CN108672982B - 一种石油管道结构件电弧增材制造用原丝 - Google Patents
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Abstract
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种石油管道结构件电弧增材制造用原丝，包括按重量百分比计的如下化学成分：C：0.09‑0.15%，Mn：1.0‑2.0%，Si≤0.3%，P≤0.012%，S≤0.012%，Cr：0.1‑1.2%，Mo：0.20‑0.80%，Ni：1.2‑2.6%，Cu≤0.3%，Ti：0.02‑0.1%，其余为铁。本发明提供的石油管道结构件电弧增材制造用原丝具有良好的力学性能和较高的低温冲击韧性，其抗拉强度大于680MPa，‑40℃低温冲击功保证在150J以上，‑60℃低温冲击功保证在120J以上；该原丝配合增材制造专用焊剂进行石油管道结构件的打印，具有打印工艺优良，成型美观，焊道细密。
Description
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种石油管道结构件电弧增材制造用原丝。
背景技术
随着我国经济的高速发展，对石油天然气的需求也越来越旺盛，国家西气东输以及从俄罗斯等国家输气项目相继投入，为了降低运营成本提高效率，提高石油管道的安全性和可靠性，输油管线钢不仅要具有更高强度且需要较高的低温冲击韧性。而输油管道三通件等结构件通常是由铸造而成，而铸造件容易引起缩孔、冲击韧性较低、一次成品率较低等质量缺陷。
电弧增材制造技术是利用电弧堆焊原理将金属丝材熔化，在计算机的控制下直接制造全密度三维金属零件的工艺方法，可以降低工序、缩短产品制造周期、产品缺陷少，能够实现数字化、智能化制造，且制造材料的力学性能比铸造技术优异。因此，有必要设计一种石油管道结构件电弧增材制造用原丝以便于利用电弧增材制造的方式打印出输油管道的结构件，不仅能够解决一次成品率较低的问题，而且还可以确保结构件具有优异的低温冲击韧性。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种石油管道结构件电弧增材制造用原丝，具有良好的力学性能和较高的低温冲击韧性，配合增材制造专用焊剂进行石油管道结构件的打印时，打印工艺优良，成型美观。
为实现上述目的，本发明的技术方案为一种石油管道结构件电弧增材制造用原丝，包括按重量百分比计的如下化学成分：C：0.09-0.15%，Mn：1.0-2.0%，Si≤0.3%，P≤0.012%，S≤0.012%，Cr：0.1-1.2%，Mo：0.20-0.80%，Ni：1.2-2.6%，Cu≤0.3%，Ti：0.02-0.1%，其余为铁。
作为一种优选的实施方式，上述的石油管道结构件电弧增材制造用原丝，包括按重量百分比计的如下化学成分：C：0.09%，Mn：2.0%，Si：0.1%，P：0.003%，S：0.004%，Cr：0.6%，Mo：0.30%，Ni：1.2%，Cu：0.05%，Ti：0.02%，Fe：95.833%。
作为一种优选的实施方式，上述的石油管道结构件电弧增材制造用原丝，包括按重量百分比计的如下化学成分：C：0.15%，Mn：1.0%，Si：0.13%，P：0.005%，S：0.006%，Cr：1.2%，Mo：0.4%，Ni：1.8%，Cu：0.04%，Ti：0.1%，Fe：95.169%。
作为一种优选的实施方式，上述的石油管道结构件电弧增材制造用原丝，包括按重量百分比计的如下化学成分：C：0.13%，Mn：1.5%，Si：0.06%，P：0.004%，S：0.006%，Cr：0.1%，Mo：0.80%，Ni：2.6%，Cu：0.1%，Ti：0.08%，Fe：94.62%。
进一步地，所述原丝中，当C含量不高于0.13%时，Mn含量不低于1.5%；当C含量高于0.13%时，Mn含量低于1.5%。
进一步地，所述原丝中，当Mn高于1.5%时，Ni含量低于1.8%。
进一步地，所述原丝中，当Cr含量低于0.6%时，Mo含量高于0.4%。
进一步地，所述原丝与增材制造专用焊剂EAM F550焊剂匹配进行焊接。EAM F550焊剂包括按重量百分比计的如下组分：MgO：21~29%；CaF2：21~28%；Al2O3：11~20%；ZrO2：3~6%；SiO2：10~16%；CaO：15~21%；Na3AIF6：1~4%；CaCO3 3~6%；氧化钇2~4%；T iO2: 2~4%；S≤0.01%、P≤0.01%。
本发明的石油管道结构件电弧增材制造用原丝中化学成分的设计原理如下：
本发明中使用C、Mn进行联合脱氧，碳是最强的脱氧剂，是保证强度的重要元素，但碳过多会使堆敷金属脆性增加，延展性和塑性下降，因此为了提高强度还需要加入适量的Mn进行联合脱氧，但C、Mn配比需控制在合适的范围，当C含量不高于0.13%时，Mn含量不低于1.5%；当C含量高于0.13%时，Mn含量低于1.5%，从而使碳当量控制在合理的范围，降低裂纹敏感系数和脆性。
本发明中加入了适量的Ti、Mo、Ni、Cr等合金化元素，该几种合金元素共同作用，不能够单一的说某种元素能够起到那些作用，如适当的配比能够细化晶粒，减少钢的偏析，降低回火脆性，提高强度和低温冲击韧性。由于Mn、Ni都是奥氏体化元素，为了保证较高的低温冲击韧性在本发明中当Mn高于1.5%时，Ni含量低于1.8%；而为了保证适当的强度，当Cr含量低于0.6%时，Mo含量高于0.4%。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明提供的石油管道结构件电弧增材制造用原丝具有良好的力学性能和较高的低温冲击韧性，其抗拉强度大于680MPa，-40℃低温冲击功保证在150J以上，-60℃低温冲击功保证在120J以上；
（2）本发明提供的石油管道结构件电弧增材制造用原丝配合增材制造专用焊剂EAM F550，进行石油管道结构件的打印，具有打印工艺优良，成型美观，焊道细密。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例提供一种石油管道结构件电弧增材制造用原丝，包括按重量百分比计的如下化学成分：C：0.09%，Mn：2.0%，Si：0.1%，P：0.003%，S：0.004%，Cr：0.6%，Mo：0.30%，Ni：1.2%，Cu：0.05%，Ti：0.02%，Fe：95.833%。
实施例二
本实施例提供一种石油管道结构件电弧增材制造用原丝，包括按重量百分比计的如下化学成分：C：0.15%，Mn：1.0%，Si：0.13%，P：0.005%，S：0.006%，Cr：1.2%，Mo：0.4%，Ni：1.8%，Cu：0.04%，Ti：0.1%，Fe：95.169%。
实施例三
本实施例提供一种石油管道结构件电弧增材制造用原丝，包括按重量百分比计的如下化学成分：C：0.13%，Mn：1.5%，Si：0.06%，P：0.004%，S：0.006%，Cr：0.1%，Mo：0.80%，Ni：2.6%，Cu：0.1%，Ti：0.08%，Fe：94.62%。
根据上述的实施例一、实施例二和实施例三提供的原丝的配方分别冶炼了三炉焊丝钢，经过退火后拉拔成φ4.0的石油管道结构件电弧增材制造用原丝，其丝材的成分如表1所示，原丝与焊剂配合使用后堆敷金属的化学成分和力学性能分别如表2和表3所示。
由表3可知，采用实施例一至实施例三制备的石油管道结构件电弧增材制造用原丝与焊剂匹配进行焊接，具有良好的脱渣、抗气孔、铺展性能等焊接工艺性能，焊道波纹细密，成型美观，且具有良好的强度和较高的低温冲击韧性，其抗拉强度大于680MPa，-40℃低温冲击功保证在150J以上，-60℃低温冲击功保证在120J以上。
与现有技术相比，本发明实施例提供的石油管道结构件电弧增材制造用原丝的抗拉强度、屈服强度更高，且耐低温冲击温度更低；而在提高强度的同时又需要更低的冲击温度下还需要较高的低温冲击韧性难度高，本发明中为了提高冲击韧性不仅提高了匹配焊剂的碱度，在原丝中也提高的了Ni的含量，Ni是提高低温冲击韧性的最好且有效的方法，Ni含量较高也能够提高强度；本发明通过Cr、N、Mo来提高强度，还加入了Cr。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种石油管道结构件电弧增材制造用原丝，其特征在于，包括按重量百分比计的如下化学成分：0.13%＜C≤0.15%，1.0≤Mn＜1.5%，Si≤0.3%，P≤0.012%，S≤0.012%，Cr：0.1-1.2%，Mo：0.20-0.80%，Ni：1.2-2.6%，Cu≤0.3%，Ti：0.02-0.1%，其余为铁；所述原丝中，当Cr含量低于0.6%时，Mo含量高于0.4%；所述原丝堆敷金属的抗拉强度大于680MPa，-40℃低温冲击功在150J以上，-60℃低温冲击功在120J以上。
2.如权利要求1所述的一种石油管道结构件电弧增材制造用原丝，其特征在于，包括按重量百分比计的如下化学成分：C：0.15%，Mn：1.0%，Si：0.13%，P：0.005%，S：0.006%，Cr：1.2%，Mo：0.4%，Ni：1.8%，Cu：0.04%，Ti：0.1%，Fe：95.169%。
3.如权利要求1所述的一种石油管道结构件电弧增材制造用原丝，其特征在于：所述原丝与增材制造专用焊剂EAM F550焊剂匹配进行焊接；其中，EAM F550焊剂包括按重量百分比计的如下组分：MgO 21~29%，CaF2 21~28%，Al2O3 11~20%，ZrO2 3~6%，SiO2 10~16%，CaO 15~21%，Na3AIF6 1~4%，CaCO3 3~6%，氧化钇2~4%，T iO2 2~4%，S≤0.01%，P≤0.01%。
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