一种定膨胀合金及其制造方法

摘要

本发明提供一种定膨胀合金及其制造方法，在-55℃～400℃温度范围内，该合金膨胀系数稳定在(8.5～10.1)×10-6/℃，合金的化学成分(wt％)为：C≤0.01％，Si≤0.2％，Mn≤0.2％，Ni46.0％～48.0％，Cr3.02％～4.95％，Zr0.03％～0.08％，S＜0.005％，P＜0.02％，余Fe及不可避免的杂质元素。该材料可加工成棒材、丝材、带材，可广泛用于彩色显像管、发光管、真空荧光显示屏等电真空器件的加工制作。

权利要求

1.一种定膨胀合金，其特征在于：化学成分(wt％)为C≤0.01％，Si≤0.2％，Mn≤0.2％，Ni 46.0％～48.0％，Cr 3.02％～4.95％，Zr 0.03％～0.08％，S＜0.005％，-6P＜0.02％，余Fe及不可避免的杂质元素，膨胀系数α-55℃～400℃＝(8.5～10.1)×10 /℃。

2.一种制造如权利要求1所述定膨胀合金的棒材的方法，其特征在于：合金采用真空感应炉冶炼，冶炼过程中要严格控制C的含量，即C≤0.01％，钢锭经1100℃～1200℃加热，并保温40分钟后自由锻Φ10mm～Φ400mm棒材成品，终锻温度应大于850℃。

3.一种制造如权利要求1所述定膨胀合金的丝材的方法，其特征在于：合金采用真空感应炉冶炼，冶炼过程中要严格控制C的含量，即C≤0.01％，钢锭经1100℃～1200℃加热，并保温40分钟后锻成50mm×50mm方坯，再经1100℃～1200℃热轧成盘条；盘条经

800℃～1000℃固溶处理，并水淬，水淬后盘条表面酸洗除去氧化皮，再进行冷拔，冷拔中间软化温度为800℃～1000℃，对于冷拉丝材需进行连续光亮退火处理，退火工艺为：退火温度为1050℃，速度为4m/min～6/min，保护气氛为氢气。

4.一种制造如权利要求1所述定膨胀合金的带材的方法，其特征在于：合金采用真空感应炉冶炼，冶炼过程中要严格控制C的含量，即C≤0.01％，钢锭经1100℃～1200℃加热，并保温40分钟后锻成38mm×200mm扁坯，再热轧成5mm×200mm带坯，然后冷轧，冷轧变形率为50％～60％，冷轧中间软化温度为800℃～1000℃，走带速度为4m/min～6m/min，冷轧至所需厚度，切边后经1050℃连续退火炉热处理。

说明书

一种定膨胀合金及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种定膨胀合金及其制造方法，在-55℃～400℃温度范围内，该合金-6膨胀系数稳定在(8.5～10.1)×10 /℃。

背景技术

[0002] 在电真空领域，导电金属材料与玻璃腔体的封接是一项主要技术，封接质量的好坏直接关系到整个真空器件性能的优劣。而金属和玻璃二者膨胀系数的匹配是保障封接质量的关键。随着真空器件制造水平的提高和应用领域的扩大，对真空器件的温度稳定性要求更高，使用温度范围也更宽，甚至需要在低温下使用。因此，不但要求金属和玻璃的膨胀系数在室温时匹配，而且要求在封接温度甚至负温下，二者膨胀系数也匹配。

[0003] 许多彩色显像管的使用和装配温度范围很宽，达到-55℃～400℃，要求制作销钉-6的合金材料的膨胀系数为αα-55℃～400℃＝(8.5～10.1)×10 /℃。现有定膨胀合金中，能与彩色显像管用钠钙玻璃匹配封接的合金，有的高温区膨胀系数高，而低温区(特别是负温下)的膨胀系数又很低；有的则相反。高低温的膨胀系数相差很大，不能同时满足宽温度范围内封接合金与钠钙玻璃匹配的需要，即具有定膨胀系数的温度区间不够宽。销钉材料-6
通常采用Fe-Cr合金，其膨胀系数为(10.8～11.3)×10 /℃，且温度范围窄(室温以上)，不能满足要求。

发明内容

[0004] 本发明的目的就是通过合金成分设计和必要的冶金手段制备出一种在更宽使用-6温度范围(-55℃～400℃)内膨胀系数稳定在(8.5～10.1)×10 /℃之间的合金材料，以满足电真空器件对金属材料的宽温定膨胀要求。

[0005] 为达到上述目的，本发明的合金化学成分质量百分比为：

[0006] C≤0.01％，Si≤0.2％，Mn≤0.2％，Ni 46.0％～48.0％，Cr3.02％～4.95％，Zr0.03％～0.08％，S＜0.005％，P＜0.02％，余Fe及不可避免的杂质元素。

[0007] 合金采用真空感应炉冶炼。冶炼过程中要严格控制C的含量，C含量要尽可能低，以免在金属与玻璃的封接过程中产生气泡。但为了除去对加工和膨胀性能有害的氧元素需要在真空冶炼时加入随炉C，C的加入量不超过炉料重量的0.02％，钢中残留C含量应低于0.01％。获得宽温定膨胀的关键是控制Ni、Cr含量，通过调整Ni、Cr含量进而调整合金的居里温度，保证合金在低温和高温膨胀系数的稳定性，即保证合金在-55℃～400℃温度范-6
围内，膨胀系数稳定在(8.5～10.1)×10 /℃之间。合理控制Ni、Cr含量是本发明的实质性特点所在。同时，控制Cr含量还有利于提高“合金-玻璃”界面的封接质量，做到膨胀性能指标和封接界面质量的良好统一。

[0008] 钢锭经1100℃～1200℃加热，并保温40分钟后可自由锻Ф10mm～Ф400mm棒材成品，终锻温度应大于850℃。

[0009] 对于丝材，需将钢锭以同样工艺锻成50mm×50mm方坯，再经1100℃～1200℃热轧成盘条；盘条经800℃～1000℃固溶处理，并水淬，水淬后盘条表面酸洗除去氧化皮，再进行冷拔，冷拔中间软化温度为800℃～1000℃。

[0010] 对于带材，钢锭热锻成38mm×200mm扁坯，再热轧成5mm×200mm带坯；然后冷轧。冷轧变形率为50％～60％，冷轧中间软化温度为800℃～1000℃，走带速度为4m/min～
6m/min。冷轧至所需厚度，切边后经1050℃连续退火炉热处理。

[0011] 对于冷拉丝材成品和冷轧带成品材均需进行连续光亮退火处理。退火工艺为：退火温度为1050℃，速度为4m/min～6m/min，保护气氛为氢气。

[0012] 经上述技术方案制成的材料在较宽温度范围具有稳定的膨胀系数，即：α-55℃～400℃-6＝(8.5～10.1)×10 /℃。

[0013] 本发明的贡献在于：为了在-55℃～400℃温度范围获得膨胀系数为(8.5～-610.1)×10 /℃的合金，首先需合理调整Ni、Cr含量，进而调整合金材料的居里温度，使得合金在低温区和高温区的膨胀系数都与所用玻璃膨胀系数匹配，即α-55℃～400℃＝(8.5～-6
10.1)×10 /℃；其次采用真空感应炉冶炼，在充分除气(主要是氧)的前提下，尽量减少C的残留，满足封接工艺要求；添加适量Zr，可以稳定合金膨胀系数，并且改善金属-玻璃界面的封接质量。Cr和Zr的含量的合理调配，既满足了合金宽温度区间的定膨胀要求，又有利于提高合金的封接强度。合金成品材采用光亮退火工艺。

[0014] 该合金在-55℃～400℃温度范围内与钠钙玻璃膨胀系数匹配，可加工制作彩色显像管销钉等电真空器件，扩大了彩色显像管等电真空器件的使用温度范围，提高了彩色显像管图像的温度稳定性。由于其在较大的温度区间特别是负温下具有稳定的膨胀系数，亦可广泛用于发光管、真空荧光显示屏等电真空器件。

[0015] 下面通过实施例具体说明本发明的技术方案。

[0016] 实施例1：

[0017] 合金的化学成分(wt％)为：C 0.01％，Si 0.15％，Mn 0.18％，Ni 47.40％，Cr4.42％，Zr 0.03％，P＜0.02％，S 0.003％，余Fe。合金在真空感应炉中冶炼，浇铸圆钢锭，并在1150℃温度下保温40分钟，锻成Ф10mm成品。然后进行热处理：先850℃保温1小时，水淬。然后加热到320℃保温1小时，随炉冷却。

[0018] 合金膨胀系数测量结果为：

[0019]温度T(℃) -55 -40 -20 100 200 300 400
-6
膨胀系数α(×10 /℃) 8.9 9.0 9.3 9.0 8.8 8.7 8.6

[0020] 实施例2：

[0021] 合金的化学成分(wt％)为：C 0.007％，Si 0.11％，Mn 0.20％，Ni 46.20％，Cr3.02％，Zr 0.05％，P＜0.02％，S 0.003％，余Fe。合金在真空感应炉中冶炼，浇铸圆钢锭，钢锭经1180℃加热，并保温40分钟后锻成50mm×50mm方坯，再经1150℃热轧成盘条；盘条经800℃～1000℃固溶处理，并水淬，水淬后盘条表面酸洗除去氧化皮，再进行冷拔制成品规格，冷拔中间软化温度为800℃～1000℃。

[0022] 合金膨胀系数测量结果为：