一种提高电弧增材制造超级双相不锈钢结构件耐蚀性能的方法

：本发明涉及先进制造，具体涉及一种提高电弧增材制造超级双相不锈钢结构件耐蚀性能的方法。

背景技术

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背景技术：

1、近年来，在海洋工程装备行业快速增长的带动下，海洋工程装备用不锈钢的需求量也逐年上升。其中，超级双相不锈钢(sdss)作为新一代高性能不锈钢，在海洋工程装备的应用中日渐普及。sdss具有更高的合金元素含量，耐点蚀当量大于40，其兼具铁素体钢(fss)良好的力学性能和奥氏体钢(ass)优良的韧性及焊接性，对比同级别的奥氏体不锈钢，其成本更低、综合性能更好，故其应用领域十分广泛，如海洋平台、储油罐、大型船舶、大跨钢桥、近海风力发电基座等。然而超级双相不锈钢合金化程度高，其热加工区域窄，复杂形状的超级双相不锈钢结构件的制造耗时且工艺复杂，产品交付时间长。探索超级双相不锈钢结构件的先进制造工艺刻不容缓。

2、当下，电弧增材制造技术因其沉积速率高、设备成本低、材料利用率高等优势而受到工业制造业的重视，其在大尺寸结构件成形上具有其他增材技术不可比拟的效率与成本优势。根据现有报道，电弧增材制造技术已被尝试应用于超级双相不锈钢结构件的制造研究。然而由于电弧增材制造过程中热输入量大，冷却速率慢，每一层的沉积过程中都会发生重复的热循环、局部微观结构会经历复杂的热效应，这将导致电弧增材制造的超级双相不锈钢中奥氏体含量过多、晶粒粗化和有害脆性二次相的析出，严重影响材料的力学性能和耐蚀性能。针对目前商用的电弧增材制造专用超级双相不锈钢焊丝尚未被研制开发，且开发成本昂贵。能否基于现有商用典型超级双相不锈钢焊丝为增材制造原料，找到进一步提高电弧增材制造超级双相不锈钢结构件耐蚀性能的普适性方法具有重要意义。

3、目前，发明专利zl202110648013.x公开了一种电弧增材用双相不锈钢丝材，由金属粉芯和钢带构成，金属粉芯包括质量分数为55％-90％的铬粉和质量分数0％-5.5％的镍粉，其他组分为余量粉末；还公开了一种双相不锈钢构件，由上述双相不锈钢丝材通过电弧增材工艺得到。该发明提供的电弧增材用双相不锈钢丝材能够直接电弧增材出奥氏体含量在50％左右的，符合标准规定的双相不锈钢构件；不仅使得双相不锈钢构件的耐腐蚀性能大幅提高，而且使得双相不锈钢构件的成本明显降低；同时可以生产制造形状复杂，高强度，高耐蚀的双相不锈钢构件。而cn114101855a公开了一种双相不锈钢的电弧增材制造及测试方法，其使用tig焊枪作为增材制造过程中热源、wf-007a型多功能送丝机以及kuka机器人组成的增材制造实验平台，直径为1.2mm的er2209双相不锈钢作为电弧增材制造熔丝；该发明可将焊道截面尺寸可以进行预测并可视化，有利于对大型构件的制造和修复进行工艺参数设计，减少再加工成本。

4、综合来看，目前已公布的相关发明中，尝试和确认了电弧增材制造技术在双相不锈钢结构件制造领域的应用。但未基于现有商用典型超级双相不锈钢焊丝为增材制造原料，进而提高电弧增材制造超级双相不锈钢结构件耐蚀性能。因此，迫切需要一种高效且便捷的普适方法来实现电弧增材制造双相不锈钢耐蚀性能的优化。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、本发明解决了现有技术存在的问题，提供一种提高电弧增材制造超级双相不锈钢结构件耐蚀性能的方法。本发明通过在超级双相不锈钢结构件电弧增材制造过程中，引入氟化钡、氟化铈等金属氟化物来调控打印件的抗点蚀，抗晶界腐蚀能力，进一步改善电弧增材制造双相不锈钢的耐蚀性能。

2、本发明的目的是提供一种增材制造用涂料，包括氟化钡、氟化铈、氟化镧及酒精凝胶。

3、金属氟化物在增材制造过程中可以进行造气和造渣，从而形成有效的气-渣联合自保护环境，更好地改良增材制造保护氛围。而引入的钡元素、稀土铈元素等与氧、硫等有害杂质元素具有很强的亲和能力，所形成的夹杂物细小且球状分布，降低了夹杂物诱发钢材局部点蚀萌生的危害。此外，部分残留在钢液中的钡、铈等元素是一种强的表面活性元素，能改善晶粒表面能，从而使冷却后钢的组织细化，起到细晶强化的左右。且残留的钡、铈、镧等元素主要存在于晶界和相界面处，改善晶界组织，提高晶格错配程度，进而强化晶界，最终增强抗晶间腐蚀性能，综合改善电弧增材制造超级双相不锈钢的耐腐蚀性能。

4、优选地，所述的氟化钡、氟化铈、氟化镧的质量比为0-0.1:0.1:0-0.1。

5、优选地，所述的氟化钡、氟化铈、氟化镧的质量比为0.01-0.1:0.1:0.01-0.1。

6、优选地，所述的氟化铈与酒精凝胶的质量比为0.1:1-5。

7、本发明还保护上述增材制造用涂料的制备方法，包括如下步骤：将氟化钡、氟化铈、氟化镧及酒精凝胶搅拌混合均匀，制得增材制造用涂料。

8、本发明还保护一种提高电弧增材制造超级双相不锈钢结构件耐蚀性能的方法，包括如下步骤：

9、s1、将增材原料采用基于冷金属过渡焊技术(cmt)加脉冲(p)的电弧增材制造方式进行增材制造；

10、s2、在步骤s1的每层增材制造结束后，层间温度降至100℃-120℃时，将所述的增材制造用涂料均匀涂覆在前道焊道上，使金属氟化物有效附着在前道焊道上；

11、s3、交替进行s1、s2，直至完成双相不锈钢试样的打印为止。

12、优选地，步骤s1所述的增材原料采用er2594超级双相不锈钢焊丝。焊丝直径为1.2mm。

13、优选地，步骤s1所述的增材制造的工艺参数为：焊接电流为170～195a，焊接电压为20～28v，焊接速度为3.5～5.0mm/s，保护气体为98％ar+2％co2，气体流速为20l/min，层间温度控制在100℃以下，扫描方式为多层单道往复扫描，焊枪每次的抬高量为2.5mm。

14、优选地，步骤s2所述的增材制造用涂料使用量按金属氟化物质量计，金属氟化物的添加质量为每层焊道质量的0.008％-0.120％。

15、本发明与现有技术相比，具有如下优点：

16、1、金属氟化物在增材制造过程中可以进行造气和造渣，从而形成有效的气-渣联合自保护环境，更好地改良增材制造保护氛围。

17、2、本发明提出的增材制造用涂料的引入钡元素、稀土铈元素等与氧、硫等有害杂质元素具有很强的亲和能力，所形成的夹杂物细小且球状分布，降低了夹杂物诱发钢材局部点蚀萌生的危害。此外，部分残留在钢液中的钡、铈等元素是一种强的表面活性元素，能改善晶粒表面能，从而使冷却后钢的组织细化，起到细晶强化的左右。且残留的钡、铈、镧等元素主要存在于晶界和相界面处，改善晶界组织，提高晶格错配程度，进而强化晶界，最终增强抗晶间腐蚀性能，综合改善电弧增材制造超级双相不锈钢的耐腐蚀性能。

18、3、本发明提出的提高电弧增材制造超级双相不锈钢结构件耐蚀性能的方法操作简便，节省开发电弧增材制造专用超级双相不锈钢焊丝的研制费用。

技术特征：

1.一种增材制造用涂料，其特征在于，包括氟化钡、氟化铈、氟化镧及酒精凝胶。

2.根据权利要求1所述的增材制造用涂料，其特征在于，所述的氟化钡、氟化铈、氟化镧的质量比为0-0.1:0.1:0-0.1。

3.根据权利要求1或2所述的增材制造用涂料，其特征在于，所述的氟化钡、氟化铈、氟化镧的质量比为0.01-0.1:0.1:0.01-0.1。

4.根据权利要求1-3任一项所述的增材制造用涂料，其特征在于，所述的氟化铈与酒精凝胶的质量比为0.1:1-5。

5.权利要求1或2所述的增材制造用涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将氟化钡、氟化铈、氟化镧及酒精凝胶搅拌混合均匀，制得增材制造用涂料。

6.一种提高电弧增材制造超级双相不锈钢结构件耐蚀性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤s1所述的增材原料采用er2594超级双相不锈钢焊丝。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤s1所述的增材制造的工艺参数为：焊接电流为170～195a，焊接电压为20～28v，焊接速度为3.5～5.0mm/s，保护气体为98％ar+2％co2，气体流速为20l/min，层间温度控制在100℃以下，扫描方式为多层单道往复扫描，焊枪每次的抬高量为2.5mm。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤s2所述的增材制造用涂料使用量按金属氟化物质量计，金属氟化物的添加质量为每层焊道质量的0.008％-0.120％。

技术总结
本发明公开了一种提高电弧增材制造超级双相不锈钢结构件耐蚀性能的方法。该方法，包括如下步骤：S1、将增材原料采用基于冷金属过渡焊技术加脉冲的电弧增材制造方式进行增材制造；S2、在步骤S1的每层增材制造结束后，层间温度降至100℃‑120℃时，将增材制造用涂料均匀涂覆在前道焊道上，使金属氟化物有效附着在前道焊道上；S3、交替进行S1、S2，直至完成双相不锈钢试样的打印为止。本发明通过在超级双相不锈钢结构件电弧增材制造过程中，引入氟化钡、氟化铈等金属氟化物来调控打印件的抗点蚀，抗晶界腐蚀能力，进一步改善电弧增材制造双相不锈钢的耐蚀性能。

技术研发人员：潘琳琳,黄锨航,牛犇,邹晓东,易江龙
受保护的技术使用者：广东省科学院中乌焊接研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13