[发明专利]一种在钢液中形成纳米颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁材料领域，涉及一种在钢液中形成纳米颗粒的制备方法。

背景技术

纳米块状金属材料具有很高的强度，但延伸率低，纳米颗粒弥散强化的金属材料可在保持合金延伸率的情况下，将合金的强度大幅度提高，其强化效果优于传统的钢铁工业上所使用的微米级和亚微米级的第二相粒子弥散强化，纳米弥散相强化钢铁的研究成为近年来的热点。日本NKK公司利用纳米技术成功开发出牌号为“Nano Hiten”高强度热轧薄板，其抗拉强度最大可达780N/mm²，但是这种钢的可成型性可与抗拉强度为590N/mm2钢板的可成型性媲美。它具有优秀的压力成形性能，是汽车工业理想的原材料，该技术将热轧过程中的析出物控制在几个纳米内，与常规780N/mm²的钢材比较，其延伸率提高了30％。纳米强化不但可大幅度提高结构钢的强度，还可以提高高温合金的高温蠕变性能。纳米强化技术对于汽车行业、船舶行业、电力行业等广泛领域用钢具有重要的应用价值。

在钢铁中形成纳米强化，近年来报道的方法主要有：MA/ODS法、变形热处理法。MA/ODS法是应用机械合金化等过程制得含纳米氧化物团簇Ti-Y-O弥散强化的铁素体合金，使用的原料是经预合金化的金属粉末和Y₂O₃粉，利用高能球磨进行机械合金化，然后经热挤压及后续的加工过程而制备。这种方法首次推出是在上个世纪60年代，由于这种材料具有很好的高温性能，目前仍是研究的热点。利用粉末冶金的机械合金化法制备，普遍认为过程复杂、成本高。另一种方法是热变形处理TMT (Thermomechanical Treatment)，对含N的钢进行TMT处理，可获得高分布密度纳米级富含V、Nb的氮化物或碳氮化物弥散析出。例如成份为Fe-9.0Cr-1.0Mo-0.20V-0.07Nb-0.05N-0.10C含N钢加工步骤[R L Klueh，N Hashimoto，P J Maziasz.Development of newnano-particle-strengthened martensitic steels，Scripta Materialia，2005，53：275-280]可描述为：将钢加热到1000-1400℃保温1-5小时进行奥氏体化处理，然后冷却到600-1000℃热轧，变形量达20-50％，紧接着在热轧温度下退火0-4小时，最后冷却到室温，在冷却过程中发生马氏体转变。TMT处理过程中通过热锻、热轧等变形手段形成了大量的位错和空位，在后续的热处理过程中，有利于纳米弥散相的析出。对低碳钢进行大形变量的塑性变形，并进行时效热处理，如文献[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]报道在420-600℃保温1-24h，可形成铁碳析出物或渗碳体，

目前钢中的纳米级强化相均是通过塑性变形，通过热处理获得的。不经过后续的处理，直接在钢的凝固组织中获得纳米弥散强化相，还鲜见报道。

发明内容

本发明目的是在合金熔炼时加入纳米强化相的形成元素，浇铸时通过调整熔体(或称金属液)的压力场和流场，在钢液中制备稳定的纳米TiN颗粒，在凝固后最终获得纳米颗粒弥散强化的钢合金。