專利名稱：用于制備碳鋼的原料及制備方法和碳鋼的制作方法
技術領域：
本發明涉及納米碳鋼材料的制備技術。
背景技術：
納米晶材料由于其優異的性能，得到了廣泛的關注。納米晶材料晶粒尺寸小，大量的原子處于晶粒之間的界面上，使其在物理、力學和化學性能等方面具備了許多優異的性能。在力學性能方面，納米晶材料表現出超高的硬度和屈服強度，是相應的傳統微米晶材料的2-10倍。國內外學者對塊體納米晶金屬材料的力學性能及其變形機理進行了大量理論和實驗研究，發現具有較小晶粒尺寸(小于20 nm)的納米晶金屬材料具有很聞的屈服強度(2 GPa)，而同時鋼鐵材料作為最廣泛被應用的材料，細晶強化也是其重要的強 化機制，既能有效提高鋼的強度，又能明顯的優化塑性和韌性。近年來，研究人員嘗試利用納米化的方法來進一步推動鋼鐵材料的發展。目前也已經通過各種方法制備了納米鋼鐵材料。其中最常規的制備方法就是大塑性形變方法，例如球磨法(BM)、等通道扭角壓制法(ECAP)、嚴重塑性扭轉應變法(SPTS)以及重疊軋制法(ARB)等，其中球磨法又是最為普遍應用的方法。利用球磨法可以制備出各種納米結構的材料，如純金屬、金屬間化合物及合金等。
單相納米晶鋼鐵材料雖然強度提高很大，但塑性下降太快，很難得到實際應用。因此，如何在保持納米晶材料超高強度的同時，使其具有良好的室溫延展性是目前納米晶鋼鐵材料發展中亟需解決的重大瓶頸問題
發明內容
本發明的目的是提供一種用于制備碳鋼的原料及制備方法和碳鋼。本發明是用于制備碳鋼的原料及制備方法和碳鋼，用于制備碳鋼的原料，為粉末狀，按質量百分比計，其組分為=Fe2O3 55 65%，Al 15 25%，石墨0 0. 3%，Si 0 0. 2%，余量為Fe。碳鋼的制備方法，其步驟為
(1)根據以上所述的組分，稱取原料；
(2)將原料進行干磨，時間持續8小時；
(3)將磨好的原料置于模具中，在3(T70MPa的壓力下壓實；
(4)將引燃劑放置于壓實的原料上部，放入反應容器中；(5)在室溫下用氬氣吹掃反應容器排除其中的空氣，然后將容器溫度升至200°C時再次排氣，之后通入4 7 MPa的氬氣繼續升高容器溫度，當容器內溫度達到250 1左右時引燃劑開始反應并釋放出大量的熱，從而引發反應物料間的反應；
(6)反應的燃燒波將從反應物料頂端迅速蔓延至其底部，在燃燒波通過的區域反應物將轉變成產物，產物在反應自身釋放的熱量的作用下被熔化，處于過熱液態；
(7)反應在幾秒鐘時間內完成，生成的產物在氬氣保護下隨爐冷卻至室溫；(8)去除材料表面的灰色A1203。采用以上所述的原料、所述的方法制備的碳鋼，其組織為納米組織。本發明利用原材料在反應中自身釋放的化學能合成產物，能源消耗少、環境污染小、材料質量好，容易放大工業化生產，具有良好的發展與應用前景。
具體實施例方式本發明是用于制備碳鋼的原料及制備方法和碳鋼，用于制備碳鋼的原料，如表I所示，稱取反應物原材料。表I.
權利要求
1.用于制備碳鋼的原料，為粉末狀，按質量百分比計，其組分為=Fe2O355飛5%，Al15 25%，石墨 0 0. 3%, Si (TO. 2%，余量為 Fe。
2.根據權利要求I所述的用于制備碳鋼的原料，其特征在于用于制備純鐵的原料的組分為Fe203 粉 61. 1%，Al 20. 6%，石墨 0%, Si 0%，余量為 Fe。
3.根據權利要求I所述的用于制備碳鋼的原料，其特征在于用于制備低碳鋼的原料的組分為=Fe2O3 55. 26%, Al 18. 65%，石墨 0. 13%, Si 0. 16%，余量為 Fe。
4.根據權利要求I所述的用于制備碳鋼的原料，其特征在于用于制備中碳鋼的原料的組分為=Fe2O3 55. 18%, Al 18. 62%，石墨 0. 27%, Si 0. 16%，余量為 Fe。
5.碳鋼的制備方法，其步驟為 (1)根據權利要求I所述的組分，稱取原料； (2)將原料進行干磨，時間持續8小時； (3)將磨好的原料置于模具中，在3(T70MPa的壓力下壓實； (4)將引燃劑放置于壓實的原料上部，放入反應容器中； (5)在室溫下用氬氣吹掃反應容器排除其中的空氣，然后將容器溫度升至200°C時再次排氣，之后通入4 7 MPa的氬氣繼續升高容器溫度，當容器內溫度達到250 1左右時引燃劑開始反應并釋放出大量的熱，從而引發反應物料間的反應； (6)反應的燃燒波將從反應物料頂端迅速蔓延至其底部，在燃燒波通過的區域反應物將轉變成產物，產物在反應自身釋放的熱量的作用下被熔化，處于過熱液態； (7)反應在幾秒鐘時間內完成，生成的產物在氬氣保護下隨爐冷卻至室溫； (8)去除材料表面的灰色Al2O315
6.采用權利要求I所述的原料、權利要求5所述的方法制備的碳鋼，其特征在于其組織為納米組織。
7.根據權利要求6所示的碳鋼，其特征在于純鐵的組織為100%納米晶鐵素體。
8.根據權利要求6所述的碳鋼，其特征在于低碳鋼的組織為80%納米晶鐵素體和20%的珠光體。
9.根據權利要求6所述的碳鋼，其特征在于中碳鋼的組織為80%納米晶鐵素體和50%的珠光體。
全文摘要
用于制備碳鋼的原料及制備方法和碳鋼，所用原料的組分為Fe2O355~65%，Al15~25%，石墨0~0.3%，Si0~0.2%，余量為Fe;其方法步驟為稱取反應物，進行干磨，取混好的反應物料置于模具中并用壓力機在30-70MPa的壓力下壓實，將引燃劑放置于反應物料上部，放到反應裝置中，室溫下用氬氣吹掃反應容器排除其中的空氣，然后將容器溫度升至200℃時再次排氣，之后通入4-7MPa的氬氣繼續升高容器溫度，當容器內溫度達到250℃左右時引燃劑開始反應，反應在幾秒鐘時間內完成，生成的產物在氬氣保護下隨爐冷卻至室溫；得到材料組織為納米晶的鐵素體和微米區域的珠光體。
文檔編號C21B13/00GK102747178SQ20121018618
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月7日 優先權日2012年6月7日
發明者盧學峰, 喇培清, 孟倩, 李翠玲, 歐玉靜, 魏玉鵬 申請人:蘭州理工大學