[发明专利]一种在钢液中形成Ti2O3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Ti₂O₃颗粒的制备方法。

背景技术

与纳米块状金属材料相比，纳米颗粒弥散强化金属材料可保持合金延伸率，同时将合金的强度大幅度提高，且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。纳米强化不但可大幅度提高结构钢的强度，还可以提高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或MA/CDS法、变形热处理法。MA/ODS或MA/CDS法是将数种金属粉末在高能球磨机中混合，反复进行压合和破碎，应用机械合金化等过程实现合金化和氧化物或碳化物颗粒的均匀弥散分布。该方法是自上个世纪60年代首次推出，由于这种方法生产的材料具有很好的高温性能，目前仍是研究的热点。利用MA/ODS或MA/CDS制备，普遍认为过程复杂、成本高。另一种方法是变形热处理，变形包括热变形和冷变形，通过压力加工的变形处理在钢中形成了大量的位错和空位，有利于后续的热处理过程中纳米弥散相的析出。对于含Ti钢通过后续的变形热处理，可以获得Ti的氮化物、碳化物或碳氮化物弥散析出相，依据合金成分和变形热处理工艺不同，析出相种类有差别，平均颗粒大小也不同，从10纳米到几百纳米不等。例如成份(wt.％)为Fe-1.5Mn-(0.1-0.2)Mo-(0.065-0.085)Ti-(0.07-0.09)Nb-(0.0005-0.0010)B-0.06C的含C、N的钢通过将钢以1.5-2℃/s的加热速率在真空炉中加热到1200℃，然后经过870℃-970℃变形加工，最后空冷到室温，可以形成几纳米到500纳米钛的碳化物和氮化物[R D K Misra，H Nathani，J E Hartmann，FSiciliano.Microstructural evolution in a new 770MPa hot rolled Nb-Timicroalloyed steel，Materials Science and Engineering A 394(2005)339-352]。文章[S W Ooi，G Fourlaris.A comparative study of precipitationeffects in Ti only and Ti-V Ultra Low Carbon(ULC)strip steels.MaterialsCharacterization 56(2006)214-226]中指出：成分为0.0025wt％C，0.0038wt％N，0.0030wt％N，0.0200wt％Al，0.1600wt％Mn，0.0120wt％P，0.0260wt％Ti，0.0030wt％Nb，0.0010wt％V的极低碳钢经过80％变形冷轧及退火后，形成了纳米级钛的氮化物和碳化物。

目前应用合金熔炼的方法在钢中获得的含Ti纳米级强化相主要是氮化物或碳氮化物，一般需对凝固合金进行变形热处理才能获得；而直接通过合金熔炼凝固办法，在钢铁中获得纳米强化相Ti₂O₃颗粒还鲜见报道。

发明内容

本发明目的是在合金熔炼时加入纳米强化相Ti₂O₃的形成元素Ti、O，在钢液中形成稳定的纳米Ti₂O₃颗粒，在凝固后获得纳米颗粒Ti₂O₃弥散强化的钢合金。