Fe－Al系合金的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠有效地防止制造時(shí)發(fā)生裂紋的Fe－Al系合金的制造方法。其具備以下工序：鑄造以質(zhì)量％計(jì)含有Al：2.0～9.0％，余量由Fe和雜質(zhì)構(gòu)成的Fe－Al系合金，從鑄模中取出而得到錠料的錠料制造工序；熱鍛所述錠料而成為熱鍛材的熱鍛工序；熱軋所述熱鍛材而成為熱軋材的熱軋工序；除去所述熱軋材的氧化被膜而成為冷軋用原材的氧化被膜除去工序；冷軋所述冷軋用原材而成為冷軋材的冷軋工序和對(duì)于所述冷軋材進(jìn)行退火的退火工序，其中，在所述錠料制造工序中，在從所述鑄模中取出的所述錠料的表面溫度被冷卻到低于250℃之前，開始所述熱鍛工序的所述錠料的加熱。
【專利說明】Fe — Al系合金的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及Fe - Al系合金的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著例如汽車等的噪音和振動(dòng)的問題加劇，阻尼性優(yōu)異的金屬(以下稱阻尼合金)的需求增長(zhǎng)。作為阻尼合金，已知Fe — Cr 一 Al合金、Fe — Co 一 V合金、Mn — Cu合金、Mg合金等，被用于各種用途中。
[0003]其中，作為原料成本低廉且具有優(yōu)異的阻尼性的金屬，還已知Fe - Al系合金，已知以質(zhì)量％計(jì)含有Al為2?12%的Fe — Al系合金的軟磁特性也優(yōu)異(專利文獻(xiàn)I)。
[0004]作為上述的阻尼性優(yōu)異的Fe - Al系合金的制造方法，公開有一種制造方法，其包括如下工序:對(duì)于Al含量為2?12質(zhì)量％，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的合金進(jìn)行塑性加工的工序；對(duì)于經(jīng)塑性加工的合金進(jìn)行冷軋加工的工序；以及將在截面收縮率為5%以上的條件下進(jìn)行冷軋加工后的合金在400?1200°C的溫度條件下進(jìn)行退火的工序(專利文獻(xiàn)I)。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:再公表專利W02006/085609號(hào)公報(bào)
[0008]發(fā)明所要解決的課題
[0009]作為如上述這樣可期待有用性的Fe - Al系合金，根據(jù)本發(fā)明人的研究，F(xiàn)e 一 Al系合金在常溫下的韌性極低，在錠料尺寸大時(shí)，例如10kg以上時(shí)，有可能由于錠料內(nèi)部和表面的冷卻速度不同和脫錠等處理操作而發(fā)生裂紋。另外，由于Fe - Al系合金大量含有容易氧化的Al，所以錠料的外皮容易粗糙，擔(dān)心還由于韌性低而發(fā)生裂紋。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠有效地防止制造時(shí)發(fā)生裂紋的Fe — Al系合金的制造方法。
[0011]用于解決課題的手段
[0012]本發(fā)明人得出如下認(rèn)知:鑄造的Fe — Al系合金的錠料呈現(xiàn)組織粗的柱狀組織，另夕卜，由于錠料的性狀引起的裂紋風(fēng)險(xiǎn)高，另一方面，如果先經(jīng)由熱鍛工序，則能夠降低裂紋的風(fēng)險(xiǎn)。并且，基于該認(rèn)知進(jìn)行研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e - Al系合金在特定溫度以上能夠顯著地改善韌性，在使錠料不冷卻到低于規(guī)定溫度的狀態(tài)下進(jìn)入到熱鍛工序，能夠降低裂紋的風(fēng)險(xiǎn)，從而達(dá)成了本發(fā)明。
[0013]S卩，本發(fā)明是一種Fe — Al系合金的制造方法，其具備以下工序:
[0014]錠料制造工序，鑄造以質(zhì)量％計(jì)含有Al:2.0?9.0%，余量由Fe和雜質(zhì)構(gòu)成的Fe - Al系合金，從鑄模中取出而得到錠料；
[0015]熱鍛工序，熱鍛所述錠料而成為熱鍛材；
[0016]熱軋工序，熱軋所述熱鍛材而成為熱軋材；
[0017]氧化被膜除去工序，除去所述熱軋材的氧化被膜而成為冷軋用原材；
[0018]冷軋工序，冷軋所述冷軋用原材而成為冷軋材；以及
[0019]退火工序，對(duì)于所述冷軋材進(jìn)行退火，
[0020]其中，在所述錠料制造工序中，在從鑄模中取出的所述錠料的表面的表面溫度冷卻到低于250°C之前，開始所述熱鍛工序的所述錠料的加熱。
[0021 ] 另外，在本發(fā)明中，對(duì)于所述Fe - Al系合金系合金，可以還含有以質(zhì)量％計(jì)1.0 %以下的Nb。
[0022]另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選在經(jīng)由所述錠料制造工序得到的所述錠料的表面溫度冷卻至低于250°C之前，且在經(jīng)過除去所述錠料表面的氧化被膜的錠料表面除去工序之后，進(jìn)入到所述熱鍛工序。
[0023]另外，優(yōu)選在本發(fā)明中適用的退火工序在非氧化性氣體氣氛中進(jìn)行。
[0024]發(fā)明效果
[0025]根據(jù)本發(fā)明，能夠有效地防止在Fe - Al系合金制造時(shí)發(fā)生的裂紋。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是表示Fe — Al系合金的擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)例的圖。
[0027]圖2是表示Fe — Al系合金的擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)例的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028]本發(fā)明的重要的特征是，以使鑄造后的錠料不冷卻到低于規(guī)定溫度的方式保持溫度而進(jìn)入到熱鍛工序。以下，詳細(xì)地加以說明。
[0029]作為本發(fā)明的對(duì)象的以質(zhì)量％計(jì)含有2.0?9.0%的Al的Fe — Al系合金是發(fā)揮出優(yōu)異的阻尼性的合金。另一方面確認(rèn)到:鑄造的Fe — Al系合金的錠料，形成粗的柱狀組織，因?yàn)榫Я＝缑娴慕Y(jié)合力小，所以容易發(fā)生晶界斷裂。而且還確認(rèn)到:由于Fe — Al系合金在常溫下的強(qiáng)度低且韌性極低，所以即使是一點(diǎn)點(diǎn)的沖擊，也容易發(fā)生裂紋。
[0030]本發(fā)明人對(duì)于這樣的Fe - Al系合金的韌性進(jìn)行了研究。具體來說，是從鑄造的錠料上提取擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)用的試驗(yàn)片，進(jìn)行擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)。需要說明的是，提取擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)片的錠料的組成含有8質(zhì)量％的Al，余量是Fe和雜質(zhì)。
[0031]圖1中示出上述試驗(yàn)片的擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)的結(jié)果。如該圖1所示，確認(rèn)到在225°C下擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)片的韌性急劇提高，在250°C以上的溫度域內(nèi)能夠得至300J/cm2的高沖擊值。另外，由擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)片的斷裂面觀察和沖擊試驗(yàn)的結(jié)果確認(rèn)到:在低于250°C時(shí)，脆性斷裂成為制約。
[0032]根據(jù)這些試驗(yàn)結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn):即使是晶粒界面的結(jié)合力小、容易發(fā)生晶界斷裂的錠料的狀態(tài)下，如果使錠料不冷卻至低于250°C的溫度域而進(jìn)入到熱鍛，則裂紋的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)能夠降低。還有，作為使錠料不冷卻到低于規(guī)定溫度的方法，最為簡(jiǎn)便的是在可以處理的高溫域進(jìn)行脫錠，縮短向熱鍛的過渡時(shí)間。當(dāng)然，在過渡期間內(nèi)也可以對(duì)于錠料進(jìn)行保溫和加熱。
[0033]還有，本發(fā)明中之所以規(guī)定從鑄模取出的錠料的表面溫度，是因?yàn)殄V料的表面最容易冷卻。錠料的表面溫度可以使用例如紅外線熱象儀等簡(jiǎn)易溫度計(jì)很容易地測(cè)定。
[0034]在本發(fā)明中，如上述這樣，使從鑄模中取出的錠料的表面溫度不冷卻到低于250°C而進(jìn)入到所述熱鍛工序，降低裂紋的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。由此，微細(xì)裂縫的發(fā)生被抑制，能夠防止在熱鍛時(shí)裂紋明顯化。
[0035]作為熱鍛工序的條件，例如，可以將錠料加熱到1000°C?1200°C的溫度，以850°C以上的溫度進(jìn)行熱鍛而成為熱鍛材。熱鍛材因?yàn)槌蔀榇执蟮木Я０l(fā)生了破壞(延伸)的金屬組織，所以熱鍛之后可以不使裂紋發(fā)生而冷卻至常溫。
[0036]還有，為了更確實(shí)地抑制上述的微細(xì)裂縫的發(fā)生，優(yōu)選除去Fe — Al系合金錠料表面的氧化被膜。Fe - Al系合金錠料的表面形狀是存在比較大的凹凸，因?yàn)檠趸荒ば纬捎谟邪纪沟谋砻嫔?，所以有成為所述的微?xì)裂縫的起點(diǎn)的情況。因此，優(yōu)選除去Fe—Al系合金錠料表面的氧化被膜。
[0037]除去錠料表面的氧化被膜時(shí)，也需要在不低于250°C的溫度域內(nèi)實(shí)施。這是因?yàn)?，如圖1所示，在錠料的狀態(tài)下，低于250°C的溫度域內(nèi)的韌性低，存在開裂的危險(xiǎn)性。還有，錠料的氧化膜除去使用例如熱態(tài)下的研磨機(jī)研磨即可。這是因?yàn)椋缟纤?，F(xiàn)e - Al系合金錠料的表面形狀是存在比較大的凹凸，由于氧化被膜形成于有凹凸的表面上，所以能夠在除去氧化膜的同時(shí)，也一并除去錠料的凹凸。
[0038]使用上述的熱鍛材進(jìn)行熱軋。作為熱軋的條件，可以加熱至1000?1200°C的溫度，以800°C以上的溫度進(jìn)行熱軋而成為熱軋材。
[0039]由于熱軋材在表面形成有氧化被膜，所以除去氧化被膜而作為冷軋用的原材。若在冷軋后的帶材上殘存有氧化膜，例如殘存有氧化膜的地方的阻尼性則有可能劣化。
[0040]還有，作為熱軋材的氧化被膜的除去方法，有物理性地除去的方法、酸洗等方法。熱軋材的氧化被膜大約有50?100 μ m左右的厚度，因此，優(yōu)選通過例如酸洗等除去氧化被膜。
[0041]使用通過上述的氧化被膜除去工序而得到的冷軋用的原材進(jìn)行冷軋。冷軋出于如下目的而進(jìn)行:達(dá)到期望厚度的目的；通過冷軋施加應(yīng)變，通過由下道工序進(jìn)行的退火使晶粒微細(xì)化而賦予強(qiáng)度的目的。
[0042]例如，若通過退火使晶粒成為晶粒直徑為50?300 μ m的微細(xì)的晶粒并向Fe — Al系合金賦予強(qiáng)度，則冷軋工序的壓下率為50%以上即可。
[0043]隨后，進(jìn)行退火而調(diào)整晶粒直徑，并且向Fe — Al系合金賦予必要的阻尼性。這時(shí)，因?yàn)樵贔e - Al系合金表面容易形成硬質(zhì)且薄的氧化被膜，所以優(yōu)選在非氧化性氣氛中進(jìn)行退火。
[0044]作為非氧化性氣氛，可列舉減壓氣氛、氣體氣氛等，優(yōu)選選擇能夠連續(xù)進(jìn)行退火的氫、氮、AX氣、Ar氣等氣體。
[0045]以上，說明的由本發(fā)明所規(guī)定的制造方法得到的Fe — Al系合金可以防止制造時(shí)的裂紋的問題，高效率地生產(chǎn)厚度薄的Fe - Al系合金。
[0046]還有，本發(fā)明中所說的Fe - Al系合金是指除了必須含有2.0?9.0質(zhì)量％的Al，余量由Fe和雜質(zhì)構(gòu)成的Fe — Al合金以外，還進(jìn)一步含有I質(zhì)量％以下的第三元素的合金。
[0047]本發(fā)明中之所以使Al為2.0?9.0質(zhì)量％，是因?yàn)槭褂帽景l(fā)明所規(guī)定的Fe - Al系合金帶作為阻尼合金時(shí)，Al在Fe中固溶而使磁致伸縮增加，由此有助于阻尼性。對(duì)于這一效果，若Al低于2.0質(zhì)量％則阻尼性不能充分發(fā)揮。另一方面，Al超過9.0質(zhì)量％時(shí)析出Fe3Al,因此損害加工性。
[0048]另外，作為選擇性地添加的第三元素，選擇與Fe形成化合物而對(duì)鑄造組織的晶粒的微細(xì)化起作用的元素。具體來說，可列舉Nb、T1、Mo、W等，其中特別優(yōu)選添加Nb。這是因?yàn)?，除?Nb比較廉價(jià)以外，其與Fe容易形成化合物，使Fe2Nb化合物向鑄造組織的晶粒界面析出，能夠抑制粗大的晶粒的形成，有助于晶界斷裂的抑制。此外，如果添加I質(zhì)量％以下，則不會(huì)阻礙熱態(tài)和冷態(tài)的加工性。
[0049]另外，上述元素以外的余量是Fe和雜質(zhì)。作為上述雜質(zhì)的代表性雜質(zhì)，可列舉C、S1、Mn、P、S、Cr、N1、N和O。這些雜質(zhì)元素為C彡0.01質(zhì)量％，Si彡0.2%，Mn彡0.2質(zhì)量％，P ( 0.01 質(zhì)量％，S^0.005 質(zhì)量％，Cr ( 0.05%, Ni ( 0.05 質(zhì)量％，N 彡 0.01 質(zhì)量％和O < 0.01質(zhì)量％即可。
[0050]實(shí)施例
[0051]首先進(jìn)行預(yù)備實(shí)驗(yàn)。利用真空鋼錠制作表I所示的組成的錠料。從鑄造的錠料上提取擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)用的試驗(yàn)片，進(jìn)行擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)。擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)是將試驗(yàn)片在規(guī)定的溫度下進(jìn)行加熱、保持，并評(píng)價(jià)熱加工性。評(píng)價(jià)結(jié)果示于圖2中。
[0052]【表I】
[0053](質(zhì)量％)
[0054]
[Al (Nb(?
Ν^Τ?~ 5703 -Fe和不可避免的雜質(zhì)~
N0.2 5.90 -Fe和不可避免的雜質(zhì)
N0.3 8.09 -Fe和不可避免的雜質(zhì)
N0.4 9.15 -Fe和不可避免的雜質(zhì)
N0.5 8.13 0.16 Fe和不可避免的雜質(zhì)
N0.6 8.17 0.95 Fe和不可避免的雜質(zhì)
[0055]“一”符號(hào)表示無添加。
[0056]如圖2所示，可知沖擊特性根據(jù)Al添加量、Nb添加量而有所不同。在N0.1、2、3、5的合金中，在250°C以上的溫度域內(nèi)能夠得到300J/cm2的高沖擊值。另一方面，在超過本發(fā)明所規(guī)定的Al量的N0.4(9.15% )中，即使在250°C的溫度域內(nèi)仍為lOOJ/cm2的低沖擊值，斷裂形式的一部分是脆性斷裂。
[0057]另外，在使Al量相同的N0.3和N0.5中，根據(jù)微量添加Nb的效果，在200°C以上的溫度域內(nèi)能夠得到300J/cm2的高沖擊值。另一方面，使Nb高達(dá)0.95%的N0.6合金雖然在250°C的溫度域內(nèi)為200J/cm2低沖擊值，但因?yàn)閿嗔研问绞茄诱剐詳嗔?，所以認(rèn)為達(dá)到實(shí)用化水平。
[0058]以上述的結(jié)果為基礎(chǔ)，制造大型鋼錠。利用真空熔解來熔煉Fe - Al系合金的2600kg的錠料。化學(xué)組成示于表2中。
[0059]【表2】
[0060](質(zhì)量％)
[0061]
C Al Si Mn P S Cr Ni N O


Fe和小"1避
OJW7 7—W O—I—I 0.13 0.007 OJMG (H)I <101 IWMlO OJMMB //.fjijf.),)]
[0062]從鑄模取出的所述錠料的表面溫度成為低于250°C之前，在保溫爐中保管，以使鋼錠表面溫度為250°C以上的方式進(jìn)行加熱并管理。還有，投入到保熱爐之前的錠料的表面溫度用輻射溫度計(jì)測(cè)定為500°C左右。
[0063]其后，將錠料從保熱爐中取出，用另一加熱爐加熱至1000°C進(jìn)行熱鍛，能夠得到厚55mm的熱鍛材。熱鍛材的表面未能確認(rèn)到特別大的裂紋等缺陷。
[0064]其后，若為了體現(xiàn)熱鍛材的表面平坦度和除去輕微的表面瑕疵，用研磨機(jī)對(duì)該熱鍛材的表面進(jìn)行研磨，得到厚度53mm的熱鍛材。
[0065]接著，使用所述的熱鍛加熱至1000°C，以1000°C進(jìn)行熱軋，得到厚1.7mm的熱軋材。熱軋材的表面未能確認(rèn)到特別是裂紋等缺陷。
[0066]隨后，通過酸洗除去形成于所述的熱軋材的氧化被膜，作為冷軋用原材。冷軋用原材的厚度為1.65mm。使用所述的冷軋用原材進(jìn)行冷軋，得到厚0.8mm的冷軋材。得到的冷軋材最后以800°C進(jìn)行退火。還有，為了避免表面氧化，使用不活潑氣體氣氛。
[0067]從進(jìn)行了上述退火的Fe - Al系合金的冷軋材上提取晶粒測(cè)定用試驗(yàn)，確認(rèn)晶粒是平均晶粒為100 μ m的微細(xì)且均勻的金屬組織。
[0068]隨后，為了評(píng)價(jià)阻尼性，使用平均晶粒為100 μ m的Fe — Al系合金的冷軋材測(cè)定內(nèi)部摩擦。內(nèi)部摩擦的測(cè)定使用日本TECHN0-PLUS株式會(huì)社制造的高溫彈性模量同步測(cè)定裝置測(cè)定內(nèi)部摩擦。其結(jié)果是確認(rèn)了能夠在室溫下得到0.1以上的內(nèi)部摩擦，具有優(yōu)異的阻尼性。
[0069]以上，根據(jù)所說明的本發(fā)明的Fe - Al系合金的制造方法，能夠有效地防止制造時(shí)發(fā)生裂紋，并且可以制造厚度為0.8mm以下的、具有優(yōu)異的阻尼性所需要的晶粒Fe — Al系合金的冷軋鋼帶。
【權(quán)利要求】
1.一種Fe — Al系合金的制造方法，其特征在于，其具備以下工序: 錠料制造工序，鑄造以質(zhì)量％計(jì)含有Al:2.0?9.0%，余量由Fe和雜質(zhì)構(gòu)成的Fe —Al系合金，并從鑄模中取出而得到錠料； 熱鍛工序，熱鍛所述淀料而成為熱鍛材； 熱軋工序，熱軋所述熱鍛材而成為熱軋材； 氧化被膜除去工序，除去所述熱軋材的氧化被膜而成為冷軋用原材； 冷軋工序，冷軋所述冷軋用原材而成為冷軋材；以及 退火工序，對(duì)于所述冷軋材進(jìn)行退火， 在所述錠料制造工序中，在從所述鑄模中取出的所述錠料的表面溫度被冷卻到低于250°C之前,開始所述熱鍛工序的所述錠料的加熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Fe- Al系合金的制造方法，其特征在于，所述Fe — Al系合金以質(zhì)量％計(jì)還含有1.0%以下的Nb。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的Fe— Al系合金的制造方法，其特征在于，在經(jīng)由所述錠料制造工序得到的所述錠料的表面溫度被冷卻到低于250°C之前，且在經(jīng)過除去所述錠料表面的氧化被膜的錠料表面除去工序之后，進(jìn)入到所述熱鍛工序。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的Fe- Al系合金的制造方法，其特征在于，所述退火工序在非氧化性氣體氣氛中進(jìn)行。
【文檔編號(hào)】B22D30/00GK104169027SQ201380012914
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月3日
【發(fā)明者】藤吉優(yōu), 橫山紳一郎 申請(qǐng)人:日立金屬株式會(huì)社