JP3510278B2 - Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系低熱膨張合金 - Google Patents
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系低熱膨張合金Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、精密機器用構造材料
等に使用されるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金材料に係り、Ｎ
ｉとＣｏとの含有量を極めて狭い特定範囲とすることに
より、その３０℃〜１００℃の熱膨張係数を従来の所謂
スーパーインバー合金の熱膨張係数と同等となし、かつ
３０℃〜３００℃の熱膨張係数を該従来合金に比べて著
しく小さくしたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系低熱膨張合金に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】従来、精密機器用構造材料等、温度変化
に対する寸法変化を嫌う使用条件下で用いられる金属材
料としては、所謂スーパーインバー合金と呼ばれる公称
組成３１ｗｔ％Ｎｉ−５ｗｔ％Ｃｏ−Ｆｅ合金が使用さ
れている。この３１ｗｔ％Ｎｉ−５ｗｔ％Ｃｏ−Ｆｅ合
金の平均熱膨張係数（３０〜１００℃）は、１×１０-6
／℃以下と極めて小さい。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかし、３１ｗｔ％Ｎ
ｉ−５ｗｔ％Ｃｏ−Ｆｅ合金は、図２のＮｏ．１０の曲
線に示す如く、約１５０℃を超えた高温側では熱膨張曲
線が急激に立ち上がり、その３０〜２００℃における平
均熱膨張係数は約２．５×１０-6℃であり、３０〜３０
０℃における平均熱膨張係数が約５．７×１０-6℃と非
常に大きな熱膨張特性を示すため、かかる高温下での使
用は不可能であった。 【０００４】近年、種々産業での自動制御化が進み、精
密機器を１５０℃を超えた高温域で使用する要請が強く
なっているが、所謂スーパーインバー合金では高温域で
の熱膨張が大きく使用できないため、これに代わる低熱
膨張金属材料が求められている。 【０００５】この発明は、高温域で精密機器用構造材料
に使用されるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金材料の上述の問題
点に鑑み、所謂スーパーインバー合金と同等の扱いが可
能で、かつ１５０℃以上の使用環境温度によっても熱膨
張係数が変化せず、極めて小さな熱膨張係数を有するＦ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系低熱膨張合金の提供を目的としてい
る。 【０００６】 【課題を解決するための手段】発明者は、Ｆｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ系合金の低熱膨張化と同時に高温域での熱膨張係数
が変化しない組成、特にＮｉ及びＣｏの含有量を種々検
討の結果、極めて限られた成分範囲でＮｉとＣｏの総量
を特定範囲内とすることにより、３０℃〜１００℃の熱
膨張係数が従来の所謂スーパーインバー合金の熱膨張係
数と同等であり、かつ３０℃〜３００℃の熱膨張係数を
該従来合金に比べて著しく小さくできること知見し、こ
の発明を完成した。 【０００７】すなわち、この発明は、Ｎｉ ３１．５〜
３４ｗｔ％、Ｃｏ ６〜８．５ｗｔ％、かつ３８．５≦
Ｎｉ＋Ｃｏ≦４０．５ｗｔ％を満足し、残部Ｆｅ及び不
可避的不純物元素からなり、３０〜３００℃の平均熱膨
張係数が２×１０-6／℃以下で熱膨張の変移点が２５０
℃以上であり、かつγ→α′変態温度が−５０℃以下で
あることを特徴とするＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系低熱膨張合金
である。 【０００８】組成の限定理由 Ｎｉは、本系組成基本成分であり、３１．５ｗｔ％未満
ではγ→α′変態温度が−５０℃以上となり、γ→α′
変態を起こすと熱膨張が急激に増大し好ましくなく、ま
た３４ｗｔ％を超えると熱膨張が大きくなるため、３
１．５〜３４ｗｔ％の範囲とする。 【０００９】Ｃｏは、本系組成基本成分であり、６ｗｔ
％未満では熱膨張の変移点が２５０℃未満となると同時
に変移点を超える温度での熱膨張が大きくなり、また、
８．５ｗｔ％を超えると熱膨張が大きくなるため、６〜
８．５ｗｔ％の範囲とする。 【００１０】この発明の特徴であるＮｉとＣｏの総量規
制は、図１に示す如く、Ｎｉ＋Ｃｏが３８．５ｗｔ％未
満では熱膨張の変移点が２５０℃未満となるとともに変
移点を超える温度での熱膨張が大きくなり、さらに４
０．５ｗｔ％を超えると熱膨張が大きくなるため、Ｎｉ
＋Ｃｏは３８．５〜４０．５ｗｔ％の範囲とする。 【００１１】添加元素は特に限定しないが、Cは、0,02w
t%を越えると酸洗処理時にスマットが発生し易く、また
ガラス封着時に発泡しやすくなるため、0.02wt%以下が
望ましい。Siは、0.25wt%を越えると酸化処理を行う場
合、内部粒界酸化が激しくなり、また非金属介在物が多
くなり、材料の折曲げ性が低下するため、0.25wt%以下
が望ましい。Mnは、0.5wt%を越えると非金属介在物が多
くなり、材料の折曲げ性が低下するため、0.5wt%以下が
望ましい。さらに、Feは、本系組成基本成分であり、Ni
やCo等の含有残余を占める。 【００１２】この発明によるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系低熱膨
張合金は、３０〜３００℃の平均熱膨張係数が２×１０
-6／℃以下であることを特徴とするが、１５０℃を超え
た高温域で精密機器などを使用可能にするため３０〜３
００℃の平均熱膨張係数を特定する必要があり、平均熱
膨張係数が２×１０-6／℃を越えると熱膨張による寸法
変化が精密機器用構造材料として許容される寸法変化よ
り大きくなりすぎるため、３０〜３００℃の平均熱膨張
係数を２×１０-6／℃以下に限定する。 【００１３】この発明は、上述のごとく特定の平均熱膨
張係数を有することが重要である。さらに、当該合金の
熱膨張曲線が急激に立ち上がる温度である変移点を特定
することでこの発明の特徴をより明確にできる。よっ
て、変移点が250℃未満では高温雰囲気での使用時に熱
膨張の直線性が確保し難いため、変移点を250℃以上と
する。 【００１４】この発明において、γ→α′変態温度が−
５０℃より高温にあれば、極寒冷地での使用や輸送中に
γ→α′変態し、熱膨張が大きくなる可能性があるた
め、α′変態温度を−５０℃以下に限定する。 【００１５】 【作用】この発明によるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金は、そ
れぞれ極狭い含有範囲に規制されたＮｉとＣｏの総量を
特定範囲内とすることにより、３０℃〜１００℃の熱膨
張係数を従来の所謂スーパーインバー合金の熱膨張係数
と同等にすることができ、さらに３０〜３００℃にわた
って熱膨張が２×１０-6／℃以下と極めて小さく、さら
に、変移点が２５０℃以上、変態温度が−５０℃以下と
なり、低温から高温域の高範囲の使用環境温度によって
も熱膨張係数が極めて小さく変化しない特性を発揮す
る。 【００１６】 【実施例】表１に示す如く、Ｎｉ及びＣｏ量を変化させ
た種々組成のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金試料を高周波真空
溶解炉にて溶製した。鋳塊を熱間圧延後、冷間粗圧延、
中間焼鈍を経て、冷間圧延にて板厚０．５ｍｍに仕上げ
た。最終仕上げ焼鈍を９００℃で行なった後、熱膨張特
性を測定した。また、仕上がった板より１５ｍｍ×１５
ｍｍの試験片を切出し、−５０℃で３時間保持後、γ→
α′変態の有無を確認した。各測定結果を表１に示す。 【００１７】また、この発明合金Ｎｏ．１および比較例
合金Ｎｏ．８、さらに、公知の３１．８ｗｔ％Ｎｉ−
４．８５ｗｔ％Ｃｏ−Ｆｅ合金（Ｎｏ．１０）のそれぞ
れの熱膨張曲線を図２に示す。なお、図２において、実
線は実施例におけるこの発明合金Ｎｏ．１の場合、破線
は実施例における比較例合金Ｎｏ．８の場合、一点鎖線
は３１．８ｗｔ％Ｎｉ−４．８５ｗｔ％Ｃｏ−Ｆｅ合金
（Ｎｏ．１０）の場合を示す。 【００１８】 【表１】 【００１９】 【発明の効果】この発明によるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金
は、それぞれ極狭い含有範囲に規制されたＮｉとＣｏの
総量を特定範囲内とすることにより、図２に明らかなよ
うに３０℃〜１００℃の熱膨張係数を従来の所謂スーパ
ーインバー合金の熱膨張係数と同等にすることができ、
さらに３０〜３００℃にわたって熱膨張が２×１０-6／
℃以下と極めて小さく、さらに、変移点が２５０℃以
上、変態温度が−５０℃以下となり、低温から高温域の
高範囲の使用環境温度によっても熱膨張係数が極めて小
さく変化せず、精密機器用構造材料等の用途に最適のＦ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系低熱膨張合金である。
等に使用されるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金材料に係り、Ｎ
ｉとＣｏとの含有量を極めて狭い特定範囲とすることに
より、その３０℃〜１００℃の熱膨張係数を従来の所謂
スーパーインバー合金の熱膨張係数と同等となし、かつ
３０℃〜３００℃の熱膨張係数を該従来合金に比べて著
しく小さくしたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系低熱膨張合金に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】従来、精密機器用構造材料等、温度変化
に対する寸法変化を嫌う使用条件下で用いられる金属材
料としては、所謂スーパーインバー合金と呼ばれる公称
組成３１ｗｔ％Ｎｉ−５ｗｔ％Ｃｏ−Ｆｅ合金が使用さ
れている。この３１ｗｔ％Ｎｉ−５ｗｔ％Ｃｏ−Ｆｅ合
金の平均熱膨張係数（３０〜１００℃）は、１×１０-6
／℃以下と極めて小さい。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかし、３１ｗｔ％Ｎ
ｉ−５ｗｔ％Ｃｏ−Ｆｅ合金は、図２のＮｏ．１０の曲
線に示す如く、約１５０℃を超えた高温側では熱膨張曲
線が急激に立ち上がり、その３０〜２００℃における平
均熱膨張係数は約２．５×１０-6℃であり、３０〜３０
０℃における平均熱膨張係数が約５．７×１０-6℃と非
常に大きな熱膨張特性を示すため、かかる高温下での使
用は不可能であった。 【０００４】近年、種々産業での自動制御化が進み、精
密機器を１５０℃を超えた高温域で使用する要請が強く
なっているが、所謂スーパーインバー合金では高温域で
の熱膨張が大きく使用できないため、これに代わる低熱
膨張金属材料が求められている。 【０００５】この発明は、高温域で精密機器用構造材料
に使用されるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金材料の上述の問題
点に鑑み、所謂スーパーインバー合金と同等の扱いが可
能で、かつ１５０℃以上の使用環境温度によっても熱膨
張係数が変化せず、極めて小さな熱膨張係数を有するＦ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系低熱膨張合金の提供を目的としてい
る。 【０００６】 【課題を解決するための手段】発明者は、Ｆｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ系合金の低熱膨張化と同時に高温域での熱膨張係数
が変化しない組成、特にＮｉ及びＣｏの含有量を種々検
討の結果、極めて限られた成分範囲でＮｉとＣｏの総量
を特定範囲内とすることにより、３０℃〜１００℃の熱
膨張係数が従来の所謂スーパーインバー合金の熱膨張係
数と同等であり、かつ３０℃〜３００℃の熱膨張係数を
該従来合金に比べて著しく小さくできること知見し、こ
の発明を完成した。 【０００７】すなわち、この発明は、Ｎｉ ３１．５〜
３４ｗｔ％、Ｃｏ ６〜８．５ｗｔ％、かつ３８．５≦
Ｎｉ＋Ｃｏ≦４０．５ｗｔ％を満足し、残部Ｆｅ及び不
可避的不純物元素からなり、３０〜３００℃の平均熱膨
張係数が２×１０-6／℃以下で熱膨張の変移点が２５０
℃以上であり、かつγ→α′変態温度が−５０℃以下で
あることを特徴とするＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系低熱膨張合金
である。 【０００８】組成の限定理由 Ｎｉは、本系組成基本成分であり、３１．５ｗｔ％未満
ではγ→α′変態温度が−５０℃以上となり、γ→α′
変態を起こすと熱膨張が急激に増大し好ましくなく、ま
た３４ｗｔ％を超えると熱膨張が大きくなるため、３
１．５〜３４ｗｔ％の範囲とする。 【０００９】Ｃｏは、本系組成基本成分であり、６ｗｔ
％未満では熱膨張の変移点が２５０℃未満となると同時
に変移点を超える温度での熱膨張が大きくなり、また、
８．５ｗｔ％を超えると熱膨張が大きくなるため、６〜
８．５ｗｔ％の範囲とする。 【００１０】この発明の特徴であるＮｉとＣｏの総量規
制は、図１に示す如く、Ｎｉ＋Ｃｏが３８．５ｗｔ％未
満では熱膨張の変移点が２５０℃未満となるとともに変
移点を超える温度での熱膨張が大きくなり、さらに４
０．５ｗｔ％を超えると熱膨張が大きくなるため、Ｎｉ
＋Ｃｏは３８．５〜４０．５ｗｔ％の範囲とする。 【００１１】添加元素は特に限定しないが、Cは、0,02w
t%を越えると酸洗処理時にスマットが発生し易く、また
ガラス封着時に発泡しやすくなるため、0.02wt%以下が
望ましい。Siは、0.25wt%を越えると酸化処理を行う場
合、内部粒界酸化が激しくなり、また非金属介在物が多
くなり、材料の折曲げ性が低下するため、0.25wt%以下
が望ましい。Mnは、0.5wt%を越えると非金属介在物が多
くなり、材料の折曲げ性が低下するため、0.5wt%以下が
望ましい。さらに、Feは、本系組成基本成分であり、Ni
やCo等の含有残余を占める。 【００１２】この発明によるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系低熱膨
張合金は、３０〜３００℃の平均熱膨張係数が２×１０
-6／℃以下であることを特徴とするが、１５０℃を超え
た高温域で精密機器などを使用可能にするため３０〜３
００℃の平均熱膨張係数を特定する必要があり、平均熱
膨張係数が２×１０-6／℃を越えると熱膨張による寸法
変化が精密機器用構造材料として許容される寸法変化よ
り大きくなりすぎるため、３０〜３００℃の平均熱膨張
係数を２×１０-6／℃以下に限定する。 【００１３】この発明は、上述のごとく特定の平均熱膨
張係数を有することが重要である。さらに、当該合金の
熱膨張曲線が急激に立ち上がる温度である変移点を特定
することでこの発明の特徴をより明確にできる。よっ
て、変移点が250℃未満では高温雰囲気での使用時に熱
膨張の直線性が確保し難いため、変移点を250℃以上と
する。 【００１４】この発明において、γ→α′変態温度が−
５０℃より高温にあれば、極寒冷地での使用や輸送中に
γ→α′変態し、熱膨張が大きくなる可能性があるた
め、α′変態温度を−５０℃以下に限定する。 【００１５】 【作用】この発明によるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金は、そ
れぞれ極狭い含有範囲に規制されたＮｉとＣｏの総量を
特定範囲内とすることにより、３０℃〜１００℃の熱膨
張係数を従来の所謂スーパーインバー合金の熱膨張係数
と同等にすることができ、さらに３０〜３００℃にわた
って熱膨張が２×１０-6／℃以下と極めて小さく、さら
に、変移点が２５０℃以上、変態温度が−５０℃以下と
なり、低温から高温域の高範囲の使用環境温度によって
も熱膨張係数が極めて小さく変化しない特性を発揮す
る。 【００１６】 【実施例】表１に示す如く、Ｎｉ及びＣｏ量を変化させ
た種々組成のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金試料を高周波真空
溶解炉にて溶製した。鋳塊を熱間圧延後、冷間粗圧延、
中間焼鈍を経て、冷間圧延にて板厚０．５ｍｍに仕上げ
た。最終仕上げ焼鈍を９００℃で行なった後、熱膨張特
性を測定した。また、仕上がった板より１５ｍｍ×１５
ｍｍの試験片を切出し、−５０℃で３時間保持後、γ→
α′変態の有無を確認した。各測定結果を表１に示す。 【００１７】また、この発明合金Ｎｏ．１および比較例
合金Ｎｏ．８、さらに、公知の３１．８ｗｔ％Ｎｉ−
４．８５ｗｔ％Ｃｏ−Ｆｅ合金（Ｎｏ．１０）のそれぞ
れの熱膨張曲線を図２に示す。なお、図２において、実
線は実施例におけるこの発明合金Ｎｏ．１の場合、破線
は実施例における比較例合金Ｎｏ．８の場合、一点鎖線
は３１．８ｗｔ％Ｎｉ−４．８５ｗｔ％Ｃｏ−Ｆｅ合金
（Ｎｏ．１０）の場合を示す。 【００１８】 【表１】 【００１９】 【発明の効果】この発明によるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金
は、それぞれ極狭い含有範囲に規制されたＮｉとＣｏの
総量を特定範囲内とすることにより、図２に明らかなよ
うに３０℃〜１００℃の熱膨張係数を従来の所謂スーパ
ーインバー合金の熱膨張係数と同等にすることができ、
さらに３０〜３００℃にわたって熱膨張が２×１０-6／
℃以下と極めて小さく、さらに、変移点が２５０℃以
上、変態温度が−５０℃以下となり、低温から高温域の
高範囲の使用環境温度によっても熱膨張係数が極めて小
さく変化せず、精密機器用構造材料等の用途に最適のＦ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系低熱膨張合金である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の特徴であるＮｉとＣｏの総量規制を
示す、Ｎｉ量とＣｏ量との関係を示すグラフである。 【図２】温度と熱膨張率との関係を示すグラフである。
実線は実施例におけるこの発明合金Ｎｏ．１の場合、破
線は実施例における比較例合金Ｎｏ．８の場合、一点鎖
線は３１．８ｗｔ％Ｎｉ−４．８５ｗｔ％Ｃｏ−Ｆｅ合
金（Ｎｏ．１０）の場合を示す。
示す、Ｎｉ量とＣｏ量との関係を示すグラフである。 【図２】温度と熱膨張率との関係を示すグラフである。
実線は実施例におけるこの発明合金Ｎｏ．１の場合、破
線は実施例における比較例合金Ｎｏ．８の場合、一点鎖
線は３１．８ｗｔ％Ｎｉ−４．８５ｗｔ％Ｃｏ−Ｆｅ合
金（Ｎｏ．１０）の場合を示す。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 Ｎｉ ３１．５〜３４ｗｔ％、Ｃｏ ６
〜８．５ｗｔ％、かつ３８．５≦Ｎｉ＋Ｃｏ≦４０．５
ｗｔ％を満足し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素から
なり、３０〜３００℃の平均熱膨張係数が２×１０-6／
℃以下で熱膨張の変移点が２５０℃以上であり、かつγ
→α′変態温度が−５０℃以下であることを特徴とする
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系低熱膨張合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27820692A JP3510278B2 (ja) | 1992-09-22 | 1992-09-22 | Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系低熱膨張合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27820692A JP3510278B2 (ja) | 1992-09-22 | 1992-09-22 | Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系低熱膨張合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06100985A JPH06100985A (ja) | 1994-04-12 |
| JP3510278B2 true JP3510278B2 (ja) | 2004-03-22 |
Family
ID=17594078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27820692A Expired - Lifetime JP3510278B2 (ja) | 1992-09-22 | 1992-09-22 | Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系低熱膨張合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3510278B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI250216B (en) * | 2000-02-09 | 2006-03-01 | Nippon Mining Co Ltd | Fe-Ni-Co alloy for completely flat mask of press-formed type, and completely flat mask and color cathode-ray tube using the same |
| JP5445007B2 (ja) * | 2009-10-07 | 2014-03-19 | 富士通株式会社 | 回路基板及びその製造方法 |
| JP5155346B2 (ja) * | 2010-02-08 | 2013-03-06 | 公益財団法人電磁材料研究所 | 高強度低熱膨張合金及びその製造法並びに精密機器 |
| JP6058045B2 (ja) * | 2014-07-02 | 2017-01-11 | 新報国製鉄株式会社 | 高剛性低熱膨張鋳物及びその製造方法 |
-
1992
- 1992-09-22 JP JP27820692A patent/JP3510278B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 特開 昭６２−１６７８３３ＪＰ，Ａ） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06100985A (ja) | 1994-04-12 |
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