CN106756472A - 一种船用配件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种船用配件及其制造方法，该配件由特定材料制成，该特定材料以100重量份计，含有：C：1.1‑1.5；P：0.03‑0.06；S：0.03‑0.05；Si：0.8‑1.0；Mn：1.1‑1.4；Ba：1.1‑1.7；Mg：2.5‑2.7；Cr：4.2‑4.9；Mo：3.5‑4.1；Ni：5.4‑6.1；Ti：0.71‑0.79；Be：0.02‑0.06；Cu：1.1‑1.7；Co：1.4‑1.6；V：0.4‑0.9；B：0.03‑0.09；余量为Fe以及不可避免的杂质，还提供了该配件的独特制造方法，通过特定组分和制造方法的使用，可得到具有优异性能的船用配件，在小型船舶制造和配件制造等领域具有良好的应用前景和工业化生产潜力。

Description

一种船用配件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种配件及加工方法，更尤其是涉及一种船用配件及制造方法，属于船用配件的加工方法技术领域。
背景技术
随着整体科技水平的进步，越来越多的国家将海洋的利用开发提升到国家发展的战略高度。而要想合理有效的开发利用海洋资源，很重要的一个方面是研发出具有较强耐腐蚀能力的船用配件。
由于海水具有独特的性质，影响船用配件(如船锚、钢索、平衡鳍等)在海水环境中腐蚀的因素也很多，包括化学、物理和生物因素。这些因素的作用通常是相互关联的，因此，单纯从船用配件使用的材料入手，虽然可以起到一定的耐腐蚀效果，但是长期来看，结果并非尽如人意。
目前，海洋工程以及造船工业中大量使用的材料多数是碳钢和低合金钢。对于碳钢和低合金钢来说，其在海洋环境中的腐蚀类型主要有不均匀全面腐蚀以及点蚀，例如中国专利申请号为200510017821.7、发明名称为“耐海水腐蚀的合金铸铁”的中国专利，公开的合金以重量比为单位，含有镍0.8-3.2、铬0.6-1.2、硅1.2-2.2、碳2.8-3.4、锰05.-1.2、铜0.4-0.8、锑0.1-0.4，杂质控制在硫不大于0.12，余量为铁，其具有较好的耐腐蚀性和较强的机械性能。
但是，作为船用配件，该材料虽然初期能够在表面形成保护膜，起到耐化学腐蚀的效果，但是受到海水生物腐蚀因素的影响，耐化学腐蚀的性能也逐渐降低，最终导致配件的寿命缩短，无法满足需求。
因此，开发一种新的船用配件及其制造方法，不但具有迫切的研究价值，也具有良好的经济效益和工业应用潜力，这正是本发明得以完成的动力所在和基础所倚。
发明内容
为了克服上述所指出的现有船用配件的缺陷，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，从而完成了本发明。
具体而言，本发明所要解决的技术问题是：提供一种新型的船用配件及其制造方法，以解决目前船用配件在海水的多种腐蚀因素下导致的耐腐蚀性得不到保证的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案主要涉及如下几个方面。
更具体而言，第一个方面，本发明提供了一种船用配件，所述船用配件由特定材料制成，所述特定材料以100重量份计，含有：C：1.1-1.5；P：0.03-0.06；S：0.03-0.05；Si：0.8-1.0；Mn：1.1-1.4；Ba：1.1-1.7；Mg：2.5-2.7；Cr：4.2-4.9；Mo：3.5-4.1；Ni：5.4-6.1；Ti：0.71-0.79；Be：0.02-0.06；Cu：1.1-1.7；Co：1.4-1.6；V：0.4-0.9；B：0.03-0.09；余量为Fe以及不可避免的杂质。
在本发明的所述船用配件中，作为一种优化的选择，所述特定材料以100重量份计，含有：C：1.3；P：0.045；S：0.04；Si：0.9；Mn：1.25；Ba：1.4；Mg：2.6；Cr：4.6；Mo：3.8；Ni：5.7；Ti：0.76；Be：0.04；Cu：1.4；Co：1.5；V：0.6；B：0.06；余量为Fe以及不可避免的杂质。
第二个方面，本发明涉及所述船用配件的制造方法，所述制造方法包括如下步骤：
S1：采用冲天炉合料初炼，将炉料配熔成每100重量份中包括如下重量份数的多个成分的铁液：C：3.1-4.5；P＜0.1；S＜0.1；Si：2.8-4.0；Mn≤2.0；余量为铁；所述铁液出炉温度控制为1400-1410℃，并将该铁液浇入金属型中铸成铁锭；
S2：将步骤S1浇铸得到的铁锭粉碎成块状物，并一次性装入中频无铁芯感应加热电炉中进行熔融精炼，熔化过程中加入冰晶石覆盖，每隔10-15分钟搅拌一次，并扒掉产生的熔渣，得到精炼铁液；
S3：将步骤S2产生的精炼铁液利用LF炉熔炼，全程吹入氩气，分三个阶段进行熔炼，并依次在不同阶段喂入适量Mg、Cu、Ba、Be、Ni、Ti、Co、V、Cr、Mo和B材料，并任选补充C、P、S、Si或Mn材料，当各个成分的含量均位于上述限定范围之内时，停止熔炼，出炉，从而得到LF熔炼铁液，且LF炉出站温度控制为1510-1550℃；
S4：将步骤S3的LF熔炼铁液进行浇铸，从而得到所述船用配件。
在本发明所述船用配件的制造方法中，在所述步骤S1中，通过加入合适用量的C、P、S、Si和Mn，从而可以得到所述具有不同重量份的各个成分的铁液，本领域技术人员可在阅读本发明的基础上，进行合适地选择和操作，在此不再进行详细描述。
在本发明所述船用配件的制造方法中，在所述步骤S2中，将步骤S1浇铸得到的铁锭粉碎成合适大小的块状物，该大小对本领域技术人员来说可以进行合适的确定，以方便后续的熔融精炼操作即可，在此同样不再进行详细描述。
在本发明所述船用配件的制造方法中，所述步骤S3具体如下：将步骤S2产生的精炼铁液利用LF炉熔炼，全程吹入氩气，分如下三个阶段进行熔炼：
第一阶段：熔炼1-3小时，全程控制氩气进气速度为60-65L/min，并控制铁液温度为1450-1480℃；
第二阶段：将铁液温度升高至T1，并在该温度下熔炼2-2.3小时和在该温度下依次喂入适量Mg、Cu、Ba和Mo材料，全程控制氩气的进气速度为35L/min；
第三阶段：将铁液温度升高至T2，并在该温度下熔炼1-1.3小时和在该温度下依次喂入适量Be、Ti、Co、V、Cr、Ni和B材料，全程控制氩气的进气速度为15L/min，并任选补充C、P、S、Si或Mn材料；
其中第二和第三阶段的各种材料可适量加入，只要使得各个成分的最终含量为船用配件中包含的相应成分的含量(即以重量份计，含有：C：1.1-1.5；P：0.03-0.06；S：0.03-0.05；Si：0.8-1.0；Mn：1.1-1.4；Ba：1.1-1.7；Mg：2.5-2.7；Cr：4.2-4.9；Mo：3.5-4.1；Ni：5.4-6.1；Ti：0.71-0.79；Be：0.02-0.06；Cu：1.1-1.7；Co：1.4-1.6；V：0.4-0.9；B：0.03-0.09；余量为Fe以及不可避免的杂质的上述特定材料)即可，上述三个阶段完成后，从而得到LF熔炼铁液，且LF炉出站温度控制为1510-1550℃。
发明人发现通过分步骤、以及分步骤加入不同的材料，可以改善最终配件的性能。
在本发明所述船用配件的制造方法中，所述步骤S3的第二阶段中，所述T1为1640-1680℃，例如可为1640℃、1660℃或1680℃。
在本发明所述船用配件的制造方法中，所述步骤S3的第三阶段中，所述T2为1760-1800℃，例如可为1760℃、1780℃或1800℃。
作为一种优选的实施方法，优选T2-T1＝110-130℃，最优选T2-T1＝120℃。
本发明人发现，当T2与T1的差值为110-130℃时，能够取得非常优异的效果，而当T2与T1的差值为120℃时，可以取得最好的技术效果。这应该是由于特定的温度差导致最终得到了优异的混合合金晶相(而当为120℃时，合金晶相最为均匀和整齐)，从而具备了最好的各种性能。
如上所述，本发明提供了一种船用配件及其制造方法，所述船用配件通过特定的成分选择与用量选择，以及使用特定的制造方法，从而可以得到具有优异性能(如耐腐蚀性、力学性能等)的最终船用配件，在小型船舶制造和配件制造等领域(例如渔船的船锚，小型船只的外露金属配件等)具有良好的应用前景和工业化生产潜力。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。
其中，在下面所有实施例和对比例中，为了性能测试的方便性，除非另有说明，分别将所有船用配件浇铸成直径为20mm的圆柱形用于“1、加速腐蚀试验”和“3、力学性能测试”中，而浇铸成片状用于“2、耐海水腐蚀性能测试”中。
实施例1
S1：采用冲天炉合料初炼，将炉料配熔成每100重量份中包括如下重量份数的多个成分的铁液：C：3.1；P＜0.1；S＜0.1；Si：2.8；Mn：1.0；余量为铁；所述铁液出炉温度控制为1400℃，并将该铁液浇入金属型中铸成铁锭；
S2：将步骤S1浇铸得到的铁锭粉碎成合适大小的块状物，并一次性装入中频无铁芯感应加热电炉中进行熔融精炼，熔化过程中加入冰晶石覆盖，每隔10分钟搅拌一次，并扒掉产生的熔渣，得到精炼铁液；
S3：将步骤S2产生的精炼铁液利用LF炉熔炼，全程吹入氩气，分三个阶段进行熔炼，并依次在不同阶段喂入适量Mg、Cu、Ba、Be、Ni、Ti、Co、V、Cr、Mo和B材料，并任选补充C、P、S、Si或Mn材料，当各个成分的含量均位于上述限定范围之内时，停止熔炼，出炉，从而得到LF熔炼铁液，且LF炉出站温度控制为1510℃，该步骤更具体为：
第一阶段：熔炼1小时，全程控制氩气进气速度为65L/min，并控制铁液温度为1450℃；
第二阶段：将铁液温度升高至1640℃，并在该温度下熔炼2小时和在该温度下依次喂入适量Mg、Cu、Ba和Mo材料，全程控制氩气的进气速度为35L/min；
第三阶段：将铁液温度升高至1760℃，并在该温度下熔炼1.3小时和在该温度下依次喂入适量Be、Ti、Co、V、Cr、Ni和B材料，全程控制氩气的进气速度为15L/min，并任选补充C、P、S、Si或Mn材料；；
S4：将步骤S3的LF熔炼铁液进行浇铸，从而得到船用配件，将其命名为P1。
通过控制步骤S3中的各个材料加入量，使最终的配件P1中以100重量份计，各成分含量为：C：1.3；P：0.045；S：0.04；Si：0.9；Mn：1.25；Ba：1.4；Mg：2.6；Cr：4.6；Mo：3.8；Ni：5.7；Ti：0.76；Be：0.04；Cu：1.4；Co：1.5；V：0.6；B：0.06；余量为Fe以及不可避免的杂质。
实施例2
S1：采用冲天炉合料初炼，将炉料配熔成每100重量份中包括如下重量份数的多个成分的铁液：C：4.5；P＜0.1；S＜0.1；Si：4.0；Mn：2.0；余量为铁；所述铁液出炉温度控制为1410℃，并将该铁液浇入金属型中铸成铁锭；
S2：将步骤S1浇铸得到的铁锭粉碎成合适大小的块状物，并一次性装入中频无铁芯感应加热电炉中进行熔融精炼，熔化过程中加入冰晶石覆盖，每隔15分钟搅拌一次，并扒掉产生的熔渣，得到精炼铁液；
S3：将步骤S2产生的精炼铁液利用LF炉熔炼，全程吹入氩气，分三个阶段进行熔炼，并依次在不同阶段喂入适量Mg、Cu、Ba、Be、Ni、Ti、Co、V、Cr、Mo和B材料，并任选补充C、P、S、Si或Mn材料，当各个成分的含量均位于上述限定范围之内时，停止熔炼，出炉，从而得到LF熔炼铁液，且LF炉出站温度控制为1550℃，该步骤更具体为：
第一阶段：熔炼3小时，全程控制氩气进气速度为60L/min，并控制铁液温度为1480℃；
第二阶段：将铁液温度升高至1680℃，并在该温度下熔炼2.3小时和在该温度下依次喂入适量Mg、Cu、Ba和Mo材料，全程控制氩气的进气速度为35L/min；
第三阶段：将铁液温度升高至1800℃，并在该温度下熔炼1小时和在该温度下依次喂入适量Be、Ti、Co、V、Cr、Ni和B材料，全程控制氩气的进气速度为15L/min，并任选补充C、P、S、Si或Mn材料；；
S4：将步骤S3的LF熔炼铁液进行浇铸，从而得到船用配件，将其命名为P2。
通过控制步骤S3中的各个材料加入量，使最终的配件P2中以100重量份计，各成分含量为：C：1.3；P：0.045；S：0.04；Si：0.9；Mn：1.25；Ba：1.4；Mg：2.6；Cr：4.6；Mo：3.8；Ni：5.7；Ti：0.76；Be：0.04；Cu：1.4；Co：1.5；V：0.6；B：0.06；余量为Fe以及不可避免的杂质。
实施例3
S1：采用冲天炉合料初炼，将炉料配熔成每100重量份中包括如下重量份数的多个成分的铁液：C：3.8；P＜0.1；S＜0.1；Si：3.5；Mn：1.5；余量为铁；所述铁液出炉温度控制为1400℃，并将该铁液浇入金属型中铸成铁锭；
S2：将步骤S1浇铸得到的铁锭粉碎成合适大小的块状物，并一次性装入中频无铁芯感应加热电炉中进行熔融精炼，熔化过程中加入冰晶石覆盖，每隔12分钟搅拌一次，并扒掉产生的熔渣，得到精炼铁液；
S3：将步骤S2产生的精炼铁液利用LF炉熔炼，全程吹入氩气，分三个阶段进行熔炼，并依次在不同阶段喂入适量Mg、Cu、Ba、Be、Ni、Ti、Co、V、Cr、Mo和B材料，并任选补充C、P、S、Si或Mn材料，当各个成分的含量均位于上述限定范围之内时，停止熔炼，出炉，从而得到LF熔炼铁液，且LF炉出站温度控制为1530℃，该步骤更具体为：
第一阶段：熔炼2小时，全程控制氩气进气速度为62L/min，并控制铁液温度为1460℃；
第二阶段：将铁液温度升高至1660℃，并在该温度下熔炼2.2小时和在该温度下依次喂入适量Mg、Cu、Ba和Mo材料，全程控制氩气的进气速度为35L/min；
第三阶段：将铁液温度升高至1780℃，并在该温度下熔炼1.1小时和在该温度下依次喂入适量Be、Ti、Co、V、Cr、Ni和B材料，全程控制氩气的进气速度为15L/min，并任选补充C、P、S、Si或Mn材料；；
S4：将步骤S3的LF熔炼铁液进行浇铸，从而得到船用配件，将其命名为P3。
通过控制步骤S3中的各个材料加入量，使最终的配件P3中以100重量份计，各成分含量为：C：1.3；P：0.045；S：0.04；Si：0.9；Mn：1.25；Ba：1.4；Mg：2.6；Cr：4.6；Mo：3.8；Ni：5.7；Ti：0.76；Be：0.04；Cu：1.4；Co：1.5；V：0.6；B：0.06；余量为Fe以及不可避免的杂质。
对比例1-6
对比例1-3：除将步骤S3中的第二阶段所加入的适量Mg、Cu、Ba和Mo材料修改为在第三阶段加入外(即第二阶段仍升高温度至相应的T1，并熔炼各自的温度，无非不加入Mg、Cu、Ba和Mo材料而已)，其它操作均不变，从而重复操作实施例1-3，得到对比例1-3，将所得配件顺次命名为D1、D2和D3。
对比例4-6：除将步骤S3中的第三阶段所加入的适量Be、Ti、Co、V、Cr、Ni和B材料修改为在第二阶段加入外(即第三阶段仍升高温度至相应的T2，并熔炼各自的温度，无非不加入Be、Ti、Co、V、Cr、Ni和B材料而已)，其它操作均不变，从而重复操作实施例1-3，得到对比例4-6，将所得配件顺次命名为D4、D5和D6。
对比例7-20
分别对应不同的实施例，而改变步骤S3中第二阶段的温度T1和第三阶段的温度T2，来考察两者之间的差值对最终性能的影响，从而得到了对比例7-20，各自的T1、T2、T2-T1以及所对应实施例和最终配件命名见下表1所示。
表1
性能测试
1、加速腐蚀试验
将上述得到的不同配件样品进行加速腐蚀测试试验，所按照的标准和具体操作均为YB/T 4367-2014“钢筋在氯离子环境中腐蚀试验方法”中的方法进行，以常规通用型号的高硅耐腐蚀铸铁STSillCu2CrR作为对比样品。
具体实验条件如下：溶液为质量百分比浓度为2％的NaCl水溶液，温度为45±2℃，相对湿度为70±10％RH，实验时间为125小时，循环周期为60分钟，其中浸润时间为12分钟。其中，每个样品准备3个，从而测量3次，取平均值。
测试结束后，按照腐蚀测试领域中的常规方法测定平均腐蚀速率(g/m2·h)，所有的结果见下表2中所示。
表2
其中，D16-D17所指代的“0.207、0.213”表示D16、D17的平均腐蚀速率(g/m2·h)分别为0.207、0.213。由上表2的数据可见：1、当采用本发明的制备方法时，所得到的配件具有非常优异的耐腐蚀性能；2、当对于其中的某些组分，未能以分步加入时(见D1-D6)，则导致耐腐蚀性有显著降低，这证明不同的组分采取不同的分步加入可以取得意想不到的技术效果；3、对于步骤S3中第二阶段温度T1和第三阶段温度T2的差值而言，当两者差值即T2-T1＝110-130℃时，可以取得良好的技术效果(要显著优于对比样品)，而当T2-T1＝120℃时，可以取得最优异的效果，这证明两者的差值最优选为120℃，当偏离该值越大时，则耐腐蚀性能降低越明显。
2、耐海水腐蚀性能测试
将上述各个配件及对比样品配件按照测定材料耐海水腐蚀性能的标准方法(GB6384-86)，在海中挂片试验两年，然后清除表面附着的海洋生物，并对表面进行酸洗后，测量对海水的耐腐蚀性能。其中，每个样品准备3个，从而测量3次，取平均值。具体结果见下表3：
表3
其中，上述的最大点深是指同组的多个样品中最大值，而平均点深则是同组多个样品的平均值。
由上表3的数据可见，其规律同表2中的规律相同(不再进行赘述)，这证明实际的海水腐蚀性能测试也验证了本发明方法的同样变化规律。
3、力学性能测试
分别按照本领域中的常规测试方法，测试各个样品的多种力学性能，这些测量方法都是本领域中的常规方法，在此不再一一赘述。其中，每个样品准备3个，从而测量3次，取平均值。具体结果见下表4所示。
表4
其中，D16-D 17所指代的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率的数值也具有上述同样的对应关系，在此不再进行详细描述。
由此可见：1、本发明方法得到的配件具有最优异的力学性能；2、而当改变制备方法中的某些技术特征时，例如组分不同的加入步骤、T2与T1的温度差值的改变，均可导致力学性能有所降低。
综上所述，本发明提供了一种船用配件及其制造方法，所述船用配件通过特定的成分选择与用量选择，以及使用特定的制造方法，从而可以得到具有优异性能如耐腐蚀性能、力学性能等的最终船用配件，在小型船舶制造和配件制造等领域(例如渔船的船锚，小型船只的外露金属配件等)具有良好的应用前景和工业化生产潜力。
应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种船用配件，所述船用配件由特定材料制成，所述特定材料以100重量份计，含有：C：1.1-1.5；P：0.03-0.06；S：0.03-0.05；Si：0.8-1.0；Mn：1.1-1.4；Ba：1.1-1.7；Mg：2.5-2.7；Cr：4.2-4.9；Mo：3.5-4.1；Ni：5.4-6.1；Ti：0.71-0.79；Be：0.02-0.06；Cu：1.1-1.7；Co：1.4-1.6；V：0.4-0.9；B：0.03-0.09；余量为Fe以及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的船用配件，其特征在于：所述特定材料以100重量份计，含有：C：1.3；P：0.045；S：0.04；Si：0.9；Mn：1.25；Ba：1.4；Mg：2.6；Cr：4.6；Mo：3.8；Ni：5.7；Ti：0.76；Be：0.04；Cu：1.4；Co：1.5；V：0.6；B：0.06；余量为Fe以及不可避免的杂质。
3.一种权利要求1或2所述船用配件的制造方法，所述制造方法包括如下步骤：
S1：采用冲天炉合料初炼，将炉料配熔成每100重量份中包括如下重量份数的多个成分的铁液：C：3.1-4.5；P＜0.1；S＜0.1；Si：2.8-4.0；Mn≤2.0；余量为铁；所述铁液出炉温度控制为1400-1410℃，并将该铁液浇入金属型中铸成铁锭；
S2：将步骤S1浇铸得到的铁锭粉碎成块状物，并一次性装入中频无铁芯感应加热电炉中进行熔融精炼，熔化过程中加入冰晶石覆盖，每隔10-15分钟搅拌一次，并扒掉产生的熔渣，得到精炼铁液；
S3：将步骤S2产生的精炼铁液利用LF炉熔炼，全程吹入氩气，分三个阶段进行熔炼，并依次在不同阶段喂入适量Mg、Cu、Ba、Be、Ni、Ti、Co、V、Cr、Mo和B材料，并任选补充C、P、S、Si或Mn材料，当各个成分的含量均位于上述限定范围之内时，停止熔炼，出炉，从而得到LF熔炼铁液，且LF炉出站温度控制为1510-1550℃；
S4：将步骤S3的LF熔炼铁液进行浇铸，从而得到所述船用配件。
4.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于：所述步骤S3具体如下：将步骤S2产生的精炼铁液利用LF炉熔炼，全程吹入氩气，分如下三个阶段进行熔炼：
第一阶段：熔炼1-3小时，全程控制氩气进气速度为60-65L/min，并控制铁液温度为1450-1480℃；
第二阶段：将铁液温度升高至T1，并在该温度下熔炼2-2.3小时和在该温度下依次喂入适量Mg、Cu、Ba和Mo材料，全程控制氩气的进气速度为35L/min；
第三阶段：将铁液温度升高至T2，并在该温度下熔炼1-1.3小时和在该温度下依次喂入适量Be、Ti、Co、V、Cr、Ni和B材料，全程控制氩气的进气速度为15L/min，并任选补充C、P、S、Si或Mn材料；
上述三个阶段完成后，从而得到LF熔炼铁液，且LF炉出站温度控制为1510-1550℃。
5.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于：所述步骤S3的第二阶段中，所述T1为1640-1680℃。
6.如权利要求4或5所述的制造方法，其特征在于：所述步骤S3的第三阶段中，所述T2为1760-1800℃。
7.如权利要求4-6任一项所述的制造方法，其特征在于：优选T2-T1＝110-130℃。
8.如权利要求4-7任一项所述的制造方法，其特征在于：最优选T2-T1＝120℃。
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