本发明涉及一种铁素体不锈钢晶粒细化剂，属于金属材料晶粒细化技术领域。
背景技术：
相比于铬镍奥氏体不锈钢，铁素体不锈钢具有强度高、冷加工硬化倾向低、导热系数高(为其130％～150％)、线膨胀系数低(为其60％～70％)、耐蚀性好等优点。由于废钢和镍资源的波动，扩大铬系铁素体不锈钢已成为全球不锈钢品种结构调整的重点。
铁素体不锈钢在生产过程中主要存在热加工如锻造、轧制过程易开裂等问题，这是由于铁素体晶粒粗大，不发生α→γ的相变，晶粒的遗传性也会导致成品因晶粒粗大而无法满足使用要求。中国专利cn105033181a公布的《一种熔模铸造铁素体不锈钢晶粒细化剂及其使用方法》以fe粉作为细化晶粒的孕育剂，其方法简单，但其加入方法是随流均匀加入铸型，无法实现精准加入细化剂；中国专利cn101407866a公布的《钢的fe-ti-n晶粒细化剂及其制备方法》通过向fe-ti合金熔体通以氮气制备晶粒细化剂，其制备工艺较为复杂；中国专利cn106312026公布的《用于铸钢晶粒和组织细化处理的变质剂》克服了制作过程简易，但细化剂中含8～10％的v，增加了成本；并且以上专利均针对于模铸，目前晶粒细化剂在连铸工艺上并未得到良好的应用。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种铁素体不锈钢晶粒细化剂、其制备方法及使用方法，可使铁素体不锈钢的晶粒细化。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种铁素体不锈钢晶粒细化剂，该晶粒细化剂包括tin和fe粉，所述tin和fe粉的质量比为0.01～0.06：99.99～99.94。
一种铁素体不锈钢晶粒细化剂的制备方法，其包括如下步骤：
s1、配料：
以fe粉和大颗粒的tin粉为原料，按照fe粉和tin粉的质量比为99.99-99.94：0.01～0.06成分配比进行配料；
s2、fe-tin块的制备：
将步骤s1配好的原料置于球磨机中研磨、混合；将球磨后的粉末在模具中热压成块，热压温度1350℃～1400℃，保温时间5～10min，冷却后取出，获得铁素体不锈钢晶粒细化剂。
如上所述的制备方法，优选地，在步骤s2中，所述混合的时间为2～5h，所述球磨后的tin粉末粒径小于2μm。
如上所述的制备方法，优选地，在步骤s2中，所述热压成块的压力为25～30mpa。
如上所述铁素体不锈钢晶粒细化剂的使用方法，可在工业生产铁素体不锈钢的连铸工艺前的中间包工位添加铁素体不锈钢晶粒细化剂，按每吨钢添加100～600g的tin添加。
如上所述铁素体不锈钢晶粒细化剂的使用方法其包括如下步骤：
(1)配料
以fe粉和tin粉为原料，按照成分配比进行配料；(2)fe-tin块的制备
将配好的原料置于球磨机中研磨、混合；
将球磨后的粉末在模具中热压成块，热压温度1350℃～1400℃，保温时间5～10min，冷却后取出，获得fe-tin块；
(3)熔炼
将铁素体不锈钢熔炼；待铁素体不锈钢熔化后压入所述fe-tin块，所述fe-tin块完全熔化后在1550～1600℃保温10～12min，然后冷却至室温，即得晶粒细化后的铁素体不锈钢。
如上所述的使用方法，优选地，在步骤(2)中，所述球磨机为星式球磨机。
优选地，在步骤(2)中，所述混合的时间为2～5h，所述球磨后的tin粉末粒径小于2μm。
优选地，所述热压成块的压力为25～30mpa。
如上所述的使用方法，优选地，在步骤(3)中，所述fe-tin块的添加量为按tin质量分数为铁素体不锈钢总质量的0.01～0.06％添加。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明提供的铁素体不锈钢晶粒细化剂，在使用过程中，通过诱导晶内铁素体形核从而达到细化铁素体不锈钢晶粒的效果，解决了铁素体不锈钢因晶粒粗大而产生的锻造及轧制过程开裂问题，可应用于模铸和连铸工艺。
本发明提供的铁素体不锈钢晶粒细化剂的制备方法，通过先制备fe-tin块，作为细化剂添加，可精确控制tin的加入量，tin收得率稳定，该方法制备过程简单，无污染，适合工业化生产。
附图说明
图1为实施例1中所制备的铁素体不锈钢的金相图；
图2为实施例2中所制备的铁素体不锈钢的金相图；
图3为实施例3中所制备的铁素体不锈钢的金相图；
图4为实施例4中所制备的铁素体不锈钢的金相图；
图5为对比例中所制备的铁素体不锈钢的金相图；
图6为实施例1中所制备的铁素体不锈钢的扫描电镜图及其夹杂物能谱图；其中，图6(a)为扫描电镜图，图6(b)为其夹杂物能谱图；
图7为实施例2中所制备的铁素体不锈钢的扫描电镜图及其夹杂物能谱图；其中，图7(a)为扫描电镜图，图7(b)为其夹杂物能谱图；
图8为实施例3中所制备的铁素体不锈钢的扫描电镜图及夹杂物元素面分布图；其中，图8(a)为扫描电镜图，图8(b)为ti元素的分布图，图8(c)为o元素的分布图，图8(d)为al元素的分布图，图8(e)为n元素的分布图；
图9为实施例4中所制备的铁素体不锈钢的扫描电镜图及夹杂物元素面分布图；其中，图9(a)为扫描电镜图，图9(b)为ti元素的分布图；图9(c)为n元素的分布图。
具体实施方式
本发明采用制备的fe-tin块作为晶粒细化剂，可以使其更好的压入钢液，避免因ti元素的烧损，而降低tin的收得率，制备的fe-tin块可稳定其氮化钛的收得率。氮化钛(tin)是一种过渡金属氮化物，具有b1–nacl型晶体结构，具有极高的化学稳定性，向钢中添加微米级tin通过形成弥散分布第二相，可以诱导晶内针状铁素体形核，从而细化铁素体的初始凝固组织即铸态组织。其在细化晶粒的同时提高材料的强度和韧性，还避免了单独的al2o3存在，从而有效解决了铁素体不锈钢在热加工如锻造、轧制过程易开裂等问题。
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
一种细化铁素体不锈钢铸态组织的方法，按照如下操作进行：
(1)、配料
以fe粉和大颗粒的tin粉为原料，按tin粉的质量分数为0.01％成分配比进行配料，其中，采用的大颗粒tin粉的粒径在4～5μm之间。
(2)、fe-tin块的制备
将配好的原料置于行星式球磨机中研磨、混合，混合时间为2.5h。需要注意的是原料占磨罐容积比例不超过2/3。
球磨后的tin粉末粒径小于2μm，将球磨后的粉末在模具中热压成块，热压压力为27mpa，热压温度1352℃，保温时间6min，冷却后取出，获得fe-tin块。
(3)、熔炼
将铁素体不锈钢在低碳钢坩埚内利用电阻炉熔炼；待铁素体不锈钢熔化后压入上述制备的fe-tin块，其中，fe-tin块按tin为铁素体不锈钢的总质量的0.05％添加，fe-tin块熔化后后在1582℃保温10min，然后冷却至室温，即得晶粒细化后的铁素体不锈钢。
实施例2
一种细化铁素体不锈钢铸态组织的方法，按照如下操作进行：
(1)、配料
以fe粉和大颗粒的tin粉为原料，按tin粉的质量分数为0.02％成分配比进行配料。
(2)、fe-tin块的制备
将配好的原料置于行星式球磨机中研磨、混合，混合时间为3h。球磨后的tin粉末粒径小于2μm，将球磨后的粉末在模具中热压成块，热压压力为25mpa，热压温度1374℃，保温时间8min，冷却后取出，获得fe-tin块。
(3)、熔炼
将铁素体不锈钢在低碳钢坩埚内利用电阻炉熔炼；待铁素体不锈钢熔化后压入上述制备的fe-tin块，其中，fe-tin块按tin为铁素体不锈钢的总质量的0.03％添加，fe-tin块熔化后在1582℃保温10min，然后冷却至室温，即得晶粒细化后的铁素体不锈钢。
实施例3
一种细化铁素体不锈钢铸态组织的方法，按照如下操作进行：
(1)、配料
以fe粉和大颗粒的tin粉为原料，按tin粉的质量分数为0.03％成分配比进行配料。
(2)、fe-tin块的制备
将配好的原料置于行星式球磨机中研磨、混合，混合时间为3.5h。球磨后的tin粉末粒径小于2μm，将球磨后的粉末在模具中热压成块，热压压力为28mpa，热压温度1365℃，保温时间8min，冷却后取出，获得fe-tin块。
(3)、熔炼
将铁素体不锈钢在低碳钢坩埚内利用电阻炉熔炼；待铁素体不锈钢熔化后压入上述制备的fe-tin块，其中，fe-tin块按tin为铁素体不锈钢的总质量的0.01％添加，fe-tin块熔化后在1569℃保温12min，然后冷却至室温，即得晶粒细化后的铁素体不锈钢。
实施例4
一种细化铁素体不锈钢铸态组织的方法，按照如下操作进行：
(1)、配料
以fe粉和大颗粒的tin粉为原料，按tin粉的质量分数为0.06％成分配比进行配料。
(2)、fe-tin块的制备
将配好的原料置于行星式球磨机中研磨、混合，混合时间为5h。球磨后的tin粉末粒径小于2μm，将球磨后的粉末在模具中热压成块，热压压力为30mpa，热压温度1381℃，保温时间9min，冷却后取出，获得fe-tin块。
(3)、熔炼
将铁素体不锈钢在低碳钢坩埚内利用电阻炉熔炼；待铁素体不锈钢熔化后压入fe-tin块，其中，fe-tin块按tin为铁素体不锈钢的总质量的0.04％添加，fe-tin块熔化后在1577℃保温10min，然后冷却至室温，即得晶粒细化后的铁素体不锈钢。
对比例
将铁素体不锈钢在低碳钢坩埚内利用电阻炉熔炼；待铁素体不锈钢熔化在1580℃保温10min，然后冷却至室温，即得铁素体不锈钢。
为了观察晶内铁素体的生长情况，将钢样在马弗炉中升温至1250℃，然后降温，在1150℃下保温10min，水淬。通过蔡司金相显微镜对实施例1-4及对比例制备的铁素体不锈钢进行金相察如图1-5所示，可以看到，在相同的放大倍数下，实施例1-4中的针状铁素体呈现细小、密集、弥散的状态，充分的分割晶粒，细化晶粒效果明显。而对比例晶界两侧的针状铁素体尺寸较大，且排列比较疏松。说明由于采用的tin与铁素体的(100)晶面错配度较小，仅为3.8％，诱导了晶内铁素体形核与生长，促进了晶粒的细化。
使用扫描电镜对实施例1-4的铁素体不锈钢进行夹杂物的形貌及能谱检测，如图6-图9中的(a)分别为实施例1-4中典型夹杂物的扫描电镜图，如图6和图7中的(b)为对应夹杂物的能谱图，说明夹杂物为tin；图8的(b)、(c)、(d)、(e)分别为通过扫描电镜进行夹杂物的面扫描获得的夹杂物元素分布图分别对应的是ti、o、al、n元素的分布图，图9中的(b)、(c)分别对应的是ti、n元素的分布图。从图中可更清晰、直观的反映夹杂物中元素的富集状态，发现铁素体不锈钢中含大量的tin及tin包裹al2o3存在，夹杂物尺寸在1～2μm之间，说明铁素体不锈钢中tin不仅起到了细化晶粒的作用，还避免了单独的al2o3存在，因如果有单独的al2o3夹杂会破坏钢基体的连续性，造成钢组织的不均匀，影响到钢的力学性能及加工性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何本领域技术人员可以利用上述公开的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。