量。

相关标准简介

钒氮合金是一种新型合金添加剂，可以替代钒铁用于微合金化钢的生产。氮化钒添加于钢中能提高钢的强度、韧性、延展性及抗热疲劳性等综合机械性能，并使钢具有良好的可焊性。在达到相同强度下，添加氮化钒节约钒加入量30-40%，进而降低了成本。

钒氮合金可用于结构钢，工具钢，管道钢，钢筋及铸铁中。钒氮合金应用于高强度低合金钢中可同时进行有效的钒、氮微合金化，促进钢中碳、钒、氮化合物的析出，更有效的发挥沉降强化和细化晶粒作用。

钒氮合金的检测标准和方法主要有以下几种：

钒氮合金 钒含量 的测定 硫酸亚铁铵滴定法 GB/T 24583.1-2019：该方法适用于钒氮合金中钒含量的测定，测定范围（质量分数）：70％～85％。该方法是将试样溶解于硝酸和高氯酸中，用硫酸亚铁铵滴定过量的高锰酸钾，以甲基橙为指示剂4。

钒氮合金 氮含量 的测定 惰性气体熔融热导法 GB/T 24583.2-2019：该方法适用于钒氮合金中氮含量的测定，测定范围（质量分数）：1％～30％。该方法是将试样在惰性气体保护下熔融，使其中的氮以分子态释放出来，并经过冷却、干燥、过滤等处理后，由热导仪测定。

钒氮合金 碳含量 的测定红外线吸收法 GB/T 24583.4-2019：该方法适用于钒氮合金中碳含量的测定，测定范围（质量分数）：0.05％～10％。该方法是将试样在高温下与空气或氧反应，生成二氧化碳，并经过净化后，由红外线吸收仪测定。

钒氮合金 硫含量 的测定 红外线吸收法 GB/T 24583.6-2019：该方法适用于钒氮合金中硫含量的测定，测定范围（质量分数）：0.005％～0.10％。该方法是将试样在高温下与空气或氧反应，生成二氧化硫，并经过净化后，由红外线吸收仪测定。

钒氮合金 氧含量 的测定 红外线吸收法 GB/T 24583.7-2019：该方法适用于钒氮合金中氧含量的测定，测定范围（质量分数）：0.05％～4.0％。该方法是将试样在高温下与碳反应，生成一氧化碳，并经过净化后，由红外线吸收仪测定。

钒氮合金 硅、锰、磷、铝含量 的测定 电感耦合等离子体原子发射光谱法 GB/T 24583.8-2019：该方法适用于钒氮合金中硅、锰、磷、铝含量的测定。测定范围：质量分数0.100～0.700％。该方法是将试料以氢氧化钠熔融，硫酸酸化，用亚硫酸钠还原钒 (V)成钒 (Ⅳ)以消除五价钒对测定的影响，然后用电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定。

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