(57)【要約】【課題】低い熱膨張係数、高いヤング率及び優れた熱間加工性を有する合金を提供する。【解決手段】本実施形態による低熱膨張合金は、質量％で、Ｃ：０．６〜１．８％、Ｍｎ：０．０５〜２．０％、Ｖ：２．４〜１０．０％、Ｂ：０．００２０％以上かつ式（１）で定義されるＦ１％以下、Ｎｉ：３０．０〜４０．０％、Ｓｉ：０．５％以下及びＡｌ：０．１％以下からなる群から選択される１種以上、Ｃｏ：０〜１０．０％及びＣｒ：０〜３．０％を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、式（２）を満たす化学組成を有し、バナジウム炭化物の体積分率、Ｃ含有量、Ｖ含有量及びＣｒ含有量が式（３）を満たす、低熱膨張合金。  Ｆ１＝（４−（Ｖ−５０．９４／１２．０１×Ｃ＋Ｃｒ））×０．００４３７５  （１）  ３０．０≦Ｎｉ＋Ｃｏ≦４０．０  （２）  ８．５≦バナジウム炭化物の体積分率（％）＋１．８×（Ｖ−５０．９４／１２．０１×Ｃ＋Ｃｒ）  （３）【選択図】図１
2017172045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．６〜１．８％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、
Ｖ：２．４〜１０．０％、
Ｂ：０．００２０％以上かつ式（１）で定義されるＦ１％以下、
Ｎｉ：３０．０〜４０．０％、
Ｓｉ：０．５％以下及びＡｌ：０．１％以下からなる群から選択される１種以上、
Ｃｏ：０〜１０．０％、及び、
Ｃｒ：０〜３．０％、
を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、式（２）を満たす化学組成を有し、
バナジウム炭化物の体積分率、炭素含有量、バナジウム含有量及びクロム含有量が式（３）を満たす、低熱膨張合金。
Ｆ１＝（４−（Ｖ−５０．９４／１２．０１×Ｃ＋Ｃｒ））×０．００４３７５  （１）
３０．０≦Ｎｉ＋Ｃｏ≦４０．０  （２）
８．５≦バナジウム炭化物の体積分率（％）＋１．８×（Ｖ−５０．９４／１２．０１×Ｃ＋Ｃｒ）  （３）
ここで、式（１）〜式（３）の元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【請求項２】
請求項１に記載の低熱膨張合金であって、
前記化学組成は、Ｃｏ：０．１〜１０．０％を含有する、低熱膨張合金。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の低熱膨張合金であって、
前記化学組成は、Ｃｒ：１．０〜３．０％を含有する、低熱膨張合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合金に関し、さらに詳しくは、低熱膨張合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
低熱膨張合金として、インバー（商標）合金が知られている。インバー合金は、自発体積磁歪（インバー効果）により、室温〜３００℃の範囲において、低い熱膨張係数を有する。そのため、熱の影響を受けても寸法が変化しにくい。インバー合金は、工作機械や精密測定機器等、高い寸法精度が求められる装置の部材に利用される。
【０００３】
しかしながら、インバー合金は熱膨張係数が小さい反面、ヤング率が低く、熱間加工性が低い。たとえば、インバー合金のヤング率は１４０ＧＰａ程度であり、一般的な鋼の２／３程度と低い。したがって、剛性が求められる部材にインバー合金を使用しにくい。加えて、インバー合金の熱間加工性の改善が求められている。
【０００４】
特開２０１５−１７８６７２号公報（特許文献１）は、インバー合金のヤング率を高める技術を提案する。特開２００２−２５６３９５号公報（特許文献２）は、インバー合金の捻回特性を高める技術を提案する。特開平０５−１７１３５７号公報（特許文献３）はインバー合金の熱間加工性を高める技術を提案する。
【０００５】
特許文献１に記載された低熱膨張合金は、質量％で、Ｃ：０．２〜２．０％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜２．０％、Ａｌ：０．０１〜０．１４％、Ｖ：０．８〜１０．０％、Ｎｉ：３０．０〜４０．０％、Ｃｏ：０〜１０．０％、及び、Ｎｂ及びＴｉの少なくとも１種：０〜４．０％を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、３０．０≦Ｎｉ＋Ｃｏ≦４０．０を満たす化学組成を有する。低熱膨張合金は、Ｖ、Ｎｂ及びＴｉのいずれかを含む特定炭化物を、体積分率で２．５〜１２．５％含有する。これにより、低い熱膨張係数及び高いヤング率を有する合金が得られる、と特許文献１には記載されている。
【０００６】
特許文献２に記載された低熱膨張合金は、質量％で、Ｃ：０．１〜０．４％、Ｖ：０．５超〜３．０％、及び、Ｎｉ：２５〜５０％を含有し、２≦Ｖ／Ｃ≦９を満たし、残部はＦｅ及び不純物からなる。これにより、高い引張強さ、優れた捻回特性及び低い熱膨張特性を有する低熱膨張合金が得られる、と特許文献２には記載されている。
【０００７】
特許文献３に記載された低熱膨張合金は、Ｃ：０．００３〜０．０２ｗｔ％、Ｓｉ：０．０１〜２．０ｗｔ％、Ｎ：０．０１ｗｔ％以下、Ｍｎ：０．０１〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３０〜５０ｗｔ％、Ｃｒ：０．０１〜１．０ｗｔ％、Ｎｂ：１．０〜３．０ｗｔ％、Ｂ：０．０００５〜０．０１０ｗｔ％及びＳ：０．０１ｗｔ％以下を含有する。低熱膨張合金はさらに、Ｂ＜１５×１０-3（１−０．３２Ｎｂ）の関係を満足してＢ及びＮｂを含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる。これにより、鍛造割れや熱間圧延時の耳割れ現象を抑制し、かつ、低い熱膨張係数及び高い硬度を有する合金が得られる、と特許文献３には記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１５−１７８６７２号公報
【特許文献２】特開２００２−２５６３９５号公報
【特許文献３】特開平０５−１７１３５７号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】E. A. Owen, E. L. Yates, and A. H. Sully: Proc. Phys. Soc. 49, 323(1937)
【非特許文献２】Eremenko V.N., Kharkova A.M., Velikanova T.Y.: Isothermal section of the vanadium-rhenium-carbon system at 1950 °C. Dopovidi Akademii Nauk Ukrains'koi RSR, Seriya A: Fiziko-Matematichni ta Tekhnichni Nauki 5 (1984) 83-85 (in Ukrainian）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１〜特許文献３に記載された技術を用いても、インバー合金の低い熱膨張係数、高いヤング率及び優れた熱間加工性が得られない場合がある。
【００１１】
本発明の目的は、低い熱膨張係数、高いヤング率及び優れた熱間加工性を有する低熱膨張合金を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本実施形態による低熱膨張合金は、質量％で、Ｃ：０．６〜１．８％、Ｍｎ：０．０５〜２．０％、Ｖ：２．４〜１０．０％、Ｂ：０．００２０％以上かつ式（１）で定義されるＦ１％以下、Ｎｉ：３０．０〜４０．０％、Ｓｉ：０．５％以下及びＡｌ：０．１％以下からなる群から選択される１種以上、Ｃｏ：０〜１０．０％、及びＣｒ：０〜３．０％を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、式（２）を満たす化学組成を有する。低熱膨張合金のバナジウム炭化物の体積分率、炭素含有量、バナジウム含有量及びクロム含有量は式（３）を満たす。
Ｆ１＝（４−（Ｖ−５０．９４／１２．０１×Ｃ＋Ｃｒ））×０．００４３７５  （１）
３０．０≦Ｎｉ＋Ｃｏ≦４０．０  （２）
８．５≦バナジウム炭化物の体積分率（％）＋１．８×（Ｖ−５０．９４／１２．０１×Ｃ＋Ｃｒ）  （３）
ここで、式（１）〜式（３）の元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【発明の効果】
【００１３】
本実施形態による低熱膨張合金は、低い熱膨張係数、高いヤング率及び優れた熱間加工性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施例により得られた、ボロン含有量、固溶バナジウム量及びクロム含有量と、熱間加工性との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明者らは、低熱膨張合金の熱膨張係数、ヤング率及び熱間加工性について調査及び検討を行った。その結果、本発明者らは、次の知見を得た。
【００１６】
Ｎｉは、合金の自発体積磁歪を高め、その結果、合金の熱膨張係数を下げる。Ｎｉ含有量が３０〜４０質量％であれば、合金の熱膨張係数が低くなる。ＣｏはＮｉを代替可能である。したがって、化学組成が式（２）を満たせば、合金の熱膨張係数が低くなる。
３０．０≦Ｎｉ＋Ｃｏ≦４０．０  （２）
式（２）の元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【００１７】
合金のヤング率を高めるためには、周期表４〜６族の元素（以下、特定元素と称する）を利用することが有効である。特定元素を析出物と複合化させることで合金のヤング率を高めることができる。しかしながら、この場合、析出物が熱膨張することにより、合金の熱膨張係数が増大する。
【００１８】
したがって、熱膨張係数が低く、かつ、ヤング率の高い化合物を分散させる方法により合金のヤング率を高める。
【００１９】
バナジウム炭化物は、熱膨張係数が低く、かつ、ヤング率が高い。さらに、バナジウム炭化物は、溶解した合金が凝固する過程で容易に晶出する。バナジウム炭化物はさらに、他の特定元素の炭化物と比較して、低温で晶出する。そのため、バナジウム炭化物は、合金中に分散しやすく、合金の熱間加工性及び機械的特性の低下を招きにくい。したがって、合金のヤング率を高める化合物として、バナジウム炭化物を利用する。
【００２０】
さらに、バナジウム及びクロムが合金中に固溶することによっても、合金のヤング率が高まる。したがって、合金中にバナジウム炭化物を分散させ、さらに、合金中にバナジウム及びクロムを固溶させる。これにより、合金のヤング率をさらに高める。具体的には、バナジウム炭化物の体積分率、炭素含有量、バナジウム含有量及びクロム含有量が式（３）を満たせば、合金のヤング率が高まる。
８．５≦バナジウム炭化物の体積分率（％）＋１．８×（Ｖ−５０．９４／１２．０１×Ｃ＋Ｃｒ）  （３）
式（３）の元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【００２１】
本実施形態ではさらに、ボロン（Ｂ）を固溶させることにより合金の熱間加工性を向上させる。しかしながら、ボロンは、バナジウムやクロムと親和性が高く、ホウ化物を形成しやすい。ボロンがバナジウムやクロムとホウ化物を形成すれば、合金の熱間加工性が低下する。
【００２２】
そこで、ボロン含有量、固溶バナジウム量及びクロム含有量の関係を調整して、ホウ化物の形成を抑制する。具体的には、ボロン含有量の上限が式（１）で定義されるＦ１％以下であれば、ホウ化物の形成が抑制される。この場合、合金の熱間加工性が向上する。
Ｆ１＝（４−（Ｖ−５０．９４／１２．０１×Ｃ＋Ｃｒ））×０．００４３７５  （１）
ここで、式（１）の元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【００２３】
図１は、後述する実施例の試験結果をプロットした図である。図１の横軸は合金のボロン含有量であり、縦軸は（Ｖ−５０．９４／１２．０１×Ｃ＋Ｃｒ）である。図１中、「○」印は、絞り値が５０％以上であったことを示す。図１中、「●」印は、絞り値が５０％未満であったことを示す。図１中、傾斜した破線は式：Ｆ１＝（４−（Ｖ−５０．９４／１２．０１×Ｃ＋Ｃｒ））×０．００４３７５を表す。ここで、上記式の元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【００２４】
図１を参照して、合金のボロン含有量及び（Ｖ−５０．９４／１２．０１×Ｃ＋Ｃｒ）が適切に調整されることにより、合金の熱間加工性が向上する。具体的には、ボロン含有量が０．００２０％以上であり、かつ、Ｆ１％以下である場合（図１中の破線領域内である場合）、合金の熱間加工性が向上する。
【００２５】
以上の知見に基づいて完成した本実施形態による低熱膨張合金は、質量％で、Ｃ：０．６〜１．８％、Ｍｎ：０．０５〜２．０％、Ｖ：２．４〜１０．０％、Ｂ：０．００２０％以上かつ式（１）で定義されるＦ１％以下、Ｎｉ：３０．０〜４０．０％、Ｓｉ：０．５％以下及びＡｌ：０．１％以下からなる群から選択される１種以上、Ｃｏ：０〜１０．０％、及び、Ｃｒ：０〜３．０％、を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、式（２）を満たす化学組成を有する。低熱膨張合金のバナジウム炭化物の体積分率、炭素含有量、バナジウム含有量及びクロム含有量は式（３）を満たす。
Ｆ１＝（４−（Ｖ−５０．９４／１２．０１×Ｃ＋Ｃｒ））×０．００４３７５  （１）
３０．０≦Ｎｉ＋Ｃｏ≦４０．０  （２）
８．５≦バナジウム炭化物の体積分率（％）＋１．８×（Ｖ−５０．９４／１２．０１×Ｃ＋Ｃｒ）  （３）
ここで、式（１）〜式（３）の元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【００２６】
上記低熱膨張合金の化学組成は、Ｃｏ：０．１〜１０．０％を含有してもよい。
【００２７】
上記低熱膨張合金の化学組成は、Ｃｒ：１．０〜３．０％を含有してもよい。
【００２８】
以下、本実施形態の低熱膨張合金について詳しく説明する。
【００２９】
［化学組成］
本実施形態の低熱膨張合金は、次の化学組成を有する。化学組成について「％」は、特に断りが無い限り質量％を意味する。
【００３０】
Ｃ：０．６〜１．８％
炭素（Ｃ）は、バナジウム（Ｖ）と結合してバナジウム炭化物を形成する。バナジウム炭化物のヤング率は高い。さらに、バナジウム炭化物の熱膨張係数は低く、オーステナイトの半分程度である。したがって、バナジウム炭化物は、合金の熱膨張率の上昇を抑えつつ、ヤング率を高める。Ｃ含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Ｃ含有量が高すぎれば、Ｃが母相であるオーステナイト相中に固溶する。Ｃが母相に固溶すれば、熱膨張係数が増大する。したがって、Ｃ含有量は０．６〜１．８％である。Ｃ含有量の下限は、好ましくは０．７％であり、より好ましくは０．７５％であり、さらに好ましくは０．８％である。Ｃ含有量の上限は、好ましくは１．５％であり、より好ましくは１．４％であり、さらに好ましくは１．３％である。
【００３１】
Ｍｎ：０．０５〜２．０％
マンガン（Ｍｎ）は不純物である硫黄（Ｓ）と結合し、合金の熱間加工性を改善する。Ｍｎ含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Ｍｎ含有量が高すぎれば、合金の自発体積磁歪が減少する。その結果、合金の熱膨張係数が高まる。したがって、Ｍｎ含有量は０．０５〜２．０％である。Ｍｎ含有量の下限は、好ましくは０．０５％よりも高く、より好ましくは０．０８％であり、さらに好ましくは０．１５％である。Ｍｎ含有量の上限は、好ましくは２．０％未満であり、より好ましくは１．０％である。
【００３２】
Ｖ：２．４〜１０．０％
バナジウム（Ｖ）は炭素（Ｃ）と結合してバナジウム炭化物として合金中に晶出する。これにより、合金の熱膨張係数の増加を抑えつつ、合金のヤング率を高めることができる。また、Ｖが合金中に固溶することによっても、合金のヤング率が高まる。Ｖ含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Ｖ含有量が高すぎれば、Ｖが母相に過剰に固溶して、合金の熱膨張係数が増大する。Ｖ含有量が高すぎればさらに、バナジウム炭化物が粗大化し、合金の熱間加工性が低下する。したがって、Ｖ含有量は２．４〜１０．０％である。Ｖ含有量の下限は、好ましくは２．８％であり、より好ましくは３．０％であり、さらに好ましくは３．２％である。Ｖ含有量の上限は、好ましくは１０．０％未満であり、より好ましくは８．０％であり、さらに好ましくは６．０％である。
【００３３】
Ｂ：０．００２０％以上かつ式（１）で定義されるＦ１％以下
Ｆ１＝（４−（Ｖ−５０．９４／１２．０１×Ｃ＋Ｃｒ））×０．００４３７５  （１）
式（１）の元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
ボロン（Ｂ）は合金中に固溶して合金の熱間加工性を向上する。Ｂ含有量が低すぎれば、この効果が得られない。Ｂ含有量が０．００２０％以上であれば、上記効果が得られる。
【００３４】
上述のとおり、Ｂは合金中に固溶して合金の熱間加工性を向上する。しかしながら、ＢはＶ及びＣｒとの親和性が高いため、Ｂ含有量が高すぎれば、ＢがＶ及びＣｒと結合してホウ化物を形成する。ＢがＶ及びＣｒとホウ化物を形成すれば、合金の熱間加工性が低下する。そこで、Ｂ含有量、固溶Ｖ量及びＣｒ含有量の関係を調整することで、ホウ化物の形成を抑制する。これにより、合金の熱間加工性を向上させる。
【００３５】
Ｆ１は固溶Ｖ量とＣｒ含有量の和の指標である。バナジウム炭化物は主にＶ及びＣで形成されるため、（Ｖ−５０．９４／１２．０１×Ｃ＋Ｃｒ）は固溶Ｖ量とＣｒ含有量の質量％の和を表す。Ｆ１中の５０．９４はＶの原子量、１２．０１はＣの原子量である。Ｂ含有量がＦ１％以下であれば、Ｂ含有量、固溶Ｖ量及びＣｒ含有量が適切に調整され、ホウ化物の形成が抑制されるため、合金の熱間加工性が向上する。したがって、Ｂ含有量は０．００２０％以上かつＦ１％以下である。Ｂ含有量の下限は、好ましくは０．００３０％であり、より好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００５０％である。
【００３６】
Ｎｉ：３０．０〜４０．０％
ニッケル（Ｎｉ）は、合金の自発体積磁歪を高め、その結果、合金の熱膨張係数を下げる。Ｎｉ含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Ｎｉ含有量が高すぎれば、合金の熱膨張係数がかえって増大する。したがって、Ｎｉ含有量は３０．０〜４０．０％である。Ｎｉ含有量の下限は、好ましくは３０．０％よりも高く、より好ましくは３２．０％であり、さらに好ましくは３３．０％である。Ｎｉ含有量の上限は、好ましくは４０．０％未満であり、より好ましくは３８．０％であり、さらに好ましくは３５．０％である。
【００３７】
低熱膨張合金はさらに、Ｓｉ及びＡｌからなる群から選択される１種以上を含有する。
【００３８】
Ｓｉ：０．５％以下
シリコン（Ｓｉ）は合金を脱酸する。しかしながら、Ｓｉ含有量が高すぎれば、合金の自発体積磁歪が減少し、合金の熱膨張係数が高まる。したがって、Ｓｉ含有量は０．５％以下である。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０１％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．３％であり、より好ましくは０．２％である。
【００３９】
Ａｌ：０．１％以下
アルミニウム（Ａｌ）は合金を脱酸する。しかしながら、Ａｌ含有量が高すぎれば、合金の自発体積磁歪が減少する。その結果、合金の熱膨張係数が高まる。したがって、Ａｌ含有量は０．１％以下である。Ａｌ含有量の下限は、好ましくは０．０１％であり、より好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％である。Ａｌ含有量の上限は、好ましくは０．１％未満であり、より好ましくは０．０５％である。本実施形態において、Ａｌ含有量とは、全Ａｌの含有量である。
【００４０】
本実施形態の低熱膨張合金の残部はＦｅ及び不純物である。ここで、不純物とは、合金を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから混入されるものであって、本実施形態の低熱膨張合金に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。不純物はたとえば、燐（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）等である。
【００４１】
本実施形態の低熱膨張合金はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃｏを含有してもよい。
【００４２】
Ｃｏ：０〜１０．０％
コバルト（Ｃｏ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有された場合、Ｃｏは合金の熱膨張係数を低下する。しかしながら、Ｃｏ含有量が高すぎれば、熱膨張係数がかえって増大する。したがって、Ｃｏ含有量は０〜１０．０％である。Ｃｏ含有量の下限は、好ましくは０．１％であり、より好ましくは２．０％であり、さらに好ましくは４．０％である。Ｃｏ含有量の上限は、好ましくは１０．０％未満であり、より好ましくは８．０％であり、さらに好ましくは６．０％である。
【００４３】
本実施形態の低熱膨張合金はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃｒを含有してもよい。
【００４４】
Ｃｒ：０〜３．０％
クロム（Ｃｒ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有された場合、Ｃｒは合金中に固溶して、合金のヤング率を高める。しかしながら、Ｃｒの含有量が高すぎれば、過剰に多く固溶したＣｒにより熱膨張係数が増大する。したがって、Ｃｒ含有量は０〜３．０％である。Ｃｒ含有量の下限は、好ましくは１．０％であり、より好ましくは１．５％である。Ｃｒ含有量の上限は、好ましくは２．５％であり、より好ましくは２．０％である。
【００４５】
［式（２）について］
上記化学組成はさらに、式（２）を満たす。
３０．０≦Ｎｉ＋Ｃｏ≦４０．０  （２）
式（２）の元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【００４６】
Ｆ２＝Ｎｉ＋Ｃｏと定義する。Ｆ２は、合金中のＮｉ及びＣｏの合計含有量である。上述のとおり、合金のＮｉ含有量が３０．０〜４０．０％であれば、合金の熱膨張係数が低くなる。ＣｏはＮｉと同様の作用を有する。したがって、Ｆ２が式（２）を満たせば、合金の熱膨張係数が低下する。Ｆ２が低すぎれば、又は、Ｆ２が高すぎれば、熱膨張係数が高くなる。したがって、Ｆ２は３０．０〜４０．０である。Ｆ２の下限は、好ましくは３２．０であり、さらに好ましくは３３．０である。Ｆ２の上限は、好ましくは３８．０である。
【００４７】
［式（３）について］
上記化学組成及びバナジウム炭化物の体積分率は、式（３）を満たす。
８．５≦バナジウム炭化物の体積分率（％）＋１．８×（Ｖ−５０．９４／１２．０１×Ｃ＋Ｃｒ）  （３）
ここで、式（３）の元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【００４８】
本実施形態では、合金中にバナジウム炭化物を分散させることで、合金のヤング率を高める。本実施形態ではさらに、合金中に固溶したバナジウム及びクロムにより、合金のヤング率をさらに高める。式（３）中、「Ｖ−５０．９４／１２．０１×Ｃ＋Ｃｒ」は固溶バナジウム量及びクロム含有量の和を表す。バナジウム炭化物の体積分率、固溶バナジウム量及びクロム含有量が式（３）を満たせば、合金のヤング率が高まる。
【００４９】
バナジウム炭化物の体積分率は次の方法で測定する。１０％ＡＡ系電解液（１０％アセチルアセトン‐１％テトラメチルアンモニウムクロライド‐メタノール電解液）を用いて試験材を電解する。電解時の電流は２０ｍＡ／ｃｍ2とする。電解液を２００ｎｍのフィルターでろ過して残渣の質量を測定する。電解前の試験材の質量と電解後の試験材の質量から電解量を求める。残渣が全てバナジウム炭化物であると仮定し、電解量と残渣の質量とから、バナジウム炭化物のモル分率を算出する。次に、求めたモル分率を用い、マトリクスの格子定数と、バナジウム炭化物の格子定数に基づいて、バナジウム炭化物の体積分率（体積％）を算出する。マトリクスの格子定数は、非特許文献１のインバー合金の３．５９Åを、特定炭化物の格子定数は、非特許文献２のＶＣの４．１７Åを用いる。上記方法では、長径が２００ｎｍ未満のバナジウム炭化物は残渣には含まれない。しかしながら、長径が２００ｎｍ未満のバナジウム炭化物は顕著に少ないため、無視できる。
【００５０】
［製造方法］
上述の低熱膨張合金の製造方法の一例は次のとおりである。上記化学組成を有する溶鋼を製造する。溶鋼を用いて造塊法によりインゴットを製造する。製造されたインゴットに対して、熱間加工を実施して合金を製造する。熱間加工はたとえば、熱間鍛造である。熱間鍛造温度はたとえば、８５０〜１１５０℃である。溶解された合金を鋳造してそのまま合金材としてもよい。熱間鍛造後又は鋳造後の合金に対して、溶体化処理等の熱処理を実施してもよい。熱処理を施しても、バナジウム炭化物の体積分率はほとんど変化しない。本実施形態の低熱膨張合金では、炭素（Ｃ）は炭化物として晶出する。
【００５１】
以上の工程により、本実施形態の低熱膨張合金を製造できる。
【実施例】
【００５２】
表１に示す化学組成の供試材を準備した。
【００５３】
【表１】
2017172045.tif 000003
【００５４】
各供試材を真空中で誘導溶解し、３０ｋｇ、直径１００ｍｍのインゴットを製造した。製造されたインゴットを１２００℃に加熱した後、８５０〜１１５０℃で熱間鍛造し、厚さ１６ｍｍの板材とした。
【００５５】
［バナジウム炭化物の体積分率の測定試験］
上記板材から長さ５０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの試験片を作製した。上述の方法により、バナジウム炭化物の体積分率（％）を測定した。結果を表２に示す。
【００５６】
［熱膨張係数測定試験］
上記板材から直径３ｍｍ、長さ１５ｍｍの試験片を作製した。試験片を用いて、熱膨張係数を求めた。具体的には、水平示差検出方式の測定装置を用いて、５℃／ｍｉｎの速度で昇温し、３０〜１００℃の平均熱膨張係数を求めた。結果を表２に示す。
【００５７】
［ヤング率測定試験］
上記板材から長さ６０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの試験片を作製した。試験片を用いてヤング率を求めた。具体的には、横共振法の測定装置を用いて、ヤング率を求めた。結果を表２に示す。
【００５８】
［熱間引張試験］
インゴットから試験片を切り出し、試験片に対して、グリーブル試験機による定ひずみ速度熱間引張試験を実施した。具体的には、上記インゴットから、インゴットの柱状晶成長方向に対し、試験片の軸が垂直になるよう、平行部の直径が６ｍｍ、平行部の長さが６５ｍｍの引張試験片を採取した。真空下で、試験片を１１００℃で３分間保持した後、１分間で１０００℃まで冷却し、その温度で１０／ｓのひずみ速度で引張って破断し、絞り値を求めた。結果を表２に示す。
【００５９】
【表２】
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【００６０】
［試験結果］
表１及び表２を参照して、試験番号１〜試験番号８、試験番号２４及び試験番号２７〜試験番号３０の合金の化学組成は適切であり、式（２）及び式（３）を満たした。そのため、これらの試験番号の合金の熱膨張係数は４×１０-6／℃以下であり、ヤング率は１６０ＧＰａ以上であり、絞り値は５０％以上であった。
【００６１】
一方、試験番号９及び試験番号１０の合金は式（３）を満たさなかった。そのため、試験番号９及び試験番号１０の合金のヤング率は１６０ＧＰａ未満であった。
【００６２】
試験番号１１の合金では、Ｂ含有量がＦ１を超え、かつ、式（３）を満たさなかった。そのため、試験番号１１の合金のヤング率は１６０ＧＰａ未満であり、絞り値は５０％未満であった。
【００６３】
試験番号１２〜試験番号１５の合金では、Ｂ含有量がＦ１を超えた。そのため、試験番号１２〜試験番号１５の合金の絞り値は５０％未満であった。
【００６４】
試験番号１６〜試験番号２０の合金は、Ｂ含有量が０．００２０％未満であった。そのため、試験番号１６〜試験番号２０の合金の絞り値は５０％未満であった。
【００６５】
試験番号２１の合金では、Ｂ含有量がＦ１を超えた。そのため、試験番号２１の合金では、絞り値が５０％未満であった。
【００６６】
試験番号２２の合金では、Ｃ含有量が１．９０％と高く、Ｖ含有量が１０．５０％と高かった。そのため、試験番号２２の合金では、熱膨張係数が４．０×１０-6／℃を超え、絞り値が５０％未満であった。
【００６７】
試験番号２３の合金では、Ｃ含有量が０．２０％と低く、Ｖ含有量が０．９０％と低かった。そのため、試験番号２３の合金では、ヤング率が１６０ＧＰａ未満であった。
【００６８】
試験番号２５の合金では、Ｎｉ含有量が低く、式（２）を満たさなかった。そのため、試験番号２５の合金では、熱膨張係数が４．０×１０-6／℃を超えた。
【００６９】
試験番号２６の合金では、Ｎｉ含有量が高く、式（２）を満たさなかった。そのため、試験番号２６の合金では、熱膨張係数が４．０×１０-6／℃を超えた。
【００７０】
試験番号３１の合金では、Ｃｒ含有量が高く、Ｂ含有量がＦ１を超えた。そのため、熱膨張係数が４．０×１０-6／℃を超え、絞り値が５０％未満であった。
【００７１】
試験番号３２の合金では、Ｃｒ含有量は適切であったが、Ｂ含有量がＦ１を超えた。そのため、絞り値が５０％未満であった。
【００７２】
試験番号３３の合金では、Ｎｉ含有量及びＣｏ含有量は適切であったが、式（２）を満たさなかった。そのため、試験番号３３の合金では、熱膨張係数が４．０×１０-6／℃を超えた。
【００７３】
以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。
【図１】
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