铁－镍合金带材的制备方法

专利名称：铁－镍合金带材的制备方法
技术领域：
本发明涉及由“γ’和/或γ″组织硬化”型的Fe-Ni合金制成的带材的制备方法以及所获得的带材。
为了制造诸如彩色电视机显像管张紧(tensioned)荫罩支撑框架这样的制品，使用的是由硬化处理之后具有低的膨胀系数和高的屈服强度的“γ’和/或γ″组织硬化”型的Fe-Ni合金制成的带材。
制造此类框架的方法包括许多步骤。首先，由软化的带材切制下若干部分，将该部分弯曲并且之后通过焊接加以组装，从而获得框架。对该框架实施一系列操作，通过形成氧化物层来使其变黑，以及使其硬化和使荫罩固定。在这些操作期间框架在高温受到力的作用，这会引起蠕变，可能导致不可接受的变形或甚至断裂的发生。
本发明的目的是提供一种方法，该方法能够获得由具有良好的蠕变强度和，优选具有良好的可黑化性能的“γ’和/或γ″组织硬化”型的Fe-Ni合金制成的带材。
为此，本发明的主题是由“γ’和/或γ″组织硬化”型的20℃-150℃间的热膨胀系数低于7×10-6/K的Fe-Ni合金制成的带材的制备方法，其中——通过对半成品进行热轧或者薄带材的直接浇铸制备出热轧带材(hot strip)，所述薄带材任选进行轻度热轧，并且，对所述热轧带材进行软化退火操作，该退火操作包括在950-1200℃下进行均热处理，随后加以快速冷却以及，任选的酸洗操作，以便获得软化的带材；——采用大于5％的压下比对所述软化带材进行冷轧，制备出冷加工的带材；以及——在惰性或还原性气氛下，对所述冷加工带材进行再结晶退火，其中，带材处于运动状态时的退火温度为900-1200℃，保温时间为30秒-5分钟，或者带材处于静止状态时的退火温度为900-1050℃，保温时间为15分钟-5小时，随后，以足以防止硬化析出相形成的冷速冷却至500℃以下。
本发明也涉及由20-150℃间的热膨胀系数低于7×10-6K的“γ’和/或γ″组织硬化”型的Fe-Ni合金制成的未硬化处理的带材，所述带材经“γ’和/或γ″相的析出强化处理后，其屈服强度高于600Mpa，在350Mpa下、600℃1小时下的蠕变抗力以低于2％的蠕变应变为特征，以及所述带材的至少一面任选包括均匀金色层。
现在，以更加详细但非限制性的方式对本发明进行介绍。
“γ’和/或γ″组织硬化”型的Fe-Ni合金是主要元素为铁和镍，并且还包含一种或多种其它元素的合金，其中，所述一种或多种元素例如是能够形成γ’金属间相析出物的钛或铝、或者是能够形成γ″金属间相析出物的铌或钽。这些析出相是硬化性的。可以存在有限量的另外一些元素如铬、钼、钨、锆、碳、硅和锰，以及来自于熔炼过程的杂质。可以对上述各种元素的含量进行选择，以便对所述合金的各种性能，如硬化后的硬度和膨胀系数进行调整。
这种合金可以处于“软化状态”，也就是说，当硬化元素处于溶解状态时，其具有有限的屈服强度，这可以由包括在足够高的温度下进行均热处理的软化退火操作来获得，所述均热温度优选为950-1200℃，还要更优选为1000-1075℃，均热处理的时间优选为1-5分钟，所述均热处理之后必须快冷至500℃以下，例如冷至室温。优选地，在软化退火温度与500℃之间的冷却必须在小于5分钟，并且更优选小于4分钟的时间的进行。甚至更好地，退火温度与400℃间的冷却必须在小于5分钟的时间内进行。退火温度必须足够高以防止在晶界处形成网状γ’析出相，但该温度又不能太高，以防止一方面碳化物发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。所述软化退火优选例如在包括露点低于-40℃并且优选低于-45℃的氢/氮气混合物的保护性气氛中进行。在下面考虑进行软化处理时，将以上述这些处理条件为参考。
通过进行高于约500℃的硬化热处理，析出硬化相，来获得所述的硬化。优选地，该处理在低于800℃，例如约750℃下进行，处理时间约30分钟。
为了制造彩色电视机显像管的张紧的荫罩支撑框架，需对化学组成进行选择，以使20-150℃之间的热膨胀系数低于7×10-6/K，优选低于6×10-6/K，还更优选低于5×10-6/K。还需对化学组成进行选择，以便使硬化状态下的屈服强度高于600Mpa，还更优选高于700Mpa。
为了实现这一点，所述化学组成，以重量百分比计例如为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％余者为铁和源自于熔炼的杂质。
优选地，所述化学组成如下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，根据钛、铝、铌、和钽的含量对镍的含量进行调整，以便在金属间化合物析出之后，基体中的镍含量能够使其获得所要求的热膨胀系数。
所述带材的制造开始是在带有钢包内精炼布置的电弧炉中，或者在感应炉中将合金熔化，这样，获得液态合金。
所述液态合金可以直接浇注成半成品，如铸锭、初轧钢坯(bloom)或坯料(billet)，或者采用薄带直接浇涛，例如双辊铸造浇注成带材。
所述液态合金也可以，优选地，浇注成重熔电极，该重熔电极或者通过电渣重熔(ESR法)或者真空孤重熔(VAR法)加以重新熔化，以获得半成品。该重熔过程的优点在于能够获得偏析程度很低、缺陷如氧化夹杂物很少的更均匀一致的金属。
对半成品重新加热，并且，优选地，在1100℃至1300℃下保持2-50小时，以使其均匀化，然后，在900-1300℃下对其进行热轧，以获得厚度约3-5mm的热轧带材(厚度的选择取决于期望最终获得的带材的厚度。)当合金直接浇注成薄带材时，可以对其进行轻微热轧或者不进行热轧。
就一切情形而言，然后均需通过软化退火操作来使带材软化，之后进行上述的快速冷却，之后，对带材进行酸洗，结果，获得了软化的带材。
然后，在一个或多个中间被软化退火操作隔开的操作中，优选在前述条件下，对所获得的软化的带材进行冷轧。实施最终冷轧操作时的压下比必须大于5％，且优选低于90％，以获得冷加工带材。
在冷轧之前，或者在两次连续的冷轧操作之间，或者在冷轧之后，可以对带材的一面或两面进行磨削，例如采用抛光，以便将由前述高温均热处理形成的钛贫化的任何表面层去除。
然后，在惰性或还原性气氛中，对所获得的带材进行再结晶退火操作，该操作或者在带材处于运动状态时处理，温度约为900-1200℃，保温时间为30秒-5分钟，或者在带材为静止状态时，处理温度为900-1050℃，保温时间为15分-5小时，之后，以足以防止形成硬化析出相的冷却速度冷至500℃以下。优选地，所述退火优选在前述软化退火条件下进行。优选地，所述气氛由20-30％的氮和80-70％的氢组成，优选其露点低于-40℃，还更优选低于-45℃。例如，所述气氛可以包含大致25％的氮和75％的氢。
对冷加工比大于5％的带材进行的这种再结晶处理能够使其在硬化状态下获得，以在350Mpa的应力作下，600℃保持1小时之后，低于0.2％的应变为特征的蠕变抗力。该蠕变抗力可使得张紧的荫罩支撑框架的能够正确制造。
应该指出的是，为了获得良好的蠕变抗力，理想的是再结晶退火的温度高于1000℃，优选接近1050℃。这是因为，当钛含量约2.6％及铝含量约0.21％时，350Mpa下，600℃保温1小时之后的蠕变应变在退火温度为950℃时为0.28％，退火温度为1010℃时为0.14％，退火温度为1060℃时为0.06％，退火温度均为1100℃为0.03％。
当在进行再结晶退火之前，带材的一侧已进行磨削时，该侧在所述退火之后呈现出均匀的金色，此金色源自于厚几个微米，或者甚至小于1个微米，由化合物如钛的氮化物构成的层在表面上的形成。此金色层的优点在于其有利于在框架制造期间对框架实施的发黑操作。
在软化或再结晶退火之后，可以对带轧进行精轧。那么，理想的是，所述精轧产生的当量冷加工低于5％。然而，理想的是，此当量冷加工大于1％，并且更优选大于2％，该冷加工改善蠕变性能。术语“当量冷加工”可理解为指的是对未精轧的软化的带材进行拉伸试验时，所获的屈服强度与对精轧后的带材进行拉伸试验测得的结果相同时的冷加工量。
由上述方法获得了由“γ’和/或γ″组织硬化”型的20-150℃间的热膨胀系数低于7×10-6/K的Fe-Ni合金制成的未硬化的带材，其特征在于，在通过析出γ’和/或γ″相进行硬化处理之后，所述带材具有高于600Mpa的屈服强度，以及在350Mpa下，600℃停留1小时的以低于0.2％的应变为特征的蠕变抗力，并且在于，任选地，至少一侧包括均匀的金色层。该带材特别适合于制造彩色电视机显像管的张紧的荫罩支撑框架。
作为一个实施例，根据本发明制备出由硬化的Fe-Ni合金制成的带材，其化学组成包括，以重量百分比计
余者为铁和源自于熔炼过程的杂质或痕量元素。
在VIM炉中将合金熔化，然后采用ESR法将其重熔成铸锭，在重新加热至1100℃之后对所述铸锭进行热轧，以获得厚度为4mm的两个热轧带材A和B。对所获带材进行酸洗并且在1050℃下退火处理4分钟，然后在280秒内冷却至400℃以下，对如此软化处理后的带材进行冷轧以使其厚度为1.5mm，此厚度值对应于62％的压下量。之后，对所获带材的一面进行抛光，并且之后在1050℃下退火处理4分钟以及在190秒内冷却至400℃以下。
通过在无张拉作用的条件下，用精整轧机进行轧制来对带材A进行冷精轧处理，所产生的当量冷加工比为2.5％，然后，通过在750℃下保温30分钟来进行硬化处理。
通过在有张拉作用的条件下，用精整轧机轧制，对带材B进行冷精轧处理，所产生的当量冷加工比为5％，并且，通过在750℃下保温30分钟来进行硬化处理。
对带材A和B在硬化处理前后的机械性能以及在硬化处理后，350Mpa载荷作用下，600℃保持1小时的蠕变应变进行了测量。
所获结果如下-在精轧之前的软化状态(A和B)
E＝杨氏模量； Rp0.2＝屈服强度Rm＝抗拉强度；Au＝均匀延伸率；At＝总延伸率；-精轧之后，但在硬化之前
-精轧及硬化之后
这些结果尤其表明轻微的冷加工有利于硬化；-在350Mpa的载荷下，600℃保持1小时的蠕变应变A0.005％B-0.03％可以看到带材B的蠕变应变为负值，该结果源自于下述事实由于进行了约5％的冷加工，则在600℃的保温会导致轻微的附加硬化，这伴随着带材截面的减小。
所述带材的热膨胀系数均小于7×10-6/K。
权利要求
1.在20-150℃之间的热膨胀系数低于7×10-6/K的“γ’和/或γ″组织硬化”型的Fe-Ni合金制成的带材的制备方法，其中——通过对半成品进行热轧或者直接浇涛薄带材并任选进行轻度热轧制备出热轧带材，并且，对所述热轧带材进行软化退火操作，该退火操作包括在950-1200℃下进行均热处理，随后加以快速冷却以及，任选进行酸洗操作，以便获得软化的带材；——采用大于5％的压下量对所述软化带材进行冷轧，制备出冷加工带材；以及——在惰性或还原性气氛中，对所述冷加工带材进行再结晶退火，其中，带材或者处于运动状态下进行退火温度为900-1200℃，保温时间为30秒-5分钟的处理，或者带材处于静止状态下进行退火温度为900-1050℃，保温时间为15分-5小时的处理，随后，以足以防止硬化析出相形成的冷速冷却至500℃以下。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于热轧之后进行的软化退火温度为1000-1075℃。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于在冷轧之后进行的再结晶退火温度为1000-1075℃。
4.根据权利要求1-3中之任何一项的方法，其特征在于所述退火温度与500℃之间的冷却时间小于5分钟。
5.根据权利要求1-4中之任一项的方法，其特征在于实施所述退火处理时的惰性或还原性气氛由20-30％氮和80-70％氢组成，并且具有低于-40℃的露点。
6.根据权利要求1-5中之任一项的方法，其特征在于还要进行一个精轧操作，产生低于5％的当量冷加工比。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于由上述精轧产生的当量冷加工比大于2％。
8.根据权利要求1-7中之任一项的方法，其特征在于在进行冷轧之前、期间或者之后，对所述带材的至少一面进行磨削，例如采用抛光，以便在进行再结晶退火之后，在所述至少一面上获得均匀的金色层。
9.根据权利要求1-8中之任一项的方法，其特征在于所述半成品，例如铸锭、初轧钢坯或坯料，由在其中带有包内精炼装置的电弧炉，或者在感应炉中熔炼的合金组成。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于为了制造所述半成品，铸造出电渣重熔(ESR)或真空重熔(VAR)的重熔电极。
11.根据权利要求1-8中之任一项的方法，其特征在于所述直接铸造的薄带材包括在其中带有包内精炼装置的电弧炉中，或者在感应炉中熔炼的合金。
12.根据权利要求1-11中之任一项的方法，其特征在于所述合金的化学组成如下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％余者为铁和源自于熔炼过程的杂质。
13.在20-150℃之间的热膨胀系数小于7×10-6/K的“γ’和/或γ″组织硬化”型的Fe-Ni合金制成的未硬化的带材，其特征在于在通过析出“γ’和/或γ″相进行硬化处理之后，所述带材的屈服强度高于600Mpa，在350Mpa下600℃保持1小时时的蠕变抗力以低于0.2％的应变为特征，而且在于至少一面包括均匀的金色层。
14.根据权利要求13的方法，其特征在于所述合金的化学组成如下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％余者为铁以及源自于熔炼过程的杂质。
15.根据权利要求14的方法，其特征在于所述合金的化学组成包括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℃间的热膨胀系数低于7×10
文档编号C21D7/02GK1367268SQ0113302
公开日2002年9月4日 申请日期2001年9月14日 优先权日2001年1月24日
发明者R·科扎, J-P·里亚尔, P·L·雷德特 申请人:安费尤吉纳精密公司