KR102325496B1 - 고강도 비자성 부식 저항성 재료의 열기계적 가공 - Google Patents

고강도 비자성 부식 저항성 재료의 열기계적 가공 Download PDF

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주니어 조지 제이. 스미스
제이슨 피. 플로더
장-필리프 에이. 토마스
라메쉬 에스. 미니산드람
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에이티아이 프로퍼티즈 엘엘씨
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Abstract

비자성 합금 가공물 가공 방법이 가공물을 온간 가공 온도로 가열하는 단계, 가공물의 중심 영역에 원하는 변형률을 부여하기 위하여 가공물을 자유 프레스 단조하는 단계, 및 가공물의 표면 영역에 원하는 변형률을 부여하기 위하여 가공물을 방사형 단조하는 단계를 포함한다. 비제한적 구체예에서, 자유 프레스 단조 단계 및 방사형 단조 단계 이후, 표면 영역에 부여된 변형률은 중심 영역에 부여된 변형률과 실질적으로 동일하다. 또 다른 비제한적 구체예에서, 중심 영역 및 표면 영역에 부여된 변형률은 0.3 인치/인치 내지 1 인치/인치 범위이고, 표면 영역의 변형률과 비교하여 가공물의 중심 영역의 변형률에서 0.5 인치/인치 이하의 차이가 존재한다. 본 명세서에 기재된 방법에 따라 가공된 합금 단조가 또한 개시된다.

Description

고강도 비자성 부식 저항성 재료의 열기계적 가공 {THERMOMECHANICAL PROCESSING OF HIGH STRENGTH NON-MAGNETIC CORROSION RESISTANT MATERIAL}
본 개시는 고강도, 비자성 부식 저항성 합금 가공 방법에 관련된다. 본 방법은 제한 없이, 예를 들어 화학공업, 광업, 석유산업, 및 가스산업에서 사용하기 위한 합금의 가공에서 적용을 발견할 수 있다. 본 발명은 또한 본 명세서에서 논의된 가공을 포함하는 방법에 의하여 제조된 합금에 관련된다.
화학적 가공 시설에서 사용되는 금속 합금 부품은 요구조건하에 매우 부식성인 및/또는 침식성인 화합물과 접촉할 수 있다. 이들 조건은 금속 합금 부품이 고응력을 받도록 할 수 있고 예를 들어 부식 및 침식을 공격적으로 촉진할 수 있다. 화학적 가공 설비의 손상된, 낡은, 또는 부식된 금속 부품을 교체할 필요가 있을 경우, 일정 기간 동안 시설 가동을 중단할 필요가 있을 수 있다. 그러므로, 화학적 가공 시설에서 사용되는 금속 합금 부품의 내용연수 연장이 제조 비용을 감소시킬 수 있다. 내용연수는, 예를 들어 합금의 기계적 특성 및/또는 부식 저항성을 개선시켜 연장될 수 있다.
마찬가지로, 석유 및 가스 시추 작업에서, 시추동 컴포넌트가 기계적, 화학적, 및/또는 환경적 조건으로 인하여 열화될 수 있다. 시추동 컴포넌트는 충격, 마멸, 마찰, 열, 마모, 침식, 부식, 및/또는 침적을 겪을 수 있다. 종래의 합금에는 시추동 컴포넌트로서의 성능에 부정적인 영향을 미치는 한 가지 이상의 제한이 있을 수 있다. 예를 들어, 종래의 재료는 충분한 기계적 특성(예를 들어, 항복강도, 인장강도, 및/또는 피로강도)이 없고, 불충분한 부식 저항성(예를 들어, 공식 저항성(pitting resistance) 및/또는 응력 부식 균열발생)을 가지며, 또는 공저(down-hole) 환경에서 장기간 동안 가동시키기 위하여 필요한 비자성 특성이 없을 수 있다. 또한, 종래의 합금 특성이 합금으로 만들어진 시추동 컴포넌트의 가능한 크기 및 형상을 제한할 수 있다. 이들 제한은 컴포넌트의 내용연수를 감소시키고, 석유 및 가스 시추를 복잡하게 하며 이의 비용을 증가시킬 수 있다.
바람직한 강도를 발현시키기 위한 일부 고강도, 비자성 재료의 온간 가공 방사형 단조 동안, 가공물의 횡단면에서 불균일한 변형(deformation) 또는 불균일한 변형량(amount of strain)이 있을 수 있음이 발견되었다. 불균일한 변형은, 예를 들어 표면과 단조 중심 사이의 경도 및/또는 인장 특성 차이로 나타날 수 있다. 예를 들어, 관찰된 경도, 항복강도, 및 인장강도는 표면에서 단조 중심보다 더 클 수 있다. 이러한 차이는 방사형 단조 동안 가공물의 횡단면의 여러 상이한 영역에서 발생하는 변형량 차이와 일치하는 것으로 생각된다.
단조된 바의 횡단면을 통하여 일관된 경도를 촉진하기 위한 한 방법은 직접 시효 또는 용액 처리 및 시효 조건에서, 예를 들어 니켈계 초합금 합금 718 (UNS N07718)과 같은 시효 경화 가능 재료를 사용하는 것이다. 다른 기법은 합금에 경도를 부여하기 위하여 냉간 또는 온간 가공을 이용하는 것을 포함한다. 이러한 특정한 기법은 미국, 펜실베니아, 피츠버그 소재의 Allegheny Technologies Incorporated로부터 입수 가능한 고강도, 비자성 오스테나이트 스테인리스 강인 ATI Datalloy 2® 합금 (UNS 미할당) 경화에 사용되어 왔다. ATI Datalloy 2® 합금 경화에 이용되는 최종 열기계적 처리 단계는 방사형 단조에서 대략 30 퍼센트 횡단면적 감소까지 1075℉에서 재료를 온간 가공하는 것을 포함한다. 텍사스, 휴스턴 소재의 Schoeller-Bleckmann Oilfield Technology로부터 얻은 "P-750 합금" (UNS 미할당)으로 지칭되는 고품위 합금 강을 이용하는 또 다른 공정이, 전체 개시가 본 명세서에 참조로 포함되는 미국특허 제6,764,647호에 일반적으로 개시된다. P-750 합금은 최종 8-인치 빌릿의 횡단면을 통하여 비교적 균일한 경도를 획득하기 위하여 680-1094℉의 온도에서 약 6-19 퍼센트 횡단면적 감소까지 냉간 가공된다.
가공된 가공물의 횡단면에 걸쳐 일관된 경도를 발생시키는 또 다른 방법은 가공물로부터 바를 제조하기 위하여 이용되는 냉간 또는 온간 가공의 양을 증가시키는 것이다. 그러나 이는 출발 크기가, 문제가 되는 용융 관련 결함을 부여하지 않고 용융될 수 있는 잉곳의 실용적 한계를 초과할 수 있기 때문에, 10 인치 이상의 최종 직경을 가지는 바를 사용 시 비실용적이 된다. 출발 가공물의 직경이 충분히 작을 경우, 변형률(strain) 구배가 제거되어, 완성된 바의 횡단면에 걸쳐 일관된 기계적 특성 및 경도 프로파일을 야기할 수 있음이 주목된다.
공정에 의하여 제조된 바 또는 다른 밀 제품의 횡단면을 통하여 비교적 일관된 변형량을 발생시키는 임의의 출발 크기의 고강도, 비자성 합금 잉곳 또는 가공물에 대하여 이용될 수 있는 열기계적 공정을 개발하는 것이 바람직할 것이다. 가공된 바의 횡단면에 걸친 비교적 일정한 변형률 프로파일 발생은 또한 바의 횡단면에 걸쳐 일반적으로 일관된 기계적 특성을 야기할 수 있다.
요약
본 개시의 비제한적 양태에 따르면, 비자성 합금 가공물을 가공하는 방법은 다음 단계를 포함한다: 가공물을 온간 가공 온도 범위의 온도로 가열하는 단계; 원하는 변형률을 가공물의 중심 영역에 부여하기 위하여 가공물을 자유 프레스 단조하는 단계; 및 원하는 변형률을 가공물의 표면 영역에 부여하기 위하여 가공물을 방사형 단조하는 단계. 특정한 비제한적 구체예에서, 온간 가공 온도 범위는 비자성 합금의 초기 용융 온도(incipient melting temperature)의 3분의 1인 온도에서 비자성 합금의 초기 용융 온도의 3분의 2인 온도에 걸친 범위이다. 비제한적 구체예에서, 온간 가공 온도는 (동적 또는 정적) 재결정화가 비자성 합금에서 일어나지 않는 최고 온도까지의 임의의 온도이다.
본 개시에 따른 비자성 합금 가공물 가공 방법의 특정한 비제한적 구체예에서, 상기 방법의 자유 프레스 단조 단계는 방사형 단조 단계에 선행한다. 본 개시에 따른 비자성 합금 가공물 가공 방법의 또 다른 비제한적 구체예에서, 방사형 단조 단계는 자유 프레스 단조 단계에 선행한다.
본 개시에 따른 방법의 구체예에 의하여 가공될 수 있는 비자성 합금의 비제한적 예는 비자성 스테인리스 강 합금, 니켈 합금, 코발트 합금, 및 철 합금을 포함한다. 특정한 비제한적 구체예에서, 비자성 오스테나이트 스테인리스 강 합금은 본 개시에 따른 방법의 구체예를 이용하여 가공된다.
본 개시에 따른 방법의 특정한 비제한적 구체예에서, 자유 프레스 단조 단계 및 방사형 단조 단계 이후, 중심 영역 변형률 및 표면 영역 변형률은 각각 0.3 인치/인치 내지 최대 1.0 인치/인치의 최종 범위에 있고, 중심 영역으로부터 표면 영역까지 변형률 차이는 0.5 인치/인치 이하이다. 본 개시에 따른 방법의 특정한 비제한적 구체예에서, 자유 프레스 단조 단계 및 방사형 단조 단계 이후, 중심 영역 변형률 및 표면 영역 변형률은 각각 0.3 인치/인치 내지 0.8 인치/인치의 최종 범위에 있다. 다른 비제한적 구체예에서, 자유 프레스 단조 단계 및 방사형 단조 단계 이후, 표면 영역 변형률은 중심 영역 변형률과 실질적으로 동일하고 가공물은 가공물 횡단면에 전체에 걸쳐 적어도 하나의 실질적으로 균일한 기계적 특성을 나타낸다.
본 개시의 또 다른 양태에 따르면, 비자성 오스테나이트 스테인리스 강 합금 가공물 가공 방법의 특정한 비제한적 구체예는 다음 단계를 포함한다: 가공물을 950℉ 내지 1150℉의 범위의 온도로 가열하는 단계; 0.3 인치/인치 내지 1.0 인치/인치 범위의 최종 변형률을 가공물의 중심 영역에 부여하기 위하여 가공물을 자유 프레스 단조하는 단계; 및 0.3 인치/인치 내지 1.0 인치/인치 범위의 최종 변형률을 가공물의 표면 영역에 부여하기 위하여 가공물을 방사형 단조하는 단계, 중심 영역으로부터 표면 영역까지 변형률 차이는 0.5 인치/인치 이하임. 특정한 비제한적 구체예에서, 상기 방법은: 0.3 인치/인치 내지 0.8 인치/인치 범위의 최종 변형률을 부여하기 위하여 가공물을 자유 프레스 단조하는 단계를 포함한다.
비제한적 구체예에서, 자유 프레스 단조 단계는 방사형 단조 단계에 선행한다. 또 다른 비제한적 구체예에서, 방사형 단조 단계는 자유 프레스 단조 단계에 선행한다.
본 개시에 따른 또 다른 양태는 비자성 합금 단조물에 관련된다. 본 개시에 따른 특정한 비제한적 구체예에서, 비자성 합금 단조물은 5.25 인치 초과의 직경을 가지는 원형 횡단면을 포함하고, 여기서 비자성 합금 단조물의 적어도 하나의 기계적 특성이 단조물의 횡단면 전체에 걸쳐 실질적으로 균일하다. 특정한 비제한적 구체예에서, 단조물의 횡단면 전체에 걸쳐 실질적으로 균일한 기계적 특성은 경도, 최대인장강도, 항복강도, 연신율(percent elongation), 및 단면감소율(percent reduction in area) 중 적어도 하나이다.
특정한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 비자성 합금 단조물은 비자성 스테인리스 강 합금, 니켈 합금, 코발트 합금, 및 철 합금 중 하나를 포함한다. 특정한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 비자성 합금 단조물은 비자성 오스테나이트 스테인리스 강 합금 단조물을 포함한다.
본 명세서에 기재된 장치 및 방법의 특징 및 장점이 첨부도면을 참조하여 더욱 잘 이해될 수 있고 여기서:
도 1은 방사형 단조 동안 비자성 합금 가공물의 가공물 횡단면에서 변형률 분포의 시뮬레이션을 나타내고;
도 2는 자유 프레스 단조 작업 동안 비자성 합금의 가공물 횡단면에서 변형률 분포의 시뮬레이션을 나타내고;
도 3은 온간 가공 자유 프레스 단조 단계 및 온간 가공 방사형 단조 단계를 포함하는 본 개시에 따른 방법의 비제한적 구체예에 의하여 가공되는 가공물에서 변형률 분포의 시뮬레이션을 나타내고;
도 4는 본 개시의 비제한적 구체예에 따른 비자성 합금 가공 방법의 양태를 도시하는 흐름도이고;
도 5는 본 개시에 따른 비제한적 구체예와 관련하여 가공물에서 표면 영역 위치 및 중심 영역 위치의 개략적 도해이고; 및
도 6은 최종 가공 단계로서 자유 프레스 단조 단계 및 방사형 단조 단계를 포함하는, 본 명세서에 기재된 실시예 1의 히트 번호 49FJ-1,2 가공에서 이용되는 단계를 도해하고, 또한 최종 가공 단계로서 오직 방사형 단조 단계를 포함하는 대안의 선행기술 공정 시퀀스를 도해하는 공정도이다.
독자는 다음의 본 개시에 따른 특정한 비제한적 구체예의 상세한 설명을 고려하면 전술한 세부사항뿐만 아니라 다른 것들도 이해할 것이다.
특정한 비제한적 구체예의 상세한 설명
본 명세서에 기재된 구체예의 특정한 설명은, 명확성을 목적으로, 다른 요소, 특징, 및 양태를 제거하면서, 개시된 구체예의 명확한 이해와 관련된 요소, 특징, 및 양태만을 예시하도록 단순화됨이 이해되어야 한다. 당해 분야의 숙련가는, 개시된 구체예의 설명을 고려하면, 다른 요소 및/또는 특징이 개시된 구체예의 특정한 실행 또는 적용에서 바람직할 수 있음을 이해할 것이다. 그러나, 그러한 다른 요소 및/또는 특징이 개시된 구체예의 설명을 고려하면 당해 분야의 숙련가에 의하여 용이하게 확인되고 실행될 수 있기 때문에, 개시된 구체예의 완전한 이해를 위하여 반드시 필요하지 않으며, 그러한 요소 및/또는 특징의 설명이 본 명세서에 제공되지 않는다. 그와 같이, 본 명세서에 제시된 설명은 단지 대표적이고 개시된 구체예의 예시이며, 청구범위에 의해서만 정의되는 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않음이 이해되어야 한다.
본 명세서에 언급된 임의의 수치 범위는 그 안에 포괄된 모든 하위 범위를 포함하도록 의도된다. 예를 들어, "1 내지 10" 또는 "1로부터 10까지"의 범위는 1의 언급된 최소값과 10의 언급된 최대값 사이의 (그리고 이들을 포함하여) 모든 하위 범위, 다시 말해서, 1 이상의 최소값 및 10 이하의 최대값을 가지는 것을 포함하도록 의도된다. 본 명세서에 언급된 임의의 최대 수치 한계는 그 안에 포괄되는 모든 더 낮은 수치 한계를 포함하도록 의도되고, 본 명세서에 언급된 임의의 최소 수치 한계는 그 안에 포괄되는 모든 더 높은 수치 한계를 포함하도록 의도된다. 따라서, 출원인은 본 명세서에 명시적으로 언급된 범위 내에 포괄되는 임의의 하위 범위를 명시적으로 언급하도록 청구범위를 포함하는 본 개시를 보정할 권리를 가진다. 그러한 임의의 하위 범위를 명시적으로 언급하도록 보정하는 것이 35 U.S.C. §§ 112, 제1항 및 35 U.S.C. § 132(a)의 요건을 준수하도록, 그러한 모든 범위가 본 명세서에 내재적으로 개시되도록 의도된다.
본 명세서에서 사용된 문법적 관사 "하나"("one", "a", "an"), 및 "그"("the")는 달리 지시되지 않으면 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 포함하도록 의도된다. 따라서, 관사는 본 명세서에서 하나 이상(즉, 적어도 하나)의 관사의 문법적 대상을 지칭하도록 사용된다. 예로서, "한 성분"은 하나 이상의 성분을 의미하고, 따라서, 가능하게는, 하나 초과의 성분이 고려되고 기재된 구체예의 실시에서 활용되거나 이용될 수 있다.
모든 퍼센티지 및 비율은, 달리 지시되지 않으면 합금 조성물의 전체 중량을 기준으로 계산된다.
본 명세서에 참조로 전체 또는 부분이 포함된 것으로 언급된 임의의 특허, 간행물, 또는 다른 개시 자료는, 포함된 자료가 본 개시에 제시된 존재하는 정의, 진술, 또는 다른 개시 자료와 상충하지 않는 정도까지만, 본 명세서에 포함된다. 그와 같이, 그리고 필요한 정도까지, 본 명세서에 제시된 개시가 본 명세서에 참조로 포함된 임의의 상충되는 자료를 대체한다. 본 명세서에 참조로 포함되지만 본 명세서에 제시된 존재하는 정의, 진술, 또는 다른 개시 자료와 상충하는 임의의 자료, 또는 이의 일부는, 포함된 자료와 존재하는 개시 자료 사이에 상충이 일어나지 않는 정도까지만 포함된다.
본 개시는 다양한 구체예의 설명을 포함한다. 본 명세서에 기재된 모든 구체예는 대표적, 예시적, 및 비제한적인 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명은 다양한 대표적, 예시적, 및 비제한적 구체예의 설명에 의해서 제한되지 않는다. 그보다, 본 발명은 청구범위에 의해서만 정의되고, 이는 본 개시에 명시적으로 또는 내재적으로 기재되거나 본 기재에 의하여 명시적으로 또는 내재적으로 암시되는 임의의 특징을 언급하도록 보정될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "성형(forming)", "단조(forging)", "자유 프레스 단조(open die press forging)", 및 "방사형 단조(radial forging)"는 열기계적 처리(thermomechanical processing, "TMP")의 형태를 지칭하며, 이는 또한 본 명세서에서 "열기계적 가공(thermomechanical working)"으로도 지칭될 수 있다. "열기계적 가공"은 예를 들어 그리고 제한 없이, 인성의 손실이 없는 강도 개선과 같은 시너지 효과를 획득하기 위하여 제어된 열처리 및 변형처리를 조합하는 다양한 금속 성형 공정을 일반적으로 포괄하는 것으로 본 명세서에서 정의된다. 이러한 열기계적 가공의 정의는, 예를 들어, ASM Materials Engineering Dictionary, J.R. Davis, ed., ASM International (1992), p. 480에 주어진 의미와 일치한다. "자유 프레스 단조"는 각각의 다이 세션에 대하여 프레스의 단일 가공 스트로크를 동반하는, 기계적 또는 수력학적 압력에 의한, 재료 유동이 완전히 제한되지 않는 다이 사이의 금속 또는 금속 합금의 단조로 본 명세서에서 정의된다. 이러한 자유 프레스 단조의 정의는, 예를 들어 ASM Materials Engineering Dictionary, J.R. Davis, ed., ASM International (1992), pp. 298 및 343에 주어진 의미와 일치한다. "방사형 단조"는 길이를 따라 일정하거나 변하는 직경을 가지는 단조물을 제조하기 위하여 둘 이상의 이동하는 모루 또는 다이를 이용하는 공정으로 본 명세서에서 정의된다. 이러한 방사형 단조의 정의는, 예를 들어 ASM Materials Engineering Dictionary, J.R. Davis, ed., ASM International (1992), p. 354에 주어진 의미와 일치한다. 야금학 분야의 숙련가는 이러한 여러 용어의 의미를 쉽게 이해할 것이다.
화학적 가공, 광업, 및/또는 석유 및 가스 적용분야에서 사용되는 종래의 합금에는 최적 수준의 부식 저항성 및/또는 최적 수준의 하나 이상의 기계적 특성이 없을 수 있다. 본 명세서에 기재된 바와 같이 가공된 합금의 다양한 구체예는 종래 방식으로 가공된 합금보다 개선된 부식 저항성 및/또는 기계적 특성을 포함하지만 이에 제한되지 않는 특정한 장점을 가질 수 있다. 본 명세서에 기재된 바와 같이 가공된 합금의 특정한 구체예는 예를 들어 부식 저항성 감소 없이 하나 이상의 개선된 기계적 특성을 나타낼 수 있다. 본 명세서에 기재된 바와 같이 가공된 합금의 특정한 구체예는 특정한 종래 방식으로 가공된 합금에 비하여 개선된 충격 특성, 용접성, 부식 피로에 대한 저항성, 마손(galling) 저항성, 및/또는 수소취성화(hydrogen embrittlement) 저항성을 나타낼 수 있다.
다양한 구체예에서, 본 명세서에 기재된 바와 같이 가공된 합금은 향상된 부식 저항성 및/또는 특정한 요구하는 적용분야에서 사용하기에 적절한 유리한 기계적 특성을 나타낼 수 있다. 임의의 특정한 이론에 구속되기를 바라는 것은 아니지만, 본 명세서에 기재된 바와 같이 가공된 특정한 합금은 높은 부식 저항성을 유지하면서, 예를 들어, 변형으로부터의 변형경화(strain hardening)에 대한 개선된 저항성으로 인한 더 높은 인장강도를 나타낼 수 있는 것으로 생각된다. 변형경화 또는 냉간 또는 온간 가공은 열처리에 일반적으로 잘 반응하지 않는 재료를 경화시키기 위하여 이용될 수 있다. 그러나, 냉간 또는 온간 가공된 가공물의 정확한 성질은 재료, 적용된 변형률, 변형률 속도, 및/또는 변형 온도에 의존할 수 있다.
탐사 및 시추 적용분야를 위한 비자성 재료 제조를 위한 현행 제조 실시는 특정한 양의 온간 가공을 최종 열기계적 처리 단계 중 하나로서 제품에 부여하는 것이다. 용어 "비자성"은 자기장에 의하여 영향받지 않거나 단지 미미하게 영향받는 재료를 지칭한다. 본 명세서에 기재된 바와 가티 가공되는 비자성 합금의 특정한 비제한적 구체예는 특정 범위 내의 자기투과율 값(μr)을 특징으로 할 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따라 가공된 합금의 자기투과율 값은 1.01 미만, 1.005 미만, 및/또는 1.001 미만일 수 있다. 다양한 구체예에서, 합금에는 페라이트가 실질적으로 없을 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "온간 가공"("warm working" 및 "warm work")은 (동적 또는 정적) 재결정화가 재료에서 일어나는 최저 온도 아래의 온도에서 단조에 의한 금속 또는 금속 합금의 열기계적 가공 및 변형을 지칭한다. 비제한적 구체예에서, 온간 가공은 합금의 초기 용융 온도의 3분의 1인 온도에서 합금의 초기 용융 온도의 3분의 2인 온도에 걸친 온간 가공 온도 범위에서 수행된다. 온간 가공 온도 범위의 하한이 원하는 단조 온도에서 비자성 합금 가공물을 변형시키기 위한 자유 프레스 단조 및 회전 단조 설비의 능력에 의해서만 제한됨이 이해될 것이다. 비제한적 구체예에서, 온간 가공 온도는 (동적 또는 정적) 재결정화가 비자성 합금에서 일어나지 않는 최고 온도까지의 임의의 온도이다. 이러한 구체예에서, 본 명세서에서 사용된 용어 온간 가공은 실온 또는 주위 온도 및 주위 온도보다 낮은 온도를 포함하는, 재료의 초기 용융 온도의 3분의 1보다 낮은 온도에서의 가공을 망라하고 포함한다. 비제한적 구체예에서, 본 명세서에서 사용된 온간 가공은 합금의 초기 용융 온도의 3분의 1인 온도에서 합금의 초기 용융 온도의 3분의 2인 온도에 걸친 범위의 온도에서 가공물을 단조하는 것을 포함한다. 또 다른 비제한적 구체예에서, 온간 가공 온도는 (동적 또는 정적) 재결정화가 비자성 합금에서 일어나지 않는 최고 온도까지의 임의의 온도를 포함한다. 이러한 구체예에서, 본 명세서에서 사용된 용어 온간 가공은 실온 또는 주위 온도 및 주위 온도보다 낮은 온도를 포함하는, 재료의 초기 용융 온도의 3분의 1보다 낮은 온도에서의 단조를 망라하고 포함한다. 온간 가공 단계는 합금 가공물에 의도되는 적용분야에 충분한 강도를 부여한다. 현행 제조 실시에서, 합금의 온간 가공 열기계적 처리는 단일 단계에서 방사형 단조로 수행된다. 단일 방사형 단조 단계에서, 가공물은 가공물을 단조 장치로부터 제거하지 않고, 단일 단계의 단조 통과물을 중간 소둔 처리하지 않으면서, 방사형 단조에서 다중 통과를 이용하여 최초 크기로부터 최종 단조된 크기까지 온간 가공된다.
본 발명자들은 원하는 강도를 발현시키기 위한 고강도 비자성 오스테나이트 재료 온간 가공 방사형 단조 동안, 가공물이 불균일하게 변형되고 및/또는 가공물에 부여되는 변형량이 가공물 횡단면에 걸쳐 균일하지 않은 경우가 빈번함을 발견했다. 불균일한 변형은 가공물의 중심과 표면 사이의 경도 및 인장 특성 차이로서 관찰될 수 있다. 경도, 항복강도, 및 인장강도는 가공물 중심보다 가공물 표면에서 더 큰 것으로 일반적으로 관찰되었다. 이러한 차이는 방사형 단조 동안 가공물의 횡단면의 여러 상이한 영역에서 발생하는 변형량 차이와 일치하는 것으로 생각된다. 온간 가공된 방사형 단조-유일 합금 가공물의 표면 영역과 중심 영역 사이의 기계적 특성 및 경도 차이를 표 1에 제시되는 시험 데이터에서 볼 수 있다. 모든 시험 샘플은 비자성 오스테나이트 스테인리스 강이었고, 각각의 히트(heat)의 화학적 조성이 아래 표 2에 제공된다. 표 1에 나열된 모든 시험 샘플은 표 1에 나열된 특성을 측정하기 전에 샘플에 적용되는 최종 열기계적 처리 단계로서 1025℉에서 온간 가공 방사형 단조되었다.
Figure 112015032715312-pct00001
약어: 종방향-MR = 길이방향 반경중간부; 표면 영역
횡방향 = 횡방향, 중심 영역을 가로지르는 시편 게이지 길이
종방향-NS = 종방향 표면 영역 근처
종방향-C = 종방향 중심; 중심 영역
도 1은 금속의 열-기계적 가공을 시뮬레이션하는 상용으로 입수 가능한 차분 유한 요소 소프트웨어를 이용하여 준비된 컴퓨터-생성 시뮬레이션을 나타낸다. 구체적으로, 도 1은 최종 가공 단계로서 방사형 단조 이후 니켈 합금의 로드-형상 가공물의 횡단면에서 변형률 분포의 시뮬레이션(10)을 나타낸다. 도 1은 온간 가공된 재료의 횡단면에 걸쳐 특정한 특성(예를 들어, 경도 및/또는 기계적 특성)을 균일하게 하거나 근접하게 하기 위하여 프레스 단조와 회전 단조의 조합이 이용되는 본 방법의 비제한적 구체예를 예시하도록 본 명세서에 단순히 제시되었다. 도 1은 방사형 단조된 가공물의 중심 영역보다 방사형 단조된 가공물의 표면 영역에서 변형률이 현저하게 더 큼을 나타낸다. 그와 같이, 방사형 단조된 가공물에서 변형률은 가공물 횡단면 전체에 걸쳐 상이하며, 변형률은 중심 영역보다 표면 영역에서 더 크다.
본 개시의 한 양태는 온간 가공 자유 프레스 단조 단계를 포함하도록, 최종 열기계적 단계로서 온간 가공 방사형 단조를 포함하는 종래의 비자성 합금 가공물 가공 방법을 변형하는 것에 관련된다. 도 2는 자유 프레스 단조 작업 이후 니켈 합금 가공물 횡단면에서 변형률 분포의 컴퓨터-생성 시뮬레이션(20)을 나타낸다. 자유 프레스 단조 이후 발생된 변형률 분포는 일반적으로, 도 1에 예시된 방사형 단조 작업 이후 발생된 변형률 분포의 역이다. 도 2는 자유 프레스 단조된 가공물의 표면 영역보다 자유 프레스 단조된 가공물의 중심 영역에서 일반적으로 변형률이 더 큼을 나타낸다. 그와 같이, 자유 프레스 단조된 가공물에서 변형률은 가공물 횡단면 전체에 걸쳐 상이하며, 변형률은 표면 영역보다 중심 영역에서 더 크다.
본 개시의 도 3은 본 개시에 따른 방법의 특정한 비제한적 구체예의 양태를 도해하는, 가공물 횡단면에 걸친 변형률 분포의 컴퓨터-생성 시뮬레이션(30)을 나타낸다. 도 3에 나타나는 시뮬레이션은 온간 가공 자유 프레스 단조 단계 및 온간 가공 방사형 단조 단계를 포함하는 열기계적 가공 공정에 의하여 니켈 합금 가공물의 횡단면에서 발생된 변형률을 도해한다. 도 3으로부터, 공정으로부터 예측된 변형률의 분포가 가공물의 횡단면에 걸쳐 실질적으로 균일함이 관찰된다. 따라서, 온간 가공 자유 프레스 단조 단계 및 온간 가공 방사형 단조 단계를 포함하는 공정은 단조된 물품을 제조할 수 있고, 여기서 변형률은 단조된 물품의 중심 영역 및 표면 영역에서 일반적으로 동일하다.
도 4를 참조하면, 본 개시의 한 양태에 따라, 비자성 합금 가공물 가공을 위한 비제한적 방법(40)은 가공물을 온간 가공 온도 범위의 온도로 가열하는 단계(42), 가공물의 중심 영역에 원하는 변형률을 부여하기 위하여 가공물을 자유 프레스 단조하는 단계(44)를 포함한다. 비제한적 구체예에서, 가공물은 중심 영역에 0.3 인치/인치 내지 인치당 1.0 인치 범위의 원하는 변형률을 부여하기 위하여 자유 프레스 단조된다. 또 다른 비제한적 구체예에서, 가공물은 중심 영역에 0.3 인치/인치 내지 인치당 0.8 인치 범위의 원하는 변형률을 부여하기 위하여 자유 프레스 단조된다.
가공물은 이후 가공물의 표면 영역에 원하는 변형률을 부여하기 위하여 방사형 단조된다(46). 비제한적 구체예에서, 가공물은 표면 영역에 0.3 인치/인치 내지 인치당 1.0 인치 범위의 원하는 변형률을 부여하기 위하여 방사형 단조된다. 또 다른 비제한적 구체예에서, 가공물은 표면 영역에 0.3 인치/인치 내지 인치당 0.8 인치 범위의 원하는 변형률을 부여하기 위하여 방사형 단조된다.
비제한적 구체예에서, 자유 프레스 단조 및 방사형 단조 이후, 중심 영역에 부여된 변형률 및 표면 영역에 부여된 변형률은 각각 0.3 인치/인치 내지 1.0 인치/인치의 범위에 있고, 중심 영역으로부터 표면 영역까지 변형률 차이가 0.5 인치/인치 이하이다. 또 다른 비제한적 구체예에서, 자유 프레스 단조 단계 및 방사형 단조 단계 이후, 중심 영역에 부여된 변형률 및 표면 영역에 부여된 변형률은 각각 0.3 인치/인치 내지 0.8 인치/인치의 범위에 있다. 당해 분야의 숙련가는 원하는 각각의 변형률을 달성하기에 필요한 자유 프레스 단조 및 방사형 단조 파라미터를 알거나 용이하게 결정할 수 있을 것이며, 개별적인 단조 단계의 작업 파라미터가 본 명세서에서 논의될 필요가 없다.
특정한 비제한적 구체예에서, 가공물의 "표면 영역"은 가공물의 표면으로부터 중심까지의 거리의 깊이의 약 30 퍼센트까지와 가공물 표면 사이의 재료의 부피를 포함한다. 특정한 다른 비제한적 구체예에서, 가공물의 "표면 영역"은 가공물의 표면으로부터 중심까지의 거리의 깊이의 약 40 퍼센트, 또는 특정한 구체예에서 약 50 퍼센트까지와 가공물 표면 사이의 재료의 부피를 포함한다. "표면 영역"을 식별하려는 목적을 위하여 특정한 형상을 가지는 가공물의 "중심"을 무엇이 구성하는지가 당해 분야의 숙련가에게 명백할 것이다. 예를 들어, 긴 원통형 가공물은 중심 종축을 가질 것이고, 가공물의 표면 영역이 가공물의 외부의 주위 곡면으로부터 중심 종축의 방향으로 확장될 것이다. 또한 예를 들어, 가공물의 종축을 횡단하여 취해진 정사각형 또는 직사각형 횡단면을 가지는 긴 가공물이 네 개의 뚜렷한 주위 "면" 중심 종축을 가질 것이고, 각각의 면의 표면 영역이 면의 표면으로부터 일반적인 중심축 및 마주보는 면 방향으로 가공물로 확장될 것이다. 또한, 예를 들어, 슬래브-형상 가공물이 가공물내의 중간면으로부터 일반적으로 등거리인 두 개의 큰 주요 마주보는 면을 가질 것이고, 각각의 주요 면의 표면 영역이 면의 표면으로부터 중간면 및 마주보는 주요 면을 향하여 가공물로 확장될 것이다.
특정한 비제한적 구체예에서, 가공물의 "중심 영역"은 부피로 가공물 재료의 약 70 퍼센트를 차지하는, 재료의 중심에 위치한 부피를 포함한다. 특정한 다른 비제한적 구체예에서, 가공물의 "중심 영역"은 부피로 가공물 재료의 약 60 퍼센트, 또는 약 50 퍼센트를 차지하는, 재료의 중심에 위치한 부피를 포함한다. 도 5는 일정한 비례로 그려지지 않은, 긴 원통형 단조된 바(50)의 횡단면을 개략적으로 도해하고, 여기서 섹션은 가공물의 중심축에 대하여 90도로 취해졌다. 단조된 바(50)의 직경(52)이 약 12 인치인 본 개시의 비제한적 구체예에 따르면, 표면 영역(56) 및 중심 영역(58)은 각각 횡단면에서 (및 가공물에서) 재료의 약 50 부피 퍼센트를 포함하고, 여기서 중심 영역의 직경이 약 4.24 인치이다.
발명의 또 다른 비제한적 구체예에서, 자유 프레스 단조 단계 및 방사형 단조 단계 이후, 가공물의 표면 영역 내의 변형률은 가공물의 중심 영역 내의 변형률과 실질적으로 동일하다. 본 명세서에서 사용된, 가공물의 표면 영역 내의 변형률은, 영역 사이의 변형률이 20% 미만, 또는 15% 미만, 또는5% 미만 상이할 때 가공물의 중심 영역 내의 변형률과 "실질적으로 동일하다". 본 개시에 따른 방법의 구체예에서 자유 프레스 단조 및 방사형 단조의 조합된 이용이 최종 단조된 가공물의 횡단면 전체에 걸쳐 실질적으로 동일한 변형률을 가지는 가공물을 제조할 수 있다. 그러한 단조된 가공물에서 변형률 분포의 결과는, 가공물이 가공물 횡단면 전체에 걸쳐 및/또는 표면 영역과 가공물의 중심 영역 사이에서 실질적으로 균일한 하나 이상의 기계적 특성을 가질 수 있다는 것이다. 본 명세서에서 사용된, 가공물의 표면 영역 내의 하나 이상의 기계적 특성은, 영역 사이의 하나 이상의 기계적 특성이 20% 미만, 또는 15% 미만, 또는 5% 미만 상이할 때 가공물의 중심 영역 내의 하나 이상의 특성은 "실질적으로 균일하다".
온간 가공 자유 프레스 단조 단계(44)와 온간 가공 방사형 단조 단계(46) 중 어느 것이 먼저 수행되는지가 변형률 분포 및 이후의 기계적 특성에 결정적인 것으로 생각되지는 않는다. 특정한 비제한적 구체예에서, 자유 프레스 단조(44) 단계는 방사형 단조(46) 단계에 선행한다. 다른 비제한적 구체예에서, 방사형 단조(46) 단계는 자유 프레스 단조(44) 단계에 선행한다. 자유 프레스 단조 단계(44) 및 방사형 단조 단계(46)의 다중 사이클이 최종 단조된 물품의 횡단면에 걸쳐 원하는 변형률 분포 및 원하는 하나 이상의 기계적 특성을 달성하기 위하여 이용될 수 있는 것으로 이해될 것이다. 그러나 다중 사이클은 추가적인 비용을 포함한다. 가공물의 횡단면에 걸쳐 실질적으로 동일한 변형률 분포를 달성하기 위하여 방사형 단조 단계 및 자유 프레스 단조 단계의 다중 사이클을 수행하는 것이 일반적으로 불필요한 것으로 생각된다.
본 개시에 따른 방법의 특정한 비제한적 구체예에서, 가공물은 제1 단조 장치, 즉, 방사형 단조 및 자유 프레스 단조 중 하나로부터, 제2 단조 장치, 즉, 방사형 단조 및 자유 프레스 단조 중 다른 하나로 직접 이송될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 제1 온간 가공 단조 단계 (즉, 방사형 단조 또는 자유 프레스 단조) 이후, 제2 온간 가공 단조 단계 이전에 가공물은 실온으로 냉각된 다음 온간 가공 온도로 재가열될 수 있고, 또는 대안으로, 가공물이 제1 단조 장치로부터 제2 온간 가공 단조 단계 동안 재가열될 재가열로까지 직접 이송될 수 있다.
비제한적 구체예에서, 본 개시의 방법을 이용하여 가공된 비자성 합금은 비자성 스테인리스 강 합금이다. 특정한 비제한적 구체예에서, 본 개시의 방법을 이용하여 가공된 비자성 스테인리스 강 합금은 비자성 오스테나이트 스테인리스 강 합금이다. 특정한 비제한적 구체예에서, 상기 방법이 비자성 오스테나이트 스테인리스 강 합금 가공에 적용될 때, 방사형 단조 단계 및 자유 프레스 단조 단계가 수행되는 온도 범위는 950℉ 내지 1150℉이다.
특정한 비제한적 구체예에서, 가공물을 온간 가공 온도로 가열하는 단계 이전에, 가공물은 온간 가공 단조 단계를 용이하게 하기 위하여 소둔 또는 균질화될 수 있다. 비제한적 구체예에서, 가공물이 비자성 오스테나이트 스테인리스 강 합금을 포함할 때, 가공물은 1850℉ 내지 2300℉ 범위의 온도에서 소둔되고, 소둔 온도에서 1 분 내지 10 시간 동안 가열된다. 특정한 비제한적 구체예에서, 가공물을 온간 가공 온도로 가열하는 단계는 가공물을 소둔 온도로부터 온간 가공 온도로 냉각시키는 것을 포함한다. 당해 분야의 숙련가에게 명백할 것과 같이, 열간 가공 동안 특정한 가공물에서 형성될 수 있는 해로운 시그마 침전물 용해에 필요한 소둔 시간은 소둔 온도에 의존할 것이고; 소둔 온도가 더 높을수록, 형성된 임의의 해로운 시그마 침전물 용해에 필요한 시간이 더 짧아진다. 당해 분야의 숙련가는 과도한 노력 없이 특정한 가공물에 대한 적절한 소둔 온도 및 시간을 결정할 수 있을 것이다.
본 개시의 방법에 따라 온간 가공 단조된 가공물의 직경이, 5.25 인치 이하의 크기일 때, 단조된 가공물의 표면 영역의 재료와 중심 영역의 재료 사이의 특정한 결과적인 기계적 특성 및 변형률에서 현저한 차이가 관찰되지 않을 수 있음이 주목되었다 (표 1 참조). 본 개시에 따른 특정한 비제한적 구체예에서, 본 방법을 이용하여 가공된 단조된 가공물은 일반적으로 원통형이고 일반적으로 원형인 횡단면을 포함한다. 특정한 비제한적 구체예에서, 본 방법을 이용하여 가공된 단조된 가공물은 일반적으로 원통형이고 5.25 인치 이하인 직경을 가지는 원형 횡단면을 포함한다. 특정한 비제한적 구체예에서, 본 방법을 이용하여 가공된 단조된 가공물은 일반적으로 원통형이고 본 개시에 따른 온간 가공 단조 이후 5.25 인치 초과, 또는 최소 7.25 인치, 또는 7.25 인치 내지 12.0 인치인 직경을 가지는 원형 횡단면을 포함한다.
본 개시의 또 다른 양태는 비자성 오스테나이트 스테인리스 강 합금 가공물 가공 방법에 관련되고, 상기 방법은 다음 단계를 포함한다: 가공물을 950℉ 내지 1150℉ 온도 범위의 온간 가공 온도로 가열하는 단계; 0.3 인치/인치 내지 1.0 인치/인치, 또는 0.3 인치/인치 내지 0.8 인치/인치의 최종 변형률을 가공물의 중심 영역에 부여하기 위하여 가공물을 자유 프레스 단조하는 단계; 및 0.3 인치/인치 내지 1.0 인치/인치, 또는 0.3 인치/인치 내지 0.8 인치/인치의 최종 변형률을 가공물의 표면 영역에 부여하기 위하여 가공물을 방사형 단조하는 단계. 비제한적 구체예에서, 가공물 자유 프레스 단조 및 방사형 단조 이후 중심 영역 및 표면 영역에서 최종 변형률 차이는 0.5 인치/인치 이하이다. 다른 비제한적 구체예에서, 영역 사이의 변형률은 20% 미만, 또는 15% 미만, 또는 5% 미만 상이하다. 상기 방법의 비제한적 구체예에서, 자유 프레스 단조 단계는 방사형 단조 단계에 선행한다. 상기 방법의 다른 비제한적 구체예에서, 방사형 단조 단계는 자유 프레스 단조 단계에 선행한다.
본 개시에 따른 비자성 오스테나이트 스테인리스 강 합금 가공물 가공 방법은 가공물을 온간 가공 온도로 가열하는 단계 이전에 가공물을 소둔하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 비제한적 구체예에서, 비자성 오스테나이트 스테인리스 강 합금 가공물은 1850℉ 내지 2300℉의 온도 범위의 소둔 온도에서 소둔될 수 있고, 소둔 시간은 1 분 내지 10 시간의 범위에 있을 수 있다. 또 다른 비제한적 구체예에서, 비자성 오스테나이트 스테인리스 강 합금 가공물을 온간 가공 온도로 가열하는 단계는 가공물을 소둔 온도로부터 온간 가공 온도로 냉각시키는 것을 포함할 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 본 개시의 방법에 따라 온간 가공 단조된 가공물의 직경이, 예를 들어, 5.25 인치 이하의 크기일 때, 단조된 가공물의 표면 영역의 재료와 중심 영역의 재료 사이의 특정한 결과적인 기계적 특성 및 변형률에서 현저한 차이가 관찰되지 않을 수 있음이 주목되었다. 본 개시에 따른 특정한 비제한적 구체예에서, 본 방법을 이용하여 가공된 단조된 가공물은 일반적으로 원통형인 비자성 오스테나이트 스테인리스 강 합금 가공물이고 일반적으로 원형인 횡단면을 포함한다. 특정한 비제한적 구체예에서, 본 방법을 이용하여 가공된 단조된 가공물은 일반적으로 원통형인 비자성 오스테나이트 스테인리스 강 합금 가공물이고 5.25 인치 이하인 직경을 가지는 원형 횡단면을 포함한다. 특정한 비제한적 구체예에서, 본 방법을 이용하여 가공된 단조된 가공물은 일반적으로 원통형인 비자성 오스테나이트 스테인리스 강 합금 가공물이고 본 개시에 따른 온간 가공 단조 이후 5.25 인치 초과, 또는 최소 7.25 인치, 또는 7.25 인치 내지 12.0 인치인 직경을 가지는 원형 횡단면을 포함한다.
본 개시에 따른 또 다른 양태는 비자성 합금 단조물에 관련된다. 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 비자성 합금 단조물은 5.25 인치 초과의 직경을 가지는 원형 횡단면을 포함한다. 비자성 합금 단조물의 적어도 하나의 기계적 특성이 단조물의 횡단면 전체에 걸쳐 실질적으로 균일하다. 비제한적 구체예에서, 실질적으로 균일한 기계적 특성은 경도, 최대인장강도, 항복강도, 연신율, 및 단면감소율 중 하나 이상을 포함한다.
본 개시의 비제한적 구체예가 단조된 가공물의 횡단면에 걸쳐 실질적으로 동일한 변형률 및 적어도 하나의 실질적으로 균일한 기계적 특성을 제공하는 방법에 관련되는 한편, 자유 프레스 단조와 조합된 방사형 단조의 실시가 가공물의 중심 영역에 변형률을 부여하기 위하여 이용될 수 있고 상기 변형률은 가공물의 표면 영역에서 상기 방법에 의하여 부여된 변형률과 원하는 정도 상이함이 이해될 것이다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 비제한적 구체예에서, 자유 프레스 단조 단계(44) 및 방사형 단조 단계(46) 이후, 표면 영역의 변형률은 의도적으로 가공물의 중심 영역의 변형률보다 클 수 있다. 상대적인 변형률이 이러한 방식으로 상이한 방법에 의하여 부여되는 본 개시에 따른 방법은 경도 및/또는 기계적 특성이 부품의 여러 영역에서 변할 경우, 발생할 수 있는 최종 부품의 기계가공에서 복잡성 최소화에 매우 유익할 것이다. 대안으로, 비제한적 구체예에서, 자유 프레스 단조 단계(44) 및 방사형 단조 단계(46) 이후, 표면 영역의 변형률은 의도적으로 가공물의 중심 영역의 변형률보다 작을 수 있다. 또한, 본 개시에 따른 방법의 특정한 비제한적 구체예에서, 자유 프레스 단조 단계(44) 및 방사형 단조 단계(46) 이후, 가공물은 표면 영역으로부터 가공물의 중심 영역까지 변형률의 구배를 포함한다. 그러한 경우에, 부여된 변형률은 가공물 중심으로부터의 거리가 증가함에 따라 증가하거나 감소할 수 있다. 변형률의 구배가 최종 단조된 가공물에 부여되는 본 개시에 따른 방법은 다양한 적용분야에서 유리할 수 있다.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 비자성 합금 단조물은 비자성 스테인리스 강 합금, 니켈 합금, 코발트 합금, 및 철 합금으로부터 선택될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 비자성 합금 단조물은 비자성 오스테나이트 스테인리스 강 합금을 포함한다.
본 개시에 따른 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는, 석유 및 가스 산업에서 탐사 및 생산 시추 적용에 의도되는 한 고강도 비자성 오스테나이트 스테인리스 강의 광범한 화학적 조성이, 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함되는 2011년 12월 20일 자 출원의 미국 동일출원 제13/331,135호에 개시된다.
본 개시에 따른 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는, 석유 및 가스 공업에서 탐사 및 발견 적용을 위한 매우 부식 저항성, 고강도인 재료의 한 구체적인 예는 미국, 펜실베니아, 피츠버그 소재의 Allegheny Technologies Incorporated로부터 입수한 철계 오스테나이트 스테인리스 강 합금인 AL-6XN® 합금 (UNS N08367)이다. 재료에 고강도를 부여하기 위하여 본 개시에 따른 2-단계 온간 가공 단조 공정이 AL-6XN® 합금에 대하여 이용될 수 있다.
본 개시에 따른 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는, 석유 및 가스 공업에서 탐사 및 발견에 적용하기 위한 고도로 부식 저항성, 고강도인 재료의 또 다른 구체적인 예는 미국, 펜실베니아, 피츠버그 소재의 Allegheny Technologies Incorporated로부터 입수 가능한 고강도, 비자성 오스테나이트 스테인리스 강인 ATI Datalloy 2® 합금 (UNS 비할당)이다. 전체 합금 중량을 기준으로 중량 퍼센티지로 ATI Datalloy 2® 합금의 명목 조성(nominal composition)은 0.03 탄소, 0.30 규소, 15.1 망가니즈, 15.3 크롬, 2.1 몰리브데넘, 2.3 니켈, 0.4 질소, 잔부 철 및 부수적인 불순물이다.
특정한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따라 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 합금은 크롬, 코발트, 구리, 철, 망가니즈, 몰리브데넘, 니켈, 탄소, 질소, 텅스텐, 및 부수적인 불순물을 포함하거나, 이들로 필수적으로 구성되거나, 이들로 구성되는 오스테나이트 합금이다. 특정한 비제한적 구체예에서, 오스테나이트 합금은 미량 원소 또는 부수적인 불순물로서 알루미늄, 규소, 티타늄, 붕소, 인, 황, 니오븀, 탄탈럼, 루테늄, 바나듐, 및 지르코늄 중 하나 이상을 선택적으로 추가로 포함한다.
또한, 다양한 비제한적 구체예에 따르면, 본 개시에 따라 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 오스테나이트 합금은, 전체 합금 중량을 기준으로 중량 퍼센티지로, 최대 0.2 탄소, 최대 20 망가니즈, 0.1 내지 1.0 규소, 14.0 내지 28.0 크롬, 15.0 내지 38.0 니켈, 2.0 내지 9.0 몰리브데넘, 0.1 내지 3.0 구리, 0.08 내지 0.9 질소, 0.1 내지 5.0 텅스텐, 0.5 내지 5.0 코발트, 최대 1.0 티타늄, 최대 0.05 붕소, 최대 0.05 인, 최대 0.05 황, 철, 및 부수적인 불순물을 포함하거나, 이들로 필수적으로 구성되거나, 이들로 구성된다.
더욱이, 다양한 비제한적 구체예에 따르면, 본 개시에 따라 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 오스테나이트 합금은, 전체 합금 중량을 기준으로 중량 퍼센티지로, 최대 0.05 탄소, 1.0 내지 9.0 망가니즈, 0.1 내지 1.0 규소, 18.0 내지 26.0 크롬, 19.0 내지 37.0 니켈, 3.0 내지 7.0 몰리브데넘, 0.4 내지 2.5 구리, 0.1 내지 0.55 질소, 0.2 내지 3.0 텅스텐, 0.8 내지 3.5 코발트, 최대 0.6 티타늄, 조합된 중량 퍼센티지의 0.3 이하 컬럼븀 및 탄탈럼, 최대 0.2 바나듐, 최대 0.1 알루미늄, 최대 0.05 붕소, 최대 0.05 인, 최대 0.05 황, 철, 및 부수적인 불순물을 포함하거나, 이들로 필수적으로 구성되거나, 이들로 구성된다.
또한, 다양한 비제한적 구체예에 따르면, 본 개시에 따라 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 오스테나이트 합금은, 전체 합금 중량을 기준으로 중량 퍼센티지로, 최대 0.05 탄소, 2.0 내지 8.0 망가니즈, 0.1 내지 0.5 규소, 19.0 내지 25.0 크롬, 20.0 내지 35.0 니켈, 3.0 내지 6.5 몰리브데넘, 0.5 내지 2.0 구리, 0.2 내지 0.5 질소, 0.3 내지 2.5 텅스텐, 1.0 내지 3.5 코발트, 최대 0.6 티타늄, 조합된 중량 퍼센티지의 0.3 이하 컬럼븀 및 탄탈럼, 최대 0.2 바나듐, 최대 0.1 알루미늄, 최대 0.05 붕소, 최대 0.05 인, 최대 0.05 황, 철, 및 부수적인 불순물을 포함하거나, 이들로 필수적으로 구성되거나, 이들로 구성될 수 있다.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 방법에 의하여 가공될 수 있고 본 개시에 따른 단조된 물품에 포함될 수 있는 오스테나이트 합금은 다음의 임의의 중량 퍼센티지 범위의 탄소를 포함한다: 최대 2.0; 최대 0.8; 최대 0.2; 최대 0.08; 최대 0.05; 최대 0.03; 0.005 내지 2.0; 0.01 내지 2.0; 0.01 내지 1.0; 0.01 내지 0.8; 0.01 내지 0.08; 0.01 내지 0.05; 및 0.005 내지 0.01.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 방법에 의하여 가공될 수 있고 본 개시에 따른 단조된 물품에 포함될 수 있는 오스테나이트 합금은 다음의 임의의 중량 퍼센티지의 망가니즈를 포함한다: 최대 20.0; 최대 10.0; 1.0 내지 20.0; 1.0 내지 10; 1.0 내지 9.0; 2.0 내지 8.0; 2.0 내지 7.0; 2.0 내지 6.0; 3.5 내지 6.5; 및 4.0 내지 6.0.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 방법에 의하여 가공될 수 있고 본 개시에 따른 단조된 물품에 포함될 수 있는 오스테나이트 합금은 임의의 다음의 중량 퍼센티지의 규소를 포함한다: 최대 1.0; 0.1 내지 1.0; 0.5 내지 1.0; 및 0.1 내지 0.5.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 방법에 의하여 가공될 수 있고 본 개시에 따른 단조된 물품에 포함될 수 있는 오스테나이트 합금은 임의의 다음의 중량 퍼센티지 범위의 크롬을 포함한다: 14.0 내지 28.0; 16.0 내지 25.0; 18.0 내지 26; 19.0 내지 25.0; 20.0 내지 24.0; 20.0 내지 22.0; 21.0 내지 23.0; 및 17.0 내지 21.0.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 방법에 의하여 가공될 수 있고 본 개시에 따른 단조된 물품에 포함될 수 있는 오스테나이트 합금은 임의의 다음의 중량 퍼센티지 범위의 니켈을 포함한다: 15.0 내지 38.0; 19.0 내지 37.0; 20.0 내지 35.0; 및 21.0 내지 32.0.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 방법에 의하여 가공될 수 있고 본 개시에 따른 단조된 물품에 포함될 수 있는 오스테나이트 합금은 임의의 다음의 중량 퍼센티지 범위의 몰리브데넘을 포함한다: 2.0 내지 9.0; 3.0 내지 7.0; 3.0 내지 6.5; 5.5 내지 6.5; 및 6.0 내지 6.5.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 방법에 의하여 가공될 수 있고 본 개시에 따른 단조된 물품에 포함될 수 있는 오스테나이트 합금은 임의의 다음의 중량 퍼센티지 범위의 구리를 포함한다: 0.1 내지 3.0; 0.4 내지 2.5; 0.5 내지 2.0; 및 1.0 내지 1.5.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 방법에 의하여 가공될 수 있고 본 개시에 따른 단조된 물품에 포함될 수 있는 오스테나이트 합금은 임의의 다음의 중량 퍼센티지 범위의 질소를 포함한다: 0.08 내지 0.9; 0.08 내지 0.3; 0.1 내지 0.55; 0.2 내지 0.5; 및 0.2 내지 0.3. 특정한 구체예에서, 오스테나이트 합금 중의 질소 함량은 합금 중의 이의 제한된 용해도를 해결하기 위하여 0.35 중량 퍼센트 또는 0.3 중량 퍼센트로 제한될 수 있다.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 방법에 의하여 가공될 수 있고 본 개시에 따른 단조된 물품에 포함될 수 있는 오스테나이트 합금은 임의의 다음의 중량 퍼센티지 범위의 텅스텐을 포함한다: 0.1 내지 5.0; 0.1 내지 1.0; 0.2 내지 3.0; 0.2 내지 0.8; 및 0.3 내지 2.5.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따라 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 오스테나이트 합금은 임의의 다음의 중량 퍼센티지의 코발트를 포함한다: 최대 5.0; 0.5 내지 5.0; 0.5 내지 1.0; 0.8 내지 3.5; 1.0 내지 4.0; 1.0 내지 3.5; 및 1.0 내지 3.0. 본 개시에 따른 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공된 합금의 특정한 구체예에서, 코발트는 예기치 않게 합금의 기계적 특성을 개선했다. 예를 들어, 합금의 특정한 구체예에서, 코발트의 첨가는 최대 20% 인성 증가, 최대 20% 연신 증가, 및/또는 개선된 부식 저항성을 제공할 수 있다. 임의의 특정한 이론에 구속되기를 바라는 것은 아니지만, 철을 코발트로 대체하는 것이, 열간 가공 이후 결정립계에서 더 높은 수준의 시그마 상을 나타내는 코발트 비보유 변형물 비하여 합금 중의 해로운 시그마 상 침전물에 대한 저항성을 증가시킬 수 있는 것으로 생각된다.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따라 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 오스테나이트 합금은 2:1 내지 5:1, 또는 2:1 내지 4:1의 코발트/텅스텐 중량 퍼센티지 비율의 코발트 및 텅스텐을 포함한다. 특정한 구체예에서, 예를 들어, 코발트/텅스텐 중량 퍼센티지 비율은 약 4:1일 수 있다. 코발트 및 텅스텐의 사용은 개선된 고체 용액 강화를 합금에 부여할 수 있다.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따라 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 오스테나이트 합금은 임의의 다음의 중량 퍼센티지의 티타늄을 포함한다: 최대 1.0; 최대 0.6; 최대 0.1; 최대 0.01; 0.005 내지 1.0; 및 0.1 내지 0.6.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따라 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 오스테나이트 합금은 임의의 다음의 중량 퍼센티지의 지르코늄을 포함한다: 최대 1.0; 최대 0.6; 최대 0.1; 최대 0.01; 0.005 내지 1.0; 및 0.1 내지 0.6.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따라 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 오스테나이트 합금은 임의의 다음의 중량 퍼센티지의 니오븀 및/또는 탄탈럼을 포함한다: 최대 1.0; 최대 0.5; 최대 0.3; 0.01 내지 1.0; 0.01 내지 0.5; 0.01 내지 0.1; 및 0.1 내지 0.5.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따라 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 오스테나이트 합금은 임의의 다음 범위의 조합된 중량 퍼센티지의 컬럼븀 및 탄탈럼을 포함한다: 최대 1.0; 최대 0.5; 최대 0.3; 0.01 내지 1.0; 0.01 내지 0.5; 0.01 내지 0.1; 및 0.1 내지 0.5.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따라 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 오스테나이트 합금은 임의의 다음의 중량 퍼센티지의 바나듐을 포함한다: 최대 1.0; 최대 0.5; 최대 0.2; 0.01 내지 1.0; 0.01 내지 0.5; 0.05 내지 0.2; 및 0.1 내지 0.5.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따라 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 오스테나이트 합금은 임의의 다음 중량 퍼센티지 범위의 알루미늄을 포함한다: 최대 1.0; 최대 0.5; 최대 0.1; 최대 0.01; 0.01 내지 1.0; 0.1 내지 0.5; 및 0.05 내지 0.1.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따라 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 오스테나이트 합금은 임의의 다음 중량 퍼센티지 범위의 붕소를 포함한다: 최대 0.05; 최대 0.01; 최대 0.008; 최대 0.001; 최대 0.0005.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따라 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 오스테나이트 합금은 임의의 다음 중량 퍼센티지 범위의 인을 포함한다: 최대 0.05; 최대 0.025; 최대 0.01; 및 최대 0.005.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따라 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 오스테나이트 합금은 임의의 다음 중량 퍼센티지 범위의 황을 포함한다: 최대 0.05; 최대 0.025; 최대 0.01; 및 최대 0.005.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 방법에 의하여 가공될 수 있고 본 개시에 따른 단조된 물품에 포함될 수 있는 오스테나이트 합금의 잔부는 철 및 부수적인 불순물을 포함하거나, 이들로 필수적으로 구성되거나, 이들로 구성될 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따라 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 오스테나이트 합금은 임의의 다음의 중량 퍼센티지 범위의 철을 포함한다: 최대 60; 최대 50; 20 내지 60; 20 내지 50; 20 내지 45; 35 내지 45; 30 내지 50; 40 내지 60; 40 내지 50; 40 내지 45; 및 50 내지 60.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 방법에 의하여 가공된 오스테나이트 합금은 하나 이상의 미량 원소를 포함한다. 본 명세서에서 사용된 "미량 원소"는 원료의 조성 및/또는 이용된 용해 방법의 결과로서 합금에 존재할 수 있고 합금의 특성에 현저하게 부정적인 영향을 미치지 않는 농도로 존재하는 원소를 지칭하며, 상기 특성은 본 명세서에 일반적으로 기재된다. 미량 원소는, 예를 들어 본 명세서에 기재된 임의의 농도의 티타늄, 지르코늄, 컬럼븀 (니오븀), 탄탈럼, 바나듐, 알루미늄, 및 붕소 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 미량 원소가 본 개시에 따른 합금에 존재하지 않을 수 있다. 당해 분야에 공지인 바와 같이, 합금 제조에서, 미량 원소는 전형적으로, 특정한 출발 재료의 선택 및/또는 특정한 가공 기법의 이용에 의하여 대부분 또는 전부 제거될 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따라 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 오스테나이트 합금은 임의의 다음 중량 퍼센티지 범위의 전체 농도의 미량 원소를 포함한다: 최대 5.0; 최대 1.0; 최대 0.5; 최대 0.1; 0.1 내지 5.0; 0.1 내지 1.0; 및 0.1 내지 0.5.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따라 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 오스테나이트 합금은 임의의 다음의 중량 퍼센티지 범위의 전체 농도의 부수적인 불순물을 포함한다: 최대 5.0; 최대 1.0; 최대 0.5; 최대 0.1; 0.1 내지 5.0; 0.1 내지 1.0; 및 0.1 내지 0.5. 본 명세서에서 일반적으로 사용된 용어 "부수적인 불순물"은 미소 농도로 합금에 존재하는 원소를 지칭한다. 그러한 원소는 비스무트, 칼슘, 세륨, 란타넘, 납, 산소, 인, 루테늄, 은, 셀레늄, 황, 텔루륨, 주석 및 지르코늄 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 합금 중의 개별적인 부수적인 불순물은 다음의 최대 중량 퍼센티지를 초과하지 않는다: 0.0005 비스무트; 0.1 칼슘; 0.1 세륨; 0.1 란타넘; 0.001 납; 0.01 주석, 0.01 산소; 0.5 루테늄; 0.0005 은; 0.0005 셀레늄; 및 0.0005 텔루륨. 다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 합금, (어느 것이라도 존재할 경우) 합금에 존재하는 세륨, 란타넘, 및 칼슘의 조합된 중량 퍼센티지는 최대 0.1일 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 합금에 존재하는 세륨 및/또는 란타넘의 조합된 중량 퍼센티지는 최대 0.1일 수 있다. 본 개시에 따른 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 합금에서 부수적인 불순물로서 존재할 수 있는 다른 원소는 개시를 고려하면 당해 분야의 숙련가에게 명백할 것이다. 다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따라 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 오스테나이트 합금은 임의의 다음의 중량 퍼센티지 범위의 전체 농도의 미량 원소 및 부수적인 불순물을 포함한다: 최대 10.0; 최대 5.0; 최대 1.0; 최대 0.5; 최대 0.1; 0.1 내지 10.0; 0.1 내지 5.0; 0.1 내지 1.0; 및 0.1 내지 0.5.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 합금은 비자성일 수 있다. 이러한 특징은, 예를 들어, 특정한 석유 및 가스 시추동 컴포넌트 적용을 포함하여, 비자성 특성이 중요한 적용에서 합금의 사용을 용이하게 할 수 있다. 본 명세서에 기재된 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 오스테나이트 합금의 특정한 비제한적 구체예는 특정 범위 내의 자기투과율 값(μr)을 특징으로 할 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 자기투과율 값은 1.01 미만, 1.005 미만, 및/또는 1.001 미만이다. 다양한 구체예에서, 합금에는 페라이트가 실질적으로 없을 수 있다.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 합금은 특정 범위 내의 공식저항지수(pitting resistance equivalence number, PREN)를 특징으로 할 수 있다. 이해되는 바와 같이, PREN은 클로라이드-함유 환경에서 점식(pitting corrosion)에 대한 합금의 예상 저항성에 대한 상대적인 값을 제공한다. 일반적으로, 더 높은 PREN을 가지는 합금이 더 낮은 PREN을 가지는 합금보다 더 우수한 부식 저항성을 가지는 것으로 예상된다. 한 특정한 PREN 계산이 다음 공식을 이용하여 PREN16 값을 제공하고, 여기서 퍼센티지는 전체 합금 중량을 기준으로 한 중량 퍼센티지이다:
PREN16 = %Cr + 3.3(%Mo) + 16(%N) + 1.65(%W)
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 합금은 임의의 다음의 범위의 PREN16 값을 가질 수 있다: 최대 60; 최대 58; 30 초과; 40 초과; 45 초과; 48 초과; 30 내지 60; 30 내지 58; 30 내지 50; 40 내지 60; 40 내지 58; 40 내지 50; 및 48 내지 51. 임의의 특정한 이론에 구속되기를 바라는 것은 아니지만, 더 높은 PREN16 값이, 예를 들어 매우 부식성인 환경, 고온 환경, 및 저온 환경과 같은 환경에서 합금이 충분한 부식 저항성을 나타낼 더 높은 가능성을 지시할 수 있는 것으로 생각된다. 공격적인 부식성 환경은, 예를 들어, 화학적 가공 설비 및 시추동이 석유 및 가스 시추를 거치는 공저 환경에서 존재할 수 있다. 공격적인 부식성 환경은 극단적인 온도와 함께 합금이 예를 들어, 알칼리성 화합물, 산성화 클로라이드 용액, 산성화 설파이드 용액, 과산화물, 및/또는 CO2를 겪는 것일 수 있다.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 방법에 의하여 가공될 수 있고 본 개시에 따른 단조된 물품에 포함될 수 있는 오스테나이트 합금은 특정 범위 내의 침전값(CP)을 방지하기 위한 민감도계수를 특징으로 할 수 있다. CP 값의 개념은, 예를 들어 발명의 명칭이 "Austenitic Stainless Steel Having High Properties"인 미국특허 제5,494,636호에 기재된다. 일반적으로, CP 값은 합금의 금속간 상의 침전 속도론의 상대적인 지표이다. CP 값은 다음 공식을 이용하여 계산될 수 있고, 여기서 퍼센티지는 전체 합금 중량을 기준으로 한 중량 퍼센티지이다:
CP = 20(%Cr) + 0.3(%Ni) + 30(%Mo) + 5(%W) + 10(%Mn) + 50(%C) - 200(%N)
임의의 특정한 이론에 구속되기를 바라는 것은 아니지만, 710 미만의 CP 값을 가지는 합금이 용접 동안 금속간 상으로부터 HAZ (열 영향 구역(heat affected zone)) 민감화 최소화를 돕는 유리한 오스테나이트 안정성을 나타낼 것으로 생각된다. 다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따라 단조된 물품에 포함되고 방법에 의하여 가공될 수 있는 오스테나이트 합금은 다음 범위 중 임의의 범위에서 CP를 가질 수 있다: 최대 800; 최대 750; 750 미만; 최대 710; 710 미만; 최대 680; 및 660-750.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 방법에 의하여 가공될 수 있고 본 개시에 따른 단조된 물품에 포함될 수 있는 오스테나이트 합금은 특정 범위 내의 임계공식온도(Critical Pitting Temperature, CPT) 및/또는 임계틈부식온도(Critical Crevice Corrosion Temperature, CCCT)를 특징으로 할 수 있다. 특정한 적용분야에서, CPT 및 CCCT 값은 합금의 PREN 값보다 더욱 정확하게 합금의 부식 저항성을 지시할 수 있다. CPT 및 CCCT는 ASTM G48-11, 명칭이 "Standard Test Methods for Pitting and Crevice Corrosion Resistance of Stainless Steels and Related Alloys by Use of Ferric Chloride Solution"인 ASTM G48-11에 따라 측정될 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 방법에 의하여 가공될 수 있고 본 개시에 따른 단조된 물품에 포함될 수 있는 오스테나이트 합금은 최소 45℃, 또는 더욱 바람직하게는 최소 50℃인 CPT를 가지고, 최소 25℃, 또는 더욱 바람직하게는 최소 30℃인 CCCT를 가진다.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 방법에 의하여 가공될 수 있고 본 개시에 따른 단조된 물품에 포함될 수 있는 오스테나이트 합금은 특정 범위 내의 클로라이드 응력 부식 균열 저항성(Chloride Stress Corrosion Cracking Resistance (SCC)) 값을 특징으로 할 수 있다. SCC 값의 개념은, 예를 들어, A. J. Sedricks, Corrosion of Stainless Steels (J. Wiley and Sons 1979)에 설명된다. 다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 합금의 SCC 값이 다음 중 하나 이상에 따른 특정한 적용에 대하여 결정될 수 있다: ASTM G30-97 (2009), 명칭 "Standard Practice for Making and Using U-Bend Stress-Corrosion Test Specimens"; ASTM G36-94 (2006), 명칭 "Standard Practice for Evaluating Stress-Corrosion-Cracking Resistance of Metals and Alloys in a Boiling Magnesium Chloride Solution"; ASTM G39-99 (2011), "Standard Practice for Preparation and Use of Bent-Beam Stress-Corrosion Test Specimens"; ASTM G49-85 (2011), "Standard Practice for Preparation and Use of Direct Tension Stress-Corrosion Test Specimens"; 및 ASTM G123-00 (2011), "Standard Test Method for Evaluating Stress-Corrosion Cracking of Stainless Alloys with Different Nickel Content in Boiling Acidified Sodium Chloride Solution." 다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 방법에 의하여 가공될 수 있고 본 개시에 따른 단조된 물품에 포함될 수 있는 오스테나이트 합금의 SCC 값은, 합금이 ASTM G123-00 (2011)하의 평가에 따라 허용 불가능한 응력 부식 균열발생을 겪지 않으면서 1000 시간 동안 산성화 염화나트늄 용액 비등에 적절하게 견딜 수 있음을 나타내기에 충분히 높다.
다음의 실시예는 본 발명의 범위를 제한하지 않고 비제한적 구체예를 더욱 설명하도록 의도된다. 당해 분야의 숙련가는 다음 실시예의 변형이 청구범위에 의해서만 정의되는 발명의 범위 내에서 가능함을 이해할 것이다.
실시예 1
도 6은 비자성 오스테나이트 강 합금 가공을 위한 본 개시에 따른 방법(62)(도 6의 우측) 및 비교 방법(60)(도 6의 좌측)의 양태를 개략적으로 도해한다. 20 인치의 직경을 가지고 아래 표 2에 나타나는 히트 번호 49FJ-1,2의 화학을 가지는 전기슬래그 재용해(ESR) 잉곳(64)이 제조되었다.
Figure 112015032715312-pct00002
ESR 잉곳(64)은 2225℉에서 48 시간 동안 균질화되고, 이어서 방사형 단조 기계에서 잉곳이 약 14-인치 직경 가공물(66)로 되었다. 14-인치 직경 가공물(66)은 제1가공물(68) 및 제2가공물(70)로 절단되고 다음과 같이 가공되었다.
14-인치 직경 제2가공물(70)의 샘플은 본 개시에 따른 방법의 구체예에 따라 가공되었다. 제2가공물(70)의 샘플은 2225℉에서 6 내지 12 시간 동안 재가열되고 종방향 말단에 스텝 샤프트(72)를 포함하는 9.84-인치 직경 바(74)로 방사형 단조되고, 이후 수냉되었다(water quenched). 스텝 샤프트(72)는, 자유 프레스 단조를 위한 가공물 조작기에 의하여 붙집힐 수 있는 크기를 가지는 각각의 단조물(72,74)에서 말단부 영역을 제공하도록 이러한 방사형 단조 작업 동안 제조되었다. 9.84-인치 직경 단조물(72,74)의 샘플이 2150℉에서 1 내지 2 시간 동안 소둔되고 실온으로 냉각되었다. 9.84-인치 직경 단조물(72,74)의 샘플이 1025℉로 10 내지 24 시간 동안 재가열되었고, 이어서 자유 프레스 단조에 의하여 단조물(76)이 제조되었다. 단조물(76)은 스텝 샤프트 단조물이었고, 각각의 단조물(76)의 대부분이 대략 8.7 인치의 직경을 가졌다. 자유 프레스 단조에 이어서, 단조물이 공기 냉각되었다. 단조물(76)의 샘플은 3 내지 9 시간 동안 1025℉에서 재가열되고 대략 7.25 인치의 직경을 가지는 바(78)까지 방사형 단조되었다. 시험 샘플이, 바의 말단부 사이의 바(78)의 가운데 부분에서 바(78)의 표면 영역 및 중심 영역으로부터 취해졌고, 기계적 특성 및 경도에 대하여 평가되었다.
14-인치 직경 제1가공물(68)의 샘플이 본 발명에 포함되지 않는 비교 방법에 의하여 가공되었다. 제1가공물(68)의 샘플은 2225℉에서 6 내지 12 시간 동안 재가열되고, 9.84-인치 직경 가공물(80)까지 방사형 단조되고, 수냉되었다. 9.84-인치 직경 단조물(80)은 2150℉에서 1 내지 2 시간 동안 소둔되고, 실온으로 냉각되었다. 소둔되고 냉각된 9.84-인치 단조물(80)은 10 내지 24 시간 동안 1025℉ 또는 1075℉에서 재가열되고 대략 7.25-인치 직경 단조물(82)까지 방사형 단조되었다. 기계적 특성 평가 및 경도 평가를 위한 표면 영역 및 중심 영역 시험 샘플이 각각의 단조물(82)의 말단부 사이의 각각의 단조물(82)의 가운데로부터 취해졌다.
다른 잉곳 히트의 가공은 온간 가공 정도를 제외하고 위에 기재된 히트 번호 49FJ-1,2에 대한 것과 유사했다. 변형률 및 다른 히트에 대하여 이용된 온간 가공의 유형이 표 3에 나타난다. 표 3은 또한 7.25-인치 직경 단조물(82)에 걸친 경도 프로파일을 7.25-인치 직경 단조물(78)의 경도 프로파일과 비교한다. 위에 기재된 바와 같이, 단조물(82)은 최종 가공 단계로서 1025℉ 또는 1075℉의 온도에서 온간 가공 방사형 단조만을 받았다. 대조적으로, 단조물(78)은 1025℉에서의 온간 가공 자유 프레스 단조 단계에 이어, 1025℉에서의 온간 가공 방사형 단조 단계를 이용하여 가공되었다.
Figure 112015032715312-pct00003
표 3으로부터, 표면으로부터 중심까지 경도 차이가 본 발명 샘플에 대한 것보다 비교 샘플에 대하여 현저하게 더 큼이 명백하다. 이들 결과는 본 발명의 프레스 단조에 회전 단조 가공을 더한 모델링으로부터의 도 3에 나타나는 결과와 일치한다. 프레스 단조 공정은 주로 가공물의 중심 영역에서 변형을 부여하고 회전 단조 작업은 주로 표면에서 변형을 부여한다. 경도가 이들 재료에서 변형의 양의 지표이므로, 이는 프레스 단조에 회전 단조를 더한 조합이 표면으로부터 중심까지 비교적 균일한 변형의 양을 가지는 바를 제공함을 나타낸다. 이는 또한 표 3으로부터 프레스 단조에 의한 온간 가공만 되고 5.25 인치의 더 작은 직경까지 온간 가공 프레스 단조된 비교예인 히트 01FM-1에서 알 수 있다. 히트 01FM-1에 대한 결과는 더 작은 직경 가공물에서 프레스 단조에 의하여 제공된 변형의 양이, 비교적 균일한 횡단면 경도 프로파일을 야기할 수 있음을 입증한다.
위의 표 1은 표 3에 개시된 경도 값을 가지는 비교 히트에 대한 실온 인장 특성을 나타낸다. 표 4는 프레스 단조만에 의하여 온간 가공된 비교 샘플, 및 프레스 단조에 이어 방사형 단조에 의하여 온간 가공된 본 발명 샘플에 있어서 히트 번호 49-FJ-4에 대한 실온 인장 특성의 직접 비교를 제공한다.
Figure 112015032715312-pct00004
약어: 횡방향 = 횡방향, 중심 영역을 가로지르는 시편 게이지 길이
종방향-NS = 종방향 표면 영역 근처
종방향-C = 종방향 중심; 중심 영역
비교 샘플 표면에서의 항복강도 및 최대인장강도는 중심보다 더 컸다. 그러나, 본 개시에 따라 가공된 재료(본 발명 샘플)에 대한 최대인장강도 및 항복강도는 빌릿의 중심 및 빌릿의 표면에서의 강도가 실질적으로 균일함을 나타낼 뿐만 아니라, 본 발명 샘플이 비교예보다 현저하게 강함을 또한 나타낸다.
본 설명이 발명의 명확한 이해와 관련된 발명의 양태를 예시함이 이해될 것이다. 당해 분야의 숙련가에게 명백할 것이고 따라서 발명의 이해를 더 용이하게 하지 않을 특정한 양태는 본 설명을 단순화하기 위하여 나타나지 않았다. 비록 단지 제한된 수의 본 발명의 구체예가 부득이하게 본 명세서에 기재되었기는 하지만, 당해 분야의 숙련가는, 전술한 설명을 고려하면, 발명의 여러 변형 및 변경이 이용될 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명의 그러한 모든 변형 및 변경은 전술한 설명 및 다음의 청구범위에 의하여 포괄되도록 의도된다.

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  25. 다음을 포함하는 비자성 합금 단조물:
    5.25 인치 초과의 직경을 가지는 원형 횡단면; 및
    단조물의 횡단면에 걸쳐 균일한 적어도 하나의 기계적 특성,
    여기서 비자성 합금은 중량 퍼센티지로, 0 내지 최대 0.2 탄소, 0 내지 최대 20 망가니즈, 0.1 내지 1.0 규소, 14.0 내지 28.0 크롬, 15.0 내지 38.0 니켈, 2.0 내지 9.0 몰리브데넘, 0.1 내지 3.0 구리, 0.08 내지 0.9 질소, 0.1 내지 5.0 텅스텐, 0.5 내지 5.0 코발트, 0 내지 최대 1.0 티타늄, 0 내지 최대 0.05 붕소, 0 내지 최대 0.05 인, 0 내지 최대 0.05 황, 철, 및 부수적인 불순물을 포함하고,
    156.9 ksi 초과이면서 최대 176.2 ksi의 종방향 항복 강도를 나타냄.
  26. 제25항에 있어서, 비자성 합금 단조물은 비자성 스테인리스 강 합금, 니켈 합금, 코발트 합금, 및 철 합금 중 하나를 포함하는 비자성 합금 단조물.
  27. 제25항에 있어서, 비자성 합금 단조물은 비자성 오스테나이트 스테인리스 강 합금을 포함하는 비자성 합금 단조물.
  28. 제25항에 있어서, 기계적 특성은 최대인장강도, 항복강도, 연신율, 및 단면감소율 중 적어도 하나인 비자성 합금 단조물.
  29. 제25항에 있어서, 원형 횡단면의 직경은 적어도 7.25 인치인 비자성 합금 단조물.
  30. 제25항에 있어서, 원형 횡단면의 직경은 7.25 인치 내지 12 인치 범위인 비자성 합금 단조물.
  31. 제25항에 있어서, 비자성 합금 단조물은 원통형 합금 단조물인 비자성 합금 단조물.
  32. 제25항에 있어서, 합금은 UNS N08367에서 규정된 조성을 가지는 오스테나이트 스테인리스 강 합금인 비자성 합금 단조물.
  33. 삭제
  34. 제25항에 있어서, 합금은 크롬, 코발트, 구리, 철, 망가니즈, 몰리브데넘, 니켈, 탄소, 질소, 텅스텐 및 부수적인 불순물을 포함하는 오스테나이트 합금인 비자성 합금 단조물.
  35. 제25항에 있어서, 합금은 알루미늄, 티타늄, 붕소, 인, 황, 니오븀, 탄탈럼, 루테늄, 바나듐, 및 지르코늄 중 하나 이상을 추가로 포함하는 오스테나이트 합금인 비자성 합금 단조물.
  36. 삭제
  37. 제25항에 있어서, 합금은, 중량 퍼센티지로, 0 내지 최대 0.2 탄소, 0 내지 최대 20 망가니즈, 0.1 내지 1.0 규소, 14.0 내지 28.0 크롬, 15.0 내지 38.0 니켈, 2.0 내지 9.0 몰리브데넘, 0.1 내지 3.0 구리, 0.08 내지 0.9 질소, 0.1 내지 5.0 텅스텐, 0.5 내지 5.0 코발트, 0 내지 최대 1.0 티타늄, 0 내지 최대 0.05 붕소, 0 내지 최대 0.05 인, 0 내지 최대 0.05 황, 철, 및 부수적인 불순물로 구성되는 비자성 합금 단조물.
  38. 제25항에 있어서, 합금은, 중량 퍼센티지로, 0 내지 최대 0.05 탄소, 1.0 내지 9.0 망가니즈, 0.1 내지 1.0 규소, 18.0 내지 26.0 크롬, 19.0 내지 37.0 니켈, 3.0 내지 7.0 몰리브데넘, 0.4 내지 2.5 구리, 0.1 내지 0.55 질소, 0.2 내지 3.0 텅스텐, 0.8 내지 3.5 코발트, 0 내지 최대 0.6 티타늄, 조합된 중량 퍼센티지의 컬럼븀 및 탄탈럼 0 내지 0.3, 0 내지 최대 0.2 바나듐, 0 내지 최대 0.1 알루미늄, 0 내지 최대 0.05 붕소, 0 내지 최대 0.05 인, 0 내지 최대 0.05 황, 철, 및 부수적인 불순물을 포함하는 비자성 합금 단조물.
  39. 제25항에 있어서, 합금은, 중량 퍼센티지로, 0 내지 최대 0.05 탄소, 1.0 내지 9.0 망가니즈, 0.1 내지 1.0 규소, 18.0 내지 26.0 크롬, 19.0 내지 37.0 니켈, 3.0 내지 7.0 몰리브데넘, 0.4 내지 2.5 구리, 0.1 내지 0.55 질소, 0.2 내지 3.0 텅스텐, 0.8 내지 3.5 코발트, 0 내지 최대 0.6 티타늄, 조합된 중량 퍼센티지의 컬럼븀 및 탄탈럼 0 내지 0.3, 0 내지 최대 0.2 바나듐, 0 내지 최대 0.1 알루미늄, 0 내지 최대 0.05 붕소, 0 내지 최대 0.05 인, 0 내지 최대 0.05 황, 철, 및 부수적인 불순물로 구성되는 비자성 합금 단조물.
  40. 제25항에 있어서, 합금은, 중량 퍼센티지로, 0 내지 최대 0.05 탄소, 2.0 내지 8.0 망가니즈, 0.1 내지 0.5 규소, 19.0 내지 25.0 크롬, 20.0 내지 35.0 니켈, 3.0 내지 6.5 몰리브데넘, 0.5 내지 2.0 구리, 0.2 내지 0.5 질소, 0.3 내지 2.5 텅스텐, 1.0 내지 3.5 코발트, 0 내지 최대 0.6 티타늄, 조합된 중량 퍼센티지의 컬럼븀 및 탄탈럼 0 내지 0.3, 0 내지 최대 0.2 바나듐, 0 내지 최대 0.1 알루미늄, 0 내지 최대 0.05 붕소, 0 내지 최대 0.05 인, 0 내지 최대 0.05 황, 철, 및 부수적인 불순물을 포함하는 비자성 합금 단조물.
  41. 제25항에 있어서, 합금은, 중량 퍼센티지로, 0 내지 최대 0.05 탄소, 2.0 내지 8.0 망가니즈, 0.1 내지 0.5 규소, 19.0 내지 25.0 크롬, 20.0 내지 35.0 니켈, 3.0 내지 6.5 몰리브데넘, 0.5 내지 2.0 구리, 0.2 내지 0.5 질소, 0.3 내지 2.5 텅스텐, 1.0 내지 3.5 코발트, 0 내지 최대 0.6 티타늄, 조합된 중량 퍼센티지의 컬럼븀 및 탄탈럼 0 내지 0.3, 0 내지 최대 0.2 바나듐, 0 내지 최대 0.1 알루미늄, 0 내지 최대 0.05 붕소, 0 내지 최대 0.05 인, 0 내지 최대 0.05 황, 철, 및 부수적인 불순물로 구성되는 비자성 합금 단조물.
  42. 제25항에 있어서, 합금은 1.01 미만 자기투과율 값 (mr)을 가지는 비자성 합금 단조물.
  43. 제25항에 있어서, 합금은 1.005 미만 자기투과율 값 (mr)을 가지는 비자성 합금 단조물.
  44. 제25항에 있어서, 합금은 1.001 미만 자기투과율 값 (mr)을 가지는 비자성 합금 단조물.
  45. 제25항에 있어서, 합금에는 페라이트가 없는 비자성 합금 단조물.
  46. 다음을 포함하는 원통형 비자성 합금 단조물:
    5.25 인치 초과의 직경을 가지는 원형 횡단면;
    여기서 최대인장강도, 항복강도, 연신율(percent elongation), 및 단면감소율(percent reduction in area) 중 적어도 하나가 단조물의 횡단면 전체에 걸쳐 균일하고;
    여기서 비자성 합금은 중량 퍼센티지로, 0 내지 최대 0.2 탄소, 0 내지 최대 20 망가니즈, 0.1 내지 1.0 규소, 14.0 내지 28.0 크롬, 15.0 내지 38.0 니켈, 2.0 내지 9.0 몰리브데넘, 0.1 내지 3.0 구리, 0.08 내지 0.9 질소, 0.1 내지 5.0 텅스텐, 0.5 내지 5.0 코발트, 0 내지 최대 1.0 티타늄, 0 내지 최대 0.05 붕소, 0 내지 최대 0.05 인, 0 내지 최대 0.05 황, 철, 및 부수적인 불순물을 포함하고
    156.9 ksi 초과이면서 최대 176.2 ksi의 종방향 항복 강도를 나타내고; 및
    비자성 합금은 스테인리스 강 합금, 니켈 합금, 코발트 합금, 및 철 합금으로부터 선택됨.
  47. 제46항에 있어서, 비자성 합금은 비자성 오스테나이트 스테인리스 강 합금인 원통형 비자성 합금 단조물.
  48. 제47항에 있어서, 합금은 1.01 미만 자기투과율 값 (mr)을 가지는 원통형 비자성 합금 단조물.
  49. 제47항에 있어서, 합금은 1.005 미만 자기투과율 값 (mr)을 가지는 원통형 비자성 합금 단조물.
  50. 제47항에 있어서, 합금은 1.001 미만 자기투과율 값 (mr)을 가지는 원통형 비자성 합금 단조물.
  51. 제47항에 있어서, 합금에는 페라이트가 없는 원통형 비자성 합금 단조물.
  52. 제46항에 있어서, 합금은 UNS N08367에서 나와있는 것과 같은 조성을 가지는 오스테나이트 스테인리스 강 합금인 원통형 비자성 합금 단조물.
  53. 삭제
  54. 제46항에 있어서, 합금은, 중량 퍼센티지로, 0 내지 최대 0.2 탄소, 0 내지 최대 20 망가니즈, 0.1 내지 1.0 규소, 14.0 내지 28.0 크롬, 15.0 내지 38.0 니켈, 2.0 내지 9.0 몰리브데넘, 0.1 내지 3.0 구리, 0.08 내지 0.9 질소, 0.1 내지 5.0 텅스텐, 0.5 내지 5.0 코발트, 0 내지 최대 1.0 티타늄, 0 내지 최대 0.05 붕소, 0 내지 최대 0.05 인, 0 내지 최대 0.05 황, 철, 및 부수적인 불순물로 구성되는 원통형 비자성 합금 단조물.
  55. 다음을 포함하는 비자성 합금 단조물:
    5.25 인치 초과의 직경을 가지는 원형 횡단면; 및
    단조물의 횡단면에 걸쳐 균일한 적어도 하나의 기계적 특성,
    여기서 비자성 합금은 중량 퍼센티지로, 0 내지 최대 0.2 탄소, 0 내지 최대 20 망가니즈, 0.1 내지 1.0 규소, 14.0 내지 28.0 크롬, 15.0 내지 38.0 니켈, 2.0 내지 9.0 몰리브데넘, 0.1 내지 3.0 구리, 0.08 내지 0.9 질소, 0.1 내지 5.0 텅스텐, 0.5 내지 5.0 코발트, 0 내지 최대 1.0 티타늄, 0 내지 최대 0.05 붕소, 0 내지 최대 0.05 인, 0 내지 최대 0.05 황, 철, 및 부수적인 불순물을 포함하고 170.1 ksi 초과이면서 최대 191.6 ksi의 최대인장강도를 나타냄.
  56. 제55항에 있어서, 비자성 합금 단조물은 비자성 스테인리스 강 합금, 니켈 합금, 코발트 합금, 및 철 합금 중 하나를 포함하는 비자성 합금 단조물.
  57. 제55항에 있어서, 비자성 합금 단조물은 비자성 오스테나이트 스테인리스 강 합금을 포함하는 비자성 합금 단조물.
  58. 제55항에 있어서, 기계적 특성은 최대인장강도, 항복강도, 연신율, 및 단면감소율 중 적어도 하나인 비자성 합금 단조물.
  59. 제55항에 있어서, 원형 횡단면의 직경은 적어도 7.25 인치인 비자성 합금 단조물.
  60. 제55항에 있어서, 원형 횡단면의 직경은 7.25 인치 내지 12 인치 범위인 비자성 합금 단조물.
  61. 제55항에 있어서, 비자성 합금 단조물은 원통형 합금 단조물인 비자성 합금 단조물.
  62. 제55항에 있어서, 합금은 UNS N08367에서 규정된 조성을 가지는 오스테나이트 스테인리스 강 합금인 비자성 합금 단조물.
  63. 삭제
  64. 제55항에 있어서, 합금은 오스테나이트 합금인 비자성 합금 단조물.
  65. 제64항에 있어서, 합금은 알루미늄, 티타늄, 붕소, 인, 황, 니오븀, 탄탈럼, 루테늄, 바나듐, 및 지르코늄 중 하나 이상을 추가로 포함하는 오스테나이트 합금인 비자성 합금 단조물.
  66. 제55항에 있어서, 합금은, 중량 퍼센티지로, 0 내지 최대 0.2 탄소, 0 내지 최대 20 망가니즈, 0.1 내지 1.0 규소, 14.0 내지 28.0 크롬, 15.0 내지 38.0 니켈, 2.0 내지 9.0 몰리브데넘, 0.1 내지 3.0 구리, 0.08 내지 0.9 질소, 0.1 내지 5.0 텅스텐, 0.5 내지 5.0 코발트, 0 내지 최대 1.0 티타늄, 0 내지 최대 0.05 붕소, 0 내지 최대 0.05 인, 0 내지 최대 0.05 황, 철, 및 부수적인 불순물을 포함하는 비자성 합금 단조물.
  67. 제55항에 있어서, 합금은, 중량 퍼센티지로, 0 내지 최대 0.2 탄소, 0 내지 최대 20 망가니즈, 0.1 내지 1.0 규소, 14.0 내지 28.0 크롬, 15.0 내지 38.0 니켈, 2.0 내지 9.0 몰리브데넘, 0.1 내지 3.0 구리, 0.08 내지 0.9 질소, 0.1 내지 5.0 텅스텐, 0.5 내지 5.0 코발트, 0 내지 최대 1.0 티타늄, 0 내지 최대 0.05 붕소, 0 내지 최대 0.05 인, 0 내지 최대 0.05 황, 철, 및 부수적인 불순물로 구성되는 비자성 합금 단조물.
  68. 제55항에 있어서, 합금은 1.01 미만 자기투과율 값 (mr)을 가지는 비자성 합금 단조물.
  69. 제55항에 있어서, 합금은 1.005 미만 자기투과율 값 (mr)을 가지는 비자성 합금 단조물.
  70. 제55항에 있어서, 합금은 1.001 미만 자기투과율 값 (mr)을 가지는 비자성 합금 단조물.
  71. 다음을 포함하는 비자성 합금 단조물:
    5.25 인치 초과의 직경을 가지는 원형 횡단면; 및
    단조물의 횡단면에 걸쳐 균일한 적어도 하나의 기계적 특성, 여기서 합금은 중량 퍼센티지로, 0 내지 최대 0.2 탄소, 0 내지 최대 20 망가니즈, 0.1 내지 1.0 규소, 14.0 내지 28.0 크롬, 15.0 내지 38.0 니켈, 2.0 내지 9.0 몰리브데넘, 0.1 내지 3.0 구리, 0.08 내지 0.9 질소, 0.1 내지 5.0 텅스텐, 0.5 내지 5.0 코발트, 0 내지 최대 1.0 티타늄, 0 내지 최대 0.05 붕소, 0 내지 최대 0.05 인, 0 내지 최대 0.05 황, 철, 및 부수적인 불순물을 포함하는 오스테나이트 합금임.
  72. 제71항에 있어서, 합금은 알루미늄, 티타늄, 붕소, 인, 황, 니오븀, 탄탈럼, 루테늄, 바나듐, 및 지르코늄 중 하나 이상을 추가로 포함하는 비자성 합금 단조물.
  73. 삭제
  74. 삭제
  75. 제71항에 있어서, 합금은, 중량 퍼센티지로, 0 내지 최대 0.2 탄소, 0 내지 최대 20 망가니즈, 0.1 내지 1.0 규소, 14.0 내지 28.0 크롬, 15.0 내지 38.0 니켈, 2.0 내지 9.0 몰리브데넘, 0.1 내지 3.0 구리, 0.08 내지 0.9 질소, 0.1 내지 5.0 텅스텐, 0.5 내지 5.0 코발트, 0 내지 최대 1.0 티타늄, 0 내지 최대 0.05 붕소, 0 내지 최대 0.05 인, 0 내지 최대 0.05 황, 철, 및 부수적인 불순물로 구성되는 비자성 합금 단조물.
  76. 제71항에 있어서, 합금은, 중량 퍼센티지로, 0 내지 최대 0.05 탄소, 1.0 내지 9.0 망가니즈, 0.1 내지 1.0 규소, 18.0 내지 26.0 크롬, 19.0 내지 37.0 니켈, 3.0 내지 7.0 몰리브데넘, 0.4 내지 2.5 구리, 0.1 내지 0.55 질소, 0.2 내지 3.0 텅스텐, 0.8 내지 3.5 코발트, 0 내지 최대 0.6 티타늄, 조합된 중량 퍼센티지의 컬럼븀 및 탄탈럼 0 내지 0.3, 0 내지 최대 0.2 바나듐, 0 내지 최대 0.1 알루미늄, 0 내지 최대 0.05 붕소, 0 내지 최대 0.05 인, 0 내지 최대 0.05 황, 철, 및 부수적인 불순물을 포함하는 비자성 합금 단조물.
  77. 제71항에 있어서, 합금은, 중량 퍼센티지로, 0 내지 최대 0.05 탄소, 1.0 내지 9.0 망가니즈, 0.1 내지 1.0 규소, 18.0 내지 26.0 크롬, 19.0 내지 37.0 니켈, 3.0 내지 7.0 몰리브데넘, 0.4 내지 2.5 구리, 0.1 내지 0.55 질소, 0.2 내지 3.0 텅스텐, 0.8 내지 3.5 코발트, 0 내지 최대 0.6 티타늄, 조합된 중량 퍼센티지의 컬럼븀 및 탄탈럼 0 내지 0.3, 0 내지 최대 0.2 바나듐, 0 내지 최대 0.1 알루미늄, 0 내지 최대 0.05 붕소, 0 내지 최대 0.05 인, 0 내지 최대 0.05 황, 철, 및 부수적인 불순물로 구성되는 비자성 합금 단조물.
  78. 제71항에 있어서, 합금은, 중량 퍼센티지로, 0 내지 최대 0.05 탄소, 2.0 내지 8.0 망가니즈, 0.1 내지 0.5 규소, 19.0 내지 25.0 크롬, 20.0 내지 35.0 니켈, 3.0 내지 6.5 몰리브데넘, 0.5 내지 2.0 구리, 0.2 내지 0.5 질소, 0.3 내지 2.5 텅스텐, 1.0 내지 3.5 코발트, 0 내지 최대 0.6 티타늄, 조합된 중량 퍼센티지의 컬럼븀 및 탄탈럼 0 내지 0.3, 0 내지 최대 0.2 바나듐, 0 내지 최대 0.1 알루미늄, 0 내지 최대 0.05 붕소, 0 내지 최대 0.05 인, 0 내지 최대 0.05 황, 철, 및 부수적인 불순물을 포함하는 비자성 합금 단조물.
  79. 제71항에 있어서, 합금은, 중량 퍼센티지로, 0 내지 최대 0.05 탄소, 2.0 내지 8.0 망가니즈, 0.1 내지 0.5 규소, 19.0 내지 25.0 크롬, 20.0 내지 35.0 니켈, 3.0 내지 6.5 몰리브데넘, 0.5 내지 2.0 구리, 0.2 내지 0.5 질소, 0.3 내지 2.5 텅스텐, 1.0 내지 3.5 코발트, 0 내지 최대 0.6 티타늄, 조합된 중량 퍼센티지의 컬럼븀 및 탄탈럼 0 내지 0.3, 0 내지 최대 0.2 바나듐, 0 내지 최대 0.1 알루미늄, 0 내지 최대 0.05 붕소, 0 내지 최대 0.05 인, 0 내지 최대 0.05 황, 철, 및 부수적인 불순물로 구성되는 비자성 합금 단조물.
  80. 제71항에 있어서, 합금은 1.01 미만 자기투과율 값 (mr)을 가지는 비자성 합금 단조물.
  81. 제71항에 있어서, 합금은 1.005 미만 자기투과율 값 (mr)을 가지는 비자성 합금 단조물.
  82. 제71항에 있어서, 합금은 1.001 미만 자기투과율 값 (mr)을 가지는 비자성 합금 단조물.
  83. 제71항에 있어서, 합금에는 페라이트가 없는 비자성 합금 단조물.
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