高强度可沉淀硬化的不锈钢的制作方法
【专利说明】高强度可沉淀硬化的不锈钢
[0001] 发明背景： 发明领域
[0002] 本发明涉及可沉淀硬化的马氏体不锈钢合金，并特别涉及马氏体不锈钢合金及由 其制备的物品，其具有强度和耐腐蚀性的新颖组合。
[0003] 相关技术描述 航空航天工业已寻找用于起落架（landing gear)的不锈钢合金多年。目前用于商业 起落架应用的主要合金是300M合金。可将300M合金淬火并回火，以提供至少280ksi的最 终拉伸强度及至少50ksi V in的断裂韧性（K1J。但是，300M合金不提供有效的耐腐蚀性。 因此，使起落架组件镀有耐腐蚀性金属（例如镉）已是必需的。镉是高毒性致癌材料，其在 由300M合金制备的飞机起落架和其它组件的制造和维护中的使用已表现出显著的环境风 险。
[0004] 具有商业上可接受的强度和韧性的组合的可沉淀硬化的不锈钢合金是已知的，并 用于各种航空航天应用。但是，那些合金中的一些不提供与300M等效的强度，所以不能将 它们考虑作为那种合金的"直接"替代品（"drop-in"replacement)。其它已知的可沉淀 硬化的不锈钢可提供用于起落架应用的足够强度，但是在它们提供的耐腐蚀性中留下一些 所需的空间（something to be desired)。飞机起落架应用所需的耐腐蚀性包括耐一般腐 蚀性、耐点蚀性及耐应力腐蚀裂纹性。
[0005] 鉴于前述讨论，对于以下钢合金存在着需求：具有可与300M的那些机械性能相匹 敌的机械性能（因此该新颖合金可被用作直接替代品），兼有在其中使用商用飞机的各种 环境中的有效耐腐蚀性。
[0006] 发明概述 通过根据本发明的合金很大程度上解决了与已知的可沉淀硬化的马氏体不锈钢合金 相关的缺陷。根据本发明的合金是沉淀硬化型Cr-Ni-Ti-Mo马氏体不锈钢合金，其提供强 度、韧性和耐腐蚀性的独特组合。
[0007] 以重量百分比计，根据本发明的合金的宽泛的、中等的和优选的组成范围如下所 不。
[0008] 合金的其余部分基本上是铁，除了在商品级的此类钢中发现的寻常杂质及少量的 另外元素，其可从千分之几的百分比直至更大的量变化，所述更大的量没有不利地影响由 该合金提供的性能的所需组合。
[0009] 前述表格被提供作为便利的概述，并不意欲由此限制本发明合金的各单独元素的 范围的下限值（lower value)和上限值（upper value)用于彼此组合使用，或限制各元素 的范围仅仅用于彼此组合使用。因此，宽泛组成的一个或更多个元素范围可与优选组成中 剩余元素的一个或更多个其它范围一起使用。另外，一种优选实施方案的一种元素的最小 值或最大值可与来自另一种优选实施方案的那种元素的最大值或最小值一起使用。此外， 根据本发明的合金可包含以上描述的及贯穿本说明书描述的组成元素，基本上由以上描述 的及贯穿本说明书描述的组成元素组成，或由以上描述的及贯穿本说明书描述的组成元素 组成。这里及贯穿本申请中，除非另外指出，术语百分比或符号"％"表示重量百分比或质 量百分比。
[0010] 详述： 根据本发明的合金提供强度、韧性和耐腐蚀性的独特组合，其产生自元素铬、镍、钴、 钼及还有元素钛、铝和铌的新颖平衡。至少约10%、更好地至少约10. 5%、并优选至少约 11. 0%的铬存在于合金中，以提供与普通不锈钢类似的耐腐蚀性。至少约10. 5%、更好地至 少约10. 75%、并优选至少约10. 85%的镍存在于合金中，因为镍有益于合金的韧性和缺口 韧性。镍通过增强合金再钝化（repassivate)的能力还有助于耐腐蚀性。该合金含有至少 约0. 5%、更好地至少约0. 75%、并优选至少约0. 9%的钴，因为钴有助于由合金提供的高 强度和耐腐蚀性。至少约〇. 25%、更好地至少约0. 75%、并优选至少约0. 9%的钼也存在于 合金中，因为钼有助于合金的缺口韧性。钼还有益于合金在还原介质中的耐腐蚀性和在促 进点腐蚀（pitting attack)和应力腐蚀裂纹的环境中的耐腐蚀性。
[0011] 本发明的合金还含有至少约I. 5%的钛，以通过富镍-钛相在时效（aging)期间的 沉淀而有益于合金的强度。铌和铝还有助于由该合金提供的强度。因此，合金含有各自至 少约0. 3 %及更好地至少约0. 4%的铌和铝。优选地，合金含有至少约0. 45%的铝。
[0012] 当铬、镍、钴、钼、钛、铌和铝未被适当地平衡时，使用常规的处理技术将合金完全 转变为马氏体结构的能力被抑制。此外，合金在经固溶处理和时效硬化时充分保持完全马 氏体的能力被削弱。在此类条件下，由合金提供的强度显著减小。因此，存在于该合金中 的铬、镍、钴、钼、钛、铌和铝的量受到限制。更特别地，铬被限制为不超过约13%、更好地 不超过约12. 5%、并优选不超过约12.0%。镍被限制为不超过约11. 6%并优选不超过约 11.25%。11.25%。太多的钴不利地影响由该合金提供的强度和韧性。因此，钴被限制为 不超过约1. 5%、更好地不超过约1. 25%、并优选不超过约I. 1%。钼被限制为不超过约 1. 5%、更好地不超过约1. 25%、并优选不超过约I. 1%。
[0013] 太多的钛不利地影响合金的韧性和缺口韧性。因此，钛在该合金中被限制为不超 过约1. 8%并优选不超过约1. 7%。太多的铝可不利地影响由合金提供的韧性和耐腐蚀性。 因此，铝被限制为不超过约0. 8 %、更好地不超过约0. 7 %、并优选不超过约0. 65 %。太多的 铌可能导致不合意的合金偏析和不需要的第二相（例如拉弗斯相）的沉淀。因此，铌在该 合金中被限制为不超过约〇. 8%、更好地不超过约0. 7%并优选不超过约0. 6%。
[0014] 另外的元素（例如锰、硅和硼）可以受控制的量存在，以有益于由该合金提供的其 它合意的性能。更具体地，至多约1. 〇%、更好地至多约〇. 5%、仍更好地至多约0. 25%并优 选至多约0. 10%的锰和/或至多约0. 75%、更好地至多约0. 5%、仍更好地至多约0. 25% 并优选至多约〇. 10%的硅可作为来自废料源的残余物或脱氧添加物存在于合金中。当合金 不是真空熔融时，此类添加物是有益的。优选将锰和/或硅保持在低水平，这是因为它们对 于韧性、耐腐蚀性及在基质材料中的奥氏体-马氏体相平衡的不利影响。
[0015] 至多约0. 010%的硼、更好地至多约0. 005%的硼并优选至多约0. 0035%的硼可 存在于合金中，以有益于合金的可热加工性。为了提供所需的效果，至少约〇. 001%并优选 至少约0. 0015%的硼存在于合金中。
[0016] 除了在意欲用于类似服务或用途的商品级合金中不可避免地发现的寻常杂质以 外，合金的其余部分基本上是铁。控制此类元素的水平，以免不利地影响所需的性能。
[0017] 特别地，太多的碳和/或氮削弱耐腐蚀性并不利地影响由该合金提供的韧性。因 此，不超过约〇. 03 %、更好地不超过约0. 02 %、并优选不超过约0. 015 %的碳存在于合金 中。此外，不超过约0. 030%、更好地不超过约0. 015%、不超过约0. 010 %的氮存在于合金 中。当碳和/或氮以更大的量存在时，碳和/或氮与钛、铝和/或铌键合，以形成不合意的 非金属夹杂物，例如碳化物或氮化物和/或碳氮化物。那些反应抑制镍-钛/铝/铌金属 间相的形成，所述金属间相是发展由该合金提供的高强度的主要因素。
[0018] 将磷维持在低水平，这是因为其对于韧性和耐腐蚀性的不利影响。因此，不超过约 0. 040%、更好地不超过约0. 015%、并优选不超过约0. 010 %的磷存在于合金中。
[0019] 不超过约0. 020%、更好地不超过约0. 010%、并优选不超过约0. 005 %的硫存在 于合金中。更大量的硫促进非金属硫化物夹杂物的形成，其像碳和氮一样抑制由钛、铝和铌 提供的所需的增强效果。这些硫化物夹杂物削弱合金的韧性（特别在横向方向上）。此外， 更大量的硫不利地影响