低碳钢中高密度超细纳米第二相粒子的快速获取

摘要

一般熔炼过程中，非金属化合物以夹杂物的形式存在，对钢的力学性能和寿命都会有损害.当夹杂物尺寸小到纳米量级，从而在钢中形成高密度分布的纳米第二相颗粒却能够有效同时提升钢的强度和韧性.本文通过在熔炼过程中施加动态磁场，制备了Fe–0.04C–1.5Mn–0.5Ti–0.5Al₂O₃（Fe–TAMO）钢，然后通过轧制和退火处理实现对Fe–TAMO钢的晶粒尺寸优化和等轴化.透射电镜观察发现铸态组织中弥散分布着纳米第二相粒子，密度为3.3×10¹⁵m^-2，颗粒的平均直径为2.75±0.803 nm.通过EDS能谱分析，第二相颗粒为Ti–Al–Mn氧化物.利用万能试验机分别测试了铸态、轧制态以及退火态Fe–TAMO钢的压缩力学性能，铸态Fe–TAMO钢的晶粒尺寸为143μm，抗压屈服强度为150 MPa，约为铸态纯铁素体钢的2倍.经过轧制和退火处理，Fe–TAMO钢的晶粒尺寸减小为64μm，抗压屈服强度为334 MPa.该方法极大简化了工艺流程，实现了在短时间（约3 min）内将超细的纳米第二相粒子均匀分散在钢基体中，密集分布的第二相纳米颗粒有效提高了钢的强度，并且通过后续热处理能进一步提升钢的力学性能，为大批量生产高性能钢提供了一个新思路.

关键词

感应熔炼 / 动态磁场 / 铁素体钢 / 第二相纳米颗粒 / 力学性能

基金资助

国家自然科学基金资助项目（51771125）; 四川省科学与技术资助项目（2020YFG0102）