本發(fā)明專利技術公開了一種向鋼液中加入納米粒子以優(yōu)化鋼組織的方法，屬于鋼鐵冶金領域。其步驟為：將納米粉體與純鐵粉進行混合分散，納米粉體與純鐵粉的質量百分比分別為1~40%、60~99%，納米粉體的平均粒徑為10nm~5000nm；混合料在惰性氣體氣氛下利用熱壓技術燒結成納米粉體棒，該納米粉體棒的芯材為鋼棒，納米粉體棒的外層為混合料，熱壓燒結的壓力為5~40MPa，燒結溫度為1000~1400℃，保溫時間為5~15min；將納米粉體棒插入到鋼包或者中間包的鋼液中，納米粉體棒的插入深度為鋼液總深度的1/2~2/3，同時利用機械液壓裝置帶動納米粉體棒進行上下或左右振動。采用本發(fā)明專利技術的方法，使得納米粒子在鋼液中有效、均勻、彌散分布。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術屬于鋼鐵冶金領域，更具體地說，涉及。
技術介紹
鋼中通常存在大量的納米第二相粒子。按照雍歧龍在《鋼鐵材料中的第二相》一書中的定義，鋼中的第二相是指以非連續(xù)狀態(tài)分布于基體相中，且在其中不可能包圍有其它相的相。這些納米第二相粒子，由于其種類、大小、形狀、分布以及體積分數(shù)各異，對鋼的力學性能造成了復雜的影響。鋼中第二相粒子的控制和利用一直以來都是冶金學者關注的熱點問題之一。傳統(tǒng)觀念認為，鋼中第二相粒子往往是鋼材表面和內部缺陷的成因，是鋼中的有害物質，因此冶金工作者一直致力于開發(fā)純凈鋼冶煉的技術(包括夾雜物的去除和改質處理)，但過度的純凈化必然伴隨著高昂的冶煉成本。能否在現(xiàn)有條件下消除夾雜物的危害，進而有效利用，成為了擺在科研工作者面前的一道難題。20世紀90年代，日本新日鐵公司的研究人員首次提出了氧化物冶金的概念(Jin-1chi Takamura and shozo Mizoguchi, “Roles of oxidesin steel performance，，， Proceedings of the sixth international iron and steelcongress, Nagoya, 1990, I, 591-597),該技術使得鋼中的氧化物夾雜變害為利，為有效減少第二相粒子對鋼性能的危害提供了新的思路和方法。氧化物冶金技術的關鍵在于細化晶粒，著力點是氧化物夾雜，一方面，利用夾雜物對高溫下晶粒的長大進行釘扎和抑制，以避免形成粗大的奧氏體晶粒，從而最終獲得細小的奧氏體/鐵素體相變組織；另一方面，在奧氏體到鐵素體的相變過程中，利用夾雜物誘導晶內鐵素體(IGF)形核，從而得到交叉互鎖、具有大角度晶界和高位錯密度的針狀鐵素體組織。這種組織細化了鐵素體的晶粒，同時因晶粒交叉互鎖而抑制了裂紋的延伸過程，從而提高了鋼的強度和韌性。 目前獲得細小第二相粒子的方法主要有內部析出法和外部加入法。前者通過控制鋼液條件，利用微合金化和控軋控冷，使鋼液在凝固和熱加工過程中析出細小彌散的夾雜物和碳化物粒子；而后者則直接向鋼液中加入形核劑以細化晶粒。顯然前者的生產過程控制要求較高，成本也偏高；而后者則更具有可控性，而且對鋼的純凈度也無過高要求。因此對其進行深入研究具有明確的應用背景和巨大的經濟效益。通過專利檢索，關于向鋼液中加入納米粒子的技術方案已有類似公開，如:中國專利申請?zhí)?200910063159.7，申請日:2009年7月14日，專利技術創(chuàng)造名稱為:一種大線能量焊接管線用鋼的冶煉方法，該申請案中提到在轉爐出鋼過程中采用鋁深脫氧，在精煉或連鑄階段直接向鋼液中噴吹納米級MgO和CaO粉中的一種或兩種，噴入鋼液中的MgO和CaO粉的尺寸為10nnT200nm。該申請案在冶煉過程中采用鋁深脫氧的方法，使得鋼水的深脫氧和深脫硫很容易實現(xiàn)，但是，其不足之處在于:一方面，納米級MgO和CaO粉比表面積大、易團聚、體積密度小，因此如果不經過分散，直接將純的MgO和CaO粉(一種或兩種)噴入到鋼液中，極易出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，無法分散均勻。而團聚后的納米粉由于尺寸長大，按照Zener公式(Dc =^4 )，無法起到釘扎晶界的作用，因此無法細化晶粒。更嚴重的是，由于這些夾雜物尺 J寸較大，且熔點較高，會成為鋼中的有害夾雜物，嚴重危害鋼的純凈度和機械性能；另一方面，噴吹法所用的載氣，將會使納米粉體附著在其上，從而上浮至渣鋼界面處，被渣所吸收，因此無法起到細化組織的作用。因此，直接采用噴吹法，不僅不能起到細化焊接熱影響區(qū)組織的效果，反而有可能會惡化鋼的性能。中國專利申請?zhí)?200810011839.X，申請日:2008年6月12日，專利技術創(chuàng)造名稱為:用于制備細小氧化物彌散鋼的添加劑及其制法和應用，該申請案具有多種劑型，主張采用不同的加入方式(喂絲、噴粉、射丸、球體直接投入法)在不同的爐外精煉工位處(LF、RH、VD、CAS-OB )向鋼液加入添加劑，以實現(xiàn)有益氧化物在鋼液中的彌散分布。該申請案中所主張的添加劑，一類是雙層結構，是由球芯和外殼構成的復合球體；一類低熔點預熔渣粉劑和膨脹劑和氧化鈣或氧化鎂的一種或兩種的混合物構成的粉劑。其不足之處在于: (1)在加入方式上，該專利通過采用喂絲、噴粉、射丸或者直接投入法加入到鋼液中。對于噴粉法，如前所述，載氣將會使納米夾雜物附著在其上，從而上浮至渣鋼界面處，被渣所吸收，無法起到細化組織的作用。對于喂絲、射丸和直接投入法，雖然可以將納米粉體送入到鋼液深處，但由于添加劑的制備只是簡單的等靜壓，沒有經過類似燒結等方法使其成為完全致密狀態(tài)，其密度低于鋼液的密度，因此很快就會上浮至渣鋼界面處，無法在鋼液中彌散分布； (2)在添加劑的組成上，以上兩種添加劑，均含有膨脹劑，而膨脹劑是由碳酸鈣、碳酸鎂或碳酸鈣與碳酸鎂的混合物構成，其目的在于發(fā)生分解反應，產生大量細小彌散的二氧化碳氣體。該專利申請人認為該反應使組合粉劑周圍的鋼液產生小范圍的激烈流動和攪拌，給氧化物夾雜的上升提供了上浮條件和機會。但顯然，這將會使有益夾雜物也隨著氣泡上浮到鋼渣界面處，尤其是納·米尺度的夾雜物附著氣泡的能力更加明顯，從而喪失了有益夾雜物加入到鋼液中細化組織的目的； (3)在球芯制備的第一步，混料的說明中，提到將芯部的原料破碎，使其粒徑為1ηπΓ3.5_。鋼鐵冶金中通常認為5微米以上的夾雜物對鋼的性質是有害的，顯然毫米尺度的氧化物加入到鋼液不僅不能細化組織，還會損壞鋼的性能。中國專利申請?zhí)?200910135830.4，申請日:2009年4月29日，專利技術創(chuàng)造名稱為:微米納米冶金添加劑，該申請案中利用金屬粉與微米粉、納米粉經球磨混勻，再壓制成塊。一方面壓制成塊的微米納米添加劑比重與熔體相近，不易上浮，另一方面金屬粉與產品基體成分相同或相近，因此不污染熔體。該申請案中主張的加入方式是沖入法、噴吹法或喂絲法。對于噴吹法或喂絲法的缺點，前面已有論述。對于沖入法，是指利用高溫熔體把添加劑沖入到熔體中，利用熔體的沖擊和攪拌作用使之分散均勻。但由于添加劑的制備只是簡單的等靜壓，沒有經過類似燒結等方法使其成為完全致密狀態(tài)，其密度低于鋼液的密度，因此很快就會上浮，無法在鋼液中彌散分布。綜上所述，目前對于納米粉體在鋼液中的加入方式，主要分為以下兩種:一種利用載氣進行噴吹，其缺點在于載氣將會使納米夾雜物附著在其上，從而上浮至渣鋼界面處，被渣所吸收，無法起到細化組織的作用；另一種是使用外力將納米粉體或塊狀納米粉體瞬間送入到鋼液深處(噴丸、喂絲、沖包法、直接投入法)，其缺點在于由于納米粉體或塊狀納米粉體的密度低于鋼液，會迅速上浮至渣鋼界面處，從而無法在鋼液中分散開，失去了加入納米粉體的作用。
技術實現(xiàn)思路
1.專利技術要解決的技術問題 本專利技術的目的在于克服現(xiàn)有技術中納米粉體在鋼液中加入方式上的困難，提供了，采用本專利技術這種新型的加入方式，可實現(xiàn)納米粉體在鋼液中的有效、均勻、彌散分布。2.技術方案 為達到上述目的，本專利技術提供的技術方案為: 本專利技術的，其步驟為: (I)混合分散 將納米粉體與純鐵粉進行混合分散，混合分散過程采用人工手動磨粉或機械球磨，其中:人工手動磨粉的研磨時間為80-100分鐘，機械球磨的研磨時間為5(Γ70分鐘，所述的納本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種向鋼液中加入納米粒子以優(yōu)化鋼組織的方法，其步驟為：（1）混合分散將納米粉體與純鐵粉進行混合分散，混合分散過程采用人工手動磨粉或機械球磨，其中：人工手動磨粉的研磨時間為80~100分鐘，機械球磨的研磨時間為50~70分鐘，所述的納米粉體與純鐵粉的質量百分比分別為1~40%、60~99%，其中納米粉體的平均粒徑為10?nm~5000?nm，純鐵粉的平均粒徑為1?μm~10?μm；（2）制備納米粉體棒將步驟（1）混合分散所得的混合料在惰性氣體氣氛下利用熱壓技術燒結成納米粉體棒，該納米粉體棒的芯材為鋼棒，納米粉體棒的外層為混合料，整體納米粉體棒的直徑為120~160mm，鋼棒直徑與混合料厚度的比例為1:1~4:1，其中熱壓燒結的壓力為5~40MPa，燒結溫度為1000~1400℃，保溫時間為5~15min；（3）納米粉體棒插入鋼液將步驟（2）制得的納米粉體棒的一端焊接一鋼質夾持棒，該鋼質夾持棒夾持于機械液壓裝置的夾頭上，并將納米粉體棒插入到鋼包或者中間包的鋼液中，納米粉體棒的插入深度為鋼液總深度的1/2~2/3，同時利用機械液壓裝置帶動納米粉體棒進行上下或左右振動，振動頻率為0.1~10赫茲，待納米粉體棒完全熔化后，利用機械液壓裝置將鋼質夾持棒移出鋼液上方即可。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：范鼎東，孔輝，
申請(專利權)人：安徽工業(yè)大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。