ES2379579T3 - Iron and nickel alloy - Google Patents
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Abstract
Aleación de hierro-níquel de la siguiente composición (en % en masa) : C del 0, 05 al 0, 5 % Cr del 0, 2 al 2, 0 % Ni del 33 al 42 % Mn < 0, 1 % Si < 0, 1 % Mo del 1, 5 al 4, 0 % Nb del 0, 01 al 0, 5 % Al del 0, 1 al 0, 8 % Mg del 0, 001 al 0, 01 % V máx. el 0, 1 % W del 0, 1 al 1, 5 % Co máx. el 2, 0 % Zr opcionalmente de > 0 a < 0, 2 % y/o B opcionalmente > 0 - 0, 01 % pudiéndose sustituir en caso de necesidad el elemento Mo en un porcentaje similar por el elemento W. Fe el resto e impurezas debidas a la fabricaciónIron-nickel alloy of the following composition (in% by mass): C from 0.05 to 0.5% Cr from 0.2 to 2.0% Ni from 33 to 42% Mn <0.1% If < 0.1% Mo from 1.5 to 4.0% Nb from 0.01 to 0.5% Al from 0.1 to 0.8% Mg from 0.001 to 0.01% V max. 0.1% W from 0.1 to 1.5% Co max. 2, 0% Zr optionally from> 0 to <0, 2% and / or B optionally> 0 - 0.01% being able to replace if necessary the element Mo in a similar percentage by the element W. Fe the rest e impurities due to manufacturing
Description
Aleación de hierro y níquel. Alloy iron and nickel.
La invención se refiere a una aleación de hierro y níquel de baja dilatación térmica y con propiedades mecánicas especiales. The invention relates to an iron and nickel alloy with low thermal expansion and special mechanical properties.
Se sabe que las aleaciones a base de hierro y con un 36 % de níquel tienen bajos coeficientes de dilatación en el intervalo de temperaturas de entre 20 y 100 ºC. Por ese motivo, estas aleaciones se usan ya desde hace algunas décadas allí donde se requieren longitudes constantes con los cambios de la temperatura, como por ejemplo en instrumentos de precisión, relojes, bimetales o máscaras de sombra para televisores de color y monitores de ordenador. It is known that alloys based on iron and with 36% nickel have low coefficients of expansion in the temperature range of between 20 and 100 ° C. For this reason, these alloys have been used for some decades where constant lengths are required with temperature changes, such as precision instruments, clocks, bimetals or shadow masks for color televisions and computer monitors.
Del documento KR 100261678 B1 se deduce un alambre de aleación invar y un procedimiento para la fabricación del mismo. La aleación invar tiene la siguiente composición (en % en masa): del 22 al 38 % de níquel, del 0,5 al 1,0 % de cobalto, del 0,01 al 1,3 % de niobio, del 0,5 al 4 % de molibdeno, del 0,2 al 1,5 % de cromo, del 0,05 al 0,35 % de carbono, del 0,1 al 1,2 % de silicio, del 0,1 al 0,9 % de manganeso, como máximo el 0,1 % de magnesio, como máximo el 0,1 % de titanio y el resto hierro, ascendiendo la suma de Mo + Cr a entre el 1,2 y el 5.0 % y la suma de niobio y carbono a entre el 0,1 y el 0,6 %. From document KR 100261678 B1, an invar alloy wire and a process for manufacturing it are deduced. The Invar alloy has the following composition (in% by mass): from 22 to 38% of nickel, from 0.5 to 1.0% of cobalt, from 0.01 to 1.3% of niobium, from 0.5 4% molybdenum, 0.2 to 1.5% chromium, 0.05 to 0.35% carbon, 0.1 to 1.2% silicon, 0.1 to 0.9 % of manganese, at most 0.1% of magnesium, at most 0.1% of titanium and the rest of iron, with the sum of Mo + Cr increasing between 1.2 and 5.0% and the sum of niobium and carbon at between 0.1 and 0.6%.
El documento KR 1020000042608 da a conocer un alambre de aleación invar altamente resistente así como un procedimiento para la fabricación del mismo. La aleación lograda para el uso contiene (en % en masa) no más del 0,1 % de nitrógeno, del 0,01 al 0,2 % de niobio, del 0,3 al 0,4 % de carbono, del 33 al 38 % de níquel, del 0,5 al 4 % de molibdeno, del 0,2 al 1,5 % de cromo, del 0,1 al 1,2 % de silicio, del 0,1 al 0,9 % de manganeso, del 1,0 al 10 % de cobalto así como adiciones según se necesite de Al, Mg y Ti de hasta el 0,1 % en cada caso, y el resto hierro. Document KR 1020000042608 discloses a highly resistant invar alloy wire as well as a process for manufacturing it. The alloy achieved for use contains (in mass%) no more than 0.1% nitrogen, 0.01 to 0.2% niobium, 0.3 to 0.4% carbon, from 33 to 38% nickel, 0.5 to 4% molybdenum, 0.2 to 1.5% chromium, 0.1 to 1.2% silicon, 0.1 to 0.9% manganese , from 1.0 to 10% of cobalt as well as additions as needed of Al, Mg and Ti of up to 0.1% in each case, and the rest iron.
En ambos documentos, dentro de intervalos de temperatura definidos se indican parámetros del procedimiento para el estirado en frío/caliente y el recocido. In both documents, procedure parameters for cold / hot stretching and annealing are indicated within defined temperature ranges.
El fin del objeto de la invención es proporcionar una aleación de hierro-níquel con una baja dilatación térmica, resistente a la fluencia y con propiedades mecánicas especiales. Hay que ofrecer, además, un procedimiento de fabricación a partir de esta aleación para componentes en forma de alambre. Por último, el material debe poder aplicarse a casos de uso determinados, debiendo presentar la aleación un bajo coeficiente de dilatación térmica. The purpose of the object of the invention is to provide an iron-nickel alloy with low thermal expansion, creep resistant and with special mechanical properties. It is also necessary to offer a manufacturing process from this alloy for wire-shaped components. Finally, the material must be able to be applied to specific use cases, the alloy must have a low coefficient of thermal expansion.
Este fin se alcanza por medio de una aleación de hierro-níquel de la siguiente composición: This end is achieved by means of an iron-nickel alloy of the following composition:
- C C
- del 0,05 al 0,5 % from 0.05 to 0.5%
- Cr Cr
- del 0,2 al 2,0 % 0.2 to 2.0%
- Ni Neither
- del 33 al 42 % from 33 to 42%
- Mn Mn
- < 0,1 % <0.1%
- Si Yes
- < 0,1 % <0.1%
- Mo Mo
- del 1,5 al 4,0 % from 1.5 to 4.0%
- Nb Nb
- del 0,01 al 0,5 % from 0.01 to 0.5%
- Al To the
- del 0,1 al 0,8 % from 0.1 to 0.8%
- Mg Mg
- del 0,001 al 0,01 % from 0.001 to 0.01%
- V V
- máx. el 0,1 % max. 0.1%
- W W
- del 0,1 al 1,5 % from 0.1 to 1.5%
- Co Co
- máx. el 2,0 % max. 2.0%
- Zr opcionalmente Zr optionally
- de > 0 a < 0,2 % y/o from> 0 to <0.2% and / or
- B opcionalmente B optionally
- > 0 - 0,01 % > 0 - 0.01%
pudiéndose sustituir en caso de necesidad el elemento Mo en un porcentaje similar por el elemento W Fe el resto e impurezas debidas a la fabricación being able to replace if necessary the element Mo in a similar percentage by the element W Fe the rest and impurities due to manufacturing
De las correspondientes reivindicaciones dependientes pueden deducirse perfeccionamientos ventajosos del objeto de la invención. Advantageous improvements to the object of the invention can be derived from the corresponding dependent claims.
Una variante preferida de la aleación de hierro-níquel (en % en masa) de acuerdo con la invención se reproduce de la A preferred variant of the iron-nickel alloy (in mass%) according to the invention is reproduced from the
- siguiente manera: Following way:
- C C
- del 0,1 al 0,4 % from 0.1 to 0.4%
- Cr Cr
- del 0,5 al 1,5 % 0.5 to 1.5%
- Ni Neither
- del 34 al 40 % from 34 to 40%
- Mn Mn
- < 0,08 % <0.08%
- Si Yes
- < 0,08 % <0.08%
- Mo Mo
- de > 2,0 a < 3,5 % from> 2.0 to <3.5%
- Nb Nb
- del 0,05 al 0,4 % from 0.05 to 0.4%
- Al To the
- del 0,2 al 0,5 % 0.2 to 0.5%
- Mg Mg
- del 0,001 a < 0,01 % from 0.001 to <0.01%
- V V
- máx. el 0,1 % max. 0.1%
- W W
- del 0,2 a < 1,0 % from 0.2 to <1.0%
- Co Co
- del 0 al 1,0 % 0 to 1.0%
- Fe Faith
- el resto e impurezas debidas a la fabricación the rest and impurities due to manufacturing
Otra variante está formada (en % en masa) por: Another variant is formed (in% by mass) by:
C de > 0,15 a < 0,4 % C from> 0.15 to <0.4%
Cr del 0,6 a máx. el 1,2 % Cr from 0.6 to max. 1.2%
Ni del 35 al 40 % Ni from 35 to 40%
Mn < 0,08 % Mn <0.08%
Si < 0,08 % Yes <0.08%
Mo de > 2,0 a < 3,0 % Mo from> 2.0 to <3.0%
Nb del 0,05 al 0,3 % Nb from 0.05 to 0.3%
Al de > 0,1 a < 0,5 % At> 0.1 to <0.5%
Mg de > 0 a < 0,01 % Mg from> 0 to <0.01%
V máx. el 0,1 % V max 0.1%
W del 0,25 al 1,0 % W from 0.25 to 1.0%
Co del 0 a máx. el 0,5 % Co from 0 to max. 0.5%
B de > 0 a < 0,01 % B from> 0 to <0.01%
Fe el resto e impurezas debidas a la fabricación Faith the rest and impurities due to manufacturing
La composición de la aleación de acuerdo con la invención se caracteriza frente al estado actual de la técnica porque tanto los contenidos de Si como los de Mn se mantienen lo más bajo técnicamente posible. Se sabe que en lo que respecta al coeficiente de dilatación térmica existe una fuerte dependencia de los elementos silicio y manganeso. Por otro lado, desde el punto de vista metalúrgico estos elementos son necesarios para garantizar una procesabilidad suficiente. Esto afecta en particular a la conformación en caliente para obtener tochos y alambre laminado. The composition of the alloy according to the invention is characterized against the current state of the art because both the Si and Mn contents are kept as low as technically possible. It is known that regarding the thermal expansion coefficient there is a strong dependence on the silicon and manganese elements. On the other hand, from the metallurgical point of view these elements are necessary to guarantee sufficient processability. This particularly affects the hot forming to obtain billets and rolled wire.
Mediante la composición química de acuerdo con la invención puede prescindirse en gran medida de los elementos silicio y manganeso, con lo cual se puede evitar la influencia negativa de estos elementos sobre el coeficiente de dilatación térmica y se da al mismo tiempo una buena procesabilidad de la aleación. Por este motivo, la suma de Mn + Si (en % en masa) no debe superar aquí el 0,2 %. Siempre que sea técnicamente factible, la suma de Mn + Si debe ascender a : 0,1 %. By means of the chemical composition according to the invention, the silicon and manganese elements can be largely dispensed with, thereby avoiding the negative influence of these elements on the thermal expansion coefficient and at the same time a good processability of the alloy. For this reason, the sum of Mn + Si (in mass%) must not exceed 0.2% here. Whenever technically feasible, the sum of Mn + If it should amount to: 0.1%.
Resulta particularmente ventajoso que la aleación de acuerdo con la invención presente un contenido de níquel de entre el 35 y el 38 %, un contenido de cromo de > 0,6 a < 1,2 %, un contenido de molibdeno de entre el 2,1 y el 2,8 %, un contenido de aluminio de entre el 0,2 y el 0,4 % y un contenido de wolframio de > 0,25 a < 1,0 %. It is particularly advantageous that the alloy according to the invention has a nickel content of between 35 and 38%, a chromium content of> 0.6 to <1.2%, a molybdenum content of between 2, 1 and 2.8%, an aluminum content between 0.2 and 0.4% and a tungsten content of> 0.25 to <1.0%.
B + Zr por separado o juntos mejoran la capacidad de conformación en caliente de la aleación. B + Zr separately or together improve the hot forming ability of the alloy.
Resulta además ventajoso que la suma de los elementos Mo + W ascienda a entre el 2,0 y el 4,0 %. It is also advantageous that the sum of the Mo + W elements amounts to between 2.0 and 4.0%.
Igualmente ventajoso para las características mecánicas es que la suma de los elementos Cr + W se encuentre entre el 1,0 y el 2,0 %. Equally advantageous for the mechanical characteristics is that the sum of the Cr + W elements is between 1.0 and 2.0%.
Es importante que, por un lado, los elementos de aleación Mo, W, Cr y C estén disponibles en cantidad suficiente y que, por otro lado, la proporción de (Mo + W + Cr)/C se elija de tal manera que en el producto final pueda conseguirse una mezcla equilibrada de solidificación del carburo, endurecimiento del cristal mixto y solidificación en frío. Se considera una proporción óptima la situada en el intervalo de entre 14 y 15. It is important that, on the one hand, the Mo, W, Cr and C alloy elements are available in sufficient quantity and that, on the other hand, the proportion of (Mo + W + Cr) / C is chosen in such a way that in The final product can achieve a balanced mixture of carbide solidification, mixed glass hardening and cold solidification. An optimum ratio is considered to be between 14 and 15.
De acuerdo con otra idea de la invención, la proporción de W : Cr : Mo debe encontrarse aproximadamente en 1 : 2 : 5. No obstante, los porcentajes de los elementos citados en la aleación de acuerdo con la invención deben fijarse de tal modo que no se supere el coeficiente de dilatación térmica que se persigue. According to another idea of the invention, the ratio of W: Cr: Mo should be approximately 1: 2: 5. However, the percentages of the elements mentioned in the alloy according to the invention should be set in such a way that do not exceed the coefficient of thermal expansion that is pursued.
En el intervalo de temperatura de entre 20 y 200 ºC, la aleación de acuerdo con la invención tiene un coeficiente de dilatación térmica de < 4 x 10-6/K, en especial de < 3,5 x 10-6/K. In the temperature range between 20 and 200 ° C, the alloy according to the invention has a thermal expansion coefficient of <4 x 10-6 / K, especially <3.5 x 10-6 / K.
Se propone además un procedimiento para la fabricación a partir de la aleación de acuerdo con la invención de elementos de construcción en el horno de arco voltaico, de inducción o de vacío (si es necesario, con un tratamiento DOV), seguido de fundición en bloques, laminación (o forjado) en caliente para dar tochos y laminación en caliente hasta el grosor fijado para el alambre, y por último estirado para obtener productos de partida en forma de alambre del diámetro que se fije, pudiéndose incluir entre las distintas etapas de estirado procesos de recocido si hiciera falta. Puesto que el grado de solidificación en frío es decisivo para las propiedades de uso tanto en lo que respecta al coeficiente de dilatación térmica como también a la solidez, el diámetro del alambre laminado debe ajustarse de tal manera que antes y después de un recocido intermedio, dado el caso en varias etapas, pueda conseguirse una conformación en frío suficiente. A process for manufacturing from the alloy according to the invention of construction elements in the arc, induction or vacuum arc furnace (if necessary, with a DOV treatment) is also proposed, followed by block casting. , hot (or forged) lamination to give billets and hot lamination to the thickness fixed for the wire, and finally stretched to obtain starting products in the form of wire of the diameter that is fixed, and can be included between the different stages of stretching Annealing processes if necessary. Since the degree of cold solidification is decisive for the properties of use both in terms of the coefficient of thermal expansion and also the strength, the diameter of the rolled wire must be adjusted in such a way that before and after an intermediate annealing, if necessary in several stages, sufficient cold forming can be achieved.
Según otra idea más de la invención, la aleación de acuerdo con la invención puede usarse como alambre para líneas de transmisión, en especial como alambre nuclear para líneas de transmisión. According to another idea of the invention, the alloy according to the invention can be used as a wire for transmission lines, especially as a nuclear wire for transmission lines.
La aleación de acuerdo con la invención puede usarse, además, de manera ventajosa para The alloy according to the invention can also be used advantageously for
- --
- LeadFrame Leadframe
- --
- piezas moldeadas, en especial piezas moldeadas de plástico reforzado con fibras de vidrio molded parts, especially molded parts of glass fiber reinforced plastic
- --
- componentes en la fabricación de chips chip manufacturing components
La aleación de acuerdo con la invención puede presentarse para los casos de uso preferidos en forma de material de chapa, de varillas, de cinta o de alambre. The alloy according to the invention can be presented for preferred use cases in the form of sheet material, rods, tape or wire.
Claims (22)
- C C
- del 0,05 al 0,5 % from 0.05 to 0.5%
- Cr Cr
- del 0,2 al 2,0 % 0.2 to 2.0%
- Ni Neither
- del 33 al 42 % from 33 to 42%
- Mn Mn
- < 0,1 % <0.1%
- Si Yes
- < 0,1 % <0.1%
- Mo Mo
- del 1,5 al 4,0 % from 1.5 to 4.0%
- Nb Nb
- del 0,01 al 0,5 % from 0.01 to 0.5%
- Al To the
- del 0,1 al 0,8 % from 0.1 to 0.8%
- Mg Mg
- del 0,001 al 0,01 % from 0.001 to 0.01%
- V V
- máx. el 0,1 % max. 0.1%
- W W
- del 0,1 al 1,5 % from 0.1 to 1.5%
- Co Co
- máx. el 2,0 % max. 2.0%
- Zr opcionalmente Zr optionally
- de > 0 a < 0,2 % y/o from> 0 to <0.2% and / or
- B opcionalmente B optionally
- > 0 - 0,01 % > 0 - 0.01%
- 2. 2.
- Aleación de acuerdo con la reivindicación 1, con (en % en masa) C del 0,1 al 0,4 % Cr del 0,5 al 1,5 % Ni del 34 al 40 % Mn < 0,08 % Si < 0,08 % Mo de > 2,0 a < 3,5 % Nb del 0,05 al 0,4 % Al del 0,2 al 0,5 % Mg del 0,001 a < 0,01 % V máx. el 0,1 % W del 0,2 a < 1,0 % Co del 0 al 1,0 % Fe el resto e impurezas debidas a la fabricación. Alloy according to claim 1, with (in mass%) C from 0.1 to 0.4% Cr from 0.5 to 1.5% Ni from 34 to 40% Mn <0.08% Si <0 , 08% Mo from> 2.0 to <3.5% Nb from 0.05 to 0.4% Al from 0.2 to 0.5% Mg from 0.001 to <0.01% V max. 0.1% W from 0.2 to <1.0% Co from 0 to 1.0% Fe the rest and impurities due to manufacturing.
- 3. 3.
- Aleación de acuerdo con la reivindicación 1 o 2 con (en % en masa) Alloy according to claim 1 or 2 with (in% by mass)
- 4. Four.
- Aleación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3 con (en % en masa) Alloy according to one of claims 1 to 3 with (in% by mass)
- 5. 5.
- Aleación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4 con (en % en masa) Alloy according to one of claims 1 to 4 with (in% by mass)
- 6. 6.
- Aleación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5 con (en % en masa) Alloy according to one of claims 1 to 5 with (in% by mass)
- 7. 7.
- Aleación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6 con (en % en masa) Alloy according to one of claims 1 to 6 with (in% by mass)
- 8. 8.
- Aleación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7 con (en % en masa) Alloy according to one of claims 1 to 7 with (in% by mass)
- 9. 9.
- Aleación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8 en la que la suma (en % en masa) de Alloy according to one of claims 1 to 8 wherein the sum (in% by mass) of
- 10. 10.
- Aleación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9 en la que la suma (en % en masa) de Alloy according to one of claims 1 to 9 wherein the sum (in mass%) of
- 11. eleven.
- Aleación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10 en la que la suma (en % en masa) de Alloy according to one of claims 1 to 10 wherein the sum (in% by mass) of
- 12. 12.
- Aleación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11 en la que la suma (en % en masa) de Alloy according to one of claims 1 to 11 wherein the sum (in% by mass) of
- 13. 13.
- Aleación de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizada porque la suma (en % en masa) de Alloy according to claim 12, characterized in that the sum (in% by mass) of
- 14. 14.
- Aleación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada porque la proporción de (Mo + W + Cr)/C es = 13,5 - 15,5. Alloy according to one of claims 1 to 13, characterized in that the ratio of (Mo + W + Cr) / C is = 13.5-15.5.
- 15. fifteen.
- Aleación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 14 que en un intervalo de temperatura de entre 20 y 200 ºC presenta un coeficiente de dilatación térmica de < 4 x 10-6/K, en especial de 3,5 x 10-6/K. Alloy according to one of claims 1 to 14 which in a temperature range between 20 and 200 ° C has a thermal expansion coefficient of <4 x 10-6 / K, especially 3.5 x 10-6 / K.
- 16. 16.
- Procedimiento para la fabricación de elementos de construcción en forma de alambre a partir de una aleación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 15 en el que se cuela la masa fundida para obtener bloques, se laminan los bloques para obtener tochos y se estiran los tochos para obtener alambres de diámetro prefijado, pudiéndose incluir entre las distintas etapas de estirado procesos de recocido si hiciera falta, aluminándose el producto previo en forma de alambre y estirándose el producto previo hasta las dimensiones definitivas. Process for the manufacture of construction elements in the form of wire from an alloy according to one of claims 1 to 15 in which the melt is cast to obtain blocks, the blocks are rolled to obtain billets and the billets to obtain wires of predetermined diameter, being able to include among the different stages of stretching annealing processes if necessary, the previous product being aluminized in the form of wire and the previous product being stretched to the definitive dimensions.
- 17. 17.
- Uso de la aleación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 15 como alambre para líneas de transmisión. Use of the alloy according to one of claims 1 to 15 as a wire for transmission lines.
- 18. 18.
- Uso de la aleación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 15 como alambre nuclear para líneas de transmisión. Use of the alloy according to one of claims 1 to 15 as a nuclear wire for transmission lines.
- 19. 19.
- Uso de la aleación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 15 para LeadFrames. Use of the alloy according to one of claims 1 to 15 for LeadFrames.
- 20. twenty.
- Uso de la aleación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 15 en piezas moldeadas, en especial en piezas moldeadas de plástico reforzado con fibras de vidrio. Use of the alloy according to one of claims 1 to 15 in molded parts, especially in molded parts of glass fiber reinforced plastic.
- 21. twenty-one.
- Uso de la aleación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 15 para componentes en la fabricación de chips. Use of the alloy according to one of claims 1 to 15 for components in the manufacture of chips.
- 22. 22
- Uso de la aleación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 15, estando presente el material de base en forma de chapa, de varillas, de alambre o de cinta. Use of the alloy according to one of claims 1 to 15, the base material in the form of sheet, rods, wire or tape being present.
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|---|---|---|---|
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| DE200810022854 DE102008022854A1 (en) | 2008-05-08 | 2008-05-08 | Creep-resistant, readily processed, low thermal expansion iron-nickel alloy with minimized manganese and silicon contents, is useful e.g. in wires for overhead power lines |
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Publications (1)
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