CN107236895A - 一种用于深海潜航设备的合金的生产工艺 - Google Patents

一种用于深海潜航设备的合金的生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明一种用于深海潜航设备的合金的生产工艺，具体步骤为：首先使用电子束熔炼A333Gr8钢板和钛合金板，充分搅拌后浇注成合金锭，接着对合金锭依次进行固溶处理、盐浴淬火处理和时效处理，最后使用光谱仪对合金锭进行成分检测。本发明的有益效果在于：通过电子束熔炼合金，从降低有害元素的含量角度提高合金的纯净度，保证合金的抗压性、耐磨性和耐腐蚀性；采用A333Gr8钢板为原料，使得合金在深海低温环境中，具有较好的抗拉强度和屈服强度；原料中的钛合金板采用牌号为TC4的钛合金，使得合金拥有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性；采用光谱仪对合金锭进行化学成分检测，可以保证每一块合金锭的质量。

Description

一种用于深海潜航设备的合金的生产工艺
技术领域
本发明涉及合金技术领域，尤其涉及一种用于深海潜航设备的合金的生产工艺。
背景技术
浩瀚的海洋占住了地球表面积的71%，深底丰富的石油蕴藏、堆积着无数的锰团以及其他资源吸引着一些工业发达国家竞相进行海洋开发事业。深潜技术是进行海洋开发的必要手段，它是由深潜设备、工作母船(水面支援船)和陆上基地所组成的一个完整的系统，深潜设备是其关键部份。此外，为了对深海失事潜艇实施营救，对深海沉船进行打捞以及深海考察，深潜侦察等都需要具备深潜设备。
深海潜航设备每下降1000米，每平方米艇体就要承受1000吨的水压，并且在深海复杂的水流环境中，沙石对艇体的摩擦碰撞，以及在长期频繁的水下作业中，海水对艇体的腐蚀，对用于制造深潜设备的合金的抗压性、耐磨性和耐腐蚀性，提出了更高的要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种用于深海潜航设备的合金的生产工艺。
为了达到以上目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于深海潜航设备的合金的生产工艺，其特征在于：具体步骤为：
（1）将A333Gr8钢板放置在电子束熔炼炉体内，调节电子束熔炼炉体内的真空度0.04～0.05Pa，电子枪体的真空度小于0.005Pa，以1mA/s速度增加束流至200mA，使其轰击到A333Gr8钢板上直至完全熔化；
（2）将钛合金板放置在电子束熔炼炉体内，保持步骤（1）中电子束熔炼炉体内的真空度、电子枪体的真空度和电子枪束流不变，直至钛合金板完全熔化；
（3）搅拌电子束熔炼炉体内的合金熔液，以2mA/s速度将电子枪束流从200mA增加至400mA，并将电子束束斑半径调整为18×18，进行合金熔炼，保持5～10min；
（4）冷却电子束熔炼炉体内的合金熔液，出电子束熔炼炉，浇注成合金锭；
（5）将步骤（4）得到的合金锭在990～1050℃的条件下进行1～2h的固溶处理；
（6）将固溶处理后的合金锭随后放入盐浴淬火槽内与熔盐进行中温盐浴淬火，控制温度为150～170℃，保温2.5～3h；
（7）将盐浴淬火后的合金锭在500～600℃的条件下进行3～5h的时效处理；
（8）将得到的合金锭放入热等静压机内，控制温度1000～1100℃，压力100～150Mpa，保持30～50min，然后用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；
（9）用光谱仪对步骤（8）得到的合金锭进行化学成分检测，得到各元素的成分含量，含量数值在相应标准或业主采购技术规范规定范围内，检测合格的为成品，入库。
本发明一种用于深海潜航设备的合金的生产工艺，首先将A333Gr8钢板放置在电子束熔炼炉体内，通过电子枪体轰击，使得A333Gr8钢板完全熔化；然后保持相同的电子束熔炼炉体内的真空度、电子枪体的真空度和电子枪束流，将钛合金板熔化；接着搅拌电子束熔炼炉体内的合金熔液，并用电子束行合金熔炼；最终冷却电子束熔炼炉体内的合金熔液，出电子束熔炼炉，浇注成合金锭。通过电子束熔炼合金，可以极大地降低合金熔炼过程中O、N、S等有害杂质元素，从降低有害元素的含量角度提高合金的纯净度，进而提高合金中Ti和Ni的纯度与含量，保证合金的抗压性、耐磨性和耐腐蚀性；同时，采用A333Gr8钢板为原料，使得合金在深海低温环境中，具有较好的抗拉强度和屈服强度；此外，原料中的钛合金板采用牌号为TC4的钛合金，使得合金拥有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性。
接着在得到合金锭以后，对合金锭依次进行固溶处理、盐浴淬火处理和时效处理，使得合金在能够在深海的复杂化境和低温下，具有较好的硬度、屈服强度、拉伸强度、冲击韧性和疲劳强度。
随后对将合金锭放入热等静压机内，进行热等静压处理，使得合金锭得以烧结和致密化,通过热等静压处理后，合金锭可以达到100%致密化，提高合金锭的整体力学性能，之后在进行热处理。
最后采用光谱仪对合金锭进行化学成分检测，得到各元素的成分含量，含量数值在相应标准或业主采购技术规范规定范围内，检测合格的为成品，入库，从而保证每一块合金锭的质量。
进一步的，所述步骤（1）中的A333Gr8钢板由以下重量份的原料制成：C ≤0.13份，Si 0.13～0.32份，Mn ≤0.90份，P ≤0.025份，S ≤0.025份，Ni 8.40～9.60份。
进一步的，所述步骤（2）中的钛合金板由牌号为TC4的钛合金制成。
进一步的，所述牌号为TC4的钛合金由以下重量份的原料制成：Ti 75～80份，Fe≤0.30份,C ≤0.10份, N ≤0.05份, H ≤0.015份, O ≤0.20份, Al 5.5～6.8份, V3.5～4.5份。
进一步的，所述步骤（6）中的熔盐的组成成分以及各成分所占的的重量份数分别为：NaCl 48～50份、KCl 36～40份、BaCl2 5～10份。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过电子束熔炼合金，极大地降低合金熔炼过程中O、N、S等有害杂质元素，从降低有害元素的含量角度提高合金的纯净度，进而提高合金中Ti和Ni的纯度与含量，保证合金的抗压性、耐磨性和耐腐蚀性；同时，电子束能量集中，使得熔池可以达到很高的温度，不仅有利于提高精炼提纯的效果，而且可用于熔炼高熔点金属；此外，电子束的可控性好，可通过控制电子束来控制熔池的加热部位，从而保证熔池温度分布均匀，有利于得到表面质量和结晶组织优良的金属锭；采用A333Gr8钢板为原料，使得合金在深海低温环境中，具有较好的抗拉强度和屈服强度；原料中的钛合金板采用牌号为TC4的钛合金，使得合金拥有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性；采用固溶处理、盐浴淬火处理和时效处理，使得合金在能够在深海的复杂化境和低温下，具有较好的硬度、屈服强度、拉伸强度、冲击韧性和疲劳强度；采用热等静压处理，使得合金锭得以烧结和致密化,通过热等静压处理后，合金锭可以达到100%致密化，提高合金锭的整体力学性能；采用光谱仪对合金锭进行化学成分检测，可以保证每一块合金锭的质量。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
一种用于深海潜航设备的合金的生产工艺，具体步骤为：
（1）将A333Gr8钢板放置在电子束熔炼炉体内，调节电子束熔炼炉体内的真空度0.04Pa，电子枪体的真空度0.004Pa，以1mA/s速度增加束流至200mA，使其轰击到A333Gr8钢板上直至完全熔化；
其中，A333Gr8钢板由以下重量份的原料制成：C 0.13份，Si 0.32份，Mn 0.90份，P0.024份，S 0.024份，Ni 8.40份；
（2）将钛合金板放置在电子束熔炼炉体内，保持步骤（1）中电子束熔炼炉体内的真空度、电子枪体的真空度和电子枪束流不变，直至钛合金板完全熔化；
其中，钛合金板由牌号为TC4的钛合金制成，TC4的钛合金由以下重量份的原料制成：Ti75份，Fe 0.29份,C 0.09份, N 0.04份, H 0.014份, O 0.19份, Al 6.8份, V 3.5份；
（3）搅拌电子束熔炼炉体内的合金熔液，以2mA/s速度将电子枪束流从200mA增加至400mA，并将电子束束斑半径调整为18×18，进行合金熔炼，保持5min；
（4）冷却电子束熔炼炉体内的合金熔液，出电子束熔炼炉，浇注成合金锭；
（5）将步骤（4）得到的合金锭在990℃的条件下进行2h的固溶处理；
（6）将固溶处理后的合金锭随后放入盐浴淬火槽内与熔盐进行中温盐浴淬火，控制温度为150℃，保温3h；
（7）将盐浴淬火后的合金锭在500℃的条件下进行5h的时效处理；
其中，熔盐的组成成分以及各成分所占的的重量份数分别为：NaCl 48份、KCl 40份、BaCl2 5份；
（8）将得到的合金锭放入热等静压机内，控制温度1000℃，压力150Mpa，保持30min，然后用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；
（9）用光谱仪对步骤（8）得到的合金锭进行化学成分检测，得到各元素的成分含量，含量数值在相应标准或业主采购技术规范规定范围内，检测合格的为成品，入库。
实施例2
一种用于深海潜航设备的合金的生产工艺，具体步骤为：
（1）将A333Gr8钢板放置在电子束熔炼炉体内，调节电子束熔炼炉体内的真空度0.05Pa，电子枪体的真空度0.0045Pa，以1mA/s速度增加束流至200mA，使其轰击到A333Gr8钢板上直至完全熔化；
其中，A333Gr8钢板由以下重量份的原料制成：C 0.13份，Si 0.13份，Mn 0.88份，P0.021份，S 0.023份，Ni 9.60份；
（2）将钛合金板放置在电子束熔炼炉体内，保持步骤（1）中电子束熔炼炉体内的真空度、电子枪体的真空度和电子枪束流不变，直至钛合金板完全熔化；
其中，钛合金板由牌号为TC4的钛合金制成，TC4的钛合金由以下重量份的原料制成：Ti80份，Fe 0.28份,C 0.08份, N 0.05份, H 0.014份, O 0.20份, Al 5.5份, V 4.5份；
（3）搅拌电子束熔炼炉体内的合金熔液，以2mA/s速度将电子枪束流从200mA增加至400mA，并将电子束束斑半径调整为18×18，进行合金熔炼，保持10min；
（4）冷却电子束熔炼炉体内的合金熔液，出电子束熔炼炉，浇注成合金锭；
（5）将步骤（4）得到的合金锭在1050℃的条件下进行1h的固溶处理；
（6）将固溶处理后的合金锭随后放入盐浴淬火槽内与熔盐进行中温盐浴淬火，控制温度为170℃，保温2.5h；
（7）将盐浴淬火后的合金锭在600℃的条件下进行3h的时效处理；
其中，熔盐的组成成分以及各成分所占的的重量份数分别为：NaCl 50份、KCl 36份、BaCl2 10份；
（8）将得到的合金锭放入热等静压机内，控制温度1100℃，压力100Mpa，保持50min，然后用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；
（9）用光谱仪对步骤（8）得到的合金锭进行化学成分检测，得到各元素的成分含量，含量数值在相应标准或业主采购技术规范规定范围内，检测合格的为成品，入库。
实施例3
一种用于深海潜航设备的合金的生产工艺，具体步骤为：
（1）将A333Gr8钢板放置在电子束熔炼炉体内，调节电子束熔炼炉体内的真空度0.045Pa，电子枪体的真空度0.0049Pa，以1mA/s速度增加束流至200mA，使其轰击到A333Gr8钢板上直至完全熔化；
其中，A333Gr8钢板由以下重量份的原料制成：C 0.11份，Si 0.22份，Mn 0.90份，P0.021份，S 0.022份，Ni 9.20份；
（2）将钛合金板放置在电子束熔炼炉体内，保持步骤（1）中电子束熔炼炉体内的真空度、电子枪体的真空度和电子枪束流不变，直至钛合金板完全熔化；
其中，钛合金板由牌号为TC4的钛合金制成，TC4的钛合金由以下重量份的原料制成：Ti77份，Fe 0.30份,C 0.05份, N 0.04份, H 0.012份, O 0.18份, Al 6.1份, V 4.1份；
（3）搅拌电子束熔炼炉体内的合金熔液，以2mA/s速度将电子枪束流从200mA增加至400mA，并将电子束束斑半径调整为18×18，进行合金熔炼，保持7min；
（4）冷却电子束熔炼炉体内的合金熔液，出电子束熔炼炉，浇注成合金锭；
（5）将步骤（4）得到的合金锭在1000℃的条件下进行1.5h的固溶处理；
（6）将固溶处理后的合金锭随后放入盐浴淬火槽内与熔盐进行中温盐浴淬火，控制温度为160℃，保温2.7h；
（7）将盐浴淬火后的合金锭在550℃的条件下进行4h的时效处理；
其中，熔盐的组成成分以及各成分所占的的重量份数分别为：NaCl 49份、KCl 38份、BaCl2 7份；
（8）将得到的合金锭放入热等静压机内，控制温度1050℃，压力130Mpa，保持40min，然后用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；
（9）用光谱仪对步骤（8）得到的合金锭进行化学成分检测，得到各元素的成分含量，含量数值在相应标准或业主采购技术规范规定范围内，检测合格的为成品，入库。

Claims (5)

1.一种用于深海潜航设备的合金的生产工艺，其特征在于：具体步骤为：
（1）将A333Gr8钢板放置在电子束熔炼炉体内，调节电子束熔炼炉体内的真空度0.04～0.05Pa，电子枪体的真空度小于0.005Pa，以1mA/s速度增加束流至200mA，使其轰击到A333Gr8钢板上直至完全熔化；
（2）将钛合金板放置在电子束熔炼炉体内，保持步骤（1）中电子束熔炼炉体内的真空度、电子枪体的真空度和电子枪束流不变，直至钛合金板完全熔化；
（3）搅拌电子束熔炼炉体内的合金熔液，以2mA/s速度将电子枪束流从200mA增加至400mA，并将电子束束斑半径调整为18×18，进行合金熔炼，保持5～10min；
（4）冷却电子束熔炼炉体内的合金熔液，出电子束熔炼炉，浇注成合金锭；
（5）将步骤（4）得到的合金锭在990～1050℃的条件下进行1～2h的固溶处理；
（6）将固溶处理后的合金锭随后放入盐浴淬火槽内与熔盐进行中温盐浴淬火，控制温度为150～170℃，保温2.5～3h；
（7）将盐浴淬火后的合金锭在500～600℃的条件下进行3～5h的时效处理；
（8）将得到的合金锭放入热等静压机内，控制温度1000～1100℃，压力100～150Mpa，保持30～50min，然后用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；
（9）用光谱仪对步骤（8）得到的合金锭进行化学成分检测，得到各元素的成分含量，含量数值在相应标准或业主采购技术规范规定范围内，检测合格的为成品，入库。
2.根据权利要求1所述的一种用于深海潜航设备的合金的生产工艺，其特征在于：所述步骤（1）中的A333Gr8钢板由以下重量份的原料制成：C ≤0.13份，Si 0.13～0.32份，Mn ≤0.90份，P ≤0.025份，S ≤0.025份，Ni 8.40～9.60份。
3.根据权利要求1所述的一种用于深海潜航设备的合金的生产工艺，其特征在于：所述步骤（2）中的钛合金板由牌号为TC4的钛合金制成。
4.根据权利要求3所述的一种用于深海潜航设备的合金的生产工艺，其特征在于：所述牌号为TC4的钛合金由以下重量份的原料制成：Ti 75～80份，Fe ≤0.30份,C ≤0.10份, N≤0.05份, H ≤0.015份, O ≤0.20份, Al 5.5～6.8份, V 3.5～4.5份。
5.根据权利要求1所述的一种用于深海潜航设备的合金的生产工艺，其特征在于：所述步骤（6）中的熔盐的组成成分以及各成分所占的重量份数分别为：NaCl 48～50份、KCl 36～40份、BaCl2 5～10份。
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CN116144981A (zh) * 2023-02-21 2023-05-23 昆明理工大学 一种含稳定β相钛合金铸锭及其制备方法
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