[發明專利]一種在鋼液中形成納米顆粒的制備方法

無效

• 申請號: 200910089679.5
• 申請日: 2009-07-28
• 公開（公告）號: CN101619408A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發明（設計）人: 王自東;林國標;吳蘭鷹;左龍飛
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C33/04
• 分類號: C22C33/04;B22D27/09;C22C38/60;C22C38/58;C22C38/50;C22C38/38;C22C38/28;C22C38/14
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技術領域

本發明屬于鋼鐵材料領域，涉及一種在鋼液中形成納米顆粒的制備方法。

背景技術

納米塊狀金屬材料具有很高的強度，但延伸率低，納米顆粒彌散強化的金屬材料可在保持合金延伸率的情況下，將合金的強度大幅度提高，其強化效果優于傳統的鋼鐵工業上所使用的微米級和亞微米級的第二相粒子彌散強化，納米彌散相強化鋼鐵的研究成為近年來的熱點。日本NKK公司利用納米技術成功開發出牌號為“Nano?Hiten”高強度熱軋薄板，其抗拉強度最大可達780N/mm²，但是這種鋼的可成型性可與抗拉強度為590N/mm2鋼板的可成型性媲美。它具有優秀的壓力成形性能，是汽車工業理想的原材料，該技術將熱軋過程中的析出物控制在幾個納米內，與常規780N/mm²的鋼材比較，其延伸率提高了30％。納米強化不但可大幅度提高結構鋼的強度，還可以提高高溫合金的高溫蠕變性能。納米強化技術對于汽車行業、船舶行業、電力行業等廣泛領域用鋼具有重要的應用價值。

在鋼鐵中形成納米強化，近年來報道的方法主要有：MA/ODS法、變形熱處理法。MA/ODS法是應用機械合金化等過程制得含納米氧化物團簇Ti-Y-O彌散強化的鐵素體合金，使用的原料是經預合金化的金屬粉末和Y₂O₃粉，利用高能球磨進行機械合金化，然后經熱擠壓及后續的加工過程而制備。這種方法首次推出是在上個世紀60年代，由于這種材料具有很好的高溫性能，目前仍是研究的熱點。利用粉末冶金的機械合金化法制備，普遍認為過程復雜、成本高。另一種方法是熱變形處理TMT?(Thermomechanical?Treatment)，對含N的鋼進行TMT處理，可獲得高分布密度納米級富含V、Nb的氮化物或碳氮化物彌散析出。例如成份為Fe-9.0Cr-1.0Mo-0.20V-0.07Nb-0.05N-0.10C含N鋼加工步驟[R?L?Klueh，N?Hashimoto，P?J?Maziasz.Development?of?newnano-particle-strengthened?martensitic?steels，Scripta?Materialia，2005，53：275-280]可描述為：將鋼加熱到1000-1400℃保溫1-5小時進行奧氏體化處理，然后冷卻到600-1000℃熱軋，變形量達20-50％，緊接著在熱軋溫度下退火0-4小時，最后冷卻到室溫，在冷卻過程中發生馬氏體轉變。TMT處理過程中通過熱鍛、熱軋等變形手段形成了大量的位錯和空位，在后續的熱處理過程中，有利于納米彌散相的析出。對低碳鋼進行大形變量的塑性變形，并進行時效熱處理，如文獻[DongHyuk?Shin，Kyung-Tae?Park，Yong-Seog?Kim.Formation?of?fine?cementiteprecipitates?in?an?ultra-fine?grained?low?carbon?steel，Scripta?Materialia，2003，48：469-47]報道在420-600℃保溫1-24h，可形成鐵碳析出物或滲碳體，

目前鋼中的納米級強化相均是通過塑性變形，通過熱處理獲得的。不經過后續的處理，直接在鋼的凝固組織中獲得納米彌散強化相，還鮮見報道。

發明內容

本發明目的是在合金熔煉時加入納米強化相的形成元素，澆鑄時通過調整熔體(或稱金屬液)的壓力場和流場，在鋼液中制備穩定的納米TiN顆粒，在凝固后最終獲得納米顆粒彌散強化的鋼合金。