一种高强高韧低合金钢丝材及其制备方法和应用技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种高强高韧低合金钢丝材及其制备方法和应用
本专利技术属于丝材制造
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术是基于专利技术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。本专利技术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，本专利技术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。根据本专利技术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。根据本专利技术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、本专利技术实施例的丝材中，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，本专利技术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、本专利技术实施例的丝材中，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、本专利技术实施例的丝材，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、本专利技术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、本专利技术实施例的丝材，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。根据本专利技术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。本专利技术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。根据本专利技术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、本专利技术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、本专利技术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、本专利技术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。根据本专利技术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。根据本专利技术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。本专利技术第三个方面的实施例提供了本专利技术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。根据本专利技术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，本专利技术实施例在激光增材制造中采用本专利技术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。本专利技术第四个方面的实施例还提供了一种激光增材制造方法，其采用本专利技术第一个方面实施例的高强高韧低合金钢丝材。根据本专利技术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，本专利技术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。根据本专利技术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专利技术的实施例，描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。/n

【技术特征摘要】
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。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张大越，刘旭明，王军生，张岩，张建，李彬周，张栋，
申请(专利权)人：鞍钢集团北京研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11