CN105821347A

CN105821347A - 一种舰桥结构材料

Info

Publication number: CN105821347A
Application number: CN201610295903.6A
Authority: CN
Inventors: 王少平
Original assignee: Huian Taida Business And Commerce Co Ltd
Current assignee: Huian Taida Business And Commerce Co Ltd
Priority date: 2016-05-07
Filing date: 2016-05-07
Publication date: 2016-08-03

Abstract

本发明提供一种舰桥结构材料，包括C：0.04%~0.1%，Mn：1.5%~2.0%，P：0.03%~0.04%，S：0.02%~0.05%，Si：1.0%~1.5%，Cr：16.0%~19.0%，Ni：11.0%~14.0%，Mo：1.8%~2.5%，Ti：0.5%~0.7%，Ir：0.20%~0.30%，Rh：0.02%~0.04%，Yb：0.10%~0.30%，Tm：0.10%~0.30%，其余为Fe；在真空条件下烧结金属原料、非金属原料，经冷却得到舰桥结构材料轧制板坯成品，具有良好的抗磁、抗腐蚀、耐压、耐冲撞的性能。

Description

一种舰桥结构材料

技术领域

本发明属于铁基合金领域，具体涉及一种舰桥结构材料。

背景技术

舰桥是舰艇上层建筑中的航行、作战指挥及操纵部位。早在蒸汽机明轮船时期,操纵中心设在左右舷明轮护罩间的过桥上,因而出现“船桥”、“舰桥”的名称。螺旋桨取代明轮后，“船桥”、“舰桥”名称继续沿用至今，有封闭式与敞开式两种形式，包括露天指挥台、指挥室、驾驶室等。

小型舰艇上的桥楼即舰桥，通常位于中部；大、中型舰艇通常有前舰桥和后舰桥。前舰桥在桥楼顶部的前端,是主要操纵指挥部位；后舰桥通常在后甲板室顶部，是预备指挥部位。舰桥是军舰的大脑，是操控舰和指挥作战的地方，通常设置在舰艇上层建筑中的航行、作战指挥和操纵部位。一般位于桥楼顶部的前端，包括指挥室、驾驶室、露天指挥所等。舰桥的功能是随着军舰的漫长发展历程而逐渐形成的，即是海军战术和舰船技术发展的写照，同时也保留了昔日的传统风采。

现代国际社会风云突变，军备竞赛暗流涌动，复杂的国际政治格局给舰船的制造提出了更高的要求，尤其作为舰船上的突出部分舰桥，更是需要适应新的国际军事形势的需要，作为舰桥的材料，需要进一步提高其抗磁、抗腐蚀、耐压、耐冲撞的性能。世界各先进国家都在继续抓紧开发研制新的舰桥用结构材料。如何根据未来发展的需要，开发、研制确有使用价值的舰船舰桥结构材料，在保证质量前提下，进一步降低制造成本、研制出高性价比的舰桥结构材料，是科研技术人员所面临的一大难题。

发明内容

为了克服上述现有技术缺陷，本发明的目的在于提供一种舰桥结构材料，综合考虑各成分的成本，在保证与同等成本材料有相等或更高质量的前提下，优化各成分之间的比例，找到性价比最高的材料组方，加入稀土金属，制备的材料抗磁性能优良，耐摩、耐腐蚀、耐高温、硬度大、抗冲击性能好，能够有效地解决上述问题。

为了解决上述技术问题，本发明采取如下的技术方案：

一种舰桥结构材料，包括C：0.04%~0.1%，Mn：1.5%~2.0%，P：0.03%~0.04%，S：0.02%~0.05%，Si：1.0%~1.5%，Cr：16.0%~19.0%，Ni：11.0%~14.0%，Mo：1.8%~2.5%，Ti：0.5%~0.7%，Ir：0.20%~0.30%，Rh：0.02%~0.04%，RE：0.2%~0.6%，其余为Fe。

进一步的，所述一种舰桥结构材料，所述RE包括，Tm：0.10%~0.30%，Yb：0.10%~0.30%。

更进一步的，所述一种舰桥结构材料，原料组分最佳重量百分比如下，C：0.08%，Mn：2.0%，P：0.03%，S：0.03%，Si：1.0%，Cr：17.0%，Ni：13.0%，Mo：2.0%，Ti：0.7%，Ir：0.20%，Rh：0.03%，Tm：0.20%，Yb：0.20%，其余为Fe。

以下，对本发明中采用的合金的成分组成的限定理由进行说明，成分组成中涉及的%指质量%。

C：0.04%~0.1%，C在钢材中可形成固溶体组织、提高钢的强度；形成碳化物组织，可提高钢的硬度及耐磨性。因此，C在钢材中，含碳量越高，钢的强度、硬度就越高，但塑性、韧性也会随之降低;反之，含碳量越低，钢的塑性、韧性越高，其强度、硬度也会随之降低，为适应海洋条件及作业要求效果，本发明将舰桥结构材料中C含量规定为0.04%~0.1%，优选为0.08%。

Mn：1.5%~2.0%，Mn是一种弱脱氧剂，钢材中添加Mn，不但有利于钢材的抗蚀性，而且还能使钢材的强度提高，并能降低热裂纹倾向，改善钢材的抗腐蚀性能和焊接性能。随着Mn含量增加，钢材强度有所提高，为适应舰桥结构的具体实际的特殊需求，本发明将Mn含量规定为1.5%~2.0%，优选为2.0%。

P：0.03%~0.04%，磷对提高钢材的抗拉强度有一定的作用，但同时又都增加钢材的脆性。为适应海洋条件及舰桥结构的特殊需求，本发明将P含量规定为0.03%~0.04%，优选为0.03%。

S：0.02%~0.05%，S可引起钢材热脆，降低钢材的塑性、冲击韧性、疲劳强度和抗锈性等，一般建筑用钢含硫量要求不超过0.055%，在焊接结构中应不超过0.050%。一定量的S与Mn在钢材中形成MnS，有助于提高切削性的元素。在低于0.001%时添加效果不充分，超过0.15%则添加效果饱和，S会降低铁水的流动性，阻止Fe₃C分解，使铸件产生气孔、难于切削并降低其韧性，因此将S规定为0.02%~0.05%，优选为0.03%。

Si：1.0%~1.5%，Si可提高钢材的耐热性和耐蚀性，降低韧性和塑性；在钢材中能降低熔点，改善流动性。为适应海洋条件及舰桥结构的特殊需求，本发明将Si含量规定为2.0%~3.5%，优选为1.0%。

Cr：16.0%~19.0%，Cr在钢材中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢材的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是钢材的重要合金元素。为适应海洋条件及舰桥结构的特殊需求，本发明将Cr含量规定为16.0%~19.0%，优选为17.0%。

Ni：11.0%~14.0%，镍在钢材中能提高合金的强度和硬度，降低耐蚀性，提高合金的焊接性能。为适应海洋条件及舰桥结构的特殊需求，本发明将材质中Ni含量规定为11.0%~14.0%，优选为13.0%。

Mo：1.8%~2.5%，低含量的Mo能强化铁素体，提高钢的强度和硬度；降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性；提高钢的耐热性和高温强度，为适应海洋条件及舰桥结构的特殊需求，本发明将材质中Mo含量规定为1.8%~2.5%，优选为2.0%。

Ti：0.5%~0.7%，Ti是合金中常用的添加元素，钛与成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织和焊缝组织的作用；还能起到变质剂作用，增加晶核，细化晶粒。为适应海洋条件及舰桥结构的特殊需求，本发明将合金材料中Ti含量规定为0.5%~0.7%，优选为0.7%。

Ir：0.20%~0.30%，Ir作为合金成分，用于增大合金硬度，制造耐热合金和充当标准量具衡具的合金材料。本发明将合金材料中Ir含量规定为0.20%~0.30%，优选为0.20%。

Rh：0.02%~0.04%，铑化学稳定性特别高，具有很好的抗腐蚀和抗氧化能力。添加铑的合金能抵抗普通酸和化学试剂的腐蚀，为适应海洋条件及舰桥结构的特殊需求，本发明将合金材料中Rh含量规定为0.02%~0.04%，优选为0.03%。

RE：0.2%~0.6%，稀土元素加入合金中，能够提高合金材料的机械强度和抗腐蚀性，使合金熔铸时增加成分过冷，细化晶粒，减少二次晶间距，减少合金中的气体和夹杂，并使夹杂相趋于球化。还可降低熔体表面张力，增加流动性，有利于浇注成锭，对工艺性能有着明显的影响；稀土金属还能消除磁场及复杂的水文环境对舰艇舰桥结构的不良影响，从而提高了舰艇舰桥结构的使用寿命；同时在承力相同的条件下，明显减轻结构件重量。为适应海洋条件及舰桥结构的特殊需求，本发明将合金材料中RE含量规定为0.2%~0.6%，包括，Tm：0.10%~0.30%，Yb：0.10%~0.30%；优选为Tm：0.20%，Yb：0.20%。在本发明中使用的稀土金属含量较少，但是能够起到很好的消磁和增加合金强度、耐磨性的作用，有利于降低成本。

本发明的另一个目的，在于提供采用如上所述的合金制作而成航空轴承材料的制备方法，制作步骤如下：

（1）将待熔炼的Fe、Mn、Cr、Ni、Mo、Ti、Ir、Rh、RE，加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，烧结温度为1000℃~1100℃；

（2）在金属熔融的条件下加入C、P、S、Si，并保温10min~20min，搅拌均匀；

（3）将熔融金属冷却铸成轧制板坯。

进一步的，所述的一种舰桥结构材料的制备方法，所述烧结的温度为1000℃~1030℃时，RE的组成为Tm。

进一步的，所述的一种舰桥结构材料的制备方法，所述烧结的温度为1030℃~1070℃时，RE的组成为Tm和Yb。

进一步的，所述的一种舰桥结构材料的制备方法，所述烧结的温度为1070℃~1100℃时，RE的组成为Yb。

进一步的，所述的一种舰桥结构材料的制备方法，所述熔融金属冷却速率为80℃~100℃。

本发明的优点是：

本发明所提供的舰桥结构材料成品，抗磁性能优良，耐摩、耐腐蚀、耐高温、硬度大，性价比高。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，用来对本发明作进一步详细说明。

实施例1

原料组分：

C：0.08%，Mn：2.0%，P：0.03%，S：0.03%，Si：1.0%，Cr：17.0%，Ni：13.0%，Mo：2.0%，Ti：0.7%，Ir：0.20%，Rh：0.03%，Tm：0.20%，Yb：0.20%，其余为Fe。

通过如下方法制备：

（1）将待熔炼的Fe、Mn、Cr、Ni、Mo、Ti、Ir、Rh、Tm、Yb，加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，在烧结温度为1060℃条件下熔融；

（2）在金属熔融的条件下加入C、P、S、Si，并保温12min，搅拌均匀；

（3）将熔融金属冷却铸成轧制板坯，得到舰桥结构材料成品。

实施例2

原料组分：

C：0.05%，Mn：1.5%，P：0.03%，S：0.02%，Si：1.0%，Cr：16.0%，Ni：11.0%，Mo：1.8%，Ti：0.5%，Ir：0.20%，Rh：0.02%，Tm：0.10%，Yb：0.10%，其余为Fe。

通过如下方法制备：

（1）将待熔炼的Fe、Mn、Cr、Ni、Mo、Ti、Ir、Rh、Tm、Yb，加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，在烧结温度为1040℃条件下熔融；

实施例3

原料组分：

C：0.1%，Mn：2.0%，P：0.04%，S：0.05%，Si：1.5%，Cr：19.0%，Ni：14.0%，Mo：2.5%，Ti：0.7%，Ir：0.30%，Rh：0.04%，Tm：0.40%，其余为Fe。

通过如下方法制备：

（1）将待熔炼的Fe、Mn、Cr、Ni、Mo、Ti、Ir、Rh、Tm，加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，在烧结温度为1000℃条件下熔融；

（2）在金属熔融的条件下加入C、P、S、Si，并保温11min，搅拌均匀；

实施例4

原料组分：

C：0.06%，Mn：1.8%，P：0.035%，S：0.035%，Si：1.25%，Cr：17.5%，Ni：12.5%，Mo：2.2%，Ti：0.6%，Ir：0.25%，Rh：0.03%，Yb：0.20%，其余为Fe。

通过如下方法制备：

（1）将待熔炼的Fe、Mn、Cr、Ni、Mo、Ti、Ir、Rh、Yb，加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，在烧结温度为1100℃条件下熔融；

（2）在金属熔融的条件下加入C、P、S、Si，并保温20min，搅拌均匀；

实施例5

原料组分：

C：0.07%，Mn：1.9%，P：0.04%，S：0.04%，Si：1.3%，Cr：18.0%，Ni：13.0%，Mo：2.3%，Ti：0.7%，Ir：0.30%，Rh：0.04%，Tm：0.30%，Yb：0.30%，其余为Fe。

通过如下方法制备：

（1）将待熔炼的Fe、Mn、Cr、Ni、Mo、Ti、Ir、Rh、Yb、Tm，加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，在烧结温度为1050℃条件下熔融；

（2）在金属熔融的条件下加入C、P、S、Si，并保温15min，搅拌均匀；

实验例1

抗磨性对比试验：

本发明实施例1~5材料与普通舰桥结构材料在射流式冲刷腐蚀磨损试验机上做浆料（石英砂+水）湿磨试验，在高应力动载磨料磨损试验机上做石英砂干磨试验，性能见表1。

表1抗磨性及硬度对比试验结果

实验例2

将本发明实施例1~5材料与普通舰桥结构材料相比较，其性能结果如下表2。

表2性能比较

由上述试验例可见，本发明钢材的各项性能均高于普通舰桥结构材料，制备本发明钢材的特殊材料用量少，相对成本低，更加适合用于水面舰艇结构的材料。

以上仅为本发明的优选实施例及实验例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种舰桥结构材料，其特征在于，包括C：0.04%~0.1%，Mn：1.5%~2.0%，P：0.03%~0.04%，S：0.02%~0.05%，Si：1.0%~1.5%，Cr：16.0%~19.0%，Ni：11.0%~14.0%，Mo：1.8%~2.5%，Ti：0.5%~0.7%，Ir：0.20%~0.30%，Rh：0.02%~0.04%，RE：0.2%~0.6%，其余为Fe。

2.根据权利要求1所述的一种舰桥结构材料，其特征在于，所述RE包括，Tm：0.10%~0.30%，Yb：0.10%~0.30%。

3.根据权利要求1所述的一种舰桥结构材料，其特征在于，按重量百分比计含有如下原料组分，C：0.08%，Mn：2.0%，P：0.03%，S：0.03%，Si：1.0%，Cr：17.0%，Ni：13.0%，Mo：2.0%，Ti：0.7%，Ir：0.20%，Rh：0.03%，Tm：0.20%，Yb：0.20%，其余为Fe。

4.根据权利要求1所述的一种舰桥结构材料的制备方法，其特征在于，制作步骤如下：

（1）将待熔炼的Fe、Mn、Cr、Ni、Mo、Ti、Ir、Rh、RE，加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，在烧结温度为1000℃~1100℃条件下熔融；

（3）将熔融金属冷却得到舰桥结构材料轧制板坯成品。

5.根据权利要求4所述的一种舰桥结构材料的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为1000℃~1030℃时，RE的组成为Tm。

6.根据权利要求4所述的一种舰桥结构材料的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为1030℃~1070℃时，RE的组成为Tm和Yb。

7.根据权利要求4所述的一种舰桥结构材料的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为1070℃~1100℃时，RE的组成为Yb。

8.根据权利要求4所述的一种舰桥结构材料的制备方法，其特征在于，所述熔融金属冷却速率为80℃~100℃。