高强度低膨胀的热轧因瓦合金的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种合金，尤其是一种高强度低膨胀的热乳因瓦合金。
【背景技术】
[0002] 含镍质量分数为36%的铁镍合金（又称因瓦合金），低于居里温度可展示出极低的 热膨胀系数，在精密仪器、电子工业、航空航天等领域具有巨大的应用价值，是制作显示器 荫罩、热双金属片、玻璃密封引丝、微波谐振腔、精密激光部件、液态天然气和液态氧储罐等 广品的关键材料。
[0003] 需要指出的是，《YB/T5241-2005低膨胀铁镍、铁镍钴合金》标准中规定4J36范畴 内的合金成分（重量 ％)为：C 彡 0? 05%、Ni 35 ~37%、Mn 0? 2 ~0? 6%、Si 彡 0? 3%、S 彡 0? 02%、 P < 0. 02%，其余为Fe和不可避免杂质。依靠这种化学成分生产出来的4J36合金，室温下 的抗拉强度不足500MPa，长期以来只能作为功能材料使用，难以适合新形势下承担结构材 料作用的性能要求。
[0004] 为了提高因瓦合金的强度指标，目前最为通行的做法是向合金中同时加入碳和碳 化物形成元素，利用碳化物析出强化，实现强度性能的提升。而另一方面，向合金中添加金 属间化合物形成元素，如Ti和A1等，利用金属间化合物Nb 3Al、Nb3Ti对基体的强化作用，提 高合金的强度。
[0005] 中国专利公开说明书CN1275630A公开了一种高强度低膨胀合金钢，其化学成分 质量百分比为：C 0? 15 ~0? 35%，Mn 0? 1 ~0? 6%，Si 0? 15 ~0? 6%，Ni 32 ~40%，M〇 0? 3 ~ 0. 95%，B 0. 003~0. 15%，Zr 0. 005~0. 01%，其余为Fe。其利用Mo2C的析出强化及B对 晶界的强化作用，可使该合金抗拉强度达到1 lOOMPa以上，25~250°C范围内的线膨胀系数 a < 1. 2X10 7。。。
[0006] 中国专利公开说明书CN 100447275C公开了一种高强度因瓦合金及其合金线材 的生产方法，其化学成分质量百分比为：C 0. 15~0. 4%，Si彡0. 6%，Mn彡0. 8%，P彡0. 025%， S 彡 0? 02%，Ni 34. 0 ~42. 0%，Co 彡 3. 5%，Cr 彡 0? 5%，Cu 彡 0? 2%，W 1. 5 ~5. 0%，V 0? 3 ~ 1.2%^〇彡0.5%，其余为？6和不可避免杂质。使用该成分的因瓦合金，充分利用1、￥和此 的微细碳化物，如WC、W 2C、VC、M〇2C等，对奥氏体基体的析出强化作用，再经冷拔工艺加工成 丝材后，其强度可达1200MPa以上。
[0007] 中国专利公告说明书CN 102888557B公开了一种高强度低膨胀系数合金线材及 其制造方法，其化学成分质量百分比为：C彡0. 05%，Si彡0. 5%，Mn彡0. 6%，Ni 36. 0~ 42. 0%，Ti 1. 5 ~3. 0%，A1 0? 3 ~1. 0%，Co 彡 4. 5%，RE 彡 0? 1% 或 B 彡 0? 02% 或 Ca 彡 0? 02%。 该化学成分的因瓦合金，经拉拔处理制成一定直径的线材，充分利用Ni3(Ti，Al)相对奥氏 体基体的弥散强化作用，可使线材的抗拉强度大于等于1500MPa，同时，20~100°C温度范 围内的平均线膨胀系数a彡3. 5 X 10 6/°C。
[0008] 中国专利公开说明书CN 1400330A公开了高强度低膨胀的合金结构钢材料，其 化学成分质量百分比为：C 0? 5~2. 5%，Ni 32~45%，V 1. 2~3. 0%，Cr 0? 5~5. 0%， Si 彡 0? 6%，Mn 彡 2. 0%，Cu 彡 5. 0%，Mg 彡 0? 2%，Ca 彡 0? 01%，RE 彡 0? 2%，Mo、W、Nb、Zr 中的 任意一种元素在0. 5~5. 0%，其余为Fe。该合金材料的抗拉强度大于1200MPa，但线膨胀系 数偏大，a20~麻。彡6.0父10 6/。(：。
[0009] 中国专利公开说明书CN100535164C公开了一种Fe-36Ni为基的合金线材及其制 造方法，其化学成分质量百分比为：C 0. 15~0. 4%，Ni 34~40%，Si彡0. 6%，Mn彡0. 6%，Mo 1. 5 ~4. 0%，Nb 0? 3 ~1. 0%，Co 彡 3. 5%，Cr 彡 0? 49%，P 彡 0? 025%，S 彡 0? 02%，A1 彡 0? 1%， Mg彡0. 01%，B彡0. 01%，Ca彡0. 02%，RE彡0. 1%，其余为Fe和不可避免杂质。其利用Mo2C 和NbC对奥氏体基体的析出强化作用，该成分合金经冷拉拔处理后，可实现合金线材的抗 拉强度大于1300MPa，线膨胀系数a 2。~2就彡3. 0X 10 6/°C〇
[0010] 上述中国专利均采用析出强化结合特殊的制造工艺手段提高因瓦合金的强度，而 且，所用的析出强化相要么是碳化物，要么是金属间化合物。存在单纯的碳化物相析出强化 效果不足的问题，或者利用金属间化合物析出强化过程工艺控制复杂的问题。
【发明内容】
[0011] 本发明要解决的技术问题是提供一种强化效果好、生产工艺简单的高强度低膨胀 的热乳因瓦合金。
[0012] 为解决上述技术问题，本发明成分的重量百分含量为：C 0. 1%~0. 4%、Ni 34%~ 42%、Mo 1. 5% ~5. 5%、N 0. 002% ~0. 03%、A1 0. 015% ~0. 04%、S 彡 0. 005%、P 彡 0. 005% ; 下述成分中的一种或几种：Nb 0. 01%~0. 4%、V 0. 05%~0. 55%、Ti 0. 02%~0. 2% ;其余为 Fe及不可避免杂质。
[0013] 优选的，所述成分含量中，Nb+V+Ti彡0? 55%。
[0014] 优选的，所述成分含量中，（Nb+V+Ti)/N彡3. 0。
[0015] 优选的，所述N含量为0? 004%~0? 02%。
[0016] 优选的，所述Ni含量为38%~40wt%。
[0017] 本发明的成分设计中： c :c是析出碳化物强化相的必需元素，一方面碳含量过多，会提高整体合金的热膨胀 系数，碳含量过低，强化效果不明显；另一方面，碳化物相的析出温度一般较氮化物低许多， 碳含量过高，会减少氮化物析出相的数量，从而在合金基体中溶解过剩的氮，容易产生气 孔，不利于力学性能的稳定。因此，碳含量最好控制在0. 1~0.4%之间。
[0018] Ni :Ni是保证合金具有单一奥氏体基体和低膨胀性能的必需元素，Ni含量控制在 34~42%的范围内，能使合金在添加强化元素的条件下保持低膨胀系数。
[0019] Mo :Mo是形成强碳化物析出相Mo2C的重要元素，由于Mo2C的形成能力较Nb、V、Ti 的碳化物相差，为使Mo的强化作用得到充分体现，Mo的含量应控制在1. 5~5. 5%范围水 平。
[0020] Nb、V、Ti :本发明中添加一定量的Nb、V、Ti，使之与碳在低温条件下形成相应的 NbC、VC和Ti