[发明专利]一种向钢中外加纳米粒子及其细化组织和强韧化钢材的方法

权利要求书

1.一种向钢中外加纳米粒子及其细化组织和强韧化钢材的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)纳米粒子预分散

称取氧化物纳米粒子和纯金属纳米粉，将两者混合，在真空、液氮冷却条件下的行星式球磨机进行预分散，转数控制在1000～1400rad/min，混匀时间10～14h，得到混合纳米粉剂；

(2)制备铝基中间体

采用中频感应炉加热熔化金属铝，然后将铝液置于螺旋电磁搅拌器和超声波处理器下，添加混合纳米粉剂，在螺旋电磁场和超声波共同作用下向铝液中分散混合纳米粉剂，电磁搅拌电流为200～300A，频率40～50Hz，超声波发射头浸入到铝液深度为25～35mm，输出功率0.8kW～1kW，频率为18～22Hz；熔体凝固后制得氧化物纳米粒子弥散的铝基中间体，再将铝基中间体制备成块状或粒状待用，粒度为10mm～20mm；

(3)纳米粒子添加

在RH精炼后期的脱氧合金化过程中，先采用硅、锰、铝或它们的合金对钢液进行脱氧，脱氧后钢液的T.O﹤10ppm，再通过RH装置上方的合金溜槽向钢液中加入铝基中间体，铝基中间体分3～5批次加入，在提升气体氩气作用下，钢液在RH真空室和钢包内循环流动，纳米粒子由金属铝带入到钢液中并弥散分布，在连铸生产过程中，制备出纳米粒子均匀分布的连铸坯。

2.根据权利要求1所述的一种向钢中外加纳米粒子及其细化组织和强韧化钢材的方法，其特征在于，步骤(1)所述氧化物纳米粒子为CaO纳米粉、MgO纳米粉、Al₂O₃纳米粉、ZrO₂纳米粉中的一种，纳米粒子的粒度介于25nm～50nm之间。

3.根据权利要求1所述的一种向钢中外加纳米粒子及其细化组织和强韧化钢材的方法，其特征在于，步骤(1)所述纯金属纳米粉为Ca纳米粉、Mg纳米粉、Al纳米粉中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种向钢中外加纳米粒子及其细化组织和强韧化钢材的方法，其特征在于，步骤(1)所述氧化物纳米粒子和纯金属纳米粉的质量配比为1:5～1:8。

5.根据权利要求1所述的一种向钢中外加纳米粒子及其细化组织和强韧化钢材的方法，其特征在于，步骤(2)所述氧化物纳米粒子在铝液中呈均匀分散状态，其体积分数占比为15％～20％。

6.根据权利要求1所述的一种向钢中外加纳米粒子及其细化组织和强韧化钢材的方法，其特征在于，步骤(2)所述分散混合纳米粉剂时保证铝液温度≥800℃。

7.根据权利要求1所述的一种向钢中外加纳米粒子及其细化组织和强韧化钢材的方法，其特征在于，步骤(2)所述中间体熔体凝固速度为≤0.4K/s。

8.根据权利要求1所述的一种向钢中外加纳米粒子及其细化组织和强韧化钢材的方法，其特征在于，步骤(3)所述在加入第一批铝基中间体后，提升氩气流量控制110～130Nm³/h，加完铝基中间体后，循环时间控制在8～10min。

9.根据权利要求1所述的一种向钢中外加纳米粒子及其细化组织和强韧化钢材的方法，其特征在于，步骤(3)所述氧化物纳米粒子加入量为钢液质量的0.005％～0.01％。