專(zhuān)利名稱(chēng)：一種具有特殊機(jī)械性能的低熱膨脹性的鐵鎳合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種具有特殊機(jī)械性能的低膨脹性的鐵鎳合金。
眾所周知，含有約36％的鎳的鐵基合金在20-100℃的溫度范圍內(nèi)具有低的熱膨脹系數(shù)。所以這些合金數(shù)十年來(lái)一直被用在既使溫度變化時(shí)也要求保持恒定長(zhǎng)度的場(chǎng)合，例如精密儀器、鐘表和雙金屬中。隨著彩色電視機(jī)和電腦顯示器向著即使在不利的光照條件下也有更高的分辨率，色彩逼真度和對(duì)比強(qiáng)度的方向發(fā)展，尤其是對(duì)于越來(lái)越平面和越來(lái)越大的顯示屏的趨勢(shì)，越來(lái)越多的鐵鎳材料被用于影孔板中。
工業(yè)上的含有約36％鎳的鐵鎳合金，在20-100℃的溫度范圍內(nèi)，如在傳統(tǒng)的顯示屏顯像管所具有的溫度，其在軟退火的狀態(tài)下有1.2-1.8×10-6/K的熱膨脹系數(shù)，如在鋼鐵材料手冊(cè)(SEW-385，1991年出版)中所列出的。含有大約36％鎳的進(jìn)一步研制的材料特別適合于應(yīng)用于蔭罩中，該材料在20-100℃的溫度范圍內(nèi)能達(dá)到0.6-1.2×10-6/K的較低的熱膨脹系數(shù)。
對(duì)于框架上加預(yù)應(yīng)力的蔭罩要求一種具有比迄今為止所應(yīng)用的合金更好的蠕變穩(wěn)定性的低膨脹材料。在溫度直至約580℃下對(duì)蔭罩及其框架部件進(jìn)行所謂的黑化處理。這么處理后能生成黑色的氧化鐵層，從而達(dá)到更高的視覺(jué)上的圖像質(zhì)量。
迄今為止所應(yīng)用的含有大約36％鎳的鐵基合金在下列的檢測(cè)條件下其蠕變強(qiáng)度A80為大約2.6％580℃和加載138MPa的壓力下1小時(shí)。
在垂直方向蔭罩的預(yù)應(yīng)力由垂直的框架部件產(chǎn)生。迄今為止含有大約41％鎳的鐵鎳合金作為框架材料，在此已知人們用這種合金作為用于例如金屬玻璃熔接或?qū)Ь€框架的材料。該種合金的技術(shù)性能如下蠕變強(qiáng)度A80大約為0.5％，檢測(cè)條件與上述的含36％鎳的合金的檢測(cè)條件一樣，即在580℃下加載壓力為138MPa下1小時(shí)。由這種合金制成的垂直框架部件在20-100℃的溫度范圍內(nèi)其熱膨脹系數(shù)大約為4.8×10-6/K，膨脹性強(qiáng)于由含約36％鎳的鐵鎳合金制成的蔭罩。
用于水平框架部件的新研制的材料應(yīng)具有與迄今為止應(yīng)用于蔭罩的鐵鎳合金相同的熱膨脹性能，該合金除了含有鐵和約36％的鎳外，基本上只含有煉制過(guò)程中所帶入的痕量雜質(zhì)。
對(duì)于框架部件也被要求與用于蔭罩一樣的材料，其對(duì)于迄今為止所應(yīng)用的合金在直至580℃的溫度下有更好的蠕變穩(wěn)定性。膨脹系數(shù)的大小和與溫度相關(guān)的變化應(yīng)與迄今為止應(yīng)用的材料基本一致。
另外還已知，添加合適的添加物到鐵鎳合金中能起到增加硬度的作用。對(duì)此可使用例如與碳結(jié)合的鉬和鉻。在此可以提高延伸極限和強(qiáng)度。
然而太高的鉬、鉻和碳的總含量會(huì)太大地提高熱膨脹系數(shù)。
已知一種用作為遠(yuǎn)程輸電線的線材的鐵鎳合金，該合金含有約38％的鎳，2％的鉬，0.8％的鉻和0.25％的碳以及煉制過(guò)程中帶進(jìn)的雜質(zhì)和余量為鐵。在固溶退火的狀態(tài)下，這種合金在20-100℃下其熱膨脹系數(shù)為大約4×10-6/K。其抗拉強(qiáng)度在已淬火的狀態(tài)下達(dá)到大于1000N/mm2。
本發(fā)明的目的是按如下的需求研制出一種耐蠕變的和低膨脹性的鐵鎳合金，這種合金沒(méi)有現(xiàn)有技術(shù)所有的缺點(diǎn)，制備成本低和能應(yīng)用于許多技術(shù)領(lǐng)域中。
用一種具有耐蠕變和低膨脹性的鐵鎳合金可達(dá)到這個(gè)目的，該合金含有(質(zhì)量％)0.02-0.3％的碳，上限為1％的錳，上限為1％的硅，0.1-2.5％的鉬和/或0.1-2.5％的鉻，小于等于1％的鈮以及31.0-45.0％的鎳，余量為鐵和煉制過(guò)程中帶進(jìn)的雜質(zhì)，這種合金在20-100℃的溫度范圍內(nèi)其熱膨脹系數(shù)小于6.0×10-6/K。
根據(jù)本發(fā)明的合金的其他優(yōu)選實(shí)施方案可從從屬權(quán)利要求中荻悉。
用根據(jù)本發(fā)明的鐵鎳合金能夠調(diào)節(jié)達(dá)到應(yīng)用作為特別是蔭罩的垂直框架部件的材料所必需的技術(shù)性能，其中可選擇鎳、鉬、鉻和碳的成分含量，使其能達(dá)到所期望的熱膨脹系數(shù)和機(jī)械性能。
本發(fā)明的材料除了可應(yīng)用于屏幕和顯示器的框架部件和蔭罩外，還優(yōu)選可應(yīng)用于下列領(lǐng)域中—熱雙金屬鈍態(tài)部件—激光技術(shù)中的部件—導(dǎo)線框架—液化氣的制備，儲(chǔ)存和運(yùn)輸用部件。
以下對(duì)根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的合金和根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的合金進(jìn)行機(jī)械性能方面的比較。
應(yīng)用作為用于例如顯示屏幕的垂直框架的材料的根據(jù)本發(fā)明的合金的優(yōu)選的組成E1含有(質(zhì)量％)37-39％的鎳，1.6-2.0％的鉬，0.6-1.0％的鉻，此外還有0.22-0.28％的碳以及上限為1％的錳，上限為1％的硅，上限為1％的鈮和常見(jiàn)的在煉制過(guò)程中帶入的只有少量的雜質(zhì)。其在20-100℃下的熱膨脹系數(shù)為4.2×10-6/K和在室溫和600℃之間的膨脹系數(shù)與溫度相關(guān)的總的變化值與迄今為止應(yīng)用的現(xiàn)有技術(shù)的雙組分合金T1的值或變化是相當(dāng)?shù)?，雙組分合金除了含有鐵和大約42％的鎳外，只含有煉制過(guò)程中帶入的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的合金達(dá)到了應(yīng)用所必需的機(jī)械性能的改善，特別是得到的蠕變穩(wěn)定性值約為0.04％，它是對(duì)一個(gè)1.4mm厚的冷軋樣品在580℃下和甚至在200MPa的壓力下加載1小時(shí)作為延伸A80值測(cè)定的。根據(jù)本發(fā)明的合金E1以其良好的可加工性而顯得尤為優(yōu)越，在生產(chǎn)過(guò)程中不需要附加的方法步驟。這就是說(shuō)為了調(diào)節(jié)到特別好的機(jī)構(gòu)性能不需要進(jìn)一步的時(shí)效硬化熱處理，如對(duì)于γ-沉淀硬化性的合金所必需的那樣?？蚣芸芍苯釉诶滠垹顟B(tài)下彎曲制成。機(jī)械性能在冷軋狀態(tài)下獲得，如已經(jīng)在前文中所述。此外，該合金顯示出其熱性能滿(mǎn)足需要的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性。
應(yīng)用作為例如用于顯示器的垂直框架的材料的根據(jù)本發(fā)明的合金的另一個(gè)優(yōu)選的組成E2含有(質(zhì)量％)35-38％的鎳，1.0-1.6％的鉬，0.2-0.6％的鉻，此外還有0.1-0.18％的碳以及上限為1％的錳，上限為1％的硅，上限為1％的鈮和常見(jiàn)的在煉制過(guò)程中帶進(jìn)的只有很少量的雜質(zhì)。在20-100℃下其熱膨脹系數(shù)為大約2.8×10-6/K，小于根據(jù)本發(fā)明的合金E1。根據(jù)本發(fā)明的合金E2也能達(dá)到對(duì)于應(yīng)用所必需的機(jī)械性能的改善，特別是得到的蠕變穩(wěn)定性為大約0.003％，它是對(duì)一個(gè)1.4mm厚的冷軋樣品在580℃下和甚至在200MPa的壓力下加載1個(gè)小時(shí)作為延伸A80值測(cè)定的。根據(jù)本發(fā)明的合金E2以其良好可加工性能而顯得尤為優(yōu)越，在生產(chǎn)過(guò)程中不需要附加的方法步驟。這就是說(shuō)為了調(diào)節(jié)到特別好的機(jī)械性能不需要進(jìn)一步的時(shí)效硬化熱處理?？蚣芸芍苯釉诶滠垹顟B(tài)下彎曲制成。機(jī)械性能在冷軋狀態(tài)下得到，如已經(jīng)在前文中所述的。此外該合金顯示出其熱性能滿(mǎn)足需要的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性。
根據(jù)本發(fā)明的鐵鎳合金能被調(diào)節(jié)到應(yīng)用作為特別是蔭罩的水平框架部件所必需的技術(shù)性能，其中可選擇鎳、鉬、鉻和碳的成分含量，而使其達(dá)到所期望的熱膨脹系數(shù)和機(jī)械性能。
應(yīng)用作為例如用于顯示屏幕的水平框架的材料的根據(jù)本發(fā)明的合金的另一個(gè)優(yōu)選的組成E3含有(質(zhì)量％)35-38％的鎳，0.7-1.1％的鉬，小于0.2％的鉻，此外還含有0.08-1.2％的碳以及上限為1％的錳，上限為1％的硅，上限為1％的鈮和常見(jiàn)的在煉制過(guò)程中所帶進(jìn)的痕量雜質(zhì)。在20-100℃下其有較低的熱膨脹系數(shù)2.0×10-6/K，基本上與迄今為止現(xiàn)有技術(shù)所應(yīng)用的鐵鎳合金T2的膨脹系數(shù)相當(dāng)，鐵鎳合金T2除了含有鐵和大約36％的鎳外只含有煉制過(guò)程中所帶進(jìn)的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的合金E3能達(dá)到對(duì)于應(yīng)用所必需的機(jī)械性能的改善，特別是蠕變穩(wěn)定性值為大約0.02％，它是對(duì)一個(gè)1.4mm厚的冷軋樣品在580℃下并加載200MPa的較高壓力下1小時(shí)時(shí)作為延伸A80值測(cè)得的。根據(jù)本發(fā)明的合金E3以其良好可加工性而顯得尤為優(yōu)越，在生產(chǎn)過(guò)程中不需要附加的方法步驟。這就是說(shuō)為了調(diào)節(jié)到特別好的機(jī)械性能不需要進(jìn)一步的時(shí)效硬化熱處理，如對(duì)于γ-沉淀硬化性合金所必需的那樣?？蚣苣苤苯訌睦滠垹顟B(tài)彎曲制成。機(jī)械性能在冷軋狀態(tài)下得到，如已經(jīng)在前文中所述。此外該合金顯示出其熱性能滿(mǎn)足需要的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性。
應(yīng)用作為例如用于顯示器的垂直框架的材料的根據(jù)本發(fā)明的合金的另一個(gè)優(yōu)選的組成E4含有(質(zhì)量％)35-38％的鎳，0.4-0.8％的鉬，0.1-0.3％的鉻，此外還含有0.08-1.2％的碳以及上限為1％的錳，上限為1％的硅，上限為1％的鈮和常見(jiàn)的煉制過(guò)程中所帶進(jìn)的痕量雜質(zhì)。在20-100℃下其有低的約1.8×10-6/K的熱膨脹系數(shù)，基本上與迄今為止現(xiàn)有技術(shù)所應(yīng)用的鐵鎳合金T2的膨脹系數(shù)相當(dāng)。根據(jù)本發(fā)明的合金E4也能達(dá)到對(duì)于應(yīng)用所必需的機(jī)械性能的改善，特別是蠕變穩(wěn)定性值為約0.03％，它是對(duì)一個(gè)1.4mm厚的冷軋樣品在580℃下并加載200MPa的較高壓力下1小時(shí)時(shí)作為延伸A80值測(cè)得的。根據(jù)本發(fā)明的合金E4也以其良好可加工性而顯得尤為優(yōu)越，在生產(chǎn)過(guò)程中不需要附加的方法步驟。這就是說(shuō)，為了調(diào)節(jié)到特別好的機(jī)械性能不需要進(jìn)一步的時(shí)效硬化熱處理?？蚣苣苤苯佑衫滠垹顟B(tài)彎曲制成。其機(jī)械性能在這個(gè)狀態(tài)下得到，如已經(jīng)在前文中所述。此外該合金顯示出其熱性能滿(mǎn)足需要的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性。
在表1中列出了根據(jù)本發(fā)明的合金E1，E2，E3和E4在檢測(cè)溫度580℃下由不加載和加載熱拉伸試驗(yàn)測(cè)定的機(jī)械性能，以及磁性抗磁場(chǎng)強(qiáng)度和熱膨脹系數(shù)，和與現(xiàn)有技術(shù)相應(yīng)的合金T1和T2的性能。合金 E1E2E3 E4 T1 T2580℃熱拉伸試驗(yàn)延伸極限RP0.005(N/mm2)189 261RP0.01(N/mm2) 495 455 323 347RP0.2(N/mm2) 604 513 460 438 312 322抗拉強(qiáng)度Rm(N/mm2) 659 544 485 451 411 381斷裂延伸率A80(％) 8.10 5.00 3.80 4.40 7.5 6.4蠕變強(qiáng)度/加載 200N/mm2200N/mm2138N/mm2A80(580℃/1h) (％) 0.04 0.003 0.02 0.03 0.54 2.61熱膨脹系數(shù)(從20℃直到檢測(cè)溫度，以10-6/K計(jì))T(℃)100 4.2 2.8 2.0 1.8 4.88 1.26200 4.4 3.3 2.6 2.6 4.49 2.45300 6.2 5.9 5.2 5.3 4.52 5.47400 8.7 8.5 8.1 8.2 6.3 18.28500 10.5 10.3 10.0 10.2 8.14 10.23600 11.8 11.6 11.4 11.6 9.69 11.61表1根據(jù)本發(fā)明的合金E1，E2，E3和E4和與現(xiàn)有技術(shù)相應(yīng)的合金T1和T2的在580℃下在熱拉伸試驗(yàn)中所測(cè)定的機(jī)械性能延伸極限，抗拉強(qiáng)度，斷裂延伸率以及在580℃加載138MPa或200MPa下1小時(shí)時(shí)的蠕變強(qiáng)度和熱膨脹系數(shù)。測(cè)試樣是由1.4mm厚的冷軋帶材加工制成。
在表2中舉例列出了根據(jù)本發(fā)明的合金E1，E2，E3和E4和與現(xiàn)有技術(shù)相應(yīng)的合金T1和T2的化學(xué)成分。元素 E1 E2 E3 E4 T1 T2(質(zhì)量％)C 0.250.144 0.108 0.1090.0070.003S 0.0009 0.0007 0.0008 0.0008 0.0003 0.0002N 0.001 0.001 0.001 0.0010.0020.0025Cr0.790.41＜0.01 0.20 0.03 0.03Ni37.736.536.40 36.4040.8036.15Mn0.120.110.130.14 0.55 0.24Si0.120.090.090.10 0.17 0.06Mo1.811.330.920.62 0.01 0.05Ti＜0.01 0.020.010.01 0.005＜0.01Nb0.070.100.050.05 ＜0.01 0.01Cu0.010.010.010.01 0.04 0.05Fe余量余量余量余量 余量 余量P 0.002 0.001 0.002 0.0020.0030.002Al＜0.01 ＜0.01 0.005 0.0010.0020.007Mg0.001 0.0003 0.001 ＜0.001 ＜0.001 0.002Co0.010.010.010.01 0.04 0.04O 0.0025 0.0015 0.0055 0.0055 0.0020.002表2根據(jù)本發(fā)明的合金E1，E2，E3和E4和與現(xiàn)有技術(shù)相應(yīng)的合金T1和T2的例舉的化學(xué)成分。
對(duì)于某些特定的應(yīng)用范圍，在根據(jù)本發(fā)明的合金中添加上述給定含量(質(zhì)量％)的鈷是有益的。在此優(yōu)選的鈷添加量為0.5-7質(zhì)量％，而鎳含量以相應(yīng)的方式被調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種耐蠕變的低膨脹性的鐵鎳合金，其含有(質(zhì)量％)0.02-0.3％的碳，上限為1％的錳和上限為1％的硅，0.1-2.5％的鉬和/或0.1-2.5％的鉻，小于等于1.0％的鈮，以及31.0-45.0％的鎳，余量為鐵和煉制過(guò)程中所帶進(jìn)的雜質(zhì)，該合金在20-100℃下的熱膨脹系數(shù)為小于6.0×10-6/K。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的鐵鎳合金，其特征在于，各成分含量(質(zhì)量％)被調(diào)整到鎳為37-39％，鉬為1.6-2.0％，鉻為0.6-1.0％，碳為0.22-0.28％以及錳的上限為1％，硅的上限為1％，鈮的上限為1％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的鐵鎳合金，其特征在于，各成分含量(質(zhì)量％)被調(diào)整到鎳為35-38％，鉬為1.0-1.6％，鉻為0.2-0.6％，碳為0.1-0.18％，以及錳的上限為1％，硅的上限為1％，鈮的上限為1％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的鐵鎳合金，其特征在于，各成分含量(質(zhì)量％)被調(diào)整到鎳為35-38％，鉬為0.7-1.1％，鉻的上限為0.1％，碳為0.08-0.12％，以及錳的上限為1％，硅的上限為1％和鈮的上限為1％。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4之一的鐵鎳合金，其特征在于，各成分含量(質(zhì)量％)被調(diào)整到鎳為35-38％，鉬為0.4-0.8％，鉻為0.1-0.3％，碳為0.08-0.12％，以及錳的上限為1％，硅的上限為1％和鈮的上限為1％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一的鐵鎳合金，其特征在于，添加含量范圍為0.5-7質(zhì)量％的鈷。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的鐵鎳合金，其特征在于，其鎳含量(質(zhì)量％)被調(diào)整到31-45％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的鐵鎳合金的應(yīng)用，作為蔭罩的框架部件以及作為屏幕和顯示器的蔭罩。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的鐵鎳合金的應(yīng)用，作為熱雙金屬的鈍態(tài)部件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的鐵鎳合金的應(yīng)用，作為制備，儲(chǔ)存和輸送液化氣體的部件。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的鐵鎳合金的應(yīng)用，作為激光技術(shù)中的部件。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的鐵鎳合金的應(yīng)用，作為導(dǎo)線框架。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的鐵鎳合金的應(yīng)用，用于金屬玻璃熔接。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的鐵鎳合金的應(yīng)用，用于屏幕或顯示器蔭罩的框架部件。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的鐵鎳合金的應(yīng)用，用于電子陰極，特別是電視機(jī)顯像管的構(gòu)件。
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種耐蠕變的和低膨脹性的鐵鎳合金，該合金含有(質(zhì)量％)0.02－0.3％的碳，上限為1％的錳，上限為1％的硅，0.1－0.25％的鉬，0.1－2.5％的鉻，小于等于1.0％的鈮以及31.0－45.0％的鎳，余量為鐵和煉制過(guò)程中帶進(jìn)的雜質(zhì)，在20－100℃下該合金的熱膨脹系數(shù)為小于6.0×10
文檔編號(hào)C22C38/44GK1420941SQ00810844
公開(kāi)日2003年5月28日 申請(qǐng)日期2000年8月3日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月17日
發(fā)明者B·格爾曼, B·厄潘貝克 申請(qǐng)人:蒂森克魯普德國(guó)聯(lián)合金屬制造有限公司