CN1726296A - 铁镍钴合金,它的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于大尺寸平面显示器和荧光屏的荫罩的铁镍估合金，其中该合金的化学组成(质量％)为：32.5－34.5％的Ni，3.0－4.5％的Co，0.1％的Mo，0.1％的Cr，0.01％的C，0.05％的Mn，0.1％的Si，至多0.03％的Al，余量为铁以及炼制过程中带进的杂质。

Description

铁镍钴合金，它的制备方法及其应用
本发明涉及一种铁镍钴合金。
具有约36％的镍的铁基合金由于其在20-100℃之间小的热膨胀系数，多年来已经用于显示器和电视机中的成型的荫罩。具有约36％的工业铁镍合金在20-100℃的温度范围(正如在常规的显像管中的温度)内，在软化退火了的状态下具有1.2～1.8×10-6/K的热膨胀系数，如其在钢铁材料手册(SEW-385，1991版)中所列出的。
用于成型的荫罩也使用进一步研发的具有约36％的镍的材料，其在20-100℃的温度范围内达到0.6～1.2×10-6/K的更小的热膨胀系数。
随着研发越来越大的和特别平的荧光屏，以及鉴于高清晰度的TV-技术(HDTV)的研发，和考虑到通过电子束枪更靠近调焦屏和从而更靠近荫罩而减小构件深度，显像管的制备者需要新的荫罩用材料，其在20-100℃下达到更加小的热膨胀系数。
所以本发明的目的是提供一种用于荫罩的材料，其使得在20-100℃下比现今在用的具有约36％的镍的铁镍合金还要小得多的平均热膨胀系数成为可能。此外还将制备具有相对较低的热膨胀，却具有更高的机械强度的材料变体。
所述第一个目的根据本发明是通过一种用于大尺寸平面显示器和荧光屏的荫罩的铁镍钴合金而达到的，即特别低的热膨胀，其中该合金的化学组成(质量％)为：32.5-34.5％的Ni，3.0-4.5％的Co，至多0.1％的Mo，至多0.1％的Cr，至多0.01％的C，至多0.05％的Mn，至多0.1％的Si，至多0.03％的Al，余量为铁以及炼制过程中带进的杂质。
除了调节Ni和Co以及元素Mo、Cr和C的含量外，为了达到非常低的热膨胀系数还必须需要非常低的Mn和Si的含量。
所述第二个目的是通过一种用于大尺寸平面显示器和荧光屏的荫罩的铁镍钴合金而达到的，其中该合金的化学组成(质量％)为：32.5-34.5％的Ni，3.0-5.0％的Co，0.2-0.5％的Mo，至多0.1％的Cr，0.02-0.06％的C，至多0.05％的Mn，至多0.05％的Si，至多0.03％的Al，余量为铁以及炼制过程中带进的杂质。
所给出的本发明合金的有利的进一步构成可从从属权利要求中获得。加入0.02-0.3％的含量的Nb在较高的温度下对于改善热和蠕变强度起着特别有利的作用。加入直至0.005％的含量的B对于改善合金的热变形性起着有利的作用。
此外对于作为带材应用于荫罩所需的技术性能可以用根据本发明的铁镍钴合金而达到。
根据本发明的另一个发明思想，上述的铁镍钴合金在电弧炉中或在真空感应炉中熔融和浇铸成铸锭。在热轧过程步骤之前可以用一种方法(如VAR)重熔。在从铸锭向板坯以及从板坯向厚度约4.0mm的热轧带材的热轧过程后，这种带材以多个冷轧过程和在这之间以流程方法进行的热处理而制备得到具有所需最终厚度的冷轧带材。
这种合金的优选的应用领域是用于显像管的荫罩的框架以及反射镜架和在芯片制备时的光刻仪的框架。
一种铁镍钴合金的化学组成(重量％)为0.008％的C，0.0015％的S，0.001％的N，＜0.01％的Cr，32.80％的Ni，＜0.01％的Mn，＜0.01％的Si，0.01％的Mo，＜0.01％的Ti，＜0.01％的Cu，0.002％的P，0.005％的Al，0.0003％的Mg，0.0006％的Ca，3.9％的Co，余量为铁，其在750℃下热处理15分钟，随后在空气中快速冷却之后，在20-100℃下达到已经小于0.2×10-6/K的平均热膨胀系数。
在表1中列出根据本发明的铁镍钴合金(E1、E2、E3、E4)的化学组成及在20-100℃下的平均热膨胀系数，和用于比较的另一种经研究的铁镍钴合金(U1)的化学成分及在20-100℃下的平均热膨胀系数，以及用于比较的、属于现有技术的、具有约36％镍的铁镍合金(T1、T2、T3)的化学成分及在20-100℃下的平均热膨胀系数。
  元素(％)   E1   E2   E3   E4
  C   0.002   0.002   0.008   0.002
  S   0.0023   0.0006   0.0015   0.0004
  N   0.001   0.001   0.001   0.001
  Cr   0.02   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01
  Ni   34.20   32.75   32.80   32.8
  Mn   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01
  Si   0.07   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01
  Mo   0.02   0.01   0.01
  Ti   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01
  Cu   0.01   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01
  P   0.002   0.002   0.002   0.002
  Al   0.004   ＜0.001   0.005   0.005
  Mg   0.0004   0.0003   0.0003   0.0002
  Ca   0.0004   0.0006   0.0006   0.0007
  Co   3.0   3.38   3.9   4.45
  Fe   余量   余量   余量   余量
  CTE   0.07   0.12   0.03   0.06
(20-100℃)(10E-06/K)
  元素(％)   T1   T2   T3   U1
  C   0.005   0.005   0.004   0.002
  S   0.0005   0.0013   0.0008   0.0025
  N   0.001
  Cr   0.01   0.03   0.01   0.02
  Ni   36.0   35.85   35.50   34.20
  Mn   0.26   0.03   0.03   ＜0.01
  Si   0.06   0.01   0.04   0.11
  Mo   0.02   0.02   0.09
  Ti   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01
  Cu   0.04   0.03   0.05   0.01
  P   0.002   0.002   0.002   0.003
  Al   0.013   0.01   0.011   0.010
  Mg   0.0012   0.0003   0.0006   0.0005
  Ca   0.0003   0.0003   0.0002   0.0003
  Co   0.03   0.05   1.44   2.3
  Fe   余量   余量   余量   余量
  CTE   1.27   0.63   0.44   0.37
(20-100℃)(10E-06/K)
表1：示范性地列出了根据本发明的铁镍合金E1、E2、E3、E4和经研究的合金U1以及现有技术的合金T1、T2、T3的化学组成(质量％)，同时给出了在20-100℃下的这些合金的平均热膨胀系数。
根据本发明的合金的材料变体E5和E6(表2)达到了与现有技术的合金T2比较要高出约10-20％的屈服点Rp0.2。通过加入0.30％Mo和0.047％C(E5)或0.036％C(E6)的合金元素而达到提高机械强度的目的。
此外根据本发明的合金E5令人惊奇地还达到在20-100℃下的0.45×10-6/K的低膨胀系数，以致于用合金E5达到了提高的强度和同时低的热膨胀的联合。在这些根据本发明的合金中，对于达到技术性能起决定性的作用的仍是非常低含量的Mn和Si。
另一个有利的根据本发明的合金变体具有0.02-0.3％的Nb含量以代替所给出的Mo和C含量或者与之联合。用所给出的Nb含量除了在室温下达到进一步提高了的机械强度外，还在更高的温度下达到改善了的耐热性和蠕变强度。
  元素(％)   E5   E6   T2
  C   0.047   0.036   0.005
  S   0.0009   0.0011   0.0013
  N
  Cr   0.01   0.01   0.03
  Ni   34.25   32.55   35.85
  Mn   ＜0.01   ＜0.01   0.03
  Si   ＜0.01   ＜0.01   0.01
  Mo   0.30   0.30   0.02
  Ti   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01
  Cu   ＜0.01   ＜0.01   0.03
  P   0.002   0.002   0.002
  Al   0.007   0.014   0.01
  Mg   0.0003   0.0003   0.0003
  Ca   ＜0.001   ＜0.001   0.0003
  Co   3.0   4.9   0.05
  Fe   余量   余量   余量
  CTE   0.45   0.74   0.63
(20-100℃)(10E-06/K)
Rp 0.2                         313                             291                            266
(MPa)
表2：示范性地列出了根据本发明的铁镍合金E5和E5与根据现有技术的合金T2相比较的化学组成(质量％)，还给出了在20-100℃下的平均热膨胀系数和在790℃下热处理14分钟后的机械屈服点Rp0.2。

Claims (12)

1、一种用于大尺寸平面显示器和荧光屏的荫罩的铁镍钴合金，其中该合金的化学组成(质量％)为：32.5-34.5％的Ni，3.0-4.5％的Co，最大0.1％的Mo，最大0.1％的Cr，最大0.01％的C，最大0.05％的Mn，最大0.1％的Si，最大0.03％的Al，余量为铁以及炼制过程中带进的杂质。
2、根据权利要求1的合金，其特征在于，其具有下列组成(质量％)
32.5-34.5％Ni
3.0-4.5％Co
最大0.05％Mo
最大0.05％Cr
最大0.009％C
最大0.04％Mn
最大0.03％Si
最大0.003％S
最大0.004％N
最大0.01％Ti
最大0.05％Cu
最大0.005％P
0.005-0.03％Al
最大0.0008％Mg
最大0.001％Ca
最大0.03％Zr
最大0.0060％O
余量为Fe。
3、一种用于大尺寸平面显示器和荧光屏的荫罩的铁镍钴合金，其中该合金的化学组成(质量％)为：32.5-34.5％的Ni，3.0-5.0％的Co，0.2-0.5％的Mo，0.02-0.06％的C，最大0.1％的Cr，最大0.05％的Mn，最大0.05％的Si，最大0.03％的Al，余量为铁以及炼制过程中带进的杂质。
4、根据权利要求3的合金，其特征在于，其具有下列的组成(质量％)
32.5-34.5％Ni
3.0-5.0％Co
0.25-0.35％Mo
最大0.05％Cr
0.03-0.05％C
最大0.04％Mn
最大0.03％Si
最大0.003％S
最大0.004％N
最大0.01％Ti
最大0.05％Cu
最大0.005％P
0.005-0.03％Al
最大0.0008％Mg
最大0.001％Ca
最大0.03％Zr
最大0.006％O
余量为Fe。
5、根据权利要求1-4之一的合金，其特征在于，其化学组成(质量％)具有含量为0.02-0.3％的Nb。
6、根据权利要求1-5之一的合金，其特征在于，其化学组成(质量％)具有含量为直至0.005％的B。
7、根据权利要求1-6之一的合金，其特征在于，其Ni含量(质量％)为32.5-33.5％。
8、根据权利要求1-7之一的合金，其特征在于，其Co含量(质量％)为3.7-4.1％。
9、一种用来制备权利要求1-8之一的合金的方法，其特征在于，合金在电弧炉或真空感应炉中熔融和浇铸成铸锭，根据需要用一种方法如VAR或ESU进行重熔后，铸锭在多个热轧步骤中成型为厚度＜5mm的热轧带材，和该带材在多个冷轧步骤中成型为预先给定的最终厚度的冷轧带材，在冷轧步骤之间进行至少一次热处理。
10、根据权利要求9的方法，其特征在于，实施在其过程中具有其间设置的热处理步骤的冷轧过程。
11、根据权利要求1-10之一的铁镍钴合金应用于用于代替显像管的荫罩框架的用途。
12、根据权利要求1-10之一的铁镍钴合金应用于反射镜架和在芯片制备中的光刻仪框架的用途。
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