專利名稱：鐵－鎳合金帶材的制備方法
技術領域：
本發明涉及由“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和高的屈服強度的“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，可能導致不可接受的變形或甚至斷裂的發生。
本發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度和，優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)，所述薄帶材任選進行輕度熱軋，并且，對所述熱軋帶材進行軟化退火操作，該退火操作包括在950-1200℃下進行均熱處理，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行再結晶退火，其中，帶材處于運動狀態時的退火溫度為900-1200℃，保溫時間為30秒-5分鐘，或者帶材處于靜止狀態時的退火溫度為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。
本發明也涉及由20-150℃間的熱膨脹系數低于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“γ’和/或γ″相的析出強化處理后，其屈服強度高于600Mpa，在350Mpa下、600℃1小時下的蠕變抗力以低于2％的蠕變應變為特征，以及所述帶材的至少一面任選包括均勻金色層。
現在，以更加詳細但非限制性的方式對本發明進行介紹。
“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。可以對上述各種元素的含量進行選擇，以便對所述合金的各種性能，如硬化后的硬度和膨脹系數進行調整。
這種合金可以處于“軟化狀態”，也就是說，當硬化元素處于溶解狀態時，其具有有限的屈服強度，這可以由包括在足夠高的溫度下進行均熱處理的軟化退火操作來獲得，所述均熱溫度優選為950-1200℃，還要更優選為1000-1075℃，均熱處理的時間優選為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，并且更優選小于4分鐘的時間的進行。甚至更好地，退火溫度與400℃間的冷卻必須在小于5分鐘的時間內進行。退火溫度必須足夠高以防止在晶界處形成網狀γ’析出相，但該溫度又不能太高，以防止一方面碳化物發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。所述軟化退火優選例如在包括露點低于-40℃并且優選低于-45℃的氫/氮氣混合物的保護性氣氛中進行。在下面考慮進行軟化處理時，將以上述這些處理條件為參考。
通過進行高于約500℃的硬化熱處理，析出硬化相，來獲得所述的硬化。優選地，該處理在低于800℃，例如約750℃下進行，處理時間約30分鐘。
為了制造彩色電視機顯像管的張緊的蔭罩支撐框架，需對化學組成進行選擇，以使20-150℃之間的熱膨脹系數低于7×10-6/K，優選低于6×10-6/K，還更優選低于5×10-6/K。還需對化學組成進行選擇，以便使硬化狀態下的屈服強度高于600Mpa，還更優選高于700Mpa。
為了實現這一點，所述化學組成，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。
優選地，所述化學組成如下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，根據鈦、鋁、鈮、和鉭的含量對鎳的含量進行調整，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。
所述帶材的制造開始是在帶有鋼包內精煉布置的電弧爐中，或者在感應爐中將合金熔化，這樣，獲得液態合金。
所述液態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。
所述液態合金也可以，優選地，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。該重熔過程的優點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。)當合金直接澆注成薄帶材時，可以對其進行輕微熱軋或者不進行熱軋。
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，之后進行上述的快速冷卻，之后，對帶材進行酸洗，結果，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，優選在前述條件下，對所獲得的軟化的帶材進行冷軋。實施最終冷軋操作時的壓下比必須大于5％，且優選低于90％，以獲得冷加工帶材。
在冷軋之前，或者在兩次連續的冷軋操作之間，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，對所獲得的帶材進行再結晶退火操作，該操作或者在帶材處于運動狀態時處理，溫度約為900-1200℃，保溫時間為30秒-5分鐘，或者在帶材為靜止狀態時，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。優選地，所述退火優選在前述軟化退火條件下進行。優選地，所述氣氛由20-30％的氮和80-70％的氫組成，優選其露點低于-40℃，還更優選低于-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％的帶材進行的這種再結晶處理能夠使其在硬化狀態下獲得，以在350Mpa的應力作下，600℃保持1小時之后，低于0.2％的應變為特征的蠕變抗力。該蠕變抗力可使得張緊的蔭罩支撐框架的能夠正確制造。
應該指出的是，為了獲得良好的蠕變抗力，理想的是再結晶退火的溫度高于1000℃，優選接近1050℃。這是因為，當鈦含量約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％。
當在進行再結晶退火之前，帶材的一側已進行磨削時，該側在所述退火之后呈現出均勻的金色，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成的層在表面上的形成。此金色層的優點在于其有利于在框架制造期間對框架實施的發黑操作。
在軟化或再結晶退火之后，可以對帶軋進行精軋。那么，理想的是，所述精軋產生的當量冷加工低于5％。然而，理想的是，此當量冷加工大于1％，并且更優選大于2％，該冷加工改善蠕變性能。術語“當量冷加工”可理解為指的是對未精軋的軟化的帶材進行拉伸試驗時，所獲的屈服強度與對精軋后的帶材進行拉伸試驗測得的結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″相進行硬化處理之后，所述帶材具有高于600Mpa的屈服強度，以及在350Mpa下，600℃停留1小時的以低于0.2％的應變為特征的蠕變抗力，并且在于，任選地，至少一側包括均勻的金色層。該帶材特別適合于制造彩色電視機顯像管的張緊的蔭罩支撐框架。
作為一個實施例，根據本發明制備出由硬化的Fe-Ni合金制成的帶材，其化學組成包括，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。對所獲帶材進行酸洗并且在1050℃下退火處理4分鐘，然后在280秒內冷卻至400℃以下，對如此軟化處理后的帶材進行冷軋以使其厚度為1.5mm，此厚度值對應于62％的壓下量。之后，對所獲帶材的一面進行拋光，并且之后在1050℃下退火處理4分鐘以及在190秒內冷卻至400℃以下。
通過在無張拉作用的條件下，用精整軋機進行軋制來對帶材A進行冷精軋處理，所產生的當量冷加工比為2.5％，然后，通過在750℃下保溫30分鐘來進行硬化處理。
通過在有張拉作用的條件下，用精整軋機軋制，對帶材B進行冷精軋處理，所產生的當量冷加工比為5％，并且，通過在750℃下保溫30分鐘來進行硬化處理。
對帶材A和B在硬化處理前后的機械性能以及在硬化處理后，350Mpa載荷作用下，600℃保持1小時的蠕變應變進行了測量。
所獲結果如下-在精軋之前的軟化狀態(A和B)
E＝楊氏模量； Rp0.2＝屈服強度Rm＝抗拉強度；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小時的蠕變應變A0.005％B-0.03％可以看到帶材B的蠕變應變為負值，該結果源自于下述事實由于進行了約5％的冷加工，則在600℃的保溫會導致輕微的附加硬化，這伴隨著帶材截面的減小。
所述帶材的熱膨脹系數均小于7×10-6/K。
權利要求
1.在20-150℃之間的熱膨脹系數低于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——通過對半成品進行熱軋或者直接澆濤薄帶材并任選進行輕度熱軋制備出熱軋帶材，并且，對所述熱軋帶材進行軟化退火操作，該退火操作包括在950-1200℃下進行均熱處理，隨后加以快速冷卻以及，任選進行酸洗操作，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行再結晶退火，其中，帶材或者處于運動狀態下進行退火溫度為900-1200℃，保溫時間為30秒-5分鐘的處理，或者帶材處于靜止狀態下進行退火溫度為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.根據權利要求1的方法，其特征在于熱軋之后進行的軟化退火溫度為1000-1075℃。
3.根據權利要求1或2的方法，其特征在于在冷軋之后進行的再結晶退火溫度為1000-1075℃。
4.根據權利要求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.根據權利要求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。
6.根據權利要求1-5中之任一項的方法，其特征在于還要進行一個精軋操作，產生低于5％的當量冷加工比。
7.根據權利要求6的方法，其特征在于由上述精軋產生的當量冷加工比大于2％。
8.根據權利要求1-7中之任一項的方法，其特征在于在進行冷軋之前、期間或者之后，對所述帶材的至少一面進行磨削，例如采用拋光，以便在進行再結晶退火之后，在所述至少一面上獲得均勻的金色層。
9.根據權利要求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，由在其中帶有包內精煉裝置的電弧爐，或者在感應爐中熔煉的合金組成。
10.根據權利要求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.根據權利要求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精煉裝置的電弧爐中，或者在感應爐中熔煉的合金。
12.根據權利要求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。
13.在20-150℃之間的熱膨脹系數小于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″相進行硬化處理之后，所述帶材的屈服強度高于600Mpa，在350Mpa下600℃保持1小時時的蠕變抗力以低于0.2％的應變為特征，而且在于至少一面包括均勻的金色層。
14.根據權利要求13的方法，其特征在于所述合金的化學組成如下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。
15.根據權利要求14的方法，其特征在于所述合金的化學組成包括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 優先權日2001年1月24日
發明者R·科扎, J-P·里亞爾, P·L·雷德特 申請人:安費尤吉納精密公司