【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于船舶力學(xué)防護(hù)領(lǐng)域，特別涉及一種面向船體結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)鋼及其制備工藝和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、顯微組織的類型和分布影響船用高強(qiáng)度低合金鋼(hsla)的強(qiáng)度和韌性，船用鋼微觀組織主要含有多邊形鐵素體、奧氏體、低碳貝氏體和低碳馬氏體等。對(duì)于鐵素體/奧氏體鋼來(lái)說(shuō)，與低碳貝氏體和低碳馬氏體相比成型性優(yōu)異，但多邊形晶界對(duì)低溫裂紋擴(kuò)展的抵抗作用相對(duì)較弱。另外，多邊形鐵素體相變后會(huì)形成大尺寸的中碳島，會(huì)成為脆性斷裂的起始部位，遏制船用鋼的發(fā)展。
2、含cu的hsla鋼以其良好的可焊性、高強(qiáng)度和高低溫韌性而聞名。這些特性加上其較低成本，使其成為船舶、海上平臺(tái)等結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)應(yīng)用中具有重要地位。其低碳含量(即<0.06wt.％)確保最低碳當(dāng)量(ce)值，從而提供出色的抗氫致開裂性能。cu的添加補(bǔ)償了因c含量降低而導(dǎo)致的強(qiáng)度損失，導(dǎo)致cu簇與m2c(m：mo、cr和fe)碳化物在時(shí)效過(guò)程中同時(shí)共沉淀。此外，nb的添加可進(jìn)一步提高韌性，導(dǎo)致碳氮化物的形成，從而抑制了奧氏體化過(guò)程中晶粒生長(zhǎng)。
3、盡管已經(jīng)開展了廣泛的含cu和m2c的hsla鋼的開發(fā)和力學(xué)性能研究，但目前cu-hsla鋼的強(qiáng)化作用依然有限，下一代高性能船舶依然面臨著“制備成本難降低”和“力學(xué)性能難提高”的典型結(jié)構(gòu)材料問(wèn)題，因此，需要面向常用含cu船用鋼進(jìn)一步開展改性方法研究，使其具有高強(qiáng)度和高韌性的特點(diǎn)，滿足船舶設(shè)計(jì)與性能需求新型船體結(jié)構(gòu)材料的按需定制。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)下一代高性能船舶面臨的“制備成本
2、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案：
3、提供一種面向船體結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)鋼的制備工藝，包括以下步驟：
4、1)在hsla-115組合空間中篩選十萬(wàn)個(gè)組合，并使用基于calphad熱力學(xué)的icm框架選定的研究樣本，使用thermo-calc軟件進(jìn)行高通量計(jì)算確定樣本成分，具體成分按質(zhì)量百分比計(jì)為：0.06％c，88％fe，2.6％al，1.6％si，2.5％ti，0.8％cr，1％mn，0.6％ni，1.5％cu，0.54％nb，0.8％mo；
5、2)基于步驟1)所得樣本成分，選擇精準(zhǔn)度±0.1mg的天平稱取元素單質(zhì)，使用電弧熔煉爐在抽真空、充滿氬氣的氣氛和水冷銅模下進(jìn)行鑄造，將鑄造所得樣品反復(fù)重新熔化以確?；瘜W(xué)成分均勻，同時(shí)使用純zr去除鑄造室中剩余的o2；
6、3)將步驟2)鑄造所得樣品在1190-1210℃下均質(zhì)化處理115-125min，然后水淬；
7、4)將步驟3)均質(zhì)化處理后的樣品在490-510℃下進(jìn)行時(shí)效處理，最后水淬到室溫，即得面向船體結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)鋼。
8、按上述方案，時(shí)效處理工藝為：恒定溫度500℃下分別進(jìn)行2、4、8和12小時(shí)的保溫處理。
9、按上述方案，所述步驟1)中，使用thermo-calc軟件進(jìn)行高通量計(jì)算應(yīng)用程序編程接口工具包，即帶有tcfe9鋼數(shù)據(jù)庫(kù)的tc-python。
10、按上述方案，所述步驟2)中，元素單質(zhì)純度為>99.9wt.％的高純度。
11、按上述方案，所述步驟2)中，鑄造所得樣品反復(fù)重新熔化5～7次。
12、按上述方案，所述步驟4)中，tc-prisma模擬用于估計(jì)失效時(shí)間的最佳范圍，主要參數(shù)是界面自由能(γ)，其中關(guān)于fe-si-ti系統(tǒng)中fe2siti相的析出行為，時(shí)效模擬中設(shè)定常數(shù)值γ＝0.145j/m2。
13、按上述方案，所述步驟4)中，所得面向船體結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)鋼中含有heusler相。
14、按上述方案，所述步驟4)中，所得面向船體結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)鋼，其抗拉強(qiáng)度為840-870mpa，延伸率為17.5～22.5％，-40℃的夏比v型缺口實(shí)驗(yàn)總沖擊吸收能為45.3～65.3j。
15、提供一種上述方法制備得到的面向船體結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)鋼。
16、提供一種上述面向船體結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)鋼在船用鋼中的應(yīng)用。
17、icme(綜合計(jì)算材料工程)工具可以顯著加速合金開發(fā)的進(jìn)程。尤其是，calphad(相圖計(jì)算)方法能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)許多傳統(tǒng)鋼的相平衡，對(duì)于含有非常規(guī)沉淀物的鋼，可直接通過(guò)熱力學(xué)研究證實(shí)heusler相(金屬間化合物x2yz)的穩(wěn)定性。本專利技術(shù)采用fe-si-ti體系通過(guò)heusler相沉淀(特別是fe2siti?heusler相)強(qiáng)化理論設(shè)計(jì)制造高強(qiáng)度、韌性優(yōu)異的含cu船用hsla鋼，fe2siti?heusler相較于其他常見沉淀相能以更高體積百分比(～6vol.％)析出，解決高性能船舶材料在制備成本和力學(xué)性能方面的挑戰(zhàn)。首先，在hsla-115組合空間中篩選十萬(wàn)個(gè)組合，并使用基于calphad熱力學(xué)的icm框架和高通量計(jì)算確定樣本成分s1。然后，精確稱量高純度元素，并在真空和氬氣環(huán)境下使用電弧熔煉爐鑄造紐扣錠。樣品經(jīng)過(guò)重新熔化以確保成分均勻，隨后進(jìn)行均質(zhì)化處理和時(shí)效處理。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)金相流程觀察微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)樣品含有大量細(xì)小析出物，其抗拉強(qiáng)度為855±15mpa，延伸率為20±2.5％，-40℃夏比v型缺口實(shí)驗(yàn)總沖擊吸收能為55.3±10j。
18、本專利技術(shù)的有益效果如下：
19、1.本專利技術(shù)提供了一種面向船體結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)鋼的制備工藝，經(jīng)過(guò)高通量計(jì)算篩選和后熱處理選擇后，產(chǎn)生heusler沉淀相使含cu船用hsla鋼得到有效強(qiáng)化，具有高強(qiáng)度和高韌性的特點(diǎn)；該工藝顯著縮短船體材料制備周期，簡(jiǎn)化制備流程，降低生產(chǎn)成本，推動(dòng)高強(qiáng)韌性鋼鐵材料在下一代船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)輸規(guī)模設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用。
20、2.本專利技術(shù)提出鋼鐵材料強(qiáng)化/韌化/輕量化水平協(xié)同性能的設(shè)計(jì)方法，提供一種面向船體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)韌化、低成本鋼鐵材料設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)滿足船舶設(shè)計(jì)與性能需求新型船體結(jié)構(gòu)材料的按需定制。
本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種面向船體結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)鋼的制備工藝，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備工藝，其特征在于，所述步驟1)中，使用Thermo-Calc軟件進(jìn)行高通量計(jì)算應(yīng)用程序編程接口工具包，即帶有TCFE9鋼數(shù)據(jù)庫(kù)的TC-Python。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備工藝，其特征在于，所述步驟2)中，元素單質(zhì)純度為>99.9wt.％的高純度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備工藝，其特征在于，所述步驟2)中，鑄造所得樣品反復(fù)重新熔化5～7次。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備工藝，其特征在于，所述步驟4)中，時(shí)效處理工藝為：恒定溫度500℃下分別進(jìn)行2、4、8和12小時(shí)的保溫處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備工藝，其特征在于，所述步驟4)中，TC-Prisma模擬用于估計(jì)失效時(shí)間的最佳范圍，主要參數(shù)是界面自由能γ，其中關(guān)于Fe-Si-Ti系統(tǒng)中Fe2SiTi相的析出行為，時(shí)效模擬中設(shè)定常數(shù)值γ＝0.145J/m2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備工藝，其特征在于，所述步驟4)中，所得面向船體結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)鋼中
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備工藝，其特征在于，所述步驟4)中，所得面向船體結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)鋼，其抗拉強(qiáng)度為840-870MPa，延伸率為17.5～22.5％，-40℃的夏比V型缺口實(shí)驗(yàn)總沖擊吸收能為45.3～65.3J。
9.一種權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的制備工藝制備得到的面向船體結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)鋼。
10.一種權(quán)利要求9所述的面向船體結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)鋼在船用鋼中的應(yīng)用。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種面向船體結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)鋼的制備工藝，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備工藝，其特征在于，所述步驟1)中，使用thermo-calc軟件進(jìn)行高通量計(jì)算應(yīng)用程序編程接口工具包，即帶有tcfe9鋼數(shù)據(jù)庫(kù)的tc-python。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備工藝，其特征在于，所述步驟2)中，元素單質(zhì)純度為>99.9wt.％的高純度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備工藝，其特征在于，所述步驟2)中，鑄造所得樣品反復(fù)重新熔化5～7次。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備工藝，其特征在于，所述步驟4)中，時(shí)效處理工藝為：恒定溫度500℃下分別進(jìn)行2、4、8和12小時(shí)的保溫處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備工藝，其特征在于，所述步...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李營(yíng)，黃治新，杜金亮，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：武漢理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
還沒(méi)有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。