一種石墨烯改性鋼的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高碳鋼，其碳含量在0.6-2.3％之間，其中，至少部分碳元素是以石墨烯的形式存在。該高碳鋼不僅具有高的強(qiáng)度，而且具有很好的韌性。
【專利說明】一種石墨烯改性鋼
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋼材，具體涉及一種石墨烯改性鋼。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼是含碳量在0. 0218% -2. 11%之間的鐵碳合金。鋼的主要元素除鐵、碳外，還有 硅、錳、硫、磷等。它通常使用在需要強(qiáng)度、硬度和耐磨性的金屬零件上，如切削工具、鋼纜、 鋼琴線、彈簧、刀具，在重型機(jī)械中用于制造承受大負(fù)荷的零件，如軋鋼機(jī)機(jī)架、水壓機(jī)底座 等；在鐵路車輛上用于制造受力大又承受沖擊的零件如搖枕、側(cè)架、車輪和車鉤等等，在加 工形成后，零件通常需要再經(jīng)過處理并回火。鋼含碳量越高，其加熱處理后的硬度、強(qiáng)度和 耐磨性也就越高。
[0003] 鋼的硬度、強(qiáng)度主要取決于鋼中固溶的碳量，并隨固溶碳量的增加而提高。固溶碳 量超過0. 6%時，淬火后硬度不再增加，只是過剩的碳化物數(shù)量增多，鋼的耐磨性略有增加， 而塑性、韌性和彈性有所降低。我們?yōu)榱吮ＷC其韌性和塑性，含碳量一般不超過1.7%，當(dāng)碳 含量超過1. 7%后，隨著碳含量的繼續(xù)增加，強(qiáng)度提高，脆性大幅度降低。為此，常根據(jù)使用 條件和對鋼的強(qiáng)度、韌性匹配選用不同型號的鋼。例如，制造受力不大的彈簧或簧式零件， 可選擇較低碳量的65鋼。一般鋼可用電爐、平爐、氧氣轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)。要求質(zhì)量較高或特殊質(zhì) 量時可采用電爐冶煉加真空自耗或電渣重熔。冶熔時，嚴(yán)格控制化學(xué)成分，特別是硫和磷的 含量。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 為了解決以上問題，本發(fā)明提供了一種石墨烯改性鋼，以解決碳含量增高后脆性 也相應(yīng)變大的問題。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的石墨烯該型鋼，其碳含量在0.6-2. 3%之間，其中，至少部分碳元素 是以石墨烯的形式存在。
[0006] 由于引入石墨烯，根據(jù)本發(fā)明的鋼材甚至在碳含量高達(dá)1. 7%時也可以保持理想 的韌性，而且還能繼續(xù)保持鋼的強(qiáng)度。
【具體實施方式】
[0007] 本發(fā)明中，鋼中至少部分的碳是以石墨烯形式提供，例如所含碳的10-90%，優(yōu)選 30-90%。更優(yōu)選地，不同含碳量的鋼材所含石墨烯的比例也有所區(qū)別。通常，所引入的石 墨烯的量不低于鋼材質(zhì)量的〇. 1%。當(dāng)鋼材中不含石墨烯碳源時，這種鋼材的屈服強(qiáng)度在 300-550MPa之間，-40°C低溫沖擊韌性Akv60J-90J。當(dāng)鋼材中石墨烯占所含碳量的10%以 上時，這種鋼材的屈服強(qiáng)度在400-600MPa之間，-40°C低溫沖擊韌性Akv80J-130J。
[0008] 本發(fā)明所使用的石墨烯可以從市場購得，典型的例子是 申請人:自己生產(chǎn)并銷售的 石墨烯。中國專利申請第 201210367072. 0 號、第 201410308860. 1 號、第 201410398232. 7 記載了石墨烯的生產(chǎn)方法，其披露的內(nèi)容以引用形式并入本文。適用于本發(fā)明的石墨烯厚 度不宜超過2nm，適宜在0· 335-2nm之間。更優(yōu)選為1-3層的石墨烯，其厚度在0· 335-lnm 之間。石墨烯的層數(shù)越低，其提供韌性的效果越佳。
[0009] 該生產(chǎn)過程是在將鋼材制備原料中的非石墨烯碳源去除部分后，絕氧情況下引入 石墨烯作為增碳劑。該增碳劑是現(xiàn)有技術(shù)所熟知。
[0010] 實施例1
[0011] 按照配方生產(chǎn)含碳量為〇. 6%的高碳鋼，其中10%為石墨烯，其余成分為Si含量 0. 2 %，Mn 含量 0. 5 %，P 含量 0. 01 %，余量為 Fe。
[0012] 實施例2
[0013] 按照配方生產(chǎn)含碳量為0. 6%的高碳鋼，其中15%為石墨烯，其余成分為Si含量 0. 2 %，Mn 含量 0. 5 %，P 含量 0. 01 %，余量為 Fe。
[0014] 實施例3
[0015] 按照配方生產(chǎn)含碳量為0. 6%的高碳鋼，其中30%為石墨烯，其余成分為Si含量 0. 2 %，Mn 含量 0. 5 %，P 含量 0. 01 %，余量為 Fe。
[0016] 比較例1
[0017] 按照配方生產(chǎn)含碳量為0. 6%的高碳鋼，其全部為普通碳，以增碳劑石墨粉的形式 引入，其余成分為Si含量0. 2 %，Mn含量0. 5 %，P含量0. 01 %，余量為Fe。
[0018] 實施例4
[0019] 按照配方生產(chǎn)含碳量為1. 2%的高碳鋼，其中20%為石墨烯，其余成分為Si含量 0. 2 %，Mn 含量 0. 5 %，P 含量 0. 01 %，余量為 Fe。
[0020] 實施例5
[0021] 按照配方生產(chǎn)含碳量為1. 5%的高碳鋼，其中30%為石墨烯，其余成分為Si含量 0. 2 %，Mn 含量 0. 5 %，P 含量 0. 01 %，余量為 Fe。
[0022] 實施例6
[0023] 按照配方生產(chǎn)含碳量為1. 7%的高碳鋼，其中40%為石墨烯，其余成分為Si含量 0. 2 %，Mn 含量 0. 5 %，P 含量 0. 01 %，余量為 Fe。
[0024] 比較例2
[0025] 按照配方生產(chǎn)含碳量為1. 7%的高碳鋼，其全部為普通碳，以增碳劑石墨粉的形式 引入，其余成分為Si含量0. 2 %，Mn含量0. 5 %，P含量0. 01 %，余量為Fe。
[0026] 實施例7
[0027] 按照配方生產(chǎn)含碳量為2 %的高碳鋼，其中30 %為石墨烯，其余成分為Si含量 0. 2 %，Mn 含量 0. 5 %，P 含量 0. 01 %，余量為 Fe。
[0028] 實施例8
[0029] 按照配方生產(chǎn)含碳量為2. 1%的高碳鋼，其中50%為石墨烯，其余成分為Si含量 0. 2 %，Mn 含量 0. 5 %，P 含量 0. 01 %，余量為 Fe。
[0030] 實施例9
[0031] 按照配方生產(chǎn)含碳量為2. 3%的高碳鋼，其中80%為石墨烯，其余成分為Si含量 0. 2 %，Mn 含量 0. 5 %，P 含量 0. 01 %，余量為 Fe。
[0032] 比較例3
[0033] 按照配方生產(chǎn)含碳量為2. 3%的高碳鋼，其全部為普通碳，以增碳劑石墨粉的形式 引入，其余成分為Si含量0. 2%，Mn含量0. 5%，P含量0. Ol %，余量為Fe。
[0034] 檢測上述各實施例和比較例的屈服強(qiáng)度和_40°C低溫沖擊韌性，列于表1中。
[0035] 表1各實施例和比較例樣品的性能參數(shù)
[0036]
【權(quán)利要求】
1. 一種石墨烯改性鋼，其碳含量在0. 6-2. 3%之間，其中，至少部分碳元素是以石墨烯 的形式存在。
2. 權(quán)利要求1所述的石墨烯改性鋼，其中，石墨烯在所含碳中的比例為30-90%。
3. 權(quán)利要求1所述的石墨烯改性鋼，其中，當(dāng)鋼中碳含量在0.6-1.0%之間，石墨烯在 所含碳中的比例為15-20%。
4. 權(quán)利要求1所述的高碳鋼，其中，當(dāng)鋼中碳含量在1. 0-1. 7%之間，石墨烯在所含碳 中的比例為30-40%。
5. 權(quán)利要求1所述的高碳鋼，其中，當(dāng)鋼中碳含量在1. 7-2. 3%之間，石墨烯在所含碳 中的比例為50%。
6. 權(quán)利要求1至5任一項所述的高碳鋼，其中，所述石墨烯的厚度為0. 335-2. 0納米。
7. 權(quán)利要求1至5任一項所述高碳鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于，熔化煉鋼原料，脫碳后， 絕氧情況下，加入石墨烯。
【文檔編號】C22C38/00GK104388814SQ201410461727
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】唐地源, 劉頂 申請人:濟(jì)南圣泉集團(tuán)股份有限公司