[发明专利]一种外加纳米TiC强韧化马氏体钢的方法

说明书

一种外加纳米TiC强韧化马氏体钢的方法，属于钢铁材料领域。在通过非自耗真空电弧炉在重熔过程中添加纳米TiC，实现增强颗粒尺寸和含量的主动控制，具体：将含量为0.1～0.5wt.％的纳米颗粒置于不锈钢片中间，随钢块的熔化实现纳米颗粒的引入，通过移动真空电弧炉阴极的钨棒实现熔池的移动，并反复熔炼四次保证纳米颗粒的均匀分散。本发明弥散分布的纳米TiC在基体马氏体钢重熔的凝固过程中成为异质形核中心，可以起到细化晶粒的目的，同时纳米颗粒还能起到Orowan强化和热失配强化的作用，实现了马氏体钢强度、硬度和延伸率的同时提高。这种细化马氏体组织的方法对于马氏体钢具有普遍适用性，使用的纳米颗粒含量以及种类对于不同的钢种也具有普遍的参考价值。

技术领域

本发明属于钢铁材料领域，涉及一种外加纳米颗粒细化马氏体钢组织的方法，以此获得良好的强塑性配合。

背景技术

马氏体钢通常具有较高的强度，被广泛应用于汽车、飞机等的承重部件，因此对综合力学性能要求较高。通常用于强化马氏体钢的强化方式包括成分设计、析出强化和热处理强化等，这些强化方式虽然发展成熟，但同时也进入瓶颈，特别是在提升马氏体钢强度的同时，通常导致塑韧性的降低，晶粒细化是唯一一种可以同时提高强度和塑韧性的方式，目前用于马氏体晶粒细化的方式主要有以下几种：

一是循环热处理法，通过将马氏体钢加热至奥氏体温度以上进行短时间保温，然后水冷进行淬火处理，通过马氏体的一般进行两次以上的循环处理实现马氏体钢的晶粒细化，根据加热保温温度的异同可分为变温循环和等温循环，变温循环的效果优于等温循环的细化效果。但这种方式实现晶粒细化的热处理过程较为繁琐，对于不同的钢种需要分别探索其热处理工艺，一种循环热处理工艺仅适合一种或几种牌号的钢材，并且对加热速率和冷却速度有较高要求。

二是形变热处理法，在马氏体钢的热处理过程中或热处理后对钢材施加一定的压力，在应力的作用下，马氏体钢的组织得到细化。但通过这种方法同时会产生织构，形变热处理后的钢材往往具有各向异性，这极大地限制了这种方式细化马氏体钢组织的应用。

因此，探索一种新的马氏体钢组织细化的方法尤为重要，通过在马氏体钢中引入硬质纳米陶瓷颗粒，可以作为刚才凝固过程中的形核剂实现组织细化的目的。相对于其他细化马氏体组织的方法，本方法对于基体材料的强度提升更大，因为纳米颗粒对于基体的强化作用除了晶粒细化带来强度的提升外，还包括Orowan强化和热失配强化，因此最终的强化效果比单一的晶粒细化带来的性能提升更大，同时在颗粒添加质量分数低于1％的情况下，又能保持晶粒细化对基体塑性的提升效果。对比通过添加Ti、Nb等元素，原位生成碳化物细化组织的方法，外加法可以更好地控制增强颗粒的含量以及尺寸，并且添加纳米级的纳米颗粒具有添加含量低，增强效果好的特点，可以很好地满足工业化生产的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种马氏体钢组织细化方法，该方法不仅细化了马氏体钢的铸态原奥氏体晶粒，并且细化了热处理后马氏体钢的板条马氏体和板条间的残余奥氏体组织，在提升马氏体钢的强度硬度的同时，提升了塑性，克服了现有技术的不足。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种外加纳米TiC强韧化马氏体钢的方法，所述方法为通过非自耗真空电弧炉在重熔的过程中添加纳米TiC颗粒，以马氏体钢质量分数100％计，添加纳米TiC颗粒的质量分数为马氏体钢的0.1～0.5％，优选0.25％。其中，马氏体钢的化学成分质量百分比如下(wt.％)：Cr:12.0-16.0，Ni:4.0-6.0，Mo:4.0-5.0，Co:7.0-9.0,C≤0.06，余量为Fe。所述的在重熔的过程中添加纳米TiC颗粒的步骤如下：

(1)将马氏体钢切成片状，取若干片马氏体钢片与粉末状的纳米TiC颗粒按一定质量比置于非自耗真空电弧炉的坩埚内，纳米粉体置于不锈钢马氏体钢片的中间。