铸塑铁基特种合金的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铁基特种合金的生产，并涉及如此生产的特种合金。本发明还涉及根 据本发明生产的铸塑-特种合金的加工。
【背景技术】
[0002] 在本文中，表达术语"铁基特种合金"被用于表示这样的铁基金属合金：其具有诸 如机械、电、热或磁性性质的特定物理性质。一般而言，这样的铁基特种合金在本领域中是 已知的。这些性质存在的程度主要取决于成合金元素的确切比例和合金微结构。通常，铁 基特种合金的性质归因于包括相对高比例的成合金元素水平（alloying element level), 例如 Cr、Ni、Cu、Si 和 Al。
[0003] 为避免疑惑，这类合金不包括在钢铁工业中被连续铸塑和大批量生产制造的〃主 流"碳钢、不锈钢或硅钢。
[0004] 由于它们令人满意的性质，从市场/终端用户的角度来看，铁基特种合金具有明 显的价值。铁基特种合金趋于以相对小的体积被生产，然后作为薄的条（0.1-3mm厚）、箔 (?50μπι厚）或作为线材。
[0005] 常规地，铁基特种合金一般被铸塑为锭，这需要大量且复杂的热变形和热处理，然 后才能将材料冷轧成具有成品性质的最终产品，诸如薄片。将铸塑锭热-机械加工至材料 适于冷轧的点比较困难，因为高合金系统中宏观分离的固有问题、锭中的粗铸塑微结构、缓 慢固化/冷却/重新加热过程中的表面氧化以及由固态、高温相变（铁酸盐到奥氏体或反 之亦然）引起的应力（和相关的破裂）。因此，生产方法通常牵涉高产量损失（多达50% )、 低能量效率和高转化成本。
[0006] 针对该背景，期望通过避开这些缺点和更适于与铁基特种合金有关的制造挑战的 不同方法来生产铁基特种合金。
【发明内容】
[0007] 因此，本发明提供生产铁基特种合金中间产物的方法，该方法包括：
[0008] (a)形成期望合金组成的熔体；和
[0009] (b)在固化条件下铸塑所述熔体，以生产铁基特种合金中间产物，其具有微结构和 使其适于完工工序的其它性质。
[0010] 本发明的该实施方式以铸塑中间产物的形式生产铁基特种合金，所述铸塑中间产 物非常适于在随后（直接）的完工工序中进行加工以生产具有期望成品性质和冶金特点 (例如，充分重结晶的微结构）的成品，诸如薄片或线材。
[0011] 在本文中，表述〃铁基特种合金中间产物"、〃铸塑合金"、〃中间产物〃和〃铸塑 中间产物〃表示尚需经历任何完工工序的如此铸塑的（as-cast)产品。表述〃成品〃在本 文中用于表示在将一个或多个完工工序运用到铸塑中间产物后的产品。例如，当"成品" 是薄片时，其可通过变形和热处理中间产物，诸如冷轧和退火，制备。
[0012] 根据本发明，中间产物在铸塑条件下生产，所述铸塑条件被设计成使中间产物本 质上适于随后的完工工序的运用。成品本身总是要求进一步加工（例如，塑型、焊接等），以 从成品生产最终的制品或最终的组件。
[0013] 生产铸塑中间产物的方法本身可被视为为随后的完工工序提供原料。该完工工序 可在形成铸塑中间产物后立即进行，例如作为生产方法的延伸。可选地，例如，通过除了铸 塑中间产物的生产者之外的某人，可随后进行完工工序。在该方面，铸塑中间产物可由一个 实体制备并提供给其它实体，以进行随后的冷加工。运用至铸塑中间产物的完工工序不必 与该产物的制备直接联系在一起。
[0014] 因此，在其它实施方式中，本发明提供生产铁基特种合金成品的方法，该方法包括 使根据本发明方法生产的铁基特种合金中间产物经历完工工序。完工工序本身是常规的， 其通常包括变形和热处理，诸如冷轧和退火。
[0015] 本发明还提供根据本发明生产的铸塑中间铁基特种合金产物和铁基特种合金成 品。成品可具有常规形式，诸如薄片或线材。本发明还提供由成品制成的最终的制品或最 终的组件。
[0016] 在整个说明书及随后的权利要求书中，除非上下文另有需要，用语〃包括 (comprise) 〃及变型诸如〃包括（comprises) 〃和〃包括（comprising) 〃将被理解为意味着 包括指定的整数或步骤或整数或步骤的组但不排除任何其它整数或步骤或整数或步骤的 组。
[0017] 本说明书中对任何现有出版物（或源于其的信息）或者对任何已知事物的引用不 会也不应该被看做是承认或认可或任意形式的暗示所述现有出版物（或源于其的信息）或 已知事物构成该说明书试图涉及的领域中的公知常识的部分。
【附图说明】
[0018] 通过参考所附非限制性【附图说明】本发明，其中：
[0019] 图1是典型的浸渍/浸没设备的示意图，其显示加热炉/熔体和含有基质的搅棒 配置；
[0020] 图2-5是各种铁基特种合金的相图；
[0021] 图6-9显示根据本发明生产的铸塑合金的微结构，和图13显示成品微结构的实 例；
[0022] 图10显示根据本发明生产的铸塑合金的表面外观，和图11显示成品样品；和
[0023] 图12显示合金组成（Fe-Ni)的热通量曲线。
[0024] 发明详沭
[0025] 根据本发明，已经发现，铸塑特殊熔体的固化条件对于避免铸塑中间产物中不期 望的冶金特征是关键的，否则所述不期望的冶金特征在进行到运用至铸塑合金的随后的完 工工序时会带来影响其微结构从而影响其成品性质的问题。
[0026] 通常，将运用完工工序，以控制微结构特征，诸如粒度（优选地，铸塑合金具有精 细的颗粒微结构，其中粒宽小于IOOym)、粒取向和沉淀物。完工工序之后的微结构又是造 成特种合金的成品性质的原因，如上所述。完工工序通常涉及铸塑合金的机械变形--可 能通过一个或多个热处理步骤。这样的完工工序本身在本领域中是悉知的。通常，完工工 序将包括冷轧和退火，尽管取决于合金组成，但可要求温（或热）轧来替代冷轧。
[0027] 本发明的核心在于在铸塑期间应用于熔体固化的原理，以实现--就铸塑中间产 物中的冶金特征而言--期望的结果。因此，选择和控制固化条件，以在所述铸塑中间产物 中提供相对精细的微结构（尤其与锭铸塑相比时）和使中间产物特别适于随后的修饰的其 它性质（中间产物应该基本上没有宏观分离、表面氧化以及裂纹并且具有薄的段）--考 虑到所述修饰的性质和就微结构特征和成品性质而言其预期的结果。
[0028] 在实践中，可控制一些变量，以生产根据本发明的具有期望性质的铸塑中间产物。 这些变量在下面论述。
[0029] 铸塑包括使熔体接触适当的基质，在铸塑期间随着熔体-基质接触和初始固化条 件促进充分冷却和成核，以生产精细的微结构和最小化或避免合金组分的宏观分离和表面 氧化。
[0030] 在铸塑期间应用于熔体的冷却速率应该足够高，以促进成核，从而生产适当精细 的微结构和最小化或避免合金组分的宏观分离和表面氧化。
[0031] 与冷却速率有关的是需要适当高的表面热传递。利用的铸塑方法应该提供足够高 的表面热传递，以维持冷却速率不会太高而生产裂纹和其它固化缺陷。
[0032] 考虑到计划的完工（finishing)工序等，应该基于在待由中间产物生产的成品和 最终产品中计划实现的性质选择熔体组成。应该选择熔体组成，以避免高温固态相变，高温 固态相变会随着固化和冷却进行而导致体积变化和残余应力。这样的残余应力会导致铸塑 中间合金破裂，这应该避免。这样的固态相变与合金组成有关，而且，对于来自该合金系统 的相图的给定合金组成（示于图2至5)，可以被了解。有问题的固态相变趋于发生在相对 高温，例如，高于约900°C。
[0033] 还优选将合金铸塑为薄的段（通常约2mm或更少），S卩，具有相对大的表面积/体 积比。以该形式铸塑合金是有用的，因为它支持所需要的高的冷却速率方案，并且提供适于 随后的完工工序诸如直接冷轧的尺寸。还可优选以接近于成品所要求的最终尺寸的尺寸铸 塑合金，因为这可减少在完工工序中随后需要的机械变形的程度通常达上至85%。
[0034] 根据本发明生产的铸塑中间产物适于经常规方法（诸如冷轧、温轧、热轧和/或退 火）进行随后的完工修饰（finishing),从而例如形成合金的薄片或取样片（coupon)。优 选地，在完工工序中铸塑中间产物可经历明显的厚度减少>50%而不出现裂纹。通常，合金 可进行重的减厚冷乳（cold reduction),达>70%例如>70至85%减少而不出现裂纹。这 表明中间产物良好的延展性。
[0035] 总之，考虑铸塑根据本发明的特种合金，以下