JP2024047300A - Low thermal expansion alloy production method and hot-forged component - Google Patents

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Daisuke Yamagishi
鷹之 小川
Takayuki Ogawa
努 佐藤
Tsutomu Sato
兼弘 山口
Kanehiro Yamaguchi
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Abstract

To provide a low thermal expansion alloy production method which can sufficiently reduce crystal grains while improving workability upon hot working.SOLUTION: A low thermal expansion alloy production method has: a step of hot-working a low thermal expansion alloy 1 which comprises an Fe-Ni alloy or an Fe-Ni-Co alloy; and a step of refining crystal grains by subjecting the hot-worked low thermal expansion alloy to reheating treatment. It is preferable that the hot working step is executed under the temperature conditions of 950°C or more to 1,120°C or less, and the crystal grain refining step is executed under the temperature conditions of 800°C or more to 1,000°C or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、低熱膨張合金の製造方法および熱間鍛造部品に関するものである。 The present invention relates to a manufacturing method for low thermal expansion alloys and hot forged parts.

従来、低熱膨張合金の製造方法が知られている(たとえば、特許文献1)。 Conventionally, methods for manufacturing low thermal expansion alloys are known (for example, Patent Document 1).

上記特許文献1では、Niと、Coと、Feと、を含む溶鋼(鉄基合金)からインゴットを製造し、製造したインゴットを熱間加工することにより低熱膨張合金を製造する製造方法が開示されている。また、熱間加工は、熱間鍛造である。 The above-mentioned Patent Document 1 discloses a manufacturing method for producing a low thermal expansion alloy by producing an ingot from molten steel (iron-based alloy) containing Ni, Co, and Fe, and hot working the produced ingot. The hot working is hot forging.

特開2017-172045号公報JP 2017-172045 A

ここで、上記特許文献1には開示されていないが、ホールペッチの法則により鉄基合金の降伏応力(引張強さ)は、結晶粒が小さくなるほど大きくなる。そのため、降伏応力を大きくするために結晶粒を小さくすることが望まれている。一方で、鉄基合金を熱間加工する時の温度が高いほど、結晶粒が大きくなるという動的再結晶化が知られている。 Although not disclosed in the above Patent Document 1, according to Hall-Petch's law, the smaller the crystal grains, the greater the yield stress (tensile strength) of an iron-based alloy. For this reason, it is desirable to make the crystal grains smaller in order to increase the yield stress. On the other hand, it is known that dynamic recrystallization occurs when the temperature at which an iron-based alloy is hot worked is higher, resulting in larger crystal grains.

そこで、結晶粒を小さくするために、熱間加工温度を低くすることが行われている。しかしながら、熱間加工温度を下げることにより、鉄基合金が十分に軟化されず、熱間加工時の加工性が低下するという問題点がある。また、結晶粒を小さくするために熱間加工温度を下げた状態で熱間加工時の加工率を高くすることも検討されているが、熱間加工時の加工率を高くすると熱間加工中に割れが生じるという問題点がある。 Therefore, the hot working temperature has been lowered to make the crystal grains smaller. However, lowering the hot working temperature causes the iron-based alloy to not be softened sufficiently, which reduces the workability during hot working. In addition, studies have been conducted to increase the processing rate during hot working while lowering the hot working temperature in order to make the crystal grains smaller, but there is a problem in that cracks occur during hot working when the processing rate is increased.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、熱間加工時の加工性を向上しながら、結晶粒を十分に小さくすることが可能な低熱膨張合金の製造方法を提供することである。 This invention was made to solve the above problems, and one of the objects of this invention is to provide a method for manufacturing a low thermal expansion alloy that can make the crystal grains sufficiently small while improving the workability during hot working.

上記目的を達成するために、本願発明者が、鋭意検討した結果、熱間加工の後に再加熱処理を行うことにより結晶粒が小さくなることを見出した。すなわち、この発明の第1の局面における低熱膨張合金の製造方法は、Fe-Ni合金またはFe-Ni-Co合金を含む、低熱膨張合金を熱間加工する工程と、熱間加工した低熱膨張合金を再加熱処理することにより、結晶粒を微細化する工程と、を備える。 In order to achieve the above object, the inventors of the present application conducted extensive research and discovered that the crystal grains can be made smaller by performing a reheating treatment after hot working. That is, the method for producing a low thermal expansion alloy in a first aspect of the present invention comprises a step of hot working a low thermal expansion alloy including an Fe-Ni alloy or an Fe-Ni-Co alloy, and a step of reheating the hot worked low thermal expansion alloy to make the crystal grains finer.

この発明の第1の局面による低熱膨張合金の製造方法では、上記のように、熱間加工した低熱膨張合金を再加熱処理することにより、結晶粒を微細化する工程を備える。これによって、結晶粒を十分に小さくすることができる。また、熱間加工する工程の後に、結晶粒を微細化する工程を備えることにより、熱間加工時に結晶粒を小さくする必要がないため、結晶粒を小さくするために熱間加工温度を低くする必要がない。これにより、熱間加工時の温度を加工性の向上が可能な温度に設定することができる。これらの結果、熱間加工時の加工性を向上しながら、結晶粒を十分に小さくすることができる。 In the manufacturing method of a low thermal expansion alloy according to the first aspect of the present invention, as described above, the process includes a step of reheating the hot-worked low thermal expansion alloy to refine the crystal grains. This allows the crystal grains to be made sufficiently small. Furthermore, by including a step of refining the crystal grains after the hot working step, it is not necessary to make the crystal grains small during hot working, and therefore it is not necessary to lower the hot working temperature to make the crystal grains small. This allows the temperature during hot working to be set at a temperature that allows for improved workability. As a result, the crystal grains can be made sufficiently small while improving workability during hot working.

上記第1の局面による低熱膨張合金の製造方法において、好ましくは、結晶粒を微細化する工程は、熱間加工する工程よりも低い温度で行われる。このように構成すれば、再加熱する温度が低いため、結晶粒を容易に十分に小さくすることができる。 In the manufacturing method of the low thermal expansion alloy according to the first aspect, the step of refining the crystal grains is preferably carried out at a temperature lower than that of the hot working step. In this manner, the reheating temperature is low, so that the crystal grains can be easily made sufficiently small.

上記第1の局面による低熱膨張合金の製造方法において、好ましくは、Fe-Ni-Co合金は、28質量%以上30質量%以下のNiと、15質量%以上17質量%以下のCoとを含む。このような組成を有するFe-Ni-Co合金に対して、熱間加工および再加熱処理(結晶微細化処理)を行なうことにより、熱間加工時の加工性を向上しながら、結晶粒を微細化することができることを本願発明者は後述する実験(実施例)から知得している。 In the manufacturing method of the low thermal expansion alloy according to the first aspect, the Fe-Ni-Co alloy preferably contains 28% by mass to 30% by mass of Ni and 15% by mass to 17% by mass of Co. The inventors of the present application have learned from the experiments (examples) described below that by performing hot working and reheating treatment (crystal refinement treatment) on an Fe-Ni-Co alloy having such a composition, it is possible to refine the crystal grains while improving the workability during hot working.

この場合、好ましくは、熱間加工する工程は、950℃以上1120℃以下の温度条件で行われ、結晶粒を微細化する工程は、800℃以上1000℃以下の温度条件で行われる。このような温度条件で熱間加工および再加熱処理(結晶微細化処理)を行なえば、熱間加工時の加工性を向上しながら、結晶粒を微細化することができることを本願発明者は後述する実験(実施例)から知得している。 In this case, the hot working step is preferably carried out at a temperature of 950°C to 1120°C, and the grain refinement step is carried out at a temperature of 800°C to 1000°C. The inventors of the present application have learned from the experiments (examples) described below that by carrying out hot working and reheating treatment (grain refinement treatment) under such temperature conditions, it is possible to refine the grains while improving the workability during hot working.

上記熱間加工する工程が、950℃以上1120℃以下の温度条件で行われる低熱膨張合金の製造方法において、好ましくは、結晶粒を微細化する工程は、800℃以上950℃未満の温度条件で行われる。このように構成すれば、結晶粒をさらに微細化することができることを本願発明者は後述する実験(実施例)から知得している。 In the manufacturing method of the low thermal expansion alloy in which the hot working step is carried out under a temperature condition of 950°C or more and 1120°C or less, the grain refinement step is preferably carried out under a temperature condition of 800°C or more and less than 950°C. The inventors of the present application have learned from the experiments (examples) described below that by configuring in this way, the grains can be further refined.

上記結晶粒を微細化する工程が、800℃以上1000℃以下の温度条件で行われる低熱膨張合金の製造方法において、好ましくは、結晶粒を微細化する工程は、2時間以上8時間以下の時間条件で行われる。このような時間条件で再加熱処理(結晶微細化処理)を行なえば、結晶粒を小さくすることができることを本願発明者は後述する実験(実施例)から知得している。 In the manufacturing method of the low thermal expansion alloy in which the above-mentioned grain refinement process is carried out under a temperature condition of 800°C to 1000°C, the grain refinement process is preferably carried out under a time condition of 2 hours to 8 hours. The inventors of the present application have learned from the experiments (examples) described below that the grains can be made smaller by carrying out a reheating treatment (grain refinement process) under such time conditions.

この場合、好ましくは、結晶粒を微細化する工程は、800℃以上850℃未満の温度条件で、かつ2時間以上4時間以下の時間条件で行われる。このように構成すれば、結晶粒をさらに小さくすることができることを本願発明者は後述する実験(実施例)から知得している。 In this case, the process of refining the crystal grains is preferably carried out at a temperature of 800°C or higher and lower than 850°C for a time period of 2 hours or higher and 4 hours or lower. The inventors of this application have learned from the experiments (examples) described below that this configuration makes it possible to further reduce the crystal grains.

上記第1の局面による低熱膨張合金の製造方法において、好ましくは、結晶粒を微細化する工程により、低熱膨張合金の結晶粒の平均粒径が100μm以下に調整される。このように構成すれば、結晶粒が小さいことにより、降伏応力を大きくすることができる。 In the manufacturing method of the low thermal expansion alloy according to the first aspect, the average grain size of the low thermal expansion alloy is preferably adjusted to 100 μm or less by a grain refinement process. With this configuration, the yield stress can be increased due to the small grain size.

この場合、好ましくは、結晶粒を微細化する工程により、低熱膨張合金の結晶粒の平均粒径が50μm以下に調整される。このように構成すれば、結晶粒をさらに小さくすることができる。 In this case, the average grain size of the low thermal expansion alloy is preferably adjusted to 50 μm or less by a process of refining the grains. By configuring in this way, the grains can be made even smaller.

上記第1の局面による低熱膨張合金の製造方法において、好ましくは、結晶粒を微細化する工程により、低熱膨張合金のビッカース硬さが160HV以下に調整される。このような低熱膨張合金は、熱間処理時の加工ひずみが再加熱処理により解消されて、結晶粒が小さくなっていることを本願発明者は後述する実験(実施例)から知得している。 In the manufacturing method of the low thermal expansion alloy according to the first aspect, the Vickers hardness of the low thermal expansion alloy is preferably adjusted to 160 HV or less by a process of refining the crystal grains. The inventors of this application have learned from the experiments (examples) described below that in such low thermal expansion alloys, the processing strain during hot treatment is eliminated by reheating treatment, resulting in small crystal grains.

上記第1の局面による低熱膨張合金の製造方法において、好ましくは、熱間加工する工程は、低熱膨張合金を熱間鍛造する工程を含み、結晶粒を微細化する工程は、熱間鍛造した低熱膨張合金を再加熱処理することにより、結晶粒が微細化された熱間鍛造部品を形成する。このように構成すれば、結晶粒の平均粒径が小さく、降伏応力の大きい熱間鍛造部品を製造することができる。 In the manufacturing method of the low thermal expansion alloy according to the first aspect, the hot working step preferably includes a step of hot forging the low thermal expansion alloy, and the grain refinement step involves reheating the hot forged low thermal expansion alloy to form a hot forged part with refined grains. This configuration makes it possible to manufacture a hot forged part with a small average grain size and a large yield stress.

この発明の第2の局面における熱間鍛造部品は、結晶粒の平均粒径が100μm以下に調整された、Fe-Ni合金またはFe-Ni-Co合金を含む、低熱膨張合金から構成される。 The hot forged part in the second aspect of the present invention is made of a low thermal expansion alloy, including an Fe-Ni alloy or an Fe-Ni-Co alloy, whose average crystal grain size is adjusted to 100 μm or less.

この発明の第2の局面による熱間鍛造部品では、上記のように、熱間鍛造部品の結晶粒の平均粒径が100μm以下に調整されているため、降伏応力を大きくすることができる。 In the hot forged part according to the second aspect of the present invention, as described above, the average grain size of the crystal grains of the hot forged part is adjusted to 100 μm or less, so that the yield stress can be increased.

本発明によれば、上記のように、熱間加工時の加工性を向上しながら、結晶粒を十分に小さくすることが可能な低熱膨張合金の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, as described above, it is possible to provide a method for producing a low thermal expansion alloy that can improve workability during hot working while making the crystal grains sufficiently small.

実施形態による低熱膨張合金の製造方法を説明するための図である。1A to 1C are diagrams for explaining a method for manufacturing a low thermal expansion alloy according to an embodiment. 実施例1のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Example 1. 実施例2のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Example 2. 実施例3のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Example 3. 実施例4のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Example 4. 実施例5のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Example 5. 実施例6のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Example 6. 実施例7のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Example 7. 実施例8のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Example 8. 実施例9のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Example 9. 比較例1のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Comparative Example 1. 比較例2のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Comparative Example 2. 比較例3のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Comparative Example 3. 比較例4のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Comparative Example 4. 比較例5のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Comparative Example 5. 比較例6のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Comparative Example 6. 比較例7のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Comparative Example 7. 比較例8のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Comparative Example 8. 比較例9のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Comparative Example 9. 比較例10のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Comparative Example 10. 実施例10のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Example 10. 実施例11のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Example 11. 実施例12のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Example 12. 実施例13のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Example 13. 実施例14のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Example 14. 実施例15のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Example 15. 実施例16のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Example 16. 実施例17のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Example 17. 実施例18のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Example 18. 実施例19のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Example 19. 実施例20のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Example 20. 実施例21のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Example 21. 実施例22のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Example 22. 実施例23のFe-Ni-Co合金の写真である。1 is a photograph of the Fe—Ni—Co alloy of Example 23.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。 One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

[実施形態]
(低熱膨張合金)
図1に示すように、低熱膨張合金1は、熱間鍛造部品10を構成する。いいかえると、低熱膨張合金1を用いて熱間鍛造部品10が製造される。熱間鍛造部品10は、気密封止用部材または半導体を搬送する搬送部材に用いられる。さらに、本実施形態の熱間鍛造部品10は、ろう材により他部材にろう付けされる。
[Embodiment]
(Low thermal expansion alloy)
As shown in Fig. 1, the low thermal expansion alloy 1 constitutes a hot forged part 10. In other words, the hot forged part 10 is manufactured using the low thermal expansion alloy 1. The hot forged part 10 is used as a hermetic sealing member or a transport member for transporting a semiconductor. Furthermore, the hot forged part 10 of this embodiment is brazed to another member by a brazing material.

本実施形態の低熱膨張合金1は、Fe-Ni合金またはFe-Ni-Co合金を含む。 The low thermal expansion alloy 1 in this embodiment includes an Fe-Ni alloy or an Fe-Ni-Co alloy.

Fe-Ni合金は、たとえば、Niを42質量%含み、残りがFeから構成される、いわゆる42アロイである。Fe-Ni合金の別の例は、Niを36質量%含み、残りがFeから構成される、いわゆるインバー、または、Niを32質量%およびCoを4質量%含み、残りがFeから構成される、いわゆるスーパーインバーである。 An example of an Fe-Ni alloy is the so-called 42 alloy, which contains 42% by weight of Ni and the remainder is Fe. Another example of an Fe-Ni alloy is the so-called Invar, which contains 36% by weight of Ni and the remainder is Fe, or the so-called Super Invar, which contains 32% by weight of Ni and 4% by weight of Co and the remainder is Fe.

Fe-Ni-Co合金は、たとえば、28質量%以上30質量%以下のNiと、15質量%以上17質量%以下のCoとを含む。Fe-Ni-Co合金は、たとえば、29質量%のNiと、17質量%のCoと、微量元素と、残部鉄とから構成されるASTM規格のF15-95(ASTM F15-95)である。 The Fe-Ni-Co alloy contains, for example, 28% by mass to 30% by mass of Ni and 15% by mass to 17% by mass of Co. The Fe-Ni-Co alloy is, for example, ASTM standard F15-95 (ASTM F15-95), which is composed of 29% by mass of Ni, 17% by mass of Co, trace elements, and the balance being iron.

(低熱膨張合金の製造方法)
図1に示すように、本実施形態の低熱膨張合金1の製造方法では、低熱膨張合金1を熱間加工する工程と、再加熱により、結晶粒を微細化する工程と、を備える。
(Method of manufacturing low thermal expansion alloy)
As shown in FIG. 1, the method for producing a low thermal expansion alloy 1 of this embodiment includes a step of hot working the low thermal expansion alloy 1 and a step of reheating the alloy to refine the crystal grains.

低熱膨張合金1を熱間加工する工程は、準備した低熱膨張合金1を加熱しながら鍛造する工程である。熱間加工時に加熱する温度条件は、950℃以上1120℃以下である。 The process of hot working the low thermal expansion alloy 1 is a process of forging the prepared low thermal expansion alloy 1 while heating it. The temperature condition for heating during hot working is 950°C or higher and 1120°C or lower.

結晶粒を微細化する工程は、熱間加工された低熱膨張合金1を炉内にて再加熱しながら行われる。再加熱する温度条件は、800℃以上1000℃以下であり、結晶粒をより微細化するためには、800℃以上950℃未満であるのが好ましい。再加熱する温度条件は、熱間加工する温度条件よりも低いほうが好ましい。 The process of refining the crystal grains is carried out while reheating the hot-worked low thermal expansion alloy 1 in a furnace. The temperature condition for reheating is 800°C or higher and 1000°C or lower, and in order to further refine the crystal grains, it is preferable for the temperature condition for reheating to be 800°C or higher and lower than 950°C. It is preferable for the temperature condition for reheating to be lower than the temperature condition for hot working.

結晶粒を微細化する工程は、2時間以上8時間以下の時間条件下で再加熱により行われる。結晶粒を微細化する工程は、結晶粒をより小さくするために、より好ましくは、2時間以上4時間以下の時間条件下で再加熱により行われる。 The grain refinement process is carried out by reheating for a time period of 2 hours or more and 8 hours or less. In order to make the grains smaller, the grain refinement process is more preferably carried out by reheating for a time period of 2 hours or more and 4 hours or less.

低熱膨張合金1の結晶粒の平均粒径は、結晶粒を微細化する工程により、好ましくは、100μm以下、より好ましくは、降伏応力(機械的強度)をより大きくするために50μm以下に調整される。結晶粒の粒径は、再加熱の温度が低いほど小さくすることができる。すなわち、結晶粒の粒径が小さくなるほど降伏応力が大きくなるホールペッチの法則から、再加熱温度を低くするほど降伏応力を大きくすることができ、機械的強度を向上させることができる。 The average grain size of the low thermal expansion alloy 1 is adjusted to preferably 100 μm or less, and more preferably 50 μm or less, by a process of refining the grains, in order to increase the yield stress (mechanical strength). The grain size of the grains can be made smaller as the reheating temperature is lower. In other words, according to the Hall-Petch law, which states that the smaller the grain size of the grains, the greater the yield stress, the lower the reheating temperature, the greater the yield stress and the improved mechanical strength.

低熱膨張合金1のビッカース硬さは、結晶粒を微細化する工程により、160HV以下に調整される。ビッカース硬さは、再加熱の温度が高いほど小さくすることができる。熱間加工された低熱膨張合金1は、動的再結晶の現象により結晶粒が大きくなるとともに加工ひずみが蓄積されていると考えられる。そして、再加熱することにより、加工ひずみが除去される。 The Vickers hardness of the low thermal expansion alloy 1 is adjusted to 160 HV or less by a process of refining the crystal grains. The higher the reheating temperature, the smaller the Vickers hardness can be. It is believed that the crystal grains of the hot-worked low thermal expansion alloy 1 become larger due to the phenomenon of dynamic recrystallization, and processing strain accumulates. Then, by reheating, the processing strain is removed.

結晶粒を微細化する工程の後、低熱膨張合金1は冷却される。冷却の方法は、水に浸漬させる水冷と、炉内で自然に冷却する炉内放冷と、炉内から取出し冷却する空冷とのうちいずれでもよい。 After the grain refinement process, the low thermal expansion alloy 1 is cooled. The cooling method may be water cooling by immersion in water, furnace cooling by natural cooling in the furnace, or air cooling by removing from the furnace and cooling.

低熱膨張合金1は、そのまま熱間鍛造部品10として使用されてもよく、たとえば、冷却されたあとに、曲げ加工などが行われて熱間鍛造部品10が形成されてもよい。
(実施形態の効果)
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
The low thermal expansion alloy 1 may be used as the hot forged part 10 as it is, or may be subjected to bending or the like after cooling to form the hot forged part 10, for example.
(Effects of the embodiment)
In this embodiment, the following effects can be obtained.

本実施形態では、上記のように、熱間加工した低熱膨張合金1を再加熱処理することにより、結晶粒を微細化する工程を備える。これによって、結晶粒を十分に小さくすることができる。また、熱間加工する工程の後に、結晶粒を微細化する工程を備えることにより、熱間加工時に結晶粒を小さくする必要がないため、結晶粒を小さくするために熱間加工温度を低くする必要がない。これにより、熱間加工時の温度を加工性の向上が可能な温度に設定することができる。これらの結果、熱間加工時の加工性を向上しながら、結晶粒を十分に小さくすることができる。 In this embodiment, as described above, a process for refining the crystal grains is provided by reheating the hot-worked low thermal expansion alloy 1. This allows the crystal grains to be made sufficiently small. Furthermore, by providing a process for refining the crystal grains after the hot working process, it is not necessary to make the crystal grains small during hot working, and therefore it is not necessary to lower the hot working temperature to make the crystal grains small. This allows the temperature during hot working to be set at a temperature that allows for improved workability. As a result, the crystal grains can be made sufficiently small while improving workability during hot working.

本実施形態では、上記のように、結晶粒を微細化する工程は、熱間加工する工程よりも低い温度で行われる。これにより、再加熱する温度が低いため、結晶粒を容易に十分に小さくすることができる。 In this embodiment, as described above, the process of refining the crystal grains is carried out at a temperature lower than that of the hot working process. This allows the crystal grains to be easily made sufficiently small because the reheating temperature is low.

本実施形態では、Fe-Ni-Co合金は、28質量%以上30質量%以下のNiと、15質量%以上17質量%以下のCoとを含む。このような組成を有するFe-Ni-Co合金に対して、熱間加工および再加熱処理(結晶微細化処理)を行なうことにより、熱間加工時の加工性を向上しながら、結晶粒を微細化することができることを本願発明者は後述する実験(実施例)から知得している。 In this embodiment, the Fe-Ni-Co alloy contains 28% by mass to 30% by mass of Ni and 15% by mass to 17% by mass of Co. The inventors of this application have learned from the experiments (examples) described below that by performing hot working and reheating treatment (crystal refinement treatment) on an Fe-Ni-Co alloy having such a composition, it is possible to refine the crystal grains while improving the workability during hot working.

本実施形態では、上記のように、熱間加工する工程は、950℃以上1120℃以下の温度条件で行われ、結晶粒を微細化する工程は、800℃以上1000℃以下の温度条件で行われる。このような温度条件で熱間加工および再加熱処理(結晶微細化処理)を行なえば、熱間加工時の加工性を向上しながら、結晶粒を微細化することができることを本願発明者は後述する実験(実施例)から知得している。 In this embodiment, as described above, the hot working process is performed at a temperature of 950°C to 1120°C, and the grain refinement process is performed at a temperature of 800°C to 1000°C. The inventors of this application have learned from the experiments (examples) described below that by performing hot working and reheating treatment (grain refinement treatment) under such temperature conditions, it is possible to refine the grains while improving the workability during hot working.

本実施形態では、上記のように、結晶粒を微細化する工程は、800℃以上950℃未満の温度条件で行われる。これにより、結晶粒をさらに微細化することができることを本願発明者は後述する実験(実施例)から知得している。 In this embodiment, as described above, the process of refining the crystal grains is carried out at a temperature of 800°C or higher and lower than 950°C. The inventors of the present application have learned from the experiments (examples) described below that this makes it possible to further refine the crystal grains.

本実施形態では、上記のように、結晶粒を微細化する工程は、2時間以上8時間以下の時間条件で行われる。このような時間条件で再加熱処理(結晶微細化処理)を行なえば、結晶粒を小さくすることができることを本願発明者は後述する実験(実施例)から知得している。 In this embodiment, as described above, the process of refining the crystal grains is carried out for a time period of 2 hours to 8 hours. The inventors of this application have learned from the experiments (examples) described below that the crystal grains can be made smaller by carrying out the reheating treatment (crystal refinement treatment) under such time conditions.

本実施形態では、上記のように、結晶粒を微細化する工程は、800℃以上850℃未満の温度条件で、かつ2時間以上4時間以下の時間条件で行われる。これにより、結晶粒をさらに小さくすることができることを本願発明者は後述する実験(実施例)から知得している。 In this embodiment, as described above, the process of refining the crystal grains is carried out at a temperature of 800°C or higher and lower than 850°C for a time period of 2 hours or higher and 4 hours or lower. The inventors of this application have learned from the experiments (examples) described below that this makes it possible to further reduce the crystal grains.

本実施形態では、上記のように、結晶粒を微細化する工程により、低熱膨張合金1の結晶粒の平均粒径が100μm以下に調整される。これにより、結晶粒が小さいことにより、降伏応力を大きくすることができる。 In this embodiment, as described above, the average grain size of the low thermal expansion alloy 1 is adjusted to 100 μm or less by the process of refining the grains. This allows the yield stress to be increased due to the small grains.

本実施形態では、上記のように、結晶粒を微細化する工程により、低熱膨張合金1の結晶粒の平均粒径が50μm以下に調整される。これにより、結晶粒をさらに小さくすることができる。 In this embodiment, as described above, the average grain size of the low thermal expansion alloy 1 is adjusted to 50 μm or less by the process of refining the grains. This allows the grains to be made even smaller.

本実施形態では、上記のように、結晶粒を微細化する工程により、低熱膨張合金1のビッカース硬さが160HV以下に調整される。このような低熱膨張合金1は、熱間処理時の加工ひずみが再加熱処理により解消されて、結晶粒が小さくなっていることを本願発明者は後述する実験(実施例)から知得している。 In this embodiment, as described above, the Vickers hardness of the low thermal expansion alloy 1 is adjusted to 160 HV or less by the process of refining the crystal grains. The inventors of this application have learned from the experiments (examples) described below that in such a low thermal expansion alloy 1, the processing strain during hot treatment is eliminated by reheating treatment, and the crystal grains become small.

本実施形態では、上記のように、熱間加工する工程は、低熱膨張合金1を熱間鍛造する工程を含み、結晶粒を微細化する工程は、熱間鍛造した低熱膨張合金1を再加熱処理することにより、結晶粒が微細化された熱間鍛造部品10を形成する。これにより、結晶粒の平均粒径が小さく、降伏応力の大きい熱間鍛造部品10を製造することができる。 In this embodiment, as described above, the hot working process includes a process of hot forging the low thermal expansion alloy 1, and the grain refinement process involves reheating the hot forged low thermal expansion alloy 1 to form a hot forged part 10 with refined grains. This allows the manufacture of a hot forged part 10 with a small average grain size and a large yield stress.

本実施形態では、上記のように、熱間鍛造部品10の結晶粒の平均粒径が100μm以下に調整されているため、降伏応力を大きくすることができる。 In this embodiment, as described above, the average grain size of the crystal grains of the hot forged part 10 is adjusted to 100 μm or less, so the yield stress can be increased.

[実施例]
(再加熱時の温度条件と時間との関係)
本願発明者は、再加熱時の最適な温度条件と再加熱の時間とを取得するために低熱膨張合金であるFe-Ni-Co合金(ASTM F15-95)を1080℃で鍛造し、熱間加工した。鍛錬比(加工率)は、2である。熱間加工したFe-Ni-Co合金を表1に示す条件で再加熱処理し、水冷することによりFe-Ni-Co合金を作製した。また、作製したFe-Ni-Co合金から複数のサンプルを採取し、平均粒径とビッカース硬さとを測定した。実施例1~9および比較例1~10の熱間加工の条件と、再加熱の温度条件と、平均粒径と、ビッカース硬さとを以下の表1に示す。なお、表1に示す混粒状態とは、最小粒径が50μm以下の結晶粒と、最大粒径が200μmより大きい結晶粒とが混ざっている状態を指す。
[Example]
(Relationship between temperature conditions and time during reheating)
The inventors of the present application forged and hot worked a low thermal expansion alloy Fe-Ni-Co alloy (ASTM F15-95) at 1080°C in order to obtain the optimal temperature conditions and reheating time during reheating. The forging ratio (working rate) was 2. The hot worked Fe-Ni-Co alloy was reheated under the conditions shown in Table 1 and water-cooled to produce an Fe-Ni-Co alloy. In addition, a number of samples were taken from the produced Fe-Ni-Co alloy, and the average grain size and Vickers hardness were measured. The hot working conditions, reheating temperature conditions, average grain size, and Vickers hardness of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 10 are shown in Table 1 below. The mixed grain state shown in Table 1 refers to a state in which crystal grains with a minimum grain size of 50 μm or less and crystal grains with a maximum grain size of more than 200 μm are mixed together.

[表1]

Figure 2024047300000002
[Table 1]

Figure 2024047300000002

実施例1では、再加熱は、1000℃で2時間行った。実施例2では、再加熱は、1000℃で4時間行った。実施例3では、再加熱は、1000℃で8時間行った。実施例4では、再加熱は、900℃で2時間行った。実施例5では、再加熱は、850℃で2時間行った。実施例6では、再加熱は、850℃で4時間行った。実施例7では、再加熱は、800℃で2時間行った。実施例8では、再加熱は、800℃で4時間行った。実施例9では、再加熱は、800℃で8時間行った。 In Example 1, reheating was performed at 1000°C for 2 hours. In Example 2, reheating was performed at 1000°C for 4 hours. In Example 3, reheating was performed at 1000°C for 8 hours. In Example 4, reheating was performed at 900°C for 2 hours. In Example 5, reheating was performed at 850°C for 2 hours. In Example 6, reheating was performed at 850°C for 4 hours. In Example 7, reheating was performed at 800°C for 2 hours. In Example 8, reheating was performed at 800°C for 4 hours. In Example 9, reheating was performed at 800°C for 8 hours.

比較例1は、再加熱を行わなかった。比較例2では、再加熱は、750℃で2時間行った。比較例3では、再加熱は、750℃で4時間行った。比較例4では、再加熱は、750℃で8時間行った。比較例5では、再加熱は、700℃で2時間行った。比較例6では、再加熱は、650℃で2時間行った。比較例7では、再加熱は、600℃で2時間行った。比較例8では、再加熱は、500℃で2時間行った。比較例9では、再加熱は、500℃で4時間行った。比較例10では、再加熱は、500℃で8時間行った。 In Comparative Example 1, reheating was not performed. In Comparative Example 2, reheating was performed at 750°C for 2 hours. In Comparative Example 3, reheating was performed at 750°C for 4 hours. In Comparative Example 4, reheating was performed at 750°C for 8 hours. In Comparative Example 5, reheating was performed at 700°C for 2 hours. In Comparative Example 6, reheating was performed at 650°C for 2 hours. In Comparative Example 7, reheating was performed at 600°C for 2 hours. In Comparative Example 8, reheating was performed at 500°C for 2 hours. In Comparative Example 9, reheating was performed at 500°C for 4 hours. In Comparative Example 10, reheating was performed at 500°C for 8 hours.

図2は、実施例1のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。実施例1のFe-Ni-Co合金では、平均粒径が150μmであるとともに、ビッカース硬さが152.6HVであった。また、結晶粒の大きさは略均一であり、混粒状態ではなかった。 Figure 2 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Example 1, magnified 150 times. The Fe-Ni-Co alloy of Example 1 had an average grain size of 150 μm and a Vickers hardness of 152.6 HV. The crystal grains were approximately uniform in size and were not in a mixed grain state.

図3は、実施例2のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。実施例2のFe-Ni-Co合金では、平均粒径が200μmであるとともに、ビッカース硬さが151.7HVであった。また、結晶粒の大きさは略均一であり、混粒状態ではなかった。 Figure 3 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Example 2, magnified 150 times. The Fe-Ni-Co alloy of Example 2 had an average grain size of 200 μm and a Vickers hardness of 151.7 HV. The crystal grains were approximately uniform in size and were not in a mixed grain state.

図4は、実施例3のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。実施例3のFe-Ni-Co合金では、平均粒径が200μmであるとともに、ビッカース硬さが146.4HVであった。また、結晶粒の大きさは略均一であり、混粒状態ではなかった。 Figure 4 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Example 3, magnified 150 times. The Fe-Ni-Co alloy of Example 3 had an average grain size of 200 μm and a Vickers hardness of 146.4 HV. The crystal grains were approximately uniform in size and were not in a mixed grain state.

図5は、実施例4のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。実施例4のFe-Ni-Co合金では、平均粒径が60μm以上70μm以下の範囲内であるとともに、ビッカース硬さが151.8HVであった。また、結晶粒の大きさは略均一であり、混粒状態ではなかった。 Figure 5 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Example 4, enlarged 150 times. The Fe-Ni-Co alloy of Example 4 had an average grain size in the range of 60 μm to 70 μm, and a Vickers hardness of 151.8 HV. The crystal grain size was also approximately uniform, and the sample was not in a mixed grain state.

図6は、実施例5のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。実施例5のFe-Ni-Co合金では、平均粒径が60μmであるとともに、ビッカース硬さが150HVであった。また、結晶粒の大きさは略均一であり、混粒状態ではなかった。 Figure 6 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Example 5, magnified 150 times. The Fe-Ni-Co alloy of Example 5 had an average grain size of 60 μm and a Vickers hardness of 150 HV. The crystal grains were approximately uniform in size and were not in a mixed grain state.

図7は、実施例6のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。実施例6のFe-Ni-Co合金では、平均粒径が70μmであるとともに、ビッカース硬さが147HVであった。また、結晶粒の大きさは略均一であり、混粒状態ではなかった。 Figure 7 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Example 6, magnified 150 times. The Fe-Ni-Co alloy of Example 6 had an average grain size of 70 μm and a Vickers hardness of 147 HV. The crystal grains were approximately uniform in size and were not in a mixed grain state.

図8は、実施例7のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。実施例7のFe-Ni-Co合金では、平均粒径が45μmであるとともに、ビッカース硬さが159.6HVであった。また、結晶粒の大きさは略均一であり、混粒状態ではなかった。 Figure 8 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Example 7, magnified 150 times. The Fe-Ni-Co alloy of Example 7 had an average grain size of 45 μm and a Vickers hardness of 159.6 HV. The crystal grains were approximately uniform in size and were not in a mixed grain state.

図9は、実施例8のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。実施例8のFe-Ni-Co合金では、平均粒径が45μm以上50μm以下の範囲内であるとともに、ビッカース硬さが151HVであった。また、結晶粒の大きさは略均一であり、混粒状態ではなかった。 Figure 9 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Example 8, enlarged 150 times. The Fe-Ni-Co alloy of Example 8 had an average grain size in the range of 45 μm to 50 μm, and a Vickers hardness of 151 HV. The crystal grains were approximately uniform in size and were not in a mixed grain state.

図10は、実施例9のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。実施例9のFe-Ni-Co合金では、平均粒径が45μm以上50μm以下の範囲内であるとともに、ビッカース硬さが149HVであった。また、結晶粒の大きさは略均一であり、混粒状態ではなかった。 Figure 10 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Example 9, enlarged 150 times. The Fe-Ni-Co alloy of Example 9 had an average grain size in the range of 45 μm to 50 μm, and a Vickers hardness of 149 HV. The crystal grains were approximately uniform in size and were not in a mixed grain state.

図11は、比較例1のFe-Ni-Co合金の一部を採取し、150倍に拡大した写真である。比較例1のFe-Ni-Co合金では、最小粒径が50μm以下の結晶粒と、最大粒径が200μmより大きい結晶粒とが混ざっている混粒状態であった。また、ビッカース硬さが183.8HVであった。 Figure 11 is a photograph of a portion of the Fe-Ni-Co alloy of Comparative Example 1, magnified 150 times. The Fe-Ni-Co alloy of Comparative Example 1 was in a mixed grain state, with crystal grains having a minimum grain size of 50 μm or less and crystal grains having a maximum grain size of more than 200 μm. The Vickers hardness was 183.8 HV.

図12は、比較例2のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。比較例2のFe-Ni-Co合金では、最小粒径が50μm以下の結晶粒と、最大粒径が200μmよりも大きい結晶粒とが混ざっている混粒状態であった。また、ビッカース硬さが161HVであった。 Figure 12 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Comparative Example 2, enlarged 150 times. The Fe-Ni-Co alloy of Comparative Example 2 had a mixed grain state, with crystal grains having a minimum grain size of 50 μm or less and crystal grains having a maximum grain size of more than 200 μm. The Vickers hardness was 161 HV.

図13は、比較例3のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。比較例3のFe-Ni-Co合金では、最小粒径が50μm以下の結晶粒と、最大粒径が200μmよりも大きい結晶粒とが混ざっている混粒状態であった。また、ビッカース硬さが154HVであった。 Figure 13 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Comparative Example 3, enlarged 150 times. The Fe-Ni-Co alloy of Comparative Example 3 had a mixed grain state, with crystal grains having a minimum grain size of 50 μm or less and crystal grains having a maximum grain size of more than 200 μm. The Vickers hardness was 154 HV.

図14は、比較例4のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。比較例4のFe-Ni-Co合金では、最小粒径が50μm以下の結晶粒と、最大粒径が200μmよりも大きい結晶粒とが混ざっている混粒状態であった。また、ビッカース硬さが147HVであった。 Figure 14 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Comparative Example 4, enlarged 150 times. The Fe-Ni-Co alloy of Comparative Example 4 had a mixed grain state, with crystal grains having a minimum grain size of 50 μm or less and crystal grains having a maximum grain size of more than 200 μm. The Vickers hardness was 147 HV.

図15は、比較例5のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。比較例5のFe-Ni-Co合金では、最小粒径が50μm以下の結晶粒と、最大粒径が200μmよりも大きい結晶粒とが混ざっている混粒状態であった。また、ビッカース硬さが159HVであった。 Figure 15 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Comparative Example 5, enlarged 150 times. The Fe-Ni-Co alloy of Comparative Example 5 had a mixed grain state, with crystal grains having a minimum grain size of 50 μm or less and crystal grains having a maximum grain size of more than 200 μm. The Vickers hardness was 159 HV.

図16は、比較例6のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。比較例6のFe-Ni-Co合金では、最小粒径が50μm以下の結晶粒と、最大粒径が200μmよりも大きい結晶粒とが混ざっている混粒状態であった。また、ビッカース硬さが169HVであった。 Figure 16 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Comparative Example 6, enlarged 150 times. The Fe-Ni-Co alloy of Comparative Example 6 had a mixed grain state, with crystal grains having a minimum grain size of 50 μm or less and crystal grains having a maximum grain size of more than 200 μm. The Vickers hardness was 169 HV.

図17は、比較例7のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。比較例7のFe-Ni-Co合金では、最小粒径が50μm以下の結晶粒と、最大粒径が200μmよりも大きい結晶粒とが混ざっている混粒状態であった。また、ビッカース硬さが167HVであった。 Figure 17 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Comparative Example 7, enlarged 150 times. The Fe-Ni-Co alloy of Comparative Example 7 had a mixed grain state, with crystal grains having a minimum grain size of 50 μm or less and crystal grains having a maximum grain size of more than 200 μm. The Vickers hardness was 167 HV.

図18は、比較例8のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。比較例8のFe-Ni-Co合金では、最小粒径が50μm以下の結晶粒と、最大粒径が200μmよりも大きい結晶粒とが混ざっている混粒状態であった。また、ビッカース硬さが164HVであった。 Figure 18 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Comparative Example 8, enlarged 150 times. The Fe-Ni-Co alloy of Comparative Example 8 had a mixed grain state, with crystal grains having a minimum grain size of 50 μm or less and crystal grains having a maximum grain size of more than 200 μm. The Vickers hardness was 164 HV.

図19は、比較例9のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。比較例9のFe-Ni-Co合金では、最小粒径が50μm以下の結晶粒と、最大粒径が200μmよりも大きい結晶粒とが混ざっている混粒状態であった。また、ビッカース硬さが167HVであった。 Figure 19 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Comparative Example 9, enlarged 150 times. The Fe-Ni-Co alloy of Comparative Example 9 had a mixed grain state, with crystal grains having a minimum grain size of 50 μm or less and crystal grains having a maximum grain size of more than 200 μm. The Vickers hardness was 167 HV.

図20は、比較例10のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。比較例10のFe-Ni-Co合金では、最小粒径が50μm以下の結晶粒と、最大粒径が200μmよりも大きい結晶粒とが混ざっている混粒状態であった。また、ビッカース硬さが164HVであった。 Figure 20 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Comparative Example 10, enlarged 150 times. The Fe-Ni-Co alloy of Comparative Example 10 had a mixed grain state, with crystal grains having a minimum grain size of 50 μm or less and crystal grains having a maximum grain size of more than 200 μm. The Vickers hardness was 164 HV.

以上の結果から、熱間加工時の加熱により結晶粒が一部粗大化しているFe-Ni-Co合金を、800℃以上の温度で2時間以上8時間以下再加熱することにより、結晶粒の粒径を混粒状態ではなく均一化することができることを本願発明者は知得した。また、再加熱温度を1000℃以下、好ましくは950℃未満、より好ましくは、850℃未満にすることにより結晶粒が100μm未満の小さい結晶粒にすることができることを本願発明者は知得した。このことから、熱間加工により結晶粒が粗大化する動的再結晶の現象に基づいて、再加熱した場合に結晶粒の粗大化が促進されると予測されていた従来の認識に反して、再加熱をすることにより結晶粒を小さくすることができることを本願発明者は知得した。また、再加熱を行う時間条件は、長くなるほど結晶粒が大きくなるため、2時間以上4時間以下の時間条件で行うことが好ましいことを本願発明者は知得した。また、再加熱を行う温度が高い程、ビッカース硬さが小さくなることを本願発明者は知得した。このことから、熱間加工により加工ひずみが蓄積されていたが、再加熱により加工ひずみが除去されて、結晶粒が小さくなったと考えられる。 From the above results, the inventors of the present application have found that by reheating an Fe-Ni-Co alloy in which some of the crystal grains have become coarse due to heating during hot working at a temperature of 800°C or higher for 2 to 8 hours, the grain size of the crystal grains can be made uniform rather than mixed. The inventors of the present application have also found that by setting the reheating temperature to 1000°C or lower, preferably less than 950°C, and more preferably less than 850°C, the crystal grains can be made small, less than 100 μm. Based on this, the inventors of the present application have found that, contrary to the conventional understanding that reheating promotes the coarsening of crystal grains based on the phenomenon of dynamic recrystallization in which crystal grains become coarse due to hot working, it is possible to make the crystal grains smaller by reheating. The inventors of the present application have also found that the longer the time for reheating, the larger the crystal grains become, so that it is preferable to perform reheating for a time condition of 2 to 4 hours. The inventors of the present application have also found that the higher the temperature for reheating, the lower the Vickers hardness. This suggests that processing strain accumulated during hot processing, but that reheating removed the processing strain, resulting in smaller crystal grains.

(異なる温度による再加熱)
本願発明者は、比較例5、比較例7および比較例8のFe-Ni-Co合金を本実施形態の再加熱温度条件で再加熱を行うことにより、実施例10、実施例11および実施例12を作製した。具体的には、比較例5、比較例7および比較例8のFe-Ni-Co合金をさらに800℃で2時間過熱し、実施例10、実施例11および実施例12を作製した。また、作製したFe-Ni-Co合金から複数のサンプルを採取し、複数のサンプルの各々において平均粒径とビッカース硬さとを測定した。実施例10~12の熱間加工時の温度条件と、1回目の再加熱の温度条件と、1回目の再加熱の時間条件と、2回目の再加熱の温度条件と、2回目の再加熱の時間条件と、平均粒径と、ビッカース硬さとを以下の表2に示す。
(Reheating at different temperatures)
The inventors of the present application produced Examples 10, 11 and 12 by reheating the Fe-Ni-Co alloys of Comparative Examples 5, 7 and 8 under the reheating temperature conditions of the present embodiment. Specifically, the Fe-Ni-Co alloys of Comparative Examples 5, 7 and 8 were further overheated at 800°C for 2 hours to produce Examples 10, 11 and 12. In addition, a plurality of samples were taken from the produced Fe-Ni-Co alloys, and the average grain size and Vickers hardness were measured for each of the plurality of samples. The temperature conditions during hot working, the temperature conditions of the first reheating, the time conditions of the first reheating, the temperature conditions of the second reheating, the time conditions of the second reheating, the average grain size and the Vickers hardness of Examples 10 to 12 are shown in Table 2 below.

[表2]

Figure 2024047300000003
[Table 2]

Figure 2024047300000003

図21は、実施例10のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。実施例10では、平均粒径が35μmとなり、200μmよりも大きい結晶粒は見られなかった。また、結晶粒の大きさは略均一であり、混粒状態ではなかった。また、ビッカース硬さが154HVとなった。 Figure 21 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Example 10, enlarged 150 times. In Example 10, the average grain size was 35 μm, and no crystal grains larger than 200 μm were observed. The size of the crystal grains was also approximately uniform, and they were not in a mixed grain state. The Vickers hardness was also 154 HV.

図22は、実施例11のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。実施例11では、平均粒径が45μmとなり、200μmよりも大きい結晶粒は見られなかった。また、結晶粒の大きさは略均一であり、混粒状態ではなかった。また、ビッカース硬さは、153HVであった。 Figure 22 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Example 11, enlarged 150 times. In Example 11, the average grain size was 45 μm, and no crystal grains larger than 200 μm were observed. The size of the crystal grains was also approximately uniform, and they were not in a mixed grain state. The Vickers hardness was 153 HV.

図23は、実施例12のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。実施例12では、平均粒径が50μmとなり、200μmよりも大きい結晶粒が見られなかった。また、結晶粒の大きさは略均一であり、混粒状態ではなかった。また、ビッカース硬さは、153HVであった。 Figure 23 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Example 12, enlarged 150 times. In Example 12, the average grain size was 50 μm, and no crystal grains larger than 200 μm were observed. The size of the crystal grains was also approximately uniform, and they were not in a mixed grain state. The Vickers hardness was 153 HV.

以上の結果から、本願発明者は、800℃未満の温度条件で再加熱を行った場合に、さらに800℃以上の温度条件で再加熱を行うことにより結晶粒を微細化することができることを知得した。 From the above results, the inventors of the present application found that when reheating is performed at a temperature below 800°C, the crystal grains can be refined by further reheating at a temperature of 800°C or higher.

(熱間加工の温度)
本願発明者は、熱間加工の最適な温度条件を取得するために、異なる温度条件により熱間加工したFe-Ni-Co合金を再加熱処理し、冷却することによりFe-Ni-Co合金を製造した。また、作製したFe-Ni-Co合金の中心部に近い内部と、外周面に近い外部とから各々複数のサンプルを採取し、複数のサンプルの各々において平均粒径を測定した。熱間加工の温度条件と、再加熱の温度条件と、再加熱の時間条件と、平均粒径とを以下の表3に示す。
(Hot working temperature)
In order to obtain the optimum temperature conditions for hot working, the inventors of the present application produced Fe-Ni-Co alloys by reheating and cooling Fe-Ni-Co alloys that had been hot worked under different temperature conditions. In addition, a number of samples were taken from the inside near the center of the produced Fe-Ni-Co alloys and from the outside near the outer periphery, and the average grain size was measured for each of the samples. The temperature conditions for hot working, the temperature conditions for reheating, the time conditions for reheating, and the average grain size are shown in Table 3 below.

[表3]

Figure 2024047300000004
[Table 3]

Figure 2024047300000004

実施例14では、1120℃で熱間加工を行った後、再加熱は、800℃で4時間行った。実施例15では、1120℃で熱間加工を行った後、再加熱は、800℃で8時間行った。実施例16では、1080℃で熱間加工を行った後、再加熱は、800℃で2時間行った。実施例17では、1080℃で熱間加工を行った後、再加熱は、800℃で4時間行った。実施例18では、1080℃で熱間加工を行った後、再加熱は、800℃で8時間行った。実施例19では、1000℃で熱間加工を行った後、再加熱は、800℃で2時間行った。実施例20では、1000℃で熱間加工を行った後、再加熱は、800℃で4時間行った。実施例21では、1000℃で熱間加工を行った後、再加熱は、800℃で8時間行った。実施例22では、950℃で熱間加工を行った後、再加熱は、800℃で2時間行った。実施例23では、950℃で熱間加工を行った後、再加熱は、800℃で4時間行った。実施例24では、950℃で熱間加工を行った後、再加熱は、800℃で8時間行った。 In Example 14, after hot working at 1120°C, reheating was performed at 800°C for 4 hours. In Example 15, after hot working at 1120°C, reheating was performed at 800°C for 8 hours. In Example 16, after hot working at 1080°C, reheating was performed at 800°C for 2 hours. In Example 17, after hot working at 1080°C, reheating was performed at 800°C for 4 hours. In Example 18, after hot working at 1080°C, reheating was performed at 800°C for 8 hours. In Example 19, after hot working at 1000°C, reheating was performed at 800°C for 2 hours. In Example 20, after hot working at 1000°C, reheating was performed at 800°C for 4 hours. In Example 21, after hot working at 1000°C, reheating was performed at 800°C for 8 hours. In Example 22, after hot working at 950°C, reheating was performed at 800°C for 2 hours. In Example 23, after hot working at 950°C, reheating was performed at 800°C for 4 hours. In Example 24, after hot working at 950°C, reheating was performed at 800°C for 8 hours.

図24は、実施例14のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。実施例14のFe-Ni-Co合金では、平均粒径が60μmになった。また、結晶粒の大きさは略均一であり、混粒状態ではなかった。 Figure 24 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Example 14, enlarged 150 times. In the Fe-Ni-Co alloy of Example 14, the average grain size was 60 μm. In addition, the crystal grain size was approximately uniform and was not in a mixed grain state.

図25は、実施例15のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。実施例15のFe-Ni-Co合金では、平均粒径が60μmになった。また、結晶粒の大きさは略均一であり、混粒状態ではなかった。 Figure 25 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Example 15, enlarged 150 times. In the Fe-Ni-Co alloy of Example 15, the average grain size was 60 μm. In addition, the crystal grain size was approximately uniform and was not in a mixed grain state.

図26は、実施例16のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。実施例16のFe-Ni-Co合金では、平均粒径が45μmになった。また、結晶粒の大きさは略均一であり、混粒状態ではなかった。 Figure 26 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Example 16, enlarged 150 times. In the Fe-Ni-Co alloy of Example 16, the average grain size was 45 μm. In addition, the crystal grain size was approximately uniform and was not in a mixed grain state.

図27は、実施例17のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。実施例17のFe-Ni-Co合金では、平均粒径が45μm以上50μm以下になった。また、結晶粒の大きさは略均一であり、混粒状態ではなかった。 Figure 27 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Example 17, enlarged 150 times. In the Fe-Ni-Co alloy of Example 17, the average grain size was 45 μm or more and 50 μm or less. In addition, the crystal grain size was approximately uniform and was not in a mixed grain state.

図28は、実施例18のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。実施例18のFe-Ni-Co合金では、平均粒径が45μm以上50μm以下になった。また、結晶粒の大きさは略均一であり、混粒状態ではなかった。 Figure 28 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Example 18, enlarged 150 times. In the Fe-Ni-Co alloy of Example 18, the average grain size was 45 μm or more and 50 μm or less. In addition, the crystal grain size was approximately uniform and was not in a mixed grain state.

図29は、実施例19のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。実施例19のFe-Ni-Co合金では、平均粒径が45μmになった。また、結晶粒の大きさは略均一であり、混粒状態ではなかった。 Figure 29 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Example 19, enlarged 150 times. In the Fe-Ni-Co alloy of Example 19, the average grain size was 45 μm. In addition, the crystal grain size was approximately uniform and was not in a mixed grain state.

図30は、実施例20のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。実施例20のFe-Ni-Co合金では、平均粒径が45μm以上50μm以下になった。また、結晶粒の大きさは略均一であり、混粒状態ではなかった。 Figure 30 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Example 20, enlarged 150 times. In the Fe-Ni-Co alloy of Example 20, the average grain size was 45 μm or more and 50 μm or less. In addition, the crystal grain size was approximately uniform and was not in a mixed grain state.

図31は、実施例21のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。実施例21のFe-Ni-Co合金では、平均粒径が45μm以上50μm以下になった。また、結晶粒の大きさは略均一であり、混粒状態ではなかった。 Figure 31 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Example 21, enlarged 150 times. In the Fe-Ni-Co alloy of Example 21, the average grain size was 45 μm or more and 50 μm or less. In addition, the crystal grain size was approximately uniform and was not in a mixed grain state.

図32は、実施例22のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。実施例22のFe-Ni-Co合金では、平均粒径が35μmになった。また、結晶粒の大きさは略均一であり、混粒状態ではなかった。 Figure 32 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Example 22, magnified 150 times. In the Fe-Ni-Co alloy of Example 22, the average grain size was 35 μm. In addition, the crystal grain size was approximately uniform and was not in a mixed grain state.

図33は、実施例23のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。実施例23のFe-Ni-Co合金では、平均粒径が45μmになった。また、結晶粒の大きさは略均一であり、混粒状態ではなかった。 Figure 33 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Example 23, enlarged 150 times. In the Fe-Ni-Co alloy of Example 23, the average grain size was 45 μm. In addition, the crystal grain size was approximately uniform and was not in a mixed grain state.

図34は、実施例24のFe-Ni-Co合金から採取したサンプルを150倍に拡大した写真である。実施例24のFe-Ni-Co合金では、平均粒径が45μm以上50μm以下になった。また、結晶粒の大きさは略均一であり、混粒状態ではなかった。 Figure 34 is a photograph of a sample taken from the Fe-Ni-Co alloy of Example 24, enlarged 150 times. In the Fe-Ni-Co alloy of Example 24, the average grain size was 45 μm or more and 50 μm or less. In addition, the crystal grain size was approximately uniform and was not in a mixed grain state.

以上の結果から、熱間加工する工程を950℃以上1120℃以下で行うとともに、再加熱し結晶粒を微細化する工程を800℃以上1000℃以下の温度条件で行うことにより、結晶粒を小さくすることができることを本願発明者は知得した。 From the above results, the inventors of the present application have discovered that the grains can be made smaller by performing the hot working process at a temperature of 950°C or higher and 1120°C or lower, and by performing the reheating and grain refinement process at a temperature of 800°C or higher and 1000°C or lower.

(変形例)
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
(Modification)
The embodiments and examples disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the claims, not by the description of the embodiments and examples described above, and further includes all modifications (variations) within the meaning and scope of the claims.

たとえば、結晶粒を微細化する工程は、熱間加工する工程よりも低い温度条件で行われる例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、結晶粒を微細化する工程を、熱間加工する工程と同じ温度条件または熱間加工する温度よりも高い温度条件で行ってもよい。 For example, although an example has been shown in which the process of refining the crystal grains is performed under a lower temperature condition than the hot working process, the present invention is not limited to this. In the present invention, the process of refining the crystal grains may be performed under the same temperature condition as the hot working process or under a higher temperature condition than the hot working temperature.

また、上記実施形態では、結晶粒を微細化する工程は、2時間以上8時間以下行われる例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、結晶粒を微細化する工程は、2時間未満の時間条件で行なわれてもよく、8時間を超えた時間条件で行われてもよい。 In the above embodiment, the process of refining the crystal grains is performed for 2 hours or more and 8 hours or less, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the process of refining the crystal grains may be performed for a time period of less than 2 hours, or may be performed for a time period of more than 8 hours.

1 低熱膨張合金
10熱間鍛造部品
1. Low thermal expansion alloy 10. Hot forged parts

Claims (12)

Fe-Ni合金またはFe-Ni-Co合金を含む、低熱膨張合金を熱間加工する工程と、
前記熱間加工した前記低熱膨張合金を再加熱処理することにより、結晶粒を微細化する工程と、を備える、低熱膨張合金の製造方法。
hot working a low thermal expansion alloy, the low thermal expansion alloy comprising an Fe—Ni alloy or an Fe—Ni—Co alloy;
and reheating the hot-worked low thermal expansion alloy to refine the crystal grains.
前記結晶粒を微細化する工程は、前記熱間加工する工程よりも低い温度で行われる、請求項1に記載の低熱膨張合金の製造方法。 The method for producing a low thermal expansion alloy according to claim 1, wherein the grain refinement step is carried out at a temperature lower than that of the hot working step. 前記Fe-Ni-Co合金は、28質量%以上30質量%以下のNiと、15質量%以上17質量%以下のCoとを含む、請求項1または2に記載の低熱膨張合金の製造方法。 The method for producing a low thermal expansion alloy according to claim 1 or 2, wherein the Fe-Ni-Co alloy contains 28% by mass or more and 30% by mass or less of Ni and 15% by mass or more and 17% by mass or less of Co. 前記熱間加工する工程は、950℃以上1120℃以下の温度条件で行われ、
前記結晶粒を微細化する工程は、800℃以上1000℃以下の温度条件で行われる、請求項3に記載の低熱膨張合金の製造方法。
The hot working step is carried out at a temperature of 950° C. or more and 1120° C. or less,
The method for producing a low thermal expansion alloy according to claim 3, wherein the step of refining the crystal grains is carried out under a temperature condition of 800°C or higher and 1000°C or lower.
前記結晶粒を微細化する工程は、800℃以上950℃未満の温度条件で行われる、請求項4に記載の低熱膨張合金の製造方法。 The method for producing a low thermal expansion alloy according to claim 4, wherein the process for refining the crystal grains is carried out at a temperature of 800°C or higher and less than 950°C. 前記結晶粒を微細化する工程は、2時間以上8時間以下の時間条件で行われる、請求項4に記載の低熱膨張合金の製造方法。 The method for producing a low thermal expansion alloy according to claim 4, wherein the process for refining the crystal grains is carried out for a time period of 2 hours or more and 8 hours or less. 前記結晶粒を微細化する工程は、800℃以上850℃未満の温度条件で、かつ2時間以上4時間以下の時間条件で行われる、請求項6に記載の低熱膨張合金の製造方法。 The method for producing a low thermal expansion alloy according to claim 6, wherein the step of refining the crystal grains is carried out at a temperature of 800°C or more and less than 850°C for a time period of 2 hours or more and 4 hours or less. 前記結晶粒を微細化する工程により、前記低熱膨張合金の結晶粒の平均粒径が100μm以下に調整される、請求項1または2に記載の低熱膨張合金の製造方法。 The method for producing a low thermal expansion alloy according to claim 1 or 2, wherein the grain refinement process adjusts the average grain size of the low thermal expansion alloy to 100 μm or less. 前記結晶粒を微細化する工程により、前記低熱膨張合金の結晶粒の平均粒径が50μm以下に調整される、請求項8に記載の低熱膨張合金の製造方法。 The method for producing a low thermal expansion alloy according to claim 8, wherein the grain refinement process adjusts the average grain size of the low thermal expansion alloy to 50 μm or less. 前記結晶粒を微細化する工程により、前記低熱膨張合金のビッカース硬さが160HV以下に調整される、請求項1または2に記載の低熱膨張合金の製造方法。 The method for producing a low thermal expansion alloy according to claim 1 or 2, wherein the Vickers hardness of the low thermal expansion alloy is adjusted to 160 HV or less by the grain refinement process. 前記熱間加工する工程は、前記低熱膨張合金を熱間鍛造する工程を含み、
前記結晶粒を微細化する工程は、前記熱間鍛造した前記低熱膨張合金を再加熱処理することにより、結晶粒が微細化された熱間鍛造部品を形成する、請求項1または2に記載の低熱膨張合金の製造方法。
The hot working step includes a step of hot forging the low thermal expansion alloy,
3. The method for producing a low thermal expansion alloy according to claim 1, wherein the step of refining the crystal grains comprises forming a hot forged part having refined crystal grains by reheating the hot forged low thermal expansion alloy.
結晶粒の平均粒径が100μm以下に調整された、Fe-Ni合金またはFe-Ni-Co合金を含む、低熱膨張合金から構成される、熱間鍛造部品。 Hot-forged parts made of low thermal expansion alloys, including Fe-Ni alloys or Fe-Ni-Co alloys, with the average grain size adjusted to 100 μm or less.
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