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

一种高强铁镍钼合金丝材及其低成本制备方法
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%）
Figure DEST_PATH_IMAGE001
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
Figure 77557DEST_PATH_IMAGE002
。

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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