一種高強度低膨脹系數合金線材及其制造方法技術

本發明專利技術公開了一種高強度低膨脹系數合金線材，其基體為奧氏體，所述奧氏體基體上彌散分布著Ni3(Ti，Al)，所述高強度低膨脹系數合金線材的各化學元素質量百分配比為：C≤0.05％；Si≤0.50％；Mn≤0.60％；Ni：36.0～42.0％；Ti：1.5～3.0％；Al：0.3～1.0％；余量為Fe和其他不可避免的雜質。相應地，本發明專利技術還公開了該高強度低膨脹系數合金線材的制造方法。本發明專利技術所述的高強度低膨脹系數合金線材的抗拉強度大于等于1500MPa，并且在20～100℃溫度范圍內，平均線膨脹系數小于等于3.5×10-6/℃。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種合金及其制造方法，尤其涉及一種合金線材及其制造方法。
技術介紹
因瓦合金Fe_36Ni，化學成分為C 彡 O. 05 %，Si 彡 O. 20 %，P 彡 O. 020 %，S彡O. 020 %, Ni 35. 7 37. O %, Mn 0. 20 O. 60 %，其余為Fe和不可避免的雜質，是一種低膨脹系數合金，其在20 100°C和20 300°C溫度范圍內，膨脹系數分別為(1.5X10_6/°C和彡5. 1X10_6/°C。由于非常低的膨脹系數，因瓦合金得到了廣泛的應用。例如，可用于制造標準尺、液化天然氣船船艙內壁、碳纖維復合材料模具等。但是普通因瓦合金的強度很低，約為400 500MPa，這限制了其在低膨脹結構件中的使用。目前提高因瓦合金強度的主要方法是以Fe_36Ni合金為基體，通過添加碳和碳化 物形成元素實現提高合金強度的目的。例如，添加C和V使合金中析出碳化釩，依靠這種析出強化來提高合金的強度。但是在只添加V的情況下，因瓦合金的強度一般小于llOOMPa，而且塑性和扭轉特性均較差。公開號為CN1114366，公開日為1996年I月3日，名稱為“高強度超因瓦合金及其生產方法”的中國專利文獻，通過添加C和Nb，使FeNi因瓦合金的抗拉強度彡1150MPa。公開號為JP2003082439，公開日為2003年3月19日，名稱為“具有良好強度和扭轉特性的低膨脹合金線材及其制造方法”(INVAR ALLOY WIRE HAVING EXCELLENT STRENGTHAND TWISTING PROPERTY, ANDPRODUCTI ON METHOD THEREFOR)的日本專利文獻公開了一種低膨脹合金線材，其化學成分為C :0· 20 0. 40%，Si彡0. 8%，Mn彡I. 0%，P彡0. 050%，Mo :1. 5 6. 0%,V 0. 05 I. 0%,Mo/V 彡 I. O 且(0. 3Mo+V)彡 4C，其余為 Fe 和不可避免的雜質)，該技術方案采用C、Mo、V聯合添加，形成彌散型碳化物。該合金在20 230°C內的平均線熱膨脹系數< 3. 7X10-6/°C;在230 290°C內平均線熱膨脹系數< 10. 8 X 1(T6/°C，抗拉強度彡1300MPa。公開號為CN1743490,公開日為2006年3月8日，名稱為“一種高強度因瓦合金及其合金線材的生產方法”的中國專利文獻，采用復合碳化物強化的方法，在保持了常規Fe-36Ni因瓦合金的低膨脹特性(在20 240°C內，α彡2. 5 X 1(T7°C ;在20 290°C內，α彡4· 5Χ 10_6/°C )和扭轉特性(扭轉值彡40)，同時使得合金線材的強度達到了 1300MPa。綜上所述，現有高強度因瓦合金線材的強度一般在1300MPa左右。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種高強度低膨脹系數合金線材以及其制造方法，旨在在保持較低的膨脹系數的同時，較之現有同類合金線材，提高本專利技術所述的合金線材的強度，從而提高合金線材的使用性能，擴大其使用范圍。本專利技術所述的合金線材采用金屬間化合物強化和冷變形強化的強化方式，在Fe-36Ni因瓦合金化學成分基礎上，通過有效的利用Ti、Al，并將其限制在適當的成分范圍內，采用合理的加工工藝，形成彌散分布的Ni3(Ti，Al)強化相，在確保合金線材具有低的熱膨脹系數的前提下，使得合金線材的抗拉強度達到1500MPa以上，有效地解決了因瓦合金線材強度低的問題。根據上述專利技術目的和專利技術構思，本專利技術提供了一種高強度低膨脹系數合金線材，其基體為奧氏體，所述奧氏體基體上彌散分布著Ni3 (Ti，Al)，所述高強度低膨脹系數合金線材的各化學元素質量百分配比為C ( O. 05% ；Si ( O. 50% ；Mn ( O. 60% ；Ni :36. 0 42. 0% ；Ti 1. 5 3. 0% ；A1 :0. 3 I. 0% ;余量為Fe和其他不可避免的雜質。優選地，所述的高強度低膨脹系數合金線材還包括Co :彡4.5wt%，且滿足Ni+Co為 39. O 44. 0wt%。優選地，所述的高強度低膨脹系數合金線材還包括質量百分配比為< O. 1%的稀土元素、質量百分配比為彡O. 02%的B以及質量百分配比為彡O. 02%的Ca中的一種或兩 種。本技術方案的化學成分設計原理如下本專利技術合金的強化相是彌散分布在奧氏體基體上的Ni3(Ti，Al)，C是析出碳化物所必需的元素，由于C和Ti、Al形成碳化物的溫度比析出Ni3(Ti，Al)的溫度低，因此，對于本技術方案來說過高的C含量會使Ti、Al先形成碳化物，從而使Ni3(Ti，Al)的析出數量減少，導致合金強化效果降低，且C過高還會造成合金的膨脹系數上升，所以應將C限制在O.05%以下。Si是有效的脫氧劑，但對于本技術方案來說，超過上限的Si會增大合金線材的膨脹系數。Mn是鋼的脫氧劑，還可與S結合，以MnS的形態將S固定下來，有利提高熱加工性能，但Mn元素對膨脹系數和扭轉特性不利，因此，將其規定為< O. 6%。Ni對確保合金線材的低膨脹性能是必需的，將Ni含量控制在36. O 42. 0%范圍內，能使合金在添加強化元素的條件下保持因瓦特性，合金膨脹系數較低。本技術方案中，Ti和Al元素的添加主要是為了形成Ni3 (Ti，Al)金屬間化合物，以便經過時效引起沉淀強化，Ti含量必須超過1.5%，才能產生Y'相的沉淀。含Ti量較高而含Al量極低的合金析出的相不穩定，會逐步轉變成六方點陣的Jl-Ni3Ti, Jl-Ni3Ti會在晶界形成胞狀沉淀，降低合金的塑性。但Al含量較高時，會出現Ni2AlTi相，它有較大的聚集長大速度，不能作為沉淀強化相。Al在合金中的作用是穩定Y，相的面心立方點陣結構，穩定沉淀強化效果。然而Ti和Al加入鋼中會造成合金膨脹系數的上升。因此，為了在提高合金線材強度的同時還要保證低膨脹系數，專利技術人經過大量試驗確定了 Ti、Al的添加量，即Ti在I. 5 3. 0%內、Al在O. 3 I. 0%內。本技術方案中，不可避免的雜質主要是指P和S。由于P在晶界處偏析，造成韌性下降，希望越低越好。而S會使熱加工性能下降，因此也希望其含量越低越好。在本技術方案的優選方案中，可以添加Co元素，同時控制Ni+Co的質量百分配比含量在39. O 44. 0%。添加Co可以進一步的降低合金線材的膨脹系數。在本技術方案的優選方案中，可以添加Ca、B、稀土元素中的一種或兩種，其作為脫氧元素，有助于提高鋼的熱加工性能，但同時試驗也證明，過度加入對本技術方案的實施效果是不利的。相應地，本專利技術還提供了上述高強度低膨脹系數合金線材的制造方法，其包括下列步驟(I)冶煉、澆鑄得到錠子；(2)將錠子鍛造為圓棒；(3)將圓棒熱軋軋制成盤條；(4)對所述盤條進行第一次冷拉和固溶熱處理，所述固溶熱處理步驟可在第一次冷拉步驟前進行，也可在完成了第一次冷拉后進行，固溶熱處理溫度為1000 1150°C，第一次冷拉的變形量為20 75% ;(5)酸洗、剝皮； (6)進行時效熱處理，溫度為550 750°C ；(7)進行變形量彡55%的第二次冷本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高強度低膨脹系數合金線材，其基體為奧氏體，其特征在于，所述奧氏體基體上彌散分布著Ni3(Ti，Al)，所述高強度低膨脹系數合金線材的各化學元素質量百分配比為：C≤0.05％；Si≤0.50％；Mn≤0.60％；Ni：36.0～42.0％；Ti：1.5～3.0％；Al：0.3～1.0％；余量為Fe和其他不可避免的雜質。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陸建生，
申請(專利權)人：寶山鋼鐵股份有限公司，
類型：發明
國別省市：