專利名稱：一種鎳鐵精密合金焊絲的制作方法
技術領域：
本發明屬于焊接材料領域，具體涉及一種鎳鐵精密合金焊絲，主要用于鎳鐵系精密合金材料的焊接。
背景技術：
4J36合金是一種低膨脹系數精密合金，對應國外牌號是因瓦(INVAR)合金，具有非常低的膨脹系數。它的應用領域已從傳統的精密量器具領域向電子工業和特殊結構材料領域拓展。4J36合金作為特殊結構材料使用的領域包括液化石油氣儲氣罐、長距離電力傳輸線、大型飛機復合材料的模具等。隨著4J36合金應用領域的擴展，特別是飛機節能減排需求，開始大量采用復合材料制造飛機部件，而作為復合模具材料4J36的焊接應用有了更高的要求。但是，目前通用的做法是將4J36合金拉拔成焊絲進行焊接，由于沒有材料軋制強化過程，同樣成分所得熔敷金屬為奧氏體鑄態組織，具體參見
圖1，與母材相比強度偏低，不能達到4J36焊接的等強匹配原則，遠遠達不到4J36合金的焊接要求。《YB/T5241-2005低膨脹鐵鎳、鐵鎳鈷合金》標準中4J36范疇內的合金成分(重量％ )為:C 彡 0.05 %，Mn0.2 0.6 %，Si ^ 0.3%, S ^ 0.02%, P ^ 0.02%, Ν 35 37%，其余為Fe和不可避免雜質。中國專利CN1743490A公開了一種高強度因瓦合金及其合金線材的生產方法，其以Fe-36Ni合金為基，添加W、V、C元素，具體成分(重量％)為:C0.15 0.4%，Si彡0.6%，Mn ^ 0.8 %, P ^ 0.025 %, S ^ 0.02 %, Ν 34.0 42.0 %，Co 彡 3.5 %，Cr 彡 0.5 %，Cu ^ 0.2%, WL 5 5.0%，V0.3 1.2%，Mo彡0.5%，其余為Fe和不可避免雜質，不含有Ti和Nb。此種絲材通過配合相應的制造工藝，強度可達1200MPa以上，特別適用于電力工業中輸電線應用。中國專利CN1662669A公開了一種低熱膨脹合金薄板及其制造方法，其成分(重量 ％ )為:Ni35 37 %，C0.01 0.07 %, Si ^ 0.3 %, Mn ^ 0.6 %, P ^ 0.01 %,S^0.005%,0.01%,Al ^ 0.1 %，其余為Fe，不含有Ti和Nb，C含量極低。該薄板具有優良的耐沖擊性和磁特性，適用于陰極射線顯像管的蔭罩。中國專利CN1275630A公開了一種高強度低膨脹合金鋼，其化學成分(重量％ )為:C0.15 0.35 %，Ν 32 40 %，Mo0.3 0.95 %，Mn0.1 0.6 %，Si0.15 0.6 %，B0.003 0.15%, Zr0.005 0.01%，其余為Fe，不含有T1、Nb。該合金鋼具有極低的線膨脹系數，25 250°C線膨脹系數也僅在1.2X10_6/°C左右，同樣適用于作為輸電線中高容量、低垂度的鋼芯。
上述中國專利均是通過成分和制造工藝的調整使其具有超高強度，或是具有超低線膨脹系數，或者其它功能特性，以適應各自特定的應用場合，但是，都沒有從焊接角度來考慮材料的應用性。
發明內容
本發明的目的是提供一種鎳鐵精密合金焊絲，可以提高焊縫金屬的抗拉強度，保證焊縫金屬的韌性和低膨脹系數，其熔敷金屬性能指標為:抗拉強度(Rm) > 480MPa，沖擊韌性(Akv2, 200C )彡 50J/cm2，線膨脹系數(20 100°C ) ( 1.2X10-7。。。為達到上述目的，本發明的技術方案是:本發明采用N1-Fe合金系統，在嚴格控制S、P元素含量的基礎上，提高C含量，并適當加入T1、Nb，通過這些元素形成的強化作用提高焊縫金屬抗拉強度，保證韌性和低膨脹系數。具體地，一種鎳鐵精密合金焊絲，其化學成分質量百分比為:C0.1 0.2 %，Mn0.4 0.5%，Si0.2 0.3%，Ni35 37%，Ti0.4 0.5%，Nbl.0 1.2%,S^0.005%,P^0.01%，其余為Fe及不可避免雜質；其中，C/ (Nb+Ti) < 0.2。本發明的成分設計中:C:是金屬強化元素之一，通過提高C含量，一方面能夠提高焊縫金屬的強度，另一方面能夠改善鎳鐵系焊縫金屬的流動性，提高焊縫金屬的浸潤性。但是，過高的C含量會降低焊縫的韌性，同時，會引起線膨脹系數的升高，因此，為了在焊縫強度以及韌性和線膨脹系數之間達到一個平衡，將C含量控制在0.1 0.2%。
Mn:保證焊縫金屬具有一定的強度，同時，Mn可與S和O生成MnS和MnO，具有脫硫和脫氧的作用，降低由S引起的熱裂現象，因此，焊絲成分必須要含一定量的Mn。但是，Mn含量過高會引起焊縫變脆，韌性變差，因此，結合合金設計原則綜合考慮，將Mn含量控制在
0.4 0.5%。S1:是焊絲中的脫氧元素。由于Mn單獨脫氧，生成的MnO密度較大，不易從熔池中浮出，因此，焊絲必須要添加一定的Si元素，與Mn聯合脫氧生成SiO2和MnO復合硅酸鹽(Mn0.SiO2),在熔池中能凝聚成大塊熔渣而浮出，達到良好的脫氧效果。但是，隨著Si含量的增大，容易生成低熔點共晶物導致焊接熱裂紋的產生，為防止Si的低熔點共晶物的產生，必須要控制Si含量在0.2 0.3 %。Ti,Nb:本發明加入一定的T1、Nb，與C形成相應的Nb、Ti碳化物而阻礙晶界遷移，達到細晶強化和碳化物強化作用。但是，過多的T1、Nb含量會導致焊縫的韌性大幅度下降，因此，將Ti含量控制在0.4 0.5% ,Nb含量控制在1.0 1.2%。本發明主要通過C、Nb、Ti元素來達到提高焊絲的抗拉強度，保證焊縫金屬具有低膨脹系數的目的。本發明通過增加4J36合金體系中C含量來提高焊縫金屬強度，但是，隨著C含量的增大，合金的線膨脹系數也會急劇增大。本發明研究發現，當C與其它元素形成碳化物時，能夠降低合金中固溶C含量，從而能夠降低由于C含量的增大而引起的線膨脹系數的增長。因此，本發明將C含量控制在0.1 0.2%，另一方面，為了能夠使絕大多數C元素以碳化物的形態存在，減少固溶C含量，Nb+Ti的添加含量需要滿足C/(Nb+Ti) < 0.2。本發明的鎳鐵精密合金焊絲的化學成分與《YB/T5241-2005低膨脹鐵鎳、鐵鎳鈷合金》標準4J36范疇內的合金成分相比(具體參見表I)，兩者在主要合金體系兀素C含量范圍上具有顯著差別，另外，本發明添加了 T1、Nb元素。表I單位:重量百分比
權利要求
1.一種鎳鐵精密合金焊絲，其化學成分質量百分比為:C0.1 0.2%，Mn0.4 0.5%，Si0.2 0.3%,Ni35 37%，Ti0.4 0.5%, Nbl.0 1.2%，S 彡 0.005%，P 彡 0.01 %，其余為Fe及不可 避免雜質；其中，C/(Nb+Ti) < 0.2。
全文摘要
一種鎳鐵精密合金焊絲，其化學成分質量百分比為C0.1～0.2％，Mn0.4～0.5％，Si0.2～0.3％，Ni35～37％，Ti0.4～0.5％，Nb1.0～1.2％，S≤0.005％，P≤0.01％，其余為Fe及不可避免雜質；其中，C/(Nb+Ti)＜0.2。本發明的鎳鐵精密合金焊絲采用Ni-Fe合金系統，可以提高焊縫金屬的抗拉強度，保證焊縫金屬的韌性和低膨脹系數，其熔敷金屬性能指標為抗拉強度(Rm)≥480MPa，沖擊韌性(AKV2，20℃)50J/cm2，線膨脹系數(20～100℃)≤1.2×10-6/℃，可應用于鎳鐵系精密合金材料的焊接領域。
文檔編號B23K35/34GK103084753SQ201310025160
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月23日 優先權日2013年1月23日
發明者朱雙春, 王寶森, 陸建生 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司