[发明专利]一种耐海水腐蚀的含铜高硼钢及制备方法

说明书

本发明提供一种耐海水腐蚀的含铜高硼钢及制备方法，含铜高硼钢由如下按质量百分比计的组分构成：B为2.5‑4.5%、Cr为26.0‑38.0%、Cu为2.0‑10.0%、C为0.2‑0.4%，其余为Fe及不可避免的少量杂质。制备方法包括将A3钢、微碳铬铁、Fe‑B中间合金、Cu熔化成钢水后，采用立轴式离心铸造设备制备该材料。本发明制备工艺简单，制备的铸件组织致密，无缩松等铸造缺陷，铸件中网络结构的硼化物沿径向呈梯度分布，具有优异的耐海水腐蚀性能。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，特别涉及一种耐海水腐蚀的含铜高硼钢及其制备方法。

背景技术

占地球表面积约71%的海洋蕴藏着丰富的资源，开发、利用海洋资源，这已是科研工作者多年来的重点研究领域。然而，海洋是一个复杂的环境，由于海水中含多种可溶性盐，还有数量、种类众多的海洋生物，会对与其接触的材料产生强烈的腐蚀作用。海洋工程装备的水下结构长期受到海水的冲蚀和微生物的作用，因此对其耐蚀性提出了更高的要求。海水中的氯离子腐蚀和微生物腐蚀一直是世界公认的难题。海洋腐蚀已成为严重制约重大海洋工程技术和装备发展的技术瓶颈之一，其导致的材料失效问题更是严重地影响到海洋工程装备得可靠性和服役寿命。因此，合理选择并开发新型耐海洋腐蚀新材料是开发海洋资源的工作之一。在海洋工程中，钛及钛合金具有非常优异的耐腐蚀性能，并且比强度高，然而这类金属价格昂贵，从而在一定程度上限制了其广泛应用。诸如2205等双相不锈钢等钢材在海洋资源的开发和利用过程中起到了非常重要的作用。近年来，中科院沈阳金属所利用铜离子的强烈杀菌特性在2205双相不锈钢的基础上成功研发出一种新型耐微生物腐蚀双相不锈钢（2205-Cu），但其价格较贵。还有研究者研制出了Fe-Al金属间化合物、B4C陶瓷等新型耐海洋腐蚀复合材料，但这类材料的脆性较大，且难以成型大型结构件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种耐海水腐蚀的含铜高硼钢及其制备方法，含铜高硼钢价格低廉，同时有较高的耐海水腐蚀能力，易于推广。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种耐海水腐蚀的含铜高硼钢，包括按质量百分比计的组分构成：B为2.5~4.5%、Cr为26.0~38.0%、Cu为2.0~10.0%、C为0.2~0.4%，其余为Fe及杂质。

优选的方案中，B、Cr、Cu和Fe的总质量分数不低于97.0%。

优选的方案中，所述各组分的质量百分数为：B为4.5%、Cr为30%、Cu为6%、C为0.25%，其余为Fe及杂质。

一种耐海水腐蚀的含铜高硼钢的制备方法，包括以下步骤：

一、按照各成分的质量百分比计算硼铁、A3钢、微碳铬铁、纯铜的用量；

二、将A3钢和微碳铬铁放入中频感应炉内加热熔化成钢水，向钢水中加入钛铁进行脱氧，然后将硼铁压入钢液中，再加入纯铜板，并过热到1550~1650℃；

三、向浇包中放入铝进行终脱氧，然后将钢水倒入浇包中；

四、将浇包中的钢水倒入到砂型模具中进行冷却得到铸件，所述砂型模具固定在离心铸造机上。

优选的方案中，所述砂型模具在倒入钢水前进行预热，预热温度为150℃~200℃。

优选的方案中，所述离心铸造机放置在温度控制容器中，温度控制容器内壁设有循环冷却水管。

进一步的方案中，所述温度控制容器内壁设有电阻丝。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

1、本发明的含铜高硼钢以B元素作为主要合金元素，大幅度降低了材料成本。