一种潜艇耐压艇体材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种潜艇耐压艇体材料及其制备方法，其制备方法具体步骤包括：（1）准备原料，按质量百分数配比为：碳纳米管2%~5%，锰0.35%~0.65%，铬2.0%~2.75%，镍0.6%~1.0%，钼0.9%~1.2%，钨2%~4%，稀土元素0.6%~0.9%，其余为铁；（2）将待熔炼的原料铁、锰、铬、镍、钼、钨、镱、铼、铈，加入真空室内，抽真空，真空熔融1~2小时；（3）再充入氩气，加入碳纳米管，并保温40min~50min，熔融均匀；（4）保持压力以降温速率为100℃/min~110℃/min的条件降至室温，得到潜艇耐压艇体材料成品。本发明专利技术制备的潜艇耐压艇体材料抗压性能优良，耐摩、耐腐蚀、耐高温，硬度大。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于铁基合金领域，具体涉及一种潜艇耐压艇体材料以及其制备方法。
技术介绍
潜艇耐压艇体是保证潜艇在水下能承受深水压力，并具有良好水密性的艇体，亦称耐压壳或固壳，是潜艇的主体结构，一般由高强度钢质壳板、肋骨和横隔壁等构成。壳板是保证潜艇强度和水密的主要构件，肋骨呈环形，横向地布置在壳体内部或外部。横隔壁是壳板的支撑结构，通常以横隔壁将其分隔成3～8个密封舱室，内设各种设备、武器装备、生活设施和操纵指挥部位。壳板与肋骨和横隔壁相互之间的连接，通常用焊接。耐压艇体横截面一般呈圆形，其纵剖面在艇体中部呈圆柱体，两端为截头圆锥体。直径的大小，取决于潜艇排水量、主要设备尺寸和分层布置要求，如排水量在4000吨以上的核潜艇，内部分3～4层布置，直径一般为8～10米。长度除与排水量和耐压艇体直径有关外，主要取决于潜艇舱室纵向布置条件。现代潜艇耐压艇体强度可保证潜艇下潜至300～900米。目前，潜艇的耐压艇体材料大多采用的是钛合金，俄罗斯的阿尔法级、塞拉级、麦克级、阿库拉级、台风级和深潜研究型潜艇都已经大量使用了钛合金。但是，钛合金的致命弱点是在高温下容易氧化，形成二氧化钛、氮化钛渣子，影响钛合金的质量。为此，在进行钛合金热处理工艺时，必须在真空下操作，进行钛合金的焊接时须用氩气保护；另外钛的原材料加工成本较高，其成品价格比钢铁昂贵得多，是不锈钢的5～10倍。钛金潜艇的钛用量很大，俄罗斯一艘核潜艇需要的钛合金高达上千吨。可见，没有丰厚的钛储量或雄厚的经济技术实力，一般国家是不敢问津的，更不用说一般的民用潜艇制造厂家。在企业能够承受的价格前提下，如何研制出适合民用潜艇所需要的耐压艇体材料，是民用潜艇制造厂家及技术人员所面临的一大难题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术缺陷，本专利技术的目的在于提供一种潜艇耐压艇体材料，具有优良的抗压性能、硬度大、耐摩擦、耐高温、价格低廉，能够有效地解决上述问题。为了解决上述技术问题，根据本专利技术目的，本专利技术采取如下的技术方案：一种潜艇耐压艇体材料，所述潜艇耐压艇体材料的原料成分及其质量百分比为：碳纳米管2％～5％，锰单质0.35％～0.65％，铬单质2.0％～2.75％，镍单质0.6％～1.0％，钼单质0.9％～1.2％，钨单质2％～4％，稀土元素单质0.6％～0.9％，其余为铁单质。进一步地，所述稀土元素单质包括：镱0.20％～0.30％，铼0.20％～0.30％，铈0.20％～0.30％。根据本专利技术又一专利技术目的，本专利技术提供了一种潜艇耐压艇体材料的制备方法，包括如下步骤：步骤a、准备潜艇耐压艇体材料的原料，按质量百分数配比为：碳纳米管2％～5％，锰0.35％～0.65％，铬2.0％～2.75％，镍0.6％～1.0％，钼0.9％～1.2％，钨2％～4％，稀土元素0.6％～0.9％，其余为铁；步骤b、将待熔炼的原料铁、锰、铬、镍、钼、钨、镱、铼、铈，加入白金坩埚的真空室内，抽真空，使真空度达到-0.1MPa，在温度为1400℃～1500℃条件下真空熔融1～2小时；步骤c、再充入氩气，使压强达到100MPa～120MPa，加入碳纳米管，并保温40min～50min，熔融均匀；步骤d、保持压力以降温速率为100℃/min～110℃/min的条件降至室温，得到潜艇耐压艇体材料成品。进一步地，步骤a中，稀土元素包括：镱0.20％～0.30％，铼0.20％～0.30％，铈0.20％～0.30％。进一步地，步骤a中，准备潜艇耐压艇体材料的原料，按质量百分数配比为：碳纳米管3.5％，锰0.5％，铬2.5％，镍0.8％，钼1.1％，钨2.8％，稀土元素0.74％，其余为铁。进一步地，步骤b中，烧结的温度为1400℃～1450℃时，稀土元素包括：镱0.30％，铼0.30％。进一步地，步骤b中，烧结的温度为1450℃～1500℃时，稀土元素包括：镱0.20％～0.30％，铼0.20％～0.30％，铈0.20％～0.30％。进一步地，步骤d中，当稀土元素包括镱与铼时，降温速率为：100℃/min～105℃/min。进一步地，步骤d中，当稀土元素包括镱、铼、铈时，降温速率为105℃/min～110℃/min。以下，对本专利技术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％。碳纳米管2％～5％，碳纳米管在钢材中的主要作用是：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，碳纳米管在钢材中，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，本专利技术将潜艇耐压艇体材料中碳纳米管含量规定为2％～5％，优选为3.5％。锰0.35％～0.65％，锰是一种弱脱氧剂，钢材中添加锰，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。随着锰含量增加，钢材强度有所提高，为适应潜艇耐压艇体的具体实际的特殊需求，本专利技术将锰含量规定为0.35％～0.65％，优选为0.5％。铬2.0％～2.75％，铬在钢材中，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。为适应海洋条件及潜艇耐压艇体的特殊需求，本专利技术将铬含量规定为2.0％～2.75％，优选为2.5％。镍0.6％～1.0％，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。为适应海洋条件及潜艇耐压艇体的特殊需求，本专利技术将材质中镍含量规定为0.6％～1.0％，优选为0.8％。钼0.9％～1.2％，低含量的钼能强化铁素体，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，为适应海洋条件及潜艇耐压艇体的特殊需求，本专利技术将材质中钼含量规定为0.9％～1.2％，优选为1.1％。钨2％～4％，钨熔点高，比重大，钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。为适应海洋条件及潜艇耐压艇体的特殊需求，本专利技术将材料中钨含量规定为2％～4％，优选为2.8％。稀土元素0.6％～0.9％，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，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种潜艇耐压艇体材料，其特征在于，所述潜艇耐压艇体材料的原料成分及其质量百分比为：碳纳米管2%~5%，锰单质0.35%~0.65%，铬单质2.0%~2.75%，镍单质0.6%~1.0%，钼单质0.9%~1.2%，钨单质2%~4%，稀土元素单质0.6%~0.9%，其余为铁单质。

【技术特征摘要】
1.一种潜艇耐压艇体材料，其特征在于，所述潜艇耐压艇体材料的原料成分及其质量百分比为：碳纳米管2%~5%，锰单质0.35%~0.65%，铬单质2.0%~2.75%，镍单质0.6%~1.0%，钼单质0.9%~1.2%，钨单质2%~4%，稀土元素单质0.6%~0.9%，其余为铁单质。
2.根据权利要求1所述潜艇耐压艇体材料，其特征在于，所述稀土元素单质包括：镱0.20%~0.30%，铼0.20%~0.30%，铈0.20%~0.30%。
3.一种根据权利要求2所述潜艇耐压艇体材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤a、准备制备潜艇耐压艇体材料的原料，按质量百分数配比为：碳纳米管2%~5%，锰单质0.35%~0.65%，铬单质2.0%~2.75%，镍单质0.6%~1.0%，钼单质0.9%~1.2%，钨单质2%~4%，稀土元素单质0.6%~0.9%，其余为铁单质；其中，稀土元素单质包括：镱0.20%~0.30%，铼0.20%~0.30%，铈0.20%~0.30%；
步骤b、将待熔炼的原料铁、锰、铬、镍、钼、钨、镱、铼、铈单质，加入白金坩埚的真空室内，抽真空，使真空度达到-0.1MPa，在温度为1400℃~1500℃条件下真空熔融1~2小时；
步骤c、再充入氩气，使压强达到...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄小珍，李劲松，吴玮佳，赵飞，
申请(专利权)人：福建海峡西岸知识产权研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35