JPH0328349A - 熱間加工性のすぐれたFe―Ni―Cr合金 - Google Patents

熱間加工性のすぐれたFe―Ni―Cr合金

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JPH0328349A
JPH0328349A JP515590A JP515590A JPH0328349A JP H0328349 A JPH0328349 A JP H0328349A JP 515590 A JP515590 A JP 515590A JP 515590 A JP515590 A JP 515590A JP H0328349 A JPH0328349 A JP H0328349A
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alloy
less
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JP515590A
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English (en)
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Rikio Nemoto
根本 力男
Hideo Horii
堀井 英男
Takeya Toge
峠 竹弥
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Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
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Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、熱間加工性のすぐれたFe−Ni合金に関
し、とくに連続鋳造スラブの熱間圧延時における表面欠
陥の発生を防止したFe−Ni合金に係る。
一般に、36Nt−Fe合金として知られるアンバー合
金は、−200℃〜+1 0 0 ”Cの広い温度範囲
における熱膨脹係数がきわめて小さい特徴を有するため
、LNG輸送用タンカーの内張材料やLNG輸送用配管
、各種バイメタルおよび寸法精度が要求される各種治具
等の構戒材料として広く利用されている.また、42ア
ロイ、50アロイ等に代表されるNi−Fe合金は、ガ
ラスとほぼ同一の熱膨脹係数を有しているため、古くか
ら真空管等の封着材として使用されているが、とくに4
27ロイ(4 0Ni−Fe)は室温〜450″Cの温
度範囲における熱膨脹係数が小さく、Si半導体やアル
ミナ等のセラミックに近似する熱膨脹係数を有するとこ
ろから、ICリードフレーム材として多大の使用実績を
挙げている.さらに、36Ni−Feないし78Ni−
Feの磁性合金(36NiパーマロイPD、42Niバ
ーマロイPC,47NiパーマロイPB,52Nlバー
マロイPR,78NiパーマロイP0は、高透磁率と低
保磁率とを有する軟質磁性体としての特性を利用して高
感度リレー、リレー鉄心、直流変換機、CPUメモリー
等や電磁遮蔽材としての需要が増大している。
しかしながら、これらの高Ni−Fe合金は、いずれも
鋳造状態における高温での結晶粒界が著しく脆弱である
ため、連続鋳造法によって製造する場合に、スラブを熱
間圧延するときの加工性が阻害されて、製品に耳割れや
面割れ等の表面欠陥が発生し易くなる。このような高温
での結晶粒界の詭化は、硫化物、酸化物、燐化物等の非
金属介在物が形威されやすい950〜1050゜Cにお
いて著しくなるため、この温度範囲における延性低下が
甚だしくなり、生産性、歩留りの低減を余儀なくされて
いる。
このような欠点を除去する対策として、従来いわゆる高
純度精練法に関する技術が提案され、たとえば、特公昭
55−42141号公報には、C1N10、S,Aj!
SMnの含有量を限定するとともに、C,Nが限定量を
超えたときはTiを添加することにより熱間加工性のす
ぐれた高Ni−Fe合金が得られるとの記載があり、ま
た特公昭56−45989号公報にも同様にC,N、0
、S、八lの含有量を限定することにより熱間加工性が
改良されると記載されている。さらに、特公昭57−3
5260号公報にも述べられているように、高温脆化に
よる延性低下を防止するために、なるべ<P,Sを低減
するか、あるいは硫化物形成傾向の強いTi, Nb,
 V、Zr, Ca, Mgおよび希土類元素等を添加
することにより、主としてSを組織中に固定する試みが
古くから行なわれており、特公昭57−15656号公
報にはCa, Mgの何れか少なくとも一種とTi、■
、Nb、A l s Tas ZrSLas Ce−.
 Yのうち少なくとも一種を添加することが提案されて
いる。
しかし、この発明者らの実験結果によると、S : 0
. 0 0 1%以下、P:O.OO10%以下、0 
: O. O O 5%以下、N:0.OO10%以下
の高純度のFe−Ni合金であっても、あるいはSの固
定化や結晶粒微細化のためにTi, Zr, Ca、希
土類元素等を添加しても950〜1 0 5 0 ’C
の温度における粒界脆化を完全に防止することはできず
、この温度範囲の熱間加工性を改善することは困難であ
ることが確認された。
この発明者らは、高Ni−Fe合金の鋳造状態における
高温脆化の現象を防止するためには、まず結晶粒界を強
化する必要があり、そのためにはC、S,P,N,O等
の不純物元素の粒界への偏析を阻止することが先決条件
であり、また、結晶粒を微細化することによって粒界へ
の不純物元素の偏析量を少なくすることができるとの観
点から、種々の元素を添加して実験を重ねたところ、こ
れらの両作用を同時に発揮する元素としてBが最も有効
であり、Bを0. O O 1〜0.03%添加するこ
とにより、アンバー合金としての特性もICリードフレ
ーム材あるいは軟質磁性材としての特性も何等損なわれ
ることなく、950〜1050゜Cにおける高温延性が
向上し、熱間加工性が改善されることを見出した。また
、Tiを0. 0 0 5〜0. 3%を複合添加する
ことにより、熱間加工性がさらに改善されるとの結論に
達した。
この発明は、上記の実験結果に基づいてなされたもので
あり、重量でNi : 3 0〜80%、C:0.03
%以下、Si : 0. 5%以下、Mn:1.0%以
下、P : 0. 0 3%以下、S : 0. 0 
3%以下、Cr : 7. 0%以下、Affi:0.
10%以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物よ
りなる合金において、Bを0.001〜0. 0 3%
含有せしめたことを特徴とするFe−Ni合金を第1発
明とし、Bを0.001〜0.03%、Tiを0. 0
 0 5〜0. 3%含有せしめたことを特徴とするF
e−Ni合金を第2発明とするものである。
この発明のFe−Ni合金における成分組成の限定理由
は、下記に述べるとおりである。
Niは、30%未満であると、マルテンサイトが形威さ
れ熱間加工性が低下するだけでなく、種々の物理的特性
が損なわれるので好ましくなく、また、80%を超える
と磁気特性が失われるので好ましくない。
Cは、0.03%を超えて含有すると、1000゜C以
下の温度で炭化物を形威し易くなり熱間加工性を著しく
劣化させるので0.03%以下とした.熱間加工性を向
上させるためには、できるだけ低い含有量とするのが好
ましい。
Siは、含有量を低くするほど熱間加工性が良好となる
が、0.5%までの添加は許容できる。
Mnは、1%を超えて添加すると、熱膨脹係数が大きく
なるので、1%以下とした。
Pは、含有量が高くなると結晶粒界に薄膜状の低融点燐
化物を形或して凝固割れが起り易くなり、熱間加工性を
低下させる。この傾向は含有量が0.03%を超えると
顕著に現われるので0.03%以下とした。
Sは、0.03%を超えて含有すると、結晶粒界に低融
点の硫化物や酸化物を形威し、熱間加工性を低下させる
ので0.03%以下とした。
Crは、426アロイのように含有量が増加すると耐銹
性が改善されるが、7%を超えると低熱膨脹特性や磁気
特性などの物理的特性が損なわれるので好ましくない. Afは、脱酸剤として使用する元素であるが、0. 1
 0%を超えて含有すると清浄度が悪くなるので0.1
0%以下とした。
Bは、この発明のFe−Ni合金の特徴を与える重要な
元素であって、C,SSPSO,N等の不純物元素の結
晶粒界への偏析を阻止するとともに、これらの元素とホ
ウ化物を形威して悪影響を少なくする.また、みずから
結晶粒界や他の欠陥部に優先的に凝集して結晶の核とな
り、結晶粒を微細化するため、粒界脆化が防止され、熱
間加工性を向上させる。しかし、このような作用は0.
001%未満の含有量では不十分であり、含有量が増加
するにしたがって顕著な効果が現れ、とくに950〜1
050℃の温度における高温延性の劣化は全く見られな
くなるが、0.03%を超えて添加すると、M*B(N
i. Cr. Fe)の金属間化合物の外に、C10、
Nを含む種々のホウ化物が生戒され、1250゜C以上
の高温で凝固割れを起す危険性が高くなるので、上限は
0.03%に限定する必要がある。
Tiは、Bとの複合添加により、Bの歩留り量が大きく
なること、Ti自体も結晶粒を微細化する作用を有する
ことから、熱間加工性の改善に役立つ有効な元素であっ
て、0. O O 5%以上の添加によりBの歩留りを
向上させることができる。しかし、0.3%を超えて添
加すると、脱酸等が不十分な場合は、クラスター状の介
在物が形威され、これが原因となって表面に欠陥が発生
するので、上限は0. 3%に限定した。
次に、この発明の実施例について説明する.この発明の
組戒をもつFe−Ni合金と、この発明の組威に属しな
い比較合金との化学組成(重量%)を第1表に示し、そ
れぞれの合金について行なった高温引張試験の結果を第
2表に示す。
填 2 裏(つづき) 各合金は、大気誘導炉により溶解して10lCgの角型
鋼塊とした。溶解に使用したBはフエロボロンの形で添
加した。使用したフエロボロンの化学組或(重量%)は
下記のとおりである。
この鋼塊から柱状晶に直角になるような試験片(5mφ
X50mm)を採取して超高温引張試験に供した.引張
試験の加熱パターンは、第1図に示すように、1250
゜Cで30秒間均熱した後、各試験温度に降温させ、そ
の温度で60秒間保持した後に引張試験を実施した。各
試験片が引張破断したときの破断面の断面収縮率(絞り
値)を測定して熱間加工性の良否を評価した。
第2表には、各試験片について950゜C,1000’
C,1050℃、1100″Cの各温度における絞り値
を記載してあるが、850℃からl200゜Cまでの5
0″C毎の各試験温度における36Ni−Fe合金、4
 2Ni−Fe合金、47Ni−Fe合金、52Ni−
Fe合金について、その一部の絞り値を図示すると第2
図ないし第5図のようになる。上図において各絞り値の
指示線の記号に付した数字は、第2表の試料番号である
。
第2表および第2図ないし第5図から明らかなように、
1000″C近傍の温度においては、Bが0. O O
 1未満もしくは無添加の比較合金の絞り値は、SやP
の含有量をo. o o i%以下に低減させても50
%以上には達しないが、Bを0. 0 0 1%以上添
加した本発明合金の絞り値は50%以上であり、B −
h< 0. 0035%以上添加されると、ほぼlOO
%に近い絞り値が得られる。またBとTiとを複合添加
した本発明合金にあっては、Bが0. 0 0 3%以
上でほぼ100%の絞り値に達する。一般に、高Ni−
Fe合金のiooo℃近傍の温度における熱間加工性の
良否は、絞り値が50%以上であるか否かによって判定
することができるが、上記のように本発明合金の熱間加
工性は、比較合金に比べて格段にすぐれていることがわ
かる。
第6図は、3 0 〜4 5Ni−Fe合金についてB
およびBとTiとの含有量と1000゜Cにおける絞り
値との関係を図示したものであり、B単独の場合よりも
Tiを複合添加することにより絞り値が向上することが
わかる。この関係は、Ni含有量が変化しても変らず、
また4267ロイのようにCrが含有されていてもほと
んど同じ傾向を示す。
第7図は、引張試験に供した各合金の絞り値と試験温度
との関係を、B含有量の多少により0.001〜0.0
3%、0.0010%未満および痕跡程度の微量の3種
別に分類して図示したものである。
第8図は、本発明合金の一次結晶粒径に対するB含有量
の影響を4 2Ni−Fe合金について図示したもので
あり、Bを添加しないときの一次結晶粒径が4〜5II
Il1であるのに対し、Bを0. 0 0 1%添加す
ると約2. 5 mの粒径に減少し、Bの添加量が0.
015%になると、0. 2〜0. 3 mの粒径とな
り、B含有量の増加とともに結晶粒が著しく微細化され
ることがわかる. 次に、本発明合金の熱膨脹係数を代表的鋼種について測
定した結果を、比較合金と対比して第3表に示す。
測定用試料は、10kgの鋼塊を熱間鍛造により12m
m厚さの平板とし、さらに熱間圧延と冷間圧延とを経て
1. 0 amの板厚としたものを使用した。
第3表の結果から明らかなように、この発明のFe−N
i合金は、超高温および極低温における熱膨脹係数が比
較合金に比べて同等であることが認められた。
また、本発明合金の直流磁気特性を代表的鋼種について
測定した結果を、比較合金と対比して第4表に示す。
測定用試料は、熱膨脹係数の測定用として作製した試料
と同一のものを、高純度水素雰囲気中で1050〜11
00℃×1時間の熱処理を行ない、600゜Cまで炉冷
してその後急冷したものを使用した。
第4表の結果から明らかなように、この発明のFe−N
i合金の直流磁気特性は、比較合金に比べて何等の遜色
がないことが認められた. 第  3  表 単位: X 1 0−’/’C 第  4  表 以上、説明したように、この発明によれば、アンバー合
金としての低熱膨脹特性、427ロイ等(7) I C
 +7−ドフレーム材としての熱膨脹特性、あるいは7
8Ni等の軟質磁性材としての直流磁気特性を損なうこ
となく、熱間加工性を改善することができるから、これ
らのFe−Ni合金の連続鋳造工程における熱間圧延時
に表面欠陥の発生が大幅に減少し、歩留りと生産性との
向上により低コストでの量産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、高温引張試験の加熱パターン図、第2図ない
し第5図は、それぞれ高温引張試験の結果を示す図表、
第6図はB含有量と絞り値との関係を示す図表、第7図
はB含有量に対応する絞り値と試験温度との関係を示す
図表、第8図はB含有量と一次結晶粒径との関係を示す
図表である。 (硬θ翻一紫)禦ビ鳴1{k四say.)ぼS− 蜘と

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量でNi:40〜42%、C:0.03%以下
    、Si:0.5%以下、Mn:1.0%以下、P:0.
    03%以下、S:0.03%以下、Cr:5〜6%以下
    、Al:0.05%未満を含有し、残部Feおよび不可
    避的不純物よりなる合金であって、B:0.001〜0
    .03%が含有することを特徴とする熱間加工性のすぐ
    れたFe−Ni−Cr合金。
  2. (2)重量でNi:40〜42%、C:0.03%以下
    、Si:0.5%以下、Mn:1.0%以下、P:0.
    03%以下、S:0.03%以下、Cr:5〜6%以下
    、Al:0.05%未満を含有し、残部Feおよび不可
    避的不純物よりなる合金であって、B:0.001〜0
    .03%、Ti:0.005〜0.3%を含有すること
    を特徴とする熱間加工性のすぐれたFe−Ni−Cr合
    金。
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JPS53146915A (en) * 1977-05-02 1978-12-21 Hitachi Metals Ltd Alloy for sealing soft glass
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