[发明专利]一种新型纳米低碳结构钢

说明书

本发明公开了一种新型纳米低碳结构钢配方，其含有的化学成分重量百分比为：铝1.5～2.5％、碳0.12～0.22％、锰0.3～0.8％、硅0～0.3％及余量的铁和不可避免的杂质；所述铝的原料为纳米级铝粉。本发明所述新型纳米低碳结构钢的制备原料中加入了特定含量的纳米级别的铝粉，在混合物中均匀弥散形成纳米晶核，然后诱导钢结构形成不超过100nm的微观结构，从而在配方样品中形成均匀纳米结构，达到纳米增强的目的。本发明还公开了一种新型纳米低碳结构钢的制备方法，所述制备方法工艺简单，可大批量工业化生产低碳结构钢。

技术领域

本发明属于新材料领域，具体涉及一种新型低碳纳米结构钢。

背景技术

自1984年块状纳米材料首次通过惰性气体冷凝原味加压法制得后，研究发现，块状纳米材料与普通多晶材料相比，有着非常优异的光、热、电、磁及力学性能，在工程尤其是基材建筑方面有广泛用途。然而目前所讲的纳米材料多指零维的纳米粉体材料，作为三维的块状纳米材料由于制备工艺及成本限制依旧停留在探索研究阶段。传统的块状纳米合金的制备方法主要有大塑性变形(PSD)法、非晶晶化法、粉末冶金法及熔体凝固法等，而近年来兴起了如喷雾沉积法以及离子注入法等新工艺方法。但是上述方法因其制备流程繁琐或造价昂贵等原因依然无法大批量地制备出符合工业化标准的纯度高、缺陷少、致密度高的大尺寸块状纳米材料。

碳素结构钢属于可大批量生产且价格低廉的钢类，在钢的总产量中占约70％。这类结构钢主要用作焊接、铆接和螺栓联接的基材合金结构，广泛用于建筑、桥梁、铁道、车辆、船舶及化工设备等。Q235结构钢作为碳素结构钢最广泛使用的一种钢，面对日益苛刻的使用环境，其耐蚀性及综合力学性能方面依旧有很大的提升空间。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种新型纳米低碳结构钢。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种新型纳米低碳结构钢，其含有的化学成分重量百分比为：铝1.5～2.5％、碳0.12～0.22％、锰0.3～0.8％、硅0～0.3％及余量的铁和不可避免的杂质；所述铝的原料为纳米级铝粉。

本发明所述新型纳米低碳结构钢的制备原料中加入了特定含量的纳米级别的铝粉，在混合物中均匀弥散形成纳米晶核，然后诱导钢结构形成不超过100nm的微观结构，从而在配方样品中形成均匀纳米结构，达到纳米增强的目的。

所述低碳结构钢中，铝粉的添加量过低难以发挥其在钢结构形成过程中的诱导作用，过多则容易导致分散不均匀，从而团聚，影响合晶相的晶粒度，降低结构钢的硬度，发明人发现，铝含量为1.5～2.5％时，结构钢硬度较高。

本发明所述结构钢中还包含少量的氮和氧，氮和氧的含量为：氮≤0.05％，氧≤0.05％。

优选地，所述新型纳米低碳结构钢含有铝的化学成分重量百分比为1.7～2.2％。所述铝含量为1.7～2.2％时，硬度更高。

优选地，所述新型纳米低碳结构钢含有的化学成分重量百分比为：铝1.7～2.2％、碳0.14～0.22％、锰0.35～0.65％、硅0～0.3％及余量的铁。所述新型纳米低碳结构钢为上述成分含量范围时硬度更高。

优选地，所述铝粉的粒径为10～50nm。在该含量范围内的铝粉在钢材结构的形成中更有利于形成纳米晶核，得到的低碳结构钢硬度更高。

优选地，所述杂质为硫和磷，所述硫≤0.05％，所述磷≤0.045％。

本发明的目的还在于提供所述新型纳米低碳结构钢的制备方法，所述新型纳米低碳结构钢的制备方法为：将各原料混合均匀并加热至全部融化后进行冶炼，加热温度为1500℃以上，加热时间为2h以上，将冶炼后的材料冷却后即得所述新型纳米低碳结构钢。本发明所述低碳结构钢冶炼方式为直接原料混合直接进行冶炼，工艺简单，可大批量工业化生产低碳结构钢。