技术领域
[0001] 本
发明涉及钢材，具体涉及一种
石墨烯改性钢。
背景技术
[0002] 钢是含
碳量在0.0218％-2.11％之间的
铁碳
合金。钢的主要元素除铁、碳外，还有
硅、锰、硫、磷等。它通常使用在需要强度、硬度和
耐磨性的金属零件上，如切削工具、钢缆、钢琴线、
弹簧、刀具，在重型机械中用于制造承受大负荷的零件，如轧钢机
机架、
水压机底座等；在铁路车辆上用于制造受
力大又承受冲击的零件如摇枕、侧架、
车轮和车钩等等，在加工形成后，零件通常需要再经过处理并回火。钢含碳量越高，其加
热处理后的硬度、强度和耐磨性也就越高。
[0003] 钢的硬度、强度主要取决于钢中固溶的碳量，并随固溶碳量的增加而提高。固溶碳量超过0.6％时，淬火后硬度不再增加，只是过剩的碳化物数量增多，钢的耐磨性略有增加，而塑性、韧性和弹性有所降低。我们为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7％，当碳含量超过1.7％后，随着碳含量的继续增加，强度提高，脆性大幅度降低。为此，常根据使用条件和对钢的强度、韧性匹配选用不同型号的钢。例如，制造受力不大的弹簧或簧式零件，可选择较低碳量的65钢。一般钢可用电炉、平炉、
氧气转炉生产。要求
质量较高或特殊质量时可采用电炉
冶炼加
真空自耗或电渣
重熔。冶熔时，严格控制化学成分，特别是硫和磷的含量。
发明内容
[0004] 为了解决以上问题，本发明提供了一种石墨烯改性钢，以解决碳含量增高后脆性也相应变大的问题。
[0005] 根据本发明的石墨烯该型钢，其碳含量在0.6-2.3％之间，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，根据本发明的钢材甚至在碳含量高达1.7％时也可以保持理想的韧性，而且还能继续保持钢的强度。
具体实施方式
[0007] 本发明中，钢中至少部分的碳是以石墨烯形式提供，例如所含碳的10-90％，优选30-90％。更优选地，不同含碳量的钢材所含石墨烯的比例也有所区别。通常，所引入的石墨烯的量不低于钢材质量的0.1％。当钢材中不含石墨烯碳源时，这种钢材的
屈服强度在
300-550MPa之间，-40℃低温冲击韧性Akv60J-90J。当钢材中石墨烯占所含碳量的10％以上时，这种钢材的屈服强度在400-600MPa之间，-40℃低温冲击韧性Akv80J-130J。
[0008] 本发明所使用的石墨烯可以从市场购得，典型的例子是
申请人自己生产并销售的石墨烯。中国
专利申请第201210367072.0号、第201410308860.1号、第201410398232.7记载了石墨烯的生产方法，其披露的内容以引用形式并入本文。适用于本发明的石墨烯厚度不宜超过2nm，适宜在0.335-2nm之间。更优选为1-3层的石墨烯，其厚度在0.335-1nm之间。石墨烯的层数越低，其提供韧性的效果越佳。
[0009] 该生产过程是在将钢材制备原料中的非石墨烯碳源去除部分后，绝氧情况下引入石墨烯作为增碳剂。该增碳剂是
现有技术所熟知。
[0011] 按照配方生产含碳量为0.6％的高
碳钢，其中10％为石墨烯，其余成分为Si含量0.2％，Mn含量0.5％，P含量0.01％，余量为Fe。
[0012] 实施例2
[0013] 按照配方生产含碳量为0.6％的高碳钢，其中15％为石墨烯，其余成分为Si含量0.2％，Mn含量0.5％，P含量0.01％，余量为Fe。
[0014] 实施例3
[0015] 按照配方生产含碳量为0.6％的高碳钢，其中30％为石墨烯，其余成分为Si含量0.2％，Mn含量0.5％，P含量0.01％，余量为Fe。
[0016] 比较例1
[0017] 按照配方生产含碳量为0.6％的高碳钢，其全部为普通碳，以增碳剂石墨粉的形式引入，其余成分为Si含量0.2％，Mn含量0.5％，P含量0.01％，余量为Fe。
[0018] 实施例4
[0019] 按照配方生产含碳量为1.2％的高碳钢，其中20％为石墨烯，其余成分为Si含量0.2％，Mn含量0.5％，P含量0.01％，余量为Fe。
[0020] 实施例5
[0021] 按照配方生产含碳量为1.5％的高碳钢，其中30％为石墨烯，其余成分为Si含量0.2％，Mn含量0.5％，P含量0.01％，余量为Fe。
[0022] 实施例6
[0023] 按照配方生产含碳量为1.7％的高碳钢，其中40％为石墨烯，其余成分为Si含量0.2％，Mn含量0.5％，P含量0.01％，余量为Fe。
[0024] 比较例2
[0025] 按照配方生产含碳量为1.7％的高碳钢，其全部为普通碳，以增碳剂石墨粉的形式引入，其余成分为Si含量0.2％，Mn含量0.5％，P含量0.01％，余量为Fe。
[0026] 实施例7
[0027] 按照配方生产含碳量为2％的高碳钢，其中30％为石墨烯，其余成分为Si含量0.2％，Mn含量0.5％，P含量0.01％，余量为Fe。
[0028] 实施例8
[0029] 按照配方生产含碳量为2.1％的高碳钢，其中50％为石墨烯，其余成分为Si含量0.2％，Mn含量0.5％，P含量0.01％，余量为Fe。
[0030] 实施例9
[0031] 按照配方生产含碳量为2.3％的高碳钢，其中80％为石墨烯，其余成分为Si含量0.2％，Mn含量0.5％，P含量0.01％，余量为Fe。
[0032] 比较例3
[0033] 按照配方生产含碳量为2.3％的高碳钢，其全部为普通碳，以增碳剂石墨粉的形式
