一种新型纳米中碳结构钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种新型纳米中碳结构钢及其制备方法。本发明专利技术通过在中碳结构钢基体原料粉末中添加一定量的纳米铝粉，纳米铝粉能够在中碳结构钢基体中均匀弥散形成纳米晶核，然后诱导基体钢结构形成平均晶粒尺寸不超过100nm的均匀纳米结构，从而对中碳结构钢的性能产生增强效果。

【技术实现步骤摘要】
一种新型纳米中碳结构钢及其制备方法
本专利技术涉及纳米合金
，具体涉及一种新型纳米中碳结构钢及其制备方法。
技术介绍
纳米材料由于其独特的物理、化学、力学性能，在电子信息、生物工程、航空航天等领域具有广阔的应用前景。然而，目前的纳米材料大多是指纳米粉体材料，块状纳米材料由于受到制备技术、材料配方等因素的限制，很难实现工业化的生产。目前块状纳米合金的制造，或采用纳米粉末高温烧结、大塑性变形等复杂工艺，需要高温、高压等苛刻条件，仅能制得晶粒尺寸较大、界面粗糙、微孔隙过多的块状纳米制品；或采用非晶晶化法，通过采用特殊的材料配方，首先获得非晶态固体，然后通过熔体激冷等方法实现非晶态向晶态转变，制备块状纳米产品。上述块状纳米材料的制备方法一方面依赖于材料的配方，一方面依赖于复杂的制备工艺，制得块状纳米产品仍然质量较差，从而限制了块状纳米合金的工业化应用。基于上述块状纳米材料的制备工艺现状，有必要开发一种制备工艺简单，纳米晶粒尺寸均匀，微孔隙小的块状纳米中碳结构钢。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种新型纳米中碳结构钢及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种新型纳米中碳结构钢，由基体原料和纳米铝粉制成，且所述纳米中碳结构钢的平均晶粒尺寸在100nm以下，其成分按质量百分比计包括：铝：1.5％-2.5％，碳：0.42％-0.50％，锰：0.5％-0.8％，硅：0.17％-0.37％，铬：≤0.25％，镍：≤0.3％，其余为铁和不可避免的杂质。本专利技术在冶炼过程中，通过在中碳结构钢(45#)基体原料粉末中添加纳米铝粉，纳米铝粉在中碳结构钢基体中均匀弥散形成纳米晶核，然后诱导钢铁合金晶粒生长，通过控制纳米铝含量，使得钢铁合金的晶粒不至于生长过大，确保其平均晶粒尺寸在100nm以下，从而整体增强钢铁材料的机械强度及其他方面的性能。本专利技术的制备工艺简单，有利于实现纳米中碳结构钢的工业化生产。进一步地，所述纳米中碳结构钢中铝的质量百分比为1.8％-2.3％，通过优选纳米铝粉的添加量，使得纳米铝粉能够在中碳结构钢基体中均匀弥散形成纳米晶核，进一步提高纳米中碳结构钢的机械强度和硬度。进一步地，所述纳米中碳结构钢的成分按质量百分比计包括：铝：1.8％-2.3％，碳：0.45％，锰：0.5％-0.8％，硅：0.17％-0.37％，铬：≤0.25％，镍：≤0.3％，其余为铁和不可避免的杂质，更有利于提高该纳米中碳结构钢的机械强度和硬度。进一步地，所述纳米中碳结构钢的平均晶粒尺寸为≤50nm，使得该纳米中碳结构钢具有较高的硬度和力学强度。进一步地，所述纳米铝粉的平均粒径为10-50nm。纳米铝粉作为中碳结构钢的成核剂诱导纳米结构的形成，为防止晶粒增大过大，本专利技术的纳米铝粉的粒径优选在50nm以下，而10nm以下的铝粉因粒径太小，容易团聚，不利于均匀纳米结构的形成。进一步地，所述杂质为磷，且所述纳米中碳结构钢中杂质的质量百分比≤0.035％。本专利技术还提供了上述的新型纳米中碳结构钢的制备方法，将纳米铝粉与基体原料按比例配料并混合均匀后，加热至1500℃以上，冶炼后冷却，得到平均晶粒尺寸在100nm以下的纳米中碳结构钢。本专利技术的制备工艺简单，且制得的米中碳结构钢纳米晶粒尺寸均匀、微孔隙小，具有较高机械强度。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术通过在中碳结构钢原料粉末中添加纳米铝粉，并优化纳米铝粉的添加量，使得纳米铝粉能够在中碳结构钢基体中均匀弥散形成纳米晶核，然后诱导钢结构形成平均晶粒尺寸不超过100nm的均匀纳米结构，从而达到纳米增强的目的。附图说明图1为实施例1的纳米中碳结构钢的SEM图。具体实施方式为更好地说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本专利技术进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例1一种新型纳米中碳结构钢，其成分按质量百分比计包括：铝：2.0％，碳：0.45％，锰：0.6％，硅：0.2％，铬：0.25％，镍：0.3％，磷：0.035％，铁：余量；所述纳米中碳结构钢的制备方法为：将纳米铝粉与其余原料组分按上述比例混合均匀后，加热至1500℃以上，冶炼后冷却得到纳米中碳结构钢，其中选用的纳米铝粉的平均粒径为20nm。实施例2一种新型纳米中碳结构钢，其成分按质量百分比计包括：铝：2.5％，碳：0.45％，锰：0.6％，硅：0.2％，铬：0.25％，镍：0.3％，磷：0.035％，铁：余量；所述纳米中碳结构钢的制备方法为：将纳米铝粉与其余原料组分按上述比例混合均匀后，加热至1500℃以上，冶炼后冷却得到纳米中碳结构钢，其中选用的纳米铝粉的平均粒径为20nm。实施例3一种新型纳米中碳结构钢，其成分按质量百分比计包括：铝：1.5％，碳：0.45％，锰:0.6％，硅：0.2％，铬：0.25％，镍：0.3％，磷：0.035％，铁：余量；所述纳米中碳结构钢的制备方法为：将纳米铝粉与其余原料组分按上述比例混合均匀后，加热至1500℃以上，冶炼后冷却得到纳米中碳结构钢，其中选用的纳米铝粉的平均粒径为20nm。实施例4一种新型纳米中碳结构钢，其成分按质量百分比计包括：铝：1.8％，碳：0.45％，锰:0.6％，硅：0.2％，铬：0.25％，镍：0.3％，磷：0.035％，铁：余量；所述纳米中碳结构钢的制备方法为：将纳米铝粉与其余原料组分按上述比例混合均匀后，加热至1500℃以上，冶炼后冷却得到纳米中碳结构钢，其中选用的纳米铝粉的平均粒径为20nm。实施例5一种新型纳米中碳结构钢，其成分按质量百分比计包括：铝：2.3％，碳：0.45％，锰:0.6％，硅：0.2％，铬：0.25％，镍：0.3％，磷：0.035％，铁：余量；所述纳米中碳结构钢的制备方法为：将纳米铝粉与其余原料组分按上述比例混合均匀后，加热至1500℃以上，冶炼后冷却得到纳米中碳结构钢，其中选用的纳米铝粉的平均粒径为20nm。对比例1一种新型纳米中碳结构钢，其成分按质量百分比计包括：铝：2.8％，碳：0.45％，锰:0.6％，硅：0.2％，铬：0.25％，镍：0.3％，磷：0.035％，铁：余量；所述纳米中碳结构钢的制备方法为：将纳米铝粉与其余原料组分按上述比例混合均匀后，加热至1500℃以上，冶炼后冷却得到纳米中碳结构钢，其中选用的纳米铝粉的平均粒径为20nm。对比例2一种新型纳米中碳结构钢，其成分按质量百分比计包括：铝：1.2％，碳：0.45％，锰:0.6％，硅：0.2％，铬：0.25％，镍：0.3％，磷：0.035％，铁：余本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型纳米中碳结构钢，其特征在于，由基体原料和纳米铝粉制成，且所述纳米中碳结构钢的平均晶粒尺寸在100nm以下，其成分按质量百分比计包括：铝：1.5％-2.5％，碳：0.42％-0.50％，锰：0.5％-0.8％，硅：0.17％-0.37％，铬：≤0.25％，镍：≤0.3％，其余为铁和不可避免的杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型纳米中碳结构钢，其特征在于，由基体原料和纳米铝粉制成，且所述纳米中碳结构钢的平均晶粒尺寸在100nm以下，其成分按质量百分比计包括：铝：1.5％-2.5％，碳：0.42％-0.50％，锰：0.5％-0.8％，硅：0.17％-0.37％，铬：≤0.25％，镍：≤0.3％，其余为铁和不可避免的杂质。


2.根据权利要求1所述的新型纳米中碳结构钢，其特征在于，所述纳米中碳结构钢中铝的质量百分比为1.8％-2.3％。


3.根据权利要求2所述的新型纳米中碳结构钢，其特征在于，所述纳米中碳结构钢的成分按质量百分比计包括：铝：1.8％-2.3％，碳：0.45％，锰:0.5％-0.8％，硅：0.17％-0.37％，铬：≤0.25％，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，
申请(专利权)人：广东合一纳米材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44