CN112792433B - 高韧性低合金钢构件的制备方法及高韧性低合金钢构件 - Google Patents

高韧性低合金钢构件的制备方法及高韧性低合金钢构件 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高韧性低合金钢构件的制备方法，其包括：(1)根据目标高韧性低合金钢构件的化学成分选定打印原丝、辅料和基体；(2)搭建电熔制造平台；(3)在基体表面电熔形成打印层，得到构件中间品；(4)将构件中间品进行热处理，即得到高韧性低合金钢构件成品；其中，所述打印原丝中碳含量：目标高韧性低合金钢构件中碳含量＝1：(1.5～2.4)。相应的，本发明还公开了一种高韧性低合金钢。实施本发明，可制备得到低碳含量、高韧性的低合金钢构件。

Description

高韧性低合金钢构件的制备方法及高韧性低合金钢构件
技术领域
本发明涉及电熔增材制造领域，尤其涉及一种高韧性低合金钢构件的制备方法及高韧性低合金钢构件。
背景技术
目前，核电、石化行业等领域的大型设备关键构件如压力容器、反应釜等所用低合金高强度钢主要通过铸锻技术实现，使用数百吨级大型冶炼设备冶炼、铸成钢锭、再通过万吨液压机等重型锻造装备锻压成形，并辅以最终机加工。该方法制造工序繁多、生产周期长、材料利用率低，导致构件成本高昂。且对于一些特定的场合，如大厚壁、异型部件等场合，由于铸锻技术固有特性，存在各种不足，如大型锻件对于锻压机的锻造能力有较高的要求，造成成本居高不下，除此，由于壁厚过大，心部往往存在未锻透，心部质量难以保证的问题，铸造技术，在大型铸件，因为尺寸较大，往往存在晶粒粗大，缩孔等缺陷，内部质量也是难以保证，且铸锻件在后续的性能热处理(一般是正火+回火或调质) 过程中，由于不同的冷却速度，导致内部组织不均匀，进而影响性能的差异性，出现所谓的尺寸效应或壁厚效应。
另一方面，电熔增材制造作为一种新型的制造技术，其采用电弧热熔化金属丝材，通过小熔池、微冶金、快速凝固技术，按线-面-体路径逐层堆积出具有一定形状、尺寸，并赋有一定机械性能金属构件。其成本较低，且宏观均匀，不同厚度，不同位置的均匀性较高，且焊接性能优良。在大型构件制造装备方面，避免了大型冶炼设备，锻压设备的投入，减低的构件的制造成本，且该技术属于柔性制造，通过数字模型规划路径，近净成形，无需实体模具，并减少了后续加工量，提高材料构件的完整度，故在质量、经济性等方面均有较大的优势，因此逐渐被利用在大型构件的制备过程之中。然而，现有的电熔增材制造技术成熟度相对较低，且关于电熔增材制造对于大型构件韧性研究的影响较少。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种高韧性低合金钢构件的制备方法，其制备得到的构件具有良好的综合力学性能。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种高韧性低合金钢构件。
为了解决上述问题，本发明公开了一种高韧性低合金钢构件的制备方法，其包括：
(1)根据目标高韧性低合金钢构件的化学成分选定打印原丝、辅料和基体；
(2)搭建电熔制造平台，所述电熔制造平台包括打印平台、电源、电熔头、熔池气氛保护机构、送丝机构、温度控制机构和控制机构；
(3)将基体加载至打印平台上，将电熔头与基体连接至电源，成形时打印原丝经由输送机构和电熔头送至基体表面，在颗粒状辅料的堆积保护下，打印原丝与基体之间产生电弧，打印原丝在电弧热、电阻热、电渣热三种复合热源作用下熔化，在基体表面形成小熔池，辅料熔融并形成保护腔，以保护液体金属熔池；持续输送打印原丝与辅料，根据目标构件的分层切片及路径规划数据，采用计算机程序控制电熔头与基体的相对移动，实现熔池的移动，进而实现前序熔池液体金属的冷却，凝固，最终在所述基体上逐道次、逐层堆积形成打印层，即得到构件中间品；
(4)将所述构件中间品进行热处理，即得到高韧性低合金钢构件成品；
其中，所述打印原丝中碳含量：目标高韧性低合金钢构件中碳含量＝1： (1.5～2.4)。
作为上述技术方案的改进，步骤(1)中，打印原丝的碳含量与目标高韧性低合金钢构件的碳含量符合下述关系：
wc＝pc+kpc；
其中，wc为打印原丝的碳含量，pc为目标高韧性低合金钢构件的碳含量；k 为热损耗系数，其取值为：
当打印原丝的输入能量为20～22kJ/cm时，k为1.2～1.4；
当打印原丝的输入能量为18～20kJ/cm时，k为0.9～1.1；
当打印原丝的输入能量为16～18kJ/cm时，k为0.7～0.8；
当打印原丝的输入能量为12～16kJ/cm时，k为0.5～0.6。作为上述技术方案的改进，所述辅料中含有1～3wt％的MnO，其粒径为0.25～0.5mm。
作为上述技术方案的改进，所述打印层中设有多个由不同道次沉积所形成的扇形状网格结构，所述网格结构的边缘为等轴晶组织，中心为枝晶组织，所述等轴晶组织的晶粒度≥8级，其在网格结构的截面积中占比为30～40％。
作为上述技术方案的改进，步骤(3)中，在不同道次电熔沉积过程中，控制相邻道次之间的搭接量为1/2～2/3的单道次沉积宽度，并控制不同道次间行走轨迹为Z字形；
在不同层电熔沉积过程中，控制相邻层之间的层间错位为1/2～2/3的单道次沉积宽度，并控制层间行走轨迹为Z字形。
作为上述技术方案的改进，每道次沉积的宽度为18～22mm，熔深为 7～10mm，单层沉积的有效厚度≤3mm；
所述网格结构的最大高度为2～3mm，宽度为8～10mm。
作为上述技术方案的改进，所述电熔头前方50～100mm处温度为 100～200℃，温度波动≤±15℃；
所述电熔头后方100～200mm处温度为100～300℃。
作为上述技术方案的改进，步骤(4)中，热处理温度≤720℃，热处理次数为1～2次。
作为上述技术方案的改进，步骤(3)中，电熔电流为200～700A，电压为 25～35V，电熔头相对于基体的移动速度为400～800mm/min。
相应的，本发明还提供了一种高韧性低合金钢构件，其由上述的高韧性低合金钢构件的制备方法制备而得。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明中通过控制打印原丝中碳含量，有效降低了成品构件中碳的含量，通过辅料中添加MnO颗粒，作为异质形核，促使晶内针状铁素体形成，提升了低合金钢构件的冲击韧性。同时，通过控制打印轨迹、电熔参数、温度参数，在打印层中形成了近扇形的网格结构，这种网格结构可有效提升低合金钢构件的各项性能，尤其是冲击性能
附图说明
图1是本发明电熔制造平台的组成示意图；
图2是本发明实施例1中高韧性低合金钢构件的表面图；
图3是本发明实施例1中高韧性低合金钢构件的金相图；
图4是本发明实施例1中高韧性低合金钢构件的另一金相图；
图5是本发明实施例2中高韧性低合金钢构件的金相图；
图6是本发明实施例2中高韧性低合金钢构件的另一金相图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明作进一步地详细描述。
本发明提供了一种高韧性低合金钢构件的制备方法，其包括以下步骤：
S1：根据目标高韧性低合金钢构件的化学成分选定打印原丝、辅料和基体；
具体的，打印原丝中合金(除碳外)元素均与目标构件一致，其碳含量：目标高韧性低合金钢构件中碳含量＝1：(1.5～2.4)。更具体的，打印原丝的碳含量与目标高韧性低合金钢构件的碳含量符合下述关系：
wc＝pc+kpc；
其中，wc为打印原丝的碳含量，pc为目标高韧性低合金钢构件的碳含量；k 为热损耗系数，其取值为：
当打印原丝的输入能量为20～22kJ/cm时，k为1.2～1.4；
当打印原丝的输入能量为18～20kJ/cm时，k为0.9～1.1；
当打印原丝的输入能量为16～18kJ/cm时，k为0.7～0.8；
当打印原丝的输入能量为12～16kJ/cm时，k为0.5～0.6。
通过对打印原丝碳含量的控制，可良好的适配电熔增材制造工艺，为制备得到高韧性低合金钢构件，并保证构件具备良好的综合力学性能。
具体的，基体的化学成分与目标高韧性低合金钢构件相同或不同。当打印完成后，可对基体进行加工，将其去除；也可保留部分/全部基体。优选的，打印完成后，去除基体；具体的，当基体与目标构件的化学成分相同时，加工量为基体厚度+3mm；当基体化学成分与目标构件的化学成分不同时，加工厚度为基体厚度+(7～10)mm。
具体的，当基体与目标构件成分不同时，基体可选用碳素结构钢，其碳含量＜0.15％，厚度为10～20mm。应当在电熔制造之前，对基体的有效电熔区域进行清洁，区域内应无铁锈、油迹、水渍和外来物。
具体的，辅料可选用本领域常见的辅料，如其成分可为10～15％CaO+MgO， 40～45％的Al2O3，6～10％的SiO2+TiO2和40～45％的CaF2，但不限于此。优选的，在所述辅料中应包含1～3wt％的MnO，其可作为异质形核，促使晶内针状铁素体的生成。具体的，MnO颗粒度为0.25～0.50mm。
S2：搭建电熔制造平台；
具体的，参见图1，电熔制造平台应包括打印平台1、电源2、电熔头3、熔池气氛保护机构4、送丝机构5、温度控制机构6和控制机构7。
S3：将基体加载至打印平台上，将电熔头与基体连接至电源，成形时打印原丝经由输送机构和电熔头送至基体表面，在颗粒状辅料的堆积保护下，打印原丝与基体之间产生电弧，打印原丝在电弧热、电阻热、电渣热三种复合热源作用下熔化，在基体表面形成小熔池，辅料熔融，并形成保护腔，以保护液体金属熔池；持续输送打印原丝与辅料，根据目标构件的分层切片及路径规划数据，采用计算机程序控制电熔头与基体的相对移动，实现熔池的移动，进而实现前序熔池液体金属的冷却，凝固，最终在所述基体上逐道次、逐层堆积形成打印层，即得到构件中间品；
其中，在逐道次打印的过程中，会形成多个熔池，后一道次所形成的熔池在形成过程中的热循环对前一道次已凝固的金属进行了正火处理，通过多道次的处理，可在打印层中形成多个扇形状的网格结构(参考图2)。这种网格结构的边缘为等轴晶组织，中心为枝晶组织；网格结构边缘的细小等轴晶作为网格中心枝晶组织的城墙，在一定程度上弥补枝晶组织的缺点，大幅度提升低合金钢构件的力学性能和冲击韧性。
具体的，等轴晶组织的晶粒度≥8级，其在网格结构的截面积中占比为 30～40％。当其占比＜30％时，难以有效提升低合金钢构件的各项性能，当其占比＞40％时，增材制造效率过低，成本较高。其中，网格结构的最大高度为 2～3mm，其宽度为8～10mm。
为了优化低合金钢构件的各项性能，构建扇形状的网格结构，还需要对电熔参数、电熔头轨迹进行控制，具体如下：
具体的，在电熔制造过程中，控制电熔电流为200～700A，电压为25～35V，电熔头相对于基体的移动速度为400～800mm/min。控制每道次沉积的宽度为 18～22mm，熔深为7～10mm，单层沉积的厚度≤3mm。进一步的，为了控制网格结构的形貌，在不同道次电熔沉积过程中，控制相邻道次之间的搭接量为1/2～2/3 的单道次沉积宽度，并控制不同道次间行走轨迹为Z字形；在不同层电熔沉积过程中，控制相邻层之间的层间错位为1/2～2/3的单道次沉积宽度，并控制层间行走轨迹为Z字形。
进一步的，为了构建扇形状的网格结构，还应当对电熔过程中的温度进行控制，具体的，在本发明中，应控制电熔头前方50～100mm处温度为100～200℃，温度波动≤±15℃；电熔头后方100～200mm处温度为100～300℃；且控制熔池从 800℃到300℃的冷却时间≤10s。在上述温度条件下，可形成趋于“等边三角形”的网格结构，其各项性能最优。
S4：将构件中间品进行热处理，即得到高韧性低合金钢构件成品；
具体的，电熔完成后，在构件中间品的温度低于100℃之前，对构件中间品进行热处理，热处理温度应低于相变温度(720℃)，处理次数为1～2次。
具体的，热处理(保温)时间可根据构件壁厚进行计算，每25mm壁厚保温1小时。
相应的，本发明还公开了一种高韧性低合金钢的制备方法，其强度与同等级的锻件材料接近，且碳含量为同强度等级锻件材料的1/3～1/2；且其韧脆转变温度较同等级传统材料低约20℃，具有良好的冲击韧性(尤其是在0℃以下)。
下面以具体实施例对本发明进行说明：
实施例1
本实施例提供一种高韧性低合金钢构件的制备方法，其包括：
(1)根据目标高韧性低合金钢构件的化学成分选定打印原丝、辅料和基体；
具体的，目标构件的化学成分、打印原丝的化学成分、基体的化学成分、辅料的化学成分如下表所示：
表1打印原丝和目标构件化学成分表(wt％)
C Si Mn P S Cr Ni Mo
目标构件 0.054 0.27 1.43 0.005 0.005 0.016 0.74 0.62
打印原丝 0.11 0.27 1.43 0.005 0.005 0.016 0.74 0.62
其中，基体的化学成分为：
Figure GDA0003016147090000061
Figure GDA0003016147090000071
辅料的化学成分为：
Figure GDA0003016147090000072
(2)搭建电熔制造平台，所述电熔制造平台包括打印平台、电源、电熔头、熔池气氛保护机构、送丝机构、温度控制机构和控制机构；
(3)将基体加载至打印平台上，将电熔头与基体连接至电源，成形时打印原丝经由输送机构和电熔头送至基体表面，在颗粒状辅料的堆积保护下，打印原丝与基体之间产生电弧，打印原丝在电弧热、电阻热、电渣热三种复合热源作用下熔化，在基体表面形成小熔池，辅料熔融，并形成保护腔，以保护液体金属熔池；持续输送打印原丝与辅料，根据目标构件的分层切片及路径规划数据，采用计算机程序控制电熔头与基体的相对移动，实现熔池的移动，进而实现前序熔池液体金属的冷却，凝固，最终在所述基体上逐道次、逐层堆积形成打印层，即得到构件中间品；
其中，电熔电流为590～610A，电压为28～35V，电熔头相对于基体的移动速度为600～750mm/min，每道次沉积的宽度为18～20mm，熔深为9～10mm，单层沉积的厚度1.8～2mm；
相邻道次之间的搭接量为1/2的单道次沉积宽度，并控制不同道次间行走轨迹为Z字形；在不同层电熔沉积过程中，控制相邻层之间的层间错位为1/2的单道次沉积宽度，并控制层间行走轨迹为Z字形。
温度控制电熔头前方100mm处温度为180～200℃，温度波动为±10℃；电熔头后方150～200mm处温度为200～300℃；池温800℃到300℃的冷却时间≤10s。
经过上述电熔过程后，形成的网格结构中，网格结构的边缘为等轴晶组织，中心为枝晶组织，等轴晶组织的晶粒度9～10级，其在网格结构截面积中占比为 35～40％(参图2～图4)。
(4)将所述构件中间品进行热处理，即得到高韧性低合金钢构件成品；
具体的，热处理具体程序为610℃×8h+660×8h。
具体，通过上述制备方法制备得到尺寸为2000mm×400mm×200mm(外径×轴向高度×壁厚)的构件，然后进行拉伸性能(参ASTM A370-16、ASTM E21-09) 和冲击性能(ASTMA370-16、夏比冲击测试-V型槽)测试，并对其金相组织进行分析。具体测试结果如以下两表所示；由表中可以看出，本发明中的构件，其拉伸强度与锻件相近，且在-20℃下的抗冲击功≥146kJ，20℃下的抗冲击功≥180J，其冲击韧性较好。
表2构件拉伸性能测试表
Figure GDA0003016147090000081
表3构件冲击性能测试表
Figure GDA0003016147090000082
Figure GDA0003016147090000091
实施例2
本实施例提供一种高韧性低合金钢构件的制备方法，其包括：
(1)根据目标高韧性低合金钢构件的化学成分选定打印原丝、辅料和基体；
具体的，目标构件的化学成分、打印原丝的化学成分、基体的化学成分、辅料的化学成分如下表所示：
表4打印原丝和目标构件化学成分表(wt％)
C Si Mn P S Cr Ni Mo
目标构件 0.081 0.029 1.76 0.005 0.003 0.009 1.32 0.56
打印原丝 0.15 0.029 1.76 0.005 0.003 0.009 1.32 0.56
其中，基体的化学成分为：
Figure GDA0003016147090000092
辅料的化学成分为：
Figure GDA0003016147090000101
(2)搭建电熔制造平台，所述电熔制造平台包括打印平台、电源、电熔头、熔池气氛保护机构、送丝机构、温度控制机构和控制机构；
(3)将基体加载至打印平台上，将电熔头与基体连接至电源，成形时打印原丝经由输送机构和电熔头送至基体表面，在颗粒状辅料的堆积保护下，打印原丝与基体之间产生电弧，打印原丝在电弧热、电阻热、电渣热三种复合热源作用下熔化，在基体表面形成小熔池，辅料熔融，并形成保护腔，以保护液体金属熔池；持续输送打印原丝与辅料，根据目标构件的分层切片及路径规划数据，采用计算机程序控制电熔头与基体的相对移动，实现熔池的移动，进而实现前序熔池液体金属的冷却，凝固，最终在所述基体上逐道次、逐层堆积形成打印层，即得到构件中间品；
其中，电熔电流为500～550A，电压为28～35V，电熔头相对于基体的移动速度为700～750mm/min，每道次沉积的宽度为20～22mm，熔深为7～9mm，单层沉积的厚度2～2.2mm；
相邻道次之间的搭接量为2/3的单道次沉积宽度，并控制不同道次间行走轨迹为Z字形；在不同层电熔沉积过程中，控制相邻层之间的层间错位为1/2的单道次沉积宽度，并控制层间行走轨迹为Z字形。
温度控制电熔头前方100mm处温度为180～190℃，温度波动为±10℃；电熔头后方150mm处温度为200～300℃；熔池在800℃到300℃之间的冷却时间≤≤10s。
经过上述电熔过程后，形成的网格结构中，网格结构的边缘为等轴晶组织，中心为枝晶组织，等轴晶组织的晶粒度9～10级，其在网格结构截面积中占比为 35～40％(参图5～图6)。
(4)将所述构件中间品进行热处理，即得到高韧性低合金钢构件成品；
具体的，热处理具体程序为550℃×2.2h。
具体，通过上述制备方法制备得到尺寸为主管外径为
Figure GDA0003016147090000102
管长 2120mm、支管外径
Figure GDA0003016147090000103
管长约520mm、壁厚约53mm的三通构件，然后进行拉伸性能(参ASTMA370-16、ASTM E21-09)和冲击性能(ASTM A370-16、夏比冲击测试-V型槽)测试，并对其金相组织(参图5、图6)进行测试。具体测试结果如以下两表所示：
表5构件拉伸性能测试表
Figure GDA0003016147090000111
表6构件冲击性能测试表
Figure GDA0003016147090000112
以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高韧性低合金钢构件的制备方法，其特征在于，包括：
(1)根据目标高韧性低合金钢构件的化学成分选定打印原丝、辅料和基体；
(2)搭建电熔制造平台，所述电熔制造平台包括打印平台、电源、电熔头、熔池气氛保护机构、送丝机构、温度控制机构和控制机构；
(3)将基体加载至打印平台上，将电熔头与基体连接至电源，成形时打印原丝经由输送机构和电熔头送至基体表面，在颗粒状辅料的堆积保护下，打印原丝与基体之间产生电弧，打印原丝在电弧热、电阻热、电渣热三种复合热源作用下熔化，在基体表面形成小熔池，辅料熔融并形成保护腔，以保护液体金属熔池；持续输送打印原丝与辅料，根据目标构件的分层切片及路径规划数据，采用计算机程序控制电熔头与基体的相对移动，实现熔池的移动，进而实现前序熔池液体金属的冷却，凝固，最终在所述基体上逐道次、逐层堆积形成打印层，即得到构件中间品；
(4)将所述构件中间品进行热处理，即得到高韧性低合金钢构件成品；
其中，所述打印原丝中碳含量：目标高韧性低合金钢构件中碳含量＝1：(1.5～2.4)；
所述打印层中设有多个由不同道次沉积所形成的扇形状网格结构，所述网格结构的边缘为等轴晶组织，中心为枝晶组织，所述等轴晶组织的晶粒度≥8级，其在网格结构的截面积中占比为30～40％。
2.如权利要求1所述的高韧性低合金钢构件的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，打印原丝的碳含量与目标高韧性低合金钢构件的碳含量符合下述关系：
wc＝pc+kpc；
其中，wc为打印原丝的碳含量，pc为目标高韧性低合金钢构件的碳含量；k为热损耗系数，其取值为：
当打印原丝的输入能量为20～22kJ/cm时，k为1.2～1.4；
当打印原丝的输入能量为18～20kJ/cm时，k为0.9～1.1；
当打印原丝的输入能量为16～18kJ/cm时，k为0.7～0.8；
当打印原丝的输入能量为12～16kJ/cm时，k为0.5～0.6。
3.如权利要求1所述的高韧性低合金钢构件的制备方法，其特征在于，所述辅料中含有1～3wt％的MnO，其粒径为0.25～0.5mm。
4.如权利要求1所述的高韧性低合金钢构件的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，在不同道次电熔沉积过程中，控制相邻道次之间的搭接量为1/2～2/3的单道次沉积宽度，并控制不同道次间行走轨迹为Z字形；
在不同层电熔沉积过程中，控制相邻层之间的层间错位为1/2～2/3的单道次沉积宽度，并控制层间行走轨迹为Z字形。
5.如权利要求3所述的高韧性低合金钢构件的制备方法，其特征在于，每道次沉积的宽度为18～22mm，熔深为7～10mm，单层沉积的有效厚度≤3mm；
所述网格结构的最大高度为2～3mm，宽度为8～10mm。
6.如权利要求1所述的高韧性低合金钢构件的制备方法，其特征在于，所述电熔头前方50～100mm处温度为100～200℃，温度波动≤±15℃；
所述电熔头后方100～200mm处温度为100～300℃。
7.如权利要求1所述的高韧性低合金钢构件的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，热处理温度≤720℃，热处理次数为1～2次。
8.如权利要求1所述的高韧性低合金钢构件的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，电熔电流为200～700A，电压为25～35V，电熔头相对于基体的移动速度为400～800mm/min。
9.一种高韧性低合金钢构件，其特征在于，其由权利要求1～8任一项所述的高韧性低合金钢构件的制备方法制备而得。
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Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104526169A (zh) * 2014-11-04 2015-04-22 南方增材科技有限公司 核电站蒸发器筒体电熔成形方法
CN104526168A (zh) * 2014-11-04 2015-04-22 南方增材科技有限公司 一种电熔成形超低碳超细晶合金钢材料
CN104526167A (zh) * 2014-11-04 2015-04-22 南方增材科技有限公司 加氢反应器筒体电熔成形方法
CN104526115A (zh) * 2014-11-04 2015-04-22 南方增材科技有限公司 核电站压力容器筒体电熔成形方法
CN106271143A (zh) * 2016-08-31 2017-01-04 南方增材科技有限公司 Cap1400主蒸汽管贯穿件电熔成形方法
CN106378540A (zh) * 2016-08-31 2017-02-08 南方增材科技有限公司 核电站蒸发器筒体电熔成形方法
CN106466766A (zh) * 2016-08-31 2017-03-01 南方增材科技有限公司 核电站稳压器筒体电熔成形方法
CN106466753A (zh) * 2016-08-31 2017-03-01 南方增材科技有限公司 核电站压力容器筒体电熔成形方法
CN106624400A (zh) * 2016-08-31 2017-05-10 南方增材科技有限公司 加氢反应器筒体电熔成形方法
CN107175330A (zh) * 2017-06-07 2017-09-19 东北大学 一种激光增材制造12CrNi2合金钢的方法
CN108274000A (zh) * 2018-03-15 2018-07-13 沈阳工业大学 一种激光增材制造CrNiV系列低合金钢的工艺方法
CN110684924A (zh) * 2019-09-25 2020-01-14 中国石油天然气集团有限公司 一种电熔增材制造x100钢级三通管件材料及使用方法
CN111873407A (zh) * 2020-07-27 2020-11-03 南通理工学院 一种3d打印方法及用于该方法的3d打印组件和3d打印平台

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5940247B2 (ja) * 2011-03-18 2016-06-29 三菱重工業株式会社 溶接構造及び溶接工法

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104526169A (zh) * 2014-11-04 2015-04-22 南方增材科技有限公司 核电站蒸发器筒体电熔成形方法
CN104526168A (zh) * 2014-11-04 2015-04-22 南方增材科技有限公司 一种电熔成形超低碳超细晶合金钢材料
CN104526167A (zh) * 2014-11-04 2015-04-22 南方增材科技有限公司 加氢反应器筒体电熔成形方法
CN104526115A (zh) * 2014-11-04 2015-04-22 南方增材科技有限公司 核电站压力容器筒体电熔成形方法
CN106271143A (zh) * 2016-08-31 2017-01-04 南方增材科技有限公司 Cap1400主蒸汽管贯穿件电熔成形方法
CN106378540A (zh) * 2016-08-31 2017-02-08 南方增材科技有限公司 核电站蒸发器筒体电熔成形方法
CN106466766A (zh) * 2016-08-31 2017-03-01 南方增材科技有限公司 核电站稳压器筒体电熔成形方法
CN106466753A (zh) * 2016-08-31 2017-03-01 南方增材科技有限公司 核电站压力容器筒体电熔成形方法
CN106624400A (zh) * 2016-08-31 2017-05-10 南方增材科技有限公司 加氢反应器筒体电熔成形方法
CN107175330A (zh) * 2017-06-07 2017-09-19 东北大学 一种激光增材制造12CrNi2合金钢的方法
CN108274000A (zh) * 2018-03-15 2018-07-13 沈阳工业大学 一种激光增材制造CrNiV系列低合金钢的工艺方法
CN110684924A (zh) * 2019-09-25 2020-01-14 中国石油天然气集团有限公司 一种电熔增材制造x100钢级三通管件材料及使用方法
CN111873407A (zh) * 2020-07-27 2020-11-03 南通理工学院 一种3d打印方法及用于该方法的3d打印组件和3d打印平台

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