[发明专利]Fe-X-N晶粒细化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料技术领域的晶粒细化剂及其制备方法，具体是一种Fe-X-N晶 粒细化剂及其制备方法。

背景技术

钢材的组织结构决定其性能，尤其是强度和韧性。晶粒越细，钢材的强度和韧性就越 高。连铸过程中，如果仅从外部冷却，宽厚的钢坯内部的冷却速度慢，形核核心少，将主 要以柱状晶的方式生长，导致晶粒粗大、中心偏析等缺陷，在后续热轧时容易产生边部裂 纹。解决这一问题的关键是对钢液进行形核处理，扩大铸坯等轴晶区比例，细化晶粒。通 过添加形核剂来控制金属凝固组织是常用的晶粒细化方法，目的是减小枝晶间距、促进等 轴晶的形成、抑制柱状晶的生长。形核核心主要有两种来源：外来形核质点和内生形核质 点。其中，通过增加外来形核质点达到细化目的的方法主要是指向熔体中添加晶粒细化剂 。

经对现有技术的文献检索发现，王国承，方克明，王铁明等在《高温纯铁熔体中外加 氮化钛超级颗粒的研究，钢铁钒钛，2006，27(2)：21～25》中描述了：采用向纯铁熔体 中外加TiN颗粒的方法细化铸态组织。但是，由于TiN颗粒比较细小，很难用喷吹、喂丝的 方法将其加入熔体中，并且容易偏聚；傅杰，朱剑，迪林等在《微合金钢中TiN的析出规 律研究，金属学报，2000，36(8)：801～804》中描述了：由于TiN在钢液中的溶解度较 小，液态时析出微米级的大颗粒，以后的热处理中也不溶解，对阻止晶粒粗化没有作用。 本发明要解决的技术问题是，提供一种Fe-X-N晶粒细化剂，该晶粒细化剂使用方便，具有 更好的效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种Fe-X-N晶粒细化剂及其制备方法。 本发明的晶粒细化剂制备简单；向钢熔体中添加本发明的晶粒细化剂，可细化钢的晶粒， 使钢坯铸态组织等轴晶区比例提高到60％以上。

本发明涉及一种Fe-X-N晶粒细化剂，其组分及质量百分比为：Fe 35～99.4％，N 0.1～ 15％，X 0.5～50％；其中，X为V或Nb，或者为Ti，V和Nb中的多种的混合。

所述Fe-X-N晶粒细化剂中，XN的密度≥10000个/mm³。

所述Fe-X-N晶粒细化剂，其组分及质量百分比为：Fe 99.4％，Ti0.3％，V 0.1％，Nb 0.1％，N 0.1％。

所述Fe-X-N晶粒细化剂，其组分及质量百分比为：Fe 67.5％，Ti10％，V 5％，Nb 10％，N 7.5％。

所述Fe-X-N晶粒细化剂，其组分及质量百分比为：Fe 35％，Ti25％，Nb 25％，N 15％ 。

本发明还涉及一种制备上述Fe-X-N晶粒细化剂的方法，包括如下步骤：

步骤一，将铁和金属X混合，将混合物在真空中频感炉中融化得熔体；

步骤二，当熔体的温度为1550～1650℃时，通入氮气，当熔体周围氮气分压达到 0.01～0.1Mpa时，向熔体中吹入氮气，时间为10s～3h；

步骤三，停止吹入氮气，断电，得Fe-X-N晶粒细化剂。

步骤一中，所述混合，铁的重量份数为35～99.4份，金属X的重量份数为0.5～50份 。

本发明采用向Fe-X合金熔体中通入氮气的方法原位生成具有大量弥散分布的XN颗粒的 Fe-X-N晶粒细化剂，其中X为V或Nb，或者为i，V和Nb中的多种(任意两种或三种)的混合 。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：向钢熔体中添加Fe-X-N合金，利用基 体中的XN颗粒(即TiN、VN、NbN等颗粒)作为钢的异质形核核心，从而细化钢的晶粒，并 使钢坯铸态组织等轴晶的比例提高到60％以上，晶粒细化剂的细化效果明显；本发明的晶 粒细化剂制备简单，成本低廉。

图1为制备Fe-X-N晶粒细化剂的装置示意图。

图2为不添加细化剂的409L铁素体不锈钢宏观组织照片图；

图3为添加2wt％细化剂后409L铁素体不锈钢宏观组织照片图。

具体实施方式

以下实例将结合附图对本发明作进一步说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下 进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下 列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条 件。