一种高强度低膨胀系数合金线材及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度低膨胀系数合金线材，其基体为奥氏体，所述奥氏体基体上弥散分布着Ni3(Ti，Al)，所述高强度低膨胀系数合金线材的各化学元素质量百分配比为：C≤0.05％；Si≤0.50％；Mn≤0.60％；Ni：36.0～42.0％；Ti：1.5～3.0％；Al：0.3～1.0％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。相应地，本发明专利技术还公开了该高强度低膨胀系数合金线材的制造方法。本发明专利技术所述的高强度低膨胀系数合金线材的抗拉强度大于等于1500MPa，并且在20～100℃温度范围内，平均线膨胀系数小于等于3.5×10-6/℃。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种合金及其制造方法，尤其涉及一种合金线材及其制造方法。
技术介绍
因瓦合金Fe_36Ni，化学成分为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 %，其余为Fe和不可避免的杂质，是一种低膨胀系数合金，其在20 100°C和20 300°C温度范围内，膨胀系数分别为(1.5X10_6/°C和彡5. 1X10_6/°C。由于非常低的膨胀系数，因瓦合金得到了广泛的应用。例如，可用于制造标准尺、液化天然气船船舱内壁、碳纤维复合材料模具等。但是普通因瓦合金的强度很低，约为400 500MPa，这限制了其在低膨胀结构件中的使用。目前提高因瓦合金强度的主要方法是以Fe_36Ni合金为基体，通过添加碳和碳化 物形成元素实现提高合金强度的目的。例如，添加C和V使合金中析出碳化钒，依靠这种析出强化来提高合金的强度。但是在只添加V的情况下，因瓦合金的强度一般小于llOOMPa，而且塑性和扭转特性均较差。公开号为CN1114366，公开日为1996年I月3日，名称为“高强度超因瓦合金及其生产方法”的中国专利文献，通过添加C和Nb，使FeNi因瓦合金的抗拉强度彡1150MPa。公开号为JP2003082439，公开日为2003年3月19日，名称为“具有良好强度和扭转特性的低膨胀合金线材及其制造方法”(INVAR ALLOY WIRE HAVING EXCELLENT STRENGTHAND TWISTING PROPERTY, ANDPRODUCTI ON METHOD THEREFOR)的日本专利文献公开了一种低膨胀合金线材，其化学成分为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，其余为 Fe 和不可避免的杂质)，该技术方案采用C、Mo、V联合添加，形成弥散型碳化物。该合金在20 230°C内的平均线热膨胀系数< 3. 7X10-6/°C;在230 290°C内平均线热膨胀系数< 10. 8 X 1(T6/°C，抗拉强度彡1300MPa。公开号为CN1743490,公开日为2006年3月8日，名称为“一种高强度因瓦合金及其合金线材的生产方法”的中国专利文献，采用复合碳化物强化的方法，在保持了常规Fe-36Ni因瓦合金的低膨胀特性(在20 240°C内，α彡2. 5 X 1(T7°C ;在20 290°C内，α彡4· 5Χ 10_6/°C )和扭转特性(扭转值彡40)，同时使得合金线材的强度达到了 1300MPa。综上所述，现有高强度因瓦合金线材的强度一般在1300MPa左右。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高强度低膨胀系数合金线材以及其制造方法，旨在在保持较低的膨胀系数的同时，较之现有同类合金线材，提高本专利技术所述的合金线材的强度，从而提高合金线材的使用性能，扩大其使用范围。本专利技术所述的合金线材采用金属间化合物强化和冷变形强化的强化方式，在Fe-36Ni因瓦合金化学成分基础上，通过有效的利用Ti、Al，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的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，有效地解决了因瓦合金线材强度低的问题。根据上述专利技术目的和专利技术构思，本专利技术提供了一种高强度低膨胀系数合金线材，其基体为奥氏体，所述奥氏体基体上弥散分布着Ni3 (Ti，Al)，所述高强度低膨胀系数合金线材的各化学元素质量百分配比为C ( O. 05% ；Si ( O. 50% ；Mn ( O. 60% ；Ni :36. 0 42. 0% ；Ti 1. 5 3. 0% ；A1 :0. 3 I. 0% ;余量为Fe和其他不可避免的杂质。优选地，所述的高强度低膨胀系数合金线材还包括Co :彡4.5wt%，且满足Ni+Co为 39. O 44. 0wt%。优选地，所述的高强度低膨胀系数合金线材还包括质量百分配比为< O. 1%的稀土元素、质量百分配比为彡O. 02%的B以及质量百分配比为彡O. 02%的Ca中的一种或两 种。本技术方案的化学成分设计原理如下本专利技术合金的强化相是弥散分布在奥氏体基体上的Ni3(Ti，Al)，C是析出碳化物所必需的元素，由于C和Ti、Al形成碳化物的温度比析出Ni3(Ti，Al)的温度低，因此，对于本技术方案来说过高的C含量会使Ti、Al先形成碳化物，从而使Ni3(Ti，Al)的析出数量减少，导致合金强化效果降低，且C过高还会造成合金的膨胀系数上升，所以应将C限制在O.05%以下。Si是有效的脱氧剂，但对于本技术方案来说，超过上限的Si会增大合金线材的膨胀系数。Mn是钢的脱氧剂，还可与S结合，以MnS的形态将S固定下来，有利提高热加工性能，但Mn元素对膨胀系数和扭转特性不利，因此，将其规定为< O. 6%。Ni对确保合金线材的低膨胀性能是必需的，将Ni含量控制在36. O 42. 0%范围内，能使合金在添加强化元素的条件下保持因瓦特性，合金膨胀系数较低。本技术方案中，Ti和Al元素的添加主要是为了形成Ni3 (Ti，Al)金属间化合物，以便经过时效引起沉淀强化，Ti含量必须超过1.5%，才能产生Y'相的沉淀。含Ti量较高而含Al量极低的合金析出的相不稳定，会逐步转变成六方点阵的Jl-Ni3Ti, Jl-Ni3Ti会在晶界形成胞状沉淀，降低合金的塑性。但Al含量较高时，会出现Ni2AlTi相，它有较大的聚集长大速度，不能作为沉淀强化相。Al在合金中的作用是稳定Y，相的面心立方点阵结构，稳定沉淀强化效果。然而Ti和Al加入钢中会造成合金膨胀系数的上升。因此，为了在提高合金线材强度的同时还要保证低膨胀系数，专利技术人经过大量试验确定了 Ti、Al的添加量，即Ti在I. 5 3. 0%内、Al在O. 3 I. 0%内。本技术方案中，不可避免的杂质主要是指P和S。由于P在晶界处偏析，造成韧性下降，希望越低越好。而S会使热加工性能下降，因此也希望其含量越低越好。在本技术方案的优选方案中，可以添加Co元素，同时控制Ni+Co的质量百分配比含量在39. O 44. 0%。添加Co可以进一步的降低合金线材的膨胀系数。在本技术方案的优选方案中，可以添加Ca、B、稀土元素中的一种或两种，其作为脱氧元素，有助于提高钢的热加工性能，但同时试验也证明，过度加入对本技术方案的实施效果是不利的。相应地，本专利技术还提供了上述高强度低膨胀系数合金线材的制造方法，其包括下列步骤(I)冶炼、浇铸得到锭子；(2)将锭子锻造为圆棒；(3)将圆棒热轧轧制成盘条；(4)对所述盘条进行第一次冷拉和固溶热处理，所述固溶热处理步骤可在第一次冷拉步骤前进行，也可在完成了第一次冷拉后进行，固溶热处理温度为1000 1150°C，第一次冷拉的变形量为20 75% ;(5)酸洗、剥皮； (6)进行时效热处理，温度为550 750°C ；(7)进行变形量彡55%的第二次冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度低膨胀系数合金线材，其基体为奥氏体，其特征在于，所述奥氏体基体上弥散分布着Ni3(Ti，Al)，所述高强度低膨胀系数合金线材的各化学元素质量百分配比为：C≤0.05％；Si≤0.50％；Mn≤0.60％；Ni：36.0～42.0％；Ti：1.5～3.0％；Al：0.3～1.0％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陆建生，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：