](2)前人研宄中常用铁粉作为纳米粒子的分散介质，其熔点在1535°C，加入钢液中后熔化速度较慢，这给已经释放到钢液中的纳米粒子提供了充足的时间团聚长大，不利于纳米粒子的弥散。而作为分散介质的AlSi合金纳米粉熔点较低，不大于660°C，加入到钢液后会迅速熔化，将其内部处于分散状态的纳米粒子释放，利于纳米粒子均匀弥散；另外其构成元素Al和Si均为脱氧元素，它的适量加入不会对钢液造成污染。
[0022](3)前人研宄通常是在钢包或中间包中利用气载、喷丸、冲包等方法加入纳米粒子，这些方法实验过程中易使纳米粒子随着载气气泡上浮，或因纳米粒子密度小而自动上浮到钢液表面，本发明中将合金元素含量极少的钢管作为载体，首先钢管的加入不会污染钢液成分，加入位置选择在结晶器钢流的正下方，充分利用了从中间包流下的钢液连续不断的冲击力以及结晶器内部扰动剧烈的流场，使纳米粒子进入钢液内部后迅速发生弥散，并随拉坯向下运动；另外，由于结晶器液面存在回卷式的流场，使浮上钢液表面的纳米粒子被重新卷入钢中。这些特点很好的避免了纳米粒子上浮缺陷。
[0023](4)前人研宄方法中多提出在钢包或中间包位置加入纳米粒子，这将使纳米粒子在钢液中的滞留时间变长，团聚上浮几率变大，而本发明选择自然搅拌作用较强、距离钢液凝固位置较近的结晶器位置添加，使得弥散在钢液中的纳米粒子还未来得及发生团聚，便随钢液凝固的进行固定在铸坯中；而且在钢包或中间包位置加入纳米粒子，将直接作用到整个浇次的钢水，无法在添加量上进行随时调节，本发明通过改变结晶器处钢管的加入速度，可以随时调节钢中纳米粒子的添加量，避免直接作用于整个浇次的钢液。
[0024](5)本发明提供的原料制作方法简单，加入过程无需使用特殊的机械设备，易于操作，得到的效果明显且稳定，易推广应用。
【附图说明】
[0025]图1为MgO纳米粉加入质量分数为0.05%的钢中含Mg夹杂物三维形貌；
[0026]图2为MgO纳米粉加入质量分数为0.05%的钢中含Mg夹杂物EDS结果；
[0027]图3为MgO纳米粉按不同质量分数添加时钢中宏观组织形貌；(A:0% ;B:0.01% ;C:0.03% ；D:0.05% ；E:0.07% )
[0028]图4为试验钢试样抗拉试验检测结果；
[0029]图5为试验钢试样冲击韧性检测结果。
【具体实施方式】
[0030]实施例一:
[0031](I)按质量比1: 10称取MgO纳米粉和AlSi合金纳米粉，将两者混合后通过真空条件下的高剪切混匀分散机进行分散，转数控制在1400rpm/min，混匀时间持续24小时，得到混合纳米粉剂；
[0032](2)取若干根长1.5m的细钢管，每根钢管填充150g的混合纳米粉并压实，钢管两端用木塞密封；
[0033](3)进行工业试验所用钢种为Q235，连铸坯断面为150mm小方坯，每根铸坯长度为9m，重量为1.5t，连铸拉速为2m/min。开始试验时，将I根装有混合粉剂钢管以330mm/min的速度慢慢伸入结晶器中钢流的正下方，直到整根钢管全部加入钢中，用时4.5min，可以使钢中同一纳米MgO的百分含量均勾的分布在一根铸还中，纳米MgO质量分数为0.01% ；
[0034](4)从铸坯中切取一块边长15mm的立方体，对其任意一面进行砂纸磨、抛光并酸洗，置于扫描电子显微镜下观察其含Mg夹杂物形貌尺寸，利用金相显微镜观察组织形貌；从铸坯中切取拉伸和冲击试验标准试样，并进行室温条件下的拉伸和冲击试验。
[0035]实施例二:
[0036]本实施例的基本实验步骤同实施例一，不同之处在于:开始试验时，将3根装有混合粉剂钢管同时以1000mm/min的速度慢慢伸入结晶器中钢流的正下方，直到整根钢管全部加入钢中，用时4.5min，可以使钢中同一纳米MgO的百分含量均匀的分布在一根铸坯中，纳米MgO质量分数为0.03%。
[0037]实施例三:
[0038]本实施例的基本实验步骤同实施例一，不同之处在于:开始试验时，将5根装有混合粉剂钢管同时以1660mm/min的速度慢慢伸入结晶器中钢流的正下方，直到整根钢管全部加入钢中，用时4.5min，可以使钢中同一纳米MgO的百分含量均匀的分布在一根铸坯中，纳米MgO质量分数为0.05%。
[0039]实施例四:
[0040]本实施例的基本实验步骤同实施例一，不同之处在于:开始试验时，将7根装有混合粉剂钢管同时以2330mm/min的速度慢慢伸入结晶器中钢流的正下方，直到整根钢管全部加入钢中，用时4.5min，可以使钢中同一纳米MgO的百分含量均匀的分布在一根铸坯中，纳米MgO质量分数为0.07%。
【主权项】
1.一种外加纳米粒子使钢组织细化并提高其力学性能的方法，其特征在于包括以下步骤: (1)纳米粒子预分散 将高熔点氧化物或氮化物纳米粒子和低熔点合金纳米粉按比例混合后通过混匀分散机进行预分散，转数控制在HOOrpm，混匀时间持续24小时，再将混合粉剂填充于细长钢管中并压实密封； (2)纳米粒子添加 在某一常用连铸拉速下，已知单根铸坯的质量，根据纳米粒子在钢中某一质量分数计算出对应的钢管加入速度，将钢管以该速度缓缓伸入结晶器中钢流的正下方，依靠中间包流下的钢液连续不断的冲击力以及结晶器内部扰动剧烈的流场，使纳米粒子进入钢液内部后迅速发生弥散，恒定钢管的加入速度，可使纳米粒子在该质量分数下均匀的分布在单根铸坯中。
2.根据权利要求1所述的一种外加纳米粒子使钢组织细化并提高其力学性能的方法，其特征在于:所述高恪点氧化物或氮化物纳米粒子为MgO纳米粉、Al2O3纳米粉、Ce 203纳米粉和TiN纳米粉中的一种，且粒子平均粒度f 25nm。
3.根据权利要求1所述的一种外加纳米粒子使钢组织细化并提高其力学性能的方法，其特征在于:所述低恪点合金纳米粉为AlSi纳米粉、SiMn纳米粉、NiFe纳米粉中的一种，粒度平均粒度均f 25nm。
4.根据权利要求1所述的一种外加纳米粒子使钢组织细化并提高其力学性能的方法，其特征在于:所述纳米粒子和合金纳米粉的质量配比为1:8?1:10。
5.根据权利要求1所述的一种外加纳米粒子使钢组织细化并提高其力学性能的方法，其特征在于:所述钢管的成分中主要含铁元素，碳元素含量5 0.04%，其他元素总含量< 0.2%,每根钢管长度为I?1.5m，内径7?10_，壁厚0.5?1_。
6.根据权利要求1所述的一种外加纳米粒子使钢组织细化并提高其力学性能的方法，其特征在于:所述纳米粒子在钢中的质量分数为0.01%?0.07%。
【专利摘要】本发明是一种外加纳米粒子使钢组织细化并提高其力学性能的方法，涉及钢铁冶金技术领域。本发明设计了一种操作简便、方案合理、效果明显且稳定的方法可将纳米粒子成功弥散于钢液中，并使连铸坯的综合力学性能得到明显提高。其方法包括：将纳米粒子与合金纳米粉混合并分散均匀后，填充于细长钢管中并压实密封，固定连铸拉速下，将钢管以一定速度缓缓伸入结晶器中钢流的正下方，依靠中间包流下的钢液连续不断的冲击力以及结晶器内部扰动剧烈的流场，使纳米粒子进入钢液内部后迅速发生弥散。本发明用于向钢中加第二相粒子来细化钢织，改善钢材力学性能，因操作简单，效果明显且稳定，易在实际生产中推广应用。
【IPC分类】B22D11-11
【公开号】CN104707957
【申请号】CN201510112841
【发明人】高向宙, 李京社, 杨树峰, 廖航, 高维
【申请人】北京科技大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年3月13日