JP2017171969A - 低熱膨張合金 - Google Patents
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0.022<Ti/47.88+Nb/92.91−C/12.01−[Ti]/47.88−[Nb]/92.91<0.070・・・(1)
ここで、式(1)中のTi、C及びNbには、Ti、C及びNbの含有量(質量%)が代入される。[Ti]、[Nb]には、固溶Ti含有量、固溶Nb含有量(質量%)が代入される。Nbが含有されない場合、式(1)中のNb及び[Nb]には「0」が代入される。
0.022<Ti/47.88+Nb/92.91−C/12.01−[Ti]/47.88−[Nb]/92.91<0.070・・・(1)
ここで、式(1)中のTi、C及びNbには、Ti、C及びNbの含有量(質量%)が代入される。[Ti]、[Nb]には、固溶Ti含有量、固溶Nb含有量(質量%)が代入される。Nbが含有されない場合、式(1)中のNb及び[Nb]には「0」が代入される。
0.022<Ti/47.88+Nb/92.91−C/12.01−[Ti]/47.88−[Nb]/92.91<0.070・・・(1)
ここで、式(1)中のTi、C及びNbには、Ti、C及びNbの含有量(質量%)が代入される。[Ti]、[Nb]には、固溶Ti含有量、固溶Nb含有量(質量%)が代入される。Nbが含有されない場合、式(1)中のNb及び[Nb]には「0」が代入される。
本実施形態の低熱膨張合金の化学組成は、次の元素を含有する。以下、化学組成における「%」は、質量%を意味する。
炭素(C)は、チタン(Ti)と結合してTiCを形成する。また、Cは、Ti及びNbと結合して(Ti,Nb)Cを形成する。TiC及び(Ti,Nb)Cのヤング率は高く、さらに、熱膨張係数は低い。したがって、TiC及び(Ti,Nb)Cは合金の熱膨張係数の上昇を抑えつつ、ヤング率を高める。C含有量が低すぎれば、この効果が有効に得られない。一方、C含有量が高すぎれば、TiC及び(Ti,Nb)Cが過剰に生成する。TiC及び(Ti,Nb)Cが過剰に生成した場合、応力集中により合金の強度が低下する。過剰なTiC及び(Ti,Nb)Cはさらに、合金の鋳造性を低下する。したがって、C含有量は0.4〜1.5%である。C含有量の好ましい下限は0.45%であり、より好ましくは0.5%であり、さらに好ましくは0.55%である。C含有量の好ましい上限は1.4%であり、より好ましくは1.3%であり、さらに好ましくは1.2%である。
マンガン(Mn)はSと結合し、鋼の熱間加工性を高める。Mn含有量が低すぎれば、この効果が有効に得られない。一方、Mn含有量が高すぎれば、合金の自発体積磁歪が減少する。その結果、合金の熱膨張係数が高まる。したがって、Mn含有量は0.05〜2.0%である。Mn含有量の好ましい下限は0.05%よりも高く、より好ましくは0.08%である。Mn含有量の好ましい上限は2.0%未満であり、より好ましくは1.0%であり、さらに好ましくは0.2%である。
ニッケル(Ni)は、合金の自発体積磁歪を高め、その結果、熱膨張係数を低下する。Niはさらに、Tiと結合してNi3Tiを形成し、合金の強度を高める。Niはまた、Ti及びNbと結合してNi3(Ti,Nb)を形成し、合金の強度を高める。Ni含有量が低すぎれば、この効果は有効に得られない。一方、Ni含有量が高すぎれば、合金の熱膨張係数がかえって増大する。したがって、Ni含有量は36.0〜43.0%である。Ni含有量の好ましい下限は36.5%であり、より好ましくは37.0%である。Ni含有量の好ましい上限は42.0%であり、より好ましくは41.5%であり、さらに好ましくは41.0%である。
チタン(Ti)はCと結合してTiCを形成する。TiCのヤング率は高く、さらに、熱膨張係数は低い。したがって、TiCは合金の熱膨張係数の上昇を抑えつつ、ヤング率を高める。Tiはさらに、Niと結合してNi3Tiを形成する。Ni3Tiは合金の引張強度を高める。Ti含有量が低すぎれば、TiCが十分に晶出せず、またNi3Tiが十分に析出しないため、これらの効果が有効に得られない。一方、Ti含有量が高すぎれば、過剰に析出したNi3Tiが熱膨張することにより熱膨張係数が増大する。したがって、Ti含有量は3.0〜10.0%である。Ti含有量の好ましい下限は3.5%であり、より好ましくは4.0%であり、さらに好ましくは4.5%である。Ti含有量の好ましい上限は9.0%であり、より好ましくは8.0%であり、さらに好ましくは7.0%である。
シリコン(Si)は鋼を脱酸する。しかしながら、Si含有量が高すぎれば、自発体積磁歪が減少し、合金の熱膨張係数が高まる。したがって、Si含有量は0.5%以下である。Si含有量の好ましい下限は0.01%である。Si含有量の好ましい上限は0.3%であり、さらに好ましくは0.2%である。
アルミニウム(Al)は鋼を脱酸する。しかしながら、Al含有量が高すぎれば、合金の自発体積磁歪が減少する。その結果、合金の熱膨張係数が高まる。したがって、Al含有量は0.1%以下である。Al含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.005%である。Al含有量の好ましい上限は0.05%である。本実施形態において、Al含有量とは、全Alの含有量である。
Nbは任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、NbはTiと同様の作用を有する。具体的には、Nbは、Tiと置換し、(Ti,Nb)Cを形成する。(Ti,Nb)Cのヤング率は高く、熱膨張係数は低い。したがって、(Ti,Nb)Cは合金の熱膨張係数の上昇を抑えつつ、ヤング率を高める。Nbはさらに、時効処理後にNi3(Ti、Nb)として母相に均一微細に析出し、引張強度を高める。しかしながら、Nb含有量が高すぎれば、粗大な(Ti,Nb)Cが生成して熱間加工性が低下したり、粗大な(Ti,Nb)Cへの応力集中により強度が低下したりする。したがって、Nb含有量は0〜5.0%である。Nb含有量の好ましい下限は1.0%であり、さらに好ましくは2.0%である。Nb含有量の好ましい上限は4.5%であり、さらに好ましくは4.0%である。
本実施形態の低熱膨張合金の組織はマトリクス(母相)と、炭化物及び析出物とからなる。マトリクスはオーステナイト単相である。炭化物は、TiC及び(Ti,Nb)Cである。析出物は、Ni3Ti及びNi3(Ti、Nb)である。Nbが含有されない場合、TiCが晶出し、Ni3Tiが析出する。Nbが含有される場合、(Ti,Nb)Cが晶出し、Ni3(Ti、Nb)が析出する。(Ti,Nb)Cは、TiCを構成するTiの一部がNbで置換された炭化物である。Ni3(Ti、Nb)は、Ni3Tiを構成するTiの一部がNbで置換された金属間化合物である。
TiC又は(Ti,Nb)Cの総体積率は4.0〜12.0%である。TiC又は(Ti,Nb)Cの総体積率が4.0%未満であれば、熱膨張係数が上昇し、ヤング率が低下する。一方、TiC又は(Ti,Nb)Cの総体積率が12.0%を超えれば、TiC又は(Ti,Nb)Cが粗大になり、応力集中により合金の強度が低下する。したがって、TiC又は(Ti,Nb)Cの総体積率は4.0〜12.0%である。TiC又は(Ti,Nb)Cの総体積率の好ましい下限は4.5%であり、より好ましくは5.0%である。TiC又は(Ti,Nb)Cの総体積率の好ましい上限は10.0%であり、より好ましくは9.0%である。
母相(オーステナイト)中に固溶するNi、Ti及びNbの含有量は、質量%で、それぞれ次のとおりである。
オーステナイトに固溶するNiの含有量(固溶Ni含有量)が、インバー合金の化学組成中のNi含有量である36%に近ければ、合金の熱膨張係数が低くなる。固溶Ni含有量が低すぎる場合、及び、固溶Ni含有量が高すぎる場合には、合金の熱膨張係数が高くなる。したがって、母相中の固溶Ni含有量は33.0〜41.0%である。固溶Ni含有量の好ましい下限は34.0%であり、より好ましくは34.5%であり、さらに好ましくは35.0%である。固溶Ni含有量の好ましい上限は40.0%であり、より好ましくは39.0%であり、さらに好ましくは38.0%である。
0.022<Ti/47.88+Nb/92.91−C/12.01−[Ti]/47.88−[Nb]/92.91<0.070・・・(1)
ここで、式(1)中のTi、C及びNbには、合金中のTi、C及びNbの含有量(質量%)が代入される。[Ti]、[Nb]には、固溶Ti含有量、固溶Nb含有量(質量%)が代入される。Nbが含有されない場合、式(1)中のNb及び[Nb]には「0」が代入される。
上述の低熱膨張合金の製造方法の一例を説明する。本製造方法は、低熱膨張合金を溶製して所定の形状にする工程(製造工程)と、製造された低熱膨張合金に対して熱処理をする工程(熱処理工程)とを含む。熱処理工程は、低熱膨張合金に対して溶体化処理を実施する工程(溶体化処理工程)と、溶体化処理された低熱膨張合金に対して時効処理を実施する工程(時効処理工程)とを含む。以下、各工程について詳述する。
上記化学組成を有する合金を溶製する。溶製された合金を用いて、造塊法によりインゴットを製造する。製造されたインゴットに対して、熱間加工を実施して合金材を製造する。熱間加工はたとえば、熱間鍛造である。溶解された合金を鋳造してそのまま合金材としてもよい。
製造された合金材に対して、溶体化処理を実施する。溶体化処理における処理温度は1000〜1250℃であり、処理時間は0.5〜10時間である。溶体化処理により、合金材中の特定金属間化合物(Ni3Ti又はNi3(Ti、Nb))を一旦溶解して、Ni、Ti及びNbをマトリクス(オーステナイト)に固溶させる。処理時間経過後、合金材を急冷(たとえば水冷)する。
溶体化処理後の合金材に対して時効処理を実施して、低熱膨張合金を製造する。時効処理での処理温度は520〜750℃であり、処理時間は1〜100時間である。時効処理により、合金中の固溶Ti含有量及び固溶Nb含有量が式(1)を満たし、低熱膨張合金中に適切な量の特定金属間化合物が析出する。さらに、マトリクス中の固溶Ni含有量が自発体積磁歪を最も発揮する33.0〜41.5%になる。
各試験番号の板材から0.2mm×0.2mm×10mmの柱状試験片を採取した。柱状試験片に対して電解研磨を実施し、柱状試験片を針状とした。作製された試験片を用いて、固溶Ni含有量、固溶Ti含有量及び固溶Nb含有量を上述の方法で測定した。結果を表2に示す。
上記板材から長さ50mm、幅10mm、厚さ10mmの試験片を作製した。作製された試験片を用いて、特定炭化物の体積率(vol%)を上述の方法で測定した。結果を表2に示す。
上記板材から直径3mm、長さ15mmの試験片を作製した。試験片を用いて、熱膨張係数を求めた。具体的には、水平示差検出方式の測定装置を用いて、5℃/minの速度で昇温した場合の30〜100℃の平均熱膨張係数を求めた。結果を表2に示す。
上記板材から長さ60mm、幅10mm、厚さ1.5mmの試験片を作製した。試験片を用いてヤング率を求めた。具体的には、横共振法の測定装置を用いて、ヤング率を求めた。結果を表2に示す。
上記板材から、平行部の直径が6mm、平行部の長さが65mmの丸棒引張試験片を作製した。作製された引張試験片に歪ゲージを貼り付けた。その後、引張試験片を用いて、常温、大気中にて引張試験を実施し、応力−歪曲線を得た。得られた応力−歪曲線を用いて、引張強度TS(MPa)を求めた。結果を表2に示す。
表1及び表2を参照して、試験番号1、2、10、13〜19の化学組成は適切であり、固溶Ni含有量の適切であった。さらに、固溶Ti含有量及び固溶Nb含有量は式(1)を満たした。その結果、これらの試験番号では、熱膨張係数は5.5×10-6/℃以下と低く、ヤング率は150GPa以上であった。さらに、引張強度は1000MPa以上であった。
Claims (2)
- 質量%で、
C:0.4〜1.5%、
Mn:0.05〜2.0%
Ni:36.0〜43.0%、
Ti:3.0〜10.0%、
Si:0.5%以下及びAl:0.1%以下からなる群から選択される1種以上、及び、
Nb:0〜5.0%を含有し、残部はFe及び不純物からなり、
固溶Ni含有量は質量%で33.0〜41.0%であり、固溶Ti含有量及び固溶Nb含有量は式(1)を満たし、
組織中のTiC又は(Ti,Nb)Cの総体積率が4.0〜12.0%である、低熱膨張合金。
0.022<Ti/47.88+Nb/92.91−C/12.01−[Ti]/47.88−[Nb]/92.91<0.070・・・(1)
ここで、式(1)中のTi、C及びNbには、Ti、C及びNbの含有量(質量%)が代入される。[Ti]、[Nb]には、固溶Ti含有量、固溶Nb含有量(質量%)が代入される。Nbが含有されない場合、式(1)中のNb及び[Nb]には「0」が代入される。 - 請求項1に記載の低熱膨脹合金であって、
Nb:1.0〜5.0%を含有する、低熱膨張合金。
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018193810A1 (ja) * | 2017-04-19 | 2018-10-25 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 高強度低熱膨張合金線 |
WO2018193809A1 (ja) * | 2017-04-19 | 2018-10-25 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 高強度低熱膨張合金 |
CN115478191A (zh) * | 2022-09-21 | 2022-12-16 | 浙江前沿半导体材料有限公司 | 一种低膨胀合金的制备方法 |
CN115717213A (zh) * | 2022-10-31 | 2023-02-28 | 北京科技大学 | 一种超低膨胀因瓦合金材料及其制备方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5597453A (en) * | 1979-01-18 | 1980-07-24 | Daido Steel Co Ltd | Alloy with high strength and low thermal expansion |
JPS55122855A (en) * | 1979-03-12 | 1980-09-20 | Daido Steel Co Ltd | High strength low thermal expansion alloy |
JPS55131155A (en) * | 1979-04-02 | 1980-10-11 | Daido Steel Co Ltd | High strength low thermal expansion alloy |
US5059257A (en) * | 1989-06-09 | 1991-10-22 | Carpenter Technology Corporation | Heat treatment of precipitation hardenable nickel and nickel-iron alloys |
JP2015160983A (ja) * | 2014-02-27 | 2015-09-07 | 新日鐵住金株式会社 | 低熱膨張合金 |
JP2015178672A (ja) * | 2014-02-27 | 2015-10-08 | 新日鐵住金株式会社 | 低熱膨張合金 |
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5597453A (en) * | 1979-01-18 | 1980-07-24 | Daido Steel Co Ltd | Alloy with high strength and low thermal expansion |
JPS55122855A (en) * | 1979-03-12 | 1980-09-20 | Daido Steel Co Ltd | High strength low thermal expansion alloy |
JPS55131155A (en) * | 1979-04-02 | 1980-10-11 | Daido Steel Co Ltd | High strength low thermal expansion alloy |
US5059257A (en) * | 1989-06-09 | 1991-10-22 | Carpenter Technology Corporation | Heat treatment of precipitation hardenable nickel and nickel-iron alloys |
JP2015160983A (ja) * | 2014-02-27 | 2015-09-07 | 新日鐵住金株式会社 | 低熱膨張合金 |
JP2015178672A (ja) * | 2014-02-27 | 2015-10-08 | 新日鐵住金株式会社 | 低熱膨張合金 |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018193810A1 (ja) * | 2017-04-19 | 2018-10-25 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 高強度低熱膨張合金線 |
WO2018193809A1 (ja) * | 2017-04-19 | 2018-10-25 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 高強度低熱膨張合金 |
JPWO2018193810A1 (ja) * | 2017-04-19 | 2019-04-25 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 高強度低熱膨張合金線 |
JPWO2018193809A1 (ja) * | 2017-04-19 | 2019-04-25 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 高強度低熱膨張合金 |
CN115478191A (zh) * | 2022-09-21 | 2022-12-16 | 浙江前沿半导体材料有限公司 | 一种低膨胀合金的制备方法 |
CN115717213A (zh) * | 2022-10-31 | 2023-02-28 | 北京科技大学 | 一种超低膨胀因瓦合金材料及其制备方法 |
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