CN105543693A - 一种因瓦钢带的深冷轧制方法 - Google Patents

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Abstract

一种因瓦钢带的深冷轧制方法，属于冶金材料技术领域。所述钢带的成分质量百分比为：Ni：35.0～36.5％，C：0.01～0.1％，Mn：0.01～0.05％，P<0.01％，S<0.01％，余量Fe。深冷轧制方法为：(1)真空惰性气体保护下冶炼；(2)浇铸；(3)多道次热轧后水冷；(4)固溶处理；(5)深冷轧制：在每道次轧制前，将轧板置于液氮中冷却后，迅速轧制。本发明的深冷轧制工艺方法不需要改变因瓦钢带的成分，工艺控制简单成本低；本发明的轧制工艺制备的因瓦钢带的抗拉强度达到了1110MPa，与常规冷轧得到的因瓦钢带的抗拉强度810MPa相比，强度得到了明显的提高；本发明解决了现有冷轧工艺生产的因瓦钢位错密度低、形变储能小、再结晶形核点少的技术问题。

Description

一种因瓦钢带的深冷轧制方法
技术领域
本发明属于冶金材料技术领域，特别涉及一种因瓦钢带的深冷轧制方法。
背景技术
因瓦钢(也被称为因瓦合金)是一种Ni溶于Fe基体中形成的面心立方结构金属，钢中Ni含量约为36％。因瓦钢具有优良的低膨胀性能，室温(20℃)至居里温度(230℃)区间内的线性膨胀系数约为1.6×10-6。目前，因瓦钢已经被广泛应用于各种机密仪表、天然气储存罐、荫罩材料、航空航天、船舶制造及精密仪器等领域。
因瓦钢的常规生产工艺流程为真空冶炼→锻造及热轧→固溶处理→冷轧及退火。虽然常规冷轧可以提高因瓦钢的强度，但即使压下率达到90％，因瓦钢的抗拉强度值也达不到900MPa。而深冷轧制因其能够显著的改变材料的显微组织和力学性能而得到越来越多的关注。深冷轧制是将材料置于低于室温的条件下进行冷藏或冷冻，然后对其进行轧制变形。常规的方法是用液氮将试样冷却，然后进行轧制变形。与大塑性变形方法相比，深冷轧制的优点在于能够连续的生产尺寸更大的金属板材，达到相同应变量时所需的载荷更低，并且对加工设备的要求不高，生产过程简单可行，有望直接应用于工业化生产。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种因瓦钢带的深冷轧制方法，通过深冷轧制形成大量位错及马氏体强化相，提高了因瓦钢带的抗拉强度。
本发明的因瓦钢带，成分按质量百分比为：Ni：35.0～36.5％，C：0.01～0.1％，Mn：0.01～0.05％，P＜0.01％，S＜0.01％，余量Fe。
本发明的因瓦钢带的深冷轧制方法，包括冶炼、浇铸、热轧、固溶处理、深冷轧制等步骤，具体如下：
步骤1，冶炼：
将原料按照配比放入真空度为0.5×10-2～0.6×10-2Pa的高频感应加热炉，加热至1500～1550℃，待原料融化为钢液后，冶炼5～10min，通入惰性气体；
步骤2，浇铸：
将钢液浇铸到砂型模中，脱模并清洁铸锭表面；
步骤3，热轧：
将铸锭加热至1200～1250℃，保温2～3h后，放在热轧机上进行开坯处理，初轧温度为1150～1200℃，多道次轧制，总压下率为90％，终轧温度900～960℃，水冷至室温，轧成厚度为6～7mm的热轧板；
步骤4，固溶处理：
将热轧板在800～1150℃固溶处理30～60min，水冷至室温；
步骤5，深冷轧制：
(1)对固溶处理后的热轧板进行剪切，酸洗，并将板面打磨平整；
(2)利用四辊冷轧机进行多道次轧制，每道次轧制之前，将轧板置于液氮中冷却10～15min后，轧板温度为-150～-100℃，迅速取出后马上进行轧制；轧机辊速为0.02～0.06m/s，轧制力为300～400kN，每道次的压下率≤15％，总的压下率为60～90％，得到厚度为0.5～2.5mm的因瓦钢带。
上述步骤1中，惰性气体是指高纯氩气。
上述步骤1中，原材料为因瓦钢，钢的成分除了包含少量的C、S、P等杂质元素外，不添加任何的合金元素，最大程度的保护了因瓦钢的低膨胀性能。
上述步骤3中，加热至1200～1250℃，保温2～3h处理，目的在于减少热轧过程中热轧板裂纹的形成；初轧温度1150～1200℃，终轧温度900～960℃，水冷至室温，目的是为了减小轧制过程中的变形抗力，保证钢在整个热轧过程中发生动态再结晶，确保热轧板保留再结晶的显微组织；轧制总压下率为90％，目的是保证热轧板的厚度达到预期效果。
上述步骤4中，在800～1150℃固溶处理30～60min，水冷至室温，目的是为了使热轧板进行完全再结晶，为深冷轧制工序提供显微组织均匀的材料。
本发明的因瓦钢带的深冷轧制方法与常规冷轧技术相比较，显著提高了因瓦钢带的抗拉强度，因为因瓦钢的层错能较高，常规冷轧产生的位错容易发生动态回复，并且不会形成马氏体强化相；而深冷处理可以显著降低因瓦钢的层错能，阻碍了位错的交滑移，抑制了位错的动态回复，并且在轧制过程中诱发了马氏体相，形成了马氏体强化相，因此深冷轧制工艺制得到的因瓦钢带的抗拉强度可以达到1110MPa。整个轧制工序只需要深冷处理→深冷轧制这样一个循环过程，氮气资源丰富且轧制过程简易；整个过程中不引入任何化学试剂，不会对环境产生污染；本发明不需要向原有的合金中添加其它合金元素，不会对因瓦钢的膨胀性能产生影响；因此本发明具有生产成本低、无污染、易于操作、显著提高轧制因瓦钢带的抗拉强度等优点。
附图说明
图1为本发明实例5制备的因瓦钢带的显微组织的透射电镜照片；
图2为本发明实例5制备的因瓦钢带和常规冷轧制备的因瓦钢带的应力应变曲线图。
具体实施方式
本实施方式采用采用TecnaiG2F20透射电子显微镜观察深冷轧制后的因瓦钢带的显微组织。
本发明实施例中按照GB/T228-2002制成矩形截面标准拉伸试样，在CMT5105-SANS微机控制电子万能实验机上进行室温力学性能测试。
实施例1
因瓦钢带的成分按质量百分比为：Ni：35％，C：0.01～0.1％，Mn：0.01～0.05％，P＜0.01％，S＜0.01％，余量为Fe。
因瓦钢带的深冷轧制方法，包括冶炼、浇铸、热轧、固溶处理、深冷轧制等步骤，具体如下：
步骤1，冶炼：
将原料按照配比放入真空度为0.5×10-2Pa的高频感应加热炉，加热至1500℃，待原料融化为钢液后，冶炼5min，通入惰性气体；
步骤2，浇铸：
将钢液浇铸到砂型模中，脱模并清洁铸锭表面；
步骤3，热轧：
将铸锭加热至1200℃，保温3h后，放在热轧机上进行开坯处理，初轧温度为1150℃，7道次轧制，总压下率为90％，终轧温度930℃，水冷至室温，轧成厚度为7mm的热轧板；
步骤4，固溶处理：
将热轧板在1150℃固溶处理30min，水冷至室温；
步骤5，深冷轧制：
(1)对固溶处理后的热轧板进行剪切，酸洗，去氧化铁皮，并将板面打磨平整；
(2)利用四辊冷轧机进行11道次轧制，每道次轧制之前，将轧板置于液氮中冷却10min后，轧板温度为-150～-100℃，迅速取出后马上进行轧制；轧机辊速为0.02m/s，轧制力为300kN，每道次的压下率≤15％，总的压下率为60％，得到厚度为2.4mm的因瓦钢带。
常规冷轧制备因瓦钢带：除了没有步骤5(2)中“每道次轧制之前，将轧板置于液氮中冷却10min，迅速取出后马上进行轧制”，其他同上述的制备方法，常规冷轧制备出的因瓦钢带的抗拉强度为640MPa。
本实施例获得的因瓦钢带的抗拉强度为830MPa，抗拉强度增加了190MPa。
实施例2
因瓦钢带的成分按质量百分比为：Ni：35.5％，C：0.01～0.1％，Mn：0.01～0.05％，P＜0.01％，S＜0.01％，余量为Fe。
因瓦钢带的深冷轧制方法，包括冶炼、浇铸、热轧、固溶处理、深冷轧制等步骤，具体如下：
步骤1，冶炼：
将原料按照配比放入真空度为0.6×10-2Pa的高频感应加热炉，加热至1500℃，待原料融化为钢液后，冶炼10min，通入惰性气体；
步骤2，浇铸：
将钢液浇铸到砂型模中，脱模并清洁铸锭表面；
步骤3，热轧：
将铸锭加热至1250℃，保温2h后，放在热轧机上进行开坯处理，初轧温度为1200℃，7道次轧制，总压下率为90％，终轧温度900℃，水冷至室温，轧成厚度为6mm的热轧板；
步骤4，固溶处理：
将热轧板在1100℃固溶处理45min，水冷至室温；
步骤5，深冷轧制：
(1)对固溶处理后的热轧板进行剪切，酸洗，去氧化铁皮，并将板面打磨平整；
(2)利用四辊冷轧机进行17道次轧制，每道次轧制之前，将轧板置于液氮中冷却15min后，轧板温度为-150～-100℃，迅速取出后马上进行轧制；轧机辊速为0.06m/s，轧制力为350kN，每道次的压下率≤15％，总的压下率为80％，得到厚度为1.0mm的因瓦钢带。
常规冷轧制备因瓦钢带：除了没有步骤5(2)中“每道次轧制之前，将轧板置于液氮中冷却15min，迅速取出后马上进行轧制”，其他同上述的制备方法，常规冷轧制备出的因瓦钢带的抗拉强度为720MPa。
本实施例获得的因瓦钢带的抗拉强度为890MPa，抗拉强度增加了170MPa。
实施例3
因瓦钢带的成分按质量百分比为：Ni：36％，C：0.01～0.1％，Mn：0.01～0.05％，P＜0.01％，S＜0.01％，余量为Fe。
因瓦钢带的深冷轧制方法，包括冶炼、浇铸、热轧、固溶处理、深冷轧制等步骤，具体如下：
步骤1，冶炼：
将原料按照配比放入真空度为0.6×10-2Pa的高频感应加热炉，加热至1550℃，待原料融化为钢液后，冶炼5min，通入惰性气体；
步骤2，浇铸：
将钢液浇铸到砂型模中，脱模并清洁铸锭表面；
步骤3，热轧：
将铸锭加热至1250℃，保温2.5h后，放在热轧机上进行开坯处理，初轧温度为1200℃，7道次轧制，总压下率为90％，终轧温度960℃，水冷至室温，轧成厚度为6mm的热轧板；
步骤4，固溶处理：
将热轧板在1150℃固溶处理45min，水冷至室温；
步骤5，深冷轧制：
(1)对固溶处理后的热轧板进行剪切，酸洗，去氧化铁皮，并将板面打磨平整；
(2)利用四辊冷轧机进行21道次轧制，每道次轧制之前，将轧板置于液氮中冷却10min后，轧板温度为-150～-100℃，迅速取出后马上进行轧制；轧机辊速为0.06m/s，轧制力为400kN，每道次的压下率≤15％，总的压下率为90％，得到厚度为0.5mm的因瓦钢带。
常规冷轧制备因瓦钢带：除了没有步骤5(2)中“每道次轧制之前，将轧板置于液氮中冷却10min，迅速取出后马上进行轧制”，其他同上述的制备方法，常规冷轧制备出的因瓦钢带的抗拉强度为720MPa。
本实施例获得的因瓦钢带的抗拉强度为890MPa，抗拉强度增加了170MPa。
实施例4
因瓦钢带的成分按质量百分比为：Ni：35.5％，C：0.01～0.1％，Mn：0.01～0.05％，P＜0.01％，S＜0.01％，余量为Fe。
因瓦钢带的深冷轧制方法，包括冶炼、浇铸、热轧、固溶处理、深冷轧制等步骤，具体如下：
步骤1，冶炼：
将原料按照配比放入真空度为0.5×10-2Pa的高频感应加热炉，加热至1550℃，待原料融化为钢液后，冶炼10min，通入惰性气体；
步骤2，浇铸：
将钢液浇铸到砂型模中，脱模并清洁铸锭表面；
步骤3，热轧：
将铸锭加热至1250℃，保温2h后，放在热轧机上进行开坯处理，初轧温度为1150℃，7道次轧制，总压下率为90％，终轧温度960℃，水冷至室温，轧成厚度为6mm的热轧板；
步骤4，固溶处理：
将热轧板在850℃固溶处理30min，水冷至室温；
步骤5，深冷轧制：
(1)对固溶处理后的热轧板进行剪切，酸洗，去氧化铁皮，并将板面打磨平整；
(2)利用四辊冷轧机进行23道次轧制，每道次轧制之前，将轧板置于液氮中冷却15min后，轧板温度为-150～-100℃，迅速取出后马上进行轧制；轧机辊速为0.06m/s，轧制力为400kN，每道次的压下率≤15％，总的压下率为90％，得到厚度为0.5mm的因瓦钢带。
常规冷轧制备因瓦钢带：除了没有步骤5(2)中“每道次轧制之前，将轧板置于液氮中冷却15min，迅速取出后马上进行轧制”，其他同上述的制备方法，常规冷轧制备出的因瓦钢带的抗拉强度为800MPa。
本实施例获得的因瓦钢带的抗拉强度为1050MPa，抗拉强度增加了250MPa。
实施例5
因瓦钢带的成分按质量百分比为：Ni：36.5％，C：0.01～0.1％，Mn：0.01～0.05％，P＜0.01％，S＜0.01％，余量为Fe。
因瓦钢带的深冷轧制方法，包括冶炼、浇铸、热轧、固溶处理、深冷轧制等步骤，具体如下：
步骤1，冶炼：
将原料按照配比放入真空度为0.6×10-2Pa的高频感应加热炉，加热至1500℃，待原料融化为钢液后，冶炼10min，通入惰性气体；
步骤2，浇铸：
将钢液浇铸到砂型模中，脱模并清洁铸锭表面；
步骤3，热轧：
将铸锭加热至1200℃，保温3h后，放在热轧机上进行开坯处理，初轧温度为1150℃，7道次轧制，总压下率为90％，终轧温度930℃，水冷至室温，轧成厚度为7mm的热轧板；
步骤4，固溶处理：
将热轧板在800℃固溶处理30min，水冷至室温；
步骤5，深冷轧制：
(1)对固溶处理后的热轧板进行剪切，酸洗，去氧化铁皮，并将板面打磨平整；
(2)利用四辊冷轧机进行24道次轧制，每道次轧制之前，将轧板置于液氮中冷却15min后，轧板温度为-150～-100℃，迅速取出后马上进行轧制；轧机辊速为0.06m/s，轧制力为400kN，每道次的压下率≤15％，总的压下率为90％，得到厚度为0.6mm的因瓦钢带。
常规冷轧制备因瓦钢带：除了没有步骤5(2)中“每道次轧制之前，将轧板置于液氮中冷却15min，迅速取出后马上进行轧制”，其他同上述的制备方法，常规冷轧制备出的因瓦钢带的抗拉强度为810MPa。
本实施例获得的因瓦钢带的抗拉强度为1100MPa，抗拉强度增加了290MPa。图1为本实施例的因瓦钢带板的显微组织的透射电镜照片，由图可以看出深冷轧制诱发了马氏体相变，马氏体板条的平均厚度为50nm，部分马氏体内含有一定量的位错；图2为本实施例的因瓦钢带和常规冷轧制备的因瓦钢带的应力应变曲线图，由图可以看出深冷轧制得到的因瓦钢带的力学性能明显优于室温轧制工艺，这是深冷轧制过程中形成的马氏体强化相及低位错回复受到抑制共同作用的结果。

Claims (2)

1.一种因瓦钢带的深冷轧制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，冶炼：
将原料按照配比放入真空度为0.5×10-2～0.6×10-2Pa的高频感应加热炉，加热至1500～1550℃，待原料融化为钢液后，冶炼5～10min，通入惰性气体；
步骤2，浇铸：
将钢液浇铸到砂型模中，脱模并清洁铸锭表面；
步骤3，热轧：
将铸锭加热至1200～1250℃，保温2～3h后，放在热轧机上进行开坯处理，初轧温度为1150～1200℃，多道次轧制，总压下率为90％，终轧温度900～960℃，水冷至室温，轧成厚度为6～7mm的热轧板；
步骤4，固溶处理：
将热轧板在800～1150℃固溶处理30～60min，水冷至室温；
步骤5，深冷轧制：
(1)对固溶处理后的热轧板进行剪切，酸洗，并将板面打磨平整；
(2)利用四辊冷轧机进行多道次轧制，每道次轧制之前，将轧板置于液氮中冷却10～15min后，轧板温度为-150～-100℃，迅速取出后马上进行轧制；轧机辊速为0.02～0.06m/s，轧制力为300～400kN，每道次的压下率≤15％，总的压下率为60～90％，得到厚度为0.5～2.5mm的因瓦钢带。
2.根据权利要求1所述的因瓦钢带的深冷轧制方法，其特征在于，所述的惰性气体为高纯氩气。
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