(57)【要約】【課題】低い熱膨張係数を有し、さらに耐錆性に優れた低熱膨張合金及びその製造方法を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０〜０．０４％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、Ｍｎ：０．２０〜０．４５％、Ｃｕ：１．５〜３．０％、Ｎｉ：３１．０〜３４．０％、及びＣｏ：２．５〜４．５％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であることを特徴とする低熱膨張合金。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ  ：０〜０．０４％、
Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、
Ｍｎ：０．２０〜０．４５％、
Ｃｕ：１．５〜３．０％、
Ｎｉ：３１．０〜３４．０％、及び
Ｃｏ：２．５〜４．５％
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であることを特徴とする低熱膨張合金。
【請求項２】
２５〜１００℃における平均熱膨張係数が２．０×１０-6／℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の低熱膨張合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は低熱膨張合金に関し、特に、耐錆性に優れた低熱膨張合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロニクスや半導体関連機器、レーザー加工機、超精密加工機器の部品材料として、熱的に安定なインバー合金が広く使用されている。
【０００３】
インバー合金を用いて作製されるカラー受像管用シャドウマスクやＩＣリードフレームなどの電子部品は、非常に微細な加工を施され、黒化処理され、製品化される。この微細加工においては、インバー合金の薄板にフォトレジストを塗布し、感光及び現像を施してレジストパターンをマスクとして選択的にエッチングする。
【０００４】
インバー合金を電子部品の素材として使用する場合には、フォトレジストの密着性やエッチング性が良好であることに加えて、エッチングメーカーにおいて、エッチング工程に入るまでの期間に薄板の表面が錆の発生により変化しないことが求められる。
【０００５】
特許文献１は、電子部品用素材として好適な耐発錆性に優れた電子部品用低熱膨張性合金薄板を開示している。特許文献１の低熱膨張性合金薄板は、Ｎｉ：３０〜５２ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０１〜０．１ｍａｓｓ％、Ｓ：１０〜２０ｍａｓｓ  ｐｐｍを含有することを特徴とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３２７２４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許文献に開示されているインバー合金の熱膨張係数は、近年の要求に対しては、まだ十分とはいえない。
【０００８】
本発明は、室温における熱膨張係数がさらに低く、耐錆性に優れた低熱膨張合金を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、低い熱膨張係数を有し、さらに耐錆性に優れた低熱膨張合金を得る方法を鋭意検討した。その結果、一般的にインバー合金に添加されるＣｏの一部をＣｕに置き換えることに寄って、熱膨張係数の増加を抑えつつ、発錆を大幅に減少させることができることを知見した。
【００１０】
本発明は上記の知見に基づきなされたものであって、その要旨は以下のとおりである。
【００１１】
（１）質量％で、Ｃ：０〜０．０４％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、Ｍｎ：０．２０〜０．４５％、Ｃｕ：１．５〜３．０％、Ｎｉ：３１．０〜３４．０％、及びＣｏ：２．５〜４．５％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であることを特徴とする低熱膨張合金。
【００１２】
（２）２５〜１００℃における平均熱膨張係数が２．０×１０-6／℃以下であることを特徴とする前記（１）に記載の低熱膨張合金。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低い熱膨張係数を有し、さらに耐錆性に優れた低熱膨張合金を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例における浸漬試験後の外観を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明について詳細に説明する。以下、成分組成に関する「％」は特に断りのない限り「質量％」を表すものとする。はじめに、本発明の鋳物の成分組成について説明する。
【００１６】
Ｎｉは、熱膨張係数を低下させる、必須の元素である。Ｎｉ量は多すぎても少なすぎても熱膨張係数が十分に小さくならない。熱膨張係数を十分に小さくするために、Ｎｉ量は３１．０〜３４．０％、好ましくは３２．０〜３２．８％の範囲とする。
【００１７】
Ｃｏは、Ｎｉとの組み合わせにより熱膨張係数の低下に寄与する。所望の熱膨張係数を得るため、Ｃｏの範囲は２．５〜４．５％、好ましくは３．２〜３．８％とする。
【００１８】
Ｃｕは、不純物として含有されるＳにより形成される硫化物の形態を微細に制御し耐錆性を向上させる元素である。本発明の低熱膨張合金においては、一般的に知られるスーパーインバー合金のＣｏの一部をＣｕに置き換えることにより、耐錆性が大幅に増加する。この効果を得るために、Ｃｕ量は１．５％以上とする。一方、Ｃｕ量が多すぎると熱膨張係数が増加するため、Ｃｕ量は３．０％以下とする。
【００１９】
Ｃは、オーステナイトに固溶し強度の上昇に寄与する。Ｃの含有量が多くなると、熱膨張係数が大きくなる。さらに、延性が低下して、鋳造割れが生じやすくなるので、含有量は０．０４％以下、好ましくは０．０１％以下とする。本発明の低熱膨張合金においては、Ｃは必須の元素ではなく、含有量は０でもよい。
【００２０】
Ｓｉは、脱酸材として有効であり、かつ、耐錆性を高める元素である。この効果を得るために、Ｓｉ量は０．１５％以上とする。Ｓｉ量が０．３５％を超えると熱膨張係数が増加するので、Ｓｉ量は０．３５％以下、好ましくは０．３０％以下とする。
【００２１】
Ｍｎは、脱酸材として添加される。また、固溶強化による強度向上にも寄与する。この効果を得るためには、Ｍｎ量を０．２０％以上とする。一方、Ｍｎは硫化物を形成して耐錆性を阻害する元素でもある。耐錆性の低下を抑制するため、Ｍｎ量は０．４５％以下とする。
【００２２】
成分組成の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。不可避的不純物とは、本発明で規定する成分組成を有する鋼を工業的に製造する際に、原料や製造環境等から不可避的に混入するものをいう。具体的には、０．０２％以下のＰ、Ｎ、Ｓ、Ｏ、Ｃａなどが挙げられる。
【００２３】
以上の化学成分を有する合金を、公知の鋳造方法により製造することにより、耐錆性に優れた低熱膨張合金を得ることができる。
【００２４】
本発明の低熱膨張合金の製造に用いる鋳型や、鋳型への溶鋼の注入装置、注入方法は特に限定されるものではなく、公知の装置、方法を用いればよい。製造された鋳造合金を直接切削加工等で加工し、あるいは鍛造後加工し、鋼部品を得ることができる。
【００２５】
得られた鋳造合金に直接、あるいは、鍛造後に、溶体化処理を施す。溶体化処理は、合金を６００〜１０００℃、好ましくは７５０〜８５０℃に加熱し、０．５〜５ｈｒ保持した後、急冷する。冷却速度は１０℃／ｍｉｎ以上が好ましく、１００℃／ｍｉｎ以上がより好ましい。溶体化により、鋳造時に析出した析出物が固溶して、延性、靭性が向上する。
【００２６】
溶体化処理の後に、必要に応じて、３００〜３５０℃で１〜５ｈｒ保持し、その後空冷する応力除去焼きなまし等の公知の熱処理を施してもよい。
【００２７】
本発明の低熱膨張合金は、優れた耐錆性を有している。この効果は、たとえば、湿潤試験による発錆個数により確認することができる。
【実施例】
【００２８】
［実施例１］
表１の合金番号１の成分組成を有する本発明の低熱膨張合金、Ｎｉを３２．５％、Ｃｏを５．２％含有する従来のスーパーインバー合金、及びステンレス鋼（ＳＵＳ  ４０３）を供試材とし、表面に幅０．５ｍｍのカットを入れ、水道水に１か月間浸漬した。
【００２９】
図１に、１か月経過後の外観を示す。（ａ）は本発明の低熱膨張合金、（ｂ）は従来のスーパーインバー合金、（ｃ）はＳＵＳ  ４０３である。従来のスーパーインバー合金ではカット周辺の広範囲に発錆が見られたが、本発明の低熱膨張合金は、ＳＵＳ  ４０３と同様、発錆が抑えられていることが確認できた。
【００３０】
［実施例２］
高周波溶解炉を用いて、表１に示す成分組成となるように調整したＹブロックとインゴットを溶製した。その後、Ｙブロックは溶体化処理を行い鋳造物として、インゴットは、熱間鍛造、溶体化処理を行い鍛造物として、それぞれ発錆確認用試験片、及び熱膨張係数測定用試験片を採取した。
【００３１】
発錆確認試験は、エメリー紙で研磨した３５×２５×厚さ１０ｍｍの試験片を温度８０℃、湿度１００％に保った恒温槽に４０分間保持した後取り出し、表面が乾燥したら再び恒温槽に戻すことを１０回繰り返し、その時の表面に現れた錆の個数を発錆個数とし、３０個以下となることで耐錆性があると判断した。
【００３２】
熱膨張係数測定は、８３０℃で２ｈｒ保持し、平均冷却速度２００℃／ｍｉｎの溶体化処理、さらに３５０℃で５ｈｒ保持後空冷の応力除去焼きなましを施し、２５〜１００℃の平均熱膨張係数を測定した。
【００３３】
本発明の合金は、熱膨張係数が２×１０−６／℃以下、発錆個数３０個以下であったが、これに対し比較例では、熱膨張係数または発錆個数において少なくとも一方で目標の特性が得られなかった。
【００３４】
【表１】
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【図１】
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