低热膨胀铸造合金及其制造方法技术

一种低热膨胀铸造合金，以质量％计，含有C：超过0.02％且为0.15％以下、Si：0.3％以下、Mn：0.25～0.6％、Ni：29～32.5％、Co：5～9.5％，且在将C含量(质量％)表示为[C]、将Co含量(质量％)表示为[Co]时，它们为满足(a)[Co]≥40×[C]+3、(b)[C]≤0.15、(c)[Co]≤(70/3)×[C]+6、(d)[C]＞0.02、(e)[Co]≥‑20×[C]+6的范围，在将Ni含量(质量％)用[Ni]表示、将Co含量(质量％)用[Co]表示时，被表示为[Ni]+0.8×[Co]的Ni等量为35.5～36.5％的范围，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及例如适于半导体制造装置等超精密设备部件的热膨胀极小的低热膨胀铸造合金及其制造方法。
技术介绍
一直以来，出于维持、提高超精密设备精度的目的而使用低热膨胀合金，其中，32％Ni-5％Co-剩余部分Fe的合金(以下，称为超因瓦合金(super invar))在室温附近的热膨胀系数为1×10-6/℃以下，轧制材料、锻造材料(以下，称为钢材)已商品化且已市售(例如非专利文献1)。另外，专利文献1中提出了由以重量％计含有C：0.1％以下、Ni：30～34％、Co：4～6％的铁基合金构成，含有Mn：0.1～1.0％和S：0.02～0.15％，并且Mn/54.94＞S/32.06的易切削性低热膨胀铸件用合金。另一方面，专利文献2和专利文献3中记载了分别将热膨胀系数为0.5×10-6/℃的超因瓦合金用于微波导波管的共振器和半导体液浸曝光装置的晶片台。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2002-206142号公报专利文献2：日本特开2010-206615号公报专利文献3：日本特开2005-183416号公报非专利文献非专利文献1：株式会社不二越，技术资料，[平成26年3月7日检索]，网络＜URL:HTTP://www.nachi-fujikoshi.co.jp/kou/fm_alloy/fm _alloy_exeo.pdf＞
技术实现思路
然而，对于上述超因瓦合金钢材，为了可靠地得到1×10-6/℃以下的热膨胀系数，必须将C抑制为0.02％以下的杂质水平。根据本专利技术人的见解，对这样的低C的超因瓦合金进行大气熔解而铸造时，经常发生气体缺陷，工业制造非常困难，因此需要进行真空熔解。对通常的铸造业者而言，使用昂贵的设备进行复杂的操作并不现实，事实上不可能制造低C的超因瓦合金铸造品。另一方面，专利文献1的低热膨胀铸件用合金的Ni含量和Co含量与超因瓦合金同等，允许C的含量到0.1％以下这样能够进行大气铸造的范围，但实施例中仅公开C含量为0.008～0.011％这样极低的合金，只不过显示出在这样极低的C含量下热膨胀系数为0.773×10-6/℃以下而已。即，专利文献1中启示了为了得到1×10-6/℃以下的热膨胀系数而必须使C为0.01％左右的极低的值。因此，专利文献1虽然有能够提供适于制造薄壁大型铸件的合金的记载，但实际上需要降低C含量，因此还是认为大气熔解、铸造是非常难的，通常的铸造业者难以使用专利文献1的技术来在工业上利用铸造合金。另外，非专利文献1中公开的超因瓦合金钢材仅适用于板材、棒材等简单形状，在精密装置中使用的复杂形状品、大型部件需要通过切削加工、焊接组装而制作，但超因瓦合金的可切削性和焊接性低，因此也存在需要大量的工时、费用的问题。专利文献1中，添加规定量的S和Mn而利用基体中的MnS来改善可切削性，从而解决这样的问题，但如上所述，为了使专利文献1的合金也成为1×10-6/℃以下的低热膨胀系数而需要使C为0.01％左右的极低的值，难以进行大气铸造，因此实际上无法适用于复杂形状品、大型部件，并非能够在本质上解决这样的问题。因此，本专利技术的目的在于提供在含有通常的能够进行大气熔解和大气铸造的水平的C的同时具有与超因瓦合金同等的极小的热膨胀系数的低热膨胀铸造合金及其制造方法。另外，本专利技术的另一目的在于提供在含有通常的能够进行大气熔解的水平的C的同时具有与超因瓦合金同等的极小的热膨胀系数且具有比超因瓦合金优异的可切削性的低热膨胀铸造合金及其制造方法。即，本专利技术提供以下(1)～(7)。(1)一种低热膨胀铸造合金，其特征在于，以质量％计，含有：C：超过0.02％且为0.15％以下，Si：0.3％以下，Mn：0.25～0.6％，Ni：29～32.5％，Co：5～9.5％且在将C含量(质量％)表示为[C]、将Co含量(质量％)表示为[Co]时，它们为满足(a)[Co]≥40×[C]+3、(b)[C]≤0.15、(c)[Co]≤(70/3)×[C]+6、(d)[C]＞0.02、(e)[Co]≥-20×[C]+6的范围，在将Ni含量(质量％)用[Ni]表示、将Co含量(质量％)用[Co]表示时，被表示为[Ni]+0.8×[Co]的Ni等量为35.5～36.5％的范围，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成。(2)一种低热膨胀铸造合金，其特征在于，以质量％计，含有：C：超过0.02％且为0.15％以下，Si：0.3％以下，Mn：0.25～0.6％，S：0.015～0.035％Ni：29～32.5％，Co：5～9.5％，且在将C含量(质量％)表示为[C]、将Co含量(质量％)表示为[Co]时，它们为满足(a)[Co]≥40×[C]+3、(b)[C]≤0.15、(c)[Co]≤(70/3)×[C]+6、(d)[C]＞0.02、(e)[Co]≥-20×[C]+6的范围，且在将Ni含量(质量％)用[Ni]表示、将Co含量(质量％)用[Co]表示时，被表示为[Ni]+0.8×[Co]的Ni等量为35.5～36.5％的范围，此外，在将Mn含量(质量％)用[Mn]表示、将S含量(质量％)用[S]表示、将铸造品的最大壁厚(mm)用t表示时，满足[Mn]/[S]≥46-1335/t+13430/t2，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成。(3)一种低热膨胀铸造合金，其特征在于，具有上述(1)或(2)所述的组成，20～25℃的平均热膨胀系数为1×10-6/℃以下。(4)一种低热膨胀铸造合金，其特征在于，具有上述(1)或(2)所述的组成，20～25℃的平均热膨胀系数为0.5×10-6/℃以下。(5)一种低热膨胀铸造合金的制造方法，其特征在于，将具有上述(1)或(2)所述的组成的合金在700～950℃的温度范围加热后，以5℃/秒以上的冷却速度冷却至450℃以下。(6)一种低热膨胀铸造合金，其特征在于，是由上述(5)的制造方法得到的低热膨胀铸造合金，20～25℃的平均热膨胀系数为1×10-6/℃以下。(7)一种低热膨胀铸造合金，其特征在于，是由上述(5)的制造方法得到的低热膨胀铸造合金，20～25℃的平均热膨胀系数为0.5×10-6/℃以下。根据本专利技术，可提供在含有通常的能够进行大气熔解和大气铸造的水平的C的同时，具有与超因瓦合金同等的极小的热膨胀系数的低热膨胀铸造合金及其制造方法。另外，根据本专利技术，可提供在含有通常的能够进行大气熔解等级的C的同时具有与超因瓦合金同等的极小的热膨胀系数且具有比超因瓦 合金优异的可切削性的低热膨胀铸造合金及其制造方法。附图说明图1是表示本专利技术的合金和以往技术的合金中的C含量与Co含量的范围的图。图2是表示本专利技术的合金和以往的超因瓦合金中的影响到热膨胀系数的C含量的影响的图。图3是表示凝固裂纹性评价试验片的图。图4是表示影响到凝固裂纹的铸造品的最大壁厚与Mn/S的关系的图。具体实施方式本专利技术人等为了解决上述课题而反复进行研究，结果发现即便使合金中的C含量为能够进行大气熔解和大气铸造的水平，也可以通过下述i)和ii)得到与超因瓦合金同等的极小的热膨胀系数，i)根据C含量来调整Co含量，ii)根据Co含量来规定Ni含量。以往，对于C、Ni、Co对热膨胀系数造成的影响，未本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低热膨胀铸造合金，其特征在于，以质量％计，含有：C：超过0.02％且为0.15％以下，Si：0.3％以下，Mn：0.25～0.6％，Ni：29～32.5％，Co：5～9.5％，且在将C含量(质量％)表示为[C]、将Co含量(质量％)表示为[Co]时，它们为满足(a)[Co]≥40×[C]+3、(b)[C]≤0.15、(c)[Co]≤(70/3)×[C]+6、(d)[C]＞0.02、(e)[Co]≥‑20×[C]+6的范围，在将Ni含量(质量％)用[Ni]表示、将Co含量(质量％)用[Co]表示时，被表示为[Ni]+0.8×[Co]的Ni等量为35.5～36.5％的范围，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.10 JP 2014-0459711.一种低热膨胀铸造合金，其特征在于，以质量％计，含有：C：超过0.02％且为0.15％以下，Si：0.3％以下，Mn：0.25～0.6％，Ni：29～32.5％，Co：5～9.5％，且在将C含量(质量％)表示为[C]、将Co含量(质量％)表示为[Co]时，它们为满足(a)[Co]≥40×[C]+3、(b)[C]≤0.15、(c)[Co]≤(70/3)×[C]+6、(d)[C]＞0.02、(e)[Co]≥-20×[C]+6的范围，在将Ni含量(质量％)用[Ni]表示、将Co含量(质量％)用[Co]表示时，被表示为[Ni]+0.8×[Co]的Ni等量为35.5～36.5％的范围，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成。2.一种低热膨胀铸造合金，其特征在于，以质量％计，含有C：超过0.02％且为0.15％以下，Si：0.3％以下，Mn：0.25～0.6％，S：0.015～0.035％，Ni：29～32.5％，Co：5～9.5％，且在将C含量(质量％)表示为[C]、将Co含量(质量％)表示为[Co]时，它们为满足(a)[Co]≥40×[C]+3、(b)[C]≤0.15、(c)[Co]≤(70/3)×[C]+6、(d)...

【专利技术属性】
技术研发人员：半田卓雄，刘志民，
申请(专利权)人：日本铸造株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP