一种低膨胀铁镍合金及其制造方法技术

一种低膨胀铁镍合金及其制造方法，其化学成分质量百分数含量为：C 0.15～0.35％，Si≤0.5％，Mn 0.1～0.5％，P≤0.008％，S≤0.005％，Ca0.001～0.015％，Ni 34.0～38.0％，Co≤1.0％，Ni+Co为35～38％，且Mo+V+Ti+W+Nb+Cr≤0.2％，余量Fe及杂质，在较宽温度范围内具有良好低膨胀特性和机械性能，其居里温度在300℃以上，膨胀系数α

A low expansion Fe Ni alloy and its manufacturing method

A kind of low expansion ferronickel alloy and its manufacturing method. Its chemical composition mass percentage content is: C 0.15-0.35%, Si \u2264 0.5%, Mn 0.1-0.5%, P \u2264 0.008%, s \u2264 0.005%, CA 0.001-0.015%, Ni 34.0-38.0%, Co \u2264 1.0%, Ni + CO 35-38%, and Mo + V + Ti + W + Nb + Cr \u2264 0.2%. The residual Fe and impurities have good low expansion characteristics in a wide temperature range And mechanical properties, with Curie temperature above 300 \u2103, expansion coefficient \u03b1

【技术实现步骤摘要】
一种低膨胀铁镍合金及其制造方法
本专利技术属于低膨胀合金领域，具体涉及一种低膨胀铁镍合金及其制造方法。
技术介绍
殷瓦合金是由法国人Guillaume于1893年专利技术的，其主要成分是Ni含量为36％的Fe-Ni合金，该合金的膨胀系数非常低，其20～100℃膨胀系数为≤1.5×10-6/℃，具有极低的膨胀系数，该合金被命名为殷瓦合金。Fe-Ni殷瓦合金存在热膨胀反常现象，Fe-Ni系合金随着Ni含量的增加，膨胀系数逐渐下降，在Ni含量36％左右膨胀系数达到最低值，接近0，进一步增加Ni含量膨胀系数又开始升高，这一现象称为殷瓦效应。Fe-Ni合金的殷瓦效应只有在合金的居里点温度(Tc)以下才显现，Tc是合金的磁性转变温度，Tc以上合金为顺磁性状态，合金具有正常热膨胀，低于的Tc合金为铁磁性状态，合金的膨胀系数很小并且随温度升高缓慢增加。因此，Fe-Ni殷瓦合金作为低膨胀合金使用时，使用温度不能高于居里点温度，Tc温度以上合金的膨胀系数会十分陡峭地升高。由于殷瓦合金具有低膨胀系数的特点，该合金在电子、仪表领域得到广泛应用，表1和表2是现有典型的殷瓦合金化学成分和膨胀性能。表1相关典型钢种的化学成分(wt％)牌号CSiMnSPNiCoYB/T52414J36≤0.05≤0.300.20-0.60≤0.020≤0.020>35.0～37.0-NAS36AB36Ni-FeLC≤0.05≤0.30≤0.80--35～37YB/T52354J42≤0.05≤0.30≤0.80≤0.020≤0.020表2相关典型钢种的性能表2中YB/T5241规定的4J36膨胀系数考核温度范围是室温～100℃，日本冶金企业标准NAS36AB36Ni-FeLC膨胀系数考核温度范围是室温～150℃，这类合金的最佳使用温度范围应低于150℃，主要是受限于合金的Tc点较低，使其使用温度范围较低。Fe-Ni殷瓦合金主要合金元素中，增加Ni的加入量可明显提高合金的Tc点，增加Si、Mn含量则会降低合金的Tc点，一般使用温度较高的合金需增加Ni或Co的含量，表2冶金行业标准YB/T5235中4J42的Ni含量为42％左右，可以在450℃以下温度范围使用，但Ni含量的增加导致该合金的膨胀系数较高，4J42合金20～100℃、20～200℃、20～300℃、20～400℃膨胀系数分别为5.6×10-6/℃、4.9×10-6/℃、4.8×10-6/℃、5.9×10-6/℃，比4J36合金20～100℃膨胀系数高出3倍左右，由于Ni含量的增加4J42合金的居里温度提高，使该合金在20～400℃范围膨胀系数保持在较为接近范围，未出现高温段膨胀系数急剧升高的现象。在一些特殊的使用场合，要求殷瓦合金的膨胀系数低，同时使用温度要求高至300℃左右，典型的殷瓦合金Ni36膨胀系数α室温～300℃为5.1×10-6/℃，Ni42膨胀系数α室温～300℃为4.8×10-6/℃，膨胀系数都比较高。现有合金牌号中尚无一种使用温度高、膨胀系数低的合金。通过在殷瓦合金Ni36基础上增加Ni或Co的含量提高殷瓦合金居里温度的方法显然不能满足要求，其它方法未见公开资料的相关报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低膨胀铁镍合金及其制造方法，该合金具有较高的居里温度，具有很低的膨胀系数，居里温度在300℃以上，其膨胀系数α室温～300℃≤2.8×10-6/℃；该合金金相组织为完全奥氏体组织，具有良好的组织稳定性；该合金在较宽温度范围具有良好的低膨胀特性以及良好的机械性能，可用于高定型温度碳纤维结构件模具、集成电路框架、真空器件的封装等领域。为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种低膨胀铁镍合金，其化学成分质量百分数含量为：C：0.15～0.35％，Si：≤0.5％，Mn：0.1～0.5％，P：≤0.008％，S：≤0.005％，Ca：0.001～0.015％，Ni：34.0～38.0％，Co：≤1.0％，Ni+Co控制在35～38％，且满足Mo+V+Ti+W+Nb+Cr≤0.2％，余量为Fe和不可避免的杂质。本专利技术通过合金成分的合理设计，使低膨胀铁镍合金的使用温度范围从典型殷瓦合金的150℃提高到300℃，低膨胀铁镍合金在室温到300℃温度范围内，膨胀系数α室温～300℃≤2.8×10-6/℃，具有膨胀系数较小，居里温度高，低温力学性能和焊接性能优良等特点，适用于在较高温度使用的场合，如高温型复合材料模具等。本专利技术在成分设计上的主要思路是，在不增加Ni或Co含量的前提下，通过增加C含量提高殷瓦合金的居里温度，从而增加扩大合金殷瓦效应的温度范围，也就是使合金具有低膨胀系数的温度范围扩大，从而使合金的使用温度范围提高，以使专利技术合金可以在更高温度使用。与通过增加含Ni、Co量来提高殷瓦合金的居里温度的方法相比，本专利技术合金增加C含量提高了合金居里温度，同时合金的膨胀系数上升幅度比加入Ni、Co要低。本专利技术合金Fe、Ni、Co的适当配比是确保合金具有殷瓦特性的必要保证，其成分配比是及其重要的，Ni+Co控制在35～38％之间，是保持合金具有低膨胀特性的必要条件。以下将本专利技术合金成分的设计进行说明：Ni：铁镍殷瓦合金中的基体元素，铁镍殷瓦合金在含镍量36％左右范围，膨胀系数最低，偏离一定范围，合金的膨胀系数以很陡峭的斜率上升，将合金的镍含量控制在一定范围，可以确保合金具有低膨胀特性。镍还对殷瓦合金的居里温度直接的影响，随着镍含量的增加，合金的居里温度提高，通过镍和其它元素的配合，可以控制合金的居里温度达到300℃以上。镍还具有很好的相稳定性作用，镍含量偏低时，在超低温下可能会形成马氏体相，一旦发生马氏体相变，殷瓦合金的膨胀系数会出现急剧升高，力学性能也会发生急剧变化。Ni还是改善合金低温力学性能的主要元素。为了达到本专利技术的技术效果，将Ni控制在34.0～38.0％之间是必须的，超出此范围，合金的膨胀系数和居里温度将不能满足要求。C：现有技术中，铁镍合金中碳含量越低越好，通常在0.05％以下，本专利技术中，增加碳含量，使碳含量由现有的0.05％以下提高到0.15-0.35％，在铁镍殷瓦合金中通常以间隙原子的形式存在，当合金中存在碳化物形成元素时，也会以碳化物形式存在，由于合金中严格控制碳化物形成元素的残留，本专利技术合金C主要以间隙原子的形式存在。C的加入能够提高铁镍殷瓦合金的居里温度，是铁镍殷瓦合金中除Ni、Co以外唯一提高居里温度的元素，但Ni、Co的增加将导致合金膨胀系数快速增加，碳含量的提高也会使合金的膨胀系数升高，但升高的比率远低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低膨胀铁镍合金，其化学成分质量百分数含量为：C：0.15～0.35％，Si：≤0.5％，Mn：0.1～0.5％，P：≤0.008％，S：≤0.005％，Ca：0.001～0.015％，Ni：34.0～38.0％，Co≤1.0％，Ni+Co控制在35～38％，且满足Mo+V+Ti+W+Nb+Cr≤0.2％，余量为Fe和不可避免的杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种低膨胀铁镍合金，其化学成分质量百分数含量为：C：0.15～0.35％，Si：≤0.5％，Mn：0.1～0.5％，P：≤0.008％，S：≤0.005％，Ca：0.001～0.015％，Ni：34.0～38.0％，Co≤1.0％，Ni+Co控制在35～38％，且满足Mo+V+Ti+W+Nb+Cr≤0.2％，余量为Fe和不可避免的杂质。


2.根据权利要求1所述低膨胀铁镍合金，其特征在于，所述低膨胀铁镍合金的膨胀系数α室温～300℃≤2.8×10-6/℃。


3.如权利要求1所述低膨胀铁镍合金的制造方法，包括以下步骤：
1)冶炼
化学成分的质量百分数含量：C：0.15～0.35％，Si：≤0.5％，Mn：0.10～0.5％，P：≤0.008％，S：≤0.005％，Ca：0.001～0.015％，Ni：34.0～38.0％，Co：≤1.0％，Ni+Co控制在35～38％，且满足Mo+V+Ti+W+Nb+Cr≤0.2％，余量为Fe和不可避免的杂质；
按所述化学成分的含量配比，依次进行电炉冶炼、AOD冶炼和LF、VD精炼，在LF精炼末期加入Ca线，并进行吹氩气的软搅拌；
2)连铸、修磨
采用立式连铸，控制拉速为0.4～0.8m/min，采用结晶器保护渣，电磁搅拌电流为1500～2000A...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆建生，王雪听，田玉新，赵欣，
申请(专利权)人：宝钢特钢有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31