氮化钒是高强度微合金钢的重要合金添加剂,具有细晶强化和沉淀强化的作用,能够提高钢材的综合性能。向钢中加入氮化钒进行合金化,可以节约钒的添加量,降低冶炼成本。目前国内氮化钒的生成主要通过非真空高温碳热还原五氧化二钒制备,而五氧化二钒为多钒酸铵分解产物,因此利用多钒酸铵直接碳热还原制备氮化钒不仅可以缩短工艺流程,简化工艺程序,而且多钒酸铵所分解产生的NH3可作为还原剂,从而降低反应中石墨的消耗量,降低生产成本,节约石墨资源。本文主要研究用多钒酸铵碳热还原氮化制备氮化钒技术,分析影响氮化钒成分和性能的因素,并通过热重实验分析多钒酸铵制备氮化钒过程中的动力学行为及反应机理。通过实验和分析可得:(1)通过差热及热重分析可知,多钒酸铵在常压下升温会发生脱水和脱氨。在100℃时,多钒酸铵大量失水,温度升至320℃时,多钒酸铵开始脱氨,直到425℃,脱氨基本完成;(2)不同C/O的实验表明,随着C/O的增加,碳含量增加,钒含量先增加后减少,氮含量减少。当C/O为0.95时获得钒含量最大,碳含量略小,氮含量略大的产物,因此后续实验选取的配碳量为0.95。随着氮化温度的增加,钒含量和氮含量先增加后减少,碳含量先剧烈减小后基本不变,但与氮含量变化趋势相反。增加氮化时间和增大氮气流量都有助于碳含量的减少,钒含量和氮含量的增加;(3)通过对不同温度下的还原氮化产物衍射图谱分析和不同气氛下的热重曲线分析可知,多钒酸铵碳热还原氮化反应为逐级反应。反应过程为:320℃时,多钒酸铵发生分解反应,生成V205;360℃时,V205被还原为V6013;450℃时,V6013被还原为V204;670℃时,V204被还原为V6011;930℃时,V6011被还原为 V203;1000℃时,VC 生成;1275℃时,VC 转化为 VN;(4)多钒酸铵碳热还原和氮化过程采用非等温热分析法的一级反应动力学机制函数是合理的,拟合的直线线性良好,且线性拟合的相关系数均在0.987以上。对碳热还原氮化过程中动力学分析计算得到1062-1309℃的活化能为77.461 kJ·mol-1;1310-1440℃的活化能为158.175 kJ.mol-1。氮化温度对产物成分影响较大,随着氮化温度的增加,钒含量和氮含量先增加后减少,碳含量先急剧减小后基本不变,但与氮含量变化趋势相反。当氮化温度超过1400℃时,钒含量和氮含量显著减少,此时部分VN转化为VC,降低了氮含量。多钒酸铵制备氮化钒工艺简单,流程短,消耗石墨量少,制得的氮化钒碳含量和氮含量符合氮化钒国家标准,可推广应用。