一種半潛船結(jié)構(gòu)材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于鐵基合金領域，具體涉及一種半潛船結(jié)構(gòu)材料以及該結(jié)構(gòu)材料的制備 方法。
【背景技術】
[0002] 半潛船是專門從事無法分割的超大型整體設備、特重特長大件運輸?shù)拇?，這些 超大型貨物包括無動力的船舶、火車頭、預制大型橋梁、石油鉆井平臺等。半潛船多用于托 運大型鋼結(jié)構(gòu)件、海上平臺等，也可用于裝載集裝箱。其工作時，會像潛水艇一樣，通過調(diào)整 船身壓載水量，平穩(wěn)地將船身甲板潛入水下，只露出船樓建筑。半潛船在工作時，會像潛水 艇一樣，通過調(diào)整船身壓載水量，能夠平穩(wěn)地將一個足球場大小的船身甲板潛入10~30米 深的水下，只露出船樓建筑。
[0003] 半潛船在工作時，將需要裝運的貨物，如游艇、潛艇、駁船、鉆井平臺等，拖拽到已 經(jīng)潛入水下的裝貨甲板上方時，啟動大型空氣壓縮機或調(diào)載栗，將半潛船身壓載水艙的壓 載水排出船體，使船身連同甲板上的承載貨物一起浮出水面，然后綁扎固定，就可以跨海越 洋將貨物運至世界各地的客戶手中。
[0004] 當前，海洋航運進入到一個新的時代，世界各國對航海物流開發(fā)的力度不斷加大。 半潛船建造復雜，而使用過程更是兇險異常，由于裝載的都是成千上萬噸重的超大型部件， 穩(wěn)性差，易受風浪打擊。稍有不慎就會造成船毀人亡的嚴重事故。因此在每個航次前，都必 須用專業(yè)軟件計算船舶裝載運輸過程中的各種數(shù)據(jù)，以控制風險。因此，半潛船的材料創(chuàng)新 是制約半潛船發(fā)展的關鍵，必須進一步選擇優(yōu)良的材質(zhì)制備半潛船結(jié)構(gòu)材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術不足，本發(fā)明的目的在于提供一種半潛船結(jié)構(gòu)材料，綜合 考慮各成分的成本，優(yōu)化各成分之間的比例，找到最佳的材料組方，加入稀土金屬，制備的 材料抗磁性能優(yōu)良，抗海水腐蝕、耐壓、硬度大、抗沖擊性能好，能夠有效地解決上述問題。
[0006] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明采取如下的技術方案：
[0007] 一種半潛船結(jié)構(gòu)材料，材料成分及其質(zhì)量百分比為：c、0.20 %~0.30 %，Mn、 0.35%~0.65%，P、0.04%~0.05%，Y、0.03%~0.05%，Si、1.4%~1.7%，Cr、8.0%~ 10.0%，Ni、8.0%~11.0%，Mo、0.90%~1.20%，W、3.0%~4.0%，V、0.20%~0.30%，Ta、 0.02%~0.04%，1^、0.2%~0.6%，其余為卩6。
[0008] 進一步的，RE包括:Ηο、0·10%~0.30%，Lu、0.10%~0.30%。
[0009] 進一步的，材料的組分最佳重量百分比如下：C、0.20 %，Μη、0.60 %，P、0.04 %，Y、 0.05%，Si、1.50%，Cr、10.0%，Ni、10.0%，Μο、1.0%，W、3.0%，V、0.30%，Ta、0.03%，Ηο、 0.30%，Lu、0.10%，其余為Fe。
[0010] 以下，對本發(fā)明中采用的合金的成分組成的限定理由進行說明，成分組成中涉及 的％指質(zhì)量％。
[0011] c、0.20%~0.30%，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、韌性也會隨之降低；反之，含碳量越低，鋼的塑性、韌性越高，其強度、硬度也會隨之降 低，為適應海洋條件及作業(yè)要求效果，本發(fā)明將半潛船結(jié)構(gòu)材料中C含量規(guī)定為0.20 %~ 0.30%，優(yōu)選為 0.20%。
[0012] Mn、0.35%~0.65%梟是一種弱脫氧劑，鋼材中添加此，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Μη含量增加，鋼材強度有所提高，為適應半潛船結(jié)構(gòu)的具體實際的特殊需求，本發(fā) 明將Μη含量規(guī)定為0.35 %~0.65 %，優(yōu)選為0.60 %。
[0013] Ρ、0.04%~0.05%，磷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。為適應海洋條件及半潛船結(jié)構(gòu)的特殊需求，本發(fā)明將Ρ含量規(guī)定為0.04 %~ 0.05%，優(yōu)選為 0.04%。
[0014] Υ、0.03%~0.05%，合金中添加釔，增加了合金的位錯密度，可以大幅度提高鐵鉻 鋁電熱合金循環(huán)氧化壽命。為適應海洋條件及半潛船結(jié)構(gòu)的特殊需求，本發(fā)明將Υ規(guī)定為 0.03%~0.05%，優(yōu)選為0.05%。
[0015] Si、1.4%~1.7%，Si可提高鋼材的耐熱性和耐蝕性，降低韌性和塑性;在鋼材中 能降低熔點，改善流動性。為適應海洋條件及半潛船結(jié)構(gòu)的特殊需求，本發(fā)明將Si含量規(guī)定 為1.4%~1.7%，優(yōu)選為1.50%。
[0016] Cr、8.0%~10.0%，Cr在鋼材中，鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低 塑性和韌性。鉻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 海洋條件及半潛船結(jié)構(gòu)的特殊需求，本發(fā)明將Cr含量規(guī)定為8.0 %~10.0%，優(yōu)選為 10.0%〇
[0017] Ni、8.0%~11.0%，鎳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。為適應海洋條件及半潛船結(jié)構(gòu)的特殊需求，本發(fā)明將材質(zhì)中Ni含量規(guī)定為 8.0%~11.0%，優(yōu)選為 10.0%。
[0018] Mo、0.90%~1.20%，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，提高鋼的淬透性;提高鋼的耐熱性和高溫強度，為適應海洋條件及半潛船結(jié) 構(gòu)的特殊需求，本發(fā)明將材質(zhì)中Mo含量規(guī)定為0.90%~1.20%，優(yōu)選為1.0%。
[0019] V、0.20%~0.30%，V可增大合金力度、硬度和抗震能力，防止產(chǎn)生顆粒，提高鋼鐵 微觀組織的均勻性，也可提高冶煉過程中回火的穩(wěn)定性。為適應航海氣候條件及作業(yè)要求 效果，本發(fā)明將半潛船結(jié)構(gòu)材料中V含量規(guī)定為0.20 %~0.30 %，優(yōu)選為0.30 %。
[0020] W、3.0%~4.0%，鎢熔點高，比重大，鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性。 為適應海洋條件及半潛船的特殊需求，本發(fā)明將材料中W含量規(guī)定為3.0%~4.0%，優(yōu)選為 3.0%〇
[0021] Ta、0.02%~0.04%，Ta是強碳化物形成元素，Ta的碳化物在高溫下十分穩(wěn)定，只 比鈦的碳化物略為遜色。由于Ta具有良好的熱強性，因此，Ta在低合金耐熱鋼和高合金耐熱 鋼中都獲得了廣泛的應用，提高了鋼的熱強性。為適應海洋條件及半潛船的特殊需求，本發(fā) 明將合金材料中Ta含量規(guī)定為0.02 %~0.04 %，優(yōu)選為0.03 %。
[0022] RE、0.2%~0.6%，稀土元素加入合金中，能夠提高合金材料的機械強度和抗腐蝕 性，使合金熔鑄時增加成分過冷，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。還可降低熔體表面張力，增加流動性，有利于澆注成錠，對工藝性能有 著明顯的影響；稀土金屬還能消除磁場及復雜的水文環(huán)境對半潛船的不良影響，從而提高 了半潛船的使用壽命；同時在承力相同的條件下，明顯減輕結(jié)構(gòu)件重量。為適應海洋條件及 半潛船的特殊需求，本發(fā)明將材料中RE含量規(guī)定為0.20 %~0.60 %，包括，Ho : 0.10 %~ 0.30%兒11:0.10%~0.30%;優(yōu)選為!1〇:0.30%兒11 :0.10%。在本發(fā)明中使用的稀土金屬含 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。
[0023]本發(fā)明的另一個目的，在于提供采用如上所述的合金制作而成半潛船材料的制備 方法，制作步驟如下：
[0024] 步驟S01、將待熔煉的？6111、￥、(>、附、1〇、1、￥、了&、1^單質(zhì)按照材料組分比例，加入 水冷銅坩堝的真空室內(nèi)，抽真空，燒結(jié)溫度為960°C~980°C;
[0025] 步驟S02、在金屬熔融的條件下加入按照材料組分比例的C、P、Si單質(zhì)，并保溫 20min~30min，攬摔均勾；
[0026] 步驟S03、將熔融金屬冷卻至室溫得到半潛船結(jié)構(gòu)材料乳制板粗坯；
[0027] 步驟S04、將熔煉金屬粗坯回火保溫20min~30min，冷卻至室溫，得到半潛船結(jié)構(gòu) 材料乳制板成品。
[0028] 進一步的，步驟S01中，燒結(jié)的溫度為960°C~965°C時，RE的組成為Ho。
[0029] 進一步的，步驟SOI中，燒結(jié)的溫度為975°C~980°C時，RE的組成為Lu。
[0030] 進一步的，步驟SOI中，燒結(jié)的溫度為965°C~975°C時，RE的組成為Ho和Lu。
[0031 ] 進一步的，步驟S03中，恪融金屬冷卻速率為50°C/min~100°C/min。
[0032]進一步的，步驟S04中，熔煉金屬粗坯回火的溫度為650°C。
[0033] 進一步的，步驟S04中，恪煉金屬粗還回火后的降溫速率為50°C/min~100°C/min。
[0034] 本發(fā)明的優(yōu)點是：
[0035] 本發(fā)明所提供的半潛船結(jié)構(gòu)材料成品，制備的材料抗磁性能優(yōu)良，抗海水腐蝕、耐 壓、硬度大、抗沖擊性能好。
【具體實施方式】
[0036]以下給出本發(fā)明的具體實施例，用來對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0037] 實施例1 [0038] 原料組分：
[0039] C、0.20%，Mn、0.60%，P、0.04%，Y、0.05%，Si、1.50%，Cr、10.0%，Ni、10.0%， Μο、1·0%，W、3.0%，V、0.30%，Ta、0.03%，Η〇、0·30%，Lu、0.10%，其余為Fe。
[0040] 通過如下方法制備：
[0041 ] 步驟S01、將待熔煉的？6111、￥、(>、附、1〇、1、￥、了&、!1〇、1^單質(zhì)按照材料組分比例， 加入水冷銅坩堝的真空室內(nèi)，抽真空，在燒結(jié)溫度為970°