[发明专利]一种碳化物增强型因瓦合金线材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属功能材料技术领域，具体涉及一种碳化物增强型因瓦合金线材及 其制备方法。

背景技术

含镍质量分数为36%的铁镍合金(又称因瓦合金)，低于居里温度可展示出极低的 热膨胀系数，在精密仪器、电子工业、航空航天等领域具有巨大的应用价值，是制作显示器 荫罩、热双金属片、玻璃密封引丝、微波谐振腔、精密激光部件、液态天然气和液态氧储罐等 产品的关键材料。

需要指出的是，《YB/T5241-2005低膨胀铁镍、铁镍钴合金》标准中规定4J36范畴内 的合金成分(重量%)为：C≤0.05%，Ni：35～37%，Mn：0.2～0.6%，Si≤0.3%，S≤0.02%，P≤ 0.02%，其余为Fe和不可避免杂质。依靠这种化学成分生产出来的4J36合金，室温下的抗拉 强度不足500MPa，长期以来只能作为功能材料使用，难以适合新形势下承担结构材料作用 的性能要求。

近年来，随着电力行业对大容量输电导线的迫切需求，极大地推动了以因瓦合金 (又称殷钢)为核心元件的铝包殷钢芯超耐热铝合金绞线(倍容量导线)的大力发展。与此同 时，常规Fe-36Ni因瓦合金(4J36)经冶炼、锻造、热轧盘条、冷拔等工艺处理后，其线材强度 仍不能超过1000MPa，难以满足这一特殊产品对因瓦合金力学性能的苛刻要求。正是基于这 一技术背景，研究高强度因瓦合金并制备满足倍容量导线产品使用的高强度因瓦合金线 材，越来越受到研究机构和企业的重视。

目前，研制高强度因瓦合金线材的通常做法是，以Fe-36Ni合金为基体，同时添加 碳及碳化物形成元素实现提高合金强度的目的，并经冷加工处理，最终的线材产品的抗拉 强度一般在1300MPa左右；如果希望进一步提高材料的抗拉强度，则需要利用金属间化合物 强化技术，此时，因瓦合金线材的抗拉强度可达到1500MPa以上。例如：

授权专利号ZL200510029930.0，授权时间2008年12月31号，名称为“一种高强度因瓦 合金及其合金线材的生产方法”的中国专利文献，通过向Fe-36Ni合金基体中同时加入W、V 及少量Mo这样的碳化物形成元素，采用复合碳化物强化的方法，经冷加工处理后，该因瓦合 金线材的抗拉强度≥1300MPa，而线膨胀系数α_20～240℃≤2.5×10^-6/℃；

授权专利号ZL200610117443.4，授权时间2009年9月2日，名称为“一种Fe-36Ni为基的 合金线材及其制造方法”，通过向基体中同时添加Mo和Nb碳化物形成元素，同样是利用复合 碳化物强化的技术思路，该合金线材经冷拉拔处理后，可实现抗拉强度≥1300MPa，线膨胀 系数α_20～230℃≤3.0×10^-6/℃。

授权专利号ZL201110201300.2，授权时间2014年10月29日，名称为“一种高强度 低膨胀系数合金线材及其制造方法”，利用Ni₃(Ti,Al)相对奥氏体基体的弥散强化作用，经 冷拉处理后的线材抗拉强度≥1500MPa，同时，20～100℃温度范围内的平均线膨胀系数α≤ 3.5×10^-6/℃。

上述中国专利要么采用碳化物复合析出强化，要么采用金属间化合物析出强化， 并经冷加工处理，可使因瓦合金线材的抗拉强度达到1300MPa以上。而对于某些对强度指标 要求不是特别高的产品，如何将因瓦合金线材的抗拉强度控制在1000MPa以上，研究文献关 注地较少。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳化物增强型因瓦合金线材及其制备方法，尤其指作为 倍容量输电导线承力钢芯的高强度因瓦合金线材。本发明以Fe-36Ni为基体，严格控制S、P 元素含量，通过单独添加Mo、Cr、Ti、Nb、W、V元素的一种，使该合金线材的强度在1000MPa以 上，但不超过1200MPa。

本发明采用的技术方案如下：一种碳化物增强型因瓦合金线材，所述因瓦合金线 材化学成分及质量百分比为：C：0.05～0.2%，Ni：34～38%，S≤0.005%，P≤0.005%，Al： 0.015～0.04%，碳化物形成元素：0.1～3.5%，其余为Fe及不可避免杂质。

本发明所述的碳化物形成元素及化学重量百分比为Mo：0.5～2.5%。

本发明所述的碳化物形成元素及化学重量百分比为Cr：1.5～3.5%。