具有静态细化和动态强化的模态结构钢类型的制作方法
【专利摘要】本发明涉及提供新的钢材合金的配方与方法，该合金具有相对高的强度与延性。该合金可以以薄板或压制形式提供，其特征在于它们特有的合金化学和可识别的结晶晶粒尺寸形态。该合金使得它们包括作为钉扎相存在的硼化物晶粒。其中称为1类钢的该合金的机械性质表现出300MPa至840MPa的屈服强度，630至1100MPa的拉伸强度和10%至40%的伸长率。在称为2类钢的合金中，该合金表现出300MPa至1300MPa的屈服强度、720MPa至1580MPa的拉伸强度和5%至35%的伸长率。
【专利说明】具有静态细化和动态强化的模态结构钢类型
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2011年5月20日提交的美国临时申请系列号61/488，558，2012年I月16日提交的美国临时申请系列号61/586，951和2012年I月20日提交的美国临时申请系列号13/354924的权益，其教导经此引用并入本文。
【技术领域】
[0003]本申请涉及可用于通过冷硬表面处理制造片材的新型模态结构钢合金。提供了两种新的钢类型，涉及实现不同的强度与延展性水平。已经识别了可以通过公开的机理实现的三种新的结构类型。
【背景技术】[0004]钢材已经被人类使用至少3000年，并且广泛用于工业，占工业用途的所有金属合金的超过80重量％。现有钢技术基于控制共析转变。第一步骤是将合金加热至单相区(奥氏体)并随后以各种冷却速率将该钢冷却或淬火以形成多相结构，该多相结构通常是铁素体、奥氏体和渗碳体的组合。取决于如何冷却钢材，可以获得具有宽范围性质的多种特性显微结构(即珠光体、贝氏体和马氏体)。控制共析转变已经获得了多种目前可用的钢材。
[0005]目前，以51种不同铁合金金属组存在超过25，000种全球范围的等同物。对于以片材形式制造的钢材而言，可以根据拉伸强度特性采用粗分类法。低强度钢(LSS)可以定义为表现出小于270MPa的拉伸强度，并包括诸如无间隙原子钢和软钢的类型。高强度钢(HSS)可以是定义为表现出270至700MPa的拉伸强度的钢材并包括诸如高强度低合金钢、高强度无间隙原子钢和烘烤硬化钢的类型。先进高强度钢(AHSS)可以具有大于700MPa的拉伸强度并包括诸如马氏体钢(MS )、双相(DP )钢、转变诱发塑性(TRIP )钢和复相(CP )钢的类型。当强度水平提高时，钢的延展性通常降低。例如，LSS、HSS和AHSS可以分别显示在25%-55%、10%-45%和4%_30%水平下的拉伸延伸率。
[0006]发明概述
[0007]本公开涉及包含53.5至72.1原子％的Fe、10.0至21.0原子％的Cr、2.8至14.50原子％的N1、4.00至8.00原子％的B、4.00至8.00原子％的Si的金属合金的制造方法。接下来可以将该合金熔融并凝固以提供500nm至20，OOOnm的基体晶粒尺寸和25nm至500nm的硼化物晶粒尺寸。随后可以对该合金施加机械应力和/或热以形成下列晶粒分布与机械性质状况的至少一种，其中硼化物晶粒提供抵抗所述基体晶粒粗化的钉扎相:
[0008](a)500nm至20，OOOnm的基体晶粒尺寸，25nm至500nm的硼化物晶粒尺寸，Inm至200nm的析出晶粒尺寸，其中该合金显示300MPa至840MPa的屈服强度、630MPa至IlOOMPa的拉伸强度和10至40%的拉伸延伸率；或
[0009](b)100nm至2000nm的基体晶粒尺寸与25nm至500nm的硼化物晶粒尺寸，其具有300MPa至600MPa的屈服强度。
[0010]本公开还涉及包含53.5至72.1原子％的Fe、10.0至21.0原子％的Cr、2.8至14.5原子％的N1、4.0至8.0原子％的B、4.0至8.0原子％的Si的金属合金的制造方法。接下来可以将该合金熔融并凝固以提供含有10体积％至70体积％的铁素体的500nm至20，OOOnm的基体晶粒尺寸和25nm至500nm的硼化物晶粒尺寸，其中硼化物晶粒提供抵抗施加热时基体晶粒粗化的钉扎相，并且其中该合金具有300MPa至600MPa的屈服强度。随后可以加热该合金，其中晶粒尺寸为IOOnm至2000nm，硼化物晶粒尺寸保持为25nm至500nm且铁素体含量提高至20体积％至80体积％。随后可以挤压该合金至超过300MPa至600MPa的屈服强度的水平，其中晶粒尺寸保持为IOOnm至2000nm，硼化物晶粒尺寸保持为25nm至500nm，连同形成Inm至200nm的析出晶粒，并且该合金具有720MPa至1580MPa的拉伸强度和5%至35%的延伸率。
[0011]本公开还涉及包含53.5至72.1原子％的Fe、10.0至21.0原子％的Cr、2.8至14.5原子％的N1、4.0至8.0原子％的B和4.0至8.0原子％的Si的金属合金。该合金显示500nm至20，OOOnm的基体晶粒尺寸和25nm至500nm的硼化物晶粒尺寸，其中该合金显示下列的至少一种:
[0012](8)在暴露于机械应力时该合金显示出提供30010^至84010^的屈服强度、63010^至IlOOMPa的拉伸强度和10至40%的拉伸延伸率的机械性质状况(profile);或
[0013](b)在暴露于热和随后的机械应力时，该合金显示出提供300MPa至1300MPa的屈服强度、720MPa至1580MPa的拉伸强度和5.0%至35.0%的拉伸延伸率的机械性质状况。
[0014]本公开还涉及包含53.5至72.1原子％的Fe、10.0至21.0原子％的Cr、2.8至
14.5原子％的N1、4.0至8.0原子％的B和4.0至8.0原子％的Si的金属合金。该合金显示500nm至20，OOOnm的基体晶粒尺寸和25nm至500nm的硼化物晶粒尺寸，其中该合金显示下列的至少一种:
[0015](8)在暴露于机械应力时该合金显示出提供30010^至84010^的屈服强度、63010^至IlOOMPa的拉伸强度、10%至40%的拉伸延伸率的机械性质状况，500nm至20，OOOnm的基体晶粒尺寸、25nm至500nm的硼化物晶粒尺寸和1.0nm至200nm的析出晶粒尺寸；或
[0016](b)在暴露于热和随后的机械应力时，该合金显示出提供300MPa至1300MPa的屈服强度、720MPa至1580MPa的拉伸强度、5%至35%的拉伸延伸率的机械性质状况和IOOnm至2000nm的基体晶粒尺寸、25nm至500nm的硼化物晶粒尺寸和Inm至200nm的析出晶粒尺寸。
[0017]附图概述
[0018]参照附图可以更好地理解下面的详述，提供所述附图用于说明而不应理解为限制本发明的任何方面。
[0019]图1图示了示例性双辊法。
[0020]图2图示了示例性薄板还连铸法。
[0021]图3A图示了关于形成本文中的I类钢的结构与机理。
[0022]图3B图示了关于形成本文中的2类钢的结构与机理。
[0023]图3C图示了形成本文中的I类和2类钢的总体方案。
[0024]图4图示了含有模态相形成的材料的代表性应力-应变曲线。
[0025]图5图示了所述结构与相关形成机理的代表性应力-应变曲线。
[0026]图6图示了规定条件下合金19片材的照片。[0027]图7图示了与双相(DP)钢相比所示钢类型的应力-应变曲线的对比。
[0028]图8图示了与复相(CP)钢相比所示钢类型的应力-应变曲线的对比。
[0029]图9图示了与转变诱发塑性(TRIP)钢相比所示钢类型的应力-应变曲线的对比。
[0030]图10图示了与马氏体(MS)钢相比所示钢类型的应力-应变曲线的对比。
[0031]图11图示了合金2的本文中的模态结构(modal structure)的SEM显微照片。
[0032]图12图示了在1000°C下的HIP循环I小时后合金11的本文中的模态结构的SEM显微照片。
[0033]图13图示了在1100°C下的HIP循环I小时后合金18的本文中的模态结构的SEM显微照片。
[0034]图14图示了在1000°C下的HIP循环I小时和在350°C下退火20分钟后合金I的模态结构的SEM显微照片。
[0035]图15是合金14中本文中的模态结构的SEM显微照片。
[0036]图16是铸态合金I片材的照片。
[0037]图17是在所示形成条件下合金I的SEM背散射电子显微照片。
[0038]图18是合金I片材的X射线衍射数据。
[0039]图19是在HIP过的条件中合金I片材的X射线衍射数据。
[0040]图20是在HIP过的条件中合金I片材的X射线衍射数据。
[0041]图21是在所示条件下合金I的TEM显微照片。
[0042]图22是在所示形成条件下合金I的应力-应变曲线图。
[0043]图23是在所示条件下合金I的X射线数据对比。
[0044]图24是来自HIP过的条件中合金I的拉伸试验样品的标记区域(gage section)的X射线衍射数据。
[0045]图25是在来自合金I片材的拉伸测试样品标记区域中的铁基六方相的计算X射线衍射图。
[0046]图26是在所示条件下HIP过的合金I片材的TEM显微照片。
[0047]图27是来自所示条件下的合金I片材的拉伸试验试样中的标记区域显微结构的TEM显微照片。
[0048]图28是来自所示条件下的合金I片材的拉伸试验试样中标记区域显微结构的TEM显微照片。
[0049]图29是铸态合金14片材的照片。
[0050]图30是在所示条件下合金14片材的SEM背散射电子显微照片。
[0051]图31是在所示条件下合金14片材的X射线衍射数据。
[0052]图32是在HIP过的条件中合金14的X射线衍射数据。
[0053]图33是在HIP过的条件中合金14的X射线衍射数据。
[0054]图34是在所示条件下合金14片材的TEM显微照片。
[0055]图35是在所示条件下合金14片材的应力-应变曲线图。
[0056]图36是在所示条件下合金14片材的X射线数据对比。
[0057] 图37是来自HIP过的条件中合金14的拉伸试验样品的标记区域的X射线衍射数据。[0058]图38是在来自HIP过的条件中合金14片材的拉伸测试样品的标记区域中铁基六方相的计算X射线衍射图。
[0059]图39是在所示条件下在1000°C下HIP过的合金14片材的TEM显微照片。
[0060]图40是在所示条件下的合金14拉伸试验标记试样的TEM显微照片。
[0061]图41是铸态合金19片材的照片。
[0062]图42是在所示条件下合金19片材的SEM背散射电子显微照片。
[0063]图43是在所示条件下合金19片材的X射线衍射数据。
[0064]图44是HIP过的条件中合金19片材的X射线衍射数据。
[0065]图45是HIP过的条件中合金19片材的X射线衍射数据。
[0066]图46是在所示条件下合金19片材的TEM电子显微照片。
[0067]图47是在所示条件下合金19片材的应力-应变曲线图。
[0068]图48是在1100°C下HIP循环I小时和在700°C下热处理20分钟后合金19片材的X射线数据之间的对比。
[0069]图49是来自所示条 件下的合金19的拉伸试验样品的标记区域的X射线衍射数据。
[0070]图50是在来自所示条件下的合金19的拉伸测试样品标记区域中发现的铁基六方相的计算X射线衍射图。
[0071]图51是在所示条件下的合金19的TEM显微照片。
[0072]图52是在所示条件下的合金19拉伸试验标记试样的TEM显微照片。
[0073]图53是在所示条件下的合金19拉伸试验标记试样的TEM显微照片。
[0074]图54 Ca)图示了具有不同的结构形成机理的合金片材中的应变硬化。
[0075]图54 (b)图示了图54 Ca)中的片材的拉伸性质。
[0076]图55是不同应变率下合金I片材的应力-应变曲线。
[0077]图56是不同应变率下合金19的应力-应变曲线。
[0078]图57是在所示条件下合金19片材的应力-应变曲线。
[0079]图58 Ca)是在预应变至10%后合金19片材的应力-应变曲线。
[0080]图58 (b)是在预应变至10%并随后在1150°C下退火I小时后合金19片材的应力-应变曲线。
[0081]图59是在所示条件下合金19的应力-应变曲线。
[0082]图60图示了在所示条件下合金19的样品几何形状。
[0083]图61是在所示条件下合金19的拉伸试样的标记区域的显微结构的SEM图像。
[0084]图62是在所示条件下合金19的拉伸试样的标记区域的SEM图像。
[0085]图63 (a)是在最大负荷下停止的埃里克森杯突试验后合金3的板材的平面图。
[0086]图63 (b)是在最大负荷下停止的埃里克森杯突试验后合金3的板材的侧面图。
[0087]图64是三种不同厚度的来自合金I的铸态片材的照片。
[0088]图65是所示所选合金的应力-应变曲线的一个实例。
[0089]图66是受试合金47的延展性熔纺条带的应力-应变曲线。
[0090]发明详述
[0091]钢带材/钢片材尺寸[0092] 通过冷硬表面处理，具有0.3毫米至150毫米厚度的本申请中所述钢板可以以浇铸厚度制得，并具有100至5000毫米的宽度。这些厚度范围和宽度范围可以在这些范围内调节至0.1毫米增量。优选地，可以使用双辊铸造，该方法可以制造具有0.3至5毫米的厚度和100毫米至5000毫米的宽度的片材。优选地，还可以使用薄板坯连铸，该方法可以制造具有0.5至150毫米的厚度和100毫米至5000毫米的宽度的片材。片材中的冷却速率取决于方法，但是可以为11 X IO3至4X 10_2K/s不等。通过各种冷硬表面法的具有最高150毫米或I毫米至150毫米的厚度的浇铸部件也可以在本文中设想来自各种方法，包括永久型铸造、熔模铸造、加压铸造等等。同样，通过常规挤压和烧结或通过HIP/锻造的粉末冶金法预期是制造利用本申请中描述的化学、结构与机理的部分或完全致密的部件和装置(即本文中所述的I类或2类钢)的路线。
[0093]生产路线
[0094]双辊浇铸法描述
[0095]通过冷硬表面处理制造钢材的实例之一是制造钢片材的双辊法。图1中显示了Nucor/Castrip法的示意图。如所示那样，该方法可以分解为三个阶段:阶段I——烧铸，阶段2——热轧，和阶段3——带材卷取。在阶段I过程中，当凝固中的金属在通常由铜或铜合金制成的辊之间的辊隙(roll nip)中会聚时形成该片材。这一阶段的钢材的典型厚度为1.7至1.8毫米，但是通过改变辊分隔间距，厚度可以为0.8至3.0毫米不等。在阶段2过程中，通常在700至1200°C下将制得状态的片材热轧，这用于从制造过程中消除宏观缺陷如孔隙、分散缩孔、气孔、针孔、夹渣等等的形成，并允许关键合金化元素的固溶化、奥氏体化等。热轧片材的厚度可以根据目标市场变化，但是通常为0.3至2.0毫米。在阶段3过程中，片材的温度和通常在300至700°C的温度下的时间可以通过在卷取前增加水冷和改变片材的输出(run-out)长度来控制。除了热轧之外，阶段2还可以通过交替的热机械处理策略，如热等静压加工、锻制、烧结等等来进行。阶段3，除了控制带材卷取过程中的热条件之外，还可以通过后加工热处理来进行以控制片材中的最终显微结构。
[0096]薄板坯连铸描述
[0097]冷硬表面处理制造钢材的另一实例是制造钢片材的薄板坯连铸法。图2中显示了Arvedi ESP法的示意图。以类似于双辊法的方式，薄板坯连铸法可以分成三个阶段。在阶段I中，钢液的铸造和轧制几乎同时发生。通过迫使液体熔体穿过铜或铜合金模具以产生通常为50至110毫米的厚度一但是该厚度可以基于液体金属可加工性和生产速度而改变(即20至150毫米)，开始凝固过程。几乎在刚刚离开模具后且钢板内芯仍为液体时，使用多级辊轧台使片材经受压缩，根据最终片材厚度目标，使厚度显著减少至10毫米。在阶段2中，通过穿过一个或两个感应炉来加热该钢板，并且在该阶段过程中，温度分布和金相结构均匀化。在阶段3中，将该片材进一步轧制至最终测量厚度目标(其为0.5至15毫米厚度范围)。在轧制后立即在输出辊道上冷却该钢带以便在卷绕成钢卷前控制该片材的最终显微结构的发展。
[0098]虽然在双辊浇铸或薄板坯连铸中形成片材的三个阶段过程是该过程的一部分，但本文中的合金对这些阶段的响应是特有的，基于本文中所述的机理和结构类型以及所得的性质的新型组合。因此，在本公开中，片材可以理解为成形为具有所选厚度和宽度的相对平坦的几何形状的金属，板还可以理解为可以进一步加工成片材材料的金属的长度的金属。因此，片材可以以相对平坦的材料形式或以卷绕的带材形式获得。
[0099]I类和2类钢
[0100]本文中的合金使得它们能够形成本文中所述的I类钢或2类钢，其优选是晶态的(非玻璃质)，具有可识别的晶粒尺寸形态。在本文中详细描述了该合金形成本文中的I类或2类钢的能力。但是，首先考虑描述I类和2类钢的一般特征是有用的，下面提供该描述。
[0101]I 类钢
[0102]在图3A中显示了本文中的I类钢的形成。如其中所示，初始形成模态结构，该模态结构是由合金的熔融物开始并经冷却凝固的结果，这提供了具有特定晶粒尺寸的特定相的成核与生长。因此在本文中提到模态应理解为一种具有至少两种晶粒尺寸分布的结构。本文中的晶粒尺寸可以理解为优选可通过诸如扫描电子显微镜法或透射电子显微镜法识别的具体特定 相的单个晶体的尺寸。因此，I类钢的结构I可以优选通过经所示实验室规模程序和/或经涉及冷硬表面处理方法的诸如双辊法处理法或薄板坯连铸的工业规模方法进行加工来实现。
[0103]因此I类钢的模态结构在由熔体冷却时将初始显示下列晶粒尺寸:(I) 500nm至20，OOOnm的基体晶粒尺寸，其含有奥氏体和/或铁素体；(2) 25nm至500nm的硼化物晶粒尺寸(即非金属晶粒，如M2B,其中M是金属并共价键合到B上)。该硼化物晶粒还优选是“钉扎”型相，其指的是通过钉扎相有效地稳定该基体晶粒的特征，所述钉扎相在提高温度下抵抗粗化。要注意的是，金属硼化物晶粒已经识别为表现出M2B的化学计量，但是其它化学计量也是可能的，并可以提供钉扎，包括M3B、MB (M1B1)^M23B6和M7B3。
[0104]I类钢的模态结构可以通过热机械变形和通过热处理发生形变，导致性质方面的某些变化，但是可以保持该模态结构。
[0105]当上述I类钢暴露于机械应力时,在图4中图示了观察到的应力相对于应变图。因此观察到模态结构经历了被识别为动态纳米相析出的过程，所述动态纳米相结构导致了I类钢的第二类型结构。因此当该合金在应力下经受屈服时触发了此类动态纳米相析出，并且已经发现，经历动态纳米相析出的I类钢的屈服强度可优选出现在300MPa至840MPa。因此，可理解的是，动态纳米相析出因施加超过此类所示屈服强度的机械应力而发生。动态纳米相析出本身可以理解为在I类钢中形成其它可识别相，这种相被称为具有相关晶粒尺寸的析出相。也就是说，此类动态纳米相析出的结果是形成一种合金，其仍显示500nm至
20,OOOnm的可识别基体晶粒尺寸、25nm至500nm的硼化物钉扎晶粒尺寸，连同形成了含有六方相及1.0nm至200nm的晶粒的析出晶粒。如上所述，当合金受到应力时该晶粒尺寸因此不会粗化，但是会导致析出晶粒如所述那样发展。
[0106]提到六方相可以理解为一种具有P63mc空间群(#186)的双六方锥类六方相和/或具有六方P6bar2C空间群(#190)的复三方双锥类。此外，I类钢的此类第二类型结构的机械性质使得观察到拉伸强度落在630MPa至IlOOMPa范围内，并具有10-40%的延伸率。此外，I类钢的第二类型结构使得其表现出在经受所示屈服后几乎无变化的0.1至0.4的应变硬化系数。该应变硬化系数参照式σ=Κεη*η的值，其中σ代表在材料上施加的应力，
ε是应变，K是强度系数。应变硬化指数η的值在O和I之间。O的值意味着合金是完全塑性体(即该材料对施加的力经历不可逆变化)，而I的值代表100%弹性体(即该材料对施加的力经历可逆变化)。[0107]下表1提供了本文中的I类钢的比较与性能总结。
[0108]表1 I类钢的结构比较与性能
【权利要求】
1.一种方法，包括: 提供包含53.5至72.1原子％的Fe、10.0至21.0原子％的Cr、2.8至14.50原子％的Ni,4.0至8.0原子％的B、4.0至8.0原子％的Si的金属合金； 熔融所述合金并凝固以提供500nm至20，OOOnm的基体晶粒尺寸和25nm至500nm的硼化物晶粒尺寸； 对所述合金施加机械应力和/或加热以形成下列晶粒尺寸分布和机械性质状况的至少一种，其中所述硼化物晶粒提供抵抗所述基体晶粒粗化的钉扎相: (a)500nm至20，OOOnm的基体晶粒尺寸，25nm至500nm的硼化物晶粒尺寸，Inm至200nm的析出晶粒尺寸，其中所述合金显示300MPa至840MPa的屈服强度、630MPa至IlOOMPa的拉伸强度和10至40%的拉伸延伸率；或 (b)IOOnm至2000nm的基体晶粒尺寸和25nm至500nm的硼化物晶粒尺寸，其具有300MPa至600MPa的屈服强度。
2.根据权利要求1的方法，其中所述合金包括下列一种或多种: 1.0至3.0原子％的V ； 1.0原子%的Zr ； 0.2至3.0原子％的C ； 1.0原子％的W ;或 0.2至4.6原子％的Mn。
3.根据权利要求1和2中任一项的方法，其中在1100°C至2000°C的温度下实现所述熔融,和通过11父103至4父10_21(/8范围内的冷却实现凝固。
4.根据权利要求1一 3中任一项的方法，其中将具有所述晶粒尺寸分布(b)的所述合金暴露于超过所述300MPa至600MPa的屈服强度的应力，其中所述晶粒尺寸保持为IOOnm至2000nm,所述硼化物晶粒尺寸保持为25nm至500nm,并且生成Inm至200nm的析出晶粒，其中所述析出晶粒包括六方相。
5.根据权利要求1一 4中任一项的方法，其中所述合金显示720MPa至1580MPa的拉伸强度和5%至35%的延伸率。
6.根据权利要求1一 5中任一项的方法，其中所述合金显示0.2至1.0的应变硬化系数。
7.根据权利要求1-6中任一项的方法,其中所述六方相包含:(a)具有P63mc空间群(#186)的双六方锥类六方相；和/或(b)具有六方P6bar2C空间群(#190)的复三方双锥类。
8.根据权利要求1一 7中任一项的方法，其中具有所述机械性质状况和晶粒尺寸分布(a)或(b)的所述合金为片材形式。
9.根据权利要求1一 8中任一项的方法，其中具有在IOOnm至2000nm范围内的所述晶粒尺寸、25nm至500nm的所述硼化物晶粒尺寸和在Inm至200nm范围内的所述析出晶粒的所述合金为片材形式，其中所述析出晶粒包括六方相。
10.根据权利要求1一 9中任一项的方法，其中将具有所述机械性质状况和晶粒尺寸分布(a)的所述合金设置在车辆中。
11.根据权利要求1一 10中任一项的方法，其中将所述合金设置在车辆中。
12.根据权利要求1一 11中任一项的方法，其中将具有所述机械性质状况和晶粒尺寸分布的所述合金设置在钻铤、钻杆、钻具接头或井头之一中。
13.根据权利要求1一 12中任一项的方法，其中将所述合金设置在钻铤、钻杆、钻具接头或井头之一中。
14.一种方法，包括: 提供包含53.5至72.1原子％的Fe、10.0至21.0原子％的Cr、2.8至14.50原子％的Ni,4.00至8.00原子％的B、4.00至8.00原子％的Si的金属合金；熔融所述合金并凝固以提供500nm至20，OOOnm的含有10体积％至70体积％的铁素体的基体晶粒尺寸和25nm至500nm的硼化物晶粒尺寸，其中所述硼化物晶粒提供抵抗施加热时所述基体晶粒粗化的钉扎相，并且其中所述合金具有300MPa至600MPa的屈服强度；加热所述合金，其中所述晶粒尺寸为IOOnm至2000nm，所述硼化物晶粒尺寸保持为25nm至500nm且所述铁素体水平提高至20体积％至80体积％ ； 对所述合金施加应力至超过所述300MPa至600MPa的屈服强度的水平，其中所述晶粒尺寸保持在IOOnm至2000nm范围内，所述硼化物晶粒尺寸保持为25nm至500nm,并形成在Inm至200nm范围内的析出晶粒，并且所述合金具有720MPa至1580MPa的拉伸强度和5%至35%的延伸率。
15.根据权利要求14的方法，其中所述合金包括下列的一种或多种: 1.0至3.0原子％的V ； 1.0原子%的Zr ； 0.2至3.0原子％的C ； 1.00原子％的W ;或 0.20至4.6原子％的Mn。
16.根据权利要求14和15中任一项的方法，其中在1100°C至2000°C的温度下实现所述熔融，并通过11父103至4父10_21(/8范围内的冷却实现凝固。
17.根据权利要求14- 16中任一项的方法，其中所述析出晶粒包括六方相，所述六方相包含:(a)具有P63mc空间群(#186)的双六方锥类六方相；和/或(b)具有六方P6bar2C空间群(#190)的复三方双锥类。
18.根据权利要求14- 17中任一项的方法，其中所述合金为片材形式。
19.一种金属合金，包含: `53.5至72.1原子%的Fe ； `10.0至21.0原子％的Cr ； `2.8至14.5原子%的Ni ； `4.0至8.0原子％的B ； `4.0至8.0原子％的Si ； 其中所述合金显示500nm至20，OOOnm的基体晶粒尺寸和25nm至500nm的硼化物晶粒尺寸，并且其中所述合金显示下列的至少一种: Ca)在暴露于机械应力时，所述合金显示出提供300MPa至840MPa的屈服强度、630MPa至IlOOMPa的拉伸强度、10至40%的拉伸延伸率的机械性质状况；或 (b)在暴露于热及随后的机械应力时，所述合金显示出提供300MPa至`1300MPa的屈服强度、720MPa至1580MPa的拉伸强度、5.0%至35.0%的拉伸延伸率的机械性质状况。
20.根据权利要求19的金属合金，其中所述机械性质状况(a)包括0.1至0.4的应变硬化系数。
21.根据权利要求19和20中任一项的金属合金，其中所述机械性质状况(b)包括0.2至1.0的应变硬化系数。
22.根据权利要求19- 21中任一项的金属合金，其中所述机械性质状况(a)包括下列晶粒尺寸分布:500nm至20，OOOnm的基体晶粒尺寸和25nm至500nm的硼化物晶粒尺寸以及1.0nm至200nm的析出晶粒尺寸。
23.根据权利要求19— 22中任一项的金属合金,其中所述机械性质状况(b)包括下列晶粒尺寸分布:100nm至2000nm的基体晶粒尺寸,25nm至500nm的硼化物晶粒尺寸和Inm至200nm的析出晶粒尺寸。
24.根据权利要求19-23中任一项的金属合金,其中Inm至200nm的所述析出晶粒尺寸包括六方相。
25.根据权利要求19-24中任一项的金属合金,其中所述六方相包含具有P63mc空间群(#186)的双六方锥类六方相和/或具有六方P6bar2C空间群(#190)的复三方双锥类。
26.权利要求19- 25中任一项的金属合金，其中所述合金包括下列的一种或多种: 1.0至3.0原 子％的V ； 1.0原子%的Zr ； 0.2至3.0原子％的C ； 1.0原子％的W ;或 0.2至4.6原子％的Mn。
27.根据权利要求19- 26中任一项的合金，其中(a)或(b)中所述合金为片材材料形式。
28.一种金属合金，包含: 53.5至72.1原子%的Fe ； 10.0至21.0原子％的Cr ； 2.8至14.5原子%的Ni ； 4.0至8.0原子％的B ； 4.0至8.0原子％的Si ； 其中所述合金显示500nm至20，OOOnm的基体晶粒尺寸和25nm至500nm的硼化物晶粒尺寸，并且其中所述合金显示下列的至少一种: Ca)在暴露于机械应力时，所述合金显示出提供300MPa至840MPa的屈服强度、630MPa至IlOOMPa的拉伸强度、10至40%的拉伸延伸率的机械性质状况，500nm至20，OOOnm的基体晶粒尺寸，25nm至500nm的硼化物晶粒尺寸和1.0nm至200nm的析出晶粒尺寸；或 (b)在暴露于热及随后的机械应力时，所述合金显示出提供300MPa至1300MPa的屈服强度、720MPa至1580MPa的拉伸强度、5%至35%的拉伸延伸率的机械性质状况和IOOnm至2000nm的基体晶粒尺寸、25nm至500nm的硼化物晶粒尺寸以及Inm至200nm的析出晶粒尺寸。
29.根据权利要求28的金属合金，其中所述合金包括下列的一种或多种:. 1.0至3.0原子％的V ； . 1.0原子%的Zr ； . 0.2至3.0O原子％的C ； . 1.0原子％的W ;或 . 0.20至4.6原子％的Mn。
30.根据权利要求28和29中任一项的合金，其中所述机械性质状况(a)包括0.1至0.4的应变硬化系数，和所述机械性质状况(b)包括0.2至1.0的应变硬化系数。
【文档编号】C22C38/54GK103649356SQ201280033655
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年5月17日 优先权日:2011年5月20日
【发明者】D·J·布拉纳甘, B·E·米查姆, J·K·瓦勒瑟, A·T·鲍尔, G·G·贾斯蒂斯, B·L·内申, 成胜, A·V·谢尔古伊瓦 申请人:纳米钢公司