低熱膨脹鑄鋼品及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及具有低的熱膨脹系數(shù)的低熱膨脹鑄鋼品及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為電子和/或半導(dǎo)體相關(guān)設(shè)備、激光加工機(jī)、超精密加工設(shè)備的部件材料，廣泛 使用在熱學(xué)上穩(wěn)定的因瓦合金。
[0003] 專利文獻(xiàn) 1 中公開了含有Ni:29· 5 ~35%、Co:2· 0 ~7. 0%、Cr:0· 001 ~2. 0% 的、熱膨脹系數(shù)為0. 5X10 6/°C~2. 0X10 6/°C的低熱膨脹合金。該合金通過在均質(zhì)固溶處 理之后，進(jìn)行淬火或者以1°C/秒以下的速度冷卻來進(jìn)行退火后，進(jìn)行10%以上的冷乳加工 來獲得。
[0004] 專利文獻(xiàn)2中公開了含有Co:65%以下、Ni:30%以下、Cr:10%以下，且Co和Ni 的合計含量為25~65%的低熱膨脹線。專利文獻(xiàn)2還公開了通過冷加工來使低熱膨脹線 的奧氏體相的一部分相變?yōu)榧庸ふT發(fā)馬氏體相的方法。
[0005] 專利文獻(xiàn)3中公開了含有Ni:0· 03~1. 5%、Ni與Co的合計：53~55%、Cr:9~ 10%的低熱膨脹合金。專利文獻(xiàn)3還公開了將合金在650~900°C下退火后，在爐內(nèi)以小于 20°C/分鐘的速度冷卻的方法。
[0006] 在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利第2796966號公報
[0009] 專利文獻(xiàn)2:特開平6-279945號公報
[0010] 專利文獻(xiàn)3 :日本專利第5534150號公報
[0011] 非專利文獻(xiàn)
[0012] 非專利文獻(xiàn)1 :鑄造技術(shù)講座編輯委員會編（1967)，鋼鑄件，日刊工業(yè)新聞社， ρ· 3 ~32

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 一般地，具有復(fù)雜的形狀的構(gòu)件，從制造的容易度出發(fā)，不進(jìn)行機(jī)械加工和/或焊 接而使用鑄鋼品。鑄鋼品通過向鑄模澆注熔液，能夠得到從小型的部件到大型的部件的任 意形狀，因此具有制造容易的優(yōu)點。
[0014] 迄今為止，對于樣品級的因瓦合金，如上所述，完成了各種發(fā)明。但是，在所有的 部位熱膨脹系數(shù)顯示低的值的、特別是重量為10kg以上那樣的大型的鑄鋼品不曾被報道 過?？梢哉J(rèn)為這是因為在利用鑄模進(jìn)行的凝固中，在大致垂直于鑄模壁面的方向產(chǎn)生溫度 梯度，凝固從壁面朝向中心進(jìn)行，但特別是在為大型、或者形狀復(fù)雜的情況下，難以使鑄鋼 品整體成為一樣的組織。
[0015] 本發(fā)明的課題是解決上述的問題，提供即使是重量為10kg以上那樣的大型也在 所有的部位具有低的熱膨脹系數(shù)的鑄鋼品及其制造方法。
[0016] 本發(fā)明人對制造特別是即使重量為10kg以上那樣的大型，在所有的部位熱膨脹 系數(shù)也顯示低的值的鑄鋼品的方法進(jìn)行了專心研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)：通過將鑄造后的鑄鋼品 強制冷卻至Ms點以下來使一部分或者大部分進(jìn)行馬氏體相變后，再次加熱而將馬氏體組 織進(jìn)行奧氏體化，其后，以規(guī)定的速度進(jìn)行冷卻，由此如果是通常的鑄鋼品則成為1~1〇_ 左右的大小的奧氏體晶粒的組織（例如參照非專利文獻(xiàn)1)遍及鑄鋼品的整體地成為不能 由通常的凝固的組織控制得到的微細(xì)的組織，其結(jié)果，即使鑄鋼品為大型也能夠制造不論 在哪個部位熱膨脹系數(shù)都低的鑄鋼品。本發(fā)明是基于上述的見解完成的，其要旨如下。
[0017] (1) -種低熱膨脹鑄鋼品，其特征在于，成分組成按質(zhì)量％計含有C:0. 04%以下、 Ni:31~34%以及Co:2~6%，余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)，奧氏體組織的平均晶體粒 徑為200μπι以下，18~28°C時的熱膨脹系數(shù)為0. 2X10 6/°C以下。
[0018] (2)根據(jù)上述（1)所述的低熱膨脹鑄鋼品，其特征在于，重量為10kg以上。
[0019] (3)根據(jù)上述（1)或（2)所述的低熱膨脹鑄鋼品，其特征在于，最大壁厚為35mm以 上。
[0020] (4) -種低熱膨脹鑄鋼品的制造方法，其特征在于，依次具備以下工序：
[0021] 低溫處理工序，該工序?qū)㈣T鋼品冷卻至Ms點以下，在Ms點以下的溫度保持0. 5~ 3小時后升溫至室溫，所述鑄鋼品的成分組成按質(zhì)量％計含有C:0.04%以下、Ni:31~ 34%以及Co:2~6%，余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)；
[0022] 再結(jié)晶處理工序，該工序?qū)嵤┝说蜏靥幚淼蔫T鋼品加熱至800~1100°C并保持 0. 5~5小時；和
[0023] 冷卻工序，該工序?qū)嵤┝嗽俳Y(jié)晶處理的鑄鋼品以使650°C~300°C的區(qū)間的冷 卻速度為30°C/分鐘以上的條件進(jìn)行急冷。
[0024] (5)根據(jù)上述（4)所述的低熱膨脹鑄鋼品的制造方法，其特征在于，在上述低溫處 理工序之前還具備固溶處理工序，所述固溶處理工序?qū)㈣T鋼品加熱至800~1100°C并保持 0. 5~5小時。
[0025] (6)根據(jù)上述（3)所述的低熱膨脹鑄鋼品的制造方法，其特征在于，在上述低溫處 理工序之前還具備擴(kuò)散處理工序，所述擴(kuò)散處理工序?qū)㈣T鋼品在1100~1300°C保持5~ 50小時。
[0026] (7)根據(jù)上述（5)所述的低熱膨脹鑄鋼品的制造方法，其特征在于，在上述固溶處 理工序之前還具備擴(kuò)散處理工序，所述擴(kuò)散處理工序?qū)㈣T鋼品在1100~1300°C保持5~ 50小時。
[0027] (8)根據(jù)上述⑷~（7)的任一項所述的低熱膨脹鑄鋼品的制造方法，在上述低溫 處理工序與上述再結(jié)晶處理工序之間還具備調(diào)質(zhì)處理工序，所述調(diào)質(zhì)處理工序?qū)㈣T鋼品在 300~400°C保持1~10小時。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明，通過對鑄造后的鑄鋼品實施規(guī)定的熱處理，使鑄鋼品的整體成為晶 體粒徑小的組織，由此能夠得到在所有的部位熱膨脹系數(shù)低的鑄鋼品，因此能夠適用于在 熱學(xué)上穩(wěn)定且需要復(fù)雜的形狀的大型部件等。
【附圖說明】
[0029] 圖1是對鑄鋼品實施了低溫處理后的組織的一例。
[0030] 圖2是對鑄鋼品實施了再結(jié)晶處理的組織的一例。
[0031] 圖3是對鑄鋼品實施了固溶處理后的組織的一例。
【具體實施方式】
[0032] 以下對本發(fā)明詳細(xì)地說明。以下，關(guān)于成分組成的" ％ "只要沒有特別說明則表示 "質(zhì)量％"。起初，對本發(fā)明的鑄鋼品的成分組成進(jìn)行說明。在本發(fā)明中，特別是對于大型的 鑄鋼品，為了使鑄鋼品整體的熱膨脹系數(shù)為低的值，需要嚴(yán)密地控制成分組成。
[0033] Ni是使熱膨脹系數(shù)降低的元素。Ni量不論過多還是過少，熱膨脹系數(shù)都不會變得 充分小。另外，若Ni量過多則難以通過冷卻來使馬氏體相變發(fā)生。為了遍及大型的鑄鋼品 整體地使熱膨脹系數(shù)為低的值，需要將Ni量控制在狹窄的范圍。具體地講，Ni規(guī)定為31~ 34%的范圍。
[0034]Co通過與Ni組合有助于降低熱膨脹系數(shù)。為了得到所希望的熱膨脹系數(shù)，Co的 范圍規(guī)定為2~6%。
[0035] C在奧氏體中固溶，有助于強度的上升。但是，C在再結(jié)晶處理工序中固溶于基體 中并在冷卻時析出，增大熱膨脹系數(shù)。為了使熱膨脹系數(shù)為〇. 2X10 6/°C以下，需要使C的 析出量較低。因此，其量規(guī)定為0.04%以下。
[0036] Si、Mn以及A1作為脫氧劑被添加。在本發(fā)明中，為了制作沒有噴火的健全的鑄鋼 品，只要分別添加脫氧所需要的最小限度的量即可。添加量分別規(guī)定為Si:0. 3%以下、Μη: 0. 5%以下以及Α1 :0. 2%以下。
[0037] 成分組成的余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)。所謂不可避免的雜質(zhì)，是指在工業(yè)性 地制造具有本發(fā)明中規(guī)定的成分組成的鋼時，從原料、制造環(huán)境等不可避免地混入的物質(zhì)， 而不是有意地使鋼中含有的物質(zhì)。
[0038] 具體地可舉出S、P、Cu、Cr等。這些元素不可避免地混入的情況下的含量為P: 0.01 %以下、S:0.01 %以下、Cu:0.01 %以下、Cr:0.01 %以下左右。再者，C、Si、Mn和A1也 有時即使不意圖含有也作為不可避免的雜質(zhì)而混入，但只要在上述的含量的范圍就沒有問 題。
[0039] 本發(fā)明的鑄鋼品的組織是平均粒徑為200μπι以下的奧氏體組織。組織以微細(xì)的 等軸晶為中心。雖并不必