CN113732491A - 一种低合金高强钢丝材及其增材制造工艺 - Google Patents

一种低合金高强钢丝材及其增材制造工艺 Download PDF

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Abstract

一种低合金高强钢丝材及其增材制造工艺，属于材料加工技术领域。其化学成分重量百分比为：C：0.03～0.08，Si：0.02～0.06，Mn：1.20～1.80，Ni：2.30～2.70，Cr：0.50～0.80，Mo：0.50～0.70，P：≤0.008，S：≤0.008，O：≤0.007，N：≤0.005，H：≤0.001，余量为铁和通常炼钢存在的杂质。上述低合金高强钢丝材采用激光熔丝增材制造工艺或电弧增材制造工艺。优点在于，成形构件均具有良好的力学性能。

Description

一种低合金高强钢丝材及其增材制造工艺
本发明属于材料加工技术领域，尤其涉及一种低合金高强钢丝材及其增材制造工艺。
背景技术
随着船舶大型化的发展，船舶用低合金高强度钢得到了广泛应用，同时对船舶大型结构件制造技术提出了越来越高的要求。基于高强度性能、减重节材、长服役周期、高效率制造等方面的技术需求，船舶结构件尺寸越来越大、结构更加复杂、性能要求愈加苛刻，采用冶金铸造、塑性成形、机械加工等传统制造技术生产船舶大型结构件，技术难度大，材料利用率低、制造周期长、生产成本高。
相对于传统加工流程的复杂工序，增材制造技术可以简化加工工序，提高材料利用率，是解决船舶大型结构件制造现有问题的有效途径之一。由于材料利用率高、成形效率较高，激光熔丝增材制造和电弧增材制造技术在船舶大型结构件制造方面具有良好的应用前景。但是，目前尚缺乏适用于船舶大型结构件增材制造的高强度钢丝材尤其是800MPa以上强度等级(屈服强度)的丝材，制约了我国船舶制造技术的发展。因此，开展船舶结构件增材制造用低合金高强钢丝材研制及其增材制造技术研究具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低合金高强钢丝材及其增材制造工艺，解决现有船舶大型结构件增材制造用高强度钢丝材缺乏的问题。
本发明的低合金高强钢丝材，其化学成分重量百分比为：C：0.03～0.08，Si：0.02～0.06，Mn：1.20～1.80，Ni：2.30～2.70，Cr：0.50～0.80，Mo：0.50～0.70，P：≤0.008，S：≤0.008，O：≤0.007，N：≤0.005，H：≤0.001，余量为铁和通常炼钢存在的杂质。
本发明所述的适用于增材制造的低合金高强钢丝材的制造工艺，采用激光熔丝增材制造；工艺中控制的技术参数为：激光功率1.5kW～4.0kW，扫描速度0.3m/min～0.9m/min，送丝速度0.9m/min～2.1m/min，光丝间距0.5mm～2.0mm，热丝电流50A～70A，激光束为圆形光斑或矩形光斑，保护气体为氩气，
其中，当激光束为圆形光斑时，圆形光斑的直径为2.0mm～4.0mm；当激光束为矩形光斑时，矩形光斑的长度为4.0mm～10.0mm，宽度为1.0mm～3.0mm。
本发明所述的低合金高强钢丝材及其激光熔丝增材制造工艺，成形构件具有良好的力学性能，抗拉强度≥930MPa，屈服强度≥850MPa，断后伸长率≥17％，-50℃冲击吸收功≥100J。
本发明所述的低合金高强钢丝材的电弧增材制造工艺：电弧电流为105A～290A，电弧电压为20～27V，扫描速度为0.20～0.35m/min，送丝速度为3.0～9.0m/min，保护气体为Ar+5％CO2。
本发明所述的低合金高强钢丝材及其电弧增材制造工艺，成形构件具有良好的力学性能，抗拉强度≥860MPa，屈服强度≥800MPa，断后伸长率≥15％，-50℃冲击吸收功≥80J。
附图说明
图1为本发明实施例1所得到的低合金高强钢激光熔丝增材制造显微组织图。
图2为本发明实施例4所得到的低合金高强钢电弧增材制造显微组织图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图，对本发明提供的低合金高强钢丝材及其增材制造工艺进行详细说明。
实施例1
采用本发明低合金高强钢丝材进行激光熔丝增材制造，丝材化学成分按重量百分数表示为：C：0.054，Si：0.39，Mn：1.52，Ni：2.55，Cr：0.58，Mo：0.58，P：0.0050，S：0.0036，O：0.0051，N：0.0029，H：0.0001，余量为铁和通常炼钢存在的杂质。激光增材制造过程中，激光功率2.8kW，扫描速度0.6m/min，送丝速度1.5m/min，光丝间距1.5mm，热丝电流60A，激光光斑直径为3.0mm，保护气体为氩气。成形组织主要为低碳马氏体和板条贝氏体(如图1所示)。成形构件具有良好的力学性能，抗拉强度945MPa，屈服强度878MPa，断后伸长率19.6％，-50℃冲击吸收功115J。
实施例2
采用本发明低合金高强钢丝材进行激光熔丝增材制造，丝材化学成分按重量百分数表示为：C：0.036，Si：0.22，Mn：1.26，Ni：2.60，Cr：0.52，Mo：0.51，P：0.0045，S：0.0027，O：0.0019，N：0.0015，H：0.0001，余量为铁和通常炼钢存在的杂质。激光增材制造过程中，激光功率2.0kW，扫描速度0.9m/min，送丝速度0.9m/min，光丝间距1.0mm，热丝电流50A，激光光斑尺寸为5.0mm×2.0mm，保护气体为氩气。成形构件具有良好的力学性能，抗拉强度961MPa，屈服强度896MPa，断后伸长率21.5％，-50℃冲击吸收功136J。
实施例3
采用本发明低合金高强钢丝材进行激光熔丝增材制造，丝材化学成分按重量百分数表示为：C：0.045，Si：0.47，Mn：1.48，Ni：2.36，Cr：0.69，Mo：0.67，P：0.0061，S：0.0053，O：0.0066，N：0.0042，H：0.0002，余量为铁和通常炼钢存在的杂质。激光增材制造过程中，激光功率4.0kW，扫描速度0.3m/min，送丝速度2.1m/min，光丝间距2.0mm，热丝电流70A，激光光斑尺寸为8.0mm×3.0mm，保护气体为氩气。成形构件具有良好的力学性能，抗拉强度932MPa，屈服强度865MPa，断后伸长率18.0％，-50℃冲击吸收功103J。
实施例4
采用本发明低合金高强钢丝材进行电弧增材制造，丝材化学成分按重量百分数表示为：C：0.058，Si：0.41，Mn：1.55，Ni：2.58，Cr：0.63，Mo：0.54，P：0.0049，S：0.0032，O：0.0035，N：0.0027，H：0.0001，余量为铁和通常炼钢存在的杂质。电弧增材制造过程中，电弧电流为187A，电弧电压为22.7V，扫描速度为0.30m/min，送丝速度为6.0m/min，保护气体为Ar+5％CO2。成形组织主要为低碳马氏体、板条贝氏体和少量粒状贝氏体(如图2所示)。成形构件具有良好的力学性能，抗拉强度924MPa，屈服强度869MPa，断后伸长率18.3％，-50℃冲击吸收功109J。
实施例5
采用本发明低合金高强钢丝材进行电弧增材制造，丝材化学成分按重量百分数表示为：C：0.069，Si：0.55，Mn：1.76，Ni：2.69，Cr：0.77，Mo：0.68，P：0.0038，S：0.0031，O：0.0027，N：0.0032，H：0.0003，余量为铁和通常炼钢存在的杂质。电弧增材制造过程中，电弧电流为286A，电弧电压为26.8V，扫描速度为0.35m/min，送丝速度为9.0m/min，保护气体为Ar+5％CO2。成形构件具有良好的力学性能，抗拉强度876MPa，屈服强度810MPa，断后伸长率16.7％，-50℃冲击吸收功86J。
实施例6
采用本发明低合金高强钢丝材进行电弧增材制造，丝材化学成分按重量百分数表示为：C：0.055，Si：0.36，Mn：1.58，Ni：2.47，Cr：0.58，Mo：0.55，P：0.0051，S：0.0038，O：0.0042，N：0.0027，H：0.0001，余量为铁和通常炼钢存在的杂质。电弧增材制造过程中，电弧电流为127A，电弧电压为20.9V，扫描速度为0.20m/min，送丝速度为4.0m/min，保护气体为Ar+5％CO2。成形构件具有良好的力学性能，抗拉强度897MPa，屈服强度826MPa，断后伸长率19.0％，-50℃冲击吸收功107J。

Claims (3)

1.一种低合金高强钢丝材，其特征在于，化学成分重量百分比为：C：0.03～0.08，Si：0.02～0.06，Mn：1.20～1.80，Ni：2.30～2.70，Cr：0.50～0.80，Mo：0.50～0.70，P：≤0.008，S：≤0.008，O：≤0.007，N：≤0.005，H：≤0.001，余量为铁和通常炼钢存在的杂质。
2.一种权利要求1所述的低合金高强钢丝材的增材制造工艺，其特征在于：采用激光熔丝增材制造工艺或采用电弧增材制造工艺；
所述的激光熔丝增材制造工艺：激光功率1.5kW～4.0kW，扫描速度0.3m/min～0.9m/min，送丝速度0.9m/min～2.1m/min，光丝间距0.5mm～2.0mm，热丝电流50A～70A，激光束为圆形光斑或矩形光斑，保护气体为氩气；
其中，当激光束为圆形光斑时，圆形光斑的直径为2.0mm～4.0mm；当激光束为矩形光斑时，矩形光斑的长度为4.0mm～10.0mm，宽度为1.0mm～3.0mm；
成形构件具有良好的力学性能，抗拉强度≥930MPa，屈服强度≥850MPa，断后伸长率≥17％，-50℃冲击吸收功≥100J。
3.根据权利要求2所述的增材制造工艺，其特征在于：所述的电弧增材制造工艺：电弧电流为105A～290A，电弧电压为20～27V，扫描速度为0.20～0.35m/min，送丝速度为3.0～9.0m/min，保护气体为Ar+5％CO2；
成形构件具有良好的力学性能，抗拉强度≥860MPa，屈服强度≥800MPa，断后伸长率≥15％，-50℃冲击吸收功≥80J。
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