KR102077297B1 - Low thermal expansion casting alloy and method for producing same - Google Patents

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Abstract

저열팽창 주조 합금은 질량%로 C: 0.02% 초과 0.15% 이하, Si: 0.3% 이하, Mn: 0.25~0.6%, Ni: 29~32.5%, Co: 5~9.5%를 함유하고, 또한 C 함유량(질량%)을 [C], Co 함유량(질량%)을 [Co]라고 나타낸 경우에 이들이 (a) [Co]≥40×[C]+3, (b) [C]≤0.15, (c) [Co]≤(70/3)×[C]+6, (d) [C]>0.02, (e) [Co]≥-20×[C]+6을 만족하는 범위이며, Ni 함유량(질량%)을 [Ni], Co 함유량(질량%)을 [Co]로 나타낸 경우에 [Ni]+0.8×[Co]라고 나타나는 Ni 등량이 35.5~36.5%의 범위이고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.The low-expansion casting alloy contains, in mass%, C: more than 0.02%, 0.15% or less, Si: 0.3% or less, Mn: 0.25-0.6%, Ni: 29-32.5%, Co: 5-9.5%, and C content In the case where (% by mass) is represented by [C] and Co content (% by mass) is represented by [Co], these are (a) [Co] ≥ 40 x [C] + 3, (b) [C] ≤ 0.15, (c ) [Co] ≤ (70/3) x [C] + 6, (d) [C]> 0.02, (e) [Co] ≥ -20 x [C] + 6, and the Ni content ( When the mass%) is represented by [Ni] and the Co content (mass%) is represented by [Co], the Ni equivalent amount represented by [Ni] + 0.8 × [Co] is in the range of 35.5 to 36.5%, and the balance is Fe and inevitable. It is made of impurities.

Description

저열팽창 주조 합금 및 그 제조 방법{Low thermal expansion casting alloy and method for producing same}Low thermal expansion casting alloy and method for producing same

본 발명은 예를 들어 반도체 제조 장치 등의 초정밀 기기 부재에 적합한 열팽창이 극히 작은 저열팽창 주조 합금 및 그 제조 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD This invention relates to the low thermal expansion casting alloy with extremely small thermal expansion suitable for ultra-precision apparatus members, such as a semiconductor manufacturing apparatus, and its manufacturing method, for example.

종래부터 초정밀 기기의 정밀도 유지, 향상을 목적으로 하여 저열팽창 합금이 사용되고 있고, 그 중에서도 32% Ni-5% Co-잔부 Fe의 합금(이하, 슈퍼인바)은 실온 부근의 열팽창 계수가 1×10-6/℃ 이하로서 압연재나 단조재(이하, 강재)가 상품화되어 시판되고 있다(예를 들어 비특허문헌 1).Conventionally, low thermal expansion alloys have been used for the purpose of maintaining and improving the precision of ultra-precision devices. Among them, alloys of 32% Ni-5% Co-residue Fe (hereinafter referred to as Super Invar) have a coefficient of thermal expansion of 1 × 10 around room temperature. Rolled materials and forging materials (hereinafter, steel materials) are commercialized and marketed as -6 / ° C or less (for example, Non-Patent Document 1).

또한, 특허문헌 1에는 중량%로 C: 0.1% 이하, Ni: 30~34%, Co: 4~6%를 포함하는 철기 합금으로 이루어지고, Mn: 0.1~1.0%와 S: 0.02~0.15%를 함유함과 동시에 Mn/54.94>S/32.06으로 한 쾌삭성 저열팽창 주물용 합금이 제안되어 있다.In addition, Patent Document 1 is made of an iron-based alloy containing C: 0.1% or less, Ni: 30-34%, Co: 4-6% by weight, Mn: 0.1-1.0% and S: 0.02-0.15% And an alloy for high machinability low thermal expansion castings having Mn / 54.94> S / 32.06.

한편, 특허문헌 2 및 특허문헌 3에는 각각 열팽창 계수가 0.5×10-6/℃인 슈퍼인바를 마이크로파 도파관의 공진기 및 반도체 액침 노광 장치의 웨이퍼 스테이지에 이용하는 것이 기재되어 있다.On the other hand, Patent Literature 2 and Patent Literature 3 describe that a super invar having a coefficient of thermal expansion of 0.5 × 10 −6 / ° C. is used for a resonator of a microwave waveguide and a wafer stage of a semiconductor liquid immersion exposure apparatus, respectively.

특허문헌 1: 일본공개특허 2002-206142호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-206142 특허문헌 2: 일본공개특허 2010-206615호 공보Patent Document 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-206615 특허문헌 3: 일본공개특허 2005-183416호 공보Patent Document 3: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-183416

비특허문헌 1: 주식회사 후지코시, 기술자료, [2014년 3월 7일 검색], 인터넷 <URL:HTTP://www.nachi-fujikoshi.co.jp/kou/fm_alloy/fm_alloy_exeo.pdf>[Non-Patent Document 1] Fujiko City, Ltd., Technical Data, [Search on March 7, 2014], Internet <URL: HTTP: //www.nachi-fujikoshi.co.jp/kou/fm_alloy/fm_alloy_exeo.pdf>

그런데, 상술한 슈퍼인바 강재는 1×10-6/℃ 이하의 열팽창 계수를 확실히 얻기 위해서는 C를 0.02% 이하의 불순물 수준으로 억제해야만 한다고 되어 있었다. 본 발명자의 지견에 의하면 이러한 낮은 C의 슈퍼인바를 대기 용해하여 주조하는 경우 가스 결함이 많이 발생하여 공업적인 제조는 매우 어렵기 때문에 진공 용해를 행할 필요가 있다. 통상의 주조업자에게 있어서 고가의 설비를 이용하여 복잡한 조업을 행하는 것은 비현실적이고, 낮은 C의 슈퍼인바 주조품을 제조하는 것은 사실상 불가능하다.By the way, the super-invar steels mentioned above had to suppress C to an impurity level of 0.02% or less in order to ensure a thermal expansion coefficient of 1 × 10 −6 / ° C. or less. According to the findings of the present inventors, when the low C super invar is melted and cast in the air, a lot of gas defects are generated and industrial production is very difficult, so it is necessary to perform vacuum melting. It is unrealistic for an ordinary caster to perform complicated operations using expensive equipment, and it is virtually impossible to produce a low C super invar casting.

한편, 특허문헌 1의 저열팽창 주물용 합금은 Ni 함유량 및 Co 함유량은 슈퍼인바와 동등하고, C의 함유량을 0.1% 이하로 대기 주조 가능한 범위까지 허용하고 있지만, 실시예에서는 C 함유량이 0.008~0.011%로 극히 낮은 합금밖에 개시되어 있지 않고, 이러한 극히 낮은 C 함유량에서 열팽창 계수가 0.773×10-6/℃ 이하인 것이 나타나 있는 것에 불과하다. 즉, 특허문헌 1에서도 1×10-6/℃ 이하의 열팽창 계수를 얻기 위해서는 C를 0.01% 정도의 극히 낮은 값으로 할 필요가 있음을 시사하고 있다. 이 때문에 특허문헌 1에 얇은 두께 대형 주물의 제조에 적합한 합금을 제공할 수 있다는 기재가 있기는 하지만, 실제로는 C 함유량을 낮게 할 필요가 있기 때문에 역시 대기 용해·주조하는 것은 매우 어렵고, 통상의 주조업자가 특허문헌 1의 기술을 이용하여 주조 합금을 공업적으로 이용하는 것은 곤란하다고 생각된다.On the other hand, in the alloy for low thermal expansion casting of Patent Document 1, the Ni content and the Co content are the same as those of the super invar, and the C content is allowed to the range that can be cast in the atmosphere at 0.1% or less, but the C content is 0.008 to 0.011 in the examples. Only an alloy having an extremely low percentage is disclosed, and it is only that the thermal expansion coefficient is 0.773 × 10 −6 / ° C. or less at such an extremely low C content. In other words, Patent Document 1 also suggests that C should be set to an extremely low value of about 0.01% in order to obtain a thermal expansion coefficient of 1 × 10 −6 / ° C. or less. For this reason, although Patent Document 1 states that it is possible to provide an alloy suitable for producing a thin-walled large casting, in practice, since it is necessary to lower the C content, it is also very difficult to melt and cast the air, which is very difficult for ordinary casting industry. It is thought that it is difficult to industrially use a cast alloy using the technique of self-patent document 1.

또한, 비특허문헌 1에 나타나 있는 슈퍼인바 강재는 판재나 봉재 등의 단순 형상에만 적용할 수 있고, 정밀 장치에 이용하는 복잡 형상품이나 대형 부품은 절삭 가공이나 용접 조립에 의해 제작할 필요가 있는데, 슈퍼인바의 피삭성 및 용접성이 낮기 때문에 막대한 공정수·비용을 필요로 하는 문제도 있다.In addition, the super-inbar steel shown in the non-patent document 1 can be applied only to simple shapes, such as a board | plate material and a bar, and the complicated shape goods and large parts used for a precision apparatus need to be manufactured by cutting processing or welding assembly, but super Because of the low machinability and weldability of Invar, there is also a problem that requires enormous process water and cost.

특허문헌 1에서는 이러한 문제를 소정량의 S 및 Mn을 첨가하여 매트릭스 중의 MnS에 의해 피삭성을 개선시킴으로써 해결한다고 되어 있지만, 상술한 바와 같이 특허문헌 1의 합금도 1×10-6/℃ 이하의 저열팽창 계수로 하기 위해서는 C를 0.01% 정도의 극히 낮은 값으로 할 필요가 있고 대기 주조가 어렵기 때문에 실제로는 복잡 형상품이나 대형 부품에 적용할 수는 없고 이러한 문제를 본질적으로 해결할 수 있는 것은 아니다.In Patent Document 1, this problem is solved by adding a predetermined amount of S and Mn to improve the machinability by MnS in the matrix, but as described above, the alloy of Patent Document 1 is also 1 × 10 −6 / ° C. or less. In order to achieve a low coefficient of thermal expansion, C needs to be set at an extremely low value of about 0.01%, and since it is difficult to attain atmospheric casting, it cannot be applied to a complicated shape or a large part, and this problem is not inherently solved. .

따라서, 본 발명의 목적은 통상의 대기 용해 및 대기 주조가 가능한 수준의 C를 함유하면서 슈퍼인바와 동등한 극히 작은 열팽창 계수를 갖는 저열팽창 주조 합금 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a low thermal expansion casting alloy and a method for producing the same, which contain a level of C capable of ordinary atmospheric melting and atmospheric casting, and having an extremely small coefficient of thermal expansion equivalent to that of Super Invar.

또한, 본 발명의 다른 목적은 통상의 대기 용해가 가능한 수준의 C를 함유하면서 슈퍼인바와 동등한 극히 작은 열팽창 계수를 가지며, 또한 슈퍼인바보다 우수한 피삭성을 갖는 저열팽창 주조 합금 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a low-expansion-expandable cast alloy and a method for producing the same, containing C at a level capable of normal atmospheric dissolution, having an extremely small coefficient of thermal expansion equivalent to that of Super Invar, and having better machinability than Super Invar. It is in doing it.

즉, 본 발명은 이하의 (1)~(7)을 제공한다.That is, this invention provides the following (1)-(7).

(1) 질량%로(1) at mass%

C: 0.02% 초과 0.15% 이하,C: more than 0.02% and less than 0.15%,

Si: 0.3% 이하,Si: 0.3% or less,

Mn: 0.25~0.6%,Mn: 0.25-0.6%,

Ni: 29~32.5%,Ni: 29-32.5%,

Co: 5~9.5%Co: 5 ~ 9.5%

를 함유하고,Containing,

또한 C 함유량(질량%)을 [C], Co 함유량(질량%)을 [Co]라고 나타낸 경우에 이들이 (a) [Co]≥40×[C]+3, (b) [C]≤0.15, (c) [Co]≤(70/3)×[C]+6, (d) [C]>0.02, (e) [Co]≥-20×[C]+6을 만족하는 범위이며,In addition, when C content (mass%) is shown as [C] and Co content (mass%) as [Co], these are (a) [Co] ≥40 * [C] +3, (b) [C] ≤0.15 (c) [Co] ≤ (70/3) x [C] + 6, (d) [C]> 0.02, (e) [Co] ≥-20 x [C] + 6, and

Ni 함유량(질량%)을 [Ni], Co 함유량(질량%)을 [Co]로 나타낸 경우에 [Ni]+0.8×[Co]라고 나타나는 Ni 등량이 35.5~36.5%의 범위이고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는(다만, C: 0.052%, Si: 0.19%, Mn: 0.61%, Ni: 32.21%, Co: 5.07%을 함유하고 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 제외함) 것을 특징으로 하는 저열팽창 주조 합금.When Ni content (mass%) is represented by [Ni] and Co content (mass%) is represented by [Co], the Ni equivalent amount represented by [Ni] + 0.8 × [Co] is in the range of 35.5 to 36.5%, and the balance is Fe. And unavoidable impurities (except for compositions containing C: 0.052%, Si: 0.19%, Mn: 0.61%, Ni: 32.21%, Co: 5.07%, and the balance consisting of Fe and unavoidable impurities). Low thermal expansion casting alloy, characterized in.

(2) 질량%로(2) at mass%

C: 0.02% 초과 0.15% 이하,C: more than 0.02% and less than 0.15%,

Si: 0.3% 이하,Si: 0.3% or less,

Mn: 0.25~0.6%,Mn: 0.25-0.6%,

S: 0.015~0.035%S: 0.015 ~ 0.035%

Ni: 29~32.5%,Ni: 29-32.5%,

Co: 5~9.5%Co: 5 ~ 9.5%

를 함유하고,Containing,

또한 C 함유량(질량%)을 [C], Co 함유량(질량%)을 [Co]라고 나타낸 경우에 이들이 (a) [Co]≥40×[C]+3, (b) [C]≤0.15, (c) [Co]≤(70/3)×[C]+6, (d) [C]>0.02, (e) [Co]≥-20×[C]+6을 만족하는 범위이며,In addition, when C content (mass%) is shown as [C] and Co content (mass%) as [Co], these are (a) [Co] ≥40 * [C] +3, (b) [C] ≤0.15 (c) [Co] ≤ (70/3) x [C] + 6, (d) [C]> 0.02, (e) [Co] ≥-20 x [C] + 6, and

또한 Ni 함유량(질량%)을 [Ni], Co 함유량(질량%)을 [Co]로 나타낸 경우에 [Ni]+0.8×[Co]라고 나타나는 Ni 등량이 35.5~36.5%의 범위이고,Moreover, when Ni content (mass%) is represented by [Ni] and Co content (mass%) is represented by [Co], the Ni equivalent amount represented by [Ni] + 0.8 x [Co] is 35.5 to 36.5%,

나아가 Mn 함유량(질량%)을 [Mn], S 함유량(질량%)을 [S], 주조품의 최대 두께(mm)를 t로 나타낸 경우에 [Mn]/[S]≥46-1335/t+13430/t2를 만족하며, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저열팽창 주조 합금.[Mn] / [S] ≥46-1335 / t + when Mn content (mass%) is represented by [Mn], S content (mass%) is represented by [S] and the maximum thickness (mm) of the cast product is represented by t A low thermal expansion casting alloy, satisfying 13430 / t 2 , wherein the balance is made of Fe and unavoidable impurities.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 조성을 가지며, 20~25℃의 평균 열팽창 계수가 1×10-6/℃ 이하인 것을 특징으로 하는 저열팽창 주조 합금.(3) The low thermal expansion casting alloy which has a composition as described in said (1) or (2), and whose average thermal expansion coefficient of 20-25 degreeC is 1 * 10 <-6> / degreeC or less.

(4) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 조성을 가지며, 20~25℃의 평균 열팽창 계수가 0.5×10-6/℃ 이하인 것을 특징으로 하는 저열팽창 주조 합금.(4) The low thermal expansion casting alloy which has a composition as described in said (1) or (2), and is 20x25 degreeC and the average coefficent of thermal expansion is 0.5 * 10 <-6> / degreeC or less.

(5) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 조성을 갖는 합금을 700~950℃의 온도 범위에서 가열 후, 5℃/sec. 이상의 냉각 속도로 450℃ 이하까지 냉각하는 것을 특징으로 하는 저열팽창 주조 합금의 제조 방법.(5) 5 degrees C / sec after heating the alloy which has a composition as described in said (1) or (2) in the temperature range of 700-950 degreeC. It cools to 450 degrees C or less by the above cooling rate, The manufacturing method of the low thermal expansion casting alloy characterized by the above-mentioned.

(6) 상기 (5)의 제조 방법에 따라 얻어진 저열팽창 주조 합금으로서, 20~25℃의 평균 열팽창 계수가 1×10-6/℃ 이하인 것을 특징으로 하는 저열팽창 주조 합금.(6) A low thermal expansion casting alloy obtained by the production method of (5) above, wherein the average thermal expansion coefficient of 20 to 25 ° C is 1 × 10 −6 / ° C. or less.

(7) 상기 (5)의 제조 방법에 따라 얻어진 저열팽창 주조 합금으로서, 20~25℃의 평균 열팽창 계수가 0.5×10-6/℃ 이하인 것을 특징으로 하는 저열팽창 주조 합금.(7) A low thermal expansion casting alloy obtained by the production method of (5) above, wherein the average thermal expansion coefficient of 20 to 25 ° C is 0.5 × 10 -6 / ° C or lower.

본 발명에 의하면 통상의 대기 용해 및 대기 주조가 가능한 수준의 C를 함유하면서 슈퍼인바와 동등한 극히 작은 열팽창 계수를 갖는 저열팽창 주조 합금 및 그 제조 방법이 제공된다.According to the present invention, there is provided a low-expansion casting alloy and a method for producing the same, which contain C at a level capable of ordinary atmospheric melting and atmospheric casting, and having an extremely small coefficient of thermal expansion equivalent to that of Super Invar.

또한, 본 발명에 의하면 통상의 대기 용해가 가능한 수준의 C를 함유하면서 슈퍼인바와 동등한 극히 작은 열팽창 계수를 가지며, 또한 슈퍼인바보다 우수한 피삭성을 갖는 저열팽창 주조 합금 및 그 제조 방법이 제공된다.In addition, the present invention provides a low thermal expansion cast alloy and a method for producing the same, which contain C at a level capable of normal atmospheric dissolution, have an extremely small coefficient of thermal expansion equivalent to that of Super Invar, and have better machinability than Super Invar.

도 1은 본 발명의 합금 및 종래 기술의 합금에서의 C 함유량과 Co 함유량의 범위를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 합금과 종래의 슈퍼인바에서의 열팽창 계수에 미치는 C 함유량의 영향을 나타내는 도면이다.
도 3은 응고 균열(갈라짐)성 평가 시험편을 나타내는 도면이다.
도 4는 응고 균열에 미치는 주조품의 최대 두께와 Mn/S의 관계를 나타내는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the range of C content and Co content in the alloy of this invention and the alloy of a prior art.
It is a figure which shows the effect of C content on the thermal expansion coefficient in the alloy of this invention and the conventional super invar.
It is a figure which shows the solidification crack (divided) evaluation test piece.
4 is a diagram showing a relationship between the maximum thickness of a cast product and Mn / S on solidification cracks.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 검토를 거듭한 결과, 합금 중의 C 함유량을 대기 용해 및 대기 주조가 가능한 수준으로 해도MEANS TO SOLVE THE PROBLEM As a result of repeating | researching in order to solve the said subject, even if the C content in an alloy is made into the level which can melt | dissolve air and air casting,

i) Co 함유량을 C 함유량에 따라 조정하고,i) adjust the Co content according to the C content,

ii) Co 함유량에 따라 Ni 함유량을 규정함ii) Ni content is defined according to Co content

으로써, 슈퍼인바와 동등한 극히 작은 열팽창 계수를 얻을 수 있음을 발견하였다.As a result, it was found that an extremely small coefficient of thermal expansion equivalent to that of Super Invar can be obtained.

종래는 C, Ni, Co가 열팽창 계수에 미치는 영향에 대해 상세하게는 검토되지 않았다. 예를 들어, 특허문헌 1에서는 C, Ni 및 Co의 범위의 한정 이유가 기재되어 있기는 하지만, 실시예의 조성은 C가 0.01% 정도인 슈퍼인바 조성(32% Ni-5% Co-Fe)뿐이고, 이에 의해 1×10-6/℃ 이하의 열팽창 계수가 얻어지고 있지만, 특허청구범위의 조성에 있어서 1×10-6/℃ 이하의 열팽창 계수가 얻어지는 것은 나타나지 않았다.Conventionally, the influence of C, Ni, and Co on the coefficient of thermal expansion has not been examined in detail. For example, although Patent Document 1 describes the reason for limitation of the ranges of C, Ni, and Co, the composition of the examples is only a super invar composition (32% Ni-5% Co-Fe) whose C is about 0.01%. , the 1 × 10 -6 / ℃, but the thermal expansion coefficient of less is obtained, and it is obtained 1 × 10 -6 / ℃ thermal expansion coefficient of less than in the composition of the claims were not by.

종래의 지견을 총괄하면 슈퍼인바의 C 함유량과 Co 함유량의 범위는 도 1의 영역 A로 나타내는 범위가 된다. 즉, 종래는 C를 불순물 정도로 억제하면 4~6% Co의 범위에서 확실히 1×10-6/℃ 이하의 열팽창 계수로 할 수 있지만, C가 증가하면 그 범위는 좁아지고, C가 0.05% 초과에서는 Co량을 조정해도 1×10-6/℃ 이하의 열팽창 계수를 얻는 것은 불가능하다고 생각되고 있었다.When summarizing the conventional knowledge, the range of C content and Co content of Super Invar becomes the range shown by the area | region A of FIG. In other words, if C is suppressed to an impurity level, a thermal expansion coefficient of 1 × 10 −6 / ° C. or less can be reliably established in the range of 4 to 6% Co. However, as C increases, the range becomes narrower, and C exceeds 0.05%. In the above, it was thought that it is impossible to obtain a thermal expansion coefficient of 1 × 10 −6 / ° C. or lower even if the Co amount is adjusted.

종래의 슈퍼인바 조성(도 1의 영역 A) 중에서 대기 용해의 주조품을 얻는 것이 가능한 C가 0.02% 초과~0.05% 이하의 범위(도 1의 영역 B)에서는 1×10-6/℃ 이하의 열팽창 계수가 얻어지게 되지만, 대기 용해로 주조품을 제조하는 경우 C에 더하여 열팽창 계수를 증가시키는 Si나 Mn을 탈산이나 주조성 개선의 목적으로 첨가하기 때문에 실제로는 열팽창 계수가 1×10-6/℃ 초과가 되는 영역을 발생시킨다. 따라서, 1×10-6/℃ 이하의 열팽창 계수를 얻으려면 특허문헌 1에 보이는 바와 같이 C를 보다 낮게 제한할 필요가 있다. 그 결과, 주조 재료에 있어서 도 1의 영역 B가 낮은 C측으로 평행이동한 형태가 되고, 극히 제한된 범위로 성분 조정해야만 하며 적정 주조품을 확실히 제조하는 것은 어렵다고 생각되고 있었다.In the range of more than 0.02%-0.05% or less (area B of FIG. 1) which can obtain the casting of air | atmosphere melt in the conventional super invar composition (region A of FIG. 1), thermal expansion of 1x10 <-6> / degrees C or less Coefficients are obtained, but in the case of manufacturing castings by air melting, in addition to C, Si or Mn, which increases the coefficient of thermal expansion, is added for the purpose of deoxidation or castability improvement, so the coefficient of thermal expansion actually exceeds 1 × 10 −6 / ° C. To generate an area. Therefore, in order to obtain the thermal expansion coefficient of 1x10 <-6> / degrees C or less, it is necessary to restrict C to lower as shown by patent document 1. As a result, in the casting material, the area B of FIG. 1 became a form in which it moved in parallel to the low C side, and it was thought that it was difficult to reliably produce a proper cast product by adjusting components in an extremely limited range.

이에 반해, 본 발명에서는 C 함유량을 대기 용해·대기 주조가 가능한 0.02% 초과의 범위를 전제로 1×10-6/℃ 이하의 열팽창 계수가 얻어지는 조성을 검토한 결과, C 함유량과 Co 함유량의 범위가 도 1의 영역 C의 범위를 만족함과 동시에 Co 함유량에 따라 Ni 함유량을 규정함으로써 1×10-6/℃ 이하의 열팽창 계수가 얻어지는 것을 새로 발견한 것이다.On the contrary, in the present invention, the composition obtained by obtaining a thermal expansion coefficient of 1 × 10 −6 / ° C. or less is considered assuming that the C content is in the range of more than 0.02%, which is capable of air melting and air casting. It is newly discovered that the thermal expansion coefficient of 1x10 <-6> / degrees C or less is obtained by satisfy | filling the range of area | region C of FIG. 1, and defining Ni content according to Co content.

또한, C 함유량, Co 함유량 및 Ni 함유량을 상기와 같이 규정한 후에 추가로 S 함유량, Mn 함유량 및 이들의 비를 소정 범위로 규정함으로써 합금 조직 중에 황화물을 적절히 분포시켜 공구 윤활을 촉진할 수 있고, 1×10-6/℃ 이하의 저팽창률로 응고 균열을 발생시키지 않고 양호한 피삭성을 갖는 주조 합금을 얻을 수 있음을 발견하였다.Further, after defining the C content, the Co content and the Ni content as described above, by further defining the S content, the Mn content and the ratio thereof in a predetermined range, sulfides can be properly distributed in the alloy structure to promote tool lubrication, It was found that a cast alloy having good machinability can be obtained without causing solidification cracking at a low expansion rate of 1 × 10 −6 / ° C. or less.

그리고, 상기 조성의 합금을 1×10-6/℃ 이하의 저팽창률로 하기 위해서는 열처리를 적절히 제어하는 것이 유효한 것도 발견하였다.In addition, in order to make the alloy of the said composition into the low expansion rate of 1x10 <-6> / degrees C or less, it discovered also that it is effective to control heat processing suitably.

본 발명은 이상의 지견에 기초하여 완성된 것이다.This invention is completed based on the above knowledge.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described with reference to an accompanying drawing.

<제1 실시형태>First Embodiment

제1 실시형태는 통상의 대기 용해 및 대기 주조가 가능한 수준의 C를 함유하면서 슈퍼인바와 동등한 저열팽창 계수의 주조 합금을 얻는 것이다.The first embodiment is to obtain a cast alloy having a low thermal expansion coefficient equivalent to that of Super Invar while containing C at a level capable of ordinary atmospheric melting and atmospheric casting.

이하, 본 실시형태에서의 한정 이유에 대해 상세하게 설명한다. 또, 특별히 언급하지 않는 한 성분에서 % 표시는 질량%, 열팽창 계수는 20~25℃의 평균 열팽창 계수이다.Hereinafter, the reason for limitation in this embodiment is demonstrated in detail. In addition, unless otherwise indicated,% display is a mass% and a thermal expansion coefficient is an average thermal expansion coefficient of 20-25 degreeC.

[화학 성분][Chemical composition]

·C: 0.02% 초과 0.15% 이하C: 0.02% or more and 0.15% or less

C는 열팽창 계수를 현저하게 증가시키는 원소로서, 종래의 슈퍼인바 조성(32% Ni-5% Co-잔부 Fe)에서는 C를 0.02% 초과 함유시키면 1×10-6/℃ 이하의 저열팽창 계수가 얻기 어렵다고 되어 있었다. 그러나, C는 슈퍼인바 조성의 저열팽창 합금 주조품의 주조성이나 건전성을 개선하는 효과가 있고, 본 발명에서는 대기 용해에서도 건전한 주조품을 얻을 수 있도록 적정한 주조 설계를 행하여 C 함유량을 0.02% 초과로 한다. 구체적으로는 도 1에 도시된 바와 같이(자세한 것은 후술), Co량을 C량에 따라 조정함으로써 C 함유량이 0.02%를 넘어도 1×10-6/℃ 이하의 저열팽창 계수를 얻는 것을 가능하게 하였다. 그러나, 그 함유량이 0.15%를 넘으면 조직 중의 일부에 흑연을 석출하게 되어 고용 C의 양이 변화하기 때문에 Co량의 조정에 의해서도 1×10-6/℃ 이하의 열팽창 계수를 얻을 수 없게 된다. 따라서, C 함유량을 0.02% 초과 0.15% 이하의 범위로 한다.C is an element that significantly increases the coefficient of thermal expansion. In the conventional super invar composition (32% Ni-5% Co-residue Fe), when C is contained more than 0.02%, a low coefficient of thermal expansion of 1 × 10 −6 / ° C. or less is obtained. It was said that it was hard to get. However, C has the effect of improving the castability and soundness of a low thermal expansion alloy cast product having a super invar composition, and in the present invention, an appropriate casting design is performed so that a healthy cast product can be obtained even at atmospheric melting, so that the C content is more than 0.02%. Specifically, as shown in FIG. 1 (details will be described later), by adjusting the amount of Co according to the amount of C, it is possible to obtain a low thermal expansion coefficient of 1 × 10 −6 / ° C. or less even if the C content exceeds 0.02%. It was. However, if the content exceeds 0.15%, graphite precipitates in a part of the structure and the amount of solid solution C changes, so that the thermal expansion coefficient of 1 × 10 −6 / ° C. or less cannot be obtained even by adjusting the Co amount. Therefore, C content is made into the range more than 0.02% and 0.15% or less.

도 2에 종래 합금(슈퍼인바) 및 본 발명 합금에서의 C 함유량과 열팽창률의 관계를 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에서는 C 함유량이 많아도 저열팽창을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.2 shows the relationship between the C content and the coefficient of thermal expansion in the conventional alloy (Super Inbar) and the alloy of the present invention. As shown in FIG. 2, it can be seen that low thermal expansion can be obtained even if the C content is large.

·Si: 0.3% 이하Si: 0.3% or less

Si는 탈산 및 탕(湯) 흐름성 개선을 목적으로서 첨가하는 원소이다. 그러나, 그 함유량이 0.3% 초과에서는 C와 마찬가지로 열팽창 계수의 증가를 무시할 수 없게 된다. 따라서, Si 함유량을 0.3% 이하로 한다.Si is an element added for the purpose of improving deoxidation and melt flow. However, when the content is more than 0.3%, the increase in the coefficient of thermal expansion cannot be ignored like C. Therefore, Si content is made into 0.3% or less.

·Mn: 0.25~0.6%Mn: 0.25-0.6%

Mn은 탈산에 유효한 원소이다. 그러나, 그 함유량이 0.25% 미만에서는 그 효과가 적고, 0.6%를 넘으면 열팽창 계수의 증가가 커진다. 따라서, Mn 함유량을 0.25~0.6%의 범위로 한다.Mn is an element effective for deoxidation. However, if the content is less than 0.25%, the effect is small. If the content exceeds 0.6%, the increase in the coefficient of thermal expansion increases. Therefore, Mn content is taken as 0.25 to 0.6% of range.

·Co: 5~9.5%Co: 5-9.5%

Co는 후술하는 Ni과 함께 열팽창 계수를 결정하는 중요한 원소로서, 게다가 Ni 단독 첨가의 경우보다 작은 열팽창 계수를 얻기 위해서는 불가결한 원소이다.Co is an important element for determining the coefficient of thermal expansion together with Ni, which will be described later, and is indispensable for obtaining a coefficient of thermal expansion smaller than that of Ni alone.

5% 미만에서는 열팽창 계수가 1×10-6/℃ 초과가 되고, 9.5% 초과에서는 후술하는 C량에 대해 Co량을 조정해도 역시 열팽창 계수가 1×10-6/℃를 넘는다. 따라서, Co 함유량을 5~9.5%의 범위로 한다.If it is less than 5%, a thermal expansion coefficient will exceed 1x10 <-6> / degreeC, and if it exceeds 9.5%, even if Co amount is adjusted with respect to the amount of C mentioned later, a thermal expansion coefficient will exceed 1x10 <-6> / degreeC. Therefore, Co content is made into 5 to 9.5% of range.

·Ni: 29~32.5%Ni: 29-32.5%

Ni은 Co와 함께 열팽창 계수를 결정하는 중요한 원소로서, Co량에 따라 후술하는 범위로 조정함으로써 열팽창 계수를 1×10-6/℃ 이하로 할 수 있다. 그러나, Ni이 29% 미만 또는 32.5% 초과에서는 상기 조정에 의해서도 열팽창 계수가 1×10-6/℃ 초과가 된다. 따라서, Ni을 29~32.5%의 범위로 한다.Ni is an important element which determines the coefficient of thermal expansion with Co, and can adjust the coefficient of thermal expansion to 1x10 <-6> / degreeC or less by adjusting to the range mentioned later according to Co amount. However, when Ni is less than 29% or more than 32.5%, the thermal expansion coefficient exceeds 1 × 10 −6 / ° C. even by the above adjustment. Therefore, Ni is made into 29 to 32.5% of range.

·Co 및 C가Co and C

(a) [Co]≥40×[C]+3,(a) [Co] ≥40 × [C] +3,

(b) [C]≤0.15,(b) [C] ≤ 0.15,

(c) [Co]≤(70/3)×[C]+6,(c) [Co] ≦ (70/3) × [C] +6,

(d) [C]>0.02,(d) [C]> 0.02,

(e) [Co]≥-20×[C]+6(e) [Co] ≥-20 × [C] +6

을 만족하는 범위Range to satisfy

·[Ni]+0.8×[Co]가 35.5~36.5%의 범위[Ni] + 0.8 × [Co] in the range of 35.5 to 36.5%

본 발명자들이 합금 중의 C 함유량과 Co 함유량을 상세하게 검토한 결과, 종래 검토되지 않았던 도 1의 영역 C에 나타내는 (a) [Co]≥40×[C]+3, (b) [C]≤0.15, (c) [Co]≤(70/3)×[C]+6, (d) [C]>0.02, (e) [Co]≥-20×[C]+6을 만족하는 범위로 하면, [Ni]+0.8×[Co]라고 나타나는 Ni 등량이 35.5~36.5%의 범위에서 1×10-6/℃ 이하의 열팽창 계수를 얻을 수 있는 것이 새로 발견되었다. 단, [C], [Co], [Ni]는 각 원소의 함유량(질량%)이다.As a result of the inventors examining the C content and Co content in the alloy in detail, (a) [Co] ≥ 40 x [C] + 3, (b) [C] ≤ shown in the region C of FIG. 0.15, (c) [Co] ≦ (70/3) × [C] +6, (d) [C]> 0.02, (e) [Co] ≥-20 × [C] +6 In other words, it was newly found that a thermal expansion coefficient of 1 × 10 −6 / ° C. or less was obtained in a range of 35.5 to 36.5% of Ni equivalent amount represented by [Ni] + 0.8 × [Co]. However, [C], [Co] and [Ni] are content (mass%) of each element.

도 1의 영역 C를 벗어나는 경우에는 이하와 같은 결함이 발생한다. 즉, [Co]<40×[C]+3(영역 C의 하측)에서는 열팽창 계수가 1×10-6/℃를 넘고, [Co]<-20×[C]+6의 영역(영역 C의 하측)에서는 주조 합금에서 1×10-6/℃ 이하의 열팽창 계수를 확실히 얻는 것이 어렵고, [Co]>(70/3)×[C]+6의 영역(영역 C의 상측)에서는 조직의 일부에 마르텐사이트 변태에 의한 팽창이 일어나고, [C]>0.15의 영역(영역 C의 우측)에서는 C가 고용한을 넘어 과포화로 고용되거나 흑연으로서 석출되어 열팽창 계수가 불안정해지고, [C]≤0.02의 영역(영역 C의 좌측)에서는 주조품에 결함이 많이 발생하게 된다.When the area C of FIG. 1 is out of the region, the following defects occur. That is, in [Co] <40 × [C] +3 (lower side of region C), the coefficient of thermal expansion exceeds 1 × 10 −6 / ° C., and the region of [Co] <-20 × [C] +6 (region C In the casting alloy, it is difficult to reliably obtain a coefficient of thermal expansion of 1 × 10 −6 / ° C. or lower in the cast alloy, and in the region of [Co]> (70/3) × [C] +6 (upper region C), In some cases, expansion due to martensite transformation occurs, and in the region of [C]> 0.15 (right side of region C), C is dissolved beyond the solid solution and dissolved in supersaturation or precipitated as graphite, resulting in unstable thermal expansion coefficient, [C] ≤0.02 In the region (left side of the region C), many defects occur in the cast product.

또한, Fe-Ni-Co 합금의 저열팽창성은 [Ni]+0.8×[Co]로 나타나는 Ni 등량이 35.5~36.5%의 범위에서 현저하게 얻을 수 있고, 35.5% 미만에서도 36.6% 초과에서도 원하는 저열팽창성을 얻기 어려워진다. 따라서, Ni 등량을 35.5~36.5%의 범위로 한다.In addition, the low thermal expansion properties of the Fe-Ni-Co alloy can be remarkably obtained in the range of 35.5 to 36.5% of Ni equivalent represented by [Ni] + 0.8 × [Co], and the desired low thermal expansion property is less than 35.5% even if it is less than 35.5%. Gets harder. Therefore, Ni equivalence is made into 35.5 to 36.5% of range.

잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다. 본 실시형태에서는 S는 불순물로서 포함된다.The balance is Fe and inevitable impurities. In this embodiment, S is included as an impurity.

[제조 조건][Production conditions]

이들 조성 범위의 합금을 고온 가열 후에 급냉하면 열팽창 계수를 작게 할 수 있다. 그 이유로서 급냉시에 발생하는 내부 응력의 작용으로 자화 상태가 변화하여 자발자화 변형에 영향을 주기 때문이라고 생각된다. 가열 온도가 700℃ 미만에서는 저열팽창 효과가 불충분해지고, 950℃ 초과에서는 효과의 향상이 없고 오히려 변형이나 균열을 발생시킬 위험이 있다. 가열 후 450℃까지의 평균 냉각 속도가 5℃/sec. 미만에서는 내부 응력 발생이 작고 열팽창 계수의 저감 효과가 적다. 따라서, 700~950℃의 온도 범위에서 가열한 후 5℃/sec. 이상의 냉각 속도로 450℃ 이하까지 냉각한다.When the alloy of these composition ranges is rapidly cooled after high temperature heating, a thermal expansion coefficient can be made small. It is considered that the reason is that the magnetization state changes due to the action of the internal stress generated during quenching, which affects the spontaneous deformation. If the heating temperature is less than 700 ° C, the low thermal expansion effect is insufficient, and if the heating temperature is higher than 950 ° C, there is no improvement of the effect, but there is a risk of causing deformation or cracking. After heating, the average cooling rate to 450 ° C. was 5 ° C./sec. Below, the generation of internal stress is small and the effect of reducing the coefficient of thermal expansion is small. Therefore, after heating in the temperature range of 700 ~ 950 ℃ 5 ℃ / sec. It cools to 450 degrees C or less by the above cooling rate.

이상과 같은 본 실시형태의 주조 합금은 1×10-6/℃ 이하의 저열팽창률을 얻을 수 있고, 나아가 조성을 적정화함으로써 0.5×10-6/℃ 이하라는 극히 낮은 열팽창률을 얻을 수 있다.The cast alloy of the present embodiment as described above can obtain a low thermal expansion coefficient of 1 × 10 −6 / ° C. or lower, and further, by optimizing the composition, an extremely low thermal expansion coefficient of 0.5 × 10 −6 / ° C. or less can be obtained.

제1 실시형태에서는 슈퍼인바와 동등한 저열팽창 계수를 가지면서 통상의 대기 용해 및 대기 주조가 가능한 수준의 C를 함유하므로 저열팽창 주조 합금을 얻을 수 있다. 이 때문에, 저열팽창의 복잡 형상품이나 대형 부품을 용접하지 않고 얻을 수 있다.In the first embodiment, the low thermal expansion casting alloy can be obtained because the C contains a low thermal expansion coefficient equivalent to that of Super Invar, and thus can contain C at a level capable of ordinary atmospheric melting and atmospheric casting. For this reason, it is possible to obtain a low thermal expansion complicated shape product or a large part without welding.

<제2 실시형태>Second Embodiment

제2 실시형태는 통상의 대기 용해 및 대기 주조가 가능한 수준의 C를 함유하면서 슈퍼인바와 동등한 열팽창 계수를 얻을 수 있고 나아가 피삭성도 우수한 것이다.In the second embodiment, the thermal expansion coefficient equivalent to that of Super Invar can be obtained while containing C at a level capable of ordinary atmospheric melting and atmospheric casting, and further excellent in machinability.

이하, 본 실시형태에서의 한정 이유에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, the reason for limitation in this embodiment is demonstrated in detail.

본 실시형태에서는 C, Si, Co, Ni의 함유량 및 C 함유량과 Co 함유량의 관계, Ni 당량의 범위와 제조 조건에 대해서는 제1 실시형태와 동일하다. 이하, 제2 실시형태 특유의 조건에 대해 설명한다.In this embodiment, it is the same as that of 1st Embodiment about content of C, Si, Co, Ni, the relationship of C content and Co content, the range of Ni equivalent, and manufacturing conditions. Hereinafter, the conditions peculiar to the second embodiment will be described.

·Mn: 0.25~0.6%Mn: 0.25-0.6%

Mn은 탈산에 유효한 원소로서, 후술하는 바와 같이 S와 황화물을 형성하여 피삭성 향상에 중요한 역할을 한다. 그 함유량이 0.25% 미만에서는 그 효과가 적고, 0.6%를 넘으면 열팽창 계수의 증가가 커진다. 따라서, Mn 함유량을 0.25~0.6%의 범위로 한다.Mn is an effective element for deoxidation and forms an sulfide with S, as described later, to play an important role in improving machinability. If the content is less than 0.25%, the effect is small. If the content exceeds 0.6%, the increase in the coefficient of thermal expansion increases. Therefore, Mn content is taken as 0.25 to 0.6% of range.

·S: 0.015~0.035%S: 0.015 ~ 0.035%

S는 Mn과 황화물을 형성하여 피삭성 향상에 기여하기 때문에, 본 실시형태에서는 적극적으로 첨가한다. 그러나, 합금 중에 다량으로 포함되면 저융점의 FeS가 결정립계에 생성되어 취화되고 연성 저하나 균열의 원인이 되고, 0.035%를 넘으면 복잡 형상이나 대형 주조품에 응고 균열을 발생하기 쉬워진다. 한편, 그 함유량이 0.015% 미만에서는 피삭성 향상 효과가 작다. 따라서, S 함유량을 0.015~0.035%의 범위로 한다.Since S forms sulfide with Mn and contributes to the machinability improvement, S is actively added in the present embodiment. However, when a large amount is included in the alloy, FeS of low melting point is formed at the grain boundary and becomes brittle, which causes ductility deterioration or cracking, and when it exceeds 0.035%, solidification cracking easily occurs in complicated shapes or large castings. On the other hand, when the content is less than 0.015%, the machinability improvement effect is small. Therefore, S content is made into 0.015 to 0.035% of range.

·[Mn]/[S]≥46-1335/t+13430/t2 [Mn] / [S] ≥46-1335 / t + 13430 / t 2

(단, [Mn], [S]는 이들의 함유량, t는 주조품의 최대 두께(mm)를 나타낸다)(Where [Mn] and [S] are these contents and t represents the maximum thickness (mm) of the cast product)

[Mn]/[S]는 황화물의 생성량이나 조성을 좌우하고, 응고 균열의 경향을 결정하는 중요한 파라미터가 된다. 또한, 응고 균열의 경향은 Mn과 S의 비뿐만 아니라 t에도 영향을 받는다. 전술한 Mn 및 S의 범위에 있어서 [Mn]/[S]가 46-1335/t+13430/t2 미만에서는 S에 대해 Mn이 부족하고 과잉의 S가 상술한 FeS를 형성하여 응고 균열 등의 원인이 된다. 한편, [Mn]/[S]가 46-1335/t+13430/t2 이상에서는 S는 고융점의 MnS로서 존재하기 때문에 응고 균열을 일으키기 어려워진다.[Mn] / [S] is an important parameter for determining the tendency of solidification cracking depending on the amount and composition of sulfides produced. In addition, the tendency of the solidification crack is affected not only by the ratio of Mn and S but also by t. If [Mn] / [S] is less than 46-1335 / t + 13430 / t 2 in the above-mentioned range of Mn and S, Mn is insufficient for S and excess S forms FeS as described above, such as solidification cracking. Cause. On the other hand, when [Mn] / [S] is 46-1335 / t + 13430 / t 2 or more, since S exists as a high melting point MnS, it becomes difficult to cause a solidification crack.

응고 균열에 대한 주조품의 최대 두께(t(mm))의 영향은 도 3에 도시된 응고 균열 시험편의 R(mm)과 관계가 있기 때문에, 균열 시험편을 이용하여 t와 응고 균열의 관계를 파악할 수 있다. 본 발명자의 지견에 의하면, R과 t의 관계는 거의 t=500/R로 나타난다. 즉, R이 작을수록 두꺼운 주조품을 모의하게 된다.Since the influence of the maximum thickness (t (mm)) of the casting on the solidification crack is related to R (mm) of the solidification crack test piece shown in FIG. 3, the crack test piece can be used to determine the relationship between t and the solidification crack. have. According to the inventor's knowledge, the relationship between R and t is almost represented by t = 500 / R. In other words, the smaller R, the more thick casting is simulated.

실제로 도 3에 도시된 응고 균열 시험편의 R의 크기와 [Mn]/[S]에 의한 응고 균열 유무를 표 2에 나타내는 실시예의 No.21~24를 이용하여 파악한 결과를 도 4에 나타낸다. 도 4에는 R의 크기와 함께 상당하는 최대 두께(t(mm))도 나타내고 있다.In fact, the magnitude | size of R of the solidification crack test piece shown in FIG. 3, and the presence or absence of the solidification crack by [Mn] / [S] are shown in FIG. 4 using No.21-24 of the Example shown in Table 2. FIG. Fig. 4 also shows the maximum thickness t (mm) corresponding to the size of R.

도 4에 도시된 바와 같이, R이 작을수록, 즉 상당 두께가 클수록 응고 균열이 발생하기 어려운 [Mn]/[S]의 값이 커지고, 응고 균열이 발생하기 어려워지는 경계선은 46-1335/t+13430/t2로 나타난다. 따라서, [Mn]/[S]≥46-1335/t+13430/t2라고 규정한다. 예를 들어, 최대 두께가 100mm인 주조품에 대해서는 Mn/S를 약 34 정도로 하면 효과적으로 응고 균열을 방지할 수 있다.As shown in Fig. 4, the smaller the value of R, that is, the greater the thickness, the larger the value of [Mn] / [S], in which solidification cracking is less likely to occur, and the boundary line at which solidification cracking is less likely to be 46-1335 / t. It appears as + 13430 / t 2 . Therefore, it is prescribed that [Mn] / [S] ≧ 46-1335 / t + 13430 / t 2 . For example, for a cast product having a maximum thickness of 100 mm, Mn / S of about 34 can effectively prevent solidification cracking.

본 실시형태에 있어서 C, Si, Mn, S, Co, Ni의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다.In the present embodiment, the balance of C, Si, Mn, S, Co, and Ni is Fe and unavoidable impurities.

또, 본 실시형태에서는 제1 실시형태의 합금에 추가로 S를 함유한 조성인데, 본 실시형태의 범위의 S 함유량이면 열팽창에 영향을 주지 않는다. 즉, 본 실시형태의 주조 합금도 제1 실시형태의 주조 합금과 마찬가지로 1×10-6/℃ 이하의 저열팽창률을 얻을 수 있고, 나아가 조성을 적정화함으로써 0.5×10-6/℃ 이하라는 극히 낮은 열팽창률을 얻을 수 있다.Moreover, in this embodiment, although it is the composition which contains S further in the alloy of 1st Embodiment, if it is S content of the range of this embodiment, it will not affect thermal expansion. That is, the cast alloy of the present embodiment also has a low coefficient of thermal expansion of 1 × 10 −6 / ° C. or less, similarly to the cast alloy of the first embodiment, and further has an extremely low thermal expansion of 0.5 × 10 −6 / ° C. or less by optimizing the composition. The rate can be obtained.

제2 실시형태에서는 슈퍼인바와 동등한 저열팽창 계수를 가지면서 통상의 대기 용해 및 대기 주조가 가능한 수준의 C를 함유하고, 게다가 응고 균열을 발생시키지 않고 피삭성을 향상시킨 쾌삭성 저열팽창 주조 합금을 얻을 수 있다. 이 때문에, 저열팽창의 복잡 형상품이나 대형 부품을 용접하지 않고 양호한 절삭성으로 제작할 수 있다.In the second embodiment, a high machinability low thermal expansion casting alloy having a low thermal expansion coefficient equivalent to that of Super Invar and containing C at a level capable of normal atmospheric melting and atmospheric casting, and improving machinability without generating solidification cracks, You can get it. For this reason, it can manufacture with favorable cutting property, without welding the complex shaped article of a low thermal expansion, or a large part.

실시예Example

이하, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the Example of this invention is described.

<제1 실시예><First Embodiment>

제1 실시예는 제1 실시형태에 대응하는 것이다.The first example corresponds to the first embodiment.

여기서는 표 1에 나타내는 각 화학 조성의 합금을 고주파 유도로에서 대기 용해하고, JIS G0307의 도 1b에 준거한 공시재를 주조하였다. 모두 주형에는 CO2법 규사형을 이용하였다.The alloy of each chemical composition shown in Table 1 was melt | dissolved in air in the high frequency induction furnace here, and the test material based on FIG. 1B of JIS G0307 was cast. In all of the molds, a CO 2 method silica sand type was used.

각 공시재에 표 3의 조건 8의 열처리를 실시한 후 Φ6×12mm의 열팽창 시험편을 채취하고, 20~25℃ 간의 평균 열팽창 계수를 레이저 간섭식 열팽창계에 의해 측정하였다.After each test material was subjected to heat treatment under Condition 8 in Table 3, a thermal expansion test piece having a diameter of 6 × 12 mm was taken, and an average thermal expansion coefficient of 20 to 25 ° C. was measured by a laser interference type thermal expansion meter.

그 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명 합금인 No.1~7은 모두 20~25℃ 간의 평균 열팽창 계수가 1×10-6/℃ 이하이고, 그 중에서 No.1과 No.2 및 No.7은 0.5×10-6/℃ 이하이고, 특히 No.1에서는 0.2×10-6/℃ 미만으로 종래의 슈퍼인바와 동등하며, 최근 심한 요구에도 응할 수 있는 특성을 갖고 있는 것이 확인되었다. 또한, 이들은 모두 주조 결함이 없고 양호한 주조성을 얻을 수 있었다.The results are shown in Table 1. As shown in Table 1, all of the alloys of the present invention Nos. 1 to 7 have an average thermal expansion coefficient of 1 × 10 −6 / ° C. or less between 20 to 25 ° C., of which No. 1, No. 2 and No. 7 are used. Is 0.5 × 10 −6 / ° C. or less, and in particular, No. 1 is less than 0.2 × 10 −6 / ° C., which is equivalent to the conventional super invar, and has recently been confirmed to have characteristics that can meet severe demands. In addition, they all had no casting defects and were able to obtain good castability.

한편, 비교예에서는 No.8은 C가 하한 미만이었기 때문에 가스 결함이 발생하고 주조성이 나빴다. 또한, No.9~15에 대해서는 No.9는 Si와 Ni이 상한을 넘고 Co가 하한 미만이며, No.10은 Ni이 하한 미만, Co가 상한 초과이고 나아가 C 함유량과 Co 함유량의 관계가 도 1의 발명 범위로부터 벗어나 마르텐사이트 변태를 발생시키며, No.11 및 No.12는 개개의 원소는 범위 내이지만 C 함유량과 Co 함유량의 관계가 도 1의 발명 범위로부터 벗어나 마르텐사이트 변태를 발생시키며, No.13 및 No.14는 모두 개개의 원소는 범위 내이지만 Ni 등량이 No.13은 하한 미만이고 No.14는 상한을 넘으며, No.15는 C가 상한을 넘어 조직 중에 흑연을 발생하여 조직이 불안정해지고, 모두 원하는 열팽창 계수를 얻을 수 없었다.On the other hand, in the comparative example, since C was less than a lower limit, gas defect generate | occur | produced and the castability was bad. In addition, about No. 9-15, No. 9 is Si and Ni exceeding an upper limit, and Co is less than a lower limit, No. 10 is less than Ni a lower limit, Co is exceeding an upper limit, and also the relationship between C content and Co content is shown. Martensitic transformation occurs out of the scope of invention of 1, No. 11 and No. 12 cause martensite transformation of individual elements within the range but the relationship between C content and Co content out of the scope of invention of FIG. No. 13 and No. 14 are all within the range of individual elements, but the Ni equivalence is No. 13 below the lower limit, No. 14 above the upper limit, and No. 15 above the upper limit, C generates graphite in the tissue. The tissue became unstable, and none of them could obtain the desired coefficient of thermal expansion.

Figure 112016028125694-pct00001
Figure 112016028125694-pct00001

<제2 실시예>Second Embodiment

제2 실시예는 제2 실시형태에 대응하는 것이다.The second embodiment corresponds to the second embodiment.

여기서는 표 2에 나타내는 각 화학 조성의 합금을 고주파 유도로에서 대기 용해하고, JIS G0307의 도 1b에 준거한 공시재 및 60mm×250mm×25mm의 피삭성 시험편을, 또한 표 2의 No.21~No.24와 No.37의 합금에 대해서는 도 3에 도시된 응고 균열 시험편을 주조하였다. 모두 주형에는 CO2법 규사형을 이용하였다.Here, alloys of each chemical composition shown in Table 2 are air-dissolved in a high frequency induction furnace, and test materials and 60mm × 250mm × 25mm machinability test specimens according to FIG. 1B of JIS G0307 are further described in Tables No. 21 to No. For alloys of .24 and No.37, solidified crack test pieces shown in FIG. 3 were cast. In all of the molds, a CO 2 method silica sand type was used.

제1 실시예와 동일한 열처리를 실시한 후 Φ6×12mm의 열팽창 시험편을 공시재로부터 채취하고, 20~25℃ 간의 평균 열팽창 계수를 레이저 간섭식 열팽창계에 의해 측정하였다.After the same heat treatment as in Example 1, a thermal expansion test piece of φ6 × 12 mm was taken from the specimen, and the average thermal expansion coefficient between 20 and 25 ° C. was measured by a laser interference thermal expansion meter.

균열 시험편은 도 3 중의 4종류의 R부의 균열 유무를 염색 침투 탐상 검사법으로 확인하였다.The crack test piece confirmed the presence or absence of the crack of four types of R part in FIG. 3 by the dye penetration inspection method.

피삭성 시험은 60mm×250mm의 2면이 평행하게 되도록 평면 연삭한 후, Φ5mm의 고속도 강제 공구를 장착한 드릴을 이용하여 회전수 1274RPM, 송출 0.2mm/회전, 윤활 없이 깊이 10mm의 구멍 가공을 행하여 25구멍 이상 천공할 수 있는 경우를 피삭성 양호라고 판정하였다.The machinability test was performed by grinding the plane so that two surfaces of 60mm × 250mm were parallel, and then using a drill equipped with a high-speed forced tool of Φ5mm, drilling a hole of 1274 RPM, feed 0.2mm / rotation, and depth 10mm without lubrication. It was judged that machinability was favorable when it could penetrate more than 25 holes.

이러한 결과를 표 2에 나타낸다. 표 2에 나타내는 바와 같이, 본 발명 합금인 No.21~28은 모두 20~25℃ 간의 평균 열팽창 계수가 1×10-6/℃ 이하이고, 그 중에서 No.21과 No.27 및 No.28은 0.5×10-6/℃ 이하이고, 특히 No.28은 0.2×10-6/℃로 종래의 슈퍼인바와 동등하며, 최근 심한 요구에도 응할 수 있는 특성을 갖고 있는 것이 확인되었다. 또한, 주조시에 가스 결함이 발생하지 않고 응고 균열 시험편의 어떤 R부에도 균열은 확인할 수 없으며 양호한 내응고 균열성을 나타내었다. 나아가 피삭성도 양호하였다.These results are shown in Table 2. As shown in Table 2, all of the alloys of the present invention Nos. 21 to 28 had an average thermal expansion coefficient of 1 × 10 −6 / ° C. or less between 20 to 25 ° C., among which Nos. 21 and No. 27 and No. 28 were used. Is 0.5 × 10 −6 / ° C. or less, and in particular, No. 28 is 0.2 × 10 −6 / ° C., which is equivalent to the conventional super invar, and has been confirmed to have characteristics that can meet recent severe demands. In addition, no gas defects occurred during casting, and cracks could not be confirmed at any R portion of the solidification crack test piece, and showed good solidification crack resistance. Furthermore, machinability was also favorable.

한편, 비교예에서는 No.29는 C가 하한 미만이었기 때문에 열팽창 계수는 낮지만 가스 결함이 발생하여 주조성이 나빴다. 또한, No.30~35에 대해서는 No.30은 Si가 상한을 넘고 C 함유량과 Co 함유량의 관계가 도 1의 발명 범위로부터 벗어나 있고, No.31은 개개의 원소는 범위 내이지만 C 함유량과 Co 함유량의 관계가 도 1의 발명 범위로부터 벗어나 있고, No.32는 Ni이 하한 미만이고 C가 상한 초과로 조직 중에 흑연을 발생하여 조직이 불안정해지며, No.33은 Ni이 하한 미만으로 마르텐사이트 변태를 발생하고, No.34는 Ni 등량이 하한 미만이며, No.35는 Ni 등량이 상한 초과이고, No.36은 Co가 하한 미만이며, 모두 원하는 열팽창 계수를 얻을 수 없었다. 나아가 비교예의 No.37은 Mn/S의 값이 R20에서 균열이 발생하지 않는 15보다 작았기 때문에, 균열 시험편의 모든 R부에 균열이 인정되었다. 또한, 비교예의 No.38은 S가 하한 미만이었기 때문에 피삭성은 좋지 않았다.On the other hand, in the comparative example, since No. 29 was less than a lower limit, although the thermal expansion coefficient was low, gas defects generate | occur | produced and the castability was bad. In addition, about No. 30-35, No. 30 has Si exceeding an upper limit, and the relationship between C content and Co content is out of the invention range of FIG. The relationship of the contents is out of the scope of the invention of Fig. 1, No. 32 is less than the lower limit, C is more than the upper limit, graphite is generated in the structure and the structure becomes unstable, and No. 33 is less than the lower limit of the Martensite The transformation occurred, No. 34 was less than the lower limit of Ni equivalent, No 35 was greater than the upper limit of Ni equivalent, and No. 36 was less than the lower limit of Co, and the desired thermal expansion coefficient could not all be obtained. Furthermore, since the value of Mn / S of the comparative example was smaller than 15 which the crack does not generate | occur | produce in R20, the crack was recognized in all R parts of a crack test piece. Moreover, since No. 38 of the comparative example was S below the lower limit, the machinability was not good.

Figure 112016028125694-pct00002
Figure 112016028125694-pct00002

<제3 실시예>Third Embodiment

제3 실시예는 제조 조건에 관한 것이다.The third embodiment relates to manufacturing conditions.

여기서는 우선 표 1의 No.5의 조성을 가지며, 표 3에 나타내는 조건 1~13의 각 열처리 조건으로 열처리한 복수의 시험체를 준비하고 열팽창 계수를 구하였다. 그 결과를 표 4에 나타낸다. 표 4에 나타내는 바와 같이, 700~950℃의 온도 범위에서 가열 후 5℃/sec. 이상의 냉각 속도로 450℃ 이하까지 냉각하는 조건을 만족하는 조건 5, 6, 8, 9, 11이면, 열팽창 계수가 1×10-6/℃ 이하가 되고 균열도 발생하지 않는 것이 확인되었다. 이에 반해, 이를 벗어나는 조건 1, 2, 3, 4, 7, 10, 12에서는 열팽창 계수가 1×10-6/℃를 넘고, 조건 13에서는 열팽창 계수가 1×10-6/℃ 이하이지만 시험체에 미세한 균열이 인정되었다.Here, first, a plurality of test bodies having the composition of No. 5 in Table 1 and heat-treated under the respective heat treatment conditions of the conditions 1 to 13 shown in Table 3 were prepared, and the coefficient of thermal expansion was obtained. The results are shown in Table 4. As shown in Table 4, 5 degree-C / sec after heating in the temperature range of 700-950 degreeC. When conditions 5, 6, 8, 9, and 11 which satisfy | fill the conditions to cool to 450 degrees C or less at the above cooling rate, it was confirmed that a thermal expansion coefficient will be 1x10 <-6> / degrees C or less, and a crack does not arise. On the contrary, in the conditions 1, 2, 3, 4, 7, 10, and 12 that deviate from this, the coefficient of thermal expansion exceeds 1 × 10 −6 / ° C., and in condition 13, the coefficient of thermal expansion is 1 × 10 −6 / ° C. or less, but Fine cracks were recognized.

다음으로 표 2의 No.25의 조성 합금을 마찬가지로 표 3에 나타내는 조건 1~13의 각 열처리 조건으로 열처리한 복수의 시험체를 준비하고 열팽창 계수를 구하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다. 표 5에 나타내는 바와 같이, No.5의 조성과 마찬가지로 700~950℃의 온도 범위에서 가열 후 5℃/sec. 이상의 냉각 속도로 450℃ 이하까지 냉각하는 조건을 만족하는 조건 5, 6, 8, 9, 11이면, 열팽창 계수가 1×10-6/℃ 이하가 되고 균열도 발생하지 않는 것이 확인되었다. 이에 반해, 이를 벗어나는 조건 1, 2, 3, 4, 7, 10, 12에서는 열팽창 계수가 1×10-6/℃를 넘고, 조건 13에서는 열팽창 계수가 1×10-6/℃ 이하이지만 시험체에 미세한 균열이 인정되었다.Next, the some test body which heat-treated the composition alloy of No. 25 of Table 2 similarly to each heat treatment condition of the conditions 1-13 shown in Table 3 was prepared, and the thermal expansion coefficient was calculated | required. The results are shown in Table 5. As shown in Table 5, 5 degreeC / sec after heating in the temperature range of 700-950 degreeC similarly to the composition of No.5. When conditions 5, 6, 8, 9, and 11 which satisfy | fill the conditions to cool to 450 degrees C or less at the above cooling rate, it was confirmed that a thermal expansion coefficient will be 1x10 <-6> / degrees C or less, and a crack does not arise. On the contrary, in the conditions 1, 2, 3, 4, 7, 10, and 12 that deviate from this, the coefficient of thermal expansion exceeds 1 × 10 −6 / ° C., and in condition 13, the coefficient of thermal expansion is 1 × 10 −6 / ° C. or less, but Fine cracks were recognized.

Figure 112016028125694-pct00003
Figure 112016028125694-pct00003

Figure 112016028125694-pct00004
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Figure 112016028125694-pct00005
Figure 112016028125694-pct00005

Claims (7)

질량%로
C: 0.02% 초과 0.15% 이하,
Si: 0초과 0.3% 이하,
Mn: 0.25~0.6%,
Ni: 29~32.5%,
Co: 5~9.5%
를 함유하고,
또한 C 함유량(질량%)을 [C], Co 함유량(질량%)을 [Co]라고 나타낸 경우에 이들이 (a) [Co]≥40×[C]+3, (b) [C]≤0.15, (c) [Co]≤(70/3)×[C]+6, (d) [C]>0.02, (e) [Co]≥-20×[C]+6을 만족하는 범위이며,
Ni 함유량(질량%)을 [Ni], Co 함유량(질량%)을 [Co]로 나타낸 경우에 [Ni]+0.8×[Co]라고 나타나는 Ni 당량이 35.5~36.5%의 범위이고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는(다만, C: 0.052%, Si: 0.19%, Mn: 0.61%, Ni: 32.21%, Co: 5.07%을 함유하고 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 제외함) 것을 특징으로 하는 저열팽창 주조 합금.By mass%
C: more than 0.02% and less than 0.15%,
Si: greater than 0 and less than 0.3%,
Mn: 0.25-0.6%,
Ni: 29-32.5%,
Co: 5 ~ 9.5%
Containing,
In addition, when C content (mass%) is shown as [C] and Co content (mass%) as [Co], these are (a) [Co] ≥40 * [C] +3, (b) [C] ≤0.15 (c) [Co] ≤ (70/3) x [C] + 6, (d) [C]> 0.02, (e) [Co] ≥-20 x [C] + 6, and
When Ni content (mass%) is represented by [Ni] and Co content (mass%) is represented by [Co], the Ni equivalent represented by [Ni] + 0.8 x [Co] is in the range of 35.5 to 36.5%, and the balance is Fe. And unavoidable impurities (except for compositions containing C: 0.052%, Si: 0.19%, Mn: 0.61%, Ni: 32.21%, Co: 5.07%, and the balance consisting of Fe and unavoidable impurities). Low thermal expansion casting alloy, characterized in. 질량%로
C: 0.02% 초과 0.15% 이하,
Si: 0초과 0.3% 이하,
Mn: 0.25~0.6%,
S: 0.015~0.035%
Ni: 29~32.5%,
Co: 5~9.5%
를 함유하고,
또한 C 함유량(질량%)을 [C], Co 함유량(질량%)을 [Co]라고 나타낸 경우에 이들이 (a) [Co]≥40×[C]+3, (b) [C]≤0.15, (c) [Co]≤(70/3)×[C]+6, (d) [C]>0.02, (e) [Co]≥-20×[C]+6을 만족하는 범위이며,
또한 Ni 함유량(질량%)을 [Ni], Co 함유량(질량%)을 [Co]로 나타낸 경우에 [Ni]+0.8×[Co]라고 나타나는 Ni 당량이 35.5~36.5%의 범위이고,
나아가 Mn 함유량(질량%)을 [Mn], S 함유량(질량%)을 [S], 주조품의 최대 두께(mm)를 t로 나타낸 경우에 [Mn]/[S]≥46-1335/t+13430/t2를 만족하며, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저열팽창 주조 합금.By mass%
C: more than 0.02% and less than 0.15%,
Si: greater than 0 and less than 0.3%,
Mn: 0.25-0.6%,
S: 0.015 ~ 0.035%
Ni: 29-32.5%,
Co: 5 ~ 9.5%
Containing,
In addition, when C content (mass%) is shown as [C] and Co content (mass%) as [Co], these are (a) [Co] ≥40 * [C] +3, (b) [C] ≤0.15 (c) [Co] ≤ (70/3) x [C] + 6, (d) [C]> 0.02, (e) [Co] ≥-20 x [C] + 6, and
Moreover, when Ni content (mass%) is represented by [Ni] and Co content (mass%) is represented by [Co], the Ni equivalent represented by [Ni] + 0.8 x [Co] is 35.5 to 36.5%,
Furthermore, when Mn content (mass%) is represented by [Mn], S content (mass%) is represented by [S], and the maximum thickness (mm) of the casting is represented by t, [Mn] / [S] ≥46-1335 / t + A low thermal expansion casting alloy, satisfying 13430 / t 2 , wherein the balance is made of Fe and unavoidable impurities. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 조성을 가지며, 20~25℃의 평균 열팽창 계수가 1×10-6/℃ 이하인 것을 특징으로 하는 저열팽창 주조 합금.The low thermal expansion casting alloy which has a composition of Claim 1 or 2, and whose average coefficient of thermal expansion of 20-25 degreeC is 1 * 10 <-6> / degreeC or less. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 조성을 가지며, 20~25℃의 평균 열팽창 계수가 0.5×10-6/℃ 이하인 것을 특징으로 하는 저열팽창 주조 합금.The low thermal expansion casting alloy which has a composition of Claim 1 or 2, and whose average coefficient of thermal expansion of 20-25 degreeC is 0.5 * 10 <-6> / degreeC or less. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 조성을 갖는 합금을 700~950℃의 온도 범위에서 가열 후, 5℃/sec. 이상의 냉각 속도로 450℃ 이하까지 냉각하는 것을 특징으로 하는 저열팽창 주조 합금의 제조 방법.5 degrees C / sec after heating the alloy which has a composition of Claim 1 or 2 in the temperature range of 700-950 degreeC. It cools to 450 degrees C or less by the above cooling rate, The manufacturing method of the low thermal expansion casting alloy characterized by the above-mentioned. 청구항 5의 제조 방법에 따라 얻어진 저열팽창 주조 합금으로서, 20~25℃의 평균 열팽창 계수가 1×10-6/℃ 이하인 것을 특징으로 하는 저열팽창 주조 합금.The low thermal expansion casting alloy obtained by the manufacturing method of Claim 5 whose average thermal expansion coefficient of 20-25 degreeC is 1 * 10 <-6> / degreeC or less, The low thermal expansion casting alloy characterized by the above-mentioned. 청구항 5의 제조 방법에 따라 얻어진 저열팽창 주조 합금으로서, 20~25℃의 평균 열팽창 계수가 0.5×10-6/℃ 이하인 것을 특징으로 하는 저열팽창 주조 합금.The low thermal expansion casting alloy obtained by the manufacturing method of Claim 5 whose average thermal expansion coefficient of 20-25 degreeC is 0.5x10 <-6> / degreeC or less, The low thermal expansion casting alloy characterized by the above-mentioned.
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