[发明专利]可抑制海洋生物污损的高强度纳米强化钢及其制备方法

说明书

本发明属于高强度钢材料领域，特别是一种具有可抑制海洋生物污损的高强度纳米强化钢及其制备方法。按重量百分比计，该钢的化学成分为：C：0.03～0.06％；Si≤0.5％；Mn：0.7～1.2％；Cu：1.0～3.0％；Ni：2.0～4.0％；Al：0.5～1.5％；Cr：0.5～1.0％；Mo：0.2～0.4％；Nb：0.04～0.06％；V：0.03～0.06％；Ti：0.01～0.03％；N：0.001～0.01％；S≤0.0050％；P≤0.0050％；余量为Fe。该钢通过纳米析出相协同强化技术以及分级时效热处理工艺，达到屈服强度不低于1200MPa，抗拉强度不低于1300MPa，延伸率不低于15％的高强度、高塑性力学性能。同时，该钢还具有独特的抑制海洋生物污损性能，达到具有优异力学性能和抑制生物污损性能的双重目的，可应用于面临海洋生物污损环境的舰船制造、海洋平台、桥梁建设等重要领域。

技术领域

本发明属于高强度钢材料领域，特别是一种具有可抑制海洋生物污损的高强度纳米强化钢及其制备方法。

背景技术

海洋环境苛刻，材料腐蚀严重，其中由海洋微生物及生物污损引起的腐蚀约占海洋材料腐蚀的70～80％，每年因这类腐蚀而引起的损失高达上千亿美元。海洋材料的微生物腐蚀及生物污损已成为严重制约海洋工程技术和装备发展的技术瓶颈之一。材料在海水中的微生物腐蚀及生物污损已经是世界公认的难题。世界上主要发达国家均设立国家战略项目支持该领域的研究，但是国际上目前还没有很好地解决这一重大问题，而我国更是在相关领域中的差距巨大。海洋工程材料的耐微生物腐蚀与防污技术已成为我国海洋工程领域中亟待解决的问题。

纳米析出强化钢是近年来国内外迅速发展的先进高强钢，其具有高强度、高塑性以及良好的焊接性能和较低的生产成本，在海洋工程重大战略领域，尤其是舰船建造中有极大的应用潜力。以Fe-Cu-Ni-Al-Mn为主要合金成分的高强度钢是这类钢的代表钢种之一。这类钢以富Cu相和金属间化合物NiAl相为主要析出强化相，通过适当的时效热处理，在铁素体基体中可形成以富Cu相和NiAl相复合的纳米团簇，从而达到强烈的析出强化目的。研究表明，这种纳米团簇在峰时效条件下是以纳米尺寸富Cu相在基体中优先形核，NiAl相以富Cu相为核心附着在其周围所形成的。由于富Cu相不能与微生物有效“接触”，严重制约其潜在的耐海洋污损性能。如果在保证这类钢优异力学性能的基础上，额外赋予其抑制海洋生物污损性能，那么将从材料自身角度发展出一种海洋生物防污新途径，也必将对这类海洋用钢的工程应用具有重大推动意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可抑制海洋生物污损性能的高强度纳米强化钢及其制备方法，通过纳米析出相协同强化技术以及分级时效热处理工艺，实现富Cu相的“暴露”(即不被其它析出相包裹，或不完全包裹)析出，充分发挥多种纳米尺寸析出相在钢中的复合强化作用，达到在不明显降低塑韧性的前提下大幅提高材料的强度，并保证具有独特的抑制海洋生物污损性能。

本发明的技术方案是：

一种可抑制海洋生物污损的高强度纳米强化钢，按重量百分比计，该钢的化学成分如下：

C：0.03～0.06％；Si≤0.5％；Mn：0.7～1.2％；Cu：1.0～3.0％；Ni：2.0～4.0％；Al：0.5～1.5％；Cr：0.5～1.0％；Mo：0.2～0.4％；Nb：0.04～0.06％；V：0.03～0.06％；Ti：0.01～0.03％；N：0.001～0.01％；S≤0.0050％；P≤0.0050％；余量为Fe。

所述的可抑制海洋生物污损的高强度纳米强化钢，Cu与Ni的质量比满足：Cu/Ni≥0.5；Cu与Al的质量比满足：Cu/Al≥1.3。

所述的可抑制海洋生物污损的高强度纳米强化钢的制备方法，包括如下步骤：

(1)按化学成分要求混合原料，经过真空感应冶炼和浇注获得钢锭；