專利名稱：鐵－鎳合金帶材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由“γ’和/或γ″組織硬化”型的Fe-Ni合金制成的帶材的制備方法以及所獲得的帶材。
為了制造諸如彩色電視機(jī)顯像管張緊(tensioned)蔭罩支撐框架這樣的制品，使用的是由硬化處理之后具有低的膨脹系數(shù)和高的屈服強(qiáng)度的“γ’和/或γ″組織硬化”型的Fe-Ni合金制成的帶材。
制造此類框架的方法包括許多步驟。首先，由軟化的帶材切制下若干部分，將該部分彎曲并且之后通過焊接加以組裝，從而獲得框架。對該框架實施一系列操作，通過形成氧化物層來使其變黑，以及使其硬化和使蔭罩固定。在這些操作期間框架在高溫受到力的作用，這會引起蠕變，可能導(dǎo)致不可接受的變形或甚至斷裂的發(fā)生。
本發(fā)明的目的是提供一種方法，該方法能夠獲得由具有良好的蠕變強(qiáng)度和，優(yōu)選具有良好的可黑化性能的“γ’和/或γ″組織硬化”型的Fe-Ni合金制成的帶材。
為此，本發(fā)明的主題是由“γ’和/或γ″組織硬化”型的20℃-150℃間的熱膨脹系數(shù)低于7×10-6/K的Fe-Ni合金制成的帶材的制備方法，其中——通過對半成品進(jìn)行熱軋或者薄帶材的直接澆鑄制備出熱軋帶材(hot strip)，所述薄帶材任選進(jìn)行輕度熱軋，并且，對所述熱軋帶材進(jìn)行軟化退火操作，該退火操作包括在950-1200℃下進(jìn)行均熱處理，隨后加以快速冷卻以及，任選的酸洗操作，以便獲得軟化的帶材；——采用大于5％的壓下比對所述軟化帶材進(jìn)行冷軋，制備出冷加工的帶材；以及——在惰性或還原性氣氛下，對所述冷加工帶材進(jìn)行再結(jié)晶退火，其中，帶材處于運(yùn)動狀態(tài)時的退火溫度為900-1200℃，保溫時間為30秒-5分鐘，或者帶材處于靜止?fàn)顟B(tài)時的退火溫度為900-1050℃，保溫時間為15分鐘-5小時，隨后，以足以防止硬化析出相形成的冷速冷卻至500℃以下。
本發(fā)明也涉及由20-150℃間的熱膨脹系數(shù)低于7×10-6K的“γ’和/或γ″組織硬化”型的Fe-Ni合金制成的未硬化處理的帶材，所述帶材經(jīng)“γ’和/或γ″相的析出強(qiáng)化處理后，其屈服強(qiáng)度高于600Mpa，在350Mpa下、600℃1小時下的蠕變抗力以低于2％的蠕變應(yīng)變?yōu)樘卣?，以及所述帶材的至少一面任選包括均勻金色層。
現(xiàn)在，以更加詳細(xì)但非限制性的方式對本發(fā)明進(jìn)行介紹。
“γ’和/或γ″組織硬化”型的Fe-Ni合金是主要元素為鐵和鎳，并且還包含一種或多種其它元素的合金，其中，所述一種或多種元素例如是能夠形成γ’金屬間相析出物的鈦或鋁、或者是能夠形成γ″金屬間相析出物的鈮或鉭。這些析出相是硬化性的。可以存在有限量的另外一些元素如鉻、鉬、鎢、鋯、碳、硅和錳，以及來自于熔煉過程的雜質(zhì)。可以對上述各種元素的含量進(jìn)行選擇，以便對所述合金的各種性能，如硬化后的硬度和膨脹系數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
這種合金可以處于“軟化狀態(tài)”，也就是說，當(dāng)硬化元素處于溶解狀態(tài)時，其具有有限的屈服強(qiáng)度，這可以由包括在足夠高的溫度下進(jìn)行均熱處理的軟化退火操作來獲得，所述均熱溫度優(yōu)選為950-1200℃，還要更優(yōu)選為1000-1075℃，均熱處理的時間優(yōu)選為1-5分鐘，所述均熱處理之后必須快冷至500℃以下，例如冷至室溫。優(yōu)選地，在軟化退火溫度與500℃之間的冷卻必須在小于5分鐘，并且更優(yōu)選小于4分鐘的時間的進(jìn)行。甚至更好地，退火溫度與400℃間的冷卻必須在小于5分鐘的時間內(nèi)進(jìn)行。退火溫度必須足夠高以防止在晶界處形成網(wǎng)狀γ’析出相，但該溫度又不能太高，以防止一方面碳化物發(fā)生溶解和碳化物在晶界析出以及，另一方面防止止晶粒粗大。所述軟化退火優(yōu)選例如在包括露點(diǎn)低于-40℃并且優(yōu)選低于-45℃的氫/氮?dú)饣旌衔锏谋Ｗo(hù)性氣氛中進(jìn)行。在下面考慮進(jìn)行軟化處理時，將以上述這些處理條件為參考。
通過進(jìn)行高于約500℃的硬化熱處理，析出硬化相，來獲得所述的硬化。優(yōu)選地，該處理在低于800℃，例如約750℃下進(jìn)行，處理時間約30分鐘。
為了制造彩色電視機(jī)顯像管的張緊的蔭罩支撐框架，需對化學(xué)組成進(jìn)行選擇，以使20-150℃之間的熱膨脹系數(shù)低于7×10-6/K，優(yōu)選低于6×10-6/K，還更優(yōu)選低于5×10-6/K。還需對化學(xué)組成進(jìn)行選擇，以便使硬化狀態(tài)下的屈服強(qiáng)度高于600Mpa，還更優(yōu)選高于700Mpa。
為了實現(xiàn)這一點(diǎn)，所述化學(xué)組成，以重量百分比計例如為40％≤Ni+Co+Cu≤45％0％≤Co≤5％0％≤Cu≤3％0.5％≤Ti≤4％0.02％≤Al≤1.5％0％≤Nb+Ta/2≤6％0％≤Cr≤3％0％≤Zr≤1％0％≤Mo+W/2≤3％C≤0.1％Si≤0.7％Mn≤0.7％S≤0.02％P≤0.04％0％≤B≤0.005％余者為鐵和源自于熔煉的雜質(zhì)。
優(yōu)選地，所述化學(xué)組成如下40.5％≤Ni+Co+Cu≤44.5％0％≤Co≤5％0％≤Cu≤3％1.5％≤Ti≤3.5％0％≤Nb+Ta/2≤1％0.05％≤Al≤1％
0％≤Cr≤0.5％0％≤Zr≤0.5％0％≤Mo+W/2≤0.1％C≤0.05％Si≤0.5％Mn≤0.5％S≤0.01％P≤0.02％0.0005％≤B≤0.003％.
一般地，根據(jù)鈦、鋁、鈮、和鉭的含量對鎳的含量進(jìn)行調(diào)整，以便在金屬間化合物析出之后，基體中的鎳含量能夠使其獲得所要求的熱膨脹系數(shù)。
所述帶材的制造開始是在帶有鋼包內(nèi)精煉布置的電弧爐中，或者在感應(yīng)爐中將合金熔化，這樣，獲得液態(tài)合金。
所述液態(tài)合金可以直接澆注成半成品，如鑄錠、初軋鋼坯(bloom)或坯料(billet)，或者采用薄帶直接澆濤，例如雙輥鑄造澆注成帶材。
所述液態(tài)合金也可以，優(yōu)選地，澆注成重熔電極，該重熔電極或者通過電渣重熔(ESR法)或者真空孤重熔(VAR法)加以重新熔化，以獲得半成品。該重熔過程的優(yōu)點(diǎn)在于能夠獲得偏析程度很低、缺陷如氧化夾雜物很少的更均勻一致的金屬。
對半成品重新加熱，并且，優(yōu)選地，在1100℃至1300℃下保持2-50小時，以使其均勻化，然后，在900-1300℃下對其進(jìn)行熱軋，以獲得厚度約3-5mm的熱軋帶材(厚度的選擇取決于期望最終獲得的帶材的厚度。)當(dāng)合金直接澆注成薄帶材時，可以對其進(jìn)行輕微熱軋或者不進(jìn)行熱軋。
就一切情形而言，然后均需通過軟化退火操作來使帶材軟化，之后進(jìn)行上述的快速冷卻，之后，對帶材進(jìn)行酸洗，結(jié)果，獲得了軟化的帶材。
然后，在一個或多個中間被軟化退火操作隔開的操作中，優(yōu)選在前述條件下，對所獲得的軟化的帶材進(jìn)行冷軋。實施最終冷軋操作時的壓下比必須大于5％，且優(yōu)選低于90％，以獲得冷加工帶材。
在冷軋之前，或者在兩次連續(xù)的冷軋操作之間，或者在冷軋之后，可以對帶材的一面或兩面進(jìn)行磨削，例如采用拋光，以便將由前述高溫均熱處理形成的鈦貧化的任何表面層去除。
然后，在惰性或還原性氣氛中，對所獲得的帶材進(jìn)行再結(jié)晶退火操作，該操作或者在帶材處于運(yùn)動狀態(tài)時處理，溫度約為900-1200℃，保溫時間為30秒-5分鐘，或者在帶材為靜止?fàn)顟B(tài)時，處理溫度為900-1050℃，保溫時間為15分-5小時，之后，以足以防止形成硬化析出相的冷卻速度冷至500℃以下。優(yōu)選地，所述退火優(yōu)選在前述軟化退火條件下進(jìn)行。優(yōu)選地，所述氣氛由20-30％的氮和80-70％的氫組成，優(yōu)選其露點(diǎn)低于-40℃，還更優(yōu)選低于-45℃。例如，所述氣氛可以包含大致25％的氮和75％的氫。
對冷加工比大于5％的帶材進(jìn)行的這種再結(jié)晶處理能夠使其在硬化狀態(tài)下獲得，以在350Mpa的應(yīng)力作下，600℃保持1小時之后，低于0.2％的應(yīng)變?yōu)樘卣鞯娜渥兛沽?。該蠕變抗力可使得張緊的蔭罩支撐框架的能夠正確制造。
應(yīng)該指出的是，為了獲得良好的蠕變抗力，理想的是再結(jié)晶退火的溫度高于1000℃，優(yōu)選接近1050℃。這是因為，當(dāng)鈦含量約2.6％及鋁含量約0.21％時，350Mpa下，600℃保溫1小時之后的蠕變應(yīng)變在退火溫度為950℃時為0.28％，退火溫度為1010℃時為0.14％，退火溫度為1060℃時為0.06％，退火溫度均為1100℃為0.03％。
當(dāng)在進(jìn)行再結(jié)晶退火之前，帶材的一側(cè)已進(jìn)行磨削時，該側(cè)在所述退火之后呈現(xiàn)出均勻的金色，此金色源自于厚幾個微米，或者甚至小于1個微米，由化合物如鈦的氮化物構(gòu)成的層在表面上的形成。此金色層的優(yōu)點(diǎn)在于其有利于在框架制造期間對框架實施的發(fā)黑操作。
在軟化或再結(jié)晶退火之后，可以對帶軋進(jìn)行精軋。那么，理想的是，所述精軋產(chǎn)生的當(dāng)量冷加工低于5％。然而，理想的是，此當(dāng)量冷加工大于1％，并且更優(yōu)選大于2％，該冷加工改善蠕變性能。術(shù)語“當(dāng)量冷加工”可理解為指的是對未精軋的軟化的帶材進(jìn)行拉伸試驗時，所獲的屈服強(qiáng)度與對精軋后的帶材進(jìn)行拉伸試驗測得的結(jié)果相同時的冷加工量。
由上述方法獲得了由“γ’和/或γ″組織硬化”型的20-150℃間的熱膨脹系數(shù)低于7×10-6/K的Fe-Ni合金制成的未硬化的帶材，其特征在于，在通過析出γ’和/或γ″相進(jìn)行硬化處理之后，所述帶材具有高于600Mpa的屈服強(qiáng)度，以及在350Mpa下，600℃停留1小時的以低于0.2％的應(yīng)變?yōu)樘卣鞯娜渥兛沽Γ⑶以谟?，任選地，至少一側(cè)包括均勻的金色層。該帶材特別適合于制造彩色電視機(jī)顯像管的張緊的蔭罩支撐框架。
作為一個實施例，根據(jù)本發(fā)明制備出由硬化的Fe-Ni合金制成的帶材，其化學(xué)組成包括，以重量百分比計
余者為鐵和源自于熔煉過程的雜質(zhì)或痕量元素。
在VIM爐中將合金熔化，然后采用ESR法將其重熔成鑄錠，在重新加熱至1100℃之后對所述鑄錠進(jìn)行熱軋，以獲得厚度為4mm的兩個熱軋帶材A和B。對所獲帶材進(jìn)行酸洗并且在1050℃下退火處理4分鐘，然后在280秒內(nèi)冷卻至400℃以下，對如此軟化處理后的帶材進(jìn)行冷軋以使其厚度為1.5mm，此厚度值對應(yīng)于62％的壓下量。之后，對所獲帶材的一面進(jìn)行拋光，并且之后在1050℃下退火處理4分鐘以及在190秒內(nèi)冷卻至400℃以下。
通過在無張拉作用的條件下，用精整軋機(jī)進(jìn)行軋制來對帶材A進(jìn)行冷精軋?zhí)幚恚a(chǎn)生的當(dāng)量冷加工比為2.5％，然后，通過在750℃下保溫30分鐘來進(jìn)行硬化處理。
通過在有張拉作用的條件下，用精整軋機(jī)軋制，對帶材B進(jìn)行冷精軋?zhí)幚?，所產(chǎn)生的當(dāng)量冷加工比為5％，并且，通過在750℃下保溫30分鐘來進(jìn)行硬化處理。
對帶材A和B在硬化處理前后的機(jī)械性能以及在硬化處理后，350Mpa載荷作用下，600℃保持1小時的蠕變應(yīng)變進(jìn)行了測量。
所獲結(jié)果如下-在精軋之前的軟化狀態(tài)(A和B)
E＝楊氏模量； Rp0.2＝屈服強(qiáng)度Rm＝抗拉強(qiáng)度；Au＝均勻延伸率；At＝總延伸率；-精軋之后，但在硬化之前
-精軋及硬化之后
這些結(jié)果尤其表明輕微的冷加工有利于硬化；-在350Mpa的載荷下，600℃保持1小時的蠕變應(yīng)變A0.005％B-0.03％可以看到帶材B的蠕變應(yīng)變?yōu)樨?fù)值，該結(jié)果源自于下述事實由于進(jìn)行了約5％的冷加工，則在600℃的保溫會導(dǎo)致輕微的附加硬化，這伴隨著帶材截面的減小。
所述帶材的熱膨脹系數(shù)均小于7×10-6/K。
權(quán)利要求
1.在20-150℃之間的熱膨脹系數(shù)低于7×10-6/K的“γ’和/或γ″組織硬化”型的Fe-Ni合金制成的帶材的制備方法，其中——通過對半成品進(jìn)行熱軋或者直接澆濤薄帶材并任選進(jìn)行輕度熱軋制備出熱軋帶材，并且，對所述熱軋帶材進(jìn)行軟化退火操作，該退火操作包括在950-1200℃下進(jìn)行均熱處理，隨后加以快速冷卻以及，任選進(jìn)行酸洗操作，以便獲得軟化的帶材；——采用大于5％的壓下量對所述軟化帶材進(jìn)行冷軋，制備出冷加工帶材；以及——在惰性或還原性氣氛中，對所述冷加工帶材進(jìn)行再結(jié)晶退火，其中，帶材或者處于運(yùn)動狀態(tài)下進(jìn)行退火溫度為900-1200℃，保溫時間為30秒-5分鐘的處理，或者帶材處于靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行退火溫度為900-1050℃，保溫時間為15分-5小時的處理，隨后，以足以防止硬化析出相形成的冷速冷卻至500℃以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于熱軋之后進(jìn)行的軟化退火溫度為1000-1075℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于在冷軋之后進(jìn)行的再結(jié)晶退火溫度為1000-1075℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中之任何一項的方法，其特征在于所述退火溫度與500℃之間的冷卻時間小于5分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中之任一項的方法，其特征在于實施所述退火處理時的惰性或還原性氣氛由20-30％氮和80-70％氫組成，并且具有低于-40℃的露點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中之任一項的方法，其特征在于還要進(jìn)行一個精軋操作，產(chǎn)生低于5％的當(dāng)量冷加工比。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于由上述精軋產(chǎn)生的當(dāng)量冷加工比大于2％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中之任一項的方法，其特征在于在進(jìn)行冷軋之前、期間或者之后，對所述帶材的至少一面進(jìn)行磨削，例如采用拋光，以便在進(jìn)行再結(jié)晶退火之后，在所述至少一面上獲得均勻的金色層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中之任一項的方法，其特征在于所述半成品，例如鑄錠、初軋鋼坯或坯料，由在其中帶有包內(nèi)精煉裝置的電弧爐，或者在感應(yīng)爐中熔煉的合金組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于為了制造所述半成品，鑄造出電渣重熔(ESR)或真空重熔(VAR)的重熔電極。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-8中之任一項的方法，其特征在于所述直接鑄造的薄帶材包括在其中帶有包內(nèi)精煉裝置的電弧爐中，或者在感應(yīng)爐中熔煉的合金。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中之任一項的方法，其特征在于所述合金的化學(xué)組成如下40％≤Ni+Co+Cu≤45％0％≤Co≤5％0％≤Cu≤3％0.5％≤Ti≤4％0.02％≤Al≤1.5％0％≤Nb+Ta/2≤6％0％≤Cr≤3％0％≤Zr≤1％0％≤Mo+W/2≤3％C≤0.1％Si≤0.7％Mn≤0.7％S≤0.02％P≤0.04％0％≤B≤0.005％余者為鐵和源自于熔煉過程的雜質(zhì)。
13.在20-150℃之間的熱膨脹系數(shù)小于7×10-6/K的“γ’和/或γ″組織硬化”型的Fe-Ni合金制成的未硬化的帶材，其特征在于在通過析出“γ’和/或γ″相進(jìn)行硬化處理之后，所述帶材的屈服強(qiáng)度高于600Mpa，在350Mpa下600℃保持1小時時的蠕變抗力以低于0.2％的應(yīng)變?yōu)樘卣?，而且在于至少一面包括均勻的金色層?br> 14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于所述合金的化學(xué)組成如下40％≤Ni+Co+Cu≤45％0％≤Co≤5％0％≤Cu≤3％0.5％≤Ti≤4％0.02％≤Al≤1.5％0％≤Nb+Ta/2≤6％0％≤Cr≤3％0％≤Zr≤1％0％≤Mo+W/2≤3％C≤0.1％Si≤0.7％Mn≤0.7％S≤0.02％P≤0.04％0％≤B≤0.005％余者為鐵以及源自于熔煉過程的雜質(zhì)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其特征在于所述合金的化學(xué)組成包括40.5％≤Ni+Co+Cu≤44.5％0％≤Co≤5％0％≤Cu≤3％1.5％≤Ti≤3.5％0％≤Nb+Ta/2≤1％0.05％≤Al≤1％0％≤Cr≤0.5％0％≤Zr≤0.5％0％≤Mo+W/2≤0.1％C≤0.05％Si≤0.5％Mn≤0.5％S≤0.01％P≤0.02％0.0005％≤B≤0.003％。
全文摘要
20－150℃間的熱膨脹系數(shù)低于7×10
文檔編號C21D7/02GK1367268SQ0113302
公開日2002年9月4日 申請日期2001年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月24日
發(fā)明者R·科扎, J-P·里亞爾, P·L·雷德特 申請人:安費(fèi)尤吉納精密公司