CN108179357A - 一种碳化物增强型低膨胀合金 - Google Patents

一种碳化物增强型低膨胀合金 Download PDF

Info

Publication number
CN108179357A
CN108179357A CN201711447102.8A CN201711447102A CN108179357A CN 108179357 A CN108179357 A CN 108179357A CN 201711447102 A CN201711447102 A CN 201711447102A CN 108179357 A CN108179357 A CN 108179357A
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
expansion
carbide
enhanced low
vacuum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201711447102.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108179357B (zh
Inventor
于鹏
于一鹏
张敬霖
吴滨
卢凤双
罗曦
张建生
张建福
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central Iron and Steel Research Institute
Original Assignee
Central Iron and Steel Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Central Iron and Steel Research Institute filed Critical Central Iron and Steel Research Institute
Priority to CN201711447102.8A priority Critical patent/CN108179357B/zh
Publication of CN108179357A publication Critical patent/CN108179357A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108179357B publication Critical patent/CN108179357B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/08—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing nickel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/005—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/04—Making ferrous alloys by melting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/12—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/14—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing titanium or zirconium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

本发明属于碳化物增强型低膨胀材料技术领域，特别涉及一种碳化物增强型低膨胀合金。该合金包括Fe‑Ni系低膨胀合金和碳化物形成元素C、V、Ti、Nb；的成分质量百分比分别为：Ni：30.0～38.0、V：0.4～1.5、Nb：0～1.0、Ti：0～1.0、C：0.4～0.9、Si：0.30～0.60、Mn：0.2～0.5、P：＜0.01、S：＜0.01，余量为Fe。本发明在Fe‑Ni合金的成分基础上，通过添加适量的C、V、Nb、Ti元素，在20℃～100℃的温度范围内，获得一种易加工碳化物增强型低膨胀合金，室温强度高于1000MPa，膨胀系数α＜2.0×10‑6/℃。

Description

一种碳化物增强型低膨胀合金
技术领域
本发明属于碳化物增强型低膨胀材料技术领域，特别涉及一种碳化物增强型低膨胀合金。
背景技术
铁镍系低膨胀合金在室温至100℃具有较低的膨胀系数α，通常α20～100℃≤1.5×10-6/℃，但是其抗拉强度Rm一般小于500MPa，屈服强度Rp0.2小于250MPa，弹性模量E小于140GPa，作为结构支撑部件使用时易变性，无法应用于高精度仪器设备。随着科学技术的飞速发展，航天遥感器、精密激光、光学测量系统等领域对低膨胀合金提出了更高的要求，不近膨胀系数低，而且强度要高。国外低膨胀合金集中在西方国家，如日本的日立、三菱等公司，开发的合金强度可达1150MPa，α(室温～230℃)≤3.2×10-6/℃；国际镍公司研制的Inconel903合金Rm可达1300MPa，α(室温～400℃)＝6～8×10-6/℃，这几种合金均含有较为昂贵的金属钴。
添加C及碳化物形成元素Mo，V，Cr等，并通过后续的冷加工硬化，可获得强度高于1000MPa的低膨胀合金，如日本专利昭58-77525A、昭55-131155、昭55-122855、昭55-119156A、平311548A、平6-346193A，但以上合金均须经冷变形后使用。本申请的申请人于2002年9月13日申请了中国专利申请号No.02131205.2的发明专利申请‘高碳型碳化物增强低膨胀合金结构钢’，但是膨胀系数较高(α20～100≥5.5×10-6/℃)，同时由于合金碳含量较高，在凝固过程中易于形成粗大一次碳化物，合金塑性较差。GH907、GH909等高温低膨胀合金，为了提高使用温度，在合金中加入较多的Co，其强度高，但是膨胀系数也较高α室温～400℃≤8.2×10-6/℃。
目前FeNi系合金膨胀系数α20～100℃可小于1.5×10-6/℃，但其强度低通常小于500MPa。在现有技术中，不添加Co、无需冷变形的高强度低膨胀合金，至今还未见报道。
发明内容
本发明的目的，是提供一种碳化物增强型低膨胀合金，该合金通过合金成分的改进，不添加Co、无需冷变形，就可以使合金在具有高强度的同时，也具有低膨胀系数。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种碳化物增强型低膨胀合金，该合金的成分按质量百分比为：Ni：30.0～38.0、V，0.4～1.5、Nb：0～1.0、Ti：0～1.0、C：0.4～0.9、Si：0.30～0.60、Mn：0.2～0.5、P：＜0.01、S：＜0.01，余量为Fe。
该合金使用状态的组织中具有稳定的弥散分布碳化物；室温抗拉强度Rm高于1000MPa，膨胀系数α20～100℃≤2.0×10-6/℃。
该合金通过如下步骤制备：真空熔炼-热锻-固溶淬火+时效热处理。
该合金中，Ni：30.0～38.0、V：0.4～1.5、Nb：0～1.0、Ti：0～1.0、C：0.5～0.9、Si：0.39～0.47、Mn：0.35～0.46、P：0.005～0.01、S：0.004～0.01，余量为Fe。
该合金具有以下性能：室温抗拉强度大于1000MPa，断裂伸长率大于5％，膨胀系数α20～100℃＜2.0×10-6/℃。
该合金通过如下步骤制备：
a.熔炼：利用真空感应炉熔炼合金，真空度≤1×10-1Pa，其中Fe、Ni作为一次加料直接放入坩锅；V、Ti、Nb、C、Si、Mn作为二次加料放入真空感应炉料斗，待所有原材料化清后精炼2～10分钟之后，在真空感应炉的真空室将钢液浇铸为钢锭；
b.热锻：钢锭扒皮后，低于700℃装炉；合金锭的升温速率为在100～200℃/小时，经1150±10℃保温适当时间后，1100±10℃开坯锻造成所需规格；
c.热处理：热锻合金经1050±50℃固溶淬火后，经500-600℃保温2～4小时进行真空时效处理。
本发明的有益效果在于：
本发明在Fe-Ni成分的基础上，通过添加适量的C、V、Nb、Ti元素，在20℃～100℃的温度范围内，获得一种易加工碳化物增强型低膨胀合金，强度高于1000MPa，膨胀系数α20～100℃≤2.0×10-6/℃。
合金元素的作用及合金设计依据如下：
Ni：30.0～38.0，与Fe元素形成固溶体，温度变化引起的磁致伸缩效应抵消自身的热胀冷缩，是合金获得较低的膨胀系数的基础；
C：0.5～0.9，主要强化元素，主要以碳化物形式存在；低于0.5，无法形成足够的碳化物，高于0.9，在凝固过程中易于形成粗大一次碳化物，影响合金塑性；
V：0.4～1.5，主要强化元素，与C形成碳化物VC，弥散分布，起强化作用；V含量低于0.4，不足以形成足够的强化相，合金强度不足，含量大于1.5组织中容易出现粗大一次碳化物，影响合金塑性；
Nb:0～1.0强化元素，与C形成碳化物NbC，弥散分布，起强化作用，含量大于1.0组织中容易出现粗大一次碳化物，影响合金塑性；
Ti:0～1.0、强化元素，与C形成碳化物TiC，弥散分布，起强化作用，含量大于1.0组织中容易出现粗大一次碳化物，影响合金塑性；
Si：0.30～0.60、Mn：0.2～0.5：添加一定量的Si，提高合金持久塑性，改善合金缺口敏感性；添加一定含量的Mn，改善合金加工性能；
P：＜0.01、S：＜0.01：杂质元素，含量越低越好。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
一种碳化物增强型低膨胀合金，所述低膨胀合金的成分质量百分比分别为：Ni：30.0～38.0、V：0.4～1.5、Nb：0～1.0、Ti：0～1.0、C：0.4～0.9；Si：0.30～0.60、Mn：0.2～0.5、P：＜0.01、S：＜0.01，余量为Fe。
该合金强度高于1000MPa，膨胀系数α＜2.0×10-6/℃。
该合金是的制备方法如下：
a.熔炼：利用真空感应炉熔炼合金，真空度≤1×10-1Pa，熔炼过程中要严格控制合金元素的烧损量，使合金的成分控制在设计范围之内。其中Fe、Ni作为一次加料直接放入坩锅；V、Ti、Nb、C、Si、Mn作为二次加料放入真空感应炉料斗，待所有原材料化清后精炼2～10分钟，之后在真空感应炉的真空室将钢液浇铸为钢锭；
b.热锻：钢锭扒皮后，低于700℃装炉。合金锭的升温速率控制在100～200℃每小时，经1150±10℃保温适当时间后，开坯时锻造成所需规格；
c.热处理：热锻合金，经1050±50℃固溶淬火后，经500-600℃保温2～4小时进行真空时效处理。
实施例
采用加工工艺为真空感应熔炼→1100℃锻造成形→1050℃×30min水淬→560℃保温3h回火处理对表1中的五种成分合金进行熔炼。
表1熔炼合金的化学成分(质量百分比％)
经过上述工艺制备的碳化物强化低膨胀合金的物理、机械性能如表2所示。
该碳化物增强型低膨胀合金在的室温抗拉强度Rm大于1000MPa，断裂伸长率Z大于5％，膨胀系数α20～100℃＜2.0×10-6/℃。
表2碳化物增强型低膨胀合金物理、机械性能

Claims (4)

1.一种碳化物增强型低膨胀合金，其特征在于：
该合金的成分按质量百分比为：Ni：30.0～38.0、V，0.4～1.5、Nb：0～1.0、Ti：0～1.0、C：0.4～0.9、Si：0.30～0.60、Mn：0.2～0.5、P：＜0.01、S：＜0.01，余量为Fe；
该合金使用状态的组织中具有稳定的弥散分布碳化物；室温抗拉强度Rm高于1000MPa，膨胀系数α20～100℃≤2.0×10-6/℃；
该合金通过如下步骤制备：真空熔炼-热锻-固溶淬火+时效热处理。
2.根据权利要求1所述的碳化物增强型低膨胀合金，其特征在于：Ni：30.0～38.0、V：0.4～1.5、Nb：0～1.0、Ti：0～1.0、C：0.5～0.9、Si：0.39～0.47、Mn：0.35～0.46、P：0.005～0.01、S：0.004～0.01，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的碳化物增强型低膨胀合金，其特征在于：该合金具有以下性能：室温抗拉强度大于1000MPa，断裂伸长率大于5％，膨胀系数α20～100℃＜2.0×10-6/℃。
4.根据权利要求1所述的碳化物增强型低膨胀合金，其特征在于：该合金通过如下步骤制备：
a.熔炼：利用真空感应炉熔炼合金，真空度≤1×10-1Pa，其中Fe、Ni作为一次加料直接放入坩锅；V、Ti、Nb、C、Si、Mn作为二次加料放入真空感应炉料斗，待所有原材料化清后精炼2～10分钟之后，在真空感应炉的真空室将钢液浇铸为钢锭；
b.热锻：钢锭扒皮后，低于700℃装炉；合金锭的升温速率为在100～200℃/小时，经1150±10℃保温适当时间后，1100±10℃开坯锻造成所需规格；
c.热处理：热锻合金经1050±50℃固溶淬火后，经500-600℃保温2～4小时进行真空时效处理。
CN201711447102.8A 2017-12-27 2017-12-27 一种碳化物增强型低膨胀合金 Active CN108179357B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711447102.8A CN108179357B (zh) 2017-12-27 2017-12-27 一种碳化物增强型低膨胀合金

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711447102.8A CN108179357B (zh) 2017-12-27 2017-12-27 一种碳化物增强型低膨胀合金

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108179357A true CN108179357A (zh) 2018-06-19
CN108179357B CN108179357B (zh) 2020-04-24

Family

ID=62547878

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711447102.8A Active CN108179357B (zh) 2017-12-27 2017-12-27 一种碳化物增强型低膨胀合金

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108179357B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109530697A (zh) * 2018-12-28 2019-03-29 钢铁研究总院 一种高强度低密度低膨胀铁镍合金及其制备方法
CN112746217A (zh) * 2019-10-31 2021-05-04 宝武特种冶金有限公司 一种高强度低膨胀因瓦合金线材及其制造方法
CN112962033A (zh) * 2021-02-01 2021-06-15 山西太钢不锈钢股份有限公司 一种高强度因瓦合金及其加工方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1400330A (zh) * 2002-09-13 2003-03-05 钢铁研究总院 高强度低膨胀的合金结构钢材料
CN105039850A (zh) * 2015-08-11 2015-11-11 河北钢铁股份有限公司 高强度低膨胀的热轧因瓦合金
CN106756582A (zh) * 2016-12-30 2017-05-31 钢铁研究总院 一种金属间化合物增强型低膨胀合金及制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1400330A (zh) * 2002-09-13 2003-03-05 钢铁研究总院 高强度低膨胀的合金结构钢材料
CN105039850A (zh) * 2015-08-11 2015-11-11 河北钢铁股份有限公司 高强度低膨胀的热轧因瓦合金
CN106756582A (zh) * 2016-12-30 2017-05-31 钢铁研究总院 一种金属间化合物增强型低膨胀合金及制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109530697A (zh) * 2018-12-28 2019-03-29 钢铁研究总院 一种高强度低密度低膨胀铁镍合金及其制备方法
CN112746217A (zh) * 2019-10-31 2021-05-04 宝武特种冶金有限公司 一种高强度低膨胀因瓦合金线材及其制造方法
CN112962033A (zh) * 2021-02-01 2021-06-15 山西太钢不锈钢股份有限公司 一种高强度因瓦合金及其加工方法
CN112962033B (zh) * 2021-02-01 2021-11-19 山西太钢不锈钢股份有限公司 一种高强度因瓦合金及其加工方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108179357B (zh) 2020-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104195404B (zh) 一种宽温域高强度恒弹性合金及其制备方法
CN101538686B (zh) 一种结构件用马氏体沉淀硬化不锈钢及其制造方法
CN106756582B (zh) 一种金属间化合物增强型低膨胀合金及制备方法
CN105624550B (zh) 核岛设备用大厚度SA738GrB钢板及生产方法
CN105543540B (zh) 一种铜铬锆合金及其制备方法
CN104630597A (zh) 一种铁镍铬基高温合金及其制造方法
CN101168818A (zh) 一种Fe-36Ni为基的合金线材及其制造方法
CN110218948A (zh) 一种低密度高韧度钢及其制备方法
CN108179357A (zh) 一种碳化物增强型低膨胀合金
CN111118422B (zh) 一种高钨高钴的镍合金细晶板材的制备方法
CN109097680A (zh) 一种50t中频感应炉制得高锰高铝无磁钢板及其制造方法
CN110714155A (zh) 一种耐辐照抗冲击FeCoCrNiMn高熵合金及其制备方法
CN109385573A (zh) 高速列车制动盘用合金铸钢材料及其制备方法
CN109112425A (zh) 一种超高强度高韧性马氏体时效钢及其制备方法和应用
CN106399858A (zh) 一种低密度Ti3Al增强超高强度钢及其制备方法
US11427903B2 (en) High-strength and high-conductivity Cu—Ag—Sc alloy and preparation method thereof
CN1014079B (zh) 含铈马氏体时效钢的制造方法
CN109023104A (zh) 4Cr13塑料模具钢及其制备方法
CN104711459A (zh) 一种高密度超高强度钨钴耐热合金及制备方法
CN102876996A (zh) 一种奥氏体热作模具钢及其制备方法
CN116676521A (zh) 一种具有非均匀晶粒异质结构CrCoNi基中熵合金及其制备方法
CN107217163B (zh) 一种tb13钛合金熔炼及开坯锻造方法
CN111424217B (zh) 一种超高强度恒弹性合金及其制备方法
CN104480371A (zh) 一种耐磨性铁合金制备方法
CN106917031A (zh) Z3cn18-10控氮奥氏体不锈钢锻件的制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant