本發(fā)明屬于冶金材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種因瓦合金帶材的細(xì)晶強(qiáng)化方法。

背景技術(shù)：

因瓦合金具有面心立方結(jié)構(gòu)，在低溫下也能保持單一的奧氏體組織。因瓦合金具有優(yōu)良的低膨脹性能，在20～100℃范圍內(nèi)的平均線性膨脹系數(shù)僅為1.5×10^-6/℃。目前，因瓦合金被廣泛應(yīng)用于天然氣儲(chǔ)存罐、蔭罩材料、航空航天、船舶制造及精密儀器等多個(gè)領(lǐng)域。

因瓦合金的抗拉強(qiáng)度較低，約為500mpa。隨著技術(shù)的發(fā)展，因瓦合金越來越多的被用作結(jié)構(gòu)材料，提高因瓦合金的抗拉強(qiáng)度是一項(xiàng)重要的研究課題。常規(guī)的金屬材料強(qiáng)化手段包括固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化等。細(xì)晶強(qiáng)化是一種理想的強(qiáng)化手段，能夠在不降低因瓦合金膨脹性能的條件下提高其抗拉強(qiáng)度。

采用常規(guī)冷軋生產(chǎn)因瓦合金帶材時(shí)，冷軋過程中變形位錯(cuò)容易發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)，位錯(cuò)及缺陷密度較小，形變儲(chǔ)能較低，退火后再結(jié)晶很難實(shí)現(xiàn)因瓦合金的晶粒組織細(xì)化。本發(fā)明提出一種因瓦合金帶材的細(xì)晶強(qiáng)化方法，即利用深冷軋制+低溫再結(jié)晶退火來實(shí)現(xiàn)因瓦合金的細(xì)晶強(qiáng)化。深冷軋制可以有效地抑制變形過程中位錯(cuò)的動(dòng)態(tài)回復(fù)，增加變形后合金中的缺陷密度，為后續(xù)再結(jié)晶退火工藝提供更多的再結(jié)晶形核點(diǎn)，使晶粒組織得到細(xì)化，實(shí)現(xiàn)細(xì)晶強(qiáng)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種因瓦合金帶材的細(xì)晶強(qiáng)化方法，通過深冷軋制及隨后的低溫再結(jié)晶退火工藝獲得晶粒尺寸細(xì)小的高強(qiáng)度因瓦合金帶材。

本發(fā)明因瓦合金帶材的成分按重量百分比含:ni35～37％，c0.003～0.008％，si≤0.05％，mn0.01～0.05％，p<0.01％，s<0.01％，余量為fe；其厚度范圍為0.4～0.5mm，顯微組織為晶粒尺寸為3.9～6μm的奧氏體，抗拉強(qiáng)度為500～550mpa，延伸率為35～37％；

進(jìn)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為：ni36％，c0.01～0.1％，si0.01～0.04％，mn0.01～0.05％，p<0.01％，s<0.01％，余量fe。

本發(fā)明的因瓦合金帶材的細(xì)晶強(qiáng)化方法按以下步驟進(jìn)行：

(1)將原料按照配比放入高頻感應(yīng)加熱爐加熱，加熱溫度為1550℃，真空度為0.6×10^-2pa。待融化至鋼液后進(jìn)行冶煉，并且在冶煉5分鐘后通入惰性氣體；

(2)將冶煉工序的鋼液澆鑄到砂型模中，等鋼液冷卻后脫模并清潔鑄錠表面；

(3)將鑄錠加熱到1200℃，保溫2個(gè)小時(shí)，隨后放在熱軋機(jī)上進(jìn)行開坯處理，開軋溫度為1200℃，軋制壓下率為90％，終軋溫度960℃，水冷至室溫，軋成厚度為4～5mm厚的熱軋板；

(4)將熱軋板加熱到800℃固溶處理30分鐘，水冷至室溫；

(5)將固溶處理工序得到的熱軋板進(jìn)行剪切、酸洗并將板面打磨平整。將固溶處理后的熱軋板置于液氮中冷卻，保溫時(shí)間為10～15分鐘，隨后取出并迅速利用四輥冷軋機(jī)進(jìn)行多道次軋制，每個(gè)道次壓下率為10～15％，總的壓下率為90％，最終因瓦合金帶材的厚度為0.4～0.5mm；

(6)將深冷軋制得到因瓦合金帶材加熱到550～600℃進(jìn)行退火再結(jié)晶，保溫時(shí)間為10～30分鐘，水冷至室溫。

上述使用的原材料為因瓦合金，成分除了包含少量的c、s、p等雜質(zhì)元素外，不添加任何的合金元素，最大程度的保護(hù)了因瓦合金的低膨脹性能。

所述的開軋溫度為1200℃，終軋溫度為960℃，目的是為了得到具有接近完全再結(jié)晶組織的熱軋板。

所述的800℃固溶處理30分鐘、水冷至室溫，目的是為了使熱軋板進(jìn)行完全再結(jié)晶，為深冷軋制工序提供顯微組織均勻的原材料。

所述的每個(gè)道次壓下率為10～15％，目的是為了防止變形導(dǎo)致的溫度升高。

所述的550～600℃低溫再結(jié)晶退火10～30分鐘、水冷至室溫，目的是使深冷軋制因瓦合金帶材進(jìn)行完全再結(jié)晶，低溫能夠保證再結(jié)晶晶粒不容易長(zhǎng)大。

本發(fā)明的深冷軋制加低溫再結(jié)晶退火技術(shù)，與常規(guī)冷軋+再結(jié)晶退火技術(shù)相比較，具有顯著細(xì)化因瓦合金帶材晶粒組織和改善其力學(xué)性能的積極效果。低溫可以使因瓦合金在變形過程中形成的位錯(cuò)被大量保留下來；同時(shí)，低溫降低了因瓦合金的層錯(cuò)能，使合金在變形過程中觸發(fā)了形變孿生及形變誘導(dǎo)馬氏體相變機(jī)制，從而形成了形變孿晶及馬氏體強(qiáng)化相。因此，深冷軋制得到的因瓦合金帶的硬度及強(qiáng)度更高，形變儲(chǔ)能較大；低溫再結(jié)晶退火可以保證馬氏體發(fā)生逆相變形成細(xì)小的奧氏體晶粒，并使變形奧氏體能夠進(jìn)行完全再結(jié)晶，抑制再結(jié)晶晶粒的長(zhǎng)大，最終達(dá)到細(xì)化因瓦合金帶材晶粒組織的目的。

本發(fā)明中深冷軋制加低溫再結(jié)晶退火工藝制備的因瓦合金帶材的平均晶粒尺寸為3.9～6μm，抗拉強(qiáng)度可以提高到550mpa，并且具有較高的延伸率。整個(gè)軋制工序只經(jīng)深冷軋制→低溫再結(jié)晶退火等工藝過程，且氮?dú)赓Y源豐富，軋制過程簡(jiǎn)易；整個(gè)過程中不引入任何化學(xué)試劑，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染；本發(fā)明不需要向原有的合金中添加其它合金元素，不會(huì)對(duì)因瓦合金的膨脹性能產(chǎn)生影響；因此本發(fā)明具有生產(chǎn)成本低、無污染、易于操作、顯著細(xì)化因瓦合金帶材晶粒組織和改善力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所得因瓦合金帶材的金相組織。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2所得因瓦合金帶材的金相組織。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例3所得因瓦合金帶材的金相組織。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施例。

本發(fā)明的實(shí)施例，深冷軋制的軋制溫度為-100～-150℃，深冷軋制總壓下率為90％；低溫再結(jié)晶退火的加熱溫度為550～600℃，保溫時(shí)間為10～30分鐘。采用leica-dm2500m光學(xué)顯微鏡和英斯特朗10t拉伸機(jī)對(duì)退火后的因瓦合金帶材進(jìn)行微觀組織觀察和力學(xué)性能檢測(cè)。

實(shí)施例1

板材浸泡在液氮中保溫，保溫時(shí)間10～15分鐘，取出后迅速利用四輥冷軋機(jī)進(jìn)行軋制，軋制溫度為-100～-150℃，軋機(jī)輥速為0.06m/s，軋制力為400kn，每個(gè)道次的壓下率不超過15％。每個(gè)道次結(jié)束后迅速將軋件浸泡在液氮中，保溫10～15分鐘，循環(huán)上述軋制過程。經(jīng)過21個(gè)道次的深冷軋制，總的壓下率為90％，從5mm厚的板材軋成厚度為0.5mm的因瓦合金帶材。

將深冷軋制得到的因瓦合金帶材放入電阻爐中加熱到550℃，保溫30分鐘。本施所得因瓦合金帶材的平均晶粒尺寸為3.9μm，微觀組織光學(xué)顯微照片如圖1所示，抗拉強(qiáng)度為550mpa，延伸率為35％。

實(shí)施例2

處理后的熱軋板浸泡在液氮中保溫，保溫時(shí)間10～15分鐘，取出后迅速利用四輥冷軋機(jī)進(jìn)行軋制，軋制溫度為-100～-150℃，軋機(jī)輥速為0.05m/s，軋制力為400kn，每個(gè)道次的壓下率不超過15％。每個(gè)道次結(jié)束后迅速將軋件浸泡在液氮中，保溫10～15分鐘，循環(huán)上述軋制過程。經(jīng)過22個(gè)道次的深冷軋制，總的壓下率為90％，從4mm厚的板材軋成厚度為0.4mm的因瓦合金帶材。

將深冷軋制得到的因瓦合金帶材放入電阻爐中加熱到560℃，保溫30分鐘。本施所得因瓦合金帶材的平均晶粒尺寸為4.2μm，微觀組織光學(xué)顯微照片如圖2所示，抗拉強(qiáng)度為539mpa，延伸率為35％。

實(shí)施例3

處理后的熱軋板浸泡在液氮中保溫，保溫時(shí)間10～15分鐘，取出后迅速利用四輥冷軋機(jī)進(jìn)行軋制，軋制溫度為-100～-150℃，軋機(jī)輥速為0.06m/s，軋制力為400kn，每個(gè)道次的壓下率不超過15％。每個(gè)道次結(jié)束后迅速將軋件浸泡在液氮中，保溫10～15分鐘，循環(huán)上述軋制過程。經(jīng)過24個(gè)道次的深冷軋制，總的壓下率為90％，從4.6mm厚的板材軋成厚度為0.45mm的因瓦合金帶材。

將深冷軋制得到的因瓦合金帶材放入電阻爐中加熱到600℃，保溫10分鐘。本施所得因瓦合金帶材的平均晶粒尺寸為6μm，微觀組織光學(xué)顯微照片如圖3所示，抗拉強(qiáng)度為510mpa，延伸率為37％。