CN112143966A - 具有高强度和高延展性的氮化不锈钢 - Google Patents

具有高强度和高延展性的氮化不锈钢 Download PDF

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Abstract

本公开涉及具有高强度和高延展性的氮化不锈钢。本公开提供了一种硬化铁基合金的方法。该方法可包括冷轧铁基合金以形成冷轧合金。该方法还可包括在含氮气体中将冷轧合金加热至升高的温度以形成氮化硬化的铁基合金。该氮化硬化的铁基合金包含0.035重量％至2.0重量％的氮。

Description

具有高强度和高延展性的氮化不锈钢
优先权
本公开根据35 U.S.C.§119(e)，要求2019年6月26日提交的名称为“NITRIDEDSTAINLESS STEELS WITH HIGH STRENGTH AND HIGH DUCTILITY”的美国临时专利申请62/866,865以及2019年9月26日提交的名称为“NITRIDED STAINLESS STEELS WITH HIGHSTRENGTH AND HIGH DUCTILITY”的美国临时专利申请62/906,323的优先权，前述专利申请中的每个全文以引用方式并入本文。
技术领域
本公开涉及合金组合物和用于制造具有高强度和高延展性以及良好耐腐蚀性的氮化不锈钢的方法。
背景技术
常规地，薄不锈钢箔可由全硬301不锈钢(301SS)形成。用于形成301不锈钢(301SS)箔的方法是通过重复冷轧301SS以通过冷加工在不锈钢中产生位错，从而降低在冷加工工艺中的厚度。单一合金可能需要若干冷轧步骤来实现所需的强度、硬度或厚度。冷轧的副作用是降低了材料的延展性。低延展性可能导致材料失效。
301SS具有比其他不锈钢更好的加工硬化能力。然而，加工硬化的301SS是磁性的。301SS还具有不良的耐腐蚀性，这限制了其应用于非化妆品内部部件。
仍然需要开发具有改善的加工硬化能力和更好的耐腐蚀性的非磁性不锈钢合金。
发明内容
在一个方面，本公开提供了铁基合金。该铁基合金可包含：13重量％(wt％，重量百分比)至21重量％的铬；5重量％至16重量％的镍；小于或等于4.5重量％的锰；0.035重量％至2.0重量％的氮；小于或等于1.0重量％的硅；以及小于或等于0.15重量％的碳，其中余量为铁和微量元素。
在一个方面，本公开提供了铁基合金。在一些变型中，铁基合金可包含13重量％至21重量％的铬、5重量％至16重量％的镍、小于或等于3.0重量％的锰、0.035重量％至2.0重量％的氮、小于或等于1.0重量％的硅以及小于或等于0.15重量％的碳。余量为铁和微量元素。
在另一方面，铁基合金可包含17重量％至21重量％的铬、7重量％至13重量％的镍、小于或等于3.0重量％的锰、0.035重量％至1.50重量％的氮、小于或等于1.0重量％的硅以及小于或等于0.10重量％的碳，其中余量为铁和微量元素。
在另一方面，铁基合金可包含15重量％至19重量％的铬、10重量％至16重量％的镍、1重量％至4重量％的钼、小于或等于3.0重量％的锰、0.03重量％至1.5重量％的氮、小于或等于1.0重量％的硅以及小于或等于0.10重量％的碳，其中余量为铁和微量元素。
在另一方面，15重量％至19重量％的铬、5重量％至9重量％的镍、小于或等于3.0重量％的锰、0.02重量％至2.0重量％的氮、小于或等于1.0重量％的硅以及小于或等于0.10重量％的碳，其中余量为铁和微量元素。
在另一方面，本公开提供了一种硬化铁基合金的方法。该方法可包括冷轧铁基合金以形成冷轧合金。该方法还可包括在含氮气体中将冷轧合金加热至升高的温度以形成氮化硬化的铁基合金。该氮化硬化的铁基合金包含0.035重量％至2.0重量％的氮。
在另一方面，提供了形成氮化硬化烧结的铁基制品的方法。该方法可包括将包含预压实的铁基粉末的制品放置在烧结炉内。该方法还可包括用N2气体填充烧结炉。该方法还可包括同时对包含预压实的铁基粉末的制品进行烧结和渗氮，使该制品达到升高的温度以形成氮化烧结的铁基制品。该氮化烧结的铁基制品包含0.035重量％至2.0重量％的氮。
在一些方面，该方法还可包括冷却氮化烧结的铁基粉末以形成氮化硬化的铁基制品。
在一些方面，该含氮气体具有至多10巴的气体压力。
在一些方面，该升高的温度低于铁基粉末的熔融温度。
在另一方面，提供了3D印刷或金属注射成型铁基粉末的方法。该方法可包括对包含与聚合物粘结剂混合的预压实的铁基粉末的原料进行模制以形成成型制品。该方法还可包括同时对成型制品执行a)烧结和b)渗氮并且c)在升高的温度下在含氮气体中去除聚合物粘结剂以形成氮化硬化的铁基制品。该氮化硬化的铁基粉末包含0.035重量％至2.0重量％的氮。
在一个方面，本公开提供了铁基合金。该铁基合金可包含：16重量％至21重量％的铬；8重量％至13重量％的镍；小于或等于4.5重量％的锰；0.035重量％至2.0重量％的氮；0.03重量％至1.0重量％的硅；以及0.02重量％至0.15重量％的碳，其中余量为铁和微量元素。
在以下描述中部分地阐述了另外的实施方案和特征，并且本领域技术人员在审阅说明书之后将明白或者通过所公开的主题的实践来学习这些实施方案和特征。可通过参考构成本公开的一部分的说明书和附图的其余部分来实现本公开的特点和优点的进一步理解。
附图说明
参考以下附图和数据图更将全面地理解本说明书，这些附图和数据图呈现为本公开的各种实施方案，并且不应当被理解为对本公开范围的完整详述，其中：
图1是示出根据本公开的实施方案的包括对铁基合金进行渗氮的制造工艺的流程图；
图2示出了根据本公开的实施方案的316L和316L-0.15N合金的加工硬化速率与面积减小百分比的关系；
图3A示出了根据本公开的实施方案的304L合金(Fe-20Cr-8Ni-1.9Mn-0.4Si-0.02C-0.1N)在各种升高的温度下的氮溶解度与N2压力的关系；
图3B示出了根据本公开的实施方案的304L合金(Fe-18Cr-10Ni-1.9Mn-0.75Si-0.02C-0.1N)在各种升高的温度下的氮溶解度与N2压力的关系；
图3C示出了根据本公开的实施方案的304L合金的渗透深度与渗氮时间的关系；
图4示出了根据本公开的实施方案的304L和304LN合金的真应力-真应变曲线；
图5示出了根据本公开的实施方案的316L和304LN合金的真应力-真应变曲线；
图6示出了根据本公开的实施方案的301和304LN合金的真应力-真应变曲线；
图7示出了根据本公开的实施方案的304LN合金和其他铁基合金比较的真应力-真应变曲线；
图8示出了根据本公开的实施方案的304LN和其他铁基合金的硬度和冷加工压缩(cold work reduction)的关系；
图9A示出了根据本公开的实施方案的316L合金(Fe-18Cr-10Ni-3Mo-1.9Mn-0.4Si-0.02C-0.1N)在各种升高的温度下的氮溶解度与N2压力的关系；
图9B示出了根据本公开的实施方案的316L合金(Fe-16Cr-14Ni-2Mo-1.0Mn-0.75Si-0.02C-0.1N)在各种升高的温度下的氮溶解度与N2压力的关系；
图9C示出了根据本公开的实施方案的316L合金的渗透深度与渗氮时间的关系；
图10A示出了根据本公开的实施方案的301L合金(Fe-18Cr-6Ni-1.9Mn-0.4Si-0.12C-0.1N)在各种升高的温度下的氮溶解度与N2压力的关系；
图10B示出了根据本公开的实施方案的301L合金(Fe-16Cr-8Ni-1.0Mn-0.8Si-0.12C-0.1N)在各种升高的温度下的氮溶解度与N2压力的关系；
图11A描绘了示出根据本公开的实施方案的用于对粉末进行双重烧结和渗氮的系统的草图；
图11B示出了根据本公开的实施方案的烧结之后填充颗粒的变化；
图12是示出根据本公开的实施方案的对粉末进行双重烧结和渗氮的步骤的流程图；
图13描绘了示出根据本公开的实施方案的用于对粉末进行双重金属注射成型和渗氮的系统的草图；并且
图14是示出根据本公开的实施方案的对粉末进行双重金属注射成型和渗氮的步骤的流程图。
具体实施方式
通过结合如下所述的附图，参考以下详细描述可以理解本公开。应当指出的是，出于说明清楚的目的，各种附图中的某些元件可以不按比例绘制。
本公开涉及不锈钢及其通过使用冷轧和渗氮的方式来制造具有高强度、高耐疲劳性和/或高延展性的不锈钢。本公开还提供了处理不锈钢(包括304SS、301SS、316SS或类似的合金)以实现与全硬301SS合金类似或更好的特性的替代方式。另外，本文所公开的氮化铁基合金诸如304LN SS、316LN SS和301LN SS是非磁性的，并且具有高强度、具有良好延展性的高硬度、改善的耐疲劳性和耐腐蚀性。本文所公开的304、301、316不锈钢或类似的钢合金可为任何形式，包括箔形式、片材形式、条块形式等。
在一些变型中，渗氮可由于氮含量增加而增加不锈钢的加工硬化能力。改善的加工硬化能力意味着可需要较少的冷加工来实现相同量的强度增加，因此材料可具有更高的延展性。如下公式(1)定义加工硬化能力：
加工硬化能力＝Δσ/％CW 公式(1)
其中Δσ表示强度增量，并且％CW表示冷加工压缩的百分比。
冷加工百分比(％CW)为由以下公式(2)定义的塑性变形的量度：
％CW＝(Ao-Ad)/Ao×100 公式(2)
其中Ao为初始横截面积，并且Ad为变形后的面积。
图1是示出根据本公开的实施方案的包括对铁基合金进行渗氮的制造工艺的流程图。工艺100包括在操作102处冷加工铁基合金以形成冷轧合金。冷轧钢在冷轧机中制备，其中材料在室温下冷却。冷轧钢包含低碳含量。
除了其他条件之外，冷轧钢板和带材可在全硬或半硬条件下提供。全硬条件可具有70％的冷加工压缩，而半硬条件可具有30％至50％的冷加工压缩。
工艺100还包括在操作106处对该冷轧合金进行渗氮以形成氮化物合金。渗氮是将氮扩散到金属中以增加加工硬化能力的热处理工艺。渗氮工艺最常用于低碳钢、低合金钢。
在气体渗氮中，供体为氮气(N2)或富氮气体(例如氨气(NH3))。当氮气与仍保持固态的受热工件接触时，氮气扩散到该工件上，从而增加该工件的加工硬化能力。该工件中氮的量和工艺参数可针对所需的特定特性来选择。气体渗氮可以对氮气的气体流速进行精确控制。装备成本显著低于进行等离子渗氮的装备成本。
在一些实施方案中，渗氮可以在存在氮气的情况下在升高的温度下执行一段时间。例如，渗氮可以在填充有氮气的加热炉中执行。加热炉可以被加热到至少1000℃，另选地到至少1100℃，另选地到至少1200℃，或另选地到1300℃。在一些实施方案中，加热炉可在至多6巴的气体压力下被加热达到升高的温度一段时间，诸如至多30小时。该时间可取决于厚度。以举例而非限制的方式，厚度为0.5mm，则渗氮可能需要约0.5小时。对于至多4mm的厚度，渗氮可能需要至多30小时。
本领域的技术人员应当理解，气体压力和加热炉温度以及渗氮时间可变化以影响氮含量。
可氮化冷轧合金以形成氮化合金。在渗氮之前的冷轧合金可具有体心立方(BCC)晶体结构，并且可以是磁性的。氮化合金可以具有面心立方(FCC)晶体结构，并且可以是非磁性的。
制造工艺100还可以包括在操作110处冷加工氮化合金。
在一些实施方案中，该工艺可包括进行附加渗氮和进一步冷加工以强化合金。
退火
在进行冷加工和渗氮之后，该工艺可继续进行退火和冷轧，这可产生具有宽范围表面光洁度的钢。退火工艺使冷轧钢更软。冷轧钢产品通常以片材、带材、条块和棒材的形式生产。退火可在与渗氮温度相同的温度下执行。退火持续时间可随材料的尺寸而变化，从10分钟到一小时不等。退火之后，需要通过强制空气、水或油对材料进行快速冷却。
图2示出了根据本公开的实施方案的316L合金和316L-0.15N氮化合金的加工硬化速率-面积减小百分比曲线。316L-0.15N包含0.15重量％的氮(N)。曲线202和204分别表示316L-0.15N和316L。如图2所示，316L-0.15N合金的加工硬化速率与316L合金的加工硬化速率大致相同。氮含量为0.15重量％时，316L-0.15N不会增加加工硬化速率。该加工硬化率随％CW或面积减小百分比而减小。例如，在面积减小约50％之后，加工硬化速率不再改善。
304L-0.6N氮化合金显示出比316L-0.15N合金更高的加工硬化速率。如图2中的曲线206所示，硬化速率随面积减小而开始减小至约1，但随后在面积减小约65％时以非常陡的斜率开始增加。在面积减小约75％时硬化速率变为约20。304L-0.6N氮化合金包含0.6重量％的氮，比316L-0.15N氮化合金高0.15重量％。
合金
本公开提供了铁基合金，该铁基合金包含13.0重量％至21.0重量％范围内的铬(Cr)、5.0重量％至16.0重量％范围内的镍(Ni)、小于或等于4.5重量％的锰(Mn)、0.02重量％至2.0重量％的氮(N)、小于或等于1.0重量％的硅(Si)和小于或等于0.15重量％的碳(C)。在一些实例中，铁基合金包含小于或等于4.0重量％的钼(Mo)。在一些变型中，该铁基合金可以是304LN、301LN和316LN。具体地讲，镍含量高于商业不锈钢合金，诸如不锈钢304L、301L和316L。在一些变型中，该铁基合金可以是锰至多6.0重量％的3xx不锈钢。如本文所述，合金中可以包含各种其他元素。
氮化304不锈钢
在一些变型中，本公开提供了铁基合金，该铁基合金包含17.0重量％至21.0重量％范围内的铬(Cr)、7.0重量％至13.0重量％范围内的镍(Ni)、小于或等于2.0重量％的锰(Mn)、0.035重量％至1.5重量％的氮(N)、小于或等于1.0重量％的硅(Si)和小于或等于0.08重量％的碳(C)。本公开提供了铁基合金，该铁基合金包含18.0重量％至20.0重量％范围内的铬(Cr)、8.0重量％至12.0重量％范围内的镍(Ni)、小于或等于2.0重量％的锰(Mn)、0.035重量％至1.5重量％的氮(N)、小于或等于1.0重量％的硅(Si)和小于或等于0.08重量％的碳(C)。
铁基合金可以包含铬(Cr)。在一些变型中，增加的铬抵抗合金中的腐蚀。在一些实施方案中，铁基合金包含17.0重量％至21.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含18.0重量％至20.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于21.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于20.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于19.5重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于19.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于18.5重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于18.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于17.5重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含至少17.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含至少17.5重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含至少18.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含至少18.5重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含至少19.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含至少19.5重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含至少20.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含至少20.5重量％的铬。
在一些实施方案中，铁基合金包含7.0重量％至13.0重量％的镍(Ni)。在一些实施方案中，铁基合金包含8.0重量％至12.0重量％的镍(Ni)。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于13.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于12.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于12.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于11.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于11.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于10.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于10.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于9.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于9.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于8.5重量％的镍。
在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于7.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于7.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于8.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于8.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于9.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于9.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于10.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于10.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于11.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于11.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于12.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于12.5重量％的镍。
在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于3.0重量％的锰(Mn)。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.5重量％的锰(Mn)。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.0重量％的锰。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.5重量％的锰。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.0重量％的锰。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.5重量％的锰。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.4重量％的锰。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.3重量％的锰。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.2重量％的锰。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.1重量％的锰。在一些变型中，铁基合金包含含量至少0.2重量％的锰。在一些变型中，铁基合金包含含量至少0.5重量％的锰。在一些变型中，铁基合金包含含量至少1.0重量％的锰。在一些变型中，铁基合金包含含量至少2.0重量％的锰。
在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于1.0重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.75重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.70重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.65重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.60重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.55重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.50重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.40重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.30重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.20重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.10重量％的硅。在一些变型中，铁基合金可包含硅。
在一些变型中，铁基合金可以包含氮(N)。在各种方面，氮在渗氮期间提供奥氏体形成(即形成FCC)，并且提供对应的硬化和机械强度。在各种附加方面，氮可以增加对局部腐蚀的抗性(尤其是与钼的组合时)。
铁基合金可以具有0.035重量％至1.5重量％的氮(N)。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.035重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.040重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.045重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.050重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.055重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.060重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.065重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.070重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.075重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.080重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.085重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.090重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.095重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.1重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.2重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.3重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.4重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.5重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.6重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.7重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.8重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.9重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.0重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.05重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.10重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.15重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.20重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.25重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.30重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.35重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.40重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.45重量％的氮。
在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.50重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.45重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.40重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.35重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.30重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.25重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.20重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.15重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.10重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.05重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.00重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.95重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.90重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.85重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.80重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.75重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.70重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.65重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.60重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.55重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.50重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.45重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.40重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.35重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.30重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.25重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.20重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.15重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.10重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.05重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.045重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.04重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.035重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.03重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.025重量％的氮。
本领域技术人员应当理解，估计的最大溶解度可以随温度和N2气体压力的范围以及合金组合物而变化。
铁基合金可以包含铜(Cu)。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于3.0重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.5重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.0重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.5重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.0重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.5重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.4重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.3重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.2重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.1重量％的铜。
在一些变型中，304LN退火氮化合金具有至少600MPa的极限强度。在一些变型中，304LN退火氮化合金具有至少650MPa的极限强度。在一些变型中，304LN退火氮化合金具有至少700MPa的极限强度。在一些变型中，304LN退火氮化合金具有至少750MPa的极限强度。在一些变型中，304LN退火氮化合金具有至少800MPa的极限强度。在一些变型中，304LN退火氮化合金具有至少850MPa的极限强度。
在一些变型中，304LN 75％冷轧氮化合金具有至少1350MPa的极限强度。在一些变型中，304LN 75％冷轧氮化合金具有至少1400MPa的极限强度。在一些变型中，304LN 75％冷轧氮化合金具有至少1450MPa的极限强度。在一些变型中，304LN 75％冷轧氮化合金具有至少1500MPa的极限强度。在一些变型中，304LN 75％冷轧氮化合金具有至少1550MPa的极限强度。
在一些变型中，304LN 75％冷轧氮化合金具有至少1100MPa的屈服强度。在一些变型中，304LN 75％冷轧氮化合金具有至少1150MPa的屈服强度。在一些变型中，304LN 75％冷轧氮化合金具有至少1200MPa的屈服强度。在一些变型中，304LN 75％冷轧氮化合金具有至少1250MPa的屈服强度。在一些变型中，304LN 75％冷轧氮化合金具有至少1300MPa的屈服强度。在一些变型中，304LN 75％冷轧氮化合金具有至少1350MPa的屈服强度。
在一些变型中，304LN 75％冷轧氮化合金具有至少4％的伸长率。在一些变型中，304LN 75％冷轧氮化合金具有至少4.5％的伸长率。在一些变型中，304LN 75％冷轧氮化合金具有至少5％的伸长率。在一些变型中，304LN 75％冷轧氮化合金具有至少5.5％的伸长率。在一些变型中，304LN 75％冷轧氮化合金具有至少6％的伸长率。
在一些变型中，304LN 25％冷轧氮化合金具有至少400Hv的硬度。在一些变型中，304LN 28％冷轧氮化合金具有至少410Hv的硬度。在一些变型中，304LN 75％冷轧氮化合金具有至少420Hv的硬度。在一些变型中，304LN 75％冷轧氮化合金具有至少430Hv的硬度。在一些变型中，304LN 38％冷轧氮化合金具有至少440Hv的硬度。在一些变型中，304LN 75％冷轧氮化合金具有至少450Hv的硬度。在一些变型中，304LN 44％冷轧氮化合金具有至少460Hv的硬度。在一些变型中，304LN 57％冷轧氮化合金具有至少470Hv的硬度。在一些变型中，304LN 64％冷轧氮化合金具有至少480Hv的硬度。在一些变型中，304LN 73％冷轧氮化合金具有至少490Hv的硬度。在一些变型中，304LN 76％冷轧氮化合金具有至少500Hv的硬度。在一些变型中，304LN 77％冷轧氮化合金具有至少510Hv的硬度。
在一些变型中，304LN氮化合金的点蚀电位为至少1250mVSCE。
本领域的技术人员应当理解，耐腐蚀性可以随组合物、氮含量和抛光条件而变化。
在一些变型中，304LN氮化合金具有等于或小于5μ的磁导率。在一些变型中，氮化铁基合金具有等于或小于4.5μ的磁导率。在一些变型中，氮化铁基合金具有等于或小于4μ的磁导率。在一些变型中，氮化铁基合金具有等于或小于3.5μ的磁导率。在一些变型中，氮化铁基合金具有等于或小于3μ的磁导率。在一些变型中，氮化铁基合金具有等于或小于2.5μ的磁导率。在一些变型中，氮化铁基合金具有等于或小于2μ的磁导率。在一些变型中，氮化铁基合金具有等于或小于1.5μ的磁导率。在一些变型中，氮化铁基合金具有等于或小于1.0μ的磁导率。
氮化316不锈钢
本公开提供了铁基合金，该铁基合金包含15.0重量％至19.0重量％范围内的铬(Cr)、10.0重量％至16.0重量％范围内的镍(Ni)、小于或等于3.0重量％的锰(Mn)、1重量％至4重量％范围内的钼(Mo)、0.03重量％至2.0重量％的氮(N)、小于或等于1.0重量％的硅(Si)和小于或等于0.08重量％的碳(C)。
在一些实施方案中，铁基合金包含15重量％至19重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含小于19.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含小于18.5重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含小于18.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含小于17.5重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含小于17.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含小于16.5重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含小于16.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含小于15.5重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含大于或等于15.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含大于或等于15.5重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含大于或等于16.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含大于16.5重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含大于或等于17.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含大于或等于17.5重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含大于或等于18.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含大于或等于18.5重量％的铬。
在一些实施方案中，铁基合金包含10.0重量％至16.0重量％的镍(Ni)。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于16.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于15.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于15.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于14.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于14.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于13.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于13.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于12.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于12.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于11.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于11.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于10.5重量％的镍。
在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于10.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于10.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于11.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于11.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于12.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于12.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于13.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于13.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于14.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于14.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于15.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于15.5重量％的镍。
在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于3.0重量％的锰(Mn)。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.4重量％的锰(Mn)。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.0重量％的锰(Mn)。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.5重量％的锰。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.0重量％的锰。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.5重量％的锰。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.4重量％的锰。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.3重量％的锰。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.2重量％的锰。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.1重量％的锰。
在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.0重量％的硅(Si)。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.95重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.90重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.85重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.80重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.75重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.70重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.65重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.60重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.55重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.50重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.40重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.30重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.20重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.10重量％的硅。
铁基合金可以包含钼(Mo)。在一些方面，钼的含量低，因为对于等效合金氮含量，钼增加了渗氮期间所需的氮气压力。
在一些实施方案中，铁基合金包含1重量％至4重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含2重量％至3重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于4.0重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于3.9重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于3.8重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于3.7重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于3.6重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于3.5重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于3.4重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于3.3重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于3.2重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于3.1重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于3.0重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.9重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.8重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.7重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.6重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.5重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.4重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.3重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.2重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.1重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.2重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.1重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.2重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.1重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.2重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.1重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.2重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.1重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.2重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.1重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.2重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.1重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.2重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.1重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.2重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.1重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.2重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.1重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.2重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.1重量％的钼。
在一些实施方案中，铁基合金包含大于或等于2.0重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含大于或等于2.1重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含大于或等于2.2重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含大于或等于2.3重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含大于或等于2.4重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含大于或等于2.5重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含大于或等于2.6重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含大于或等于2.7重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含大于或等于2.8重量％的钼。在一些实施方案中，铁基合金包含大于或等于2.9重量％的钼。
在一些变型中，铁基合金可以包含氮(N)。在各种方面，氮在渗氮期间提供奥氏体形成(即形成FCC)，并且提供对应的硬化和机械强度。在各种附加方面，氮可以增加对局部腐蚀的抗性(尤其是与钼的组合时)。
在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.030重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.035重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.040重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.045重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.050重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.055重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.060重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.065重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.070重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.075重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.080重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.085重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.090重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.095重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.1重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.2重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.3重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.4重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.5重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.6重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.7重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.8重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.9重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.0重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.05重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.10重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.15重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.20重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.25重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.30重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.35重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.40重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.45重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.50重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.55重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.60重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.65重量％的氮。
在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.70重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.75重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.80重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.85重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.90重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.95重量％的氮。
在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于2.00重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.95重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.90重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.85重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.80重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.75重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.70重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.65重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.60重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.55重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.50重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.45重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.40重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.35重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.30重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.25重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.20重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.15重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.10重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.05重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.00重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.95重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.90重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.85重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.80重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.75重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.70重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.65重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.60重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.55重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.50重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.45重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.40重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.35重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.30重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.25重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.20重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.15重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.10重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.05重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.045重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.04重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.035重量％的氮。
在一些实施方案中，铁基合金可以具有0.03重量％至1.5重量％的氮(N)。本领域技术人员应当理解，估计的最大溶解度可以随温度和N2气体压力的范围以及合金组合物而变化。
铁基合金可以包含铜(Cu)。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于3.0重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.5重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.0重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.5重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.0重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.5重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.4重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.3重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.2重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.1重量％的铜。
氮化301不锈钢
在一些变型中，本公开提供了铁基合金，该铁基合金包含15.0重量％至19.0重量％范围内的铬(Cr)、5.0重量％至9.0重量％范围内的镍(Ni)、小于或等于3.0重量％的锰(Mn)、0.02重量％至1.5重量％的氮(N)、小于或等于1.0重量％的硅(Si)和小于或等于0.15重量％的碳(C)。在一些变型中，本公开提供了铁基合金，该铁基合金包含16.0重量％至18.0重量％范围内的铬(Cr)、6.0重量％至8.0重量％范围内的镍(Ni)、小于或等于2.0重量％的锰(Mn)、0.02重量％至1.5重量％的氮(N)、小于或等于1.0重量％的硅(Si)和小于或等于0.15重量％的碳(C)。
在一些实施方案中，铁基合金包含15.0重量％至19.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含16.0重量％至18.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含小于19.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含小于18.5重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含小于18.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含小于17.5重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含小于17.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含小于16.5重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含小于16.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含小于15.5重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含含量至少15.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含含量至少15.5重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含含量至少16.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含含量至少16.5重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含含量至少17.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含含量至少17.5重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含含量至少18.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含含量至少18.5重量％的铬。
在一些实施方案中，铁基合金包含5.0重量％至9.0重量％的镍(Ni)。在一些实施方案中，铁基合金包含6.0重量％至8.0重量％的镍(Ni)。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于9.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于8.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于8.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于7.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于7.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于6.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于5.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于5.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于6.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于6.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于7.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于7.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于8.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于8.5重量％的镍。
在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于3.0重量％的锰(Mn)。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.5重量％的锰。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.0重量％的锰。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.5重量％的锰。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.0重量％的锰。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.5重量％的锰。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.4重量％的锰。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.3重量％的锰。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.2重量％的锰。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.1重量％的锰。
在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.0重量％的硅(Si)。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.95重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.90重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.85重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.80重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.75重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.70重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.65重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.60重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.55重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.50重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.40重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.30重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.20重量％的硅。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.10重量％的硅。
在一些变型中，铁基合金可以包含氮(N)。在各种方面，氮在渗氮期间提供奥氏体形成(即形成FCC)，并且提供对应的硬化和机械强度。在各种附加方面，氮可以增加对局部腐蚀的抗性(尤其是与钼的组合时)。
在一些变型中，铁基合金可以包含氮(N)。在各种方面，氮在渗氮期间提供奥氏体形成(即形成FCC)，并且提供对应的硬化和机械强度。在各种附加方面，氮可以增加对局部腐蚀的抗性(尤其是与钼的组合时)。
铁基合金可以具有0.02重量％至1.5重量％的氮(N)。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.020重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.025重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.030重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.035重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.040重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.045重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.050重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.055重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.060重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.065重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.070重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.075重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.080重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.085重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.090重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.095重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.1重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.2重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.3重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.4重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.5重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.6重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.7重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.8重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.9重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.0重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.05重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.10重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.15重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.20重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.25重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.30重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.35重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.40重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.45重量％的氮。
在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.50重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.45重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.40重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.35重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.30重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.25重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.20重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.15重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.10重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.05重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于1.00重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.95重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.90重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.85重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.80重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.75重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.70重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.65重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.60重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.55重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.50重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.45重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.40重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.35重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.30重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.25重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.20重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.15重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.10重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.05重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.045重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.04重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.035重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.03重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于0.025重量％的氮。
本领域技术人员应当理解，估计的最大溶解度可以随温度和N2气体压力的范围以及合金组合物而变化。
铁基合金可以包含铜(Cu)。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于3.0重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.5重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.0重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.5重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.0重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.5重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.4重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.3重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.2重量％的铜。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.1重量％的铜。
本文所述的所有合金变型。在一些变型中，铁基合金可以包含硫(S)。在一些变型中，铁基合金可以包含含量小于或等于0.03重量％的硫。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.02重量％的硫。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.01重量％的硫。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.005重量％的硫。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.001重量％的硫。
在一些变型中，铁基合金可以包含磷(P)。
在一些实施方案中，铁基合金还可以包含小于或等于0.05重量％的磷。在一些实施方案中，铁基合金还可以包含小于或等于0.04重量％的磷。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.03重量％的磷。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.02重量％的磷。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.01重量％的磷。
该合金可由各种重量％的元素以及特定的性能来描述。在本文所述的合金的各种描述中，应当理解，合金的重量％余量为铁和微量元素。在各种实施方案中，微量元素可不大于任何一种附加元素(即，单一微量元素)的0.05重量％，并且不大于所有附加元素(即，总微量元素)总量的0.10重量％。
在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.10重量％的其他微量元素。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.09重量％的其他微量元素。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.08重量％的其他微量元素。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.07重量％的其他微量元素。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.06重量％的其他微量元素。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.05重量％的其他微量元素。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.04重量％的其他微量元素。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.03重量％的其他微量元素。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.02重量％的其他微量元素。在一些实施方案中，铁基合金包含含量小于或等于0.01重量％的其他微量元素。微量元素可以包括可能例如作为加工和制造的副产物存在的杂质元素。
氮化3xx不锈钢
在一些变型中，本公开提供了铁基合金，该铁基合金包含16.0重量％至21.0重量％范围内的铬(Cr)、8.0重量％至13.0重量％范围内的镍(Ni)、小于或等于4.5重量％的锰(Mn)、0.035重量％至1.5重量％的氮(N)、等于或大于0.03重量％并且小于或等于1.0重量％的硅(Si)、等于或大于0.02重量％但小于或等于0.15重量％的碳(C)以及小于或等于0.03重量％的硫(S)。
铁基合金可以包含铬(Cr)。在一些变型中，增加的铬抵抗合金中的腐蚀。在一些实施方案中，铁基合金包含16.0重量％至21.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于21.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于20.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于19.5重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于19.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于18.5重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于18.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于17.5重量％的铬。
在一些实施方案中，铁基合金包含至少16.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含至少17.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含至少17.5重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含至少18.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含至少18.5重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含至少19.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含至少19.5重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含至少20.0重量％的铬。在一些实施方案中，铁基合金包含至少20.5重量％的铬。
在一些实施方案中，铁基合金包含8.0重量％至13.0重量％的镍(Ni)。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于13.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于12.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于12.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于11.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于11.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于10.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于10.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于9.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于9.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或小于8.5重量％的镍。
在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于8.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于8.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于9.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于9.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于10.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于10.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于11.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于11.5重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于12.0重量％的镍。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于12.5重量％的镍。
在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于6.0重量％的锰(Mn)。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于5.5重量％的锰(Mn)。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于5.0重量％的锰(Mn)。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于4.5重量％的锰(Mn)。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于4.0重量％的锰(Mn)。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于3.5重量％的锰(Mn)。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于3.0重量％的锰(Mn)。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.5重量％的锰(Mn)。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于2.0重量％的锰(Mn)。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.5重量％的锰(Mn)。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.0重量％的锰(Mn)。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.5重量％的锰(Mn)。
在一些变型中，铁基合金包含含量至少0.2重量％的锰。在一些变型中，铁基合金包含含量至少0.5重量％的锰。在一些变型中，铁基合金包含含量至少1.0重量％的锰。在一些变型中，铁基合金包含含量至少2.0重量％的锰。在一些变型中，铁基合金包含含量至少2.5重量％的锰。在一些变型中，铁基合金包含含量至少3.0重量％的锰。在一些变型中，铁基合金包含含量至少3.5重量％的锰。在一些变型中，铁基合金包含含量至少4.0重量％的锰。
在一些实施方案中，铁基合金包含含量至少0.03重量％的硅。
在一些变型中，铁基合金可以包含氮(N)。在各种方面，氮在渗氮期间提供奥氏体形成(即形成FCC)，并且提供对应的硬化和机械强度。在各种附加方面，氮可以增加对局部腐蚀的抗性(尤其是与钼的组合时)。
铁基合金可以具有0.035重量％至1.5重量％的氮(N)。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.035重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.040重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.045重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.050重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.055重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.060重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.065重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.070重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.075重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.080重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.085重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.090重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.095重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.1重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.2重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.3重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.4重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.5重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.6重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.7重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.8重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于0.9重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.0重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.05重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.10重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.15重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.20重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.25重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.30重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.35重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.40重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含等于或大于1.45重量％的氮。
在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.50重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.45重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.40重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.35重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.30重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.25重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.20重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.15重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.10重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.05重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于1.00重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.95重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.90重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.85重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.80重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.75重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.70重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.65重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.60重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.55重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.50重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.45重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.40重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.35重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.30重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.25重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.20重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.15重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.10重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.05重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.045重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.04重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.035重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.03重量％的氮。在一些实施方案中，铁基合金包含小于或等于0.025重量％的氮。
本领域技术人员应当理解，估计的最大溶解度可以随温度和N2气体压力的范围以及合金组合物而变化。
铁基合金可包含小于或等于4重量％的钼(Mo)。在一些方面，钼的含量低，因为对于等效合金氮含量，钼增加了渗氮期间所需的氮气压力。
铁基合金可以包含小于或等于0.03重量％的硫(S)。硫是不可避免的杂质。
本领域的技术人员应当理解，耐腐蚀性可以随组合物、氮含量和抛光条件而变化。
拉伸特性
可依据ASTM测量合金的拉伸特性，该标准覆盖测试装置、测试样本和用于拉伸测试的测试工序。
在本公开的变型中，合金的拉伸特性可以随合金组合物和渗氮参数(诸如温度和氮气压力)而变化。在本公开的变型中，拉伸特性也可随冷轧百分比或退火条件而变化。
硬度
在本公开的变型中，氮化合金的硬度可以随合金组合物和渗氮参数(诸如温度和氮气压力)而变化。硬度测量可通过维氏微硬度压痕来执行。
耐腐蚀性
氮化合金的耐腐蚀性可以被测量为较低的钝化电流密度或较高的点蚀电位。
本领域的技术人员应当理解，耐腐蚀性可以随组合物、氮含量和抛光条件而变化。
磁导率
磁导率可通过磁导率计测量。
本文所公开的铁基合金和方法可以用于制备电子设备。本文的电子设备可以指本领域已知的任何电子设备。例如，这些设备可以包括可穿戴设备，诸如手表(如，
Figure BDA0002555359190000301
)。设备也可以是电话，诸如移动电话(如，
Figure BDA0002555359190000302
)、有线电话或任何通信设备(例如，电子邮件发送/接收设备)。这些合金可以是显示器的一部分，诸如数字显示器、电视监视器、电子书阅读器、便携式网页浏览器(如，
Figure BDA0002555359190000303
)以及计算机监视器。这些合金还可以是娱乐设备，包括便携式DVD播放器、常规DVD播放器、蓝光碟片播放器、视频游戏控制台、音乐播放器诸如便携式音乐播放器(如
Figure BDA0002555359190000304
)等。这些合金还可以是提供控制的设备的一部分，诸如控制图像、视频、声音流(如Apple
Figure BDA0002555359190000305
)，或可以是用于电子设备的遥控器。这些合金可以是计算机或其附件的一部分，诸如硬盘塔外壳或壳体。
实施例
下列非限制性实施例被包括作为本公开的举例说明。
实施例1：304N和304LN不锈钢
表1列出了304N和304LN不锈钢的合金组合物。304N SS表示具有小于或等于0.08重量％的低碳的氮化不锈钢，而304LN SS表示具有小于或等于0.03重量％的低碳的氮化不锈钢。本文所公开的304N SS和304LN SS合金具有与常规304不锈钢不同的镍值。例如，常规304不锈钢包含8重量％至12重量％的镍。
表1：304N和304LN不锈钢
Figure BDA0002555359190000311
氮在304不锈钢中的溶解度随渗氮条件(诸如温度和气体压力)而变化。通过使用软件诸如ThermoCalc和Diffusion模块(DICTRA)模拟各种工艺条件(包括温度和气体压力)下的特定合金组合物，确定304不锈钢的估计的最大氮溶解度为1.06重量％。
图3A示出了根据本公开的实施方案的示例性304L合金(Fe-20Cr-8Ni-1.9Mn-0.4Si-0.02C-0.1N)在各种升高的温度下的氮溶解度与N2气体压力的关系。如图3A所示，FCC中的氮重量％取决于N2气体压力。BCC相在1100℃至1300℃的高温下存在。当N2气体压力低于0.3巴并且FCC中的氮重量％小于0.23时，对于Fe-20Cr-8Ni-1.9Mn-0.4Si-0.02C-0.1N合金存在BCC和FCC的混合物。当N2气体压力高于0.3巴并且FCC中的氮重量％等于或大于0.23时，仅存在FCC。
另外，对于Fe-20Cr-8Ni-1.9Mn-0.4Si-0.02C-0.1N合金，发现了氮在FCC中的估计的最大溶解度。此外，FCC中的氮重量％随N2气体压力和温度而变化。在1250℃和1300℃的温度下，FCC中的氮溶解度随N2气体压力的增加而增加。然而，在1100℃和1150℃的温度下，FCC中的氮溶解度随N2气体压力在N2气体压力分别升至约0.5巴或1巴时增加，然后随N2气体压力升至6巴而减小。对于Fe-20Cr-8Ni-1.9Mn-0.4Si-0.02C-0.1N合金，在1100℃至1300℃的温度范围以及0至6巴的N2气体压力范围内，在6巴并且1250℃时实现了氮在FCC中的估计的最大溶解度，为1.06重量％。
图3B示出了根据本公开的实施方案的示例性304L合金(Fe-18Cr-10Ni-1.9Mn-0.75Si-0.02C-0.1N)在各种升高的温度下的氮溶解度与N2压力的关系。如图3B所示，对于Fe-18Cr-10Ni-1.9Mn-0.75Si-0.02C-0.1N合金，发现了氮在304L合金中的估计的最小溶解度。BCC相在1100℃至1300℃的高温下不存在。另外，FCC中的氮重量％随N2气体压力和温度而变化。在1250℃和1300℃的温度下，FCC中的氮溶解度随N2气体压力的增加而增加。然而，在1100℃和1150℃的温度下，FCC中的氮溶解度随N2气体压力在N2气体压力分别升至约0.5巴或1巴时增加，然后随N2气体压力升至6巴而减小。对于Fe-20Cr-8Ni-1.9Mn-0.4Si-0.02C-0.1N合金，在1100℃至1300℃的温度范围以及0至6巴的N2气体压力范围内，在6巴并且1250℃时实现了氮在FCC中的溶解度，为约0.72重量％。
增加渗氮持续时间或时间可改善硬度均匀性。较短的渗氮时间可产生具有较软芯的较硬表面。图3C示出了根据本公开的实施方案的304L合金的渗透深度与渗氮时间的关系。如图3C所示，曲线302表示在1150℃并且0.87巴的N2气体压力下进行渗氮，曲线304表示在1170℃并且1.35巴的N2气体压力下进行渗氮。渗透深度随渗氮时间而增加，如曲线302和304两者所示。另外，1150℃的较低温度和0.87巴的较低N2气体压力产生比1170℃的较高温度和1.35巴的较高气体压力更高的渗透。
本领域技术人员应当理解，估计的合金中氮的最大溶解度可以随温度和N2气体压力的范围以及合金组合物而变化。
图4示出了根据本公开的实施方案的304L和304LN合金的真应力-真应变曲线。如图4所示，304L-0.6N 75％冷压缩样品合金的极限强度高于304L 70％冷压缩样品合金的极限强度。另外，304L-0.6N退火样品合金具有比304L热轧样品合金更高的极限强度。图4的结果汇总于表2中。
表2列出了304LN与304L不锈钢的特性比较。如图所示，从对于304L 70％冷压缩的1325MPa增加到对于304L-0.6N 75％冷压缩样品合金的1585MPa，极限强度增加了19.6％。从304L热轧的550MPa增加到304L-0.6N退火样品合金的882MPa，极限强度增加了60.4％。从304L 70％冷压缩的1000MPa增加到304L-0.6N 75％冷压缩样品合金的1394MPa，屈服强度增加了19.6％。从304L热轧的255MPa增加到304L-0.6N退火样品合金的460MPa，屈服强度增加了60.4％。从304L 70％冷压缩的3％增加到304L-0.6N 75％冷压缩样品合金的6％，伸长率或延展性增加了100％。
从304L热轧合金的61％增加到304L-0.6N退火样品合金的65％，伸长率或延展性增加了6.6％。增加的延展性可改善合金的耐疲劳性。
氮化合金的磁导率也降低。例如，磁导率从304L 70％冷压缩的2.50μ减小到304L-0.6N 75％冷压缩样品合金的1.15μ。磁导率从304L热轧的1.15μ减小到304L-0.6N退火样品合金的1.00μ。
与没有进行渗氮的304L 70％冷轧合金和304L 70％冷轧合金相比，氮化合金304LN 75％冷轧合金和304LN退火合金的耐腐蚀性从不良到良好具有显著的改善，其耐腐蚀性为至少1250mVsce。
表2 304LN与304L不锈钢的特性比较
Figure BDA0002555359190000331
图5示出了根据本公开的实施方案的316L和304LN合金的真应力-真应变曲线。如图5所示，304L-0.6N 75％冷压缩样品合金的极限强度高于316L 70％冷压缩样品合金的极限强度。另外，304L-0.6N退火样品合金具有比316L退火样品合金更高的延展性。图5的结果汇总于表3中。
表3列出了304LN与316L不锈钢的特性比较。如图所示，从对于316L 70％冷轧的1200MPa增加到对于304L-0.6N 75％冷轧样品合金的1585MPa，极限强度增加了32.1％。从316L 70％冷轧的1100MPa增加到304L-0.6N 75％冷轧样品合金的1394MPa，屈服强度增加了26.7％。伸长率或延展性从316L 70％冷轧的5％增加到304L-0.6N 75％冷轧样品合金的6％。
316L 70％冷轧合金的磁导率与304L-0.6N 75％冷轧样品合金的范围相同。316L70％冷轧合金的耐腐蚀性良好，其耐腐蚀性为至少1150mVsce，类似于样品合金304L-0.6N75％冷轧或冷压缩或冷加工压缩。
表3 304LN与316L不锈钢的特性比较
Figure BDA0002555359190000341
图6示出了根据本公开的实施方案的301和304LN合金的真应力-真应变曲线。如图6所示，304L-0.6N 75％冷轧样品合金的极限强度高于301全硬样品合金的极限强度。另外，304L-0.6N退火样品合金具有比301退火样品合金更高的延展性。图6的结果汇总于表4中。
表4列出了304LN与301不锈钢的特性比较。如图所示，从对于301全硬的1455MPa增加到对于304L-0.6N 75％冷轧样品合金的1585MPa，极限强度增加了8.9％。如图所示，从对于301全硬的1415MPa减小到对于304L-0.6N 75％冷轧样品合金的1394MPa，屈服强度略微减少了1.5％。从301全硬的6.7％减小到304L-0.6N 75％冷轧样品合金的6％，伸长率或延展性略微减小。
301全硬的磁导率大于50μ并因此是磁性的，而304L-0.6N 75％冷轧样品合金具有1.15μ的低磁导率并因此是非磁性的。
301全硬的耐腐蚀性不良，而304L-0.6N 75％冷轧样品合金的耐腐蚀性良好，其耐腐蚀性为至少1250mVsce。
表4 304LN SS与301 SS的特性比较
Figure BDA0002555359190000342
图7示出了根据本公开的实施方案的304LN合金和其他铁基合金比较的真应力-真应变曲线。如图所示，曲线702A表示304LN全硬，曲线702B表示304LN退火，曲线704A表示301全硬，曲线704B表示301退火，曲线706A表示316L半硬，并且曲线706B表示316L退火。304LN在冷加工和退火条件下均具有高于301和316L合金两者的极限强度。
图8示出了根据本公开的实施方案的304LN合金和其他铁基合金的硬度和冷加工压缩的关系。曲线802、804、806和808分别表示304LN、301、316L和304L 70％冷轧合金。硬度随冷加工压缩升至约75％而增加。如图8所示，304LN 70％冷加工压缩合金或70％冷轧合金的硬度为约500Hv，比301 70％冷轧合金的约520Hv略低。316L合金的硬度低于301和304LN合金的硬度。为了比较，304L合金-70％冷轧的硬度为370Hv，其显著低于氮化304LN 70％冷加工压缩合金。
实施例2：316N和316LN不锈钢
表5列出了316N和316LN不锈钢的合金组合物。316N SS表示具有小于或等于0.08重量％的低碳的氮化不锈钢，而316LN SS表示具有小于或等于0.03重量％的低碳的氮化不锈钢。本文所公开的316N和316LN不锈钢具有与常规316不锈钢不同的铬和镍值。例如，常规316不锈钢包含16重量％至18重量％的铬和10重量％至14重量％的镍。
表5：316N SS和316LN SS
Figure BDA0002555359190000351
同样，氮在316不锈钢中的溶解度随渗氮条件(诸如温度和气体压力)而变化。通过模拟在各种工艺条件(包括温度和气体压力)下的各种合金组合物，确定316不锈钢的估计的最大氮溶解度为0.90重量％。
图9A示出了根据本公开的实施方案的示例性316L合金(Fe-18Cr-10Ni-3Mo-1.9Mn-0.4Si-0.02C-0.1N)在各种升高的温度下的氮溶解度与N2气体压力的关系。如图9A所示，FCC中的氮重量％取决于N2气体压力。BCC相在1100℃至1300℃的高温下存在。当N2气体压力低于0.3巴并且FCC中的氮重量％小于0.23时，对于Fe-18Cr-10Ni-3Mo-1.9Mn-0.4Si-0.02C-0.1N合金存在BCC和FCC的混合物。当N2气体压力高于0.3巴并且FCC中的氮重量％等于或大于0.23时，仅存在FCC。
对于Fe-18Cr-10Ni-3Mo-1.9Mn-0.4Si-0.02C-0.1N合金，发现了氮在FCC中的估计的最大溶解度。此外，FCC中的氮重量％随N2气体压力和温度而变化。在1250℃和1300℃的温度下，FCC中的氮溶解度随N2气体压力的增加而增加。然而，在1100℃、1150℃和1200℃的温度下，FCC中的氮溶解度随N2气体压力在N2气体压力分别升至约0.5巴、1巴、3巴时增加，然后随N2气体压力升至6巴而减小。对于Fe-18Cr-10Ni-3Mo-1.9Mn-0.4Si-0.02C-0.1N合金，在1100℃至1300℃的温度范围以及0至6巴的N2气体压力范围内，在6巴并且1250℃时实现了氮在FCC中的估计的最大溶解度，为0.9重量％。
图9B示出了根据本公开的实施方案的示例性316L合金(Fe-16Cr-14Ni-2Mo-1.0Mn-0.75Si-0.02C-0.1N)在各种升高的温度下的氮溶解度与N2气体压力的关系。如图9B所示，对于Fe-16Cr-14Ni-2Mo-1.0Mn-0.75Si-0.02C-0.1N合金，发现了氮在304L合金中的估计的最小溶解度。BCC相在1100℃至1300℃的高温下不存在。另外，FCC中的氮重量％随N2气体压力和温度而变化。在1250℃和1300℃的温度下，FCC中的氮溶解度随N2气体压力的增加而增加。然而，在1100℃、1150℃和1200℃的温度下，FCC中的氮溶解度随N2气体压力在N2气体压力分别升至约0.5巴、1.3巴、3.6巴时增加，然后随N2气体压力升至6巴而减小。对于Fe-16Cr-14Ni-2Mo-1.0Mn-0.75Si-0.02C-0.1N合金，在1100℃至1300℃的温度范围以及0至6巴的N2气体压力范围内，在6巴并且1250℃时实现了氮在FCC中的溶解度为至多0.54重量％。
图9C示出了根据本公开的实施方案的316L合金的渗透深度与渗氮时间的关系。如图9C所示，曲线902表示在1850℃以及1.25巴的N2气体压力下进行渗氮，曲线904表示在1850℃以及1.85巴的N2气体压力下进行渗氮。渗透深度随渗氮时间而增加，如曲线902和904两者所示。另外，1.25巴的较低N2气体压力产生比1.85巴的较高N2气体压力更快的N2渗透。
本领域技术人员应当理解，估计的合金中氮的最大溶解度可以随温度和N2气体压力的范围以及合金组合物而变化。
实施例3：301N和301LN不锈钢
表6列出了301N SS和301LN SS的合金组合物。301N SS表示具有小于或等于0.15重量％的低碳的氮化不锈钢。301LN SS表示具有小于或等于0.03重量％的低碳的氮化不锈钢。本文所公开的301N SS和301LN SS具有与常规301不锈钢相同的铬和镍值。例如，常规301不锈钢包含16重量％至18重量％的铬和6重量％至8重量％的镍。
表6：301N SS和301LN SS
Figure BDA0002555359190000371
同样，氮在301不锈钢中的溶解度随渗氮条件(诸如温度和气体压力)而变化。通过模拟在各种工艺条件(包括温度和气体压力)下的各种合金组合物，确定301不锈钢的估计的最大氮溶解度为0.96重量％。
图10A示出了根据本公开的实施方案的示例性301L合金(Fe-18Cr-6Ni-1.9Mn-0.4Si-0.12C-0.1N)在各种升高的温度下的氮溶解度与N2压力的关系。如图10A所示，FCC中的氮重量％取决于N2气体压力。BCC相在1100℃至1300℃的高温下存在。当N2气体压力低于0.3巴并且FCC中的氮重量％小于0.23时，对于Fe-18Cr-6Ni-1.9Mn-0.4Si-0.12C-0.1N合金存在BCC和FCC的混合物。当N2气体压力高于0.3巴并且FCC中的氮重量％等于或大于0.23时，仅存在FCC。
对于Fe-18Cr-6Ni-1.9Mn-0.4Si-0.12C-0.1N合金，发现了氮在FCC中的估计的最大溶解度。此外，FCC中的氮重量％随N2气体压力和温度而变化。在1200℃、1250℃和1300℃的温度下，FCC中的氮溶解度随N2气体压力的增加而增加。然而，在1100℃和1150℃的温度下，FCC中的氮溶解度随N2气体压力在N2气体压力分别升至约0.5巴或1.5巴时增加，然后随N2气体压力升至6巴而减小。对于Fe-18Cr-6Ni-1.9Mn-0.4Si-0.12C-0.1N合金，在1100℃至1300℃的温度范围以及0至6巴的N2气体压力范围内，在约5.2巴并且1200℃时实现了氮在FCC中的估计的最大溶解度，为0.96重量％。
图10B示出了根据本公开的实施方案的示例性301L合金(Fe-16Cr-8Ni-1.0Mn-0.8Si-0.12C-0.1N)在各种升高的温度下的氮溶解度与N2压力的关系。如图10B所示，对于Fe-16Cr-8Ni-1.0Mn-0.8Si-0.12C-0.1N合金，发现了氮在304L合金中的估计的最小溶解度。BCC相在1100℃至1300℃的高温下不存在。另外，FCC中的氮重量％随N2气体压力和温度而变化。在1200℃、1250℃和1300℃的温度下，FCC中的氮溶解度随N2气体压力的增加而增加。然而，在1100℃和1150℃的温度下，FCC中的氮溶解度随N2气体压力在N2气体压力分别升至约0.5巴或1.8巴时增加，然后随N2气体压力升至6巴而减小。对于Fe-16Cr-8Ni-1.0Mn-0.8Si-0.12C-0.1N合金，在1100℃至1300℃的温度范围以及0至6巴的N2气体压力范围内，在约5.5巴并且1200℃时实现了氮在FCC中的溶解度为至多0.65重量％。
本领域技术人员应当理解，估计的合金中氮的最大溶解度可以随温度和N2气体压力的范围以及合金组合物而变化。
实施例4：3xx不锈钢
表7提供了用于某些3xx不锈钢的示例性合金组合物。本文所公开的3xx不锈钢(合金1-5)具有16.00重量％至21.00重量％的铬和8.00重量％至13.00重量％的镍，其类似于304不锈钢。然而，与304不锈钢相比，合金1-5具有更多的锰，至多5重量％。这些3xx不锈钢(合金1-5)中的锰含量在4.00重量％至5.00重量％范围内，其高于304、316和301不锈钢。不希望受限于任何特定示例或理论，锰的增量可有助于改善在进行渗氮之后的氮吸收和氮含量的增加。然而，较高的锰也会不利地影响腐蚀性能。因此，选择最大为4.5重量％以实现平衡的耐渗氮性和耐腐蚀性。
另外，如表7所示，合金2-5在进行渗氮之前具有0.05重量％的氮，而合金1在进行渗氮工艺之前不具有氮。
表7：3xx不锈钢的组合物(重量％)
元素 范围 合金1 合金2 合金3 合金4 合金5
铬 16.00-21.00 18.00 16.00 19.00 19.00 20.00
镍 8.00-13.00 11.00 8.00 10.00 10.00 11.50
锰 ≤4.50 5.00 4.00 4.00 4.00 4.00
钼 0.00-4.00 2.60 2.00 1.00 0.00 0.00
硅 0.03-0.10 0.60 0.30 0.30 0.30 0.30
氮(在渗氮之前) ≤0.05 0.00 0.05 0.05 0.05 0.05
氮(在渗氮之后) ≤0.85 0.62 0.79 0.73 0.71 0.67
碳 0.02-0.15 0.00 0.02 0.02 0.02 0.02
硫 0.00-0.03 0.00 0.025 0.00 0.00 0.00
较多的锰能够增加合金中氮的量。然而，锰也能够降低耐腐蚀性。对于具有约4重量％和5重量％的锰的合金，在最大氮和耐腐蚀性之间似乎存在平衡。
表8列出了合金1-5的用于进行渗氮的N2气体压力、耐点蚀当量(PREN)温度和δ相开始时的温度。
表8：合金1-5
Figure BDA0002555359190000391
如表8所示，合金1的N2气体压力为1.227巴，合金3的为1.32巴、合金4的为1.36巴、合金5的为0.96巴，其均低于2巴。对于合金2，N2气体压力为3.220巴。
对于奥氏体来说，δ相或δ铁素体是在高温下存在的体心立方(BCC)相。在较低温度下的奥氏体将相变成在较高温度下的奥氏体加δ铁素体，如下所示：
奥氏体(低温)→奥氏体+δ铁素体(高温)
δ铁素体的开始温度是δ铁素体开始从奥氏体析出的温度。δ相是具有磁性的，其能够限制某些应用中合金的使用。δ相具有迟缓的渗氮反应。如果渗氮温度高于δ开始温度，则合金在奥氏体和δ相两者中将为氮化物，并且δ相可能不以与奥氏体相同的方式得到氮化物。在一些变型中，这可产生将损害合金的耐腐蚀性的电偶。
基于其组合物估计不锈钢的耐腐蚀性的实验式如下：
PREN＝％Cr+(3.3x％Mo)+(16x％N)
如上述公式所示，氮具有用于改善耐腐蚀性的最高系数。表8中的基础PREN是在材料氮化之前计算的值，并且表中的PREN 1170℃是材料在1170℃(PREN 1170℃)时氮化之后的耐腐蚀性。
在一些变型中，合金1并非所期望的，因为合金1的δ开始温度比1170℃低得多，使得合金1在渗氮温度时将具有δ相。
实施例5：在固态粉末烧结期间对合金进行渗氮
在一些变型中，合金可为粉末形式。金属粉末可由铁基合金形成。可同时对粉末进行烧结和渗氮，这被称为双重烧结/渗氮工艺。粉末包括多个颗粒。
在一些变型中，金属粉末在双重烧结/渗氮工艺之前可不含氮。在一些变型中，金属粉末可在双重烧结/渗氮工艺之前可包含氮。在一些变型中，金属粉末中的氮含量可为至多0.10重量％。
烧结是通过将粉末加热至升高的温度而不发生液化来由粉末形成固体或多孔块状材料的工艺。在烧结期间，可施加压缩力或压力。烧结期间发生的大量移动可通过再填充来降低总孔隙度。烧结铁粉的机械性能(诸如杨氏模量En)可随最终产品的密度而变化。
渗氮是将氮扩散到金属中以增加加工硬化能力的热处理工艺。在一些变型中，渗氮可以为气体渗氮。供体为氮气(N2)或富氮气体(例如氨气(NH3))。当氮气在烧结期间与受热粉末接触时，氮气扩散到粉末上，从而增加粉末的加工硬化能力。粉末中氮的量和工艺参数可针对所需的特定特性来选择。气体渗氮可以对氮气的气体流速进行精确控制。装备成本显著低于进行等离子渗氮的装备成本。
对粉末进行渗氮显著快于对块状材料诸如冷轧片材等进行渗氮。这是因为渗氮是扩散控制的工艺。粉末颗粒显著小于块状材料。例如，块状材料(例如，轧制片材)为至少0.5mm或更厚，而粉末颗粒具有等于或小于50μm的平均直径。
在一些变型中，粉末颗粒可具有等于或小于50μm的平均直径。在一些变型中，粉末颗粒可具有等于或小于45μm的平均直径。在一些变型中，粉末颗粒可具有等于或小于40μm的平均直径。在一些变型中，粉末颗粒可具有等于或小于35μm的平均直径。在一些变型中，粉末颗粒可具有等于或小于30μm的平均直径。在一些变型中，粉末颗粒可具有等于或小于25μm的平均直径。在一些变型中，粉末颗粒可具有等于或小于20μm的平均直径。在一些变型中，粉末颗粒可具有等于或小于15μm的平均直径。在一些变型中，粉末颗粒可具有等于或小于10μm的平均直径。
图11A描绘了示出根据本公开的实施方案的用于对粉末进行双重烧结和渗氮的系统的草图。系统1100可包括烧结炉1102，该烧结炉具有用于填充来自N2气体源1108的N2气体1104的入口1106。包含预压实的金属粉末1110的成型制品1112可放置在系统1100内部。成型制品1112由金属粉末预压实并且可为任何所需的形状。可在填充有氮气1104的烧结炉1102中对预压实的金属粉末1110执行渗氮，如图11所示。
图11B示出了根据本公开的实施方案的烧结之后的填充颗粒的变化。如图所示，在烧结之前粉末颗粒1110之间存在大的孔1120，如左侧所示。在烧结之后，粉末颗粒之间的孔1120变小(如右侧所示)，并且粉末颗粒与其相邻颗粒的接触面积也增加。
在一些实施方案中，渗氮可以在存在氮气的情况下在升高的温度下执行一段时间。用于烧结的升高的温度低于金属粉末(诸如铁)的主要成分的熔点。加热炉可以被加热到至少1000℃，另选地到至少1100℃，另选地到至少1200℃，或另选地到1300℃。
在一些实施方案中，烧结炉可被加热达到升高的温度一段时间。该时间段可取决于粉末颗粒的平均直径。以举例而非限制的方式，颗粒越大，渗氮时间越长。在一些变型中，该时间可为至多30小时。
在一些变型中，氮气压力可为至多6巴。在一些变型中，氮气压力可为至多5巴。在一些变型中，氮气压力可为至多4巴。在一些变型中，氮气压力可为至多3巴。在一些变型中，氮气压力可为至多2巴。在一些变型中，氮气压力可为至多1巴。
本领域的技术人员应当理解，气体压力和加热炉温度以及渗氮时间可变化以影响氮含量。
对于双重烧结/渗氮工艺，氮化钢制品可通过同时进行烧结和渗氮(例如，通过使用系统1100)而形成任何形状。图12是示出根据本公开的实施方案的对粉末进行双重烧结和渗氮的步骤的流程图。方法1200可包括在操作1202处将含有预压实的金属粉末1110的成型制品1112放置在烧结炉1102中。该方法还可包括在操作1204处用N2气体填充烧结炉1102。方法1200还可包括在操作1206处通过加热预压实的金属粉末1110来同时进行渗氮和烧结金属粉末。方法1200还可包括在操作1208处冷却氮化烧结金属粉末以形成氮化制品。
在一些变型中，钢可以在具有氮气的加热炉中加热，其中烧结温度和渗氮温度相同。在一些变型中，渗氮时间可通过控制氮气流而与烧结时间不同。渗氮时间可长于或短于烧结时间。
在一些变型中，钢中的较高氮含量可通过较长持续时间的烧结工艺获得。在一些变型中，烧结的持续时间可至多为几小时。
实施例6：对粉末进行双重金属注射成型和渗氮
在一些变型中，双重烧结/渗氮工艺可应用于金属3D印刷或金属注射成型(MIM)工艺。在金属注射成型工艺中，通过使用注射成型将金属粉末与聚合物粘结剂混合以形成成型制品。金属粉末可由铁基合金形成。金属注射成型工艺允许在单个步骤中成型高体积的复杂部件。
在双重金属注射成型和渗氮工艺中，可在注射模具中加热具有聚合物粘结剂的粉末以形成任何形状的氮化钢制品。
在一些变型中，在双重金属注射成型和渗氮工艺之前，金属粉末可不含氮。
在一些变型中，在双重金属注射成型和渗氮工艺之前，金属粉末可包含氮。
在一些变型中，对于双重金属3D印刷和渗氮工艺，也可通过使用激光器或其他装置在氮气环境中加热粉末以形成任何形状的氮化钢制品。
图13描绘了示出根据本公开的实施方案的用于对粉末进行双重金属注射成型和渗氮的系统的草图。用于双重金属注射成型和渗氮的系统1300可包括模具1304，该模具用于对包含与聚合物粘结剂混合的金属粉末的粉末混合物或原料1302进行模制以形成金属片1320，该金属片包含与聚合物粘结剂混合的压实的金属粉末。在该特定示例中，金属片1320可形成为近净形制品1308。本领域的技术人员应当理解，模具1304可被设计成形成任何成型制品1308，该成型制品包括与聚合物粘结剂混合的压实的金属粉末。
原料1302是包含具有聚合物粘结剂的金属粉末混合物的中间产品，并且可具有若干毫米的粒度。在一些变型中，原料1302可由金属注射成型制造商制造。在一些变型中，原料1302也可由供应商提供。
近/净形制品1308由包含与聚合物粘结剂或原料1302混合的金属粉末的粉末混合物形成。注射成型温度可低于金属粉末的熔融温度，使得金属粉末保持不熔融以保持金属粉末为粉末形式。聚合物粘结剂为中间加工助剂，并且将在单个步骤中在烧尽、渗氮和固结之后从产品中去除。
系统1300还可包括室1310和用于加热室1310的热源1312。热源1312可以是激光器或其他装置。热源1312可放置在室1310内部，诸如图13所示。热源1312可放置在室1310外部。
系统1300还可包括氮气源1214，该氮气源被构造成连接到室1310的入口1318，使得氮气能够以受控的流速、时间和压力供应到该室。系统1300允许通过使用热源1312加热放置在室1310内部的近净形制品1308，并且氮化近净形制品1308。氮化制品1308可在热去除或者化学去除聚合物粘结剂之后固结，并冷却至室温以形成收缩产品1316。在固结之后，近净形制品的线性收缩可在15％至30％的范围内。固结是降低孔体积的烧结工艺。
在一些变型中，收缩可等于或小于30％。在一些变型中，收缩可等于或小于25％。在一些变型中，收缩可等于或小于20％。在一些变型中，收缩可等于或大于15％。在一些变型中，收缩可等于或大于20％。在一些变型中，收缩可等于或大于25％。
图14是示出根据本公开的实施方案的对粉末进行双重金属注射成型和渗氮的步骤的流程图。方法1400可包括在操作1402处对原料1320进行模制以形成近净形制品1308。原料可由与聚合物粘结剂混合的金属粉末形成。原料可由供应商或MIM制造商提供。
方法1400还可以包括在操作1406处在渗氮室1310中用氮气1314同时对近净形制品1308进行渗氮、去除聚合物粘结剂并且固结近净形制品。在升高的温度下对近净形制品进行渗氮期间，粉末的聚合物粘结剂粉末被热去除或者化学去除(包括烧尽或蒸发等)，并且同时粉末被固结。当去除聚合物粘结剂时，近净形制品为在金属粉末的颗粒之间具有孔的互连网络。氮可通过孔扩散到金属粉末颗粒中。固结是在升高的温度下降低孔体积的烧结工艺。渗氮可与MIM工艺或3D印刷工艺兼容。
方法1400还可以包括在操作1410处冷却固结的氮化或近净形制品以形成收缩产品1316。收缩产品可以是任何所需形状的氮化硬化制品。
在一些变型中，升高的温度是渗氮温度。渗氮温度可低于金属粉末的熔融温度，使得金属粉末保持不熔融以保持金属粉末为粉末形式。
在一些变型中，固结时间与渗氮时间相同。
在一些变型中，固结时间可与渗氮时间不同。例如，固结时间可长于或短于渗氮时间。可控制进入室1310的氮气1314。
实施例7：对包括局部熔融部分的合金进行渗氮
在一些变型中，对于在高温下的金属3D印刷或金属注射成型(MIM)工艺(诸如激光粉末床和直接金属沉积工艺)，局部熔融粉末或原料(例如，线材原料)可产生部件。
在一些变型中，在渗氮之前，粉末或原料可以是不含氮的不锈钢合金。另选地，在渗氮之前，粉末或原料可以是含氮不锈钢合金。该含氮不锈钢可包括均匀分布的氮。在此类情况下，可在局部熔融的合金附近施加含氮气体以增加成品部件的氮含量。
不希望受限于任何特定理论或作用模式，局部熔融的合金在升高的温度下可具有比固态合金更快的氮扩散，因为在升高的温度下氮扩散到液体中比扩散到固态合金中能够更快。将氮扩散到局部熔融的合金中可与扩散到整个原料中完全不同。物质(例如N2气体)扩散到表面中的扩散距离与扩散时间的平方根成比例。因此，当N2扩散到熔融表面层(例如，厚度为约10微米)中时，对于具有给定扩散率的相同材料，该扩散可以比扩散到约1mm厚的固体片材中时快约10,000倍。
在一些变型中，原料可包括与聚合物粘结剂混合的预压实的铁基粉末。原料可包括局部熔融部分，诸如表面部分或本体部分。
原料可为任何形状或形式。例如，原料可为具有几毫米厚度的条形。另选地，原料可以是部分熔融的或局部熔融的。例如，原料可具有熔融状态或液态的表面层，而表面层下方的块状材料仍保持固态。在一些变型中，熔融表面层的厚度可为微米数量级。氮可能扩散到熔融表面层中，这可能需要约10秒的时间。
在一些变型中，由对包括局部熔融的合金的原料进行渗氮所产生的成品部件可具有不均匀的氮分布。例如，表面层可包含比本体更多的氮。表面层可具有与本体不同的特性。
实施例8：钝化
不锈钢的钝化可使用酸溶液从金属的表面去除游离铁。可形成非常薄的惰性层(例如，氧化物层或氮化物层)以保护不锈钢免受腐蚀。在一些变型中，酸溶液可包含酸，诸如柠檬酸(HNO3)等。
钝化后的操作可包括用水冲洗、用盐溶液(诸如碳酸钠(Na2CO3)等)中和钝化的合金，并且冲洗该中和的合金。
在一个示例中，将304LN样品和316L用浓度为约4％(例如4±0.5％)的柠檬酸溶液在约65℃(例如65±2℃)时钝化约10分钟。将样品用干净的水或高纯度的水冲洗几次。每次冲洗约90秒。
在一个示例中，304LN样品和316L用浓度为约42％(例如，42+8％或42-2％)的柠檬酸溶液在室温下钝化约60分钟。将样品用纯水冲洗约90秒数次。
然后通过使用浓度为4±1％的Na2CO3溶液在室温下将钝化的样品中和约3分钟，接着用干净的水或高纯度的水在室温下冲洗数次，每次冲洗约90秒，然后用温度在70℃至90℃范围内的温水冲洗约3分钟。冲洗之后，将样品在90℃时干燥约30分钟。
令人惊讶地发现，对氮化304L进行钝化效果非常好。钝化316L仅使腐蚀速率降低了60％。然而，钝化氮化304L可将腐蚀速率降低99％，这显著高于钝化的结果(例如316L)。氮化304L中较高的氮含量可使比钝化未氮化的不锈钢更有效。所得的氧化物可能比未氮化的不锈钢更坚韧。
本文所引用的任何范围均包括端值在内。在本说明书的全文中所用的术语“基本上”和“约”用于描述和说明小的波动。例如，它们可指小于或等于±5％，诸如小于或等于±2％、诸如小于或等于±1％、诸如小于或等于±0.5％、诸如小于或等于±0.2％、诸如小于或等于±0.1％、诸如小于或等于±0.05％。
描述了几个实施方案，本领域的技术人员能够认识到，可使用多种修改、另选结构和等价物而不背离本发明的精神。此外，许多公知的过程和元素没有描述以避免不必要地模糊本发明。因此，不应将上述描述视为限制本发明的范围。
本领域的技术人员将会知道，本发明所公开的实施方案以示例而非限制性的方式来教导。因此，包含在上面的描述中或者在附图中示出的内容应该被解释为说明性的而不是限制性的。以下权利要求旨在涵盖本文描述的所有通用和特定特征以及方法和系统的范围的所有陈述，由于语言的问题，所有这些陈述应当落入到通用和特定特征两者之间。

Claims (40)

1.一种铁基合金，包含：
13重量％至21重量％的铬；
5重量％至16重量％的镍；
小于或等于6.0重量％的锰；
0.035重量％至2.0重量％的氮；
小于或等于1.0重量％的硅；以及
小于或等于0.15重量％的碳，
其中余量为铁和微量元素。
2.根据权利要求1所述的铁基合金，包含：
13重量％至21重量％的铬；
5重量％至16重量％的镍；
小于或等于3.0重量％的锰；
0.035重量％至2.0重量％的氮；
小于或等于1.0重量％的硅；以及
小于或等于0.15重量％的碳，
其中余量为铁和微量元素。
3.根据权利要求2所述的铁基合金，包含：
17重量％至21重量％的铬；
7重量％至13重量％的镍；
小于或等于3.0重量％的锰；
0.035重量％至1.50重量％的氮；
小于或等于1.0重量％的硅；以及
小于或等于0.10重量％的碳。
4.根据权利要求3所述的铁基合金，包含：
18重量％至20重量％的铬；
8重量％至12重量％的镍；以及
小于或等于2.00重量％的锰。
5.根据权利要求3至4中的一项所述的铁基合金，其中所述合金包含小于或等于0.03重量％的碳。
6.根据权利要求3至5中的一项所述的铁基合金，其中与具有相同成分且氮小于或等于0.03重量％的合金相比，所述合金的延展性增加了至少80％。
7.根据权利要求3至6中的一项所述的铁基合金，其中与具有相同成分且氮小于或等于0.03重量％的合金相比，所述合金的极限拉伸强度增加了至少15％。
8.根据权利要求3至7中的一项所述的铁基合金，其中与具有相同成分且氮小于或等于0.03重量％的合金相比，所述合金的拉伸屈服强度增加了至少30％。
9.根据权利要求3至8中的一项所述的铁基合金，其中所述合金具有小于1.5μ的磁导率。
10.根据权利要求2所述的铁基合金，包含：
15重量％至19重量％的铬；
10重量％至16重量％的镍；
1重量％至4重量％的钼；
小于或等于3.0重量％的锰；
0.03重量％至1.5重量％的氮；
小于或等于1.0重量％的硅；以及
小于或等于0.10重量％的碳。
11.根据权利要求10所述的铁基合金，包含：
16重量％至18重量％的铬；
10重量％至16重量％的镍；
2重量％至3重量％的钼；以及
小于或等于2.0重量％的锰。
12.根据权利要求10至11中的一项所述的铁基合金，其中所述合金包含小于或等于0.03重量％的碳。
13.根据权利要求10至12中的一项所述的铁基合金，其中所述合金具有小于1.5μ的磁导率。
14.根据权利要求2所述的铁基合金，包含：
15重量％至19重量％的铬；
5重量％至9重量％的镍；
小于或等于3.0重量％的锰；
0.02重量％至2.0重量％的氮；
小于或等于1.0重量％的硅；以及
小于或等于0.10重量％的碳；
其中余量为铁和微量元素。
15.根据权利要求14所述的铁基合金，包含：
16重量％至18重量％的铬；
6重量％至8重量％的镍；以及
小于或等于2.0重量％的锰。
16.根据权利要求14至15中的一项所述的铁基合金，其中所述合金包含至多0.03重量％的碳。
17.根据权利要求14至16中的一项所述的铁基合金，其中所述合金具有小于1.5μ的磁导率。
18.根据权利要求1所述的铁基合金，包含：
16重量％至21重量％的铬；
8重量％至13重量％的镍；
小于或等于6.0重量％的锰；
0.035重量％至2.0重量％的氮；
0.03重量％至1.0重量％的硅；以及
0.02重量％至0.15重量％的碳，
其中余量为铁和微量元素。
19.根据权利要求18所述的合金，其中所述合金还包含等于或小于4.0重量％的钼。
20.根据权利要求18所述的合金，其中所述合金还包含至少0.03重量％的硫。
21.一种硬化铁基合金的方法，所述方法包括：
冷轧所述铁基合金以形成冷轧合金；以及
在含氮气体中将所述冷轧合金加热至升高的温度以形成氮化硬化的铁基合金，
其中所述氮化硬化的铁基合金包含0.035重量％至2.0重量％的氮。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述含氮气体包含N2或氨气。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述含氮气体具有至多10巴的气体压力。
24.根据权利要求21所述的方法，其中所述升高的温度的范围为1100℃至1300℃。
25.根据权利要求21所述的方法，还包括钝化所述氮化硬化的铁基合金以形成钝化的合金。
26.根据权利要求21所述的方法，其中所述铁基合金包含至多0.05重量％的氮。
27.根据权利要求21所述的方法，还包括：
冲洗所述钝化的合金；
中和所述钝化的合金以形成经中和的合金；以及
冲洗所述经中和的合金。
28.一种形成氮化硬化烧结的铁基制品的方法，所述方法包括：
将包含预压实的铁基粉末的制品放置在烧结炉内；
用N2气体填充所述烧结炉；以及
对包含所述预压实的铁基粉末的所述制品同时进行烧结和渗氮，使所述制品达到升高的温度以形成氮化烧结的铁基制品；
其中所述氮化烧结的铁基制品包含0.035重量％至2.0重量％的氮。
29.根据权利要求28所述的方法，还包括冷却氮化烧结的铁基粉末以形成氮化硬化的铁基制品。
30.根据权利要求28所述的方法，其中含氮气体具有至多10巴的气体压力。
31.根据权利要求28所述的方法，其中所述升高的温度低于所述铁基粉末的熔融温度。
32.根据权利要求28所述的方法，其中所述预压实的铁基粉末包含至多0.05重量％的氮。
33.一种3D打印或金属注射成型铁基粉末的方法，所述方法包括：
对包含与聚合物粘结剂混合的预压实的铁基粉末的原料进行模制以形成成型制品；
对所述成型制品同时进行a)烧结和b)渗氮，并且c)在升高的温度下在含氮气体中去除所述聚合物粘结剂以形成氮化硬化的铁基制品，
其中氮化硬化的铁基粉末包含0.035重量％至2.0重量％的氮。
34.根据权利要求33所述的方法，还包括冷却所述氮化硬化的铁基粉末以形成收缩的氮化硬化的铁基制品。
35.根据权利要求33所述的方法，其中所述含氮气体具有至多6巴的气体压力。
36.根据权利要求33所述的方法，其中升高的温度低于所述铁基粉末的熔融温度。
37.根据权利要求33所述的方法，其中所述预压实的铁基粉末为含氮粉末或不含氮粉末中的一种。
38.根据权利要求33所述的方法，其中所述预压实的铁基粉末包含局部熔融的部分。
39.根据权利要求33所述的方法，其中所述原料包含局部熔融的部分。
40.根据权利要求39所述的方法，其中所述局部熔融的部分为表面层。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117660849A (zh) * 2024-01-31 2024-03-08 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 一种控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢及其生产方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3124803B1 (fr) * 2021-06-30 2023-10-06 Michelin & Cie Poudre d’acier inoxydable austénitique et son procédé de production

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1522310A (zh) * 2001-04-27 2004-08-18 ס�ѽ�����ҵ��ʽ���� 金属垫片及其加工材料和它们的生产方法
CN101648334A (zh) * 2008-08-15 2010-02-17 宝山钢铁股份有限公司 一种表面性能优良的奥氏体不锈钢冷轧板制造技术
CN101781740A (zh) * 2009-01-21 2010-07-21 江苏宏泰不锈钢丝绳有限公司 无磁耐腐蚀不锈钢
JP2011214058A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Nippon Steel & Sumikin Stainless Steel Corp 高強度ステンレス鋼線及びその製造方法
CN102251194A (zh) * 2010-05-18 2011-11-23 宝山钢铁股份有限公司 一种表面耐蚀性优良的双相不锈钢冷轧板及其制造方法
CN102656288A (zh) * 2009-10-16 2012-09-05 霍加纳斯公司（Publ） 含氮的低镍烧结不锈钢
CN102695815A (zh) * 2009-11-02 2012-09-26 Ati资产公司 贫奥氏体不锈钢
CN104169450A (zh) * 2012-03-30 2014-11-26 新日铁住金不锈钢株式会社 耐热奥氏体系不锈钢钢板
CN105177397A (zh) * 2015-10-08 2015-12-23 东睦新材料集团股份有限公司 一种粉末冶金耐磨不锈钢的制备方法
CN107598171A (zh) * 2017-08-16 2018-01-19 北京科技大学 一种海水淡化管道连接件用高氮双相不锈钢近净成形方法
CN109014211A (zh) * 2018-08-09 2018-12-18 上海富驰高科技有限公司 一种高氮无磁高强不锈钢零件的低成本mim制造工艺
CN109355547A (zh) * 2018-10-16 2019-02-19 中北大学 一种C70-TiC增强高品质不锈钢及其制备方法
CN109642297A (zh) * 2017-03-20 2019-04-16 苹果公司 钢组合物及其不锈钢的固溶渗氮
CN110257759A (zh) * 2019-06-02 2019-09-20 邢晓英 一种生物相容性优异的不锈钢加工方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5242655A (en) * 1990-02-26 1993-09-07 Sandvik A.B. Stainless steel
JP4009716B2 (ja) * 2002-08-08 2007-11-21 独立行政法人物質・材料研究機構 窒素吸収処理によるステンレス鋼製製品の製造方法とこれにより得られるステンレス鋼製製品
WO2014133058A1 (ja) * 2013-02-28 2014-09-04 日新製鋼株式会社 オーステナイト系ステンレス鋼板およびそれを用いた高弾性限非磁性鋼材の製造方法

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1522310A (zh) * 2001-04-27 2004-08-18 ס�ѽ�����ҵ��ʽ���� 金属垫片及其加工材料和它们的生产方法
CN101648334A (zh) * 2008-08-15 2010-02-17 宝山钢铁股份有限公司 一种表面性能优良的奥氏体不锈钢冷轧板制造技术
CN101781740A (zh) * 2009-01-21 2010-07-21 江苏宏泰不锈钢丝绳有限公司 无磁耐腐蚀不锈钢
CN102656288A (zh) * 2009-10-16 2012-09-05 霍加纳斯公司（Publ） 含氮的低镍烧结不锈钢
CN102695815A (zh) * 2009-11-02 2012-09-26 Ati资产公司 贫奥氏体不锈钢
JP2011214058A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Nippon Steel & Sumikin Stainless Steel Corp 高強度ステンレス鋼線及びその製造方法
CN102251194A (zh) * 2010-05-18 2011-11-23 宝山钢铁股份有限公司 一种表面耐蚀性优良的双相不锈钢冷轧板及其制造方法
CN104169450A (zh) * 2012-03-30 2014-11-26 新日铁住金不锈钢株式会社 耐热奥氏体系不锈钢钢板
CN105177397A (zh) * 2015-10-08 2015-12-23 东睦新材料集团股份有限公司 一种粉末冶金耐磨不锈钢的制备方法
CN109642297A (zh) * 2017-03-20 2019-04-16 苹果公司 钢组合物及其不锈钢的固溶渗氮
CN107598171A (zh) * 2017-08-16 2018-01-19 北京科技大学 一种海水淡化管道连接件用高氮双相不锈钢近净成形方法
CN109014211A (zh) * 2018-08-09 2018-12-18 上海富驰高科技有限公司 一种高氮无磁高强不锈钢零件的低成本mim制造工艺
CN109355547A (zh) * 2018-10-16 2019-02-19 中北大学 一种C70-TiC增强高品质不锈钢及其制备方法
CN110257759A (zh) * 2019-06-02 2019-09-20 邢晓英 一种生物相容性优异的不锈钢加工方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117660849A (zh) * 2024-01-31 2024-03-08 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 一种控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢及其生产方法

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