CN101724781B

CN101724781B - 一种含铌定膨胀合金及其制造方法

Info

Publication number: CN101724781B
Application number: CN2009102427176A
Authority: CN
Inventors: 丁绍松; 蔡凯洪
Original assignee: BEIJING BEIYE FUNCTIONAL MATERIALS Corp
Current assignee: BEIJING BEIYE FUNCTIONAL MATERIALS Corp
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2029-12-15
Also published as: CN101724781A

Abstract

本发明提供一种与膨胀系数α_{20℃～300℃}＝3.3×10^-6/℃的高硼硅玻璃完全匹配封接的定膨胀合金及其制造方法。其成分为C≤0.03％，Si≤0.15％，Mn0.10％～0.30％，S＜0.02％，P＜0.02％，Ni 31.0％～32.0％，Co 11.5％～12.5％，Nb 0.05％～1.0％，Zr 0.02％～1.0％，余Fe。经热处理后，合金的膨胀系数为：α_{20℃～300℃}＝(3.1～3.5)×10^-6/℃，α_{20℃～400℃}＝(3.3～3.9)×10^-6/℃。该合金可加工成棒材、带材，可广泛用于制作太阳能集热管、真空、电子等领域中与高硼硅玻璃封接的气密性密封件。

Description

一种含铌定膨胀合金及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种含铌定膨胀合金及其制造方法。

背景技术

膨胀系数α20℃～300℃＝3.3×10^-6/℃的高硼硅玻璃抗张强度高、热稳定性好，是理想的真空太阳能集热管材料。此外，该高硼硅玻璃还广泛地应用于真空、电子等领域。目前，一般采用4J29、4J30等玻封合金与高硼硅玻璃进行高真空气密性封接。其中4J29的膨胀系数为：α_{20℃～300℃}＝(4.7～5.5)×10^-6/℃，α_20℃～ _400℃＝(4.6～5.2)×10^-6/℃；4J30的膨胀系数为：α_{20℃～300℃}＝(3.7～4.2)×10^-6/℃，α_{20℃～400℃}＝(4.1～4.9)×10^-6/℃，两种合金的膨胀系数都偏高，不能与高硼硅玻璃完全匹配封接，使得在熔封过程中出现玻璃炸裂，或者熔封后漏气的现象。

发明内容

本发明的目的就是通过合金成分设计和必要的冶金手段制备出一种能与膨胀系数α_{20℃～300℃}＝3.3×10^-6/℃的高硼硅玻璃完全匹配封接的定膨胀合金，并且合金在预氧化过程中能够形成高质量的氧化膜，从而满足太阳能集热管，或真空、电子行业的使用要求。

为实现本发明的目的，采用了如下的技术方案：

成分(wt％)为C≤0.03％，Si≤0.15％，Mn 0.10％～0.30％，S＜0.02％，P＜0.02％，Ni 31.0％～32.0％，Co 11.5％～12.5％，Nb 0.05％～1.0％，Zr 0.02％～1.0％，余Fe。

合金采用真空感应炉冶炼。冶炼过程中要严格控制C的含量，C含量要尽可能低，以免在金属与玻璃的封接过程中产生气泡，钢中残留C含量应不高于0.03％。获得定膨胀的关键是控制Ni、Co含量，从而控制合金的膨胀系数的大小，并保证膨胀系数在一定的温度范围内保持恒定。适当添加合金元素Nb，在合金中起到固定C原子的作用，从而适当降低膨胀系数。Nb的含量与C的含量有一定的对应关系，一般地，C含量较高时，应该提高Nb的含量。控制合金中Zr的含量，使合金在预氧化过程中能够形成致密的氧化膜，提高封接质量。典型合金的成分、膨胀性能及封接效果见附表1。

对于棒材，钢锭经1100℃～1200℃加热，按所要求的成品规格，热锻成成品棒材。终锻温度应大于850℃。

对于带材，钢锭加热至1100℃～1200℃，热加工成冷带坯。冷轧变形率为40％～60％，冷轧中间软化温度为900℃～1050℃，走带速度为4m/min～6m/min，采用H₂保护连续退火炉。

在封接前，合金在空气中加热至800℃～900℃，保温5～15分钟，进行预氧化。

上述棒材和带材，在热处理后，膨胀系数为：α_{20℃～300℃}＝(3.1～3.5)×10^- ⁶/℃，α_{20℃～400℃}＝(3.3～3.9)×10^-6/℃。热处理制度为：在H₂中加热至900℃±10℃，保温1h，再加热至1100℃±10℃，保温15min，以不大于5℃/min的速度冷至200℃以下出炉。

本发明的贡献在于：通过调整Ni、Co含量，添加Nb 元素，控制膨胀系数；控制Zr的含量，改善预氧化后的氧化膜质量，提高合金与玻璃的封接质量；采用真空感应炉冶炼，生产出一种定膨胀合金，满足了与膨胀系数α_20℃ _300℃＝3.3×10^-6/℃的高硼硅玻璃完全匹配封接的要求。

该合金制作的气密性密封件可满足用膨胀系数α_{20℃～300℃}＝3.3×10^-6/℃的高硼硅玻璃制作的真空太阳能集热管的封接要求。同时，该合金亦可用于制作真空、电子等领域中与上述高硼硅玻璃封接的密封件。

下面通过实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例1：

成分(wt％)为C 0.01％，Si＜0.10％，Mn 0.15％，S 0.003％，P＜0.01％，Ni 31.05％，Co 11.86％，Nb 0.08％，Zr 0.05％，余Fe的合金。在真空感应炉中冶炼，钢锭经1190℃±10℃加热，热锻成60mm×60mm方坯，终锻温度900℃±10℃。表面修磨后，经1190℃±10℃热锻成φ50mm成品棒材。材料热处理制度：在H₂中加热至900℃±10℃，保温1h，再加热至1100℃±10℃，保温15min，以不大于5℃/min的速度冷至200℃以下出炉。即可得到α_{20℃～300℃}＝3.4×10^-6/℃，α_{20℃～400℃}＝3.6×10^-6/℃的定膨胀合金棒材。

实施例2：

成分(wt％)为C 0.02％，Si 0.12％，Mn 0.23％，S 0.009％，P＜0.01％，Ni 31.85％，Co 12.13％，Nb 0.12％，Zr 0.07％，余Fe的合金。在真空感应炉中冶炼，钢锭加热至1110℃±10℃，热锻成40mm×200mm扁坯，终锻温度900℃±10℃。修磨后经1120℃±10℃加热，热轧成4.5mm×160mm冷带坯；经冷轧疏松后，进行平直处理，然后酸洗、修磨、焊接成卷，冷轧成2.0mm厚，切边为155mm宽后经1050℃×4m/min连续退火炉热处理，冷轧至0.9mm 厚，再经1050℃±10℃×5m/min连续退火炉热处理，甘辊冷轧0.50mm 成品。材料热处理制度：在H₂中加热至900℃±10℃，保温1h，再加热至1100℃±10℃，保温15min，以不大于5℃/min的速度冷至200℃以下出炉。即可得到α_{20℃～300℃}＝3.2×10^-6/℃，α_{20℃～400℃}＝3.7×10^-6/℃的定膨胀合金带材。

附表1典型合金的成分、膨胀性能及封接效果

Claims

1.一种含铌定膨胀合金，其特征在于：化学成分为C≤0.03％，Si≤0.15％，Mn 0.10％～0.30％，S＜0.02％，P＜0.02％，Ni 31.0％～32.0％，Co 11.5％～12.5％，Nb 0.05％～1.0％，Zr 0.02％～1.0％，余Fe；经热处理后，合金的膨胀系数为：α_{20℃～300℃}＝(3.1～3.5)×10^-6/℃，α_{20℃～400℃}＝(3.3～3.9)×10^-6/℃。

2.一种制造如权利要求1所述含铌定膨胀合金棒材的方法，其特征在于：采用真空感应炉冶炼方式，钢锭经1100℃～1200℃加热，按所要求的成品规格，热锻成成品棒材，终锻温度应大于850℃，成品棒材热处理制度为：在H₂中加热至900℃±10℃，保温1h，再加热至1100℃±10℃，保温15min，以不大于5℃/min的速度冷至200℃以下出炉。

3.一种制造如权利要求1所述含铌定膨胀合金带材的方法，其特征在于：合金采用真空感应炉冶炼，钢锭加热至1100℃～1200℃，热加工成冷带坯，冷轧变形率为40％～60％，冷轧中间软化温度为900℃～1050℃，走带速度为4m/min～6m/min，采用H₂保护连续退火炉。