CN111363969A - 一种耐腐蚀船用配件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀船用配件及其制造方法，该配件采用特定材料制造成型，所述特定材料以重量份计，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。本发明同时提供了该耐腐蚀船用配件的制造方法。本发明提供的船用配件能够避免海洋微生物在船用配件的表面附着导致的生物腐蚀，同时对于抗海水化学腐蚀能力也有很大程度的提高。

Description

一种耐腐蚀船用配件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种配件材料及加工方法，更尤其是涉及一种具有很强的耐腐蚀能力的船用配件及其制造方法，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：提供一种耐腐蚀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，本发明的技术方案是提供一种耐腐蚀船用配件，其采用特定材料制造成型，所述特定材料以重量份计，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。
在本发明的所述耐腐蚀船用配件中，作为一种优化的选择，所述特定材料以重量份计，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。
耐腐蚀船用配件的制造方法，包括如下步骤：
(1)采用冲天炉合料初炼，将炉料配熔成如下成分的铁液：C 3.1～4.5，P ＜0.1，S＜0.1，Si 2.8～4.0，Mn≤2.0；铁液出炉温度控制为1405～ 1410℃，并将铁液浇入金属型中铸成铁锭；
(2)将步骤(1)浇铸得到的铁锭粉碎成165mm×215mm的块状物，并一次装入中频无铁芯感应加热电炉，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；
(3)将步骤(2)产生的铁液利用LF炉熔炼，全程吹入氩气，前期1～3 小时，控制氩气进气速度为60-65L/min，中期2～2.3小时，控制氩气的进气速度为35L/min，后期1～1.3小时，控制氩气的进气速度为 15L/min，且在铁液温度为1410～1415℃时，依序喂入Mg、Cu、Ba、 Be原材，在铁液温度上升为1970～1985℃时，再依序喂入Ni、Ti、 Co、V、Cr、Mo原材，最后将B材料喂入，LF炉出站温度控制为 1510～1550℃；其他脱氧、白渣等工序按照实际需求进行调整；
(4)RH精炼，精炼前首先将真空室预热，且在精炼的间隙以及精炼的过程中对真空室进行持续加热，钢包在RH工位的处理时间为40～ 45min，处理过程中循环铁液的当量次数为4次，循环流量为35～ 37t/min；
(5)浇铸成所需的船用配件；
(6)将步骤(5)得到的船用配件在960～980℃保温，并放入含有碳、氮介质的炉体中，持续保温2～2.6h，然后，用氧-乙炔混合气体燃烧的火焰，喷射到船用配件的表面上，快速加热，达到1050～1070℃时立即喷水冷却，然后将船用配件重新加热至950～960℃，保温1.2～1.4h，在冷却油中冷却；
(7)将步骤(6)的船用配件表面镀0.5～0.7mm的铬镍合金层，即得到成品船用配件。
在本发明的所述火车配件的铸造工艺中，作为一种改进，步骤(3)中，B 材料为纳米级别的粉末。
在本发明的所述火车配件的铸造工艺中，作为一种改进，步骤(6)中，所述冷却油为32号、46号和68号标准机械油的混合油，且重量比为3：1.5：1。冷却油的调整，在整个生产工艺中作用巨大：能够保证船用配件在冷却时，表面光洁、淬透性好，利于下道工序—铬镍合金层的镀层。
在本发明的所述火车配件的铸造工艺中，步骤(5)可以按照需要，采取相应的浇铸工艺方法，在此不作赘述。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
本发明采用的组分经过发明人大量反复的实验，付出创造性的劳动才确定的，例如，组分中的Cr，能够大大提高船用配件的抗腐蚀能力，特别是因为Cr 能提高钝化膜的稳定性，可以防止钝化膜破裂而发生点蚀，这在船用配件抗海水腐蚀性能上具有非常重要的作用。又如，组分中的Mo，具有改善合金表面膜性质的作用，特别是对于提高合金的抗点蚀性能具有重要的意义。Mo与组分中的Ni会产生复杂的反应，可以明显提高船用配件的耐还原性介质的能力，尤其是可以提高抗HCl的能力，而海水的化学腐蚀恰恰以氯离子腐蚀为主，这一点对于船用配件的抗海水腐蚀能力提高巨大。
另外，本发明中其他的组分，例如，Mn能够提高船用配件的断裂韧性和疲劳性能，材料中含有Mn可以使得配件均匀变形，同时可以使得裂纹在整个晶粒内部形成，而非集中于境界处，另一方面，含有Mn也是裂纹扩展的阻力，当裂纹尖端扩展至含Mn相时，裂纹会发生偏转，增大裂纹扩张途径，从而提高材料的断裂韧性和疲劳抗力。最后加入的B材料可以提高淬透性，作用机理为：B 在奥氏体境界偏聚，组分中C、P元素对B提高配件的淬透性作用具有重要影响，利用多种元素的复合作用，显著提高并稳定配件的淬透性，这对于配件后续的淬火、镀铬镍合金层关联紧密，具有非常重要的意义。
本发明提供的船用配件，表面镀的铬镍合金层稳定性较高，成膜致密，而且光洁度很高，避免海洋微生物在船用配件的表面附着导致的生物腐蚀。
同时，本发明提供的船用配件的制备方法，与船用配件所采用的组分相互关联，例如，B材料以纳米粉末形式加入，能够在相质中混合均匀，利用多种元素的复合作用，显著提高并稳定配件的淬透性，这对于配件后续的淬火、镀铬镍合金层关联紧密，具有非常重要的意义。
综上所述，本发明提供的船用配件能够避免海洋微生物在船用配件的表面附着导致的生物腐蚀，同时对于抗海水化学腐蚀能力也有很大程度的提高。
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。
实施例1
耐腐蚀船用配件，采用特定材料制造成型，所述特定材料以重量份计，含有C1.1，P0.04，S 0.03，Si 0.8，Mn 1.2，Ba 1.3，Mg 2.5，Cr 4.5，Mo 3.7，Ni 5.6，Ti 0.75，Be 0.03，Cu 1.3，Co 1.4，V 0.5，B 0.05，余量为Fe以及不可避免的杂质。
耐腐蚀船用配件的制造方法，包括如下步骤：
(1)采用冲天炉合料初炼，将炉料配熔成如下成分的铁液：C 3.1～4.5，P ＜0.1，S＜0.1，Si 2.8～4.0，Mn≤2.0；铁液出炉温度控制为1405～ 1410℃，并将铁液浇入金属型中铸成铁锭；
(2)将步骤(1)浇铸得到的铁锭粉碎成165mm×215mm的块状物，并一次装入中频无铁芯感应加热电炉，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；
(3)将步骤(2)产生的铁液利用LF炉熔炼，全程吹入氩气，前期1～3 小时，控制氩气进气速度为60L/min，中期2小时，控制氩气的进气速度为35L/min，后期1小时，控制氩气的进气速度为15L/min，且在铁液温度为1410℃时，依序喂入Mg、Cu、Ba、Be原材，在铁液温度上升为1970℃时，再依序喂入Ni、Ti、Co、V、Cr、Mo原材，最后将纳米级别的粉末B喂入，LF炉出站温度控制为1510℃；其他脱氧、白渣等工序按照实际需求进行调整；
(4)RH精炼，精炼前首先将真空室预热，且在精炼的间隙以及精炼的过程中对真空室进行持续加热，钢包在RH工位的处理时间为40min，处理过程中循环铁液的当量次数为4次，循环流量为35t/min；
(5)浇铸成所需的船用配件；
(6)将步骤(5)得到的船用配件在960℃保温，并放入含有碳、氮介质的炉体中，持续保温2h，然后，用氧-乙炔混合气体燃烧的火焰，喷射到船用配件的表面上，快速加热，达到1050℃时立即喷水冷却，然后将船用配件重新加热至950℃，保温1.2h，在冷却油中冷却，所述冷却油为32号、46号和68号标准机械油的混合油，且重量比为3：1.5： 1；
(7)将步骤(6)的船用配件表面镀0.5mm的铬镍合金层，即得到成品船用配件。
实施例2
耐腐蚀船用配件，采用特定材料制造成型，所述特定材料以重量份计，含有C1.3，P0.045，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，Be0.04，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。
耐腐蚀船用配件的制造方法，包括如下步骤：
(1)采用冲天炉合料初炼，将炉料配熔成如下成分的铁液：C 3.1～4.5，P ＜0.1，S＜0.1，Si 2.8～4.0，Mn≤2.0；铁液出炉温度控制为1405～ 1410℃，并将铁液浇入金属型中铸成铁锭；
(2)将步骤(1)浇铸得到的铁锭粉碎成165mm×215mm的块状物，并一次装入中频无铁芯感应加热电炉，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；
(3)将步骤(2)产生的铁液利用LF炉熔炼，全程吹入氩气，前期1～3 小时，控制氩气进气速度为63L/min，中期2.1小时，控制氩气的进气速度为35L/min，后期1.2小时，控制氩气的进气速度为15L/min，且在铁液温度为1413℃时，依序喂入Mg、Cu、Ba、Be原材，在铁液温度上升为1980℃时，再依序喂入Ni、Ti、Co、V、Cr、Mo原材，最后将纳米级别B材料粉末喂入，LF炉出站温度控制为1530℃；其他脱氧、白渣等工序按照实际需求进行调整；
(4)RH精炼，精炼前首先将真空室预热，且在精炼的间隙以及精炼的过程中对真空室进行持续加热，钢包在RH工位的处理时间为43min，处理过程中循环铁液的当量次数为4次，循环流量为36t/min；
(5)浇铸成型为所需的船用配件；
(6)将步骤(5)得到的船用配件在970℃保温，并放入含有碳、氮介质的炉体中，持续保温2.3h，然后，用氧-乙炔混合气体燃烧的火焰，喷射到船用配件的表面上，快速加热，达到1060℃时立即喷水冷却，然后将船用配件重新加热至955℃，保温1.3h，在冷却油中冷却，所述冷却油为32号、46号和68号标准机械油的混合油，且重量比为3：1.5： 1；
(7)将步骤(6)的船用配件表面镀0.6mm的铬镍合金层，即得到成品船用配件。
实施例3
耐腐蚀船用配件，采用特定材料制造成型，所述特定材料以重量份计，含有C1.5，P0.05，S 0.05，Si 1.0，Mn 1.3，Ba 1.5，Mg 2.7，Cr 4.7，Mo 3.9，Ni 5.8， Ti 0.77，Be0.05，Cu 1.5，Co 1.6，V 0.7，B 0.07，余量为Fe以及不可避免的杂质。
耐腐蚀船用配件的制造方法，包括如下步骤：
(1)采用冲天炉合料初炼，将炉料配熔成如下成分的铁液：C 3.1～4.5，P ＜0.1，S＜0.1，Si 2.8～4.0，Mn≤2.0；铁液出炉温度控制为1405～ 1410℃，并将铁液浇入金属型中铸成铁锭；
(2)将步骤(1)浇铸得到的铁锭粉碎成165mm×215mm的块状物，并一次装入中频无铁芯感应加热电炉，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；
(3)将步骤(2)产生的铁液利用LF炉熔炼，全程吹入氩气，前期3小时，控制氩气进气速度为65L/min，中期2.3小时，控制氩气的进气速度为35L/min，后期1.3小时，控制氩气的进气速度为15L/min，且在铁液温度为1415℃时，依序喂入Mg、Cu、Ba、Be原材，在铁液温度上升为1985℃时，再依序喂入Ni、Ti、Co、V、Cr、Mo原材，最后将纳米级别的B粉末材料喂入，LF炉出站温度控制为1550℃；其他脱氧、白渣等工序按照实际需求进行调整；
(4)RH精炼，精炼前首先将真空室预热，且在精炼的间隙以及精炼的过程中对真空室进行持续加热，钢包在RH工位的处理时间为45min，处理过程中循环铁液的当量次数为4次，循环流量为37t/min；
(5)浇铸成所需的船用配件；
(6)将步骤(5)得到的船用配件在980℃保温，并放入含有碳、氮介质的炉体中，持续保温2.6h，然后，用氧-乙炔混合气体燃烧的火焰，喷射到船用配件的表面上，快速加热，达到1070℃时立即喷水冷却，然后将船用配件重新加热至960℃，保温1.4h，在冷却油中冷却，所述冷却油为32号、46号和68号标准机械油的混合油，且重量比为3：1.5： 1；
(7)将步骤(6)的船用配件表面镀0.7mm的铬镍合金层，即得到成品船用配件。
实施例4
耐腐蚀船用配件，采用特定材料制造成型，所述特定材料以重量份计，含有C1.1，P0.05，S 0.05，Si 0.8，Mn 1.25，Ba 1.3，Mg2.7，Cr 4.6，Mo 3.9， Ni 5.7，Ti 0.75，Be0.05，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。
耐腐蚀船用配件的制造方法，包括如下步骤：
(1)采用冲天炉合料初炼，将炉料配熔成如下成分的铁液：C 3.1～4.5，P ＜0.1，S＜0.1，Si 2.8～4.0，Mn≤2.0；铁液出炉温度控制为1405℃，并将铁液浇入金属型中铸成铁锭；
(2)将步骤(1)浇铸得到的铁锭粉碎成165mm×215mm的块状物，并一次装入中频无铁芯感应加热电炉，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；
(3)将步骤(2)产生的铁液利用LF炉熔炼，全程吹入氩气，前期2.5小时，控制氩气进气速度为63L/min，中期2.3小时，控制氩气的进气速度为35L/min，后期1.3小时，控制氩气的进气速度为15L/min，且在铁液温度为1412℃时，依序喂入Mg、Cu、Ba、Be原材，在铁液温度上升为1980℃时，再依序喂入Ni、Ti、Co、V、Cr、Mo原材，最后将B材料喂入，LF炉出站温度控制为1550℃，B材料为纳米级别的粉末；
其他脱氧、白渣等工序按照实际需求进行调整；
(4)RH精炼，精炼前首先将真空室预热，且在精炼的间隙以及精炼的过程中对真空室进行持续加热，钢包在RH工位的处理时间为45min，处理过程中循环铁液的当量次数为4次，循环流量为35t/min；
(5)浇铸成所需的船用配件；
(6)将步骤(5)得到的船用配件在960℃保温，并放入含有碳、氮介质的炉体中，持续保温2.5h，然后，用氧-乙炔混合气体燃烧的火焰，喷射到船用配件的表面上，快速加热，达到1060℃时立即喷水冷却，然后将船用配件重新加热至950℃，保温1.4h，在冷却油中冷却，所述冷却油为32号、46号和68号标准机械油的混合油，且重量比为3：1.5： 1；
(7)将步骤(6)的船用配件表面镀0.7mm的铬镍合金层，即得到成品船用配件。
对比实施例1
采用背景技术中提及的合金，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。
浇铸成船用配件，按照传统的防腐方法，表面涂覆海水防腐漆。
对比实施例2
采用目前行业最常用的耐腐蚀铸铁STSi14.5Cu3浇铸的船用配件，按照传统的防腐方法，表面涂覆海水防腐漆。
将实施例1-4与对比实施例1、2的船用配件按照测定材料耐海水腐蚀性能的标准方法(GB6384-86)进行实海挂片试验一年，船用配件上海洋生物膜的覆盖面积比不同，清除海洋生物并酸洗后，对结果进行评价结果：
Figure RE-GDA0002502150690000091
从评价表中可以明显看出，实施例1-4的船用配件，能够对表面海洋生物膜成型具有一定的抵抗力，从而对海洋生物腐蚀也有很好的效果。而其他腐蚀指标也比现有的船用配件要高。
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 (3)

1.耐腐蚀船用配件，其特征在于：采用特定材料制造成型，所述特定材料以重量份计，含有C 1.1～1.5，P 0.04～0.05，S 0.03～0.05，Si 0.8～1.0，Mn 1.2～1.3，Ba 1.3～1.5，Mg 2.5～2.7，Cr 4.5～4.7，Ni 5.6～5.8，Ti 0.75～0.77， Be 0.03～0.05，Cu 1.3～1.5，Co 1.4～1.6，V 0.5～0.7，B 0.05 ～0.07，余量为Fe以及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的耐腐蚀船用配件，其特征在于：所述特定材料以重量份计，含有C1.3，P 0.045，S 0.04，Si 0.9，Mn 1.25，Ba 1.4，Mg 2.6，Cr 4.6，Ni 5.7，Ti 0.76， Be0.04，Cu 1.4，Co 1.5，V 0.6，B 0.06。
3.一种制造如权利要求1或2所述耐腐蚀船用配件的方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）采用冲天炉合料初炼，将炉料配熔成如下成分的铁液：C 3.1～4.5，P ＜0.1，S ＜0.1，Si 2.8～4.0，Mn ≤2.0；铁液出炉温度控制为1405～1410℃，并将铁液浇入金属型中铸成铁锭；
（2）将步骤（1）浇铸得到的铁锭粉碎成165mm×215mm的块状物，并一次装入中频无铁芯感应加热电炉，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；
（3）将步骤（2）产生的铁液利用LF炉熔炼，全程吹入氩气，前期1～3小时，控制氩气进气速度为60-65L/min，中期2～2.3小时，控制氩气的进气速度为35L/min，后期1～1.3小时，控制氩气的进气速度为15L/min，且在铁液温度为1410～1415℃时，依序喂入Mg、Cu、Ba、Be原材，在铁液温度上升为1970～1985℃时，再依序喂入Ni、Ti、Co、V、Cr原材，最后将B材料喂入，LF炉出站温度控制为1510～1550℃；
其他脱氧、白渣等工序按照实际需求进行调整；
（4）RH精炼，精炼前首先将真空室预热，且在精炼的间隙以及精炼的过程中对真空室进行持续加热，钢包在RH工位的处理时间为40～45min，处理过程中循环铁液的当量次数为4次，循环流量为35～37t/min；
（5）浇铸成所需的船用配件；
（6）将步骤（5）得到的船用配件在960～980℃保温，并放入含有碳、氮介质的炉体中，持续保温2～2.6h，然后，用氧-乙炔混合气体燃烧的火焰，喷射到船用配件的表面上，快速加热，达到1050～1070℃时立即喷水冷却，然后将船用配件重新加热至950～960℃，保温1.2～1.4h，在冷却油中冷却；
（7）将步骤（6）的船用配件表面镀0.5～0.7mm的铬镍合金层，即得到成品船用配件。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112267069A (zh) * 2020-09-30 2021-01-26 江苏省沙钢钢铁研究院有限公司 2100MPa级镀锌钢丝用盘条及其制造方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106756531A (zh) * 2016-11-23 2017-05-31 李光根 一种船用配件及其耐腐蚀处理方法和耐腐蚀船用配件

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