專利名稱：：鈷基高彈性合金及其制造方法,由該合金制成的超薄帶材及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種高彈性合金及其制造方法，由該合金制成的帶材及其制造方法，具體說是鈷基高彈性合金及其制造方法、該合金制成的薄帶及其制造方法。
背景技術(shù)：
：彈性合金按用途可分為一般用途的和特殊用途的兩大類，本發(fā)明涉及的彈性合金是一種具有特殊機械物理性能的金屬功能材料，并屬于該功能材料中的高彈性合金，它們廣泛用于制作航空航天、精密機械和精密儀器儀表等中的彈性元件。高彈性合金應(yīng)具有高的彈性模量、高的抗拉強度、高的彈性極限，高的硬度，有時還要求耐腐蝕、耐高低溫、無磁、導(dǎo)電性等性能，目前應(yīng)用的高彈性合金主要有鐵基、銅基、鎳基和鈷基等幾大類，鈷基高彈性合金是高彈性合金中綜合性能最好的一種，具有優(yōu)異高強硬度、無磁、耐蝕等性能。表1本發(fā)明合金帶桐〖與國外同類合金的性能比較<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>鈷基高彈性合金是CoNiCrMoFe系合金，是通過固溶強化、冷加工強化和時效強化等方式來提高合金的強韌性，這些強化方式與合金成分、加工工藝技術(shù)及組織結(jié)構(gòu)等有密切關(guān)系。由于該合金材料彈性好、強度高、加工硬化快、冷加工變形抗力大、難加工且易碎邊等，因而國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的鈷基高彈性合金帶材厚度均為0.05mm以上，合金材料的主要性能參見表1。現(xiàn)有鈷基高彈性合金帶材主要成分為Co40Nil5Cr20Mo7Fe余，采用單真空冶煉技術(shù)、帶坯1100118(TC固溶處理后，小于60%冷加工率及40050(TC時效熱處理的加工工藝制造。鈷基高彈性合金薄帶的性能和加工需要低的S、P、N2、H2、02等有害元素含量，要求S<0.004%,P<0.02%，H2、O2<10PPm，N2<20PPm?，F(xiàn)有的單真空冶煉不利于消除合金中的氣體和夾雜含量對合金薄帶加工和性能的影響，其制備合金的N2、H2、02氣體含量除H2〈10PPm外，O2<20PPm，N2<50PPm，不能達(dá)到要求；帶坯組織中的夾雜物和沉淀相等在連續(xù)爐固溶處理時受溫度和冷速影響難以充分溶解，獲得良好的單相固溶體，增加后續(xù)薄帶冷加工的困難；冷加工時的加工硬化速率快使得高強度薄帶加工難且易碎邊斷帶、板形控制難等問題，這些技術(shù)難點的存在使得現(xiàn)有技術(shù)不能生產(chǎn)0.05mm厚以下的鈷基高彈性合金帶材。純凈的合金組織是解決上述技術(shù)難點的關(guān)鍵之一。解決鈷基高彈性合金超薄帶材的性能和加工技術(shù)難點，即氣體和夾雜含量對合金薄帶加工和性能的影響。查閱到鈷基高彈性合金帶材的相關(guān)資料文獻(xiàn)如下，德國VAC公司DURATHERM600合金帶材的厚度為0.13mm;法國IMPHY公司PHYNOX合金帶材的厚度為0.05~1.9mm;美國合金ASTMF1058-02(AMS5875C、AMS5876C)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最薄帶材的厚度為0.1lmm;俄羅斯rOCT1411740KXHM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定帶材厚度為0.12.0mm;我國YB/T5253彈性元件用3J21技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定帶材厚度大于O.lmm。專利檢索到JP59169602是與本發(fā)明相關(guān)的鈷基高彈性合金材料，該發(fā)明的鈷基高彈性合金是關(guān)于冷加工率90%以上的絲材；冷軋帶材厚度為0.08~0.1mm，寬度僅為0.96~1.08mm。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是，提供一種鈷基高彈性合金、由該合金制成的超薄帶材及制造方法。在已有的高彈性CoNiCrMo系合金基礎(chǔ)上，通過添加合金強化、細(xì)化晶粒和強化合金組織等元素、采用真空熔煉加真空自耗雙真空冶煉工藝凈化合金組織及獨特的冷軋工藝等獨有技術(shù)，解決合金冷加工變形抗力大、超薄帶材難加工且易碎邊斷帶、板形控制難等技術(shù)難題，制造出0.020.05mm士0.002mm厚度的高精度、高性能鈷基高彈性超薄帶材。表2本發(fā)明合金鋼錠成分表(％Wt)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>*Zr、B元素含量是以配入量計。本發(fā)明具體包括如下四部分內(nèi)容1.本發(fā)明提供的一種鈷基高彈性合金，其化學(xué)成分(按％重量計)如下Co:3842%，Ni:14~17%,Cr:18~22%，Mo:3~7%,W:4,06.5%,Si<1.0%,Mn<2.5%，Nb<1.0%，Zr^0.5%,B<0.1%,C<0.12%,S<0004%,P<0.02%;余Fe。本發(fā)明的合金化學(xué)成分配方實例見表2。這是在Co40Nil5Cr20Mo7Fe余鈷基高彈性合金的基礎(chǔ)上調(diào)整合金強化、細(xì)化晶粒和強化合金組織等元素形成的；Co、Ni、Cr是形成鈷基無磁彈性合金的基本元素；Mo是本合金的固溶強化元素，添加W部分替代Mo，既降低成本，又與Mo共同形成更好的固溶強化和沉淀強化(M23C6)效果，W+Mo<10%;添加細(xì)化晶粒的Nb、Zr、B元素、改善合金加工性能、強化合金組織，B還能強化晶界；控制極低S、P等雜質(zhì)含量，有利于組織純凈、大大改善加工性能、提高合金的強韌性。添加Nb、Zr、B元素和控制極低S、P等雜質(zhì)含量可以在原有固溶強化和沉淀強化的基礎(chǔ)上增加細(xì)化晶粒的組織強化和晶界強化。2、本發(fā)明還提供該鈷基高彈性合金的制造方法。采用真空熔煉加真空自耗熔煉雙真空冶煉工藝。合金采用真空爐冶煉，熔煉的合金經(jīng)精煉后澆注成自耗用的電極圓棒，去帽口剝皮后采用真空自耗爐冶煉成鋼錠。S、P可以通過選擇合適的原材料來控制其含量。在主成份Co,Ni,Cr,Mo，W，F(xiàn)e完全熔化、精煉后，Ar保護(hù)下加入Si、Mn、Nb、Zr、B等元素。3、本發(fā)明還提供的一種包含上述成分的鈷基高彈性合金超薄帶材，帶材厚度為0.02~0.05mm。4、上述鈷基高彈性合金超薄帶材的制造方法，對包括上述合金成分的鋼錠去帽口剝皮后，采用熱鍛軋加工、表面處理、多次冷軋和中間退火開坯；成品坯料固溶處理后，采用一定的冷加工工藝技術(shù)、冷軋成薄帶；最后在還原性氣氛或高真空中通過時效熱處理來提高薄帶性能，最終制造出0.020.05mm士0.002mm厚度的高精度、高性能鈷基高彈性超薄帶材。具體制造步驟如下第一步冷軋坯料準(zhǔn)備自耗鋼錠剝皮后經(jīng)熱鍛、熱軋、坯料表面處理，多次冷軋開坯和在還6原性氣氛保護(hù)下連續(xù)爐中間退火后，在多輥機上冷軋加工到所需厚度的成品冷軋坯料。坯料表面處理工序可以是酸洗和表面拋光，冷軋開坯的中間退火溫度可以是IIO(TC;第二步固溶處理成品冷軋坯料在還原性氣氛保護(hù)下1100115(TC連續(xù)爐進(jìn)行固溶處理；第三步冷加工工藝技術(shù)固溶處理后的帶坯冷變形總量為65%80%(而現(xiàn)有技術(shù)中是小于60%的冷加工變形量)，先大變形量后小變形量，采用多棍軋機經(jīng)多個冷軋道次冷軋出所需厚度的成品薄帶。例如不是將總冷加工變形量均勻的分配到各個冷軋道次，而是先2~3個冷軋道次壓下量達(dá)到冷加工變形量60%以上，后3~5個冷軋道次的冷加工變形量為10~20%。第四步時效熱處理在還原性氣氛或高真空中進(jìn)行(以防薄帶表面氧化)，采用公知的時效熱處理工藝，即400550'C溫度，保溫25小時。本發(fā)明合金薄帶選用Co、Cr、Ni、Fe、W、Mo、Nb、Zr、C、B等元素為合金成分，按一定的合金配比，采用真空熔煉加真空自耗雙真空熔煉技術(shù)冶煉合金鋼錠，降低了N2、H2、02氣體和雜質(zhì)如氧化物、氮化物、硫化物等含量，進(jìn)一步純凈合金組織；合金自耗鋼錠去除帽口、剝皮后，熱鍛、熱軋、表面處理、多次冷軋開坯和連續(xù)爐中間退火(IIO(TC還原性氣氛保護(hù))，獲得的帶坯組織更均勻純凈，保證合金固溶處理時充分溶解，獲得良好的單相固溶體，解決后續(xù)薄帶冷加工的困難；成品冷軋坯料在還原性氣氛保護(hù)下1100115(TC連續(xù)爐固溶處理后，采用先大變形量后多道次小變形量等特殊的冷加工工藝技術(shù)冷軋出所需厚度的成品薄帶，總的冷加工變形量為65~80%，該冷加工工藝技術(shù)可以很好解決因合金加工硬化速率快使得高強度薄帶加工難且易碎邊斷帶、板形難控制等問題；冷軋成品薄帶在高真空或保護(hù)氣氛中進(jìn)行時效熱處理，以防止薄帶表面氧化。采用上述工藝，可以制造出性能和板形良好、精度高(0.02~0.05mm士0.002mm厚)的無磁鈷基高彈性合金超薄帶材，該薄帶具有良好的機械物理性能，加工成彈性元件的一致性好，可以滿足該帶材制作的功能器件小型化、薄型化及器件靈敏性的要求。鈷基高彈性合金超薄帶時效后的彈性及力學(xué)性能如下彈性模量E>200GPa，彈性極限(Jo.Q5〉1600MPa，抗拉強度6b=21002300MPa，延伸率55=2~4%。力學(xué)性能見表3。表3鈷基高彈性合金超薄帶材的力學(xué)性能測試結(jié)果(部分)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>具體實施例方式以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實例1:選擇高質(zhì)量的Co、Cr、Ni、Fe、W、Mo、Nb、Zr等金屬原料，以控制C、S、P等含量；B以Fe-B形式加入。合金成分(。/oWt，見表2中的No.6)如下:Co:40.01,Ni:16.05,Cr:20.76,Mo:3.61，W:5.25，Si:0.30,Mn:2.02,Nb:0.17，Zr:0.5,B:0.02，C:0.079，S:0.0019，P:O.Ol，余:Fe;熔煉采用25Kg真空爐，在主成份完全熔化、精煉20分鐘后，Ar保護(hù)下加入Si、Mn、Nb、Zr、B等元素，出鋼澆注成2根055mm的圓棒；去帽口剝皮后真空自耗成O80mm的鋼錠；鋼錠剝皮后熱鍛成30+、90+、Lmm板坯，剝皮后熱軋成厚度3.5x90xLmm的帶坯；帶坯酸洗、表面拋光在四輥機冷軋開坯，然后在二輥或四輥機上多次冷軋加工和連續(xù)爐中間退火(IIO(TC、氨分解氣體保護(hù))，加工到0.08mm厚度的成品冷軋坯料；最后經(jīng)連續(xù)爐1100115(TC固溶處理(氨分解氣體保護(hù))后，采用二十棍軋機冷軋出0.02mm士0.002mm薄帶成品；成品超薄帶材分剪成10mm寬直條，經(jīng)40055(TC時效熱處理后采用特殊的高強薄帶測試夾具測試其力學(xué)性能，結(jié)果見表4。表4.實施例1的鈷基高彈性合金超薄帶材力學(xué)性能測試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>*該延伸率的標(biāo)距為100mm實例2:選擇高質(zhì)量的Co、Cr、Ni、Fe、W、Mo、Nb、Zr等金屬原料，以控制C、S、P等含量；B以Fe-B形式加入。合金成分(Q/。Wt見表2中的No.2)如下Co:39.8,Ni:16.12,Cr:20,32,Mo:3.64，W:4,73，Si:0.36,Mn:1.88，Nb:0.12,Zr:0.4，B:0.02,C:0.067,S:0.0029，P〈0.010,余:Fe;熔煉采用25Kg真空爐，在主成份完全熔化、精煉20分鐘后，Ar保護(hù)下加入Si、Mn、Nb、Zr、B等元素，出鋼澆注成2根(D55mm的圓棒；去帽口剝皮后真空自耗成O80mm的鋼錠；鋼錠剝皮后熱鍛成30+5x%+5xLmm板坯，剝皮后熱軋成厚度3.5x90xLmm的帶坯；帶坯酸洗、表面拋光在四輥機冷軋開坯，然后在二輥或四輥機上多次冷軋加工和連續(xù)爐中間退火(IIOO'C、氨分解氣體保護(hù))，加工到0.13mm厚度的成品冷軋坯料；最后經(jīng)連續(xù)爐1100115(TC固溶處理(氨分解氣體保護(hù))后，采用二十棍軋機冷軋出0.05mm士0.002mm薄帶成品；成品超薄帶材分剪成10mm寬直條，經(jīng)40055(TC時效熱處理后采用特殊的高強薄帶測試夾具測試其力學(xué)性能，結(jié)果見表5。表5.實施例2的鈷基高彈性合金超薄帶材力學(xué)性能測試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>*該延伸率的標(biāo)距為100mm應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的實施例只是用于說明本發(fā)明而不是限制本發(fā)明，本發(fā)明不限于本文中描述的細(xì)節(jié)。例如，真空爐大小、多輥軋機的型式視實際可用和所加工的成品而定，精煉的時間、澆注的圓棒規(guī)格、真空自耗的鋼錠規(guī)格都視所用的設(shè)備和所加工的成品規(guī)格的實際情況而定；冷軋坯料的表面處理也可以是現(xiàn)有的其它去氧化皮工藝。權(quán)利要求1.一種鈷基高彈性合金，其化學(xué)成分(按％重量計)如下Co:38~42%,Ni:1417%，Cr:1822%，Mo:37%,W:4.0~6.5%,Si<1.0%，Mn<2.5%,Nb<1.0%,ZrS0.5%，B<0.1%,C<0.12%,S<0.004%，P<0.02%，余量Fe。2.—種權(quán)利要求1的鈷基高彈性合金的制造方法，合金采用真空爐冶煉，精煉后澆注成電極圓棒，去帽口剝皮后采用真空自耗爐冶煉成鋼錠。3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，在主成份Co、Ni、Cr、Mo、W、Fe完全熔化、精煉后，在Ar保護(hù)下加入Si、Mn、Nb、Zr、B等其余元素。4.一種鈷基高彈性合金超薄帶材，其化學(xué)成分(按％重量計)如下Co:38~420/0，Ni:1417%,Cr:18~22%，Mo:3~7%，W:4.06.5%,Si<1.0%,Mn<2.5%,Nb<1.0%，Zi^0.5%，B<0.1%,C<0.12%,S<0.004%，P<0.02%，余量Fe，其特征在于，該帶材厚度為0.020.05mm。5.—種權(quán)利要求4的鈷基高彈性合金超薄帶材的制造方法，包括以下工藝步驟(1)冷軋坯料準(zhǔn)備自耗鋼錠剝皮后經(jīng)熱鍛、熱軋、坯料表面處理，多次冷軋開坯和在還原性氣氛保護(hù)下連續(xù)爐中間退火后，在多輥機上冷軋加工到所需厚度的成品冷軋坯料；(2)固溶處理成品冷軋坯料在還原性氣氛保護(hù)下11001150'C連續(xù)爐進(jìn)行固溶處理；(3)冷加工變形總量為65%~80%，先大變形量后小變形量，采用多棍軋機經(jīng)多個冷軋道次冷軋出所需厚度的成品薄帶；(4)時效熱處理在還原性氣氛或高真空中，溫度為400550°C，保溫2~5小時。6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，在步驟(1)中，表面處理工序為帶坯酸洗、表面拋光。7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，連續(xù)爐退火溫度為1100°C。8.根據(jù)權(quán)利要求5至7任一的方法，其特征在于，步驟(3)中，先2~3個冷軋道次壓下量達(dá)到冷加工變形量60%以上，后35個冷軋道次的冷加工變形量為1020%。全文摘要本發(fā)明提供的一種鈷基高彈性合金，其化學(xué)成分(按％重量計)如下Co38～42％，Ni14～17％，Cr18～22％，Mo3～7％，W4.0～6.5％，Si＜1.0％，Mn＜2.5％，Nb＜1.0％，Zr≤0.5％，B＜0.1％，C＜0.12％，S＜0.004％，P＜0.02％；余量Fe。本發(fā)明還提供了，該鈷基高彈性合金的制造方法真空熔煉加真空自耗雙真空熔煉技術(shù)；一種包含上述成分的鈷基高彈性合金超薄帶材，其厚度為0.02～0.05mm；上述鈷基高彈性合金超薄帶材的制造方法，對上述自耗鋼錠，經(jīng)過冷軋坯料準(zhǔn)備，固溶處理后，采用一定的冷加工技術(shù)、冷軋成薄帶，在還原性氣氛或高真空中時效熱處理來提高薄帶性能，最終制造出0.02～0.05mm±0.002mm厚度的高精度、高性能鈷基高彈性超薄帶材。按照本發(fā)明所制造的鈷基高彈性合金超薄帶材不僅具有良好的機械物理性能，而且厚度薄、精度高，加工成彈性元件的一致性好。文檔編號C22C1/02GK101311285SQ20071004132公開日2008年11月26日申請日期2007年5月25日優(yōu)先權(quán)日2007年5月25日發(fā)明者張甫飛,恒徐,樺楊,王明海,胡弘劍,劍黃申請人:寶山鋼鐵股份有限公司