CN112853216A - 一种高强高韧低合金钢丝材及其制备方法和应用 - Google Patents

一种高强高韧低合金钢丝材及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN112853216A
CN112853216A CN202110018241.9A CN202110018241A CN112853216A CN 112853216 A CN112853216 A CN 112853216A CN 202110018241 A CN202110018241 A CN 202110018241A CN 112853216 A CN112853216 A CN 112853216A
Authority
CN
China
Prior art keywords
strength
wire
mass percent
toughness
alloy steel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110018241.9A
Other languages
English (en)
Inventor
张大越
刘旭明
王军生
张岩
张建
李彬周
张栋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ansteel Beijing Research Institute
Original Assignee
Ansteel Beijing Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ansteel Beijing Research Institute filed Critical Ansteel Beijing Research Institute
Priority to CN202110018241.9A priority Critical patent/CN112853216A/zh
Publication of CN112853216A publication Critical patent/CN112853216A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/04—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of bars or wire
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26—Methods of annealing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/525—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length for wire, for rods
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高强高韧低合金钢丝材，其包括C:0.03～0.09，Si:0.1～0.5，Mn:0.9～1.5，Mo:0.5～0.9，Ni:2.2～2.8，Cr:0.3～0.7，P≤0.01，S≤0.01，余量为Fe和不可避免的杂质，以质量百分含量计。本发明还公开了该丝材的制备方法，包括a将设计配比的原料进行真空熔炼，得到铸锭；b将铸锭进行锻造，得到棒材；c将棒材进行轧制，得到盘条；d将盘条进行退火处理，之后进行丝材拉拔，得到丝材。本发明的高强高韧低合金钢丝材能够适应激光增材制造中的惰性气体环境、无需专门脱氧除渣、可连续工作，同时不需要镀铜，绿色环保。

Description

一种高强高韧低合金钢丝材及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于丝材制造技术领域，具体涉及一种高强高韧低合金钢丝材，特别地，还涉及高强高韧低合金钢丝材的制备方法，进一步地，还涉及该高强高韧低合金钢丝材在激光增材制造中的应用。
背景技术
船舶与海洋工程领域重大装备的金属构件具有尺寸大、批量小、成本高和制造难度大等特点。高强度钢因其高强高韧的特点，广泛应用于船舶与海洋工程、车辆等领域。激光增材制造是一种兼顾精确成形和高性能需求的一体化制造技术,是激光加工和电弧焊丝材的复合技术，为钢构件的高质量快速制造提供了新思路,新方法。
激光增材制造可以降低贵重资源的消耗，实现稀缺材料和其它资源的高效利用。激光增材制造技术为大型结构件的低成本、短周期成型提供了一种新的途径。与传统的制造技术相比，具有以下特点；1)节约材料，无需或仅需少量后续加工，实现了“净成型”或“近净成型”；2)无需大型锻压设备和模具、专用夹具；3)可以制造形状复杂、难加工零件；4)个性化设计，柔性化生产；5)缩短了从设计到制造的时间，降低制造成本和风险；6)可以用于零件的修复。对于大型结构件，采用送丝式增材制造方式具有显著的优点：材料利用率高，几乎可以达到100％，生产过程中没有粉尘污染，对设备的要求比较低，对于生产结构件更加具有经济性。
金属丝材是增材制造的重要新材料，它决定了金属构件的性能，但目前尚未有针对激光熔丝开发的专用丝材。传统的丝材研究，即钢材配套焊材，是基于钢材母材成分为满足工况根据成分、工艺而进行调整。对于激光熔丝增材制造技术，现有的丝材并不能满足需求。
因此，需要研制一种高强高韧低合金钢丝材，能够适用于激光熔丝增材制造技术。
发明内容
本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：现有的丝材无法满足激光增材制造的需求，原因主要为：1、激光熔丝工艺为全惰性气体保护，不同于使用活性气体(一般是指2％O2或5％CO2+Ar)GMAW工艺，激光冶金过程中不需要专门或额外的脱氧，也即现有的钢丝材的成分不能满足激光增材制造的要求；2、激光增材制造是三维尺度上的加工，不同于表面堆焊(可近似为二维平面)或平板对接(可近似为一维)，不存在母材对于增材部分的稀释作用，同时，冷却条件的改变使得增材部分经历的热循环发生很大变化。
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明第一个方面的实施例提出一种高强高韧低合金钢丝材，能够适应激光增材制造中的惰性气体环境、无需专门脱氧除渣、可连续工作，同时不需要镀铜，绿色环保。
根据本发明第一个方面实施例的一种高强高韧低合金钢丝材，其成分包括C:0.03～0.09，Si:0.1～0.5，Mn:0.9～1.5，Mo:0.5～0.9，Ni:2.2～2.8，Cr:0.3～0.7，P≤0.01，S≤0.01，余量为Fe和不可避免的杂质，以质量百分含量计。
根据本发明第一个方面实施例的具有的独立权利要求带来的优点和技术效果，1、本发明实施例的丝材中，严格控制了碳含量，使C含量保持在0.03-0.09％，增加碳含量虽然能够提高屈服强度和抗拉强度，但会促进高碳马氏体的形成，危害金属的韧性和抗裂性能，激光增材制造过程中温度梯度高，产生较大的内应力，易发生裂纹等缺陷，本发明实施例中虽然采用了较低的碳含量，但通过同丝材中其他组分的共同作用，使丝材具有优异的强度、韧性和抗裂性能，能够满足激光增材制造对丝材的需要；2、本发明实施例的丝材中，通过加入0.1-0.5％的Si，可以增加金属的强度，同时可以保障金属的韧性；3、本发明实施例的丝材，在用于激光增材制造过程中成形稳定性高，工艺适应性、成形性好，连续激光增材制造成形熔覆金属中氧化夹杂物数量少，能够适用于高强高韧钢构件的激光增材制造成形及修复；4、本发明实施例的丝材采用激光增材制造熔覆金属堆积态拉伸性能及低温韧性优良，抗拉强度可达920Mpa，屈服强度可以达到840Mpa以上，延伸率可达17％以上，-40℃冲击功可以达到100J以上；5、本发明实施例的丝材，无需镀铜处理，采用静电涂防锈油及真空封装方式即可以防止生锈腐蚀，可长时间保存，绿色环保。
根据本发明第一个方面实施例的高强高韧低合金钢丝材，其中，所述杂质中O≤50ppm，N≤50ppm，H≤5ppm。
本发明第二个方面的实施例还提供了一种高强高韧低合金钢丝材的制备方法，其包括：
a、将设计配比的原料进行真空熔炼，得到铸锭；
b、将所述步骤a得到的铸锭进行锻造，得到棒材；
c、将所述步骤b得到棒材进行轧制，得到盘条；
d、将所述步骤c得到盘条进行退火处理，之后进行丝材拉拔，得到高强高韧低合金钢丝材。
根据本发明第二个方面实施例的具有的独立权利要求带来的优点和技术效果，1、本发明实施例方法制得的丝材，能够用于激光增材制造，其成形稳定性高，工艺适应性好，连续激光增材制造成形熔覆金属中氧化夹杂物数量少，能够适用于高强高韧钢构件的激光增材制造成形及修复；2、本发明实施例方法制得的丝材采用激光增材制造熔覆金属堆积态拉伸性能及低温韧性优良，抗拉强度可达920Mpa，屈服强度可以达到840Mpa以上，延伸率可达17％以上，-40℃冲击功可以达到100J以上；3、本发明实施例方法制得的丝材，无需镀铜处理，采用静电涂防锈油及真空封装方式即可以防止生锈腐蚀，可长时间保存，绿色环保。
根据本发明第二个方面实施例的制备方法，其中，所述步骤c中，所述得到的盘条为Φ5.5盘条。
根据本发明第二个方面实施例的制备方法，其中，所述步骤d中，所述丝材拉拔包括对所述盘条进行Φ5.5到Φ3.2的初拉拔，之后退火，再进行Φ3.2到Φ1.2的精拉拔。
本发明第三个方面的实施例提供了本发明第一个方面实施例的高强高韧低合金钢丝材在激光增材制造中的应用。
根据本发明第三个方面实施例的具有的独立权利要求带来的优点和技术效果，本发明实施例在激光增材制造中采用本发明第一个方面实施例的丝材，能够使激光增材制造的熔覆金属堆积态拉伸性能及低温韧性优良，抗拉强度可达920Mpa，屈服强度可以达到840Mpa以上，延伸率可达17％以上，-40℃冲击功可以达到100J以上。
本发明第四个方面的实施例还提供了一种激光增材制造方法，其采用本发明第一个方面实施例的高强高韧低合金钢丝材。
根据本发明第四个方面实施例的具有的独立权利要求带来的优点和技术效果，本发明实施例的方法能够使激光增材制造的熔覆金属堆积态拉伸性能及低温韧性优良，抗拉强度可达920Mpa，屈服强度可以达到840Mpa以上，延伸率可达17％以上，-40℃冲击功可以达到100J以上。
根据本发明第四个方面实施例的激光增材制造方法，其中，采用的保护气为氩气，送丝速度为15～50mm/s，激光功率为2～6kW，扫描速度为5～20mm/s，离焦量为20～50mm，搭接率为40％～50％，气流量为15～20L/min。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
根据本发明第一个方面实施例的一种高强高韧低合金钢丝材，其成分包括C:0.03～0.09，Si:0.1～0.5，Mn:0.9～1.5，Mo:0.5～0.9，Ni:2.2～2.8，Cr:0.3～0.7，P≤0.01，S≤0.01，余量为Fe和不可避免的杂质，以质量百分含量计。优选地，所述杂质中O≤50ppm，N≤50ppm，H≤5ppm。
根据本发明第一个方面实施例的高强高韧低合金钢丝材的技术效果，1、本发明实施例的丝材中，严格控制了碳含量，使C含量保持在0.03-0.09％，增加碳含量虽然能够提高屈服强度和抗拉强度，但会促进高碳马氏体的形成，危害金属的韧性和抗裂性能，激光增材制造过程中温度梯度高，会产生较大的内应力，易发生裂纹等缺陷，本发明实施例中虽然采用了较低的碳含量，但通过同丝材中其他组分的共同作用，使丝材具有优异的强度、韧性和抗裂性能，能够满足激光增材制造对丝材的需要；2、本发明实施例的丝材中，通过加入0.1-0.5％的Si，可以增加金属的强度，同时可以保障金属的韧性；3、本发明实施例的丝材，在用于激光增材制造过程中成形稳定性高，工艺适应性、成形性好，连续激光增材制造成形熔覆金属中氧化夹杂物数量少，能够适用于高强高韧钢构件的激光增材制造成形及修复；4、本发明实施例的丝材采用激光增材制造熔覆金属堆积态拉伸性能及低温韧性优良，抗拉强度可达920Mpa，屈服强度可以达到840Mpa以上，延伸率可达17％以上，-40℃冲击功可以达到100J以上；5、本发明实施例的丝材，无需镀铜处理，采用静电涂防锈油及真空封装方式即可以防止生锈腐蚀，可长时间保存，绿色环保。
本发明第一个方面实施例的高强高韧低合金钢丝材中各元素的作用如下：
C：C是金属强度保障的重要因素，随着C含量的增加，屈服强度和抗拉强度升高，但C含量升高将会促进高碳马氏体的形成，严重危害金属韧性和抗裂性能。在激光增材制造过程中温度梯度高，产生较大内应力，易发生裂纹等缺陷。因此，本发明实施例在保障强度、韧性和抗裂性能的前提下，将C含量控制为0.03-0.09wt.％。
Si：Si能细化奥氏体晶粒，增加金属的强度，但当金属中Si含量大于0.5％时会严重影响金属韧性。因此，本发明实施例中控制丝材的Si含量在0.10-0.50wt.％。
Mn：Mn是保证金属强度的主要合金元素之一。添加Mn元素能有效降低相变温度。但过高的Mn含量将导致淬透性大幅提升，马氏体含量增加，不利于低温韧性和抗裂性能。因此，本发明将Mn含量控制为0.9-1.5wt.％。
Mo：Mo用于提高金属室温和高温强度。Mo是硬化元素，也是中强碳化物形成元素，可有效提高合金强度。此外，Mo可推迟先共析铁素体的转变，并强烈抑制珠光体转变，促进针状铁素体、贝氏体形成，增加韧性和强度。但当Mo含量过高时，促进M-A组元的形成及长大，导致强屈比和延伸率下降。本发明实施例中控制Mo含量为0.5-0.9wt.％。
Cr：Cr元素具有有效提高金属的耐蚀性的作用。同时，Cr可以提高金属的淬透性，从而提高其强度。一定含量的Cr元素可以起到细化贝氏体组织的作用，从而增加金属的强韧性。但是含量过高的Cr会降低金属的韧性，也会增加金属冷裂纹敏感性。鉴于此，本发明实施例中的Cr含量控制为0.3-0.7wt.％。
Ni：Ni元素一方面能保障金属的强度，另一方面能提高金属低温韧性。Ni可无限固溶于γ-Fe中，是扩大γ相区的元素，添加Ni能抑制、推迟形成铁素体，促进贝氏形成，提高强度。本发明实施例中将Ni含量控制为2.2-2.8wt.％。
O、N、H：O、N、H是激光增材制造用高强钢丝材中不可避免的有害元素，在激光增材制造连续成形的过程中易产生有害夹杂物，对提高熔覆金属的塑韧性能不利，导致成形大型金属零件时易产生开裂现象。因此，其含量要严格控制，在本发明的实施例中将O、N、H控制在O≤50ppm,N≤50ppm,H≤5ppm，也即O的质量百分含量≤0.005％，N的质量百分含量≤0.005％，H的质量百分含量≤0.0005％。
本发明第二个方面的实施例还提供了一种高强高韧低合金钢丝材的制备方法，其包括：
a、将设计配比的原料进行真空熔炼，得到铸锭；
b、将所述步骤a得到的铸锭进行锻造，得到棒材；
c、将所述步骤b得到棒材进行轧制，得到盘条；
d、将所述步骤c得到盘条进行退火处理，之后进行丝材拉拔，得到高强高韧低合金钢丝材。
根据本发明第二个方面实施例的高强高韧低合金钢丝材的制备方法的技术效果，1、本发明实施例方法制得的丝材，能够用于激光增材制造，其成形稳定性高，工艺适应性好，连续激光增材制造成形熔覆金属中氧化夹杂物数量少，能够适用于高强高韧钢构件的激光增材制造成形及修复；2、本发明实施例方法制得的丝材采用激光增材制造熔覆金属堆积态拉伸性能及低温韧性优良，抗拉强度可达920Mpa，屈服强度可以达到840Mpa以上，同时延伸率保持在17％以上，-40℃冲击功可以达到100J以上；3、本发明实施例方法制得的丝材，无需镀铜处理，采用静电涂防锈油及真空封装方式即可以防止生锈腐蚀，可长时间保存，绿色环保。
根据本发明第二个方面实施例的制备方法，其中，所述步骤c中，所述得到的盘条为Φ5.5盘条；所述步骤d中，所述丝材拉拔包括对所述盘条进行Φ5.5到Φ3.2的初拉拔，之后退火，再进行Φ3.2到Φ1.2的精拉拔。
本发明第三个方面的实施例提供了本发明第一个方面实施例的高强高韧低合金钢丝材在激光增材制造中的应用。
根据本发明第三个方面实施例的高强高韧低合金钢丝材在激光增材制造中的应用技术效果，本发明实施例在激光增材制造中采用本发明第一个方面实施例的丝材，能够使激光增材制造的熔覆金属堆积态拉伸性能及低温韧性优良，抗拉强度可达920Mpa，屈服强度可以达到840Mpa以上，同时延伸率保持在17％以上，-40℃冲击功可以达到100J以上。
本发明第四个方面的实施例还提供了一种激光增材制造方法，其采用本发明第一个方面实施例的高强高韧低合金钢丝材。优选地，采用的保护气为氩气，送丝速度为15～50mm/s，激光功率为2～6kW，扫描速度为5～20mm/s，离焦量为20～50mm，搭接率为40％～50％，气流量为15～20L/min。
根据本发明第四个方面实施例的激光增材制造方法的技术效果，本发明实施例的方法能够使激光增材制造的熔覆金属堆积态拉伸性能及低温韧性优良，抗拉强度可达920Mpa，屈服强度可以达到840Mpa以上，同时延伸率保持在17％以上，-40℃冲击功可以达到100J以上。
下面结合实施例详细描述本发明。
实施例1
采用真空感应炉对设计配比的原料进行熔炼，真空度为5Pa。将真空熔炼得到的铸锭在1150℃保温4h，锻造至方棒，终锻温度980℃,空冷处理。将锻造得到的方棒在1150℃保温3h,经过多道次热连轧,轧制成Φ5.5mm的盘条。将高强钢盘条进行退火处理，退火条件为:在1100℃保温3h,水冷处理。对退火后的高强钢盘条进行酸洗磷化、水洗烘干后进行皮膜处理，烘干后进行丝材拉拔，拉拔直径变化依次为Φ5.5mm-Φ5.0mm-Φ4.6mm-Φ4.3mm-Φ4.0mm-Φ3.7mm-Φ3.4mm-Φ3.2mm，之后1050℃在线退火-Φ2.5-Φ2.1-Φ1.9-Φ1.7-Φ1.5-Φ1.3-Φ1.2，拉拔完成后进行清洗、烘干、涂油、调节松弛直径及翘距、绕盘、真空封装。本实施例制得的高强高韧低合金钢丝材成分见表1。
将本实施例制得的高强高韧低合金钢丝材采用激光送丝增材制造设备进行激光增材制造成形实验，基板采用高强低合金钢,板厚20mm,氩气作为保护气，送丝速度30mm/s，激光功率3kW，扫描速度10mm/s，离焦量50mm，搭接率40％，气流量20L/min。沉积试样的尺寸为长*宽*高＝120*100*30mm。将该成形实验制备的熔覆金属沿着激光运行长度方向取拉伸试样及冲击试样,拉伸试样规格为M10标准拉伸试样,进行拉伸、冲击性能测试,力学性能如表2所示。
实施例2
采用真空感应炉对设计配比的原料进行熔炼，真空度为5Pa。将真空熔炼得到的铸锭在1100℃保温4h，锻造至方棒，终锻温度930℃,空冷处理。将锻造得到的方棒在1100℃保温4h,经过多道次热连轧,轧制成Φ5.5mm的盘条。将高强钢盘条进行退火处理，退火条件为:在1100℃保温3h,水冷处理。对退火后的高强钢盘条进行酸洗磷化、水洗烘干后进行皮膜处理，烘干后进行丝材拉拔，拉拔直径变化依次为Φ5.5mm-Φ5.0mm-Φ4.6mm-Φ4.3mm-Φ4.0mm-Φ3.7mm-Φ3.4mm-Φ3.2mm，之后1050℃在线退火-Φ2.5-Φ2.1-Φ1.9-Φ1.7-Φ1.5-Φ1.3-Φ1.2，拉拔完成后进行清洗、烘干、涂油、调节松弛直径及翘距、绕盘、真空封装。本实施例制得的高强高韧低合金钢丝材成分见表1。
将本实施例制得的高强高韧低合金钢丝材采用激光送丝增材制造设备进行激光增材制造成形实验，基板采用高强低合金钢,板厚20mm,氩气作为保护气，送丝速度30mm/s，激光功率3kW，扫描速度10mm/s，离焦量50mm，搭接率40％，气流量20L/min。沉积试样的尺寸为长*宽*高＝120*100*30mm。将该成形实验制备的熔覆金属沿着激光运行长度方向取拉伸试样及冲击试样,拉伸试样规格为M10标准拉伸试样,进行拉伸、冲击性能测试,力学性能如表2所示。
实施例3
采用真空感应炉对设计配比的原料进行熔炼，真空度为5Pa。将真空熔炼得到的铸锭在1050℃保温3h，锻造至方棒，终锻温度900℃,空冷处理。将锻造得到的方棒在1050℃保温4h,经过多道次热连轧,轧制成Φ5.5mm的盘条。将高强钢盘条进行退火处理，退火条件为:在1050℃保温2h,水冷处理。对退火后的高强钢盘条进行酸洗磷化、水洗烘干后进行皮膜处理，烘干后进行丝材拉拔，拉拔直径变化依次为Φ5.5mm-Φ5.0mm-Φ4.6mm-Φ4.3mm-Φ4.0mm-Φ3.7mm-Φ3.4mm-Φ3.2mm，之后1050℃在线退火-Φ2.5-Φ2.1-Φ1.9-Φ1.7-Φ1.5-Φ1.3-Φ1.2，拉拔完成后进行清洗、烘干、涂油、调节松弛直径及翘距、绕盘、真空封装。本实施例制得的高强高韧低合金钢丝材成分见表1。
将本实施例制得的高强高韧低合金钢丝材采用激光送丝增材制造设备进行激光增材制造成形实验，基板采用高强低合金钢,板厚20mm,氩气作为保护气，送丝速度30mm/s，激光功率3kW，扫描速度10mm/s，离焦量50mm，搭接率40％，气流量20L/min。沉积试样的尺寸为长*宽*高＝120*100*30mm。将该成形实验制备的熔覆金属沿着激光运行长度方向取拉伸试样及冲击试样,拉伸试样规格为M10标准拉伸试样,进行拉伸、冲击性能测试,力学性能如表2所示。
实施例4
与实施例1的方法相同，不同之处在于原料配比不同，实施例4制得的丝材成分见表1，采用激光送丝增材制造设备制得的熔覆金属的力学性能见表2。
对比例1
与实施例1的方法相同，不同之处在于制得的丝材中C含量不同，对比例1制得的丝材成分见表1，采用激光送丝增材制造设备制得的熔覆金属的力学性能见表2。
对比例2
与实施例1的方法相同，不同之处在于制得的丝材中Si含量不同，对比例2制得的丝材成分见表1，采用激光送丝增材制造设备制得的熔覆金属的力学性能见表2。
对比例3
与实施例1的方法相同，不同之处在于制得的丝材中Mn含量不同，对比例3制得的丝材成分见表1，采用激光送丝增材制造设备制得的熔覆金属的力学性能见表2。
对比例4
与实施例1的方法相同，不同之处在于制得的丝材中Ni含量不同，对比例4制得的丝材成分见表1，采用激光送丝增材制造设备制得的熔覆金属的力学性能见表2。
对比例5
与实施例1的方法相同，不同之处在于氧含量不同，对比例5制得的丝材成分见表1，采用激光送丝增材制造设备制得的熔覆金属的力学性能见表2。
表1
Figure BDA0002887776100000081
表2
Figure BDA0002887776100000082
通过表2可以看出，采用本发明实施例制得的高强高韧低合金钢丝材在连续激光增材制造条件下，能够使制得的熔覆金属抗拉强度大于920MPa,屈服强度大于840MPa的同时，延伸率可保持在17％以上。同时，由于O、N、H等杂质元素含量低，增材过程中缺陷及氧化夹杂少，形成细板条状的贝氏体组织，冲击性能优异，-40℃冲击功可以达到100J以上。
对比例1中C加入量过多，导致其塑性及韧性降低，延伸率仅为10.1％，-40℃冲击功仅为71J；对比例2中Si加入量为0.71％，加入量过多，同样导致其塑性及韧性降低，延伸率仅为11.1％，-40℃冲击功仅为75J；对比例3中Mn含量加入过多，导致其塑性及韧性下降，延伸率为14％，-40℃冲击功仅为82J；比较例4中Ni加入量不足，导致其强度及韧性降低，屈服强度为751MPa，拉伸强度为821Mpa，-40℃冲击功仅为80J；对比例5中氧含量为0.012％，即120ppm，氧含量较高，氧化夹杂增多，整体性能下降，尤其是-40℃冲击功仅为64J。
本发明实施例制得的高强高韧低合金钢丝材适用于900MPa级高强高韧钢构件的激光增材制造，尤其适用于连续激光增材制造工艺。此外,本发明制备的高强高韧低合金钢丝材也可用于高强钢构件的激光增材制造修复。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种高强高韧低合金钢丝材，其特征在于，其成分包括C:0.03～0.09，Si:0.1～0.5，Mn:0.9～1.5，Mo:0.5～0.9，Ni:2.2～2.8，Cr:0.3～0.7，P≤0.01，S≤0.01，余量为Fe和不可避免的杂质，以质量百分含量计。
2.根据权利要求1所述的高强高韧低合金钢丝材，其特征在于，所述杂质中O≤50ppm，N≤50ppm，H≤5ppm。
3.一种权利要求1-2中任一项所述的高强高韧低合金钢丝材的制备方法，其特征在于，包括：
a、将设计配比的原料进行真空熔炼，得到铸锭；
b、将所述步骤a得到的铸锭进行锻造，得到棒材；
c、将所述步骤b得到棒材进行轧制，得到盘条；
d、将所述步骤c得到盘条进行退火处理，之后进行丝材拉拔，得到高强高韧低合金钢丝材。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤c中，所述得到的盘条为Φ5.5盘条。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤d中，所述丝材拉拔包括对所述盘条进行Φ5.5到Φ3.2的初拉拔，之后退火，再进行Φ3.2到Φ1.2的精拉拔。
6.权利要求1-2中任一项所述的高强高韧低合金钢丝材在激光增材制造中的应用。
7.一种激光增材制造方法，其特征在于，采用权利要求1-2中任一项所述的高强高韧低合金钢丝材。
8.根据权利要求7所述的激光增材制造方法，其特征在于，采用的保护气为氩气，送丝速度为15～50mm/s，激光功率为2～6kW，扫描速度为5～20mm/s，离焦量为20～50mm，搭接率为40％～50％，气流量为15～20L/min。
CN202110018241.9A 2021-01-07 2021-01-07 一种高强高韧低合金钢丝材及其制备方法和应用 Pending CN112853216A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110018241.9A CN112853216A (zh) 2021-01-07 2021-01-07 一种高强高韧低合金钢丝材及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110018241.9A CN112853216A (zh) 2021-01-07 2021-01-07 一种高强高韧低合金钢丝材及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112853216A true CN112853216A (zh) 2021-05-28

Family

ID=76004844

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110018241.9A Pending CN112853216A (zh) 2021-01-07 2021-01-07 一种高强高韧低合金钢丝材及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112853216A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113732491A (zh) * 2021-08-29 2021-12-03 钢铁研究总院 一种低合金高强钢丝材及其增材制造工艺
CN115558860A (zh) * 2022-10-14 2023-01-03 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 一种含钒铌的高强钢用焊丝钢水和高强钢用焊丝及其生产方法
CN117210716A (zh) * 2023-10-10 2023-12-12 西安华力装备科技有限公司 一种电弧增材制造用铜合金丝材及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07284987A (ja) * 1994-04-13 1995-10-31 Nippon Steel Corp 予熱温度低減型高張力鋼用溶接ワイヤおよび溶接方法
CN1529765A (zh) * 2000-08-07 2004-09-15 埃克森美孚上游研究公司 具有优异的低温韧性、用于连接高强度低合金钢的焊缝金属
JP2007260697A (ja) * 2006-03-27 2007-10-11 Nippon Steel & Sumikin Welding Co Ltd 高張力鋼溶接用ソリッドワイヤおよび高張力鋼のガスシールドアーク溶接方法
CN109604863A (zh) * 2019-01-14 2019-04-12 上海连山金属材料有限公司 一种高强韧气体保护焊丝
CN110172644A (zh) * 2019-06-03 2019-08-27 中国兵器科学研究院宁波分院 一种电弧增材制造用高强钢丝材及其制备方法
CN112080696A (zh) * 2020-09-07 2020-12-15 鞍钢股份有限公司 一种低温韧性优良的90kg级焊丝用盘条及制造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07284987A (ja) * 1994-04-13 1995-10-31 Nippon Steel Corp 予熱温度低減型高張力鋼用溶接ワイヤおよび溶接方法
CN1529765A (zh) * 2000-08-07 2004-09-15 埃克森美孚上游研究公司 具有优异的低温韧性、用于连接高强度低合金钢的焊缝金属
JP2007260697A (ja) * 2006-03-27 2007-10-11 Nippon Steel & Sumikin Welding Co Ltd 高張力鋼溶接用ソリッドワイヤおよび高張力鋼のガスシールドアーク溶接方法
CN109604863A (zh) * 2019-01-14 2019-04-12 上海连山金属材料有限公司 一种高强韧气体保护焊丝
CN110172644A (zh) * 2019-06-03 2019-08-27 中国兵器科学研究院宁波分院 一种电弧增材制造用高强钢丝材及其制备方法
CN112080696A (zh) * 2020-09-07 2020-12-15 鞍钢股份有限公司 一种低温韧性优良的90kg级焊丝用盘条及制造方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113732491A (zh) * 2021-08-29 2021-12-03 钢铁研究总院 一种低合金高强钢丝材及其增材制造工艺
CN115558860A (zh) * 2022-10-14 2023-01-03 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 一种含钒铌的高强钢用焊丝钢水和高强钢用焊丝及其生产方法
CN117210716A (zh) * 2023-10-10 2023-12-12 西安华力装备科技有限公司 一种电弧增材制造用铜合金丝材及其制备方法
CN117210716B (zh) * 2023-10-10 2024-07-19 西安华力装备科技有限公司 一种电弧增材制造用铜合金丝材及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111304551B (zh) 一种超高强调质eh690特厚钢板及其制造方法
CN112853216A (zh) 一种高强高韧低合金钢丝材及其制备方法和应用
CN102618790B (zh) 一种高强度低铬铁素体不锈钢及其制造方法
JP5659758B2 (ja) 優れた生産性と溶接性を兼ね備えた、ＰＷＨＴ後の落重特性に優れたＴＭＣＰ−Ｔｅｍｐｅｒ型高強度厚鋼板の製造方法
CN111455269A (zh) 屈服强度960MPa级甚高强度海工钢板及其制造方法
CN109913750B (zh) 具有高表面质量的高强度薄钢板及其制备方法
CN102691018A (zh) 一种低压缩比超高强度海洋工程用钢板及其生产方法
CN109563599B (zh) 耐脆性裂纹扩展性优异的超厚钢材及其制造方法
KR101679498B1 (ko) 용접용 초고장력 강판
CN111996461A (zh) 一种微合金化电阻焊管用x70管线卷板及其生产方法
CN103147022B (zh) 一种具有良好低温韧性的tmcp型e47钢板及其制造方法
CN110923549A (zh) 一种900MPa级热轧高强度起重机起重臂用结构钢及其生产方法
CN101760702B (zh) 高强度抗疲劳耐大气腐蚀热轧钢带及其制造方法
CN111318833A (zh) 一种抗拉强度≥590MPa的高韧性气保焊丝盘条及制备方法
CN113802060A (zh) 一种低成本工程结构用钢板及其制造方法
CN113528958A (zh) 一种高强耐磨钢焊丝用热轧盘条及其生产方法
JP2013129885A (ja) 脆性亀裂伝播停止特性に優れた高強度厚鋼板の製造方法
CN112375997B (zh) 一种低成本和超低温条件下使用的x70m管线钢板的制造方法
CN116254475A (zh) 一种深海管道用厚壁直缝钢管及其加工方法
CN113151739B (zh) 540MPa级VL4-4MOD船舶用钢板及制造方法
CN111057956B (zh) EH420级150-200mm特厚钢板的生产方法
CN111304534B (zh) 一种高均质l485海洋管线管用高应变钢板及制造方法
CN112705880B (zh) 一种x80管线钢用低温高韧焊丝及制备方法
CN111566248B (zh) 低温韧性优异的热轧钢板、钢管及其制造方法
JPS624450B2 (zh)

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210528