PL180440B1 - Fe-ni alloy of low coefficient of linearexpansion and strip made such alloy - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest stop żelazo-nikiel o niskim współczynniku rozszerzalności liniowej.

Znane są stopy żelazo-nikiel o niskim współczynniku rozszerzalności zawierające wagowo 35% do 40% niklu. Oprócz niklu i żelaza stopy te zawierają zawsze zanieczyszczenia takie, jak siarka, fosfor, tlen, azot i węgiel wynikające ze sposobu wytwarzania. Mogą one również zawierać dodatki takie, jak kobalt, chrom, miedź, molibden, wanad, niob i krzem, które dodawane są w celu otrzymania odpowiednich własności mechanicznych. Jednakże ze względu na obecność zanieczyszczeń stopy te są trudne do odkształcania na gorąco przez walcowanie lub przez kucie. Aby poprawić zdolność odkształcania na gorąco dodaje się mangan o zawartości większej od 0,2%, ale dodatek ten powoduje niedogodność w postaci znacznego zwiększenia współczynnika rozszerzalności.

I tak, z europejskiego opisu patentowego EP 0 561 120 B1 znane są stopy żelazo-nikiel zawierające 34% < Ni < 38%, Si < 0,05%, a korzystnie od 0,001 % do 0,05% Si, B < 0,0005%, O < 0,002%, a korzystnie 0,0001 % do 0,002% O, N < 0,0015%, a korzystnie 0,0001 % do 0,0015% N oraz ewentualnie 0,0001%<C<0,005%, 0,001%<Mn<0,35%i0,001%<Cr<0,05%,przyczym resztę stanowi żelazo i nieuniknione zanieczyszczenia. Ten znany stop stosowany jest do wytwarzania masek cieniowych.

Z kolei w opisie patentowym US 2 050 387 opisano sposób wytwarzania stopu żelazo-nikiel o niskim współczynniku rozszerzalności liniowej i dobrej kowalności na gorąco, w którym wytwarza się stop surowców wyżarzając go w atmosferze wodoru o wysokiej czystości w temperaturze powyżej 1150°C przez 20 godzin, który następnie odlewa się w atmosferze wodoru umożliwiając jego krystalizację w tej atmosferze. Sposób ten jest niedogodny ze względu na skomplikowane operacje przy stosowaniu i wysokie koszty.

Celem wynalazku jest wytworzenie stopu żelazo-nikiel o małej zawartości manganu, mającego dobrą ciągliwość na gorąco, który może być wytwarzanym znanymi dotąd sposobami.

Cel ten osiągnięto za pomocą stopu żelazo-nikiel o niskim współczynniku rozszerzalności zawierającym wagowo:

35,5% < Ni <37%, Mn < 0,1 %, 0,03% < Si < 0,15%, Al < 0,005%, S < 0,001 %, O < 0,01 %, N < 0,005%, P < 0,003%, C < 0,005%, B < 0,0004%, H < 0,001 %, Cr < 0,1 %, Cu < 0,1 %, Mo < 0,1 %, V < 0,1 %, Nb < 0,1 % i Co < 0,5%, który charakteryzuje się tym, że wagowo zawiera 0,0001 % < Ca< 0,002%, 0,0001%<Mg< 0,002%, przy czym reszta stanowi żelazo, a ponadto spełnionyjest warunek S < 0,02 x Mn + 0,8 x Ca + 0,6 x Mg.

Stop według wynalazku jest stopem na bazie żelaza i niklu zawierającym od 35,5% do 37% niklu oraz ewentualnie uzupełniające dodatki stopowe takie, jak kobalt, chrom, miedź, molibden,

180 440 wanad lub niob o zawartości niższej od 3% przeznaczone do dobierania poszczególnych cech mechanicznych stopu, w zależności od zastosowania.

I tak, podane dla stopu zależności, takie jak C < 0,005% oraz B < 0,0004% obejmują wartości, przy zachowaniu których można otrzymać dobrą zdolność tłoczenia i dobry stan powierzchni po obróbce cieplnej stopu, i stop ten może zawierać także mniejsze ilości takich składników jak O, N, S i Ni, na przykład, O < 0,005%, N < 0,003%, S < 0,0005%, 35,9% < Ni < 36,2%, zaś aby otrzymać bardzo niski współczynnik rozszerzalności liniowej stopu celowe jest utrzymanie także warunku dla takichjego składników jak Cr, Cu, Mo, V, Nb i S w postaci Cr+Cu + Mo + V+Nb + Si <0,15%.

Stop taki zawiera też poniżej 0,1 % manganu, gdyż składnik ten zwiększa współczynnik rozszerzalności cieplnej stopu. Niewielka zawartość manganu ma niekorzystny wpływ na zdolność do odkształcania na gorąco, czyli ciągliwość na gorąco stopu, i dlatego też w celu otrzymania dobrej ciągliwości na gorąco celowe jest, aby stop zawierał nawet poniżej 0,0005% siarki, 0,003% fosforu, od 0,0001% do 0,0002% wapnia, od 0,0001% do 0,0002% magnezu oraz od 0,03% do 0,015% krzemu, a także aby zawartość manganu, wapnia, magnezu i siarki odpowiadała zależności S < 0,02 x Mn + 0,8 x Ca + 0,6 x Mg, jak podkreślono powyżej.

Zawartości wapnia i magnezu są ograniczone do 0,0002%, aby uniknąć powstawania znacznych ilości wtrąceń zdolnych do wywoływania porów podczas operacji wykrawania chemicznego, to jest zwłaszcza wówczas, gdy stop używany jest w postaci cienkich taśm do wytwarzania przesłon cieniowych dla lamp elektronopromieniowych.

W celu otrzymania dobrej ciągliwości na gorąco konieczne jest także, aby stop zawierał poniżej 0,005% glinu i poniżej 0,005% lub nawet poniżej 0,003% azotu oraz poniżej 0,01% lub nawet poniżej 0,005% tlenu.

Aby otrzymać możliwie najmniejszy współczynnik rozszerzalności liniowej, zawartość niklu musi być zawarta pomiędzy 35,8% i 36,3%, a nawet pomiędzy 35,9% i 36,2%, przy czym zawartość optymalna wynosi 36,05%.

Składniki stopowe jak chrom, miedź, molibden, wanad, niob i krzem mają niekorzystny wpływ na współczynnik rozszerzalności liniowej. Zatem wówczas, gdy poszukuje się możliwie najmniejszego współczynnika rozszerzalności liniowej zawartość każdego z tych składników musi pozostać niższa od 0,1%, a nawet niższa od 0,05%.

Kobaltjest składnikiem, który może być częściowo zastąpiony przez nikiel, aż do zawartości 10%, ale ten składnik wywołuje niedogodności wówczas, gdy stop jest poddany działaniu czynnika chemicznego, na przykład, przy wykonaniu grawerowania chemicznego, zatem jego zawartość musi być korzystnie ograniczona do 0,5%, zwłaszcza wówczas, gdy stop przeznaczony jest do wytwarzania przesłon cieniowych dla lamp elektronopromieniowych.

Natomiast, gdy stop stosowany jest do wytwarzania cienkich taśm przeznaczonych do tłoczenia, musi on zawierać poniżej 0,02%, korzystnie poniżej 0,010%, a najkorzystniej poniżej 0,005% węgla, aby mieć możliwie najniższą granicę plastyczności, która jest korzystna dla prawidłowego tłoczenia.

Zawartość wodoru musi być niższa od 0,001 %, a nawet niższa od 0,0005%, aby uniknąć tworzenia się pęcherzy'. Z kolei zawartość boru musi pozostać niższa od 0,01%, a nawet poniżej 0,005% lub 0,0004%, aby uniknąć tworzenia się azotków baru na powierzchni wyrobu podczas obróbki cieplnej. Takie azotki tworzą warstwę sproszkowaną, która powoduje złe przyleganie warstwy czerniącej wykonywanej na przesłonach cieniowych.

Resztę składu chemicznego stopu stanowi żelazo.

Ten stop umożliwia wytwarzanie przez walcowanie na gorąco z wlewków kęsisk, a następnie przez walcowanie na zimno, cienkich taśm o grubości mniejszej od 0,3 mm i szerokości od 400 mm, stosowanych zwłaszcza do wytwarzania przesłon cieniowych dla ekranów oscyloskopowych.

180 440

Przykład

Wytworzono taśmę o szerokości 600 mm i grubości 0,15 mm, przez walcowanie na gorąco, a następnie na zimno wlewka ze stopu żelazo-nikiel, którego skład chemiczny wagowo zawiera oprócz żelaza:

Ni: 35,97%, Co: 0,019%, Cr: 0,025%, Cu: <0,01%, Mo: 0,0058%,

V: <0,005%, Nb: <0,005%, Mn: 0,041%, Si: 0,048%, S: <0,0005%,

Ca: 0,0002%, Mg: 0,0003%, Al: <0,005%, O: 0,0045%, C: 0,0033%,

N: 0,0032%, P: <0,003%, H: <0,001%, B: <0,0004%.

Zawartości składników podanego stopu określone jako „mniejsze od” oznaczają, że są one niższe od granicy wykrywalności dla stosowanych sposobów analizy.

Walcowanie na gorąco dokonywane jest bez pęknięć. Współczynnik rozszerzalności wynosi 0,81x10'⁶/°K. Po obróbce cieplnej stopu, w temperaturze 800°C przez 30 minut, granica sprężystości E 0,2 wynosi 270 MPa, a koercja pola magnetycznego ma wartość 0,45 Oe.

Stwierdzono, że taśma jest bardzo podatna na grawerowanie chemiczne. Zespół tych cech sprawił, że taśma taka jest szczególnie użyteczna do wytwarzania przesłon cieniowych dla lamp elektronopromieniowych.

Stop według wynalazku może być również stosowany zwłaszcza w metrologii, lub do wytwarzania pasków bimetalowych.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz

Cena 2,00 zł.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Stop żelazo-nikiel o niskim współczynniku rozszerzalności liniowej zawierający wagowo 35,5% <Ni <37%, Mn<0,1%, 0,03% <Si <0,15%, Al <0,005%, S <0,001%, O <0,01%, N<0,005%, P<0,003%, C<0,005%, B<0,0004%, H<0,001%, Cr<0,1%, Cu<0,1%, Mo < 0,1%, V < 0,1%, Nb < 0,1% i Co < 0,5%, znamienny tym, że wagowo zawiera 0,0001% < Ca < 0,002%, 0,0001% < Mg < 0,002%, przy czym reszta stanowi żelazo a ponadto spełniony jest warunek S < 0,02 x Mn + 0,8 x Ca + 0,6 x Mg.