[发明专利]用于制备碳钢的原料及制备方法和碳钢

说明书

技术领域

本发明涉及纳米碳钢材料的制备技术。

背景技术

[0002] 纳米晶材料由于其优异的性能，得到了广泛的关注。纳米晶材料晶粒尺寸小，大量的原子处于晶粒之间的界面上，使其在物理、力学和化学性能等方面具备了许多优异的性能。在力学性能方面，纳米晶材料表现出超高的硬度和屈服强度，是相应的传统微米晶材料的2-10倍。国内外学者对块体纳米晶金属材料的力学性能及其变形机理进行了大量理论和实验研究，发现具有较小晶粒尺寸(小于20 nm)的纳米晶金属材料具有很高的屈服强度(2 GPa)，而同时钢铁材料作为最广泛被应用的材料，细晶强化也是其重要的强化机制，既能有效提高钢的强度，又能明显的优化塑性和韧性。近年来，研究人员尝试利用纳米化的方法来进一步推动钢铁材料的发展。目前也已经通过各种方法制备了纳米钢铁材料。其中最常规的制备方法就是大塑性形变方法，例如球磨法(BM)、等通道扭角压制法(ECAP)、严重塑性扭转应变法(SPTS)以及重叠轧制法(ARB)等，其中球磨法又是最为普遍应用的方法。利用球磨法可以制备出各种纳米结构的材料，如纯金属、金属间化合物及合金等。

单相纳米晶钢铁材料虽然强度提高很大，但塑性下降太快，很难得到实际应用。因此，如何在保持纳米晶材料超高强度的同时，使其具有良好的室温延展性是目前纳米晶钢铁材料发展中亟需解决的重大瓶颈问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于制备碳钢的原料及制备方法和碳钢。

本发明是用于制备碳钢的原料及制备方法和碳钢，用于制备碳钢的原料，为粉末状，按质量百分比计，其组分为：Fe₂O₃ 55~65%，Al 15~25%，石墨0~0.3%，Si 0~0.2%，余量为Fe。

碳钢的制备方法，其步骤为：

（1）根据以上所述的组分，称取原料；

（2）将原料进行干磨，时间持续8小时；

（3）将磨好的原料置于模具中，在30~70MPa的压力下压实；

（4）将引燃剂放置于压实的原料上部，放入反应容器中；

（5）在室温下用氩气吹扫反应容器排除其中的空气，然后将容器温度升至200 ℃时再次排气，之后通入4~7 MPa的氩气继续升高容器温度，当容器内温度达到250 ℃左右时引燃剂开始反应并释放出大量的热，从而引发反应物料间的反应；

（6）反应的燃烧波将从反应物料顶端迅速蔓延至其底部，在燃烧波通过的区域反应物将转变成产物，产物在反应自身释放的热量的作用下被熔化，处于过热液态；

（7）反应在几秒钟时间内完成，生成的产物在氩气保护下随炉冷却至室温；

（8）去除材料表面的灰色Al₂O₃。

采用以上所述的原料、所述的方法制备的碳钢，其组织为纳米组织。

本发明利用原材料在反应中自身释放的化学能合成产物，能源消耗少、环境污染小、材料质量好，容易放大工业化生产，具有良好的发展与应用前景。

具体实施方式

本发明是用于制备碳钢的原料及制备方法和碳钢，用于制备碳钢的原料，如表1所示，称取反应物原材料。

表1.