一種船用側(cè)板低碳鉻合金材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種船用側(cè)板低碳鉻合金材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]船用材料主要指船體與水體直接接觸的材料，而船用經(jīng)常處于易腐蝕的環(huán)境中，所以船用材料需要很好的耐低溫耐腐蝕性，同時船用材料對強度韌性也有很高的要求。多年來，各個造船大國都在船用合金材料研發(fā)方面做了很多的工作。目前，美國在艦艇制造領(lǐng)域已普遍運用HSLA-80和HSLA-100系列的高強度材料。日本則開發(fā)出一系列高強度船體結(jié)構(gòu)材料，如調(diào)制高強度、馬氏體實效鋼和雙向強化鋼。法國1989年10月建造的“凱旋”級核潛艇采用了屈服強度為980MPa級的HLES100材料。俄羅斯開發(fā)了強390_1175MPa級的AB系列艦船材料等。我國的船用材料經(jīng)過多年發(fā)展，部分船用材料生產(chǎn)企業(yè)的高強度船板也通過了多個國家船級認證。目前國內(nèi)的高性能船用低碳鉻氮合金材料方面的同類產(chǎn)品存在易磨損、抗氧化性差、抗熱疲勞性差、材料表面質(zhì)量低等缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了克服以上的不足，提供抗磨損、抗氧化、抗熱疲勞的一種船用側(cè)板低碳鉻合金材料及其制備方法。
[0004]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):一種船用側(cè)板低碳鉻合金材料，所述船用合金材料的組成元素包括Fe、C、Cr、Mo、N1、V、W、S1、Mn、N、RE，所述組成元素按照元素質(zhì)量百分數(shù)滿足下列要求:C 0.2-0.4,Cr 3-13,Mo 1-3,Ni 0.7-1.3、V 0.4-1.0、W 0.3-1.0,Si 0.7-1.3、Mn 0.2-1.0、N 0.004-0.010、RE 0.002-0.008，余量為 Fe。
[0005]本發(fā)明的進一步改進在于，所述船用側(cè)板低碳鉻合金材料的制備方法，包括以下步驟:
(O原料精選，將原料投入中頻感應(yīng)爐中；
(2)中頻精煉，加熱至1449-1580°C，待爐料全部融化，加入稀土，采用稀土復(fù)合變質(zhì)技術(shù)，攪拌35-45min，在底部吹入氬氣，靜置形成初步合金材料；
(3)真空高壓氣冷淬火，對初步合金材料進行淬火和回火，用l_2MPa的超高壓氮氣或氦氣與氮氣的混合氣冷卻淬火，形成鑄坯；
(4)對鑄坯進行均勻化處理，先以150-190°C/h升溫至350-400°C，保溫3.5-4.5h，再以 50-70 °C 降溫至 180-220 °C，保溫 2.5-3.5h,再以 90-100 °C /h 升溫至 450-480 °C，保溫2.5-3.5h，再以50-70°C降溫至190-240°C，保溫2.5-3.5h，真空冷至室溫；
(5)擠壓成型處理，將均勻化處理后的鑄坯預(yù)熱至400-450°C，然后利用擠壓機將預(yù)熱后的鑄坯放入模具中擠壓成型形成粗糙零件，模具預(yù)熱到380-390°C，擠壓速率為3-5mm/s ；
(6)精加工處理，對粗糙零件以40-50°C/h進行預(yù)熱至300-350°C保溫2_3h，，再以20-30 °C降至室溫，再以30-50 °C /h升溫至80_90°C，保溫8_12h，再以20-30 °C /h升溫至140-160攝氏度，保溫8-12h，真空降至室溫，再進行鋸切、精整形成精加工零件；
(7)硬化處理，利用真空滲氮技術(shù)，將精加工零件放入真空爐中，將真空爐排氣至較高真空度0.133Pa(lxlO-3Torr)后，以50-60°C/h將精加工零件升至530-560°C，同時送入氨氣或NH3+CXHY+N20復(fù)合氣體，并對各種氣體的送入量進行精確控制，爐壓控制在0.667Pa(STorr)，保溫3-5h后，用爐內(nèi)惰性氣體進行快速冷卻，冷卻后即得成品。
[0006]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有優(yōu)點:
本發(fā)明中Cr的含量百分數(shù)控制在3-13，有效避免了由于Cr含量達到或超過飽和含量時出現(xiàn)的合金力學(xué)性能及穩(wěn)定性下降的現(xiàn)象，同時保證了淬透性，盡可能的避免淬火過程中貝氏體和碳化物的析出，提高合金材料性能，保證本發(fā)明中合金的使用壽命；本發(fā)明降低了 C含量，添加了 N、Mo、V、Ti來抑制M23C6型碳化物的析出和聚集長大，或得較佳的熱強性；本發(fā)明中添加了元素質(zhì)量百分數(shù)為0.004-0.010的N，改善晶界碳化物的形態(tài)及分布，提高沖擊韌性和抗熱疲勞性；本發(fā)明中采用了稀土復(fù)合變質(zhì)技術(shù)，可以能夠?qū)Σ牧系木Я＿M行細化，增加可塑性，提高材料的性能。
[0007]【具體實施方式】:
為了加深對本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳述，該實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。
[0008]實施例1
一種船用側(cè)板低碳鉻合金材料，所述船用合金材料的組成元素包括Fe、C、Cr、Mo、N1、￥、胃、3;[、]/[11、隊1^:，所述組成元素按照元素質(zhì)量百分數(shù)滿足下列要求:0.4的C、6的Cr、3的Mo,0.7 的 N1、1.0 的 V、L O 的 W、0.7 的 S1、1.0 的 Mn、0.010 的 Ν、0.002 的 RE，余量為 Fe。
[0009]船用側(cè)板低碳鉻合金材料的制備方法，包括以下步驟:
(O原料精選，將原料投入中頻感應(yīng)爐中；
(2)中頻精煉，加熱至1449-1580°C，待爐料全部融化，加入稀土，殘留稀土含量為0.01%，采用稀土復(fù)合變質(zhì)技術(shù)，攪拌35-45min，在底部吹入氬氣，靜置形成初步合金材料；
(3)真空高壓氣冷淬火，對初步合金材料進行淬火和回火，用IMPa的超高壓氮氣或氦氣與氮氣的混合氣冷卻淬火，形成鑄坯；
(4)對鑄坯進行均勻化處理，先以150-190°C/h升溫至350-400°C，保溫3.5-4.5h，再以 50-70 °C 降溫至 180-220 °C，保溫 2.5-3.5h,再以 90-100 °C /h 升溫至 450-480 °C，保溫2.5-3.5h，再以50-70°C降溫至190-240°C，保溫2.5-3.5h，真空冷至室溫；
(5)擠壓成型處理，將均勻化處理后的鑄坯預(yù)熱至400-450°C，然后利用擠壓機將預(yù)熱后的鑄坯放入模具中擠壓成型形成粗糙零件，模具預(yù)熱到380-390°C，擠壓速率為3-5mm/s ；
(6)精加工處理，對粗糙零件以40-50°C/h進行預(yù)熱至300-350°C保溫2_3h，，再以20-30 °C降至室溫，再以30-50 °C /h升溫至80_90°C，保溫8_12h，再以20-30 °C /h升溫至140-160攝氏度，保溫8-12h，真空降至室溫，再進行鋸切、精整形成精加工零件；
(7)硬化處理，利用真空滲氮技術(shù)，將精加工零件放入真空爐中，將真空爐排氣至較高真空度0.133Pa(lxlO-3Torr)后，以50_60°C /h將精加工零件升至530°C，同時送入氨氣或NH3+CXHY+N20復(fù)合氣體，并對各種氣體的送入量進行精確控制，爐壓控制在0.667Pa(STorr)，保溫3h后，用爐內(nèi)惰性氣體進行快速冷卻，冷卻后即得成品。經(jīng)此處理可得滲層深為25mm、硬度為605HV的硬化層。
[0010]成品的硬度、強度變化不大，斷裂韌性和疲勞裂紋擴展門檻值改變不大，在真空高壓冷氣淬火過程中，被冷卻負載可以是密集型，比0.6MPa冷卻負載密度提高約30-40%，沖擊韌性、延伸率、斷面收縮率、抗熱疲勞性能有所改善。
[0011]實施例2
一種船用側(cè)板低碳鉻合金材料，所述船用合金材料的組成元素包括Fe、C、Cr、Mo、N1、￥、胃、31^11、隊1?，所述組成元素按照元素質(zhì)量百分數(shù)滿足下列要求:0.3的C、8的Cr、2的Mo、1.3 的 Ni,0.4 的 V、L O 的 W、1.0 的 S1、0.6 的 Mn、0.006 的 Ν、0.005 的 RE，余量為 Fe。
[0012]船用側(cè)板低碳鉻合金材料的制備方法，包括以下步驟:
(O原料精選，將原料投入中頻感應(yīng)爐中；
(2)中頻精煉，加熱至1449-1580°C，待爐料全部融化，加入稀土，殘留稀土含量為0.01%，采用稀土復(fù)合變質(zhì)技術(shù)，攪拌35-45min，在底部吹入氬氣，靜置形成初步合金材料；