[发明专利]一种TiO2

说明书

本发明公开了一种TiO₂纳米颗粒增强热轧钢筋的制备方法，包括：称取一定量的TiO₂纳米颗粒、Al粉、硅锰合金粉末，按照一定的质量比混合后进行球磨处理；将球磨处理后的混合粉末放入管式炉中进行烧结，样品随炉冷却后得到TiO₂纳米复合材料。将废钢装入中频感应炉进行熔炼，熔炼后期将TiO₂纳米复合材料加入到钢液中，温度和成分调整合格后，浇注成钢锭；钢锭经轧制成合格钢筋；本发明通过采用中间合金为载体的方法，克服了TiO₂纳米粒子储存和运输过程中的团聚现象，改善了TiO₂纳米颗粒与钢铁基体间的润湿性，解决了TiO₂纳米颗粒在钢液中易上浮、易团聚的问题，保证了第二相粒子TiO₂合理的分布，实现了对钢筋第二相强化的效果。

技术领域

本发明属于钢铁材料及其制造领域，具体涉及一种TiO₂纳米颗粒增强热轧钢筋的制备方法。

背景技术

螺纹钢筋新标准(GB/T1499.2-2018)执行后，增加了宏观金相组织(P+F)的要求，采用轧后余热淬火工艺(强穿水工艺)来增加相变强化和促进细晶强化的方法已被淘汰，为了保证钢筋力学性能符合国家标准要求，采用添加贵重金属铌或钒，通过轧后铌或钒的碳氮化物析出，保证钢筋组织(P+F)前提下提高钢筋强度，是目前各大钢厂普遍的主要工艺手段，但铌和钒等贵重金属价格高居不下，采用添加廉价的纳米二相粒子提高钢筋的力学性能对降低钢筋生产成本、提高企业竞争能力具有重要的意义。

钢基体中第二相粒子的种类、尺寸、形状及其分布都会对钢的力学、物理、化学性能产生非常重要的影响。高硬度、高熔点的纳米级第二相粒子能对钢基体产生沉淀强化和细晶强化效果，从而提高钢的综合力学性能；其中，细化晶粒包括凝固结晶时的形核细化和后期加工过程中的再结晶细化。但当第二相粒子较大时(微米级)，作为裂纹形核源而导致裂纹形成和传播，对钢力学性能起到破坏作用。在钢铁材料内部引入高硬度、高熔点的纳米级第二相粒子，可以在晶界处形成钉扎、阻止晶粒长大，起到细化晶粒的作用，从而提高钢铁材料的力学性能；另外加认为添加的第二相颗粒在钢水凝固结晶时可取到形核细化和后期轧制过程中的再结晶细化的多重细化晶粒的效果，与内部析出第二相粒子相比，该方法克服了内部析出法在生成第二相的数量及其大小的不确定性和难以把握性，更具有可控性，而且对钢的纯净度无过高要求，可以方便地适用于工业规模的钢材生产。然而高硬度、高熔点的纳米粒子在储存、运输过程中极易团聚，添加进钢液中后易上浮、易团聚，只有克服以上缺点，才能真正实现低成本高强钢筋的生产。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种TiO₂纳米颗粒增强热轧钢筋的制备方法，包括步骤如下：

步骤一：分别称取TiO₂纳米颗粒、Al粉、硅锰合金粉末，将TiO₂纳米颗粒、Al粉、硅锰合金粉末按照质量比为1:2～20:5～30的比例混合，将混合后的粉末装入球磨罐中，球料比为5～15:1，研磨球和样品的总体积不大于球磨罐容积的三分之二，将球磨罐容积的三分之一作为预留研磨空间；

步骤二：使用真空泵将球磨罐中的气体抽走，使球磨罐内处于真空状态；将球磨罐对称放入行星式球磨机，对样品进行机械合金化；

步骤三：球磨机停止运行后，等待球磨罐冷却完毕，取出混合粉末倒入坩埚中，然后在管式炉中进行高温烧结，烧结开始前先将管式炉内的空气抽走，从开始升温到烧结完成后的随炉冷却直至取出样品；

步骤四：将废旧钢筋装入实验中频感应炉进行熔炼，当升温至1550℃以上，废钢完全融化后，取样进行光谱成分分析，根据目标成分，视情况选择加入硅铁、锰铁和钒铁调节钢液成分，当成分合格、温度达到1560～1570℃时，经过两次除渣之后再保温10min，待钢液温度降低到1530～1550℃，静置1分钟，将钢液浇注成对照样钢锭；