一種碳化物增強型因瓦合金線材及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于金屬功能材料技術領域，具體設及一種碳化物增強型因瓦合金線材及 其制備方法。
【背景技術】
[0002] 含儀質量分數為36%的鐵儀合金(又稱因瓦合金），低于居里溫度可展示出極低的 熱膨脹系數，在精密儀器、電子工業、航空航天等領域具有巨大的應用價值，是制作顯示器 蔭罩、熱雙金屬片、玻璃密封引絲、微波諧振腔、精密激光部件、液態天然氣和液態氧儲罐等 產品的關鍵材料。
[0003] 需要指出的是，《YB/T5241-2005低膨脹鐵儀、鐵儀鉆合金》標準中規定4J36范疇內 的合金成分（重量％)為：C < 0.05〇/〇，Ni : 35~37〇/〇，Μη: 0.2~0.6〇/〇，Si < 0.3〇/〇，S < 0.02〇/〇，P < 0.02%，其余為Fe和不可避免雜質。依靠運種化學成分生產出來的4J36合金，室溫下的抗拉 強度不足500MPa，長期W來只能作為功能材料使用，難W適合新形勢下承擔結構材料作用 的性能要求。
[0004] 近年來，隨著電力行業對大容量輸電導線的迫切需求，極大地推動了 W因瓦合金 (又稱殷鋼)為核屯、元件的侶包殷鋼忍超耐熱侶合金絞線(倍容量導線）的大力發展。與此同 時，常規Fe-36Ni因瓦合金(4J36)經冶煉、鍛造、熱社盤條、冷拔等工藝處理后，其線材強度 仍不能超過lOOOMPa，難W滿足運一特殊產品對因瓦合金力學性能的苛刻要求。正是基于運 一技術背景，研究高強度因瓦合金并制備滿足倍容量導線產品使用的高強度因瓦合金線 材，越來越受到研究機構和企業的重視。
[000引目前，研制高強度因瓦合金線材的通常做法是，WFe-36化合金為基體，同時添加 碳及碳化物形成元素實現提高合金強度的目的，并經冷加工處理，最終的線材產品的抗拉 強度一般在1300MPa左右;如果希望進一步提高材料的抗拉強度，則需要利用金屬間化合物 強化技術，此時，因瓦合金線材的抗拉強度可達到1500MPaW上。例如： 授權專利號化200510029930.0,授權時間2008年12月31號，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，通過向Fe-36Ni合金基體中同時加入W、V 及少量Mo運樣的碳化物形成元素，采用復合碳化物強化的方法，經冷加工處理后，該因瓦合 金線材的抗拉強度> 1300MPa，而線膨脹系數口20^240。仁< 2.5 X 1(TV°C ; 授權專利號ZL 200610117443.4，授權時間2009年9月2日，名稱為"一種化-36化為基的 合金線材及其制造方法"，通過向基體中同時添加 Mo和Nb碳化物形成元素，同樣是利用復合 碳化物強化的技術思路，該合金線材經冷拉拔處理后，可實現抗拉強度^ 1300MPa，線膨脹 系數日20~230°C。. 0 X 10 。
[0006] 授權專利號化201110201300.2,授權時間2014年10月29日，名稱為"一種高強度 低膨脹系數合金線材及其制造方法"，利用Ni3(Ti，Al)相對奧氏體基體的彌散強化作用，經 冷拉處理后的線材抗拉強度> 1500MPa，同時，20~100°C溫度范圍內的平均線膨脹系數口< 3.5X10-6/°C。
[0007] 上述中國專利要么采用碳化物復合析出強化，要么采用金屬間化合物析出強化， 并經冷加工處理，可使因瓦合金線材的抗拉強度達到1300MPaW上。而對于某些對強度指標 要求不是特別高的產品，如何將因瓦合金線材的抗拉強度控制在lOOOMPaW上，研究文獻關 注地較少。
【發明內容】
[0008] 本發明的目的是提供一種碳化物增強型因瓦合金線材及其制備方法，尤其指作為 倍容量輸電導線承力鋼忍的高強度因瓦合金線材。本發明WFe-36Ni為基體，嚴格控制S、P 元素含量，通過單獨添加齡、吐、11、抓、胖、￥元素的一種，使該合金線材的強度在10001化^ 上，但不超過1200MPa。
[0009] 本發明采用的技術方案如下：一種碳化物增強型因瓦合金線材，所述因瓦合金線 材化學成分及質量百分比為：C: 0.05~0.2〇/〇，Ni : ：34~38〇/〇, S < 0.005〇/〇，P < 0.005〇/〇，Al: 0.015~0.04%，碳化物形成元素:0.1~3.5%，其余為化及不可避免雜質。
[0010] 本發明所述的碳化物形成元素及化學重量百分比為Mo:0.5~2.5%。
[0011] 本發明所述的碳化物形成元素及化學重量百分比為化:1.5~3.5%。
[0012] 本發明所述的碳化物形成元素及化學重量百分比為佩:0.2~0.8%。
[0013] 本發明所述的碳化物形成元素及化學重量百分比為Ti:0.1~0.5%。
[0014] 本發明所述的碳化物形成元素及化學重量百分比為V:0.15~0.85%。
[0015] 本發明所述的碳化物形成元素及化學重量百分比為W:0.35~1.05%。
[0016] 本發明還提供一種如上述的一種碳化物增強型因瓦合金線材的制備方法，具體步 驟如下： (1) 將所述合金成分經真空烙煉爐冶煉、誘注成鑄錠； (2) 將鑄錠加熱至1200~1300°C，保溫3~化，鍛造成圓棒； (3) 將圓棒熱社成Φ6~10mm盤條； (4) 盤條經1100~1200°C的固溶處理，再進行50~80%變形量的冷加工處理成線材； 巧)將合金線材置入酸洗液中進行表面氧化皮的酸洗處理； (6)進一步在精整機上進行線材表面精整工序，得到所述碳化物增強型因瓦合金線材。
[0017] 本發明所述步驟(4)中的線材進行時效處理，所述的時效處理步驟可在冷加工步 驟之前進行，也可在冷加工步驟之后進行，時效溫度為600~700°C，時效處理時間為3~化。
[0018] 本發明所述步驟(3)中圓棒熱社過程的初始溫度為1150~1250°C，社制終了溫度 為900 ~1000°C。
[0019] 本發明的工藝原理： 鑄錠進行1200~1300°C，保溫3~化處理，一方面是進行元素均勻化處理，保證合金化 元素在鑄錠中可W均勻分散于奧氏體基體中；另一方面，消除鑄錠中的殘余應力，降低社制 過程鑄錠出現表面開裂的幾率，提高圓棒成材率及改善表面質量；圓棒熱社過程的初始溫 度為1150~1250°C，社制終了溫度為900~1000°C，從而可W避免碳化物在社制盤條過程中 沿奧氏體晶界或在晶粒內部析出；熱社盤條再進行1100~1200°C的固溶處理，是為了使盤 條社制過程析出的少量碳化物得W再次溶入奧氏體基體中，降低奧氏體基體上殘余碳化物 的數量，從而有利于冷拔線材經時效處理后，得W析出大量的碳化物顆粒;為使最終獲得的 合金線材具有較高的機械強度，必須要使采用一次冷拔處理的盤條具有較大的冷加工變形 量，較大的冷加工變形量有利于提高冷拔纖維組織的數量、增加位錯密度，從而保證合金冷 拔絲材的綜合力學性能;選擇的時效處理溫度和時間，既可W保證碳化物能否從奧氏體基 體中充分析出，又有利于控制碳化物析出顆粒的尺寸，不至于引起析出相顆粒的過度長大， 此外，還有利于改善冷拔絲材的塑性，是保證最終合金絲材擁有穩定力學性能的關鍵技術。
[0020] 本發明的成分設計思路如下： C:C是析出碳化物強化相的必需元素，碳含量過多，會提高整體合金的熱膨脹系數，碳 含量過低，強化效果不明顯，經優化計算得到，根據不同的碳化物形成元素添加量，碳含量 的最佳控制范圍應在0.05~0.2%之間。
[0021] Ni :Ni是保證合金具有單一奧氏體基體和低膨脹性能的必需元素，Ni含量控制在 34~38%的范圍內，能使合金在添加強化元素的條件下保持低膨脹系數。
[0022] Mo:Mo是形成強碳化物析出相M02C的重要元素，為使Mo與C充分結合，且強化作用 得到充分體現，Mo的含量應控制在0.5~2.5%范圍水平。
[0023] 化:化是形成Cr23C6析出相的重要元素，因 Cr與C之間的結合強度相對較弱，為使Cr 可W充分析出，化的含量應控制在1.5~3.5%范圍水平。
[0024] Nb:Nb是強碳化物形成元素，NbC在因瓦合金中的強化效果最為明顯，少量的Nb添 加量，即可起到較好的強化作用;但Nb含量過多，不利于固溶析出，不能起到析出強化的作 用，所W，Nb的含量應控制在0.