KR102292610B1 - 고인성을 갖는 구리-니켈-주석 합금 - Google Patents

Abstract

개선된 충격 강도, 항복 강도, 및 연성의 조합을 갖는 스피노달 구리-니켈-주석 합금이 개시된다. 상기 합금은 용체화 어닐링 단계, 냉간 가공 단계 및 스피노달 경화 단계를 포함한 공정 처리 단계들에 의해 형성된다. 이들 공정 처리 단계들은 제 1 열처리/균질화 단계, 다음으로 열간 가공 단계, 용체화 어닐링 단계, 냉간 가공 단계, 및 제 2 열처리/스피노달 경화 단계와 같은 공정들을 포함한다. 이렇게 제조된 스피노달 합금은 오일 및 가스 산업에서 사용되는 파이프 및 튜브와 같은 것을 위해 향상된 강도 및 연성을 요구하는 적용에 유용하다.

Description

고인성을 갖는 구리-니켈-주석 합금 {COPPER-NICKEL-TIN ALLOY WITH HIGH TOUGHNESS}

본 출원은 2013년 4월 23일자에 출원된 미국 가 특허출원 제61/815,158호의 우선권을 주장하고, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 병합된다.

본 개시는 우수한 연성 (ductility) 및 고 강도 (strength)와 함께 고 충격 인성 (toughness)을 포함한 성질들의 조합을 갖는 스피노달 (spinodal) 구리-니켈-주석 합금에 관한 것이다. 이들 합금을 제조 및 사용하는 방법도 또한 여기에 개시된다.

다운홀 (Down hole) 오일 및 가스 탐사는 시추 환경 (부식, 온도) 및 운전 조건 (진동, 충격 하중, 비틀림 하중) 때문에 가공할 일련의 요건이 필요하다. 구리-베릴륨, 알루미늄 청동 (bronze)과 같은 고 강도 (>75 ksi YS) 구리 합금, 및 유사한 석출-경화가능한 합금은 유사한 강도 수준에서 스틸, 니켈 또는 다른 합금보다 현저하게 더 낮은 충격 특성을 보유한다. 따라서, 부가적인 물질이 필요하다.

본 개시는 우수한 연성 및 고 강도와 함께 고 충격 인성을 포함한 성질들의 조합을 갖는 스피노달 구리-니켈-주석 합금 및 이들 합금을 제조 및 사용하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 개시는 스피노달 구리-니켈-주석 합금 및 이들 합금을 제조 및 사용하는 방법에 관한 것이다. 이 합금은 다른 성질들 중에서 우수한 연성과 함께 놀라울 정도로 높은 수준의 충격 인성, 및 강도를 갖는다. 이들은 다른 산업에서 사용을 위해서 뿐만 아니라 오일 및 가스 시추/탐사를 위한 적용에서 사용되는 튜브, 파이프, 로드 (rod)및 다른 대칭 모양 생산물을 제조하기 위하여 가장 중요한 특징들이다.

본 개시의 이들 및 다른 비-제한적인 특징들이 아래에서 보다 상세히 검토된다.

다음은 도면의 간단한 설명으로, 여기에 개시된 예시적인 구체예를 예시할 목적으로 제공된 것이지, 이를 제한할 목적은 아니다.
도 1은 본 개시에서 사용된 처리 공정의 다이아그램이다.

본 개시는 다음의 바람직한 구체예들 및 거기에 포함된 실시예들의 상세한 설명을 참조하여 좀더 용이하게 이해될 수 있다. 다음의 명세서 및 청구범위에서, 다음의 의미를 갖도록 정의된 수개의 용어가 언급될 것이다.

내용상 명확하게 다르게 지시하지 않는다면, 단수 형태 ("a", "an", 및 "the")는 지시 대상물의 복수를 포함한다. 명세서 및 청구범위에 사용된 바와 같이, 용어 "포함하는 (comprising)"은 구체예 "이루어진 (consisting of)" 및 "필수적으로 이루어진 (consisting essentially of)"를 포함할 수 있다.

수치값들이, 본 출원에서 개시된 수치들을 측정하는 통상적인 측정 기술의 실험적인 오차 이내로 기재된 수치와 다르지만, 동일한 수의 유효 자리 및 수치로 되는 경우, 상기 수치들은 동일한 수치를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

여기에 개시된 모든 범위는 기재된 끝점 (end point)을 포함하고 독립적으로 조합가능하다 (예를 들면, "2 그램 내지 10 그램"의 범위는 끝점, 2 그램 및 10 그램, 및 모든 중간값들을 포함한다).

여기서 사용된 바와 같이, 근사화하는 용어는 관련된 기초 기능에서 변화를 가져오지 않으면서, 변할 수 있는 어떤 정량적인 대표값을 수식하도록 적용될 수 있다. 따라서, "약 (about)" 및 "실질적으로 (substantially)"와 같은 용어에 의해 수식된 값은, 몇몇의 경우에서, 정확한 어떤 특정값으로 한정될 수 없다. 상기 수식어 “약 (about)”은 또한 2개의 끝점의 절대값에 의해 한정되는 범위를 개시하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들면, 표현 “약 2 내지 약 4”는 “2 내지 4”를 또한 개시한 것이다.

용어“실온 (room temperature)”은 20 ℃ 내지 25 ℃의 범위를 의미한다.

본 개시의 스피노달 구리-니켈-주석 합금은 우수한 강도 (strength) 및 연성 (ductility)과 함께, 스틸, 니켈 합금, 티타늄 합금, 및 다른 구리 합금의 것과 비교할 만하거나 또는 초과하는 고 충격 인성 (high impact toughness)을 갖는다. 여기서 사용된 바와 같이, 고 충격 강도는, 부분적으로, 높은 노치 파괴 저항성 (notch failure resistance)과 연관된다. 결과적으로, 본 합금은 높은 노치 강도비 (strength ratio)를 갖는다.

여기에 개시된 스피노달 구리-니켈-주석 (CuNiSn)) 합금은 약 5 wt% 내지 약 20 wt%의 니켈, 약 5 wt% 내지 10 wt%의 주석, 및 잔량의 구리를 포함한다. 좀더 바람직하게는, 구리-니켈-주석 합금은, 불순물 및 미량의 첨가물 (minor additions)을 제외하고, 약 15 wt%의 니켈을 포함한 약 14 wt% 내지 약 16 wt%의 니켈; 약 8 wt%의 주석을 포함한 약 7 wt% 내지 약 9 wt%의 주석; 및 잔량의 구리를 포함한다. 상기 합금은, 여기에 기재된 공정 단계 이후, 적어도 75,000 psi (즉, 75 ksi)의 0.2% 오프셋 항복 강도 (offset yield strength)를 갖는다. 상기 합금은 또한 실온에서 V 노치를 사용한 ASTM E23에 따라 측정된 경우 적어도 약 30 풋-파운드 (foot-pound)의 충격 인성 (impact toughness)을 갖는다.

본 합금에 의해 생산된 고 강도 및 충격 인성 및 우수한 연성의 특이한 조합은 용체화 어닐링, 냉간 가공 및 스피노달 경화의 단계들을 적어도 포함한 처리 공정에 의해 얻어진다. 예를 들면, 하나의 비-제한적인 구체예에 있어서, 상기 공정은 수직형 연속식 주조, 균질화, 열간 가공, 용체화 어닐링, 냉간 가공, 및 스피노달 경화 처리의 종합적인 단계들을 포함한다. 이들 공정들에 의해 제조된 결과적인 합금은 오일 및 가스 산업에서 사용되는 것들과 같은 적어도 10 인치까지의 직경을 갖는 유체 전송 튜브 및/또는 파이프뿐만 아니라, 로드 (rod), 바 (bar) 및 플레이트 (plate)를 포함한 다른 대칭적 형상을 만들도록 사용될 수 있다. 이들 합금들은 입자 경계 (grain boundary) 및 벌크 입자 파괴 (bulk grain fracture) 사이에서 균형을 활용한다.

이와 관련해서, 여기에 개시된 구리-니켈-주석 스피노달 합금은, 불순물 및 미량의 첨가물을 제외하고, 일반적으로 약 5 wt% 내지 약 20 wt%의 니켈, 약 5 wt% 내지 10 wt%의 주석, 및 잔량의 구리를 포함한다. 미량의 첨가물은 용액 가열 처리 동안 매트릭스에서 Ni 및 Sn의 확산 속도의 비유사성을 또한 줄이고 등축정 (equiaxed crystals)의 형성을 더욱 향상시키는 붕소, 지르코늄, 철, 및 니오븀을 포함한다. 또 다른 미량의 첨가물은 합금이 용융 상태일 때 합금을 탈산 (deoxidize)하는 마그네슘을 포함한다. 망간의 첨가는 불순물로서 합금 내에 황이 존재하든지 안하든지 개발된 궁극적인 성질들을 현저하게 개선시킨다고 또한 발견되었다. 다른 원소들은 또한 존재할 수 있다. 약 0.3 wt%보다 많지 않은 각각의 전술한 원소들은 구리-니켈-주석 합금 내에 존재한다.

요약하면, 위에서 언급한 하나의 구체예에 있어서, 스피노달 구리-니켈-주석 합금을 제조하는 방법은 주물 또는 주조 합금 (casting or cast alloy)을 형성시키기 위해 합금을 연속적으로 수직적으로 주조하는 단계; 상기 주조 합금을 균질화 (homogenize)하는 단계 (즉, 제 1 열처리); 상기 균질화된 합금을 열간 가공하는 단계; 상기 열간 가공된 합금을 용체화 어닐링 (solution annealing)하는 단계 (즉, 제 2 열처리); 상기 용체화 어닐링된 합금을 냉간 가공하는 단계; 및 합금을 얻기 위해 상기 냉간 가공 단계 이후 상기 물질을 스피노달 경화하는 단계 (즉, 제 3 열처리)를 포함한다. 이와 관련해서, 용어 "합금 (alloy)"은 물질 자체를 지칭하고, 반면에 용어 “주물 (casting)”은 합금으로부터 만든 구조체 또는 생산물을 지칭한다는 것임을 주목해야 한다. 용어 "합금" 및 "주물"은 본 개시에서 서로 교환해서 사용될 수 있다. 상기 공정은 또한 도 1에서 예시된다.

처음에, 구리-니켈-주석 합금의 가공은 합금을 연속적으로 수직적으로 주조하는 것과 같은 주조하는 단계로 시작하여 미세하고 대체로 단일한 (unitary) 입자 구조를 갖는 주물을 형성시킨다. 원하는 적용에 따라, 주물은 빌렛 (billet), 블룸 (bloom), 슬라브 (slab), 또는 블랭크 (blank)일 수 있고, 몇몇 구체예에서는 원통형 또는 다른 형상을 갖는다. 연속식 주조 공정 및 장치는 당해 기술 분야에서 알려져 있다. 예를 들면, 미국 특허 제 6,716,292호를 참조하고, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 병합된다.

다음으로, 주물은 제 1 열처리 또는 균질화 단계에 적용된다. 상기 열처리는 합금의 매트릭스를 단일상 (single phase)으로 (또는 단일상에 매우 근접하게) 변환시키기에 충분한 길이의 시간 동안 고상선 온도 (solidus temperature)의 70 퍼센트를 초과한 온도에서 수행된다. 다시 말해서, 합금은 열처리되어 합금을 균질화시킨다. 원하는 최종 기계적 성질에 따라, 주물이 열처리되는 온도 및 시간은 변할 수 있다. 구체예들에 있어서, 상기 열처리는 약 1475 ℉ 내지 약 1650 ℉의 범위를 포함하여 약 1400 ℉ 이상의 온도에서 수행된다. 균질화 단계는 약 4 시간 내지 약 48 시간 동안 일어날 수 있다.

다음으로, 균질화된 합금 또는 주물은 열간 가공에 적용된다. 여기서, 상기 주물은 주물의 면적을 감소시키는 현저하게 균일한 기계적 변형에 적용된다. 열간 가공은 솔버스 (solvus) 및 고상선 온도 사이에서 일어날 수 있고, 변형 동안 합금이 재결정화하는 것을 허용한다. 이것은 합금의 마이크로구조를 변화시켜 물질의 강도, 연성, 및 인성을 증가시킬 수 있는 더 미세한 입자를 형성시킨다. 열간 가공은 이방성 (anisotropic) 성질을 갖는 합금을 가져올 수 있다. 열간 가공은 열간 단조 (hot forging), 열간 압출, 열간 압연, 또는 열간 피어싱 (hot piercing) (즉, 회전식 피어싱) 또는 다른 열간 가공 공정에 의해 수행될 수 있다. 감소율 (reduction ratio)은 최소 약 5:1이어야 하고, 바람직하게는 적어도 10:1이다. 열간 가공 동안, 주물은 약 1300 ℉ 내지 약 1650 ℉의 온도로 재가열될 수 있다. 재가열은 주물의 인치 두께 당 약 1 시간 동안, 그러나 어떤 경우든 적어도 6 시간 동안 수행되어야 한다.

그 다음, 제 2 열처리 공정은 열간 가공된 주물에 대해 수행된다. 상기 제 2 열처리는 용체화 어닐링 처리로서 작용한다. 용체화 어닐링은 약 1470 ℉ 내지 약 1650 ℉의 온도에서, 0.5 시간 내지 약 6 시간 동안 일어난다.

일반적으로, 합금의 즉각적인 냉수 담금질 (quench)은 용체화 어닐링 처리 이후에 수행된다. 담금질에 사용된 물 온도는 180 ℉ 이하이다. 담금질은 용체화 어닐링 처리로부터 얻은 구조 만큼은 보존하는 수단을 제공한다. 열처리하는 가열로 (furnace)로부터 주물의 제거부터 담금질의 시작까지 시간 간격을 최소화하는 것은 중요하다. 예를 들면, 용체화 열처리 가열로로부터의 합금의 제거 및 담금질 사이의 2 분을 초과한 어떤 지연은 유해하다. 합금은 적어도 30 분 동안 담금질에서 유지되어야 한다. 공기 또는 조절된 대기 냉각은 또한 담금질의 대체로서 받아들여질 수 있다.

일반적으로, 다른 온도에서 같은 시간 동안 시효처리된 (aged) 합금의 성질에 대한 비교가 만들어진다면, 좀더 연성이고 더 작은 강도 또는 경도는 두 개의 온도 중 작은 곳에서 얻어진다. 동일한 열역학적 원리는 다른 시간 동안 같은 온도에서 시효처리된 합금에 대하여 적용된다.

다음으로, 용체화 어닐링된 물질은 냉간 가공되거나, 또는 다르게 말하면, 냉간 가공 또는 전신재 (wrought) 가공이 용체화 어닐링된 물질에 대하여 수행된다. 상개 함금은 보통 "연질 (soft)"이고, 열처리 이후 가공 (machine)하거나 형성시키기가 쉽다. 냉간 가공은 소성 변형 (plastic deformation)에 의해 금속의 형상 또는 크기를 변경시키는 공정이고, 금속 또는 합금의 압연 (rolling), 인발, 필거링 (pilgering), 프레싱, 스피닝 (spinning), 압출, 또는 헤딩 (heading)을 포함할 수 있다. 냉간 가공은 일반적으로 합금의 재결정화점 미만의 온도에서 수행되고, 보통은 실온에서 수행된다. 냉간 가공은 합금의 연성 및 충격 특성을 일반적으로 감소시키면서 결과적인 합금의 경도 및 인장 강도를 증가시킨다. 냉간 가공은 또한 합금의 표면 마무리를 개선시킨다. 여기서 상기 공정은 소성 변형의 퍼센트로서 분류된다. 이것은 이차 수지상 간격 (secondary inter-dendritic distances)을 기계적으로 감소시켜 미소편석 (microsegregation)을 감소시킨다. 냉간 가공은 또한 합금의 항복 강도를 증가시킨다. 냉간 가공은 일반적으로 실온에서 수행된다. 면적에서 15%-80% 감소 (reduction)가 냉간 가공 이후 일어났을 것이다. 냉간 가공 단계가 완료된 이후, 그것은 원하는 크기 (size) 또는 다른 파라미터가 생산될 때까지 용체화 어닐링을 반복함으로써 동일 파라미터 내에서 반복될 수 있다. 냉간 가공 단계는 스피노달 경화 단계를 직접적으로 앞선다.

냉간 가공된 합금 또는 주물은 그 다음에 제 3 열처리에 적용된다. 이 열처리는 주물을 스피노달 경화하도록 작용한다. 일반적으로 말하면, 스피노달 경화는, 구체예들에서 약 450 ℉ 내지 약 725 ℉ 및 약 500 ℉ 내지 약 675 ℉를 포함하는 약 400 ℉ 내지 약 1000 ℉인, 스피노달 영역 내의 온도에서 일어난다. 이것은 짧은 범위 확산이 일어나도록 야기하여, 일반적인 매트릭스에 대하여 동일한 결정 구조 (crystal structure)를 갖는 화학적으로 다른 영역들을 생산한다. 스피노달 경화된 합금에서 상기 구조는 매우 미세하고 (fine), 눈에 보이지 않으며, 입자들을 통해서 및 입자 경계들까지 연속적이다. 스피노달 분해 (decomposition)에 의해 강화된 합금은 특유의 모듈화된 마이크로구조를 발전시킨다. 이 미세한 규모의 구조의 해상도 (Resolution)는 광학 현미경의 범위를 넘어선다. 이 구조는 잘 만들어진 전자 현미경에 의해 해석된다. 그 대신에, 전자 회절 패턴에서 기본 브래그 (Bragg) 반사 주위의 위성 반사 (satellite reflections)는 구리-니켈-주석 및 다른 합금 시스템에서 일어나는 스피노달 분해를 확인하기 위해 관찰되고 있다. 주물이 열처리되는 온도 및 시간은 원하는 최종 성질을 얻기 위해 변할 수 있다. 실시예들에 있어서, 상기 제 3 열처리는, 약 5,000 초 (약 1.4 시간) 내지 약 10,000 초 (약 2.8 시간) 및 약 0.5 시간 내지 8 시간을 포함하여, 약 10 초 내지 약 40,000 초 (약 11 시간)의 시간 동안 수행된다.

몇몇의 특별한 구체예에 있어서, 용체화 어닐링 단계는 약 1475 ℉ 내지 약 1650 ℉의 온도 및 약 0.5 시간 내지 약 6 시간 동안 일어나고; 냉간 가공 단계는 약 15% 내지 약 80%의 열간 가공된 물질에서 면적을 감소시키며; 스피노달 경화 단계는 약 500 ℉ 내지 약 675 ℉의 온도에서 약 0.5 시간 내지 약 8 시간 동안 일어난다.

위에서 기재된 공정을 이용하면, 고충격강도 및 고인성의 놀라운 조합이 얻어진다. 상기 합금은 75,000 psi (즉, 75 ksi)를 초과하는 0.2% 오프셋 항복 강도를 갖는다. 몇몇 구체예에 있어서, 0.2% 오프셋 항복 강도는 약 95 ksi 내지 약 120 ksi이다. 상기 항복 강도는 200 ksi를 초과할 수 있는 것이 가능하다. 상기 합금은 또한 고연성 (high ductility), 즉 실온에서 측정된 경우 면적의 65% 또는 75%를 초과하는 감소를 가질 수 있다. 상기 합금은 최소 20%의 연신률 (elongation)을 가질 수 있다. 상기 합금은 또한, 실온에서 V-노치 (notch)를 가지고 ASTM E23에 따라 측정된 경우, 적어도 30 ft-lbs 내지 약 100 ft-lbs까지의 범위를 포함하는, 적어도 12 풋-파운드 (foot-pounds, ft-lbs)의 충격 인성을 가질 것이다.

몇몇 특별한 구체예에 있어서, 상기 합금은 적어도 110 ksi의 0.2% 오프셋 항복 강도, 적어도 12 풋-파운드의 충격 인성, 및 적어도 120 ksi의 극한 인장 강도 (ultimate tensile strength)를 갖는다.

다른 특별한 구체예에 있어서, 상기 합금은 적어도 95 ksi의 0.2% 오프셋 항복 강도, 적어도 30 풋-파운드의 충격 인성, 및 적어도 105 ksi의 극한 인장 강도를 갖는다.

이론에 구속되는 것은 아니지만, 구리-니켈-주석 합금의 항복 강도는 몇몇 메카니즘 덕분일 수 있다. 첫 째, 주석 및 니켈은 약 25 ksi의 고정된 양의 강도를 함께 공헌한다. 구리도 또한 강도에 있어서 약 10 ksi를 부가한다. 냉간 가공 단계는 0 내지 약 80 ksi의 강도를 부가한다. 스피노달 경화 단계는 0 내지 약 90 ksi의 강도를 부가할 수 있다. 주어진 목표 강도를 위하여, 강화 (strengthening)의 약 20%는 스피노달 변환 (transformation) (즉, 열)에 의해 생성되어야 하고, 약 80%는 냉간 가공에 의해 생성되어야 하는 것으로 보인다. 이들 비율들을 역으로 하는 것은 효과적이지 않고, 실제로 유해할 수 있다. 그러나, 냉간 가공 및 스피노달 경화의 양을 균형잡음으로써, 특정 목표 강도 수준은 달성될 수 있다.

전신재 생산물을 용체화 어닐링한 이후 Cu-15Ni-8Sn 합금에서 약 95 ksi 항복 강도를 달성하기 위해 냉간 가공 및 열처리의 다른 양들을 가지고 달성가능한 성질 조합들을 예시한다. 공칭 직경은 약 1 인치.

조건	0.2% 오프셋 항복 강도	극한 인장 강도	연신률, %	충격 인성, ft-lb (CVN 테스트)	비고
용체화 어닐링 (SA) 후	35	80	50	>100	기재(Base material)
SA+냉간 가공 (CW)30%	65	75	30	85	CW의 효과
SA+CW30%+스피노달 경화	103	116	27	45-50	열처리 후 높은 파괴 저항성 (CVN)을 달성한다
SA+스피노달 경화	110	125	15	4-7	냉간 가공으로 균형잡지 않음

다른 적용들 중에서, 여기에 개시된 스피노달 구리-니켈-주석 합금은 오일 및 가스 탐사 산업에서 튜브, 파이프, 로드, 바 및 플레이트를 형성하기 위하여 특히 유용하다. 수직형 연속식 주조 단계, 균질화 단계, 냉간 가공 단계 이전 및 이후에 여러 가지 특유의 열처리들을 포함한 가공, 및 95,000 psi를 초과하는 강도의 특이한 조합 덕분에, 약 100 풋-파운드까지의 충격 인성을 갖는 0.2% 오프셋 항복 강도는 이제 가능하다. 이것들은 오일 및 가스 시추 시장에서 가장 중요한 특징들이다. 게다가, 여러 공정 단계들이 위에서 언급되었지만, 강도, 연성 및 인성의 최적 조합을 달성하기 위해, 적어도 3개 공정 단계들, 즉 용체화 어닐링 단계, 냉간 가공 단계 및 스피노달 경화 단계는 대단히 중요 (critical)하다. 이들 공정들은 도 1에서 하부 3 개 공정 단계들에 의해 나타내어진다.

본 개시는 예시적으로 기재되어 있다. 명백히 변형 및 변경이 전술한 명세서내에서 가능하다. 본 개시는 상기 모든 변형 및 변경을 포함하는 것으로 의도된 것이며, 이들은 첨부된 청구항 및 이들의 등가물의 범위내에 포함된다.

Claims (34)

1. 스피노달 (spinodal) 합금으로서,
   5 wt% 내지 20 wt%의 니켈;
   5 wt% 내지 10 wt%의 주석; 및
   잔량의 구리를 포함하고,
   불순물 및 미량의 첨가물을 배제하도록, 붕소, 지르코늄, 철, 니오븀, 마그네슘, 및 망간의 각각은 0.3 wt% 이하의 미량의 첨가로 존재하며,
   여기서 상기 합금은 적어도 103 ksi의 0.2% 오프셋 항복 강도 (offset yield strength), 실온 (room temperature)에서 ASTM E23, V 노치 (notch)에 따라 측정될 때, 적어도 12 풋-파운드 (foot-pounds)의 충격 인성 (impact toughness), 적어도 116 ksi의 극한 인장 강도 (ultimate tensile strength), 및 20%의 최소 연신률 (elongation)을 갖는 스피노달 합금.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 합금은 14 wt% 내지 16 wt%의 니켈, 7 wt% 내지 9 wt%의 주석, 및 잔량의 구리를 포함하는 스피노달 합금.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 합금은 15 wt%의 니켈 및 8 wt%의 주석을 포함하는 스피노달 합금.
4. 청구항 1에 있어서,
   실온 (room temperature)에서 ASTM E23, V 노치 (notch)에 따라 측정될 때, 적어도 30 풋-파운드 (foot-pounds) 내지 100 풋-파운드까지의 충격 인성 (impact toughness)을 갖는 스피노달 합금.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 스피노달 구리-니켈-주석 합금을 제조하는 방법으로서,
    구리-니켈-주석 합금을 주조 (casting)하는 단계;
    상기 합금을 균질화 (homogenizing)하는 단계;
    상기 균질화된 합금을 열간 가공하여 최소 5:1의 감소율 (reduction ratio)을 얻는 단계;
    상기 열간 가공된 합금을 789.9 ℃ 내지 898.9 ℃ (1470 ℉ 내지 약 1650 ℉)의 온도에서 용체화 어닐링 (solution annealing)하는 단계;
    상기 용체와 어닐링된 합금에서 15% 내지 80%의 면적의 감소가 일어날 때까지, 상기 용체화 어닐링된 합금을 냉간 가공하는 단계; 및
    상기 냉간 단계 이후 스피노달 합금을 제조하기 위해 상기 합금을 스피노달 경화 (spinodally hardening)하는 단계를 포함하고,
    여기서 스피노달 (spinodal) 합금은:
    5 wt% 내지 20 wt%의 니켈;
    5 wt% 내지 10 wt%의 주석; 및
    잔량의 구리를 포함하고, 불순물 및 미량의 첨가물을 배제하도록, 붕소, 지르코늄, 철, 니오븀, 마그네슘, 및 망간의 각각은 0.3 wt% 이하의 미량의 첨가로 존재하며, 및
    여기서 상기 스피노달 합금은 적어도 103 ksi의 0.2% 오프셋 항복 강도 (offset yield strength), 실온에서 ASTM E23, V 노치 (notch)에 따라 측정될 때, 적어도 12 풋-파운드 (foot-pounds)의 충격 인성 (impact toughness), 적어도 116 ksi의 극한 인장 강도 (ultimate tensile strength), 및 20%의 최소 연신률 (elongation)을 갖는, 스피노달 구리-니켈-주석 합금을 제조하는 방법.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 구리-니켈-주석 합금은 14 wt% 내지 16 wt%의 니켈, 7 wt% 내지 9 wt%의 주석, 및 잔량의 구리를 포함하는 스피노달 구리-니켈-주석 합금을 제조하는 방법.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 합금은 15 wt%의 니켈 및 8 wt%의 주석을 포함하는 스피노달 구리-니켈-주석 합금을 제조하는 방법.
13. 청구항 10에 있어서,
    상기 균질화 단계는 1400 ℉ 이상의 온도에서 일어나는 스피노달 구리-니켈-주석 합금을 제조하는 방법.
14. 청구항 11에 있어서,
    상기 균질화 단계는 1475 ℉ 내지 1650 ℉의 온도에서 일어나는 스피노달 구리-니켈-주석 합금을 제조하는 방법.
15. 청구항 10에 있어서,
    상기 균질화 단계는 4 시간 내지 48 시간 동안 일어나는 스피노달 구리-니켈-주석 합금을 제조하는 방법.
16. 청구항 10에 있어서,
    상기 열간 가공 단계는 1300 ℉ 내지 1650 ℉의 온도에서 일어나는 스피노달 구리-니켈-주석 합금을 제조하는 방법.
17. 청구항 10에 있어서,
    상기 열간 가공을 위한 재가열은 적어도 6 시간 동안 일어나는 스피노달 구리-니켈-주석 합금을 제조하는 방법.
18. 청구항 10에 있어서,
    상기 용체화 어닐링 단계는 1475 ℉ 내지 1650 ℉의 온도에서 일어나는 스피노달 구리-니켈-주석 합금을 제조하는 방법.
19. 청구항 10에 있어서,
    상기 용체화 어닐링 단계는 0.5 시간 내지 6 시간 동안 일어나는 스피노달 구리-니켈-주석 합금을 제조하는 방법.
20. 청구항 10에 있어서,
    상기 용체화 어닐링 단계 이후에 담금질 (quenching) 단계를 더욱 포함하는 스피노달 구리-니켈-주석 합금을 제조하는 방법.
21. 청구항 20에 있어서,
    상기 담금질 단계는 상기 용체화 어닐링 단계의 완료 후 2 분 이내에 일어나는 스피노달 구리-니켈-주석 합금을 제조하는 방법.
22. 청구항 10에 있어서,
    상기 냉간 가공 단계는 실온에서 일어나는 스피노달 구리-니켈-주석 합금을 제조하는 방법.
23. 청구항 10에 있어서,
    상기 냉간 가공 단계는 15% 내지 80%의 상기 합금에서의 면적을 감소 (reduction)시키는 스피노달 구리-니켈-주석 합금을 제조하는 방법.
24. 청구항 10에 있어서,
    상기 냉간 가공 단계 또는 용체화 어닐링 단계는 반복되는 스피노달 구리-니켈-주석 합금을 제조하는 방법.
25. 청구항 10에 있어서,
    상기 스피노달 경화 단계는 400 ℉ 내지 1000 ℉의 온도에서 일어나는 스피노달 구리-니켈-주석 합금을 제조하는 방법.
26. 청구항 25에 있어서,
    상기 스피노달 경화 단계는 450 ℉ 내지 725 ℉의 온도에서 일어나는 스피노달 구리-니켈-주석 합금을 제조하는 방법.
27. 청구항 10에 있어서,
    상기 스피노달 경화 단계는 500 ℉ 내지 675 ℉의 온도에서 일어나는 스피노달 구리-니켈-주석 합금을 제조하는 방법.
28. 청구항 10에 있어서,
    상기 스피노달 경화 단계는 10 초 내지 40,000 초 동안 일어나는 스피노달 구리-니켈-주석 합금을 제조하는 방법.
29. 청구항 28에 있어서,
    상기 스피노달 경화 단계는 5,000 초 내지 10,000 초 동안 일어나는 스피노달 구리-니켈-주석 합금을 제조하는 방법.
30. 청구항 10에 있어서,
    상기 스피노달 경화 단계는 0.5 시간 내지 8 시간 동안 일어나는 스피노달 구리-니켈-주석 합금을 제조하는 방법.
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33. 청구항 10의 공정에 의해 제조된 스피노달 구리-니켈-주석 합금.
    
    
    
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