KR20020032594A

KR20020032594A - 열팽창계수가 낮고 기계적 특성이 우수한 아이언-니켈합금

Info

Publication number: KR20020032594A
Application number: KR1020027003533A
Authority: KR
Inventors: 게르만보도; 에르펜벡부르크하르트
Original assignee: 헤르다 빌프레트, 호이브너 울리히; 크루프 파우데엠 게엠베하
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 2000-08-03
Publication date: 2002-05-03
Anticipated expiration: 2020-08-03
Also published as: EP1212474A1; ES2203503T3; ATE246266T1; JP3805675B2; CN1173063C; CN1420941A; HK1049188A1; EP1212474B1; DE19944578A1; TWI229135B; DE19944578C2; PL195525B1; WO2001021848A1; DE50003135D1; PL357823A1; AU6569900A; HK1049188B; KR100502818B1; JP2004500482A

Abstract

본 발명은 (중량%로) 31.0-45.0%의 Ni 뿐만 아니라 0.02-0.3%의 C 외에, 최대 1%의 Mn 및 최대 1%의 Si, 0.1-2.5%의 Mo 및/또는 0.1-2.5%의 Cr, 1.0% 이하의 Nb를 함유하며 나머지는 아이언 및 제조-관련 불순물이고, 20-100℃에서 6.0x10^-6/K 미만의 열팽창계수를 가지는, 열팽창이 낮은 크리프-내성 아이언-니켈 합금에 관한다.

Description

열팽창계수가 낮고 기계적 특성이 우수한 아이언-니켈 합금{IRON-NICKEL ALLOY WITH LOW THERMAL EXPANSION COEFFICIENT AND EXCEPTIONAL MECHANICAL PROPERTIES}

본 발명은 열팽창계수가 낮고 기계적 특성이 우수한 아이언-니켈 합금에 관한다.

약 36%의 니켈을 함유하는 아이언-베이스 합금은 20-100℃의 온도 범위에서 열팽창계수가 낮다는 것은 공지된 사실이다. 따라서, 이들 합금은 정밀기계, 시계 또는 바이메탈과 같이 온도를 변화시켜도 길이가 일정할 것이 요구되는 경우 수년간 사용되어 왔다. 고 해상도, 리얼칼라 및 고 색대비를 지향하는 칼라텔레비젼 수상기 및 컴퓨터 모니터의 개발, 특히 더욱 편평하고 더욱 큰 스크린을 지향하는 경향을 고려할때 섀도우 마스크 용도로서의 아이언-니켈 물질의 사용이 증가되고 있다.

약 36%의 니켈을 함유하는 기술적 아이언-니켈 합금은 종래 스크린 튜브에 보편적인 20-100℃ 온도 범위에서 "Stahl-Eisen Werkstoffblatt"(스틸-아이언 재료 저널)(SEW-385, 1991년판)에 기술된 바와 같은 소프트-어닐링된 상태에서 열팽창계수가 1.2 - 1.8 x 10^-6/K이다. 약 36%의 니켈을 함유하는 좀더 발전된 재료 또한,특히 섀도우 마스크용으로 사용되고 있으며, 20-100℃ 온도 범위에서 0.6 - 1.2 x 10^-6/K로 열팽창계수가 낮다.

프레임내에서 미리-연신시킨 섀도우 마스크용으로서, 지금까지 사용된 합금보다 크리프 내성이 더 좋은 저팽창 재료가 요구되고 있다. 섀도우 마스크 및 섀도우 마스크용 프레인 부품은 약 580℃ 이하의 온도에서 소위 블랙-어닐링 공정을 거치게 된다. 이로써 어두운 아이언 옥사이드층이 생성되는데, 이것으로 질이 더욱 양호한 육안 이미지가 얻어진다.

지금까지 사용된 약 36%의 니켈을 함유하는 아이언-베이스 합금은 580℃에서 1시간동안 138MPa 로딩의 테스트 조건하에서 크리프 내성 A₈₀이 약 2.6%가 된다.

섀도우 마스크는 수직 프레임 부품에 의하여 수직 방향으로 미리 응력을 받게 된다. 지금까지 약 41%의 니켈을 함유하는 아이언-니켈 합금이 사용되었고 이들 합금은 유리에 금속을 용융시키기 위한 재료, 예를들어 리드 프레임용 재료로 공지되어 있다. 기술적인 특성은 다음과 같다: 크리프 내성 A₈₀은 36% 니켈을 함유하는 합금에 대하여 앞서 기술한 바와 동일한 테스트 조건, 즉 580℃에서 1시간, 로딩 138MPa에서 약 0.5%로 측정된다. 20-100℃ 범위의 온도에서 약 4.8 x 10^-6/K의 열팽창계수에 따라, 이러한 합금으로 된 수직 프레임 부품은 약 36% 니켈을 함유하는 아이언-니켈 합금으로 된 섀도우 마스크 보다 더 길어진다.

새로 개발된 수평 프레임 부품 재료는 아이언 및 약 36% 니켈 외에 제조시발생하는 소량의 잔기를 포함하는 지금까지 섀도우 마스크 용으로 사용된 아이언-니켈 합금과 동일한 낮은 열팽창 특성을 가져야 한다.

섀도우 마스크용과 마찬가지로, 프레임 부품용으로도 580℃ 이하의 온도에서 더 양호한 크리프 내성을 가지는 재료가 요구되고 있다. 팽창계수의 자기 및 온도-의존 곡선은 지금까지 사용된 재료와 거의 동일하여야 한다.

아이언-니켈 합금에 대한 적당한 첨가제는 경도를 증가시킬 수 있음도 공지되어 있다. 이 때문에 카본과 더불어 몰리브데넘 및 크롬도 고려할 수 있다. 동시에 영구 연신 한계 및 강도도 증가된다.

그러나 몰리브데넘, 크롬 및 카본 원소의 총량이 과하면 열팽창계수가 과하게 올라갈 수 있다.

오버랜드 라인의 와이어 재료로서, 약 38% Ni, 2% Mo, 0.8% Cr 및 0.25% C 및 제조시 생성되는 아이언 잔기와 불순물을 함유하는 아이언-니켈 합금이 알려졌다. 용액-어닐링된 상태에서 이들 합금의 열팽창계수는 20-100℃에서 약 4 x 10^-6/K이다. 인장강도는 경화된 상태에서 1000 N/mm²에 이를 수 있다.

본 발명의 목적은 현 기술 상태의 난점을 가지지 않으며 제조하기에 경제적이고 다수의 상이한 기술적 용도로 사용할 수 있도록 열팽창이 낮은 크리프-내성 아이언-니켈 합금을 개발하는 것이다.

이 목적은 (질량%로) 35.0-38.0%의 Ni 뿐만 아니라 0.02-0.3%의 C, 최대 1%의 Mn 및 최대 1%의 Si 외에 0.01-2.5%의 Mo 및/또는 0.1-2.5%의 Cr, 1.0%의 Nb를함유하고 나머지는 아이언 및 제조시의 불순물인, 20-100℃에서 6.0x10^-6/K 미만의 열팽창계수를 가지는 크리프-내성, 저-팽창 아이언-니켈 합금으로 달성된다.

본 발명의 추가의 유리한 구체예는 종속항들에 나타낸다.

특히 섀도우 마스크의 수직 프레임 부품용 재료로 이용하는데 요구되는 기술적인 특성은 본 발명 아이언-니켈 합금을 이용하여 선택될 수 있는데, 바람직한 열팽창계수 및 기계적 특성이 얻어질 수 있도록 Ni, Mo, Cr 및 C에 대한 조성을 선택할 수 있다.

본 발명의 목적은 스크린 및 모니터용 섀도우 모니터 및 프레임 부품 외에 다음 목적으로 유리하게 사용할 수 있다:

- 열적-바이메탈의 패시브 부품

- 레이저 기술상의 부품

- 리드 프레임

- 전자총, 특히 TV 튜브의 부품

- 액화 가스의 제조, 저장 및 운반용 부품.

이하에서 바람직한 본 발명 합금을 현기술의 합금과 기계적 특성에 관하여 비교한다.

예를들어 스크린과 같은 수직 프레임에 대한 재료로서 사용하는 본 발명 합금의 바람직한 조성물 E1은 (질량%로) 37-39%의 Ni 외에, 최대 1%의 Mn, 최대 1%의 Si, 최대 1%의 Nb 뿐만 아니라 1.6-2.0%의 Mo, 0.6-1.0%의 Cr 및 0.22-0.28%의 C및 매우 소량의 제조 공정시 발생하는 통상의 불순물을 함유한다. 열팽창계수는 20-100℃에서 약 4.2 x 10^-6/K이고 실온 내지 600℃의 온도에서 팽창계수의 전체 온도-의존 추이는 아이언 및 약 42%의 Ni외에 제조 공정시 발생하는 불순물만을 함유하는 현기술에서 지금까지 사용된 2-재료 합금 T1의 추이 또는 값에 필적한다. 응용시 필요한 기계적 특성의 개선은 특히 580℃에서 신도 A80으로서 두께 1.4mm의 저온-롤링된 샘플 상에서, 심지어 1시간동안 200Mpa를 넘는 로딩으로 측정되는 크리프-내성 치가 약 0.04%인 한, 본 발명 합금으로 얻어진다. 본 발명 합금 E1은 성능이 뛰어나고 제조시 추가 공정 단계가 필요하지 않다. 이것은 특히 양호한 기계적 특성을 얻기 위하여 예를들어 ('-침전 경화성 합금에서 필요했던 것과 같은 추가의 경화/가열 처리가 필요하지 않음을 의미한다. 프레임은 저온-롤링된 상태에서 직접 구부려 성형시킬 수 있다. 또한 열적 특성의 장기 안정성은 모든 조건에 부합한다.

예를들어 모니터와 같은 수직 프레임용 재료로서 사용하는 또 다른 바람직한 본 발명 합금 조성물 E2는 (질량%로) 35-38%의 Ni 외에, 최대 1%의 Mn, 최대 1%의 Si, 최대 1%의 Nb 뿐만 아니라 1.0-1.6%의 Mo, 0.2-0.6%의 Cr 및 매우 소량의 제조 공정시 발행하는 통상의 불순물을 함유한다. 열팽창계수는 20-100℃에서 약 2.8 x 10^-6/K로서, 본 발명 합금 E1의 경우보다 낮다. 응용시 요구되는 기계적 특성의 개선은 또한 특히 580℃에서 두께 1.4mm의 저온-롤링된 샘플 상에서 신도 A80으로 측정되는 크리프-내성 치가 약 0.003%인 한, 본 발명 합금 E2로 얻을 수 있다.개선될 수 있다. 본 발명 합금 E2는 또한 성능이 뛰어나고 제조시 추가 공정 단계를 요하지 않는다. 이것은 특히 양호한 기계적 특성을 얻기 위하여 추가의 경화/가열 처리가 필요하지 않다는 것을 의미한다. 프레임은 저온-롤링된 상태에서 직접 구부려 성형시킬 수 있다. 이 상태에서 상기한 바와 같은 기계적 특성이 존재한다. 또한, 열적 특성의 장기 안정성은 모든 요구조건에 부합한다.

특히 섀도우 마스크의 수평 프레임 부품용 재료로서 사용하기 위하여 요구되는 기계적 특성을 본 발명 아이언-니켈 합금으로 얻을 수 있는데, 이때 의도하는 열팽창계수 및 기계적 특성을 얻을 수 있도록 Ni, Mo, Cr 및 C 함량에 대한 조성을 선택할 수 있다.

예를들어 스크린의 수평 프레임용 재료로 사용하기 위한 또다른 바람직한 본 발명 합금 조성물 E3는 (질량%로) 35-38%의 Ni 외에, 최대 1%의 Mn, 최대 1%의 Si, 최대 1%의 Nb 뿐만 아니라 0.7-1.1%의 Mo, 0.2% 미만의 Cr, 0.08-0.12%의 추가 C 및 매우 소량의 제조 공정시 발행하는 통상의 불순물을 함유한다. 열팽창계수는 20-100℃에서 약 2.0 x 10^-6/K로서 낮은데, 이것은 아이언 및 약 36%의 Ni외에 제조 공정시 발생하는 불순물만을 함유하는 현기술에서 지금까지 사용된 아이언-니켈 합금 T2의 열팽창계수에 매우 필적한다. 응용시 필요한 기계적 특성의 개선은 특히 580℃에서 신도 A80으로서 두께 1.4mm의 저온-롤링된 샘플 상에서, 심지어 1시간동안 200Mpa를 넘는 로딩으로 측정되는 크리프-내성 치가 약 0.02%인 한, 본 발명 합금 E3으로 얻어진다. 본 발명 합금 E3는 성능이 뛰어나고 제조시 추가 공정 단계가 필요하지 않다. 이것은 특히 양호한 기계적 특성을 얻기 위하여 예를들어 ('-침전 경화성 합금에서 필요했던 것과 같은 추가의 경화/가열 처리가 필요하지 않음을 의미한다. 프레임은 저온-롤링된 상태에서 직접 구부려 성형시킬 수 있다. 또한 열적 특성의 장기 안정성은 모든 조건에 부합한다.

예를들어 모니터의 수평 프레임용 재료로 사용하기 위한 또다른 바람직한 본 발명 합금 조성물 E4는 (질량%로) 35-38%의 Ni 외에, 최대 1%의 Mn, 최대 1%의 Si, 최대 1%의 Nb 뿐만 아니라 0.4-0.8%의 Mo, 0.1-0.3%의 Cr, 0.08-0.12%의 추가 C 및 매우 소량의 제조 공정시 발행하는 통상의 불순물을 함유한다. 열팽창계수는 20-100℃에서 약 1.8 x 10^-6/K로서 낮은데, 이것은 현기술에서 지금까지 사용된 아이언-니켈 합금 T2의 열팽창계수에 매우 필적한다. 응용시 필요한 기계적 특성의 개선은 특히 580℃에서 신도 A₈₀으로서 두께 1.4mm의 저온-롤링된 샘플 상에서, 심지어 1시간동안 200Mpa를 넘는 로딩으로 측정되는 크리프-내성 치가 약 0.03%인 한, 본 발명 합금 E4로 얻어진다. 본 발명 합금 E4는 성능이 뛰어나고 제조시 추가 공정 단계가 필요하지 않다. 이것은 특히 양호한 기계적 특성을 얻기 위하여 추가의 경화/가열 처리가 필요하지 않음을 의미한다. 프레임은 저온-롤링된 상태에서 직접 구부려 성형시킬 수 있다. 또한 열적 특성의 장기 안정성은 모든 조건에 부합한다.

열팽창계수 및 보자력장 세기 뿐만 아니라 580℃의 테스트 온도에서 로딩 없이 고온-드로잉 테스트시 측정한 기계적 특성을, 현기술의 합금 T1 및 T2의 특성과비교하여 본 발명 합금 E1, E2, E3 및 E4에 대하여 표1에 나타내었다.

표 1: 현기술의 합금 T1 및 T2와 비교한 본 발명 합금 E1, E2, E3 및 E4의 열팽창계수 및 138MPa 또는 200MPa의 로딩으로 580℃에서 1시간동안 측정한 크리프 내성 뿐만 아니라 고온 드로잉 테스트에서 측정한 580℃에서의 최대 신도, 인장 강도, 영구 신장 한계와 같은 기계적 특성. 테스트 샘플은 1.4mm의 저온-롤링시킨 밴드로 제조함.

현기술의 합금 T1 및 T2의 조성과 비교한 본 발명 합금 E1, E2, E3 및 E4의 화학 조성의 예를 표2에 기술한다.

표2: 현기술의 합금 T1 및 T2의 조성 예와 비교한 본 발명 합금 E1, E2, E3 및 E4의 화학 조성 예.

어떤 응용 분야에서는, 본 발명 합금에 지시된 양(질량%)의 코발트를 가하도록 조언할 수 있을 것이다. 코발트의 바람직한 부가량(질량%)은 0.5-7%인데, 이에 따라 니켈 함량은 차후 조절되어야 한다.

Claims

(질량%로) 0.02-0.3%의 C 외에, 최대 1%의 Mn 및 최대 1%의 Si, 또 0.1-2.5%의 Mo 및/또는 0.1-2.5%의 Cr, 1.0% 이하의 Nb 및 31.0-45.0%의 Ni를 함유하고 나머지는 아이언 및 제조시의 불순물이고, 20-100℃에서 6.0 x 10^-6/K 미만의 열팽창계수를 가지는, 열팽창이 낮은 크리프-내성 아이언-니켈 합금.
제1항에 있어서, 함량이 (질량%로) 최대 1%의 Mn, 최대 1%의 Si, 최대 1%의 Nb 뿐만 아니라, 38-39%의 Ni, 1.6-2.0%의 Mo, 0.6-1.0%의 Cr 및 0.122-0.28%의 C가 되도록 선택되는 것을특징으로 하는아이언-니켈 합금.
제1항에 있어서, 함량이 (질량%로) 최대 1%의 Mn, 최대 1%의 Si, 최대 1%의 Nb 뿐만 아니라, 35-38%의 Ni, 1.0-1.6%의 Mo, 0.2-0.6%의 Cr 및 0.1-0.18%의 C가 되도록 선택되는 것을특징으로 하는아이언-니켈 합금.
제4항에 있어서, 함량이 (질량%로) 최대 1%의 Mn, 최대 1%의 Si, 최대 1%의 Nb 뿐만 아니라, 35-38%의 Ni, 1.7-1.1%의 Mo, 최대 1.0%의 Cr 및 0.08-0.12%의 C가 되도록 선택되는 것을특징으로 하는아이언-니켈 합금.
제3항 또는 제4항에 있어서, 함량이 (질량%로) 최대 1.0%의 Mn, 최대 1%의 Si, 최대 1%의 Nb 뿐만 아니라, 35-38%의 Ni, 0.4-0.8%의 Mo, 0.1-0.3%의 Cr 및 0.08-0.12%의 C가 되도록 선택되는 것을특징으로 하는아이언-니켈 합금.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, (질량%로) 0.5-7%의 코발트를 첨가하는 것을특징으로 하는아이언-니켈 합금.
제6항에 있어서, 니켈 함량이 (질량%로) 31-45%가 되도록 선택되는 것을특징으로 하는아이언-니켈 합금.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 아이언-니켈 합금을 스크린 및 모니터의 섀도우 마스크 뿐만 아니라 섀도우 마스크의 프레임 부품으로 사용하는 용도.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 아이언-니켈 합금을 열적 마이메탈의 패시브 부품으로 사용하는 용도.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 아이언-니켈 합금을 액화 가스의 제조, 저장 및 운반에 사용하는 용도.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 아이언-니켈 합금을 레이저 기술의 부품으로 사용하는 용도.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 아이언-니켈 합금을 리드 프레임으로 사용하는 용도.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 아이언-니켈 합금을 금속 및 유리를 함계 용융시키기 위하여 사용하는 용도.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 아이언-니켈 합금을 스크린 또는 모니터 섀도우 마스크의 프레임 부품으로 사용하는 용도.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 아이언-니켈 합금을 전자총 부품, 특히 텔레비젼 튜브로 사용하는 용도.