【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钢铁冶金，特别涉及一种引入不润湿氧化物提高钢硬度的方法。
技术介绍
1、氧化物冶金技术打破了传统追求钢纯净度来提高钢材性能的方法，采用在钢液中加入合金或第二相粒子的方式来诱导生成有益氧化物，通过氧化物粒子的钉扎作用和诱导形核来增强钢材的韧性、焊接性能、耐腐蚀性与疲劳寿命等。例如，利用包芯线的方式将稀土铈、镧等元素加入到钢液内部，从而生成稀土氧化物。这种内部生成法对于钢液纯净度的要求较高，且生成的氧化物尺寸难以控制，因此具体应用有一定难度。
2、由于钛氧化物与钢液具有良好的润湿性，外部加入法能直接有效引入纳米钛氧化物到钢液中，相比内部生成法，更易于控制钛氧化物的粒径与分布，进一步提高钢的性能。然而对于氧化铈、氧化镧等与钢液之间润湿较差的氧化物，外部加入法添加的氧化物上浮至钢液表面，无法溶解、扩散进入钢液，难以有效加入。
3、中国专利号为zl202010240518.8的申请案公开了一种用于真空感应炉的氧化物冶金的包芯线及使用方法，包芯线是由外壳和包裹于外壳内的芯粉构成的。外壳主要为低碳钢或纯铁，芯粉由铈/镧金属与钛金属按照一定的质量比例配粉混合而成。这种方式能有效引入铈/镧元素，提高收得率，然而铈/镧氧化物均在钢液中生成，氧化物粒径难以控制，此外，在反应过程中还存在铝竞争和氧氮竞争，不利于形成有效的铈/镧氧化物。
4、中国专利号为zl202110333082.1的申请案公开了一种氧化物冶金新工艺，具体为一项液相包裹技术，用于将氧化物引入到钢液中。该方法通过在无水乙醇中溶解适量的氧化
技术实现思路
1、1.专利技术要解决的技术问题
2、为了改善稀土氧化物与钢液之间润湿性较差的问题，提高外部加入不润湿氧化物的有效性，本专利技术提供了一种引入不润湿氧化物提高钢硬度的方法；本专利技术采用机械化学法，在低温液氮气氛下，在亚微米稀土氧化物粒子表面包覆一层纳米硅粉膜，之后对其进行低温液压成型，从而形成稳定的复合核壳结构，利用硅粉膜降低稀土氧化物与钢液间的润湿角，实现了稀土氧化物的有效加入。
3、2.技术方案
4、为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：
5、本专利技术的一种引入不润湿氧化物提高钢硬度的方法，其步骤为：
6、步骤一、将亚微米级稀土氧化物粉末放入行星式球磨机中，通入氮气，保持设备内部低温状态，对稀土氧化物粒子进行预球磨处理；
7、步骤二、在步骤一的基础上，加入纳米硅粉，在低温惰性气氛下，进行充分球磨处理；
8、步骤三、将硅粉包裹稀土氧化物粉末的球磨粉取出，放入纯铁模具中，随后放入液压机中，进行压片处理，期间持续维持高氮气氛；
9、步骤四、向钢液中加入步骤三所制压片，并进行保温处理。
10、3.有益效果
11、采用本专利技术提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
12、(1)本专利技术的一种引入不润湿氧化物提高钢硬度的方法，通过对氧化物粒子表面进行改性修饰，降低不润湿氧化物与钢液之间的润湿角，从而提高该类氧化物与钢液间的润湿性，延长其在钢液中的停留时间，氧化物进一步溶解，扩散，悬浮于钢液中，从而实现有效加入，这种方式解决了不润湿氧化物难以直接加入钢液的问题，提高了不润湿氧化物的均匀分散性，并进一步提高水淬钢样的硬度；
13、(2)本专利技术的一种引入不润湿氧化物提高钢硬度的方法，通过控制引入的稀土氧化物的粒径，提高稀土氧化物体密度与均匀度，提高诱导形核效果，改善钢液中的晶体结构，减少缺陷和不规则氧化物的形成，提升了钢材硬度。
14、(3)本专利技术的一种引入不润湿氧化物提高钢硬度的方法，通过对包裹粉末粒径的控制，可以有效控制钢液中氧化物的尺寸，从而调控钢材的性能。外部加入粒子为稀土氧化物，不需要重新生成，有助于控制稀土氧化物粒径，同时较小的稀土氧化物粒径有助于诱导针状铁素体形核，细化晶粒，最终达到提高钢样硬度的效果；
15、(4)本专利技术的一种引入不润湿氧化物提高钢硬度的方法，通过预球磨处理，可以使稀土氧化物粉末更加均匀，提高其活性和可加工性。预球磨可以减小粒径分布的范围，提高稀土氧化物的表面积与表面活化能，从而增强其与纳米硅粉的包覆效果；
16、(5)本专利技术的一种引入不润湿氧化物提高钢硬度的方法，通过外部加入稀土氧化物的粒径，对稀土氧化物体密度、诱导形核能力和硬度等特征进行分析，以外部加入稀土氧化物粒径对稀土氧化物体密度的影响系数作为分析中的辅助系数，并以钢样维氏硬度作为最终评价指标，建立基于外部加入稀土氧化物对稀土氧化夹杂物的体密度与诱导形核能力影响模型；基于此影响模型进行预测，可根据实际需要调整稀土氧化物粒径与加入量，改变粉末的球磨时间与转速等以控制钢中氧化夹杂物的均匀度与诱导形核指数，进而控制钢样的硬度等物理性能。
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1.一种引入不润湿氧化物提高钢硬度的方法，其特征在于，其步骤为：
2.根据权利要求1所述的一种引入不润湿氧化物提高钢硬度的方法，其特征在于：所述的稀土氧化物为氧化铈或氧化镧。
3.根据权利要求2所述的一种引入不润湿氧化物提高钢硬度的方法，其特征在于：所述的稀土氧化物粉末粒度为100nm-5μm，对稀土氧化物粉末进行预球磨处理，以400-600rpm的转速球磨3h～6h。
4.根据权利要求3所述的一种引入不润湿氧化物提高钢硬度的方法，其特征在于：步骤一和步骤二中，氮气通入流速为2-10L/min，保持球磨机内部温度在-3℃到3℃。
5.根据权利要求4所述的一种引入不润湿氧化物提高钢硬度的方法，其特征在于：步骤二中，硅粉与稀土氧化物的体积比为6:1到10:1，硅粉的粒度为20-100nm，以400-600rpm的转速球磨5h～8h。
6.根据权利要求5所述的一种引入不润湿氧化物提高钢硬度的方法，其特征在于：步骤三中，液压成片的体积为1-8cm3，液压压力为20MPa-40MPa，氮气通入流速为2-5L/min，保持液压模具内
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种引入不润湿氧化物提高钢硬度的方法，其特征在于：通过控制外加稀土粒子的粒径达到控制钢液中稀土氧化物粒子粒径的目的，建立的外部加入稀土氧化物对稀土氧化夹杂物的体密度与诱导形核指数关系满足以下模型：
8.根据权利要求7所述的一种引入不润湿氧化物提高钢硬度的方法，其特征在于：稀土氧化夹杂物的体密度与诱导形核指数关系式中相关参数范围如下：
9.根据权利要求8所述的一种引入不润湿氧化物提高钢硬度的方法，其特征在于：建立的稀土氧化夹杂物均匀度与形核指数对钢样硬度的关系满足以下模型：
10.根据权利要求9所述的一种引入不润湿氧化物提高钢硬度的方法，其特征在于：稀土氧化夹杂物的均匀度与诱导形核指数影响钢样硬度的关系式中相关常数范围如下：
...【技术特征摘要】
1.一种引入不润湿氧化物提高钢硬度的方法，其特征在于，其步骤为：
2.根据权利要求1所述的一种引入不润湿氧化物提高钢硬度的方法，其特征在于：所述的稀土氧化物为氧化铈或氧化镧。
3.根据权利要求2所述的一种引入不润湿氧化物提高钢硬度的方法，其特征在于：所述的稀土氧化物粉末粒度为100nm-5μm，对稀土氧化物粉末进行预球磨处理，以400-600rpm的转速球磨3h～6h。
4.根据权利要求3所述的一种引入不润湿氧化物提高钢硬度的方法，其特征在于：步骤一和步骤二中，氮气通入流速为2-10l/min，保持球磨机内部温度在-3℃到3℃。
5.根据权利要求4所述的一种引入不润湿氧化物提高钢硬度的方法，其特征在于：步骤二中，硅粉与稀土氧化物的体积比为6:1到10:1，硅粉的粒度为20-100nm，以400-600rpm的转速球磨5h～8h。
6.根据权利要求5所述的一种引入不润湿氧化物提高钢硬度的方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：程翔，张浩然，孔辉，赵煜昊，李慧，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：
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