一種水面艦艇船體結構材料的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發明屬于鐵基合金領域，具體設及一種水面艦艇船體結構材料。
【背景技術】
[0002] 由板材和骨架材制成的水面艦艇船體結構物的總稱。亦稱水面艦艇船體結構。分 為基本結構與專口結構。基本結構包括主船體和上層建筑。專口結構是適應特殊需要而設 置的局部性結構，如武器裝備基座下的加強結構;機械設備的基座結構;球鼻首結構;裝甲 結構;煙畫結構;尾軸架結構等。水面艦艇船體結構骨架的布置方式稱為骨架形式，分為橫 骨架式、縱骨架式、混合骨架式。橫向骨架布置較密、縱向骨架較稀的為橫骨架式;縱向骨架 布置較密、橫向骨架較稀的為縱骨架式;部分采用橫骨架式、部分采用縱骨架式的為混合骨 架式。焊接的鋼質主船體結構主要有船底結構、艇側結構、甲板結構和艙壁結構等。船底結 構有單層底和雙層底。
[0003] 進入新世紀W來，世界經濟穩定增長，航運業持續發展，世界造船市場呈現興旺勢 頭;另外，近年來能源短缺的加劇W及全球環保運動的日益高漲，艦船的輕量化及合金材料 再生利用的要求，隨著艦船的更新換代和現代冶金技術的發展，必然要對現有艦船用結構 材料進行改進、完善配套、提高性能、降低成本、更好地挖掘其能力，滿足現代艦船的需要， 獲得最大的社會和經濟效益。世界各先進國家都在繼續抓緊開發研制新的艦船用結構材 料。如何根據需求牽引和未來發展的需要，開發、研制確有使用價值、成本低廉、工藝簡單的 艦船用結構材料，在保證質量前提下，進一步降低制造成本、研制出高性價比的水面艦艇船 體結構材料，是造船廠家及技術人員所面臨的一大難題。

【發明內容】

[0004] 為了克服上述現有技術缺陷，本發明的目的在于提供一種水面艦艇船體結構材 料，綜合考慮各成分的成本，在保證與同等成本材料有相等或更高質量的前提下，優化各成 分之間的比例，找到性價比最高的材料組方，加入稀±金屬，制備的材料抗磁性能優良，耐 摩、耐腐蝕、耐高溫、硬度大、抗沖擊性能好，能夠有效地解決上述問題。
[0005] 為了解決上述技術問題，本發明采取如下的技術方案： 一種水面艦艇船體結構材料，包括C:0.08%~0.1%，M1.5%~2.0%，P: 0.03%~0.04%，S: 0.03〇/〇~0.04〇/〇，Si : 2.0〇/〇~3.5〇/〇，Cr: 18.0〇/〇~21.0〇/〇，Ni : 8.0〇/〇~11.0〇/〇，Mo: 0.5〇/〇~1.0〇/〇，Mg: 0.1〇/〇~ 0.5〇/〇，Co: 0.20〇/〇~0.30〇/〇，Re: 0.02〇/〇~0.04〇/〇，RE: 0.2〇/〇~0.6〇/〇，其余為化。
[0006] 進一步的，所述一種水面艦艇船體結構材料，所述RE包括，Eu: 0.10%~0.30%，化： 0.!0%-0.30%O
[0007] 更進一步的，所述一種潛艇耐壓艇體材料，原料組分最佳重量百分比如下，C: 0.09%，Mn:1.8%，P:0.03%，S:0.03%，Si:3.0%，Cr:20.0%，Ni:10.0%，Mo:1.0%，Mg:0.5%，Co: 0.25〇/〇，Re:0.03〇/〇，Eu:0.20〇/〇，Er:0.15〇/〇,其余為化。
[000引 W下，對本發明中采用的合金的成分組成的限定理由進行說明，成分組成中設及 的％指質量％。
[0009] C:0.08%~0.1%，C在鋼材中可形成固溶體組織、提高鋼的強度;形成碳化物組織，可 提高鋼的硬度及耐磨性。因此，C在鋼材中，含碳量越高，鋼的強度、硬度就越高，但塑性、初 性也會隨之降低;反之，含碳量越低，鋼的塑性、初性越高，其強度、硬度也會隨之降低，為適 應海洋條件及作業要求效果，本發明將水面艦艇船體結構材料中C含量規定為0.08%~0.1%， 優選為0.09%。
[0010] Mn: 1.5%~2.0% ,Mn是一種弱脫氧劑，鋼材中添加 Mn，不但有利于鋼材的抗蝕性，而 且還能使鋼材的強度提高，并能降低熱裂紋傾向，改善鋼材的抗腐蝕性能和焊接性能。隨著 Mn含量增加，鋼材強度有所提高，為適應水面艦艇船體結構的具體實際的特殊需求，本發明 將Mn含量規定為1.5%~2.0%，優選為1.8〇/〇。
[OOW P:0.03%~0.04%，憐對提高鋼材的抗拉強度有一定的作用，但同時又都增加鋼材的 脆性。為適應海洋條件及水面艦艇船體結構的特殊需求，本發明將P含量規定為0.03%~ 0.04%，優選為 0.03%。
[001^ 8:0.03%~0.04%，S可引起鋼材熱脆，降低鋼材的塑性、沖擊初性、疲勞強度和抗誘 性等，一般建筑用鋼含硫量要求不超過0.055%，在焊接結構中應不超過0.050%。一定量的S 與Mn在鋼材中形成MnS,有助于提高切削性的元素。在低于0.001%時添加效果不充分，超過 0.15%則添加效果飽和，S會降低鐵水的流動性，阻止FesC分解，使鑄件產生氣孔、難于切削 并降低其初性，因此將S規定為0.03%~0.04%，優選為0.04%。
[001引 Si : 2.0%~3.5%，Si可提高鋼材的耐熱性和耐蝕性，降低初性和塑性;在鋼材中能降 低烙點，改善流動性。為適應海洋條件及水面艦艇船體結構的特殊需求，本發明將Si含量規 定為2.0%~3.5%，優選為3.00/0。
[0014] Cr: 18.0%~21.0%，化在鋼材中，銘能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑 性和初性。銘又能提高鋼材的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是鋼材的重要合金元素。為適應海 洋條件及水面艦艇船體結構的特殊需求，本發明將Cr含量規定為18.0%~21.0%，優選為 20.0%O
[001引Ni :8.0%~11.0%，儀在鋼材中能提高合金的強度和硬度，降低耐蝕性，提高合金的 焊接性能。為適應海洋條件及水面艦艇船體結構的特殊需求，本發明將材質中Ni含量規定 為8.0%~11.0%，優選為 10.00/0。
[0016] Mo: 0.5%~1.0%，低含量的Mo能強化鐵素體，提高鋼的強度和硬度；降低鋼的臨界冷 卻速度，提高鋼的澤透性;提高鋼的耐熱性和高溫強度，為適應海洋條件及水面艦艇船體結 構的特殊需求，本發明將材質中Mo含量規定為0.5%~1.0%，優選為1.0%。
[0017] Mg: 0.1%~0.5%，在合金中加入少量的儀，可提高強度和屈服極限，提高了合金的切 削加工性。含儀的合金具有優良的耐蝕性。為適應海洋條件及水面艦艇船體結構的特殊需 求，本發明將合金材料中Mg含量規定為0.1%~0.5%，優選為0.5%。
[0018] Co: 0.20%~0.30%，Co可W提高和改善鋼的高溫性能，增加其紅硬性，提高鋼的抗氧 化性和耐蝕性能等。為適應海洋條件及水面艦艇船體結構的特殊需求，本發明將合金材料 中Co含量規定為0.20%~0.30%，優選為0.25〇/〇。
[0019] Re : 0.02%~0.04%，鍊能夠同時提高鶴、鋼、銘的強度和塑性，為適應海洋條件及水 面艦艇船體結構的特殊需求，本發明將合金材料中Re含量規定為0.02%~0.04%，優選為 0.03〇/〇。
[0020] RE: 0.2%~0.6%，稀±元素加入合金中，能夠提高合金材料的機械強度和抗腐蝕性， 使合金烙鑄時增加成分過冷，細化晶粒，減少二次晶間距，減少合金中的氣體和夾雜，并使 夾雜相趨于球化。還可降低烙體表面張力，增加流動性，有利于誘注成錠，對工藝性能有著 明顯的影響；稀±金屬還能消除磁場及復雜的水文環境對艦艇船體的不良影響，從而提高 了艦艇船體的使用壽命;同時在承力相同的條件下，明顯減輕結構件重量。為適應海洋條件 及水面艦艇船體結構的特殊需求，本發明將合金材料中RE含量規定為0.2%~0.6%，包括，Eu: 0.10%~0.30%，化:0.10%~0.30%;優選為化:0.20%，Er: 0.15%。在本發明中使用的稀±金屬含 量較少，但是能夠起到很好的消磁和增加合金強度、耐磨性的作用，有利于降低成本。
[0021] 本發明的另一個目的，在于提供采用如上所述的合金制作而成航空軸承材料的制 備方法，制作步驟如下:將待烙煉的化、Mn、Cr、Ni、Mo、Mg、Co、Re、RE，加入水冷銅相蝸的真空 室內，抽真空，在1200°C~1300°C條件下燒結2~3小時，再充入惰性氣體，使壓強達到IOOMPa~ 120MPa，加入C、P、S、Si，并保溫40 min~50min，攬拌均勻，保持壓力W降溫速100°C/min~110 "C/min的條件降至室溫，得到潛艇耐壓艇體材料成品。
[0022] 進一步的，所述的一種水面艦艇結構材料的制備方法，所述燒結的溫度為1200°C~ 1230 °C時，RE的組成為化。
[0023] 進一步的，所述的一種水面艦艇結構材料的制備方法，所述燒結的溫度為1230°C~ 1270 °C時，RE的組成為化和化。
[0024] 進一步的，所述的一種水面艦艇結構材料的制備方法，所述燒結的溫度為1270°C~ 1300 °C時，RE的組成為化。
[0025] 進一步的，所述的一種水面艦艇結構材料的制備方法，所述惰性氣體為氮氣，或氛 氣，或氣氣，或氯氣。
[00%]本發明的優點是： 本發明所提供的水面艦艇結構材料成品，抗磁性能優良，耐摩、耐腐蝕、耐高溫、硬度 大，性價比高。
【具體實施方式】
[0027] W下給出本發明的具體實施例，用來對本發明作進一步詳細說明。
[0028] 實施例1 原料組分： C:0.09〇/〇，Mn: 1.8〇/〇，P:0.03〇/〇, S:0.03〇/〇, Si : 3.0〇/〇,Cr: 20.0〇/〇，Ni : 10.0〇/〇，Mo : 1.0〇/〇，Mg: 0.5%，C〇 :0.25%, Re :0.03%,化：0.20%, Er :0.15%,其余為化。
[0029] 通過如下方法制備： 將待烙煉的化、111、吐、化、1〇、1旨、(：〇、1?6、611、化，加入水冷銅相蝸的真空室內，抽真空， 在1240°C條件下燒結2.5小時，再充入氮氣，使壓強達到1IOM化，加入C、P、S、Si，并保溫 47min，攬拌均勻，保持壓力W降溫速率為105°C/min的條件降至室溫，得到水面艦艇結構材 料成品。
[0030] 實施例2 原料組分： C:0.08%，Mn: 1.5%，P:0.03%，S:0.03%，Si : 2.0%，Cr: 18.0%，Ni :8.0%，M〇:0.5%，Mg:0.1〇/〇， (：〇:0.20%，1?6:0.02%，化：0.2%，其余為化。
[0031] 通過如下方法制備： 將待烙煉的Fe、Mn、Cr、Ni、Mo、Mg、Co、Re、Eu，加入水冷銅相蝸的真空室內，抽真空，在 1200°C條件下燒結2小時，再充入氛氣，使壓強達到IOOMPa，加入C、P、S、Si，并保溫40min，攬 拌均勻，保持壓力W降溫速率為IOOtVmin的條件降至室溫，得到水面艦艇結構材料成品。
[0032] 實施例3 原料組分： C：0.l%,Mn：2.0%,P：0.04%,S：0.04%,Si：3.5%,Cr： 21.0%,Ni：11.0%,M〇：1.0%,Mg： 0.5%，Co: 0.30%，Re: 0.04%，化：0.3%，其余為化。
[0033] 通過如下方法制備： 將待烙煉的Fe、Mn、Cr、Ni、Mo、Mg、Co、Re、Er，加入水冷銅相蝸的真空室內，抽真空，在 1300°C條件下燒結2小時，再充入氣氣，使壓強達到120MPa，加入C、P、S、Si，并保溫50min，攬 拌均勻，保持壓力W降溫速率為IlOtVmin的條件降至室溫，得到水面艦艇結構材料成品。
[0034] 實施例4 原料組分： C：0.09%,Mn：1.8%,P：0.035%,S：0.035%,Si：2.8%,Cr：19.5%,Ni：9.5%,Mo：0.75%,Mg： 0.3%，C〇 :0.25%, Re :0.03%，化：0.15%, Er :0.15%，其余為化。
[0035] 通過如下方法制備： 將待烙煉的Fe、Mn、Cr、Ni、Mo、Mg、Co、Re、Er，加入水冷銅相蝸的真空室內，抽真空，在 1250°C條件下燒結2小時，再充入氯氣，使壓強達到1 IOMPa，加入C、P、S、Si，并保溫45min，攬 拌均勻，保持壓力W降溫速率為l〇5°C/min的條件降至室溫，得到水面艦艇結構材料成品。
[0036] 實驗例1 抗磨性對比試驗： 本發明實施例^4材料與普通水面艦艇結構材料在射流式沖刷腐蝕磨損試驗機上做漿 料(石英砂+水)濕磨試驗，在高應力動載磨料磨損試驗機上做石英砂干磨試驗，性能見表1。
[0037] 表1抗磨性及硬度對比試驗結果

實驗例2 將本發明實施例材料與普通水面艦艇結構材料相比較，其性能結果如下表2。
[003引表2忡能比較

由上還試貓例可化，本發明鋼巧的各巧性能均高十晉通水曲艦艇結構巧料，制備本發 明鋼材的特殊材料用量少，相對成本低，更加適合用于水面艦艇結構的材料。
[0039] W上僅為本發明的優選實施例及實驗例而已，并不用于限制本發明，對于本領域 的技術人員來說，本發明可W有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任 何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種水面艦艇船體結構材料，其特征在于，包括C: Ο . 08%~Ο . 1%，Mn: 1.5%~2.0%，P: 0.03%~0.04%,S：0.03%~0.04%,Si：2.0%~3.5%,Cr：18.0%~21.0%,Ni：8.0%~11.0%,M〇：0.5%~ 1 · 0%，Mg: 0 · 1%~0 · 5%，Co: 0 · 20%~0 · 30%，Re: 0 · 02%~0 · 04%，RE: 0 · 2%~0 · 6%，其余為 Fe。2. 根據權利要求1所述的一種水面艦艇結構材料，其特征在于，所述RE包括，Eu: 0.10%~ O. 30%,Er：0.10%~0.30%〇3. 根據權利要求1所述的一種水面艦艇結構材料，其特征在于，按重量百分比計含有如 下原料組分，C:0 ·09%，Mn: 1 · 8%，P:0 · 03%，S:0 · 03%，Si : 3 · 0%，Cr: 20 · 0%，Ni : 10 · 0%，M〇: 1 ·0%， 1%:0.5%，(：〇:0.25%，1^:0.03%411:0.20%4『 ：0.15%，其余為卩6。4. 根據權利要求1所述的一種水面艦艇結構材料的制備方法，其特征在于，制作步驟如 下：將待熔煉的？6、1111、(^、附、1〇、1^、(：〇、1^、1^，加入水冷銅坩堝的真空室內，抽真空，在 1200 °01300 °C條件下燒結2~3小時，再充入惰性氣體，使壓強達到lOOMPa~120MPa，加入C、 P、 S、Si，并保溫40 min~50min，攪拌均勻，保持壓力以降溫速率為100°C/min~110°C/min的 條件降至室溫，得到水面艦艇結構材料成品。5. 根據權利要求4所述的一種水面艦艇結構材料的制備方法，其特征在于，所述燒結的 溫度為1200°01230°C時，RE的組成為Eu。6. 根據權利要求4所述的一種水面艦艇結構材料的制備方法，其特征在于，所述燒結的 溫度為1230 °01270 °C時，RE的組成為Eu和Er。7. 根據權利要求4所述的一種水面艦艇結構材料的制備方法，其特征在于，所述燒結的 溫度為1270°01300°C時，RE的組成為Er。8. 根據權利要求4所述的一種水面艦艇結構材料的制備方法，其特征在于，所述惰性氣 體為氦氣，或氖氣，或氬氣，或氪氣。
【專利摘要】本發明提供一種水面艦艇結構材料，包括C：0.08%~0.1%，Mn：1.5%~2.0%，P：0.03%~0.04%，S：0.03%~0.04%，Si：2.0%~3.5%，Cr：18.0%~21.0%，Ni：8.0%~11.0%，Mo：0.5%~1.0%，Mg：0.1%~0.5%，Co：0.20%~0.30%，Re：0.02%~0.04%，Eu：0.10%~0.30%，Er：0.10%~0.30%，其余為Fe；在真空條件下燒結金屬原料、充入惰性氣體穩壓加入非金屬原料，保溫、攪拌均勻，恒壓冷卻處理得到水面艦艇結構材料成品，抗磁性能優良，耐摩、耐腐蝕、耐高溫、硬度大，性價比高。
【IPC分類】C22C38/52, C22C38/58, C22C33/04, C22C38/44
【公開號】CN105714214
【申請號】CN201610295904
【發明人】王少平
【申請人】惠安縣泰達商貿有限責任公司