一种超高强度低膨胀因瓦合金线材及其制造方法，该合金线材成分重量百分比为：C 0.075～0.32％；Si 0.01～0.70％；Mn 0.20～0.60％；P≤0.02％；S≤0.02％；Ni 38.0～43.0％；Mo 1.0～3.0％；V 0.1～1.0％；Al 0.3～1.3％；余量包含Fe和其它不可避免的杂质，杂质元素的总量低于0.05％。该高强度殷瓦合金不仅具备优异的力学性能，其低膨胀性能也保持较优异的性能水平，克服了合金优异力学性能与膨胀性能无法兼具的矛盾；所述高强度殷瓦合金的抗拉强度≥1600MPa，屈服强度≥1000MPa，20～200℃线膨胀系数≤3.5×10<supgt;‑6</supgt;/℃，20～450℃线膨胀系数≤4.5×10<supgt;‑6</supgt;/℃；该高强度殷瓦合金线材可应用于倍容量传输导线。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于精密合金领域，具体涉及一种超高强度低膨胀因瓦合金线材及其制造方法。
技术介绍
1、fe-36ni因瓦合金自1893年专利技术以来，因其超低膨胀系数而闻名于世，其20～100℃和20～300℃膨胀系数分别为≤1.5×10-6/℃和≤5.1×10-6/℃。但其强度很低，仅为400～500mpa，限制了殷瓦合金的推广使用。
2、近年来，高强度且膨胀系数小的因瓦合金日益受到关注。例如，由于殷瓦合金具有极低的膨胀系数(只有普通材料的1/5～1/10)，可用于制造输电线中铝绞线钢芯。这种输电线具有低松弛度的优点，在230℃高温运行时输电线的弧垂小，可使输电容量成倍提高，并可降低铁塔的高度和密度。
3、目前制造高强度因瓦合金的途径有两种。
4、第一种是以fe-36ni合金为基础，通过添加be，利用ni3be金属间化合物强化机制实现合金的强化，该方法的优点是强化效果好(抗拉强度≥1500mpa)，缺点是合金的膨胀系数较高(α20～100℃＝3.5～4×10-6/℃)，合金的马氏体相变点高，不适于在低温下使用，而且添加be元素有剧毒，对环保不利。
5、第二种方法是以fe-36ni合金为基，通过添加碳和碳化物形成元素实现提高合金强度的目的。实现因瓦合金高强度化，又要保持低膨胀系数，意味着可采用的强化手段有限，从技术角度看该项工作是有一定技术难度的。目前工业化应用的高强度殷瓦合金是以碳化物强化型为主，强度级别在1350mpa左右，但仅靠碳化物析出强化进一步提高强度有一定的难度。
>6、中国专利公开号cn102888557a公开了“一种高强度低膨胀系数合金线材及其制造方法”，该专利采用ti、al合金元素联合添加，并将其限制在适当的成分范围内，采用合理的加工工艺，形成弥散分布的ni3(ti，al)强化相，在确保合金线材具有低热膨胀系数的前提下，使得合金线材的抗拉强度达到1500mpa以上，有效地解决了殷瓦合金线材强度低的问题，该合金20～100℃的平均线热膨胀系数α≤3.5×10-6。但该专利技术不含有mo、v等碳化物形成元素，仅通过单一金属间化合物ni3(ti、al)强化，材料强化增量有限；同时ti元素会优先与c元素形成碳化物析出，导致金属间化合物析出含量大大减少，减弱强化效果。7、中国专利公开号cn1743490a公开了“一种高强度因瓦合金及其合金线材制造方法”，该专利通过向合金内添加c、w、v元素，有效利用c、w、v元素对殷瓦合金的强化作用。另通过采用特殊的二次冷加工变形及热处理工艺，保持常规fe-36ni殷瓦合金的低膨胀特性和流转特性，其强度达到1300mpa以上。但仅靠单一类型的碳化物强化，其强度较低。
8、日本专利号jp2003082439(a)专利技术，通过添加c、mo、v元素，形成mo、v弥散型碳化物，使合金线材抗拉强度≥1300mpa。该合金20～230℃的平均线热膨胀系数α≤3.7×10-6。但仅靠单一的碳化物强化，其强度较低，不满足服役环境对殷瓦合金线材对高强度力学性能需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种超高强度低膨胀因瓦合金线材及其制造方法，该高强度殷瓦合金不仅具备优异的力学性能，其低膨胀性能也保持较优异的性能水平，克服了合金优异力学性能与膨胀性能无法兼具的矛盾；所述高强度殷瓦合金的抗拉强度≥1600mpa，屈服强度≥1000mpa，20～200℃线膨胀系数≤3.5×10-6/℃，20～450℃线膨胀系数≤4.5×10-6/℃；该高强度殷瓦合金线材可应用于倍容量传输导线。
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：
3、本专利技术在fe-36ni因瓦合金基础上，通过添加c、mo、v、al等元素，并通过确定c元素与mo、v元素含量关系，保证c元素能够完全以析出相形式析出，并限制al元素与mo、v元素含量关系，防止al元素添加过多，影响合金的膨胀性能，同时保证有金属间化合物充分析出。该合金通过成分合理优化设计，使得合金线材在热处理工艺时可以最大程度析出碳化物和金属间化合物，保证合金具有优异的力学性能，同时使得合金膨胀性能不发生明显恶化。
4、具体的，本专利技术所述的超高强度低膨胀因瓦合金线材，其成分重量百分比为：c0.075～0.32％；si 0.01～0.70％；mn 0.20～0.60％；p≤0.02％；s≤0.02％；ni 38.0～43.0％；mo 1.0～3.0％；v 0.1～1.0％；al 0.3～1.3％；余量包含fe和其它不可避免的杂质，杂质元素的总量低于0.05％，且需要同时满足：
5、0.075％≤c(％)≤0.05×mo％+0.25×v％，
6、0.3％≤al(％)≤0.2×mo％+v％。
7、优选地，mo元素含量为1.8～2.5％，v元素含量为0.3～0.8％。
8、进一步，余量为fe和其它不可避免杂质。
9、本专利技术所述合金时效热处理后基体为奥氏体相和析出相混合物，其中，析出相为碳化物和金属间化合物混合物，且碳化物和金属间化合物体积分数之和≥0.1％。
10、本专利技术所述合金线材的抗拉强度≥1600mpa，屈服强度≥1000mpa，20～200℃线膨胀系数≤3.5×10-6/℃，20～450℃线膨胀系数≤4.5×10-6/℃。
11、本专利技术所述合金线材的成分设计中：
12、c：c元素是形成碳化物强化相必需元素，c元素含量过低，合金力学强化效果不明显；c含量过高，会形成大块状液析碳化物，降低合金强化效果，同时使合金膨胀性能变差。
13、si：si加入合金中起脱氧作用，但si会使材料膨胀系数增加。在保证合金脱氧良好情况下，尽量降低合金中si含量，优选0.01％≤si≤0.70％。
14、mn：mn元素加入合金中既起脱氧作用又起强化作用。增加合金中mn含量，可使合金的强度指标增加，但其含量偏高时会损害其韧性，同时会使合金的膨胀系数升高，但mn含量较低时，合金的脱氧效果较差。为此，优选合金中的mn含量为0.20～0.60％。
15、ni：ni是实现合金低热膨胀特性必不可少的元素，合金中ni含量过高或过低都会使膨胀系数相应增加。同时合金中ni与al含量也有一定关系，合金中的al与ni形成γ＇(ni3al)强化相，为保证膨胀系数，应相应增加合金中的ni以抵消形成γ＇相消耗的ni量。为此，优选合金中ni含量在38.0～43.0％范围。
16、mo：mo是中强碳化物形成元素，能有效提高合金强度，mo含量过低，强化效果不明显；mo含量过高，则容易形成粗大碳化物，恶化合金性能。本专利技术合金中优选mo含量控制在1.0～3.0％范围。
17、v：v是强碳化物形成元素，v与c形成碳化物，起沉淀强化和细化晶粒作用，可提高合金强度和塑性，但是v太高会显著降低合金塑韧性。本专利技术选择v含量控制在0.1～1.0％范围。
18、al：添加al是为了本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超高强度低膨胀因瓦合金线材，其成分重量百分比为：C 0.075～0.32％；Si0.01～0.70％；Mn 0.20～0.60％；P≤0.02％；S≤0.02％；Ni 38.0～43.0％；Mo 1.0～3.0％；V 0.1～1.0％；Al 0.3～1.3％；余量包含Fe和其它不可避免的杂质，杂质元素的总量低于0.05％，且需要同时满足：
2.如权利要求1所述的超高强度低膨胀因瓦合金线材，其特征在于：Mo元素含量为1.8～2.5％，V元素含量为0.3～0.8％。
3.如权利要求1或2所述的超高强度低膨胀因瓦合金线材，其特征在于：余量为Fe和其它不可避免的杂质。
4.如权利要求1所述的超高强度低膨胀因瓦合金线材，其特征在于：合金线材时效热处理后基体为奥氏体相和析出相混合物，其中，析出相为碳化物和金属间化合物混合物，且碳化物和金属间化合物体积分数之和≥0.1％。
5.如权利要求1～4中任何一项所述的超高强度低膨胀因瓦合金线材，其特征在于：所述合金线材的抗拉强度≥1600MPa，屈服强度≥1000MPa，20～200℃线膨胀系数≤3.5×10-6/℃，20～450℃线膨胀系数≤4.5×10-6/℃。
6.如权利要求1～5中任何一项所述的超高强度低膨胀因瓦合金线材的制造方法，其特征是，包括如下步骤：
7.如权利要求6所述的超高强度低膨胀因瓦合金线材的制造方法，其特征是：步骤4)中第一次冷拉速率为1～3m/min，时效温度为550～680℃，保温时间为1～3h。
8.如权利要求6所述的超高强度低膨胀因瓦合金线材的制造方法，其特征是：步骤5)中第二次冷拉速率为2～4m/min。
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【技术特征摘要】
1.一种超高强度低膨胀因瓦合金线材，其成分重量百分比为：c 0.075～0.32％；si0.01～0.70％；mn 0.20～0.60％；p≤0.02％；s≤0.02％；ni 38.0～43.0％；mo 1.0～3.0％；v 0.1～1.0％；al 0.3～1.3％；余量包含fe和其它不可避免的杂质，杂质元素的总量低于0.05％，且需要同时满足：
2.如权利要求1所述的超高强度低膨胀因瓦合金线材，其特征在于：mo元素含量为1.8～2.5％，v元素含量为0.3～0.8％。
3.如权利要求1或2所述的超高强度低膨胀因瓦合金线材，其特征在于：余量为fe和其它不可避免的杂质。
4.如权利要求1所述的超高强度低膨胀因瓦合金线材，其特征在于：合金线材时效热处理后基体为奥氏体相和析出相混合物，其中，析出相为碳...
【专利技术属性】
技术研发人员：田玉新，陆建生，王玉，朱银存，
申请(专利权)人：宝武特种冶金有限公司，
类型：发明
国别省市：
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