CN1099428A - 铁镍合金 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及至少含有34％Ni，特别适用于生产 彩色电视机荫罩的低膨胀铁基合金。本发明合金的 区别特征是：当它在20—100℃的温度范围内使用 时，将铁镍比例调节到1.75—1.83，此时它的热膨胀系数低于1×10-6/K，而当它在20—200℃的温度范围内使用时，将铁镍比例调节到1.68—1.72，此时它的热膨胀系数低于2×10-6/K。

Description

本发明涉及至少含有34%（重量）Ni，特别适用于生产彩色电视机荫罩的低膨胀率铁镍合金。
这类含有约36%Ni的铁基合金在室温至100℃的温度范围内当然具有低的膨胀系数。因此，有数十种这类合金已用于某些特定应用场合，在所说应用场合下，即使温度发生变化也仍要求该合金零件具有恒定的长度，例如在精密仪器、钟表、双金属中的应用。随着彩色电视朝向更高分辨率、彩色保真度以及即使在不利的光线条件下也有较好反差的方向发展，更具体地说是为了达到高清晰度的电视技术（HDTV），铁镍材料正日益广泛地用于多孔荫罩。在常规电视显象管经常处于的20-100℃的温度范围内，含有约36%Ni的工业铁镍合金在退火状态下（950℃，30min）所具有的热膨胀系数约为1.2×10-6/K或者甚至更高;在20-200℃的温度范围内，它们的热膨胀系数约为2.2×-6/K或更高。由于网状多孔荫罩热负载的增加，最高达到200℃的温度范围，今后将变得更为重要得多。因此本发明的目的是要提供一种低膨胀率的铁镍合金，它们不管是在普通电视显象管所处的20-100℃温度范围内，还是在将来的电视显象管的网状多孔荫罩所处的20-200℃的温度范围内，都具有尽可能低的热膨胀系数，并且有十分的满意的热、冷加工性能，特别是在加工这些合金以生产彩色电视机的荫罩时具有满意的加工性能。
现已出乎意料地发现，当用于20-100℃的温度范围时，选用铁-镍比例为1.75-1.83的铁镍合金，而当用于20-200℃的温度范围时，则选用具有铁-镍比例为1.68-1.72的铁镍合金，这个问题可以最满意地得到解决，这些合金除了含有至多0.009%的碳和至多0.1%的锰之外，还含仅只十分少量的、冶炼时带入的常见杂质。本发明由于所述的铁镍比例而获得了它的优异效果。在膨胀系数方面的这种效果，通过有控制地调节上述其他合金成分及冶炼时带入的杂质而得到提高。此外，本发明的合金还具有杰出的加工性能，并且在制造荫罩的过程中不要求附加的工艺步骤。该合金的热性能还具有符合各种要求的长期稳定性。
本发明的较佳实施方案具有从属权利要求的特征。这样，铝和硅总量为0.075-0.45%的铁镍合金是较佳的。由于有了这样的合金，所需的低热膨胀系数就可在上述温度范围内，可靠地予以调节。当锰的最大含量为0.07%时，除了Si的最大含量为0.05%之外，铝的含量应在0.1-0.4%的范围内。假如铝的含量在0.15-0.40之间，优选为0.2-0.4%之间，则有可能达到更进一步的最佳化。
该铁镍合金的最大锰含量可为0.1%，而且，除了含有0.001-0.01%的Al外，还可含有0.05-0.30%的Si。最好是将硅含量调节至0.10-0.30%，优选为0.15-0.30%。虽然大多数的意见认为，对于调节低的热膨胀系数来说，硅被认为是一种十分有害的元素，然而使用比铝过量的硅进行试验，出乎意料地表明，在本发明范围内，如果在有0.001-0.01%Al存在的条件下再加入0.05-0.30%的Si，就可以在20-100℃的温度范围内甚至更令人满意地调节到低于1×10-6/K的十分低的膨胀系数。Al和Si是作为脱氧剂而添加的，其目的是改善钢的纯净度。
下列表1在铁-镍比例在1.75和1.83之间以及温度范围在20-100℃之间的共同条件下将实施例E1、E2、E3与现有技术的铁镍合金ST1和ST2进行对比，其中，E1具有基本上等量的硅和铝，E2具有过量的铝，E3具有过量的硅。表1还包含了本发明合金的实施例B1-B8。
表1
E1  E2  E3  ST1  ST2
Cr  0,03  0,01  0,03  0,06  0,05
Ni  35,82  35,75  35,85  36,35  36,40
Mn  0,04  0,02  0,05  0,25  0,27
Si  0,16  0,02  0,18  0,19  0,18
Mo  0,04  0,04  0,03  0,04  0,03
Ti  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01
Nb  0,01  0,01  0,01  <0,01  <0,01
Cu  0,02  0,03  0,03  0,05  0,03
Fe  63,71  63,80  63,70  62,90  62,95
S  <0,002  <0,002  <0,002  <0,002  <0,002
P  0,002  0,002  0,002  0,002  0,006
Al  0,12  0,230  0,006  0,005  0,003
Mg  0,002  0,002  0,003  0,003  0,003
Pb  0,001  0,001  0,001  0,001  0,001
Sn  <0,01  <0,01  <0,01  <0,01  <0,01
Co  0,03  0,04  0,04  0,06  0,02
C  0,005  0,004  0,004  0,003  0,007
Fe:Ni  1,78  1,78  1,78  1,73  1,73
AK(20-100℃)  0,85  0,9  0,8  1,2  1,2
10-6/K
表1(续)
B1  B2  B3  B4
Cr  0,02  0,01  0,02  0,01
Ni  36,10  35,20  36,05  35,25
Mn  0,03  0,02  0,02  0,03
Si  0,04  0,03  0,28  0,27
Mo  0,02  0,03  0,03  0,03
Ti  0,01  0,01  0,01  0,01
Nb  <0,01  <0,01  <0,01  <0,01
Cu  0,02  0,03  0,03  0,02
Fe  63,40  64,30  63,55  64,35
S  <0,002  <0,002  <0,002  <0,002
P  0,002  0,002  0,002  0,002
Al  0,37  0,38  0,004  0,005
Mg  0,002  0,003  0,002  0,002
Pb  0,001  0,001  0,001  0,001
Sn  <0,01  <0,01  <0,01  <0,01
Co  0,02  0,03  0,02  0,03
C  0,003  0,002  0,003  0,003
Fe:Ni  1,76  1,83  1,76  1,83
AK(20-100℃)  0,95  0,90  0,85  0,85
10-6/K
表1(续)
B5  B6  B7  B8
Cr  0,02  0,01  0,02  0,02
Ni  37,1  36,6  37,0  36,7
Mn  0,05  0,04  0,03  0,04
Si  0,05  0,04  0,29  0,27
Mo  0,01  0,02  0,02  0,02
Ti  0,01  0,01  0,01  0,01
Nb  <0,01  <0,01  <0,01  <0,01
Cu  0,04  0,03  0,02  0,03
Fe  62,3  62,85  62,6  62,9
S  <0,002  <0,002  <0,002  <0,002
P  0,002  0,002  0,002  0,002
Al  0,36  0,38  0,004  0,005
Mg  0,002  0,003  0,002  0,002
Pb  0,001  0,001  0,001  0,001
Sn  <0,01  <0,01  <0,01  <0,01
Co  0,04  0,03  0,02  0,03
C  0,002  0,003  0,003  0,004
Fe:Ni  1,68  1,72  1,69  1,71
AK(20-200℃)  1,75  1,80  1,75  1,80
10-6/K
AK＝在20-100℃温度范围内的平均热膨胀系数
本发明合金E1至E3的平均热膨胀系数是在950℃下退火30分钟后，对20-100℃的温度范围内进行测定的。可以看出，该数值约比现有技术的合金样品ST1和ST2低30%。由于本发明材料在冶金学上也是纯净的，并具有优良的热、冷加工性能，其符合DIN50602的最大氧化物线（oxide lines）为2.2，因此它非常适合用来生产例如彩色电视显象管的荫罩。
下列表2将ST1和ST2两种合金与本发明的实施例E4进行对比，表中示出这几种合金在20-200℃温度范围内的热膨胀系数。
表2
E4  ST1  ST2
Cr  0,03  0,06  0,05
Ni  36,85  36,35  36,40
Mn  0,09  0,25  0,27
Si  0,18  0,19  0,18
Mo  0,01  0,04  0,03
Ti  0,01  0,01  0,01
Nb  <0,01  <0,01  <0,01
Cu  0,03  0,05  0,03
Fe  62,70  62,90  62,95
S  <0,002  <0,002  <0,002
P  0,002  0,002  0,006
Al  0,006  0,005  0,003
Mg  0,002  0,003  0,003
Pb  0,001  0,001  0,001
Sn  <0,01  <0,01  <0,01
Co  0,02  0,06  0,02
C  0,002  0,003  0,007
Fe:Ni  1,70  1,73  1,73
AK(20-200℃)  1,75  2,2  2,2
10-6/K
AK＝在20-200℃温度范围内的平均热膨胀系数
本发明合金E4的热膨胀系数是先在950℃下退火30分钟，然后在20-200℃的温度范围内测定的。可以看出，该数值约比现有技术的合金样品ST1和ST2低20%。由于本发明材料在冶金学上也是纯净的，并且具有优良的热、冷加工性能，其符合DIN50602的最大氧化物线（oxide lines）为2.2，因此它非常适合用来生产例如彩色电视显象管的荫罩。

Claims (3)

1、特别适用于生产彩色电视机荫罩的低膨胀率铁镍合金，它含有(按重量%计)至多为0.009%的C和至多为0.1%的Mn，至少为34%的Ni，其余为铁和不可避免的杂质，其特征在于，当它在20-100℃的温度范围内使用时，将铁镍比例调节到1.75-1.83，此时它的热膨胀系数低于1×10-6/K，而当它在20-200℃的温度范围内使用时，将铁镍比例调节到1.68-1.72，此时它的热膨胀系数低于2×10-6/K。
2、如权利要求1的铁镍合金，其特征在于，它的最大Mn含量0.1%，最大Al含量为0.01%和最大Si含量为0.30%。
3、如权利要求1的铁镍合金，其特征在于，它对合金元素Mn、Al和Si的限定为：最大Mn含量为0.07%，最大Si含量为0.05%和最大Al含量为0.4%。
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