KR20040107158A - Fe-Ni-Co alloy having a low thermal expansion - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: To provide a Fe-Ni-Co base Kovar alloy having low thermal expansion capable of improving hot workability and microstructure stability by adding a trace of boron(B) to the alloy. CONSTITUTION: The Fe-Ni-Co base alloy having low thermal expansion contains 28 to 30 wt.% of nickel(Ni), 15.5 to 18.5 wt.% of cobalt(Co), 0.05 to 0.5 wt.% of silicon(Si), 0.1 to 0.5 wt.% of manganese(Mn), and impurities of 0.006 wt.% or less of phosphorus(P), 0.05 wt.% or less of carbon(C), 0.15 wt.% or less of chromium(Cr), 0.10 wt.% or less of aluminum(Al), 0.4 wt.% or less of molybdenum(Mo) and 0.01 wt.% or less of sulfur(S), wherein the Fe-Ni-Co base alloy additionally contains 0.001 to 0.006 wt.% of boron(B).

Description

철-니켈-코발트계 저열팽창성 합금{Fe-Ni-Co alloy having a low thermal expansion}Fe-Ni-Co alloy having a low thermal expansion}

본 발명은 열간 가공성이 뛰어난 저열팽창성 코바(Kovar) 합금재료에 관한 것으로, 특히 단조, 열간 압연(선재 압연, 판재 압연, 연주 압연 외) 등 고온 가공 시에 표면결함이 발생되는 것을 방지할 수 있는 붕소(B)를 함유한 Fe-Ni-Co계 저열팽창성 합금에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a low thermally expandable Kovar alloy material having excellent hot workability. In particular, the present invention can prevent surface defects from occurring during high temperature processing such as forging and hot rolling (wire rolling, sheet rolling, rolling rolling, etc.). It is related with the Fe-Ni-Co type low thermal expansion alloy containing boron (B).

일반적으로 Fe-29Ni-17Co 합금으로 알려져 있는 코바(Kovar) 합금은 -200℃∼+430℃의 넓은 온도범위에서 열팽창이 거의 일어나지 않는 인바(Invar) 합금 특성을 보이고 있다.Kovar alloys, commonly known as Fe-29Ni-17Co alloys, exhibit Invar alloy properties that hardly cause thermal expansion over a wide temperature range of -200 ° C to + 430 ° C.

특히 코바 합금은 철(Fe)-니켈(Ni) 계열의 타 인바 합금들과 비교할 때 상당히 높은 온도까지 낮은 열팽창 특성을 유지할 수 있고, 알루미나, 보로실리케이트 등의 유리와 비슷한 열팽창 특성을 보이며, 산화물에 의한 뛰어난 용접성, 적절한 기계적 특성, 넓은 범위에서의 오스테나이트 안정성 등의 장점으로 인하여, 유리봉착(glass-sealing) 용도를 기본으로 밀봉접착산업, 정밀기기산업, 진공 튜브산업, 전자 통신 산업 등에서 폭 넓게 응용되고 있으며 그 적용분야가 점점 확대되고 있다.In particular, COVA alloys can maintain low thermal expansion properties at significantly higher temperatures compared to iron (Fe) -nickel (Ni) -based tin alloys, and exhibit similar thermal expansion properties to glass such as alumina and borosilicates. Due to its excellent weldability, proper mechanical properties, and austenitic stability over a wide range, it is widely used in the sealing and sealing industry, the precision instrument industry, the vacuum tube industry, and the electronic communication industry based on glass-sealing applications. It is being applied, and its field of application is expanding.

그러나 코바 합금은 높은 조성의 니켈(Ni), 코발트(Co)를 함유해야 하고 불순물의 제어가 용이하지 않아 단조 및 열간 압연(선재 압연, 판재 압연, 연주 압연 등) 시 가공 균열(표면 터짐, 귀터짐, 면균열 등)이 발생하기 쉽다. 이러한 균열은주로 고온의 결정립계 취화에 의해서 나타나는 것으로 알려져 있으며, 주로 황화물, 산화물, 인화물 등이 형성되기 쉬운 900∼1,150oC에서 현저해지기 때문에 이 온도 범위에서 연성 저하가 심해져 생산성 및 수율의 저감이 불가피해진다.However, COVA alloys must contain high composition of nickel (Ni) and cobalt (Co), and do not easily control impurities, so that cracks during work (forging of wire, sheet, rolling) Rupture, surface cracking, etc.) It is known that such cracks are mainly caused by high-temperature embrittlement embrittlement, and are mainly noticeable at 900 to 1,150 o C, which are susceptible to sulfides, oxides, and phosphides. It becomes inevitable.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 악영향을 미친다고 알려져 있는 불순물 원소들을 하한으로 관리하는 것이 제시되고 있다. 예를 들어 ASTM 15-98와 ASTM F1466 등에서는 코바 합금의 열간 가공성과 관계되는 인(P), 황(S)의 함유량을 한정하고 있으며, 이와 함께 물성에 영향을 미치는 탄소(C), 알루미늄(Al), 마스네슘(Mg), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo) 등의 함유량도 용도에 따라서 관리하고 있다.In order to solve this problem, it is proposed to manage the impurity elements known to adversely affect the lower limit. For example, ASTM 15-98 and ASTM F1466, etc., limit the content of phosphorus (P) and sulfur (S) related to hot workability of COVA alloys, and at the same time, carbon (C) and aluminum ( Al, magnesium (Mg), zirconium (Zr), titanium (Ti), chromium (Cr), copper (Cu), molybdenum (Mo) and the like are also managed according to the use.

그러나 상기 합금 조성을 만족하는 코바 합금의 경우에도 고온 열간 가공 시 입계 취화를 완전히 방지하는 것은 불가능하였다. 이에 열간 가공성이 향상된 코바 합금이 필요한 실정이나, 현재까지 코바 합금 조성의 경우에는 타 인바 합금의 경우(특공소 57-15656 공보, 특공소 57-35260 등)와는 달리 열간 가공성 향상에 관하여 제시된 바가 없다.However, even in the case of the Koba alloy satisfying the alloy composition, it was not possible to completely prevent grain boundary embrittlement during high temperature hot working. Therefore, there is a need for a cobalt alloy having improved hot workability, but to date, there has been no suggestion on the improvement of hot workability in the case of the cobalt alloy composition, unlike in the case of other invar alloys (Publications 57-15656, Specials 57-35260, etc.). .

따라서 본 발명은 열간 가공성이 향상된 코바 합금을 얻기 위해 안출한 것으로서, 본 발명은 탄소(C), 황(S), 인(P), 산소(O), 질소(N) 등의 불순물 원소의 결정립계로의 편석을 저지하는 동시에 이들 원소와의 붕화물을 형성하고 결정립계 및 다른 결함부에 우선적으로 응집하여 결정의 핵이 되며, 결정립을 미세화시키고 입계 취화를 방지하는 미량의 붕소(B)를 첨가시킴으로써 열간 가공성 및 미세조직 안정성을 향상시킬 수 있도록 한 Fe-Ni-Co계 저열팽창성 코바 합금을 제공함에 그 목적이 있다.Therefore, the present invention is devised to obtain a Coba alloy with improved hot workability, the present invention is a grain boundary of impurity elements such as carbon (C), sulfur (S), phosphorus (P), oxygen (O), nitrogen (N) By preventing segregation of the furnace, it forms borides with these elements and aggregates preferentially at grain boundaries and other defects to become nuclei of crystals, and by adding a small amount of boron (B) to refine the grains and prevent grain embrittlement. An object of the present invention is to provide a Fe-Ni-Co-based low thermally expandable COVA alloy capable of improving hot workability and microstructure stability.

도 1은 본 발명에서 사용한 비교재 1의 열간 압축에 따른 표면 터짐 현상 예시도1 is an exemplary view of the surface bursting phenomenon according to the hot compression of Comparative Material 1 used in the present invention

도 2는 본 발명에서 사용한 다수의 대표 비교재1,2,6,7 및 실험재2,3의 고온 인장에 따른 열간 가공성 비교 그래프2 is a comparative graph of hot workability according to the high temperature tension of a number of representative comparative materials 1, 2, 6, 7 and experimental materials 2, 3 used in the present invention

도 3은 본 발명에서 사용한 비교재 2 내지 6의 S 함량에 따른 열간 가공성 비교 그래프3 is a graph comparing the hot workability according to the S content of Comparative Materials 2 to 6 used in the present invention

도 4는 본 발명에서 사용한 비교재 1의 1050oC 인장 파단면을 예시한 참고도Figure 4 is a reference diagram illustrating a 1050 o C tensile fracture surface of Comparative Material 1 used in the present invention

도 5는 본 발명에서 사용한 비교재 2의 1000oC 인장 파단면을 예시한 참고도Figure 5 is a reference diagram illustrating a 1000 o C tensile fracture surface of Comparative Material 2 used in the present invention

도 6은 본 발명의 실시예에 의한 실험재3의 1000oC 인장 파단면을 예시한 참고도Figure 6 is a reference diagram illustrating a 1000 o C tensile fracture surface of Experiment 3 according to an embodiment of the present invention

도 7은 본 발명의 실시예에 의한 실험재 1 내지 5의 B 함량에 따른 단면 수축률 비교 그래프7 is a graph comparing the cross-sectional shrinkage rate according to the B content of the test materials 1 to 5 according to an embodiment of the present invention

도 8a와 도 8b는 본 발명에서 사용한 비교재2와 본 발명의 일 실시예에 의한 실험재3의 미세조직 안정성을 비교한 참고사진Figure 8a and Figure 8b is a reference picture comparing the microstructure stability of Comparative Material 2 and Experimental Material 3 according to an embodiment of the present invention used in the present invention

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 니켈(Ni) 28∼30 중량%와 코발트(Co) 15.5 ~ 18.5 중량%를 기본으로 0.05 ~ 0.5 중량%의 규소(Si)와 0.1 ~ 0.5 중량%의 망간(Mn)을 함유하고; 불순물로서, 0.006 중량% 이하의 인(P)과, 0.05 중량% 이하의 탄소(C)와, 0.15 중량% 이하의 크롬(Cr)과, 0.10 중량% 이하의 알루미늄(Al)과, 0.4 중량% 이하의 몰리브덴(Mo)과, 특히 0.01 중량% 이하의 황(S)을 함유하며; 여기에 0.001∼0.006 중량%의 붕소(B)를 함유한 것을 특징으로 하는 Fe-Ni-Co계 저열팽창성 합금을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is based on 28 to 30% by weight of nickel (Ni) and 15.5 to 18.5% by weight of cobalt (Co) 0.05 to 0.5% by weight of silicon (Si) and 0.1 to 0.5% by weight of manganese (Mn); As impurities, up to 0.006% by weight of phosphorus (P), up to 0.05% by weight of carbon (C), up to 0.15% by weight of chromium (Cr), up to 0.10% by weight of aluminum (Al) and 0.4% by weight Molybdenum (Mo) or less, in particular, sulfur (S) or less; Provided herein is a Fe-Ni-Co-based low thermally expandable alloy containing 0.001 to 0.006 wt% of boron (B).

상기 본 발명의 합금을 이루는 구성 성분 중에서 니켈(Ni)은 그 성분함량이 28 중량% 미만으로 사용하면 이상 α상이 형성되어 미세조직 안정성을 열악하게 만들고 열간 가공성을 저하시키며, 특히 코바 합금 특유의 엄격한 열팽창 특성을 손상시키기 때문에 바람직하지 않고, 또한 30 중량% 이상 사용하는 경우 열팽창 특성이 상실되기 때문에 바람직하지 않으므로, 28∼30 중량%로 그 사용범위를 한정하는 것이 바람직하다.Among the components constituting the alloy of the present invention, nickel (Ni) forms an abnormal α phase when its content is less than 28% by weight, resulting in poor microstructure stability and deterioration of hot workability. It is not preferable because the thermal expansion characteristics are impaired, and since the thermal expansion characteristics are lost when used at 30% by weight or more, it is preferable to limit the use range to 28 to 30% by weight.

상기 본 발명의 합금을 이루는 구성 성분 중에서 코발트(Co)의 경우에는 15.5 중량% 이하로 사용하면 미세조직 안정성과 열팽창 특성을 저하시키고, 18.5 중량% 이상으로 사용하면 바람직하지 않은 열팽창 곡선 형태를 나타내므로,15.5~18.5 중량%로 그 성분한정이 필요하다.Among the components constituting the alloy of the present invention, cobalt (Co) decreases microstructure stability and thermal expansion characteristics when used at 15.5 wt% or less, and when used at 18.5 wt% or more, it shows an undesirable thermal expansion curve shape. , 15.5 ~ 18.5% by weight of the ingredient limit is required.

상기 규소(Si)의 경우는 산화물의 영향을 억제시켜 함유량이 높아질수록 열간 가공성이 양호해지나, 0.05 중량% 이하이면 그 효과가 미약하고 0.5 중량% 이상으로 너무 많이 첨가될 경우에는 열팽창 계수의 증가를 가져오므로 0.05중량% 에서 0.5 중량%의 범위내에서 첨가를 허용할 수 있다.In the case of silicon (Si), the effect of the oxide is suppressed, and the hot workability is improved as the content is increased, but when the content is 0.05 wt% or less, the effect is insignificant. It can be allowed to add in the range of 0.05% to 0.5% by weight.

상기 인(P)의 경우는 함유량이 높아지면 결정립계에 저융점 인화물이 형성되어 쉽게 균열이 발생되고 열간 가공성이 저하된다. 이와 같은 경향은 함유량이 증가하면 현저해지기 때문에 0.006 중량% 이하를 사용함이 바람직하다.In the case of the phosphorus (P), when the content is high, low melting point phosphide is formed at the grain boundary, so that cracking occurs easily and hot workability is deteriorated. This tendency becomes remarkable as the content increases, so it is preferable to use 0.006% by weight or less.

상기 탄소(C)의 경우는 0.05 중량% 이상 함유하면 1,000℃ 이하의 온도에서 탄화물을 형성하기 쉽고, 열간 가공성을 현저하게 열화시키며 열팽창 계수를 크게 상승시키기 때문에 0.05 중량% 이하로 사용하는 것이 바람직하다.In the case of carbon (C), it is preferable to use it at 0.05% by weight or less, because it is easy to form carbide at a temperature of 1,000 ° C. or less when it contains 0.05% by weight or more, remarkably deteriorate hot workability and greatly increase the coefficient of thermal expansion. .

상기 크롬(Cr)의 경우에는 과다하게 함유되면 저열팽창 특성 및 자기 특성 등의 물리적 특성이 손상되기 때문에 바람직하지 않고, 열간 가공성을 저하시키기에 0.15 중량% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.In the case of the chromium (Cr), excessively contained chromium (Cr) is not preferable because physical properties such as low thermal expansion characteristics and magnetic properties are impaired, it is preferable to limit to 0.15% by weight or less to reduce hot workability.

상기 알루미늄(Al)의 경우는 탈산제로 사용하는 원소이지만 0.10 중량% 이상 함유하면 청정도가 나빠지기 때문에 0.10 중량% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.The aluminum (Al) is an element used as a deoxidizer, but if it contains 0.10% by weight or more, the cleanliness deteriorates, so it is preferable to limit it to 0.10% by weight or less.

상기 몰리브덴(Mo)의 경우는 미세조직 안정성을 향상시키지만 다량 함유될 경우에는 열팽창 계수를 크게 하고 열간 가공성을 저하시키기 때문에 0.4 중량% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.Molybdenum (Mo) is preferably limited to 0.4% by weight or less because it improves the microstructure stability, but when contained in a large amount to increase the coefficient of thermal expansion and lower the hot workability.

상기 망간(Mn)의 경우는 Fe-Ni-Co계 합금의 열간 가공성을 향상시키는데 중요한 합금 원소이나 0.1 중량% 이하일때에는 그 효과가 적고 0.5% 이상 다량 첨가될 경우 열팽창계수가 지나치게 커지기 때문에 0.1~0.5 중량%로 그 허용범위를 한정하는 것이 바람직하다.In the case of manganese (Mn), the alloying element is important for improving the hot workability of the Fe-Ni-Co-based alloy, but when the amount is less than 0.1% by weight, the effect is small. It is preferable to limit the allowable range by weight%.

상기 황(S)의 경우는 Fe-Ni-Co계 합금의 열간 가공성을 급격하게 저하시키는 원소로서 되도록 작게 함유하는 것이 바람직하므로 0.01% 이하로 한정하는 것이 필요하다.In the case of the sulfur (S), it is preferable to contain as small as possible as an element which rapidly lowers the hot workability of the Fe-Ni-Co-based alloy, and therefore it is necessary to limit it to 0.01% or less.

상기 붕소(B)의 경우는 본 발명에서 Fe-Ni-Co계 합금의 열간 가공성을 개선하는데 필요로 하는 가장 중요한 원소로서, 탄소(C), 황(S), 인(P), 산소(O), 질소(N) 등의 불순물 원소의 결정립계로의 편석을 저지하는 동시에 이들 원소와 붕화물을 형성하여 악영향을 줄인다. 한편 직접 결정립계 및 다른 결함부에 우선적으로 응집하여 결정의 핵이 되며, 결정립을 미세화시키고 입계취화를 방지하여 열간 가공성을 향상시킨다. 그러나 이와 같은 작용은 0.001 중량% 미만의 함유량에서는 불충분하며, 붕소 함유량이 적정 수준까지 증가함에 따라 현저한 효과를 나타낸다. 또한 적정수준 이상으로 증가시키면 열간 가공성의 향상 정도가 작아지며, 오히려 0.007 중량% 이상을 첨가하면 붕소와 금속간 화합물(M2B) 외에 탄소(C), 산소(O), 질소(N)를 함유한 각종 붕화물이 생성되어 열간 가공성을 저하시킬 수 있기 때문에 그 함유량을 0.006 중량% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.Boron (B) is the most important element required to improve the hot workability of the Fe-Ni-Co-based alloy in the present invention, carbon (C), sulfur (S), phosphorus (P), oxygen (O) ), And segregation of impurity elements such as nitrogen (N) to grain boundaries is prevented and borides are formed with these elements to reduce adverse effects. On the other hand, it directly aggregates directly to grain boundaries and other defects to become nuclei of crystals, and refines grains and prevents grain embrittlement, thereby improving hot workability. However, this action is insufficient at a content of less than 0.001% by weight, and shows a significant effect as the boron content increases to an appropriate level. In addition, the increase in the hot workability is reduced if the increase above the appropriate level, rather than adding more than 0.007% by weight of boron and intermetallic compound (M 2 B), carbon (C), oxygen (O), nitrogen (N) It is preferable to limit the content to 0.006% by weight or less because various borides contained can reduce the hot workability.

이하, 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

[실시예]EXAMPLE

아래의 표 1은 본 발명의 조성을 가진 Fe-Ni-Co계 합금에 대한 다수 실험재1 내지 실험재 5와, 본 발명의 조성에 속하지 않는 Fe-Ni-Co계 합금에 대한 비교재 1내지 비교재 7의 화학조성(중량%)을 나타낸 것이다.Table 1 below compares a number of test materials 1 to 5 for Fe-Ni-Co-based alloys having the composition of the present invention, and Comparative Materials 1 to 1 for the Fe-Ni-Co-based alloys not belonging to the composition of the present invention. The chemical composition (wt%) of ash 7 is shown.

구분division NiNi CoCo SiSi MnMn CC PP SS CrCr AlAl MoMo BB 실험재1Experiment 1 29.029.0 17.417.4 0.120.12 0.250.25 0.0020.002 0.0020.002 0.00110.0011 0.010.01 0.0060.006 0.0010.001 0.00120.0012 실험재2Experiment 2 28.928.9 17.217.2 0.110.11 0.270.27 0.0040.004 0.0020.002 0.00200.0020 0.030.03 0.0020.002 0.0010.001 0.00210.0021 실험재3Experiment 3 28.828.8 17.217.2 0.110.11 0.240.24 0.0050.005 0.0010.001 0.00220.0022 0.010.01 0.0070.007 0.0020.002 0.00300.0030 실험재4Experiment 4 29.329.3 16.916.9 0.100.10 0.280.28 0.0030.003 0.0020.002 0.00180.0018 0.020.02 0.0040.004 0.0010.001 0.00470.0047 실험재5Experiment 5 28.928.9 17.017.0 0.100.10 0.280.28 0.0020.002 0.0030.003 0.00250.0025 0.020.02 0.0040.004 0.0010.001 0.00610.0061 비교재1Comparative Material 1 28.928.9 17.217.2 0.010.01 0.020.02 0.0030.003 0.0020.002 0.00180.0018 0.010.01 0.0030.003 0.010.01 -- 비교재2Comparative Material 2 29.129.1 16.916.9 0.110.11 0.300.30 0.0040.004 0.0030.003 0.00120.0012 0.020.02 0.0040.004 0.0020.002 -- 비교재3Comparative Material 3 29.429.4 17.317.3 0.090.09 0.270.27 0.0020.002 0.0010.001 0.00380.0038 0.020.02 0.0030.003 0.0010.001 -- 비교재4Comparative Material 4 29.429.4 16.816.8 0.100.10 0.260.26 0.0030.003 0.0020.002 0.00550.0055 0.010.01 0.0060.006 0.0010.001 -- 비교재5Comparative Material 5 28.728.7 17.117.1 0.120.12 0.250.25 0.0050.005 0.0030.003 0.00790.0079 0.010.01 0.0050.005 0.0010.001 -- 비교재6Comparative Material 6 29.129.1 17.017.0 0.110.11 0.290.29 0.0020.002 0.0020.002 0.01780.0178 0.020.02 0.0020.002 0.0020.002 -- 비교재7Comparative Material7 28.928.9 17.217.2 0.090.09 0.280.28 0.0030.003 0.0010.001 0.00220.0022 0.020.02 0.0040.004 0.310.31 --

상기 표 1의 합금들을 50[kg] 급 진공유도용해(VIM) 장치를 사용하여 잉곳트(ingot)로 제조하였으며, 1200[oC/2hr] 열처리 후 13[mm] 판재로 열간 압연한 후 시편을 제조하였다.The alloys of Table 1 were manufactured in an ingot using a 50 [kg] vacuum induction melting apparatus (VIM), and then hot-rolled to 13 [mm] sheet after 1200 [ o C / 2hr] heat treatment. Was prepared.

고온 인장 실험의 경우에는 입경(φ)10 [mm], 게이지 길이 90 [mm]의 봉상 시편을 사용하여 수행하였고, 900[oC]~1250[oC] 온도 범위에서 글리블 시험기를 이용하여 행하였다. 시험할 때 온도는 20[oC/sec]의 속도로 1220[oC] 까지 승온한 후 60 초간 유지하였고, 다시 10[oC/sec]온도로 원하는 온도까지 변화시켜 변형온도에서 30초간 유지한 후 10[mm/sec]의 cross head speed 로 고온 인장 실험을 수행하였다.In the case of the high temperature tensile test, rod-shaped specimens having a diameter of 10 mm and a gauge length of 90 mm were used, and a gleebble tester was used at a temperature range of 900 ° C to 1250 ° C. It was done. During the test, the temperature was raised to 1220 [ o C] at the speed of 20 [ o C / sec] and maintained for 60 seconds, and then changed to the desired temperature at 10 [ o C / sec] and maintained at the deformation temperature for 30 seconds. Then, a high temperature tensile test was performed at a cross head speed of 10 [mm / sec].

한편, 고온 압축 실험의 경우에는 입경(φ)10 [mm], 높이(h) 12 [mm] 의 압축시편을 사용하였으며, 900[oC]~1300[oC] 까지의 온도 범위 중에서 실험목적에 따라서 변형률 속도 및 변형률을 변화시켜 수행하였다.On the other hand, in the case of the high temperature compression test, compression specimens having a particle diameter (φ) of 10 [mm] and a height (h) of 12 [mm] were used, and the experimental purpose was performed in the temperature range of 900 [ o C] ~ 1300 [ o C]. According to the strain rate and the strain was changed.

도 1은 상기 표 1의 비교재에서 나타나는 열악한 열간 가공성의 예로서 비교재 1을 열간 압축할 때 관찰된 표면 터짐 현상을 온도 및 가공률에 따라 도시한 것으로서, 1200oC 이상의 고온에서도 현저한 표면 터짐 현상을 나타남을 알 수 있다.FIG. 1 illustrates the surface burst phenomenon observed when hot compressing Comparative Material 1 as an example of poor hot workability shown in Comparative Material of Table 1, according to temperature and processing rate, and a significant surface bursting even at a high temperature of 1200 ° C. or higher. It can be seen that the phenomenon.

도 2는 다수의 비교재1,2,6,7 및 실험재2,3의 열간 가공성을 각각의 합금에 관하여 행한 고온 인장시험 파단면의 단면 수축률(reduction of area) 결과를 나타낸 그래프로서, 도 2에서 알 수 있듯이 붕소(B)를 첨가한 실험재 2와 3의 경우 비교재 1, 2, 6, 7 등과 비교하였을 때 월등한 열간 가공성 향상 결과를 보여준다. 특히 비교재 1에 비하여 1000oC에서 거의 6배 이상의 열간 가공성을 보여주며, 비교재 중에서도 망간(Mn)을 첨가하고 황(S) 함량을 제어하여 최대한으로 열간 가공성을 향상시킨 비교재 2와 비교하여도 본 발명에 의한 실험재2와 3이 900oC~1050oC의 주 열간 가공 온도 구간에서 훨씬 우수한 가공성을 나타냄을 알 수 있다.FIG. 2 is a graph showing the results of cross-sectional reduction of area of the high-temperature tensile test fracture surface of the comparative alloys 1, 2, 6, 7 and the test materials 2, 3 with respect to the respective alloys. As can be seen in 2, the experimental materials 2 and 3 to which boron (B) is added show superior hot workability improvement results when compared to comparative materials 1, 2, 6, and 7. In particular, compared to Comparative Material 1, it showed almost 6 times more hot workability at 1000 o C, and compared with Comparative Material 2, which improved the hot workability to the maximum by adding manganese (Mn) and controlling the sulfur (S) content. Even if the test material 2 and 3 according to the present invention it can be seen that far superior workability in the main hot working temperature range of 900 ° C ~ 1050 ° C.

도 3은 다수의 비교재 1 내지 7에 대한 황(S) 함량에 따른 열간 가공성을 비교한 그래프로서, 황(S) 함량에 따라서 열간 가공성이 민감하게 변화함을 알 수 있고 황(S) 함량의 억제가 열간 가공성 향상에 필수적이라는 것을 보여준다.Figure 3 is a graph comparing the hot workability according to the sulfur (S) content for a number of comparative materials 1 to 7, it can be seen that the hot workability is sensitively changed according to the sulfur (S) content and sulfur (S) content Shows that suppression of is essential for improving hot workability.

도 4 내지 도 6은 상기의 결과와 관련하여 1000oC 부근에서 인장 실험한 인장 파단면을 비교재와 실험재에서 비교한 참고사진으로서, 도 4의 비교재 1은 1050oC 파단면의 경우 거의 연성의 경향이 없는 현저한 고온 입계 파단면을 보여주고 있다. 망간(Mn)을 첨가하여 황(S) 화합물을 제어한 비교재 2의 파단면(도 5)의 경우에도 입계 및 입내 파괴가 혼재된 다소 열간 가공성을 향상의 경향을 보여주고 있으나, 붕소(B)를 첨가한 실험재 3의 파단면(도 6)의 경우에는 같은 온도임에도 불구하고 입계파괴 경향을 전혀 찾을 수 없는 완전한 연성파괴의 파단면을 보여주고 있다. 이러한 결과는 본 발명의 설명에서 언급한 붕소(B) 첨가에 의해 불순물의 입계 편석이 억제되고 이에 열간 가공성이 향상된다는 사실을 단적으로 보여주는 예이다.4 to 6 is a reference photograph comparing the tensile fracture surface tested in the vicinity of 1000 o C with respect to the above results in the comparative material and the test material, the comparative material 1 of Figure 4 is the case of 1050 o C fracture surface It shows significant hot grain boundary fracture with little tendency to ductility. In the case of the fracture surface of Comparative Material 2 (FIG. 5) in which the sulfur (S) compound was controlled by adding manganese (Mn), the grain boundary and intragranular fracture were mixed, but there was a tendency to improve the hot workability. In the case of the fracture surface (Fig. 6) of Test Material 3 added with), it shows the fracture surface of complete ductile fracture, which is not found at all at the same temperature. These results are simply examples of the fact that the grain boundary segregation of impurities is suppressed by the addition of boron (B) mentioned in the description of the present invention, thereby improving hot workability.

도 7은 붕소(B)를 첨가한 본 발명의 실험재 1 내지 5에서 붕소(B) 함량에 따른 열간 가공성(단면 수축률)의 변화를 온도에 따라 도시한 그래프로서, 붕소(B) 함량이 증가함에 따라서 전반적으로 열간 가공성이 향상되다가 0.0047 중량% 이상에서부터는 붕소(B)의 함량이 증가함에 따라 오히려 열간 가공성이 조금씩 감소함을 알 수 있다.Figure 7 is a graph showing the change in hot workability (section shrinkage) according to the boron (B) content according to the temperature in the test materials 1 to 5 of the present invention with boron (B), the boron (B) content is increased As a result, the overall hot workability is improved, but from 0.0047% by weight or more, as the content of boron (B) increases, the hot workability gradually decreases.

한편, 본 발명과 관련하여 Fe-Ni-Co계 합금의 열팽창 특성을 조사하기 위하여 길이 10[mm], 입경(φ) 3[mm] 형상의 열팽창 계수 시편을 가공하여, 열팽창률 계수기(Differential Dilatometer)를 이용하여 열팽창 계수를 측정하였다. 또한 관련 합금들의 미세조직 안정성을 알아보기 위하여 여러 조건에서 열처리한 시편들의 미세조직을 관찰하였다.On the other hand, in order to investigate the thermal expansion characteristics of the Fe-Ni-Co-based alloy in accordance with the present invention by processing a thermal expansion coefficient specimen having a shape of 10 [mm], particle diameter (φ) 3 [mm], the coefficient of thermal expansion (Differential Dilatometer) ) Was used to measure the coefficient of thermal expansion. In addition, the microstructure of the specimens heat treated under various conditions was examined to investigate the microstructure stability of the alloys.

다음의 표 2는 본 발명의 실험재 1 내지 5와 비교재 1 내지 6의 열팽창 계수 및 미세조직 안정성을 비교한 결과로서, 표시부호 ◎는 미세조직 안정성이 매우 좋은 상태를 나타내고, O는 미세조직 안정성이 양호한 상태를 나타내고, △는 미세조직 안정성이 비교적 양호한 상태를 나타내고, ×는 미세조직 안정성이 나쁜 상태를 나타낸다.The following Table 2 is a result of comparing the thermal expansion coefficient and microstructure stability of Experimental Materials 1 to 5 and Comparative Materials 1 to 6 of the present invention, the symbol ◎ indicates a very good microstructure stability, O is a microstructure A state of good stability is shown, Δ represents a state in which microstructure stability is relatively good, and X represents a state in which microstructure stability is poor.

구분division 열팽창계수α(30~400℃)(㎛/mㆍ℃)Thermal expansion coefficient α (30 ~ 400 ℃) (㎛ / m · ℃) 미세조직 안정성Microstructure Stability 실험재1Experiment 1 4.964.96 O 실험재2Experiment 2 4.494.49 O 실험재3Experiment 3 5.015.01 O 실험재4Experiment 4 5.025.02 실험재5Experiment 5 5.025.02 비교재1Comparative Material 1 4.714.71 ×× 비교재2Comparative Material 2 4.904.90 비교재3Comparative Material 3 4.924.92 비교재4Comparative Material 4 4.904.90 비교재5Comparative Material 5 4.934.93 비교재6Comparative Material 6 4.954.95 비교재7Comparative Material7 5.085.08

상기의 표 2에서 알 수 있듯이 본 발명의 실험재1 내지 5의 경우에 붕소(B)의 첨가에 따라서 거의 열팽창 계수의 변화를 관찰할 수 없으며 도출된 열팽창 계수의 결과들이 일반 코바 합금의 요구 조건을 만족하는 범위(4.6~5.2)에 있음을 알 수 있다. 또한 이상 a 상이 되도록 관찰되지 않는 조건의 미세조직 안정성과 관련하여 붕소(B)을 첨가한 본 발명의 실험재 1 내지 5가 비교재 7을 제외한 나머지 비교재 1 내지 6 비해 오히려 우수한 미세조직 안정성을 나타내었다.As can be seen from Table 2 above, in the case of Experimental Materials 1 to 5 of the present invention, the change of the coefficient of thermal expansion was hardly observed according to the addition of boron (B), and the results of the derived coefficient of thermal expansion were found to be the requirements of general COVA alloys. It can be seen that it is in the range of satisfying (4.6 ~ 5.2). In addition, in relation to the microstructure stability of the condition that is not observed to be a phase a abnormality, the test materials 1 to 5 of the present invention to which boron (B) was added have excellent microstructure stability rather than the comparative materials 1 to 6 except for the comparative material 7. Indicated.

도 8a와 도 8b는 각각 상기 비교재2와 본 발명의 실험재3의 미세조직 안정성 비교 예로서, 1000[oC]/30[min] 열처리한 시편의 비교재 2과 실험재 3의 미세조직을비교한 참고사진이다. 여기에서 비교재 2의 경우 검고 긴 형상의 이상 a 상이 많이 관측되는 반면 본 발명의 실험재 3의 경우 이러한 경향이 현저히 감소한 안정된 미세조직을 보여주고 있다.Figure 8a and Figure 8b are each as compared to the comparative material 2 and microstructural stability of the test material 3 of the present invention, 1000 [o C] / 30 [min] Microstructure of Comparative material 2 and the experimental material 3 of the heat-treated sample This is a comparison photo. Here, in the case of Comparative Material 2, many abnormal black phases of phase a were observed, whereas in Experimental Material 3 of the present invention, this tendency showed a stable microstructure in which the trend was significantly reduced.

이상의 본 발명에 따르면, Fe-Ni-Co계 저열팽창성 합금에서 열팽창 특성을 저하시키지 않고, 열간 가공성을 개선할 수 있어 상기 코바 합금의 제조시 표면 결함을 줄일 수 있고 이에 따라 생산성을 향상시킬 수 있어 저비용에 의한 양산이 가능해지는 이점을 얻을 수 있다.According to the present invention, in the Fe-Ni-Co-based low thermally expandable alloy can improve the hot workability without lowering the thermal expansion characteristics, it is possible to reduce the surface defects during the production of the Coba alloy, thereby improving productivity It is possible to obtain the advantage that mass production at low cost is possible.

또한 본 발명에 의하면, 상기 합금에서 중요하게 요구되는 미세조직의 안정성도 향상시킬 수 있는 등의 이점을 얻을 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to obtain an advantage such that the stability of the microstructure importantly required in the alloy can be improved.

Claims (1)

28 ∼ 30 중량%의 니켈(Ni)과 15.5 ~ 18.5 중량%의 코발트(Co)와 0.05 ~ 0.5 중량%의 규소(Si)와 0.1 ~ 0.5 중량% 망간(Mn)을 함유하고;28 to 30 wt% nickel (Ni), 15.5 to 18.5 wt% cobalt (Co), 0.05 to 0.5 wt% silicon (Si), and 0.1 to 0.5 wt% manganese (Mn); 불순물로서, 0.006 중량% 이하의 인(P)과, 0.05 중량% 이하의 탄소(C)와, 0.15 중량% 이하의 크롬(Cr)과, 0.10 중량% 이하의 알루미늄(Al)과, 0.4 중량% 이하의 몰리브덴(Mo)과, 0.01 중량% 이하의 황(S)을 함유하며;As impurities, up to 0.006% by weight of phosphorus (P), up to 0.05% by weight of carbon (C), up to 0.15% by weight of chromium (Cr), up to 0.10% by weight of aluminum (Al) and 0.4% by weight Molybdenum (Mo) or less and 0.01% or less sulfur (S); 여기에 0.001∼0.006 중량%의 붕소(B)를 함유한 것을 특징으로 하는 Fe-Ni-Co계 저열팽창성 합금.Fe-Ni-Co-based low thermal expansion alloy, characterized in that it contains 0.001 to 0.006% by weight of boron (B).
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