CN114107834A - 一种高强铁镍钼合金丝材及其低成本制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高强铁镍钼合金丝材及其低成本制备方法,属于冶金技术领域,所述丝材化学成分及质量百分含量为:C:0.23~0.28%,Ni:35.5~37.2%,Mo:0.30~1.00%,V:0.60~0.90%,N:0.005~0.015%,余量为Fe及不可避免的杂质;其制备方法包括真空熔炼、电渣重熔、锻造、高温固溶处理、低温轧制、时效热处理、剥皮、冷拔工序;所述高温固溶处理工序,固溶处理的温度为1200~1250℃,时间为3~5h。本发明所制备的铁镍钼合金丝材具有高强度、低膨胀系数、高扭转等性能,且生产周期短,生产成本低。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域,具体涉及一种高强铁镍钼合金丝材及其低成本制备方法。
背景技术
高强铁镍钼合金具有机械强度高、塑性好、线膨胀系数低等优势,近年来,在电力传输、能源运输及航空工业领域展现出极大的应用潜力。特别在电力传输领域,高强铁镍钼材料是制备倍容量导线无可替代的关键核心材料。目前铁镍钼常规的强化方式,如固溶强化、加工硬化等,均难以满足铁镍钼丝材高强度、高延伸率的性能要求。
现有技术(如CN 200510029930.0、CN 201110201300.2、CN 201911275204 .5)普遍采用添加单一碳化物形成元素,并结合多道次冷拔加工的方法来提高传统铁镍钼合金丝的强度,这种生产工艺流程为:①冶炼-②电渣-③锻造-④高温热轧盘条-⑤固溶-⑥剥皮-⑦冷拔-⑧时效热处理-⑨二次冷拔的工艺流程。上述工艺制备的高强铁镍钼丝材料,由于加工硬化的作用,会降低最终丝材的塑性、韧性和扭转性能;拉拔后形成的皂化层也会增加后续加工难度;同时,冷拔-中间热处理-二次冷拔也会降低生产的连续性,延长生产周期,增加生产成本。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种高强铁镍钼合金丝材及其低成本制备方法。本发明采取的技术方案是:
一种高强铁镍钼合金丝材,其化学成分组成及质量百分含量为:C:0.23~0.28%,Ni:35.5~37.2%,Mo:0.30~1.00%,V:0.60~0.90%,N:0.005~0.015%,余量为Fe及不可避免的杂质。
所述丝材直径2.0~5.0mm,抗拉强度≥1450MPa,室温~230℃的热膨胀系数≤2.1×10-6/℃,扭转圈数≥110转。
上述高强铁镍钼合金丝材的低成本制备方法,包括真空熔炼、电渣重熔、锻造、高温固溶处理、低温轧制、时效热处理、剥皮、冷拔工序;所述高温固溶处理工序,固溶处理的温度为1200~1250℃,时间为3~5h。
所述锻造工序,锻造成截面尺寸为(130~150)mm×(130~150)mm的方坯。
所述高温固溶处理工序,在氮气保护环境下进行;高温固溶处理后的方坯在加热炉中冷至850~950℃后,再移至炉外水冷至室温。
所述低温轧制工序,开轧温度860~930℃,终轧温度640~730℃,轧后盘条立即水冷至室温;轧后盘条的直径为4.5~6.0mm。
所述时效热处理工序,时效热处理温度500~650℃,时间为0.5~2.5h。
所述冷拔工序,拉拔道次≤4道次。
采用上述技术方案的有益效果在于:
1、使用本发明的成分体系和生产工艺,所制备的铁镍钼合金丝材具有高强度、低膨胀系数、高扭转等性能,抗拉强度≥1450MPa,室温~230℃的热膨胀系数≤2.1×10-6/℃,扭转圈数≥110转;且无Co成分设计,能大幅降低合金原料成本。
2、本发明将现阶段普遍采用的“锻坯轧制+盘条固溶+冷拔+时效处理+二次拉拔”工艺,优化为“锻坯高温固溶处理+低温轧制+时效处理+剥皮+拉拔”的工艺,将固溶处理工艺提前到轧制之前,可大幅度改善高温固溶处理工艺对盘条的氧化。
3、传统丝材的时效退火使用生产周期较长的在线退火,本发明采用低温轧制+盘条时效处理的方式替代传统的冷拔中间态时效退火,可使用离线方式对盘条进行批量化退火处理,可大幅缩短生产周期,降低生产成本。
4、由于本发明中盘条的尺寸为φ4.5~6.0mm,最终冷拔丝规格为φ2.0~5.0mm,时效处理后的盘条,经剥皮和少量道次冷拔(或者不经冷拔)即可直接获得最终冷拔丝规格尺寸,降低丝材的拉拔道次,由此可大幅降低丝材的加工硬化的作用,减少因拉拔引起的丝材塑性、韧性和扭转性能的降低;同时,减少拉拔道次,也可减少拉拔后丝材表面形成的皂化层,降低后续加工难度和生产成本。
5、“盘条时效处理+剥皮+拉拔”工艺替代传统的“冷拔+时效处理+二次拉拔”工艺,可保障生产的连续性,缩短生产周期,降低生产成本。
具体实施方式
实施例1
本实施例高强铁镍钼合金丝材的化学成分组成及质量百分含量见表1。其生产方法包括真空熔炼、电渣重熔、锻造、高温固溶处理、低温轧制、时效热处理、剥皮、冷拔工序。具体工艺步骤如下所述:
将真空熔炼、电渣重熔得到的电渣锭锻造为140mm×140mm的方坯,在氮气保护环境下经过1250℃高温固溶处理3h后,在加热炉中冷至920℃后,移至炉外水冷至室温;将高温固溶处理后方坯轧制为φ5.5mm的盘条,开轧温度为900℃,终轧温度670℃,轧后立即水冷至室温;盘条于620℃时效热处理2h后,进行剥皮处理至φ5.3mm,随后经过2道次冷拉到φ4.0mm,即得高强铁镍钼合金丝材,其力学性能见表2。
实施例2
本实施例高强铁镍钼合金丝材的化学成分组成及质量百分含量见表1。其生产方法包括真空熔炼、电渣重熔、锻造、高温固溶处理、低温轧制、时效热处理、剥皮、冷拔工序。具体工艺步骤如下所述:
将真空熔炼、电渣重熔得到的电渣锭锻造为135mm×135mm的方坯,在氮气保护环境下经过1210℃高温固溶处理3.5h后,在加热炉中冷至900℃后,移至炉外水冷至室温;将高温固溶处理后方坯轧制为φ5.0mm的盘条,开轧温度为890℃,终轧温度700℃,轧后立即水冷至室温;盘条于550℃时效热处理1.5h后,进行剥皮处理至φ4.7mm,随后经过1道次冷拉到φ4.0mm,即得高强铁镍钼合金丝材,其力学性能见表2。
实施例3
本实施例高强铁镍钼合金丝材的化学成分组成及质量百分含量见表1。其生产方法包括真空熔炼、电渣重熔、锻造、高温固溶处理、低温轧制、时效热处理、剥皮、冷拔工序。具体工艺步骤如下所述:
将真空熔炼、电渣重熔得到的电渣锭锻造为145mm×145mm的方坯,在氮气保护环境下经过1230℃高温固溶处理4h后,在加热炉中冷至870℃后,移至炉外水冷至室温;将高温固溶处理后方坯轧制为φ4.5mm的盘条,开轧温度为920℃,终轧温度700℃,轧后立即水冷至室温;盘条于580℃时效热处理2.5h后,进行剥皮处理至φ4.3mm,即得高强铁镍钼合金丝材,其力学性能见表2。
实施例4
本实施例高强铁镍钼合金丝材的化学成分组成及质量百分含量见表1。其生产方法包括真空熔炼、电渣重熔、锻造、高温固溶处理、低温轧制、时效热处理、剥皮、冷拔工序。具体工艺步骤如下所述:
将真空熔炼、电渣重熔得到的电渣锭锻造为130mm×130mm的方坯,在氮气保护环境下经过1217℃高温固溶处理5h后,在加热炉中冷至885℃后,移至炉外水冷至室温;将高温固溶处理后方坯轧制为φ5.3mm的盘条,开轧温度为870℃,终轧温度655℃,轧后立即水冷至室温;盘条于650℃时效热处理1h后,进行剥皮处理至φ5.0mm,即得高强铁镍钼合金丝材,其力学性能见表2。
实施例5
本实施例高强铁镍钼合金丝材的化学成分组成及质量百分含量见表1。其生产方法包括真空熔炼、电渣重熔、锻造、高温固溶处理、低温轧制、时效热处理、剥皮、冷拔工序。具体工艺步骤如下所述:
将真空熔炼、电渣重熔得到的电渣锭锻造为145mm×145mm的方坯,在氮气保护环境下经过1200℃高温固溶处理4.5h后,在加热炉中冷至860℃后,移至炉外水冷至室温;将高温固溶处理后方坯轧制为φ6.0mm的盘条,开轧温度为930℃,终轧温度716℃,轧后立即水冷至室温;盘条于637℃时效热处理100min后,进行剥皮处理至φ5.7mm,随后经过1道次冷拉到φ4.8mm,即得高强铁镍钼合金丝材,其力学性能见表2。
实施例6
本实施例高强铁镍钼合金丝材的化学成分组成及质量百分含量见表1。其生产方法包括真空熔炼、电渣重熔、锻造、高温固溶处理、低温轧制、时效热处理、剥皮、冷拔工序。具体工艺步骤如下所述:
将真空熔炼、电渣重熔得到的电渣锭锻造为150mm×150mm的方坯,在氮气保护环境下经过1223℃高温固溶处理250min后,在加热炉中冷至950℃后,移至炉外水冷至室温;将高温固溶处理后方坯轧制为φ5.6mm的盘条,开轧温度为905℃,终轧温度688℃,轧后立即水冷至室温;盘条于500℃时效热处理2h后,进行剥皮处理至φ5.4mm,随后经过3道次冷拉到φ3.5mm,即得高强铁镍钼合金丝材,其力学性能见表2。
实施例7
本实施例高强铁镍钼合金丝材的化学成分组成及质量百分含量见表1。其生产方法包括真空熔炼、电渣重熔、锻造、高温固溶处理、低温轧制、时效热处理、剥皮、冷拔工序。具体工艺步骤如下所述:
将真空熔炼、电渣重熔得到的电渣锭锻造为140mm×140mm的方坯,在氮气保护环境下经过1245℃高温固溶处理200min后,在加热炉中冷至938℃后,移至炉外水冷至室温;将高温固溶处理后方坯轧制为φ5.8mm的盘条,开轧温度为860℃,终轧温度640℃,轧后立即水冷至室温;盘条于535℃时效热处理0.5h后,进行剥皮处理至φ5.5mm,随后经过4道次冷拉到φ2.7mm,即得高强铁镍钼合金丝材,其力学性能见表2。
实施例8
本实施例高强铁镍钼合金丝材的化学成分组成及质量百分含量见表1。其生产方法包括真空熔炼、电渣重熔、锻造、高温固溶处理、低温轧制、时效热处理、剥皮、冷拔工序。具体工艺步骤如下所述:
将真空熔炼、电渣重熔得到的电渣锭锻造为135mm×135mm的方坯,在氮气保护环境下经过1237℃高温固溶处理4h后,在加热炉中冷至850℃后,移至炉外水冷至室温;将高温固溶处理后方坯轧制为φ4.8mm的盘条,开轧温度为882℃,终轧温度730℃,轧后立即水冷至室温;盘条于510℃时效热处理50min后,进行剥皮处理至φ4.4mm,随后经过4道次冷拉到φ2.0mm,即得高强铁镍钼合金丝材,其力学性能见表2。
表1. 各实施例铁镍钼合金丝材的化学成分及含量(wt%)
表1中,余量为Fe及不可避免的杂质。
表2. 各实施例铁镍钼合金丝材的力学性能
Claims (10)
1.一种高强铁镍钼合金丝材,其特征在于,其化学成分组成及质量百分含量为:C:0.23~0.28%,Ni:35.5~37.2%,Mo:0.30~1.00%,V:0.60~0.90%,N:0.005~0.015%,余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高强铁镍钼合金丝材,其特征在于,所述丝材直径2.0~5.0mm,抗拉强度≥1450MPa,室温~230℃的热膨胀系数≤2.1×10-6/℃,扭转圈数≥110转。
3.基于权利要求1或2所述的高强铁镍钼合金丝材的低成本制备方法,其特征在于,包括真空熔炼、电渣重熔、锻造、高温固溶处理、低温轧制、时效热处理、剥皮、冷拔工序;所述高温固溶处理工序,固溶处理的温度为1200~1250℃,时间为3~5h。
4.根据权利要求3所述的高强铁镍钼合金丝材的低成本制备方法,其特征在于,所述锻造工序,锻造成截面尺寸为(130~150)mm×(130~150)mm的方坯。
5.根据权利要求4所述的高强铁镍钼合金丝材的低成本制备方法,其特征在于,所述高温固溶处理工序,在氮气保护环境下进行。
6.根据权利要求5所述的高强铁镍钼合金丝材的低成本制备方法,其特征在于,高温固溶处理后的方坯在加热炉中冷至850~950℃后,再移至炉外水冷至室温。
7.根据权利要求6所述的高强铁镍钼合金丝材的低成本制备方法,其特征在于,所述低温轧制工序,开轧温度860~930℃,终轧温度640~730℃,轧后盘条立即水冷至室温。
8.根据权利要求7所述的高强铁镍钼合金丝材的低成本制备方法,其特征在于,轧后盘条的直径为4.5~6.0mm。
9.根据权利要求1-8任一项所述的高强铁镍钼合金丝材的低成本制备方法,其特征在于,所述时效热处理工序,时效热处理温度500~650℃,时间为0.5~2.5h。
10.根据权利要求9所述的高强铁镍钼合金丝材的低成本制备方法,其特征在于,所述冷拔工序,拉拔道次≤4道次。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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