[发明专利]用于Fe‑36Ni合金的焊丝

说明书

技术领域

本发明涉及用于对部件的多个部分进行焊接的焊丝，所述部分具有以下组成：

35.0wt％≤Ni≤37.0wt％，

痕量≤C≤0.10wt％，

痕量≤Mn≤0.60wt％，

痕量≤P≤0.025wt％，

痕量≤S≤0.025wt％，

痕量≤Si≤0.35wt％，

痕量≤Cr≤0.50wt％，

痕量≤Mo≤0.50wt％，

痕量≤Co≤0.50wt％，

余量由铁和生产中所带来的不可避免的杂质组成。

该组成对应于Fe-36Ni合金的标准限定。

背景技术

Fe-36Ni合金，诸如M93为具有低的热膨胀系数的合金，这就使得该合金尤其在输送低温液体中非常具有优势。

在这种应用中，通过焊接来组装Fe-36Ni元件。

当在加压容器(例如，用于输送低温液体的管或用于接收低温液体的罐)中使用Fe-36Ni合金元件的组件时，理想的是，这些组件满足名称为ASME(美国机械工程师学会)的锅炉和压力容器规范的焊缝和钎焊标准的评定第IX节中设定的标准。

具体地，该标准要求焊接接缝(solder joint)的机械性质，尤其是破裂强度(Rm)大于或等于制成由该焊接接缝组装的元件的基础金属的破裂强度，从而能够基于基础金属的性质，而不是基于焊接接缝的性质来定制该组件。

本领域技术人员将该性质描述为机械性质的“过度匹配(overmatching)”。如果在垂直于焊接接缝的测试片上进行的牵引测试中，在基础金属上出现破裂，而焊接接缝上并没有出现破裂，则认为是令人满意的。

在该情况下，基础金属为Fe-36Ni合金。因此，如果焊接接缝的机械性质优于或等于Fe-36Ni合金的机械性质，则将满足过度匹配机械性质的条件。

通常，焊缝的晶粒在尺寸上大于基础金属的晶粒，这尤其归因于获得焊缝和基础金属的相应过程。因此，同质焊缝，即，利用具有与基础金属的化学组成相同的焊丝形成的焊缝通常并不满足过度匹配的条件。

与同质焊缝相比，为了改善焊缝的机械性质，已经考虑了通过加入合金化元素(诸如铌)来使构成焊丝的合金硬化，这些合金化元素导致合金的固溶体硬化。

例如，包括36％镍、1.6％铌和0.4％锰的铁基焊丝是已知的。在这些焊丝中，加入铌以用于其固溶体硬化效应，并且加入锰以捕获硫并且改善抗凝固性和再加热裂纹性。

然而，本发明的发明人已经发现，当将Fe-36Ni合金部件焊接在一起时，这种焊丝并不是完全令人满意的。

事实上，发明人发现，铌的加入确实在室温下改善了Fe-36Ni合金制成的元件之间焊缝的机械性质(尤其是它们的耐牵引性)的同时，但劣化了焊缝的其它性质。具体地，由此所得到的焊缝是易碎的。从而，发明人进行的实验表明：在-196℃下，通过冲击试验(KCV)测量，该焊缝延展性比基础金属的延展性小80wt％。

此外，发明人还发现当变形时，与基础金属相比，这些焊接接缝对马氏体转化更敏感。铁-镍合金中的马氏体晶岛的存在大大地加速了点蚀速度。因此，其增加了低温温度下的膨胀系数。因此，与基础金属相比，低温温度下变形的 焊接接缝将产生劣化的性质。这种情况(在发生事故时是可想到的)在加压容器领域中，特别是用于传输或储存的液化天然气的那些加压容器尤其是不能接受的。

本发明的一个目的是提供一种焊丝，该焊丝适用于生产Fe-36Ni合金的焊接组件，其满足焊缝的机械性质与Fe-36Ni合金过度匹配的条件，并且在涉及加压容器的应用中的额外地提供了较高的安全性。

发明内容

为此，本发明涉及一种如上所述的焊丝，所述焊丝由合金制成，所述合金包括：

38.6wt％≤Ni+Co≤45.0wt％，

痕量≤Co≤0.50wt％，

当38.6wt％≤Ni+Co≤40.33wt％时，2.25wt％≤Ti+Nb≤0.8667×(Ni+Co)-31.20wt％，

当40.33wt％≤Ni+Co≤41.4wt％时，2.25wt％≤Ti+Nb≤3.75wt％，

当41.4wt％≤Ni+Co≤45.0wt％时，0.4167×(Ni+Co)-15.0wt％≤Ti+Nb≤3.75wt％；

痕量≤Nb≤0.50wt％；

0.01wt％≤Mn≤0.30wt％；

0.01wt％≤Si≤0.25wt％；