CN107119234A - 一种因瓦合金带材的细晶强化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种因瓦合金薄带的细晶强化方法，所述因瓦合金的化学成分按质量百分比为：Ni 36％，C 0.01～0.1％，Si 0.01～0.04％，Mn 0.01～0.05％，P<0.01％，S<0.01％，余量Fe。制备过程包括冶炼、浇铸、热轧、固溶处理、深冷轧制、低温再结晶退火等工序。制备得到的因瓦合金薄带的平均晶粒尺寸为3.9～6μm，抗拉强度为510～550MPa，延伸率为35～37％。本发明的细晶强化方法不需要改变因瓦合金薄带的成分，工艺控制简单成本低。本发明解决了现有工艺生产的因瓦合金薄带晶粒尺寸粗大、力学性能不佳的技术问题，成本低，无污染，有助于高强因瓦合金薄带的开发。

Description

一种因瓦合金带材的细晶强化方法
技术领域
本发明属于冶金材料技术领域，涉及一种因瓦合金带材的细晶强化方法。
背景技术
因瓦合金具有面心立方结构，在低温下也能保持单一的奥氏体组织。因瓦合金具有优良的低膨胀性能，在20～100℃范围内的平均线性膨胀系数仅为1.5×10-6/℃。目前，因瓦合金被广泛应用于天然气储存罐、荫罩材料、航空航天、船舶制造及精密仪器等多个领域。
因瓦合金的抗拉强度较低，约为500MPa。随着技术的发展，因瓦合金越来越多的被用作结构材料，提高因瓦合金的抗拉强度是一项重要的研究课题。常规的金属材料强化手段包括固溶强化、细晶强化、第二相强化等。细晶强化是一种理想的强化手段，能够在不降低因瓦合金膨胀性能的条件下提高其抗拉强度。
采用常规冷轧生产因瓦合金带材时，冷轧过程中变形位错容易发生动态回复，位错及缺陷密度较小，形变储能较低，退火后再结晶很难实现因瓦合金的晶粒组织细化。本发明提出一种因瓦合金带材的细晶强化方法，即利用深冷轧制+低温再结晶退火来实现因瓦合金的细晶强化。深冷轧制可以有效地抑制变形过程中位错的动态回复，增加变形后合金中的缺陷密度，为后续再结晶退火工艺提供更多的再结晶形核点，使晶粒组织得到细化，实现细晶强化。
发明内容
本发明提供了一种因瓦合金带材的细晶强化方法，通过深冷轧制及随后的低温再结晶退火工艺获得晶粒尺寸细小的高强度因瓦合金带材。
本发明因瓦合金带材的成分按重量百分比含:Ni 35～37％，C 0.003～0.008％，Si≤0.05％，Mn 0.01～0.05％，P<0.01％，S<0.01％，余量为Fe；其厚度范围为0.4～0.5mm，显微组织为晶粒尺寸为3.9～6μm的奥氏体，抗拉强度为500～550MPa，延伸率为35～37％；
进入一步特征，因瓦合金的成分也可以采用的重量百分比含量为：Ni 36％，C0.01～0.1％，Si 0.01～0.04％，Mn 0.01～0.05％，P<0.01％，S<0.01％，余量Fe。
本发明的因瓦合金带材的细晶强化方法按以下步骤进行：
(1)将原料按照配比放入高频感应加热炉加热，加热温度为1550℃，真空度为0.6×10-2Pa。待融化至钢液后进行冶炼，并且在冶炼5分钟后通入惰性气体；
(2)将冶炼工序的钢液浇铸到砂型模中，等钢液冷却后脱模并清洁铸锭表面；
(3)将铸锭加热到1200℃，保温2个小时，随后放在热轧机上进行开坯处理，开轧温度为1200℃，轧制压下率为90％，终轧温度960℃，水冷至室温，轧成厚度为4～5mm厚的热轧板；
(4)将热轧板加热到800℃固溶处理30分钟，水冷至室温；
(5)将固溶处理工序得到的热轧板进行剪切、酸洗并将板面打磨平整。将固溶处理后的热轧板置于液氮中冷却，保温时间为10～15分钟，随后取出并迅速利用四辊冷轧机进行多道次轧制，每个道次压下率为10～15％，总的压下率为90％，最终因瓦合金带材的厚度为0.4～0.5mm；
(6)将深冷轧制得到因瓦合金带材加热到550～600℃进行退火再结晶，保温时间为10～30分钟，水冷至室温。
上述使用的原材料为因瓦合金，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合金的低膨胀性能。
所述的开轧温度为1200℃，终轧温度为960℃，目的是为了得到具有接近完全再结晶组织的热轧板。
所述的800℃固溶处理30分钟、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原材料。
所述的每个道次压下率为10～15％，目的是为了防止变形导致的温度升高。
所述的550～600℃低温再结晶退火10～30分钟、水冷至室温，目的是使深冷轧制因瓦合金带材进行完全再结晶，低温能够保证再结晶晶粒不容易长大。
本发明的深冷轧制加低温再结晶退火技术，与常规冷轧+再结晶退火技术相比较，具有显著细化因瓦合金带材晶粒组织和改善其力学性能的积极效果。低温可以使因瓦合金在变形过程中形成的位错被大量保留下来；同时，低温降低了因瓦合金的层错能，使合金在变形过程中触发了形变孪生及形变诱导马氏体相变机制，从而形成了形变孪晶及马氏体强化相。因此，深冷轧制得到的因瓦合金带的硬度及强度更高，形变储能较大；低温再结晶退火可以保证马氏体发生逆相变形成细小的奥氏体晶粒，并使变形奥氏体能够进行完全再结晶，抑制再结晶晶粒的长大，最终达到细化因瓦合金带材晶粒组织的目的。
本发明中深冷轧制加低温再结晶退火工艺制备的因瓦合金带材的平均晶粒尺寸为3.9～6μm，抗拉强度可以提高到550MPa，并且具有较高的延伸率。整个轧制工序只经深冷轧制→低温再结晶退火等工艺过程，且氮气资源丰富，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，不会对因瓦合金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、显著细化因瓦合金带材晶粒组织和改善力学性能等优点。
附图说明
图1为本发明实施例1所得因瓦合金带材的金相组织。
图2为本发明实施例2所得因瓦合金带材的金相组织。
图3为本发明实施例3所得因瓦合金带材的金相组织。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细说明本发明的具体实施例。
本发明的实施例，深冷轧制的轧制温度为-100～-150℃，深冷轧制总压下率为90％；低温再结晶退火的加热温度为550～600℃，保温时间为10～30分钟。采用LEICA-DM2500M光学显微镜和英斯特朗10t拉伸机对退火后的因瓦合金带材进行微观组织观察和力学性能检测。
实施例1
板材浸泡在液氮中保温，保温时间10～15分钟，取出后迅速利用四辊冷轧机进行轧制，轧制温度为-100～-150℃，轧机辊速为0.06m/s，轧制力为400kN，每个道次的压下率不超过15％。每个道次结束后迅速将轧件浸泡在液氮中，保温10～15分钟，循环上述轧制过程。经过21个道次的深冷轧制，总的压下率为90％，从5mm厚的板材轧成厚度为0.5mm的因瓦合金带材。
将深冷轧制得到的因瓦合金带材放入电阻炉中加热到550℃，保温30分钟。本施所得因瓦合金带材的平均晶粒尺寸为3.9μm，微观组织光学显微照片如图1所示，抗拉强度为550MPa，延伸率为35％。
实施例2
处理后的热轧板浸泡在液氮中保温，保温时间10～15分钟，取出后迅速利用四辊冷轧机进行轧制，轧制温度为-100～-150℃，轧机辊速为0.05m/s，轧制力为400kN，每个道次的压下率不超过15％。每个道次结束后迅速将轧件浸泡在液氮中，保温10～15分钟，循环上述轧制过程。经过22个道次的深冷轧制，总的压下率为90％，从4mm厚的板材轧成厚度为0.4mm的因瓦合金带材。
将深冷轧制得到的因瓦合金带材放入电阻炉中加热到560℃，保温30分钟。本施所得因瓦合金带材的平均晶粒尺寸为4.2μm，微观组织光学显微照片如图2所示，抗拉强度为539MPa，延伸率为35％。
实施例3
处理后的热轧板浸泡在液氮中保温，保温时间10～15分钟，取出后迅速利用四辊冷轧机进行轧制，轧制温度为-100～-150℃，轧机辊速为0.06m/s，轧制力为400kN，每个道次的压下率不超过15％。每个道次结束后迅速将轧件浸泡在液氮中，保温10～15分钟，循环上述轧制过程。经过24个道次的深冷轧制，总的压下率为90％，从4.6mm厚的板材轧成厚度为0.45mm的因瓦合金带材。
将深冷轧制得到的因瓦合金带材放入电阻炉中加热到600℃，保温10分钟。本施所得因瓦合金带材的平均晶粒尺寸为6μm，微观组织光学显微照片如图3所示，抗拉强度为510MPa，延伸率为37％。

Claims (2)

1.一种因瓦合金带材的细晶强化方法,其特征在于，所述的因瓦合金带材的成分按重量百分比如下:Ni 35～37％，C 0.003～0.008％，Si≤0.05％，Mn 0.01～0.05％，P<0.01％，S<0.01％，余量为Fe；其厚度范围为0.4～0.5mm，显微组织为晶粒尺寸为3.9～6μm的奥氏体，抗拉强度为500～550MPa，延伸率为35～37％；
(1)将原料按照配比放入高频感应加热炉加热，加热温度为1550℃，真空度为0.6×10- 2Pa；待融化至钢液后进行冶炼，并且在冶炼5分钟后通入惰性气体；
(2)将冶炼工序的钢液浇铸到砂型模中，等钢液冷却后脱模并清洁铸锭表面；
(3)将铸锭加热到1200℃，保温2个小时，随后放在热轧机上进行开坯处理，开轧温度为1200℃，轧制压下率为90％，终轧温度960℃，水冷至室温，轧成厚度为4～5mm厚的热轧板；
(4)将热轧板加热到800℃固溶处理30分钟，水冷至室温；
(5)将固溶处理工序得到的热轧板进行剪切、酸洗并将板面打磨平整；将固溶处理后的热轧板置于液氮中冷却，保温时间为10～15分钟，随后取出并迅速利用四辊冷轧机进行多道次轧制，每个道次压下率为10～15％，总的压下率为90％，最终因瓦合金带材的厚度为0.4～0.5mm；
(6)将深冷轧制得到因瓦合金带材加热到550～600℃进行退火再结晶，保温时间为10～30分钟，水冷至室温。
2.如权利要求1所述的一种因瓦合金带材的细晶强化方法,其特征在于，所述的因瓦合金的成分的重量百分比含量为：Ni 36％，C 0.01～0.1％，Si 0.01～0.04％，Mn 0.01～0.05％，P<0.01％，S<0.01％，余量Fe。
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