一种控制晶粒尺寸的低温增材制造用丝材及制备和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种控制晶粒尺寸的低温增材制造用丝材及制备和应用，以质量百分比计，包括以下配比：C：0.03％～0.10％；Si：≤0.4％；Mn：0.5％～1.5％；P：≤0.010％；S：≤0.005％；Nb：0.07％～0.12％；Ni：1.6％～4.0％；Mo：≤0.4％；Cr：0.01％～0.20％；V：≤0.02％；Al：≤0.05％；Cu：≤0.03％；Ti：0.006％～0.02％；B：≤0.005％，其余为Fe。在不同增材制造的工艺下都具有良好的冲击韧性，并且低温韧性随温度的变化较小，可用于低温环境下油气输送领域产品增材制造。

【技术实现步骤摘要】
一种控制晶粒尺寸的低温增材制造用丝材及制备和应用
本专利技术属于增材制造打印材料领域，涉及一种控制晶粒尺寸的低温增材制造用丝材及制备和应用。
技术介绍
增材制造作为三维数字化的最终呈现方式，由于可实现复杂形状和位置的柔性现场打印，已经成为高端装备制造的重要手段。增材制造材料主要分为金属粉末材料和金属丝材两大类。其中金属丝材的增材制造更适用于中到大型装备的快速制造。增材制造用金属丝材通常要求具有良好的焊接性能。目前，国内激光、电子束和电弧增材制造的丝材主要以钛合金，镍基合金和碳钢为主。由于增材制造的快速加热和冷却的工艺特性，导致打印产品的冲击韧性显著降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种控制晶粒尺寸的低温增材制造用丝材及制备和应用，在不同增材制造的工艺下都具有良好的冲击韧性，并且低温韧性随温度的变化较小，可用于低温环境下油气输送领域产品增材制造。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种控制晶粒尺寸的低温增材制造用丝材，以质量百分比计，包括以下配比：C：0.03％～0.10％；Si：≤0.4％；Mn：0.5％～1.5％；P：≤0.010％；S：≤0.005％；Nb：0.07％～0.12％；Ni：1.6％～4.0％；Mo：≤0.4％；Cr：0.01％～0.20％；V：≤0.02％；Al：≤0.05％；Cu：≤0.03％；Ti：0.006％～0.02％；B：≤0.005％，其余为Fe。优选的，C元素含量为0.03％～0.10％。进一步，采用低锰高铌合金，其中Mn元素含量为1.0％～1.5％，Nb元素含量为0.07％～0.12％，同时Mn/Nb比小于25。优选的，采用高镍合金，Ni元素含量为1.6％～4.0％。优选的，Mo含量≤0.4％。一种控制晶粒尺寸的低温增材制造用丝材的制备方法，按照上述任意一项所述原材料及配比关系，放入至电炉中冶炼焊丝钢，冶炼后通过拉拔镀铜工艺制成焊丝。一种上述任意一项所述控制晶粒尺寸的低温增材制造用丝材在增材制造中的应用。优选的，采用激光增材制造，打印出产品的抗拉强度为800～950Mpa，-60℃的冲击韧性大于100J。优选的，采用CMT增材制造，打印出产品的抗拉强度为650～750MPa，-60℃的冲击韧性大于150J。优选的，采用埋弧增材制造，打印出的产品的抗拉强度为650～750MPa，-60℃的冲击韧性大于150J。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术控制打印材料中碳元素含量在0.03％～0.10％，碳元素含量低于0.10％，保证材料的可焊性和裂纹敏感性，能够适应增材制造多次重复加热和冷却的热循环过程，同时适应包含激光、电弧(埋弧、CMT)等多种增材制造工艺，保证产品的最终组织为细小粒装贝氏体晶粒中的针状铁素体组织；采用低锰高铌的合金设计，Mn元素含量控制在1.5％以下，避免多次循环加热条件下MnS夹杂物的形成，避免其推迟铌元素的碳氮析出，Nb元素的含量在0.07％以上，替代Mn元素固溶强化、延迟奥氏体相变的作用；采用高镍的合金设计，Ni元素含量在1.6％～4.0％，镍元素通过晶粒细化和固溶强化提高焊缝金属的强度，通过降低脆性转变温度提高焊缝金属的韧性尤其是低温冲击韧性，为了保证增材制造打印产品在低温环境下使用的冲击韧性，Ni元素含量在1.6％以上，同时根据不同的增材工艺选择和产品使用环境选择其含量，成本控制其含量在4.0％一下；用Mo、Cr、Al、V、Cu和Ti等合金元素的固溶强化和弥散强化能力，结合增材制造技术的高速加热和快速冷却机制，保证打印材料的抗拉强度，但是在增材制造多次重复加热时的工艺下，钼元素会导致焊缝金属韧性降低，因此Mo量控制在≤0.4％以下。本专利技术的增材制造打印材料，通过激光增材制造打印出的产品，抗拉强度为800～950MPa，满足与油气输送领域X80及以下钢级管线管连接匹配的性能要求，即X80管线钢标准要求：抗拉强度在625MPa～825MPa间；-60℃的冲击韧性为100J以上，满足油气输送领域低温服役冲击韧性要求，即X80管线钢标准要求：-45℃的夏比冲击韧性≥60J。本专利技术的增材制造打印材料，通过CMT增材制造打印出的产品，抗拉强度为650～750MPa，满足与油气输送领域X80及以下钢级管线管连接匹配的性能要求，即X80管线钢标准要求：抗拉强度在625MPa～825MPa间；-60℃的冲击韧性在150J以上，满足油气输送领域低温服役冲击韧性要求，即X80管线钢标准要求：-45℃的夏比冲击韧性≥60J。本专利技术的增材制造打印材料，通过CMT增材制造打印出的产品，抗拉强度为650～750MPa，满足与油气输送领域X80及以下钢级管线管连接匹配的性能要求，即X80管线钢标准要求：抗拉强度在625MPa～825MPa间；-60℃的冲击韧性在150J以上，满足油气输送领域低温服役冲击韧性要求，即X80管线钢标准要求：-45℃的夏比冲击韧性≥60J。附图说明图1为本专利技术增材制造打印材料高温膨胀量曲线图；图2为本专利技术激光增材打印后金相组织图；图3为本专利技术的CMT增材打印后金相组织图；图4为本专利技术的埋弧增材打印后金相组织。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：本专利技术所述控制晶粒尺寸的低温增材制造用丝材，以质量百分比计，包括以下配比：C：0.03％～0.10％；Si：≤0.4％；Mn：0.5％～1.5％；P：≤0.010％；S：≤0.005％；Nb：0.07％～0.12％；Ni：1.6％～4.0％；Mo：≤0.4％；Cr：0.01％～0.20％；；V：≤0.02％；Al：≤0.05％；Cu：≤0.03％；Ti：0.006％～0.02％；B：≤0.005％，其余为Fe。Mn和Nb之比小于25。实施例1以质量百分比计，包括以下原材料配比：C：0.03％；Si：0.35％；Mn：1.5％；P：0.0052％；S：0.0031％；Nb：0.07％；Ni：3.0％；Mo：0.4％；Cr：0.15％；V：0.0049％；Al：0.022％；Cu：0.0064％；Ti：0.01％；B：0.004％，其余为Fe。实施例2以质量百分比计，包括以下原材料配比：C：0.08％；Si：0.3％；Mn：1％；P：0.01％；S：0.0034％；Nb：0.1％；Ni：3％；Mo：0.3％；Cr：0.1％；V：0.0051％；Al：0.049％；Cu：0.038％；Ti：0.022％；B：0.0025％，其余为Fe。实施例3以质量百分比计，包括以下原材料配比：C：0.03％；Si：0.35％；Mn：1.5％；P：0.0052％；S：0.0031％；Nb：0.07％；Ni：3.0％；Mo：0.4％；Cr：0.15％；V：0.014％；Al：0.022％；Cu本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制晶粒尺寸的低温增材制造用丝材，其特征在于，以质量百分比计，包括以下配比：/nC：0.03％～0.10％；Si：≤0.4％；Mn：0.5％～1.5％；P：≤0.010％；S：≤0.005％；Nb：0.07％～0.12％；Ni：1.6％～4.0％；Mo：≤0.4％；Cr：0.01％～0.20％；V：≤0.02％；Al：≤0.05％；Cu：≤0.03％；Ti：0.006％～0.02％；B：≤0.005％，其余为Fe。/n

【技术特征摘要】
1.一种控制晶粒尺寸的低温增材制造用丝材，其特征在于，以质量百分比计，包括以下配比：
C：0.03％～0.10％；Si：≤0.4％；Mn：0.5％～1.5％；P：≤0.010％；S：≤0.005％；Nb：0.07％～0.12％；Ni：1.6％～4.0％；Mo：≤0.4％；Cr：0.01％～0.20％；V：≤0.02％；Al：≤0.05％；Cu：≤0.03％；Ti：0.006％～0.02％；B：≤0.005％，其余为Fe。


2.根据权利要求1所述的控制晶粒尺寸的低温增材制造用丝材，其特征在于，C元素含量为0.03％～0.10％。


3.根据权利要求2所述的控制晶粒尺寸的低温增材制造用丝材，其特征在于，采用低锰高铌合金，其中Mn元素含量为1.0％～1.5％，Nb元素含量为0.07％～0.12％，同时Mn/Nb比小于25。


4.根据权利要求1所述的控制晶粒尺寸的低温增材制造用丝材，其特征在于，采用高镍合金，Ni元素含量为1.6％～4.0％。


5.根据权利要求1所述的控制晶粒尺寸的...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡美娟，吉玲康，池强，齐丽华，马秋荣，王俊，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，中国石油天然气集团公司管材研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11