一种高强度因瓦合金及其加工方法技术

本发明专利技术提供了一种高强度因瓦合金，包括按照重量百分比计的如下元素：C 0.02‑0.05％，Si≤0.5％，Mn 0.2‑0.5％，P≤0.02％，S≤0.005％，Mo 0.3～0.8％，Ni 35.5～36.5％，Al 1.3～1.7％，Ti 1.3～1.7％，余量铁和不可避免的杂质。本发明专利技术还提供了高强度因瓦合金的制备方法，包括冶炼、锻造、线材轧制、热处理和冷拔。本发明专利技术的高强度因瓦合金的力学性能满足架空输电线使用要求。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度因瓦合金及其加工方法
本专利技术涉及高强度合金
，具体涉及一种高强度因瓦合金及其加工方法。
技术介绍
因瓦合金由于具有低膨胀系数，广泛应用于航空模具、电子信息等行业，是经济建设和国防军工不可或缺的一类极其重要的材料。但是由于因瓦合金强度低，从而限制其应用领域的进一步拓展。如在电力工业中，采用热膨胀系数小、强度高的因瓦合金作为铝绞线钢芯，可以使架空输电线垂度小，降低材料自重，从而使输电容量进一步提升。但是，目前缺少高强度的因瓦合金，从而阻碍了其进一步的应用。
技术实现思路
本专利技术针对以上需求，提供一种高强度因瓦合金及其加工方法，提出其化学成分控制要求，并提供其加工方法，其力学性能满足架空输电线使用要求。本专利技术的技术方案具体如下：一种高强度因瓦合金，包括按照重量百分比计的如下元素：C0.02～0.05％，Si≤0.5％，Mn0.2～0.5％，P≤0.02％，S≤0.005％，Mo0.3～0.8％，Ni35.5～36.5％，Al1.3～1.7％，Ti1.3～1.7％，余量铁和不可避免的杂质。可选地，Al和Ti的含量满足Al+Ti≥2.8％。可选地，Al和Ti的含量满足Al/Ti＝0.8～1.2。可选地，Mo和C的含量满足Mo/(10×C)≥1。可选地，所述高强度因瓦合金的抗拉强度≥1300Mpa，断后伸长率≥3％。可选地，所述高强度因瓦合金的20～230℃线膨胀系数α≤3.0×10-6(1/℃)，230～290℃线膨胀系数α≤10.8×10-6(1/℃)。一种高强度因瓦合金的制备方法，包括：冶炼、锻造、线材轧制、热处理和冷拔的步骤，在锻造步骤中，坯料加热温度控制在1130～1160℃，终锻温度≥850℃。可选地，，在线材轧制步骤中，坯料加热温度控制在1130～1160℃，吐丝温度≥900℃，穿水冷却，得到轧制线材。可选地，，在热处理步骤中，对轧制线材进行固溶热处理和时效热处理；其中，进行固溶热处理时，固溶热处理温度是1020～1100℃，保温时间是25～40min，然后水冷；进行时效热处理时，时效温度是700～800℃，保温时间是4～8h，然后水冷。可选地，，在冷拔步骤中，冷拔变形量大于50％。相比于现有技术，本专利技术的一种高强度因瓦合金及其加工方法，至少具有如下有益效果：本专利技术通过对因瓦合金元素组成和配比进行优化、调整，使各元素之间产生协调效果。本专利技术对高强度因瓦合金加工方法的工艺参数进行优化。通过元素组成、配比和加工方法的共同作用，从而极大提高了因瓦合金的强度，使其力学性能满足架空输电线使用要求。具体实施方式下面通过具体实施方式对本专利技术做进一步详细说明，但应理解的是，本专利技术的方法并不限于此。除非另有说明，否则本专利技术的方法除下述内容之外，其余均采用本领域的常规方法和装置。除非另有说明，否则本专利技术中涉及的技术术语都具有本领域技术人员通常理解的含义。一方面，本专利技术提供了一种高强度因瓦合金，包括按照重量百分比计的如下元素：C0.02～0.05％，Si≤0.5％，Mn0.2～0.5％，P≤0.02％，S≤0.005％，Mo0.3～0.8％，Ni35.5～36.5％，Al1.3～1.7％，Ti1.3～1.7％，余量铁和不可避免的杂质。优选地，Al和Ti的含量满足Al+Ti≥2.8％、Al/Ti＝0.8～1.2；优选地，Mo和C的含量满足Mo/(10×C)≥1。本专利技术通过对因瓦合金元素组成和配比进行优化、调整，使各元素之间产生协调效果，具体如下：C主要起到固溶强化的作用。当C含量过低时(即低于0.02％)，强化作用不显著。但是，加入的C含量过高(即超过0.05％)，C会与合金中的Ti元素结合形成大量的一次TiC析出物，从而使性能降低。因此，C含量控制在0.02％-0.05％。Si在此合金中属于有害元素，会促进有害相析出。当Si含量大于0.5％时，晶界会析出含Si有害析出相，从而弱化晶界强度，导致开裂。因此，Si含量控制在≤0.5％。Mn的适当添加，起到固溶强化作用，同时改善夹杂物形貌。当Mn含量过低时(即低于0.2％)，强化作用不显著。但是，加入的Mn含量过高(即超过0.5％)，会使合金的热塑性降低，从而引起锻造裂纹。因此，Mn含量控制在0.2％-0.5％。Ni为合金主要合金化元素，起到调节热膨胀系数的作用。Ni只有在接近36％时，合金的热膨胀系数才能达到最低水平。因此，Ni含量控制在35.5％-36.5％。Mo是固溶强化元素，适量添加。但是当小于0.3％时，固溶强化效应不明显，当大于0.8％时，成本增加，并且会形成一些Mo的碳化物，影响加工性能。因此，Mo含量控制在0.3％-0.8％。Al和Ti是最为重要的合金化元素，Al和Ti同时添加，在合金后期时效热处理时会形成大量的Ni3AlTi纳米级析出物，使强度显著提升。合金中Al+Ti≥2.8％，以满足具有一定体积分数的析出物。Al/Ti＝0.8-1.2，以防止析出物形貌发生变化，从而降低其强度。Mo和C的含量满足Mo/(10×C)≥1，能够形成少量纳米级MoC析出物，起到辅助析出强化作用。另一方面，本专利技术提供了一种高强度因瓦合金制备方法，包括：冶炼、锻造、线材轧制、热处理和冷拔。具体地，本专利技术的高强度因瓦合金制备方法包括如下步骤：(1)冶炼冶炼可以采用本领域内的常规方法，本领域技术人员根据实际情况能够合理的选择具体的工艺步骤和参数，此处不做赘述。(2)锻造坯料加热温度控制在1130～1160℃，终锻温度≥850℃。(3)线材轧制将经过锻造的坯料轧制成线材。轧制时，坯料加热温度控制在1130～1160℃，吐丝温度≥900℃，穿水冷却，得到轧制线材。(4)热处理对轧制线材进行固溶+时效热处理。进行固溶热处理时，固溶热处理温度是1020～1100℃，保温时间是25～40min，然后水冷；进行时效热处理时，时效温度是700～800℃，保温时间是4～8h，然后水冷。(5)冷拔在冷拔步骤中，冷拔变形量需大于50％。本专利技术的高强度因瓦合金制备方法除上述工艺步骤和参数之外，其余均采用常规的方法、参数，本领域技术人员根据实际需要能够合理的选择具体的工艺步骤和参数，此处不做赘述。专利技术人通过研究发现，合金在1130～1160℃范围内具有较高热塑性，当温度高于1160℃时，热塑性下降，开始锻造时容易开裂。固溶热处理温度是1020～1100℃，在此区间内，合金的组织静态再结晶发生完全，并且组织均匀。时效温度700～800℃，在此温度区间内，析出物具有最高的体积分数，并且尺寸均为纳米级，析出强化作用显著。冷拔后，因瓦合金的性能：抗拉强度≥1300Mpa，断后伸长率≥3％；20-230℃线膨胀系数α≤3.0×10-6(1/℃)；230-2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度因瓦合金，其特征在于，包括按照重量百分比计的如下元素：C 0.02-0.05％，Si≤0.5％，Mn 0.2-0.5％，P≤0.02％，S≤0.005％，Mo 0.3～0.8％，Ni 35.5～36.5％，Al 1.3～1.7％，Ti 1.3～1.7％，余量铁和不可避免的杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强度因瓦合金，其特征在于，包括按照重量百分比计的如下元素：C0.02-0.05％，Si≤0.5％，Mn0.2-0.5％，P≤0.02％，S≤0.005％，Mo0.3～0.8％，Ni35.5～36.5％，Al1.3～1.7％，Ti1.3～1.7％，余量铁和不可避免的杂质。


2.根据权利要求1所述的高强度因瓦合金，其特征在于，Al和Ti的含量满足Al+Ti≥2.8％。


3.根据权利要求1所述的高强度因瓦合金，其特征在于，Al和Ti的含量满足Al/Ti＝0.8～1.2。


4.根据权利要求1所述的高强度因瓦合金，其特征在于，Mo和C的含量满足Mo/(10×C)≥1。


5.根据权利要求1所述的高强度因瓦合金，其特征在于，所述高强度因瓦合金的抗拉强度≥1300Mpa，断后伸长率≥3％。


6.根据权利要求1所述的高强度因瓦合金，其特征在于，所述高强度因瓦合金的20～230℃线膨胀...

【专利技术属性】
技术研发人员：王岩，韩东，谷宇，曾莉，
申请(专利权)人：山西太钢不锈钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14