【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于焊接和增材制造領(lǐng)域，具體涉及一種高錳低鎳雙相不銹鋼粉芯絲材及其制備和使用方法。
技術(shù)介紹
1、雙相不銹鋼的微觀組織是由比例平衡的奧氏體和鐵素體兩相組成，綜合了奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼特點(diǎn)，具有優(yōu)良的力學(xué)性能和耐腐蝕能力，廣泛應(yīng)用于石油化工、船舶和建筑等行業(yè)。傳統(tǒng)的雙相不銹鋼以鉻、鎳、鉬為主要合金元素，但近年來由于鎳價(jià)格較高，并且受世界局勢(shì)影響而持續(xù)增加，嚴(yán)重阻礙了雙相不銹鋼產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。對(duì)不銹鋼產(chǎn)業(yè)來說，以鎳為主的稀缺性原材料價(jià)格大幅度波動(dòng)是潛在的風(fēng)險(xiǎn)，尋求高含量鎳不銹鋼的替代品是不銹鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新興領(lǐng)域方向。因此，為了降低雙相不銹鋼的成本，以錳、氮等奧氏體化元素部分甚至完全代替鎳元素也是來雙相不銹鋼發(fā)展的重要方向。
2、絲材電弧增材制造技術(shù)以電弧為熱源，熔化金屬絲材，層層堆積出成形構(gòu)件，具有成形效率高、生產(chǎn)周期短、成本低等優(yōu)點(diǎn)。雙相不銹鋼憑借良好的加工性能、成形性能、力學(xué)性能和耐腐蝕性能，成為增材制造工藝廣泛采用的絲材之一。電弧增材制造使用的絲材直接影響目標(biāo)構(gòu)件的成形質(zhì)量、化學(xué)成分以及組織和性能。因此，在雙相不銹鋼電弧增材制造領(lǐng)域，對(duì)絲材進(jìn)行設(shè)計(jì)和成形制造是未來技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。
3、公開號(hào)為cn116652449a的專利公開了一種海工管結(jié)構(gòu)件增材用藥芯焊絲及其制備、使用方法，鋼帶為304l不銹鋼，金屬粉芯按質(zhì)量百分比由以下組成：鉻粉17.2％～19％，鉬粉11.8％～12.2％，錳粉4.2％～4.6％，硅粉2.26％～2.46％，氟化鈉0.8％～1.2％，氧化鑭0.1％～0.2％，
4、綜合來看，目前商用雙相不銹鋼絲材是針對(duì)雙相不銹鋼的焊接而設(shè)計(jì)的，通常在絲材中加入高含量的鎳元素來保證焊縫中具有足夠的奧氏體含量；采用以錳代鎳并合理設(shè)計(jì)成分和工藝控制，直接電弧增材獲得兩相比例均衡、性能優(yōu)良的雙相不銹鋼，仍屬于技術(shù)空白。
5、本專利技術(shù)提供了一種新型高錳低鎳雙相不銹鋼粉芯絲材及其制備和使用方法，并通過本專利技術(shù)的粉芯絲材作為增材制造的原材料，制備高錳低鎳型雙相不銹鋼金屬構(gòu)件。相比于傳統(tǒng)的雙相不銹鋼的生產(chǎn)工藝，本專利技術(shù)的新型不銹鋼絲材，通過電弧增材制造層層堆積，具有成形效率高、生產(chǎn)周期短、成本低等特點(diǎn)，無需熱處理也能獲得奧氏體和鐵素體兩相平衡組織，因此對(duì)于低鎳甚至無鎳雙相不銹鋼構(gòu)件的制造體現(xiàn)出重要的經(jīng)濟(jì)和應(yīng)用價(jià)值。本專利技術(shù)高錳低鎳新型雙相不銹鋼絲材適用于焊接和各種熔化絲材的增材制造工藝。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)以上技術(shù)問題，本專利技術(shù)的目的是提供一種高錳低鎳雙相不銹鋼粉芯絲材及其制備和使用方法，通過合理的成分設(shè)計(jì)，降低傳統(tǒng)雙相不銹鋼絲材中貴重金屬鎳的含量，減少了雙相不銹鋼粉芯絲材的成本；通過電弧增材制造工藝制備了高錳低鎳雙相不銹鋼薄壁結(jié)構(gòu)件，且構(gòu)件具有良好的成形質(zhì)量，奧氏體和鐵素體兩相比例均衡以及具備良好的力學(xué)性能。
2、本專利技術(shù)是通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：一種高錳低鎳雙相不銹鋼粉芯絲材，包括不銹鋼鋼帶和不銹鋼鋼帶內(nèi)填充的金屬粉芯；
3、所述金屬粉芯組成成分按占整個(gè)粉芯絲材的質(zhì)量百分比為：金屬鉻30～40％，氮化鉻5～15％，電解錳25～40％，鎳粉0～5.0％，硅鐵1.0～5.0％，鉬鐵0.5～5.0％，氟化鈉0.5～3.0％，氧化鈰0.1～1.5％，余量為鐵粉，以上組分質(zhì)量百分比之和為100％。
4、優(yōu)選地，所述不銹鋼鋼帶為430鐵素體不銹鋼鋼帶，其化學(xué)成分為c≤0.12％，si≤0.75％，mn≤1.00％，ni≤0.60％，16.00％≤cr≤18.00％，p≤0.04％，s≤0.03％，余量為鐵。
5、優(yōu)選地，所述金屬鉻的純度為99％或者以上；金屬鉻主要提供增材構(gòu)件中需要的鉻元素。鉻是鐵素體形成元素，產(chǎn)生的含鉻鈍化膜有助于提高沉積金屬的耐腐蝕性。鉻含量過高時(shí)需要更多的奧氏體化元素來維持兩相平衡，同時(shí)可能會(huì)形成較多的氮化鉻沉淀，對(duì)沉積金屬的耐腐蝕性能和韌性有不利影響。因此本專利技術(shù)中金屬鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在30～40％。
6、所述氮化鉻中的氮含量為12％，鉻含量為87％；氮化鉻向增材構(gòu)件中過渡鉻元素和氮元素。氮元素是強(qiáng)奧氏體化元素，在節(jié)鎳上具有重要作用，但氮的溶解度有限，過飽和的氮來不及逸出熔池就會(huì)形成氣孔，降低沉積金屬的性能。因此，氮化鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在5～15％。
7、所述電解錳的純度為99％或者以上；錳是一種奧氏體穩(wěn)定元素，能夠產(chǎn)生固溶強(qiáng)化效應(yīng)，還能夠穩(wěn)定奧氏體，可以部分甚至完全取代雙相不銹鋼中的鎳元素，同時(shí)可以提高氮在雙相不銹鋼的溶解度，減少氮損失和避免氣孔生成。為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)構(gòu)件中奧氏體和鐵素體的兩相平衡，本專利技術(shù)中電解錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在25～40％。
8、所述鎳粉的純度為99％或者以上；鎳是穩(wěn)定奧氏體化元素，適量的鎳元素有助于提高沉積金屬的強(qiáng)度和韌性。但鎳價(jià)格昂貴，從整個(gè)焊絲生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，本專利技術(shù)中鎳粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～5.0％。
9、所述硅鐵中的硅含量為75％；硅鐵主要作為脫氧劑而加入，與錳起到聯(lián)合脫氧作用，復(fù)合脫氧產(chǎn)物熔點(diǎn)低，密度小，易于浮出熔池。硅含量過多會(huì)使增材構(gòu)件韌性降低，因此，本專利技術(shù)中硅鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0～5.0％。
10、所述鉬鐵中的鉬含量為60％；鉬可以提高沉積金屬的耐點(diǎn)蝕性能，但過多的鉬會(huì)促進(jìn)σ相等脆性金屬間化合物的形成，降低沉積金屬的韌性。鉬的價(jià)格較高，考慮到焊絲制作的經(jīng)濟(jì)性，本專利技術(shù)中鉬鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)限定為0.5～5.0％。
11、所述氟化鈉的純度為99.9％；氟化鈉作為穩(wěn)弧劑加入。氟化鈉中的f-可以與沉積過程中產(chǎn)生的h+反應(yīng)生成hf氣體逸出，防止增材構(gòu)件發(fā)生氫脆；同時(shí)na+可以增強(qiáng)電弧導(dǎo)電性，提高電弧穩(wěn)定性，降低沉積過程中產(chǎn)生的飛濺。但氟化鈉的含本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種高錳低鎳雙相不銹鋼粉芯絲材，其特征在于：包括不銹鋼鋼帶和不銹鋼鋼帶內(nèi)填充的金屬粉芯；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高錳低鎳雙相不銹鋼粉芯絲材，其特征在于：所述不銹鋼鋼帶為430鐵素體不銹鋼鋼帶，其化學(xué)成分為C≤0.12％，Si≤0.75％，Mn≤1.00％，Ni≤0.60％，16.00％≤Cr≤18.00％，P≤0.04％，S≤0.03％，余量為鐵。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高錳低鎳雙相不銹鋼粉芯絲材，其特征在于：所述金屬鉻的純度為99％或者以上；所述氮化鉻中的氮含量為12％，鉻含量為87％；所述電解錳的純度為99％或者以上；所述鎳粉的純度為99％或者以上；所述硅鐵中的硅含量為75％；所述鉬鐵中的鉬含量為60％；所述氟化鈉的純度為99.9％；所述氧化鈰的純度為99.9％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高錳低鎳雙相不銹鋼粉芯絲材，其特征在于：所述金屬粉芯的各組分的粒度為80～120目。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高錳低鎳雙相不銹鋼粉芯絲材，其特征在于：所述金屬粉芯在整個(gè)粉芯絲材中的填充率為20～30％。
6.
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高錳低鎳雙相不銹鋼粉芯絲材，其特征在于：所述不銹鋼鋼帶寬度為12mm，厚度為0.5mm。
8.權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或7所述的一種高錳低鎳雙相不銹鋼粉芯絲材的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
9.權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或7所述的一種高錳低鎳雙相不銹鋼粉芯絲材的使用方法，其特征在于：包括如下步驟：將制備的高錳低鎳雙相不銹鋼粉芯絲材以MIG電弧為熱源利用增材制造機(jī)器人系統(tǒng)按照目標(biāo)增材路徑和層數(shù)，進(jìn)行高錳低鎳型雙相不銹鋼薄壁構(gòu)件的增材制造。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種高錳低鎳雙相不銹鋼粉芯絲材的使用方法，其特征在于：其中電弧增材制工藝參數(shù)為：增材電流為140～220A，增材電壓為20～28V，沉積速度0.25～0.35m/min，保護(hù)氣體為100％Ar，氣體流量為15L/min，層間溫度控制在150℃以下。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種高錳低鎳雙相不銹鋼粉芯絲材，其特征在于：包括不銹鋼鋼帶和不銹鋼鋼帶內(nèi)填充的金屬粉芯；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高錳低鎳雙相不銹鋼粉芯絲材，其特征在于：所述不銹鋼鋼帶為430鐵素體不銹鋼鋼帶，其化學(xué)成分為c≤0.12％，si≤0.75％，mn≤1.00％，ni≤0.60％，16.00％≤cr≤18.00％，p≤0.04％，s≤0.03％，余量為鐵。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高錳低鎳雙相不銹鋼粉芯絲材，其特征在于：所述金屬鉻的純度為99％或者以上；所述氮化鉻中的氮含量為12％，鉻含量為87％；所述電解錳的純度為99％或者以上；所述鎳粉的純度為99％或者以上；所述硅鐵中的硅含量為75％；所述鉬鐵中的鉬含量為60％；所述氟化鈉的純度為99.9％；所述氧化鈰的純度為99.9％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高錳低鎳雙相不銹鋼粉芯絲材，其特征在于：所述金屬粉芯的各組分的粒度為80～120目。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高錳低鎳雙相不銹鋼粉芯絲材，其特征在于：所述金屬粉芯在整個(gè)粉芯絲材中的填...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李剛，宋帥男，何祥偉，陶然，郭豫鵬，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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