CN111560568A - 一种新型纳米不锈钢 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型纳米不锈钢，其含有的化学成分重量百分比：铝1.5～2.5％、碳0～0.07％、锰0～2.0％、硅0～1.0％、铬17.0～19.0％、镍8.0～11.0％及余量铁和不可避免的杂质；所述铝的原料为纳米级氧化铝粉。本发明所述新型纳米不锈钢的制备原料中加入了特定含量的纳米级别的氧化铝粉，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不锈钢的制备方法，所述制备方法工艺简单，可大批量工业化生产纳米不锈钢。

Description

一种新型纳米不锈钢
技术领域
本发明属于新材料领域，具体涉及一种新型块状纳米合金不锈钢。
背景技术
纳米材料由于具有独特的物理、化学、力学性能，在电子信息、生物工程、航空航天等具有广阔的应用前景。纳米材料主要包括纳米粉体材料、纳米薄膜材料、表面纳米化材料及块状纳米材料。然而目前市面上所描述的纳米材料大多是指纳米粉体材料(零维)，块状纳米材料作为三维的纳米材料，早期所使用的冷压和烧结成型技术会导致纳米晶金属材料微观结构缺陷引起的块状纳米晶金属材料性能不稳定；而由于受到制备技术、材料配方等的限制，块状纳米材料至今依然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(SPD)等复杂工艺，采用高温、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，限制了块状纳米合金的工业化应用。
304不锈钢是目前钢材市场中应用最为广泛的一种铬-镍不锈钢合金，具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度和机械特性。该钢材在大气中具有良好的加工性能和可焊性，然而304不锈钢的力学性能却不尽人意，仍具有较大的提升空间。
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的纳米不锈钢。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种新型纳米不锈钢，其含有的化学成分重量百分比为：铝1.5～2.5％、碳0～0.07％、锰0～2.0％、硅0～1.0％、铬17.0～19.0％、镍8.0～11.0％及余量铁和不可避免的杂质；所述铝的原料为纳米级氧化铝粉。
本发明所述新型纳米不锈钢的制备原料中加入了特定含量的纳米级别的氧化铝粉，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。
所述不锈钢中，氧化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，降低不锈钢的硬度，发明人发现，铝含量为1.5～2.5％时，不锈钢硬度较高。
本发明所述不锈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，所述新型纳米不锈钢含有铝的化学成分重量百分比为1.6～2.2％。所述铝含量为1.6～2.2％时，硬度更高。
优选地，本发明的新型纳米不锈钢含有的化学成分重量百分比为：铝1.6～2.2％、碳0～0.07％、锰0～2.0％、硅0～1.0％、铬18.0～19.0％、镍9.0～10.0％及余量铁。所述新型纳米不锈钢为上述成分含量范围时硬度更高。
优选地，所述氧化铝粉的粒径为10～50nm。在该含量范围内的氧化铝粉在钢材结构的形成中更有利于形成纳米晶核，得到的不锈钢硬度更高。
优选地，所述杂质为硫和磷，所述硫≤0.03％，所述磷≤0.035％。
本发明的目的还在于提供所述新型纳米不锈钢的制备方法，所述新型纳米不锈钢的制备方法为：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1600℃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不锈钢。本发明所述不锈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纳米不锈钢。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种新型纳米不锈钢，本发明所述新型纳米不锈钢的制备原料中加入了特定含量的纳米级别的氧化铝粉，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。本发明还提供了一种新型纳米不锈钢的制备方法，所述制备方法工艺简单，可大批量工业化生产纳米不锈钢。
具体实施方式
为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，其目的在于详细地理解本发明的内容，而不是对本发明的限制。
实施例1
本发明所述新型纳米不锈钢的一种实施例，本实施例所述纳米不锈钢中含有的化学成分和重量百分比为：铝1.8％、碳0.07％、锰2.0％、硅1.0％、铬18.0％、镍10.0％、硫0.03％、磷0.035％及余量铁。
本实施例中，各原料来源为：铝源为粒径为10～50nm的氧化铝粉其他成分原料为市面上可购买的普通材料源。
本实施例中，所述新型纳米不锈钢的制备方法为：将各原料混合并加热至1600℃以上冶炼，即得所述新型纳米不锈钢。
实施例2～6和对比例1～2
实施例2～6和对比例1～2与实施例1所述新型纳米不锈钢的化学成分的不同之处仅在于铝含量的不同，实施例2～6和对比例1～2所述新型纳米不锈钢的铝含量见表1。
实施例2～6和对比例1～2所述新型纳米不锈钢的各原料来源和制备方法同实施例1。
表1
Figure BDA0002494301560000031
Figure BDA0002494301560000041
实施例7
本发明所述新型纳米不锈钢的一种实施例，本实施例所述纳米不锈钢中含有的化学成分和重量百分比为：铝1.6％、碳0.07％、锰2.0％、硅1.0％、铬19.0％、镍10.0％、硫0.03％、磷0.035％及余量铁。
实施例8
本发明所述新型纳米不锈钢的一种实施例，本实施例所述纳米不锈钢中含有的化学成分和重量百分比为：铝2.0％、碳0.07％、锰2.0％、硅1.0％、铬17.0％、镍9.0％、硫0.03％、磷0.035％及余量铁。
实施例9
本发明所述新型纳米不锈钢的一种实施例，本实施例所述纳米不锈钢中含有的化学成分和重量百分比为：铝1.8％、碳0.07％、锰2.0％、硅1.0％、铬18.0％、镍9.0％、硫0.03％、磷0.035％及余量铁。
实施例10
本发明所述新型纳米不锈钢的一种实施例，本实施例所述纳米不锈钢中含有的化学成分和重量百分比为：铝1.8％、碳0.07％、锰1.5％、硅1.0％、铬19.0％、镍10.0％、硫0.03％、磷0.035％及余量铁。
对比例3
本对比例所述纳米不锈钢的化学成分和制备方法与实施例1相同，本对比例各原料来源与实施例1的不同之处仅在于铝源的不同，本对比例的铝源为：普通氧化铝粉(平均粒径≥50μm)。
对比例4
本对比例为304不锈钢样品，304不锈钢样品中含有的化学成分和重量百分比为：碳0.07％、锰2.0％、硅1.0％、铬18.0％、镍10.0％、硫0.03％、磷0.035％及余量铁
实施例1成品的X射线衍射(XRD)测试结果如表2所示。表中可以看出，各金属元素成分明显稳定，冶炼得到的合金固体可以形成平均晶粒尺寸为16nm的均匀块状纳米合金结构。
表2
Figure BDA0002494301560000051
测试实施例1～10和对比例1～4所述钢样品的硬度，测试方法为GB/T230.1-2018。
测试结果见表3。
表3
组别 硬度值
实施例1 42HRC
实施例2 40HRC
实施例3 39HRC
实施例4 41HRC
实施例5 41.5HRC
实施例6 38HRC
实施例7 41.5HRC
实施例8 41HRC
实施例9 41.5HRC
实施例10 42HRC
对比例1 30HRC
对比例2 34HRC
对比例3 9.5HRC
对比例4 10HRC
从表3可以看出，实施例1～10的硬度值均优于对比例1～4，说明在本发明配方范围内所冶炼的新型纳米不锈钢都得到了纳米增强，通过纳米氧化铝的晶核诱导生成块状纳米合金。从实施例1～6和对比例1～2的比较可以看出，铝含量为1.5～2.5％时，平均硬度能达到35HRC以上，铝含量为1.6～2.2％时硬度更高，平均硬度达41HRC以上。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种新型纳米不锈钢，其特征在于，其含有的化学成分重量百分比为：铝1.5～2.5％、碳0～0.07％、锰0～2.0％、硅0～1.0％、铬17.0～19.0％、镍8.0～11.0％及余量铁和不可避免的杂质；所述铝的原料为纳米级氧化铝粉。
2.如权利要求1所述新型纳米不锈钢，其特征在于，所述新型纳米不锈钢含有铝的化学成分重量百分比为1.6～2.2％。
3.如权利要求1所述的新型纳米不锈钢，其特征在于，所述新型纳米不锈钢含有的化学成分重量百分比为：铝1.6～2.2％、碳0～0.07％、锰0～2.0％、硅0～1.0％、铬18.0～19.0％、镍9.0～10.0％及余量铁。
4.如权利要求1～3中任一项所述新型纳米不锈钢，其特征在于，所述氧化铝粉的粒径为10～50nm。
5.如权利要求1所述新型纳米不锈钢，其特征在于，所述杂质为硫和磷，所述硫≤0.03％，所述磷≤0.035％。
6.如权利要求1～5中任一项所述新型纳米不锈钢的制备方法，其特征在于，所述新型纳米不锈钢的制备方法为：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1600℃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不锈钢。
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