(57)【要約】      （修正有）【課題】加工ワークピースの断面にわたって一貫した硬度を生成する。【解決手段】非磁性合金ワークピースを加工する方法は、ワークピースを温間加工温度に加熱することと、そのワークピースを開放型プレス鍛造してワークピースの中心領域に所望のひずみを付与することと、そのワークピースをラジアル鍛造してワークピースの表面領域に所望のひずみを付与することとを含む。開放型プレス鍛造ステップおよびラジアル鍛造ステップの後、表面領域に付与されたひずみは、中心領域に付与されたひずみと実質的に等しい。他に、中心領域および表面領域に付与されたひずみは、０．３インチ／インチ〜１インチ／インチの範囲内であり、ワークピースの表面領域のひずみと比較した中心領域のひずみの差は、０．５インチ／インチ以下である。加工された合金鍛造物も開示される。【選択図】図６
2018058120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性合金鍛造物であって、
５．２５インチより大きい直径を有する円形断面、および
前記鍛造物の断面全体にわたって実質的に均一な少なくとも１つの機械的特性、を備える、非磁性合金鍛造物。
【請求項２】
前記非磁性合金鍛造物が、非磁性ステンレス鋼合金、ニッケル合金、コバルト合金、および鉄合金のうちの１つを含む、請求項１に記載の非磁性合金鍛造物。
【請求項３】
前記非磁性合金鍛造物が、非磁性オーステナイト系ステンレス鋼合金を含む、請求項１に記載の非磁性合金鍛造物。
【請求項４】
前記機械的特性が、最大引張強度、降伏強度、伸び率、および面積減少率のうちの少なくともの１つである、請求項１に記載の非磁性合金鍛造物。
【請求項５】
前記円形断面の前記直径が、少なくとも７．２５インチである、請求項１に記載の非磁性合金鍛造物。
【請求項６】
前記円形断面の前記直径が、７．２５インチ〜１２インチの範囲内である、請求項１に記載の非磁性合金鍛造物。
【請求項７】
前記合金鍛造物が、円筒形の合金鍛造物である、請求項１に記載の非磁性合金鍛造物。
【請求項８】
前記合金が、ＵＮＳ  Ｎ０８３６７において提示される組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼合金である、請求項１に記載の非磁性合金鍛造物。
【請求項９】
前記合金が、ＡＴＩ  Ｄａｔａｌｌｏｙ  ２（登録商標）オーステナイト系ステンレス鋼である、請求項１に記載の非磁性合金鍛造物。
【請求項１０】
前記合金の組成式が、重量％で、０．０３の炭素、０．３０のケイ素、１５．１のマンガン、１５．３のクロム、２．１のモリブデン、２．３のニッケル、０．４の窒素、不可避不純物、および残余鉄を含む、請求項１に記載の非磁性合金鍛造物。
【請求項１１】
前記合金が、クロム、コバルト、銅、鉄、マンガン、モリブデン、ニッケル、炭素、窒素、タングステン、不可避不純物、および、任意に、微量元素を含むオーステナイト系合金である、請求項１に記載の非磁性合金鍛造物。
【請求項１２】
前記合金が、アルミニウム、ケイ素、チタン、ホウ素、リン、硫黄、ニオブ、タンタル、ルテニウム、バナジウム、およびジルコニウムのうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１１に記載の非磁性合金鍛造物。
【請求項１３】
前記合金が、重量％で、最大０．２の炭素、最大２０のマンガン、０．１〜１．０のケイ素、１４．０〜２８．０のクロム、１５．０〜３８．０のニッケル、２．０〜９．０のモリブデン、０．１〜３．０の銅、０．０８〜０．９の窒素、０．１〜５．０のタングステン、０．５〜５．０のコバルト、最大１．０のチタン、最大０．０５のホウ素、最大０．０５のリン、最大０．０５の硫黄、鉄、および不可避不純物を含む、請求項１に記載の非磁性合金鍛造物。
【請求項１４】
前記合金が、重量％で、最大０．２の炭素、最大２０のマンガン、０．１〜１．０のケイ素、１４．０〜２８．０のクロム、１５．０〜３８．０のニッケル、２．０〜９．０のモリブデン、０．１〜３．０の銅、０．０８〜０．９の窒素、０．１〜５．０のタングステン、０．５〜５．０のコバルト、最大１．０のチタン、最大０．０５のホウ素、最大０．０５のリン、最大０．０５の硫黄、鉄、および不可避不純物からなる、請求項１に記載の非磁性合金鍛造物。
【請求項１５】
前記合金が、重量％で、最大０．０５の炭素、１．０〜９．０のマンガン、０．１〜１．０のケイ素、１８．０〜２６．０のクロム、１９．０〜３７．０のニッケル、３．０〜７．０のモリブデン、０．４〜２．５の銅、０．１〜０．５５の窒素、０．２〜３．０のタングステン、０．８〜３．５のコバルト、最大０．６のチタン、０．３以下の複合重量％のコロンビウムおよびタンタル、最大０．２のバナジウム、最大０．１のアルミニウム、最大０．０５のホウ素、最大０．０５のリン、最大０．０５の硫黄、鉄、および不可避不純物を含む、請求項１に記載の非磁性合金鍛造物。
【請求項１６】
前記合金が、重量％で、最大０．０５の炭素、１．０〜９．０のマンガン、０．１〜１．０のケイ素、１８．０〜２６．０のクロム、１９．０〜３７．０のニッケル、３．０〜７．０のモリブデン、０．４〜２．５の銅、０．１〜０．５５の窒素、０．２〜３．０のタングステン、０．８〜３．５のコバルト、最大０．６のチタン、０．３以下の複合重量％のコロンビウムおよびタンタル、最大０．２のバナジウム、最大０．１のアルミニウム、最大０．０５のホウ素、最大０．０５のリン、最大０．０５の硫黄、鉄、および不可避不純物からなる、請求項１に記載の非磁性合金鍛造物。
【請求項１７】
前記合金が、重量％で、最大０．０５の炭素、２．０〜８．０のマンガン、０．１〜０．５のケイ素、１９．０〜２５．０のクロム、２０．０〜３５．０のニッケル、３．０〜６．５のモリブデン、０．５〜２．０の銅、０．２〜０．５の窒素、０．３〜２．５のタングステン、１．０〜３．５のコバルト、最大０．６のチタン、０．３以下の複合重量％のコロンビウムおよびタンタル、最大０．２のバナジウム、最大０．１のアルミニウム、最大０．０５のホウ素、最大０．０５のリン、最大０．０５の硫黄、鉄、および不可避不純物を含む、請求項１に記載の非磁性合金鍛造物。
【請求項１８】
前記合金が、重量％で、最大０．０５の炭素、２．０〜８．０のマンガン、０．１〜０．５のケイ素、１９．０〜２５．０のクロム、２０．０〜３５．０のニッケル、３．０〜６．５のモリブデン、０．５〜２．０の銅、０．２〜０．５の窒素、０．３〜２．５のタングステン、１．０〜３．５のコバルト、最大０．６のチタン、０．３以下の複合重量％のコロンビウムおよびタンタル、最大０．２のバナジウム、最大０．１のアルミニウム、最大０．０５のホウ素、最大０．０５のリン、最大０．０５の硫黄、鉄、および不可避不純物からなる、請求項１に記載の非磁性合金鍛造物。
【請求項１９】
前記合金が、１．０１未満の透磁率値（μｒ）を有する、請求項１に記載の非磁性合金鍛造物。
【請求項２０】
前記合金が、１．００５未満の透磁率値（μｒ）を有する、請求項１に記載の非磁性合金鍛造物。
【請求項２１】
前記合金が、１．００１未満の透磁率値（μｒ）を有する、請求項１に記載の非磁性合金鍛造物。
【請求項２２】
前記合金が、フェライトを含まない、請求項１に記載の非磁性合金鍛造物。
【請求項２３】
円筒形の非磁性合金鍛造物であって、
５．２５インチより大きい直径を有する円形断面を備え、
前記鍛造物の断面全体にわたって、最大引張強度、降伏強度、伸び率、および面積減少率のうちの少なくとも１つが均一であり、および
前記非磁性合金が、ステンレス鋼合金、ニッケル合金、コバルト合金、および鉄合金から選択される、円筒形の非磁性合金鍛造物。
【請求項２４】
前記非磁性合金が、非磁性オーステナイト系ステンレス鋼合金である、請求項２３に記載の円筒形の非磁性合金鍛造物。
【請求項２５】
前記合金が、１．０１未満の透磁率値（μｒ）を有する、請求項２４に記載の円筒形の非磁性合金鍛造物。
【請求項２６】
前記合金が、１．００５未満の透磁率値（μｒ）を有する、請求項２４に記載の円筒形の非磁性合金鍛造物。
【請求項２７】
前記合金が、１．００１未満の透磁率値（μｒ）を有する、請求項２４に記載の円筒形の非磁性合金鍛造物。
【請求項２８】
前記合金が、フェライトを含まない、請求項２４に記載の円筒形の非磁性合金鍛造物。
【請求項２９】
前記合金が、ＵＮＳ  Ｎ０８３６７において提示される組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼合金である、請求項２３に記載の円筒形の非磁性合金鍛造物。
【請求項３０】
前記合金が、重量％で、最大０．２の炭素、最大２０のマンガン、０．１〜１．０のケイ素、１４．０〜２８．０のクロム、１５．０〜３８．０のニッケル、２．０〜９．０のモリブデン、０．１〜３．０の銅、０．０８〜０．９の窒素、０．１〜５．０のタングステン、０．５〜５．０のコバルト、最大１．０のチタン、最大０．０５のホウ素、最大０．０５のリン、最大０．０５の硫黄、鉄、および不可避不純物を含む、請求項２３に記載の円筒形の非磁性合金鍛造物。
【請求項３１】
前記合金が、重量％で、最大０．２の炭素、最大２０のマンガン、０．１〜１．０のケイ素、１４．０〜２８．０のクロム、１５．０〜３８．０のニッケル、２．０〜９．０のモリブデン、０．１〜３．０の銅、０．０８〜０．９の窒素、０．１〜５．０のタングステン、０．５〜５．０のコバルト、最大１．０のチタン、最大０．０５のホウ素、最大０．０５のリン、最大０．０５の硫黄、鉄、および不可避不純物からなる、請求項２３に記載の円筒形の非磁性合金鍛造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度非磁性耐腐食合金を加工する方法に関する。本方法は、例えば、制限なしに、化学工業、鉱業、石油、およびガス産業において使用するための合金の加工において応用され得る。本発明は、本明細書に記載の加工を含む方法により作製される合金にも関する。
【背景技術】
【０００２】
化学処理設備において使用される金属合金部品は、厳しい条件下で腐食性および／または浸食性の高い化合物と接触状態にあり得る。これらの条件は、例えば、金属合金部品を高い応力にさらし、腐食および浸食を激しく進行させ得る。化学処理装置の損傷した、損耗した、または腐食した金属部品を交換する必要がある場合、設備操作をしばらくの間停止させる必要があり得る。したがって、化学処理設備において使用される金属合金部品の有効耐用寿命を延長することは、製品コストを削減することができる。耐用寿命は、例えば、合金の機械的特性および／または耐腐食性を向上させることにより延長され得る。
【０００３】
同様に、石油およびガスの掘削作業において、ドリルストリング構成要素は、機械的、化学的、および／または環境的条件に起因して劣化し得る。ドリルストリング構成要素は、衝撃、摩耗、摩擦、熱、損耗、浸食、腐食、および／または堆積にさらされ得る。従来の合金は、ドリルストリング構成要素としてのそれらの性能に悪影響を与える１つ以上の制限を被り得る。例えば、従来の材料は、十分な機械的特性（例えば、降伏強度、引張強度、および／または疲労強度）が欠如しているか、不十分な耐腐食性（例えば、耐孔食性および／または応力腐食割れ）を有しているか、または下げ孔環境において長期間操作するために必要な非磁性が欠如している場合がある。また、従来の合金の特性は、その合金から作製されたドリルストリング構成要素の可能なサイズおよび形状を制限し得る。これらの制限は、構成要素の耐用寿命を減少させる場合があり、石油およびガス掘削のコストを複雑化し、増加させる。
【０００４】
好ましい強度を開発するためのいくつかの高強度非磁性材料の温間加工ラジアル鍛造中に、ワークピースの断面に不均一な変形または不均一な量のひずみがあり得ることが発見された。不均一な変形は、例えば、鍛造物の表面と中心との間の硬度および／または引張特性の差として現れ得る。例えば、観察された硬度、降伏強度、および引張強度は、鍛造物の中心よりも表面において大きい場合がある。これらの差は、ラジアル鍛造中のワークピースの断面の異なる領域で発達したひずみ量の差と一致すると考えられる。
【０００５】
鍛造棒の断面にわたって一貫した硬度を促進するための１つの方法は、時効硬化性材料、例えば、ニッケル基超合金Ａｌｌｏｙ  ７１８（ＵＮＳ  Ｎ０７７１８）等を直接劣化条件または溶液処理および劣化条件下で使用することである。他の技術は、冷間または温間加工を使用して合金に硬度を付与することを含んでいた。この特定の技術は、Ａｌｌｅｇｈｅｎｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ（Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ  ＵＳＡ）から入手可能な高強度非磁性オーステナイト系ステンレス鋼である、ＡＴＩ  Ｄａｔａｌｌｏｙ  ２（登録商標）合金（ＵＮＳ割り当てなし）を硬化するために使用されている。ＡＴＩ  Ｄａｔａｌｌｏｙ  ２（登録商標）合金を硬化するために使用される最終熱機械加工ステップは、材料を１０７５°Ｆで温間加工して、ラジアル鍛造物の断面積を約３０％減少させることを含む。Ｓｃｈｏｅｌｌｅｒ−Ｂｌｅｃｋｍａｎｎ  Ｏｉｌｆｉｅｌｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ）から供給される、「Ｐ−７５０合金」（ＵＮＳ割り当てなし）と呼ばれる高級合金鋼を利用する別のプロセスは、一般に米国特許第６，７６４，６４７号に開示されており、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。Ｐ−７５０合金は、最終８インチビレットの断面にわたって比較的均一な硬度を得るために、６８０〜１０９４°Ｆの温度で、断面積を約６〜１９％減少させるように冷間加工される。
【０００６】
加工ワークピースの断面にわたって一貫した硬度を生成するための別の方法は、そのワークピースから棒を生成するために使用される冷間または温間加工の量を増加させることである。しかしながら、これは、出発サイズが、問題となる溶解関連の欠陥を付与することなく溶解することができるインゴットの実用限界を超える可能性があるため、棒が１０インチ以上の完成直径を有する場合に非実用的になる。出発ワークピースの直径が十分に小さい場合、次にひずみ勾配を排除することができ、完成した棒の断面にわたって一貫した機械的特性および硬度プロファイルをもたらすことに留意されたい。
【０００７】
このプロセスにより生成された棒または他のミル製品の断面にわたって比較的一定量のひずみを生成する任意の出発サイズの高強度非磁性合金インゴットまたはワークピースに使用することができる熱機械的プロセスを開発することが望ましい。加工した棒の断面にわたって、比較的一定のひずみプロファイルを生成することは、その棒の断面にわたってほぼ一貫した機械的特性ももたらし得る。
【発明の概要】
【０００８】
本開示の非限定的な態様に従って、非磁性合金ワークピースを加工する方法は、ワークピースを温間加工温度範囲の温度に加熱することと、そのワークピースを開放型プレス鍛造して、ワークピースの中心領域に所望のひずみを付与することと、そのワークピースをラジアル鍛造して、ワークピースの表面領域に所望のひずみを付与することとを含む。特定の非限定的な実施形態において、温間加工温度範囲は、非磁性合金の初期溶解温度の３分の１の温度から非磁性合金の初期溶解温度の３分の２の温度までの範囲である。非限定的な実施形態において、温間加工温度は、再結晶化（動的または静的）が非磁性合金中に生じない最も高い温度までの任意の温度である。
【０００９】
本開示に従う非磁性合金ワークピースを加工する方法の特定の非限定的な実施形態において、この方法の開放型プレス鍛造ステップは、ラジアル鍛造ステップに先行する。本開示に従う非磁性合金ワークピースを加工する方法のさらに他の非限定的な実施形態において、ラジアル鍛造ステップは、開放型プレス鍛造ステップに先行する。
【００１０】
本開示に従う方法の実施形態によって加工され得る非磁性合金の非限定的な例としては、非磁性ステンレス鋼合金、ニッケル合金、コバルト合金、および鉄合金が挙げられる。特定の非限定的な実施形態において、非磁性オーステナイト系ステンレス鋼合金は、本開示に従う方法の実施形態を使用して加工される。
【００１１】
本開示に従う方法の特定の非限定的な実施形態において、開放型プレス鍛造ステップおよびラジアル鍛造ステップの後、中心領域のひずみおよび表面領域のひずみはそれぞれ、０．３インチ／インチ〜１．０インチ／インチの範囲内であり、中心領域から表面領域のひずみの差は、０．５インチ／インチ以下である。本開示に従う方法の特定の非限定的な実施形態において、開放型プレス鍛造ステップおよびラジアル鍛造ステップの後、中心領域のひずみおよび表面領域のひずみはそれぞれ、０．３インチ／インチ〜０．８インチ／インチの最終範囲内である。他の非限定的な実施形態において、開放型プレス鍛造ステップおよびラジアル鍛造ステップの後、表面領域のひずみは、中心領域のひずみと実質的に等しく、ワークピースは、そのワークピースの断面にわたって少なくとも１つの実質的に均一な機械的特性を提示する。
【００１２】
本開示の別の態様に従って、非磁性オーステナイト系ステンレス鋼合金ワークピースを加工する方法の特定の非限定的な実施形態は、ワークピースを９５０°Ｆ〜１１５０°Ｆの範囲の温度に加熱することと、ワークピースを開放型プレス鍛造して、ワークピースの中心領域に０．３インチ／インチから１．０インチ／インチまでの範囲の最終ひずみを付与することと、ワークピースをラジアル鍛造して、ワークピースの表面領域に０．３インチ／インチから１．０インチ／インチまでの範囲の最終ひずみを付与することとを含み、中心領域から表面領域のひずみの差は、０．５インチ／インチ以下である。特定の非限定的な実施形態において、この方法は、ワークピースを開放型プレス鍛造して、０．３インチ／インチ〜０．８インチ／インチの範囲の最終ひずみを付与することを含む。
【００１３】
非限定的な実施形態において、開放型プレス鍛造ステップは、ラジアル鍛造ステップに先行する。別の非限定的な実施形態において、ラジアル鍛造ステップは、開放型プレス鍛造ステップに先行する。
【００１４】
本開示に従う別の態様は、非磁性合金鍛造物を対象とする。本開示に従う特定の非限定的な実施形態において、非磁性合金鍛造物は、５．２５インチより大きい直径を有する円形断面を含み、非磁性合金鍛造物の少なくとも１つの機械的特性は、鍛造物の断面全体にわたって実質的に均一である。特定の非限定的な実施形態において、鍛造物の断面全体にわたって実質的に均一な機械的特性は、硬度、最大引張強度、降伏強度、伸び率、および面積減少率のうちの少なくとも１つである。
【００１５】
特定の非限定的な実施形態において、本開示に従う非磁性合金鍛造物は、非磁性ステンレス鋼合金、ニッケル合金、コバルト合金、および鉄合金のうちの１つを含む。特定の非限定的な実施形態において、本開示に従う非磁性合金鍛造物は、非磁性オーステナイト系ステンレス鋼合金鍛造物を含む。
【００１６】
本明細書に記載の装置および方法の特徴および利点は、添付の図面を参照することによりさらに良く理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ラジアル鍛造中の非磁性合金ワークピースの、ワークピースの断面におけるひずみ分布のシミュレーションを示す。
【図２】開放型プレス鍛造操作中の非磁性合金のワークピースの断面におけるひずみ分布のシミュレーションを示す。
【図３】温間加工開放型プレス鍛造ステップおよび温間加工ラジアル鍛造ステップを含む、本開示に従う方法の非限定的な実施形態によって加工されたワークピースにおけるひずみ分布のシミュレーションを示す。
【図４】本開示の非限定的な実施形態に従う非磁性合金を加工する方法の態様を示すフローチャートである。
【図５】本開示に従う非限定的な実施形態に関連したワークピースの表面領域および中心領域の位置の概略図である。
【図６】最終加工ステップとして開放型プレス鍛造ステップおよびラジアル鍛造ステップを含む、本明細書に記載の実施例１のヒート番号４９ＦＪ−１、２を加工する際に使用されるステップを示し、最終加工ステップとしてラジアル鍛造ステップのみを含む、代替先行技術プロセス順序も示す、プロセスフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
読者は、本開示に従う特定の非限定的な実施形態の以下の詳細な説明を考慮することにより、前述の詳細ならびにその他を理解するであろう。
【００１９】
本明細書に記載の特定の説明は、開示される実施形態の明確な理解に関連する要素、特徴、および態様のみを例示するために簡略化されている一方で、明確にする目的で、他の要素、特徴、および態様を排除することが理解されよう。当業者は、開示される実施形態の本説明を考慮することにより、他の要素および／または特徴が、開示される実施形態の特定の実施または用途において望ましい場合があることを認識するであろう。しかしながら、そのような他の要素および／または特徴が、開示される実施形態の本説明を考慮することにより、当業者によって容易に確認され実装され得るため、およびしたがってそれらが開示される実施形態の完全な理解に必須ではないため、そのような要素および／または特徴の説明は、本明細書において提供されない。このように、本明細書に記載の説明は、開示される実施形態に関して単に明示的かつ実例的であり、特許請求の範囲だけによって定義される本発明の範囲を限定することを意図しないことが理解されよう。
【００２０】
本明細書に列挙される任意の数値範囲は、その中に包含される全ての部分範囲を含むことが意図される。例えば、「１〜１０」または「１から１０」の範囲は、列挙された最小値１と列挙された最大値１０との間（およびこれらを含む）、つまり、１以上の最小値および１０以下の最大値を有する、全ての部分範囲を含むことが意図される。本明細書に列挙される任意の最大数値限定は、その中に包含される全てのより低い数値限定を含むことが意図され、本明細書に列挙される任意の最小数値限定は、その中に包含される全てのより高い数値限定を含むことが意図される。したがって、出願人らは、本明細書に明示的に列挙される範囲内に包含される任意の部分範囲を明示的に列挙するために、特許請求の範囲を含む、本開示を修正する権利を留保する。全てのそのような範囲は、任意のそのような部分範囲を明示的に列挙するための修正が、米国特許法第１１２条第１章、および米国特許法第１３２条（ａ）の要件に準拠するように、本明細書において本質的に開示されることが意図される。
【００２１】
本明細書において使用される場合、「１つの（ｏｎｅ）」、「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」という文法的冠詞は、別段の指示がない限り、「少なくとも１つ」または「１つ以上」を含むことが意図される。したがって、これらの冠詞は、本明細書において、その冠詞の文法的対象のうちの１つまたは複数（すなわち、少なくとも１つ）を指すために使用される。例として、「構成要素」は、１つ以上の構成要素を意味し、したがって、複数の構成要素が企図される可能性があり、説明される実施形態の実装において採用または使用され得る。
【００２２】
全ての百分率および比率は、別段の指示がない限り、合金成分の総重量に基づいて計算される。
【００２３】
参照により全体的または部分的に本明細書に組み込まれると言われるあらゆる特許、公開、または他の開示資料は、組み込まれる資料が、既存の定義、声明、または本開示に記載される他の開示資料と矛盾しない範囲内でのみ本明細書に組み込まれる。このように、また必要な範囲で、本明細書に記載される開示は、参照により本明細書に組み込まれるあらゆる矛盾する資料に優先する。参照により本明細書に組み込まれると言われるが、既存の定義、声明、または本開示に記載される他の開示資料と矛盾するあらゆる資料またはその一部分は、その組み込まれた資料と既存の開示資料との間に矛盾が発生しない範囲内でのみ組み込まれる。
【００２４】
本開示は、種々の実施形態の説明を含む。本明細書に記載の全ての実施形態は、例示的、実例的、および非限定的であることが理解されよう。したがって、本発明は、種々の例示的、実例的、および非限定的な実施形態の説明によって限定されない。むしろ、本発明は、本開示において明示的または本質的に説明されるあらゆる特徴を列挙するために修正され得るか、またはそうでなければ、本開示によって明示的または本質的に支持される、特許請求の範囲によってのみ定義される。
【００２５】
本明細書で使用される場合、「形成」、「鍛造」、「開放型プレス鍛造」、および「ラジアル鍛造」という用語は、熱機械加工（「ＴＭＰ」）の形態を指し、本明細書において「熱機械加工」とも称され得る。「熱機械加工」は、例えば、限定されないが、強度の向上等の相乗効果を、靭性を失うことなく得るために制御された熱変形の治療を組み合わせた様々な金属形成プロセスを一般に含むように本明細書に定義される。熱機械加工のこの定義は、例えば、ＡＳＭ材料工学辞典、Ｊ．Ｒ．Ｄａｖｉｓ，ｅｄ．，ＡＳＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（１９９２），４８０頁に帰する意味と一致する。「開放型プレス鍛造」は、本明細書において、材料の流れが機械的または油圧によって完全に制限されておらず、それぞれの型セッションの間にプレスの単一加工ストロークを伴う、型間の金属または金属合金の鍛造として定義される。開放プレス型鍛造のこの定義は、例えば、ＡＳＭ材料工学辞典、Ｊ．Ｒ．Ｄａｖｉｓ，ｅｄ．，ＡＳＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（１９９２），２９８頁および３４３頁に帰する意味と一致する。「ラジアル鍛造」は、本明細書において、２つ以上の可動アンビルまたは型を使用して、それらの長さに沿って一定直径または可変直径を有する鍛造物を生成するためのプロセスとして定義される。ラジアル鍛造のこの定義は、例えば、ＡＳＭ材料工学辞典、Ｊ．Ｒ．Ｄａｖｉｓ，ｅｄ．，ＡＳＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（１９９２），３５４頁に帰する意味と一致する。冶金分野における当業者は、これらのいくつかの用語の意味を容易に理解するであろう。
【００２６】
化学処理、鉱山業、および／または石油ガス用途において使用される従来の合金は、最適レベルの耐腐食性および／または最適レベルの１つ以上の機械的特性が欠如している場合がある。本明細書に記載のように加工された合金の種々の実施形態は、従来法で加工された合金よりも向上した耐腐食性および／または機械的特性を含むが、これらに限定されない特定の利点を有し得る。特定の実施形態は、例えば、耐腐食性の減少なしに、１つ以上の向上した機械的特性を提示し得る。本明細書に記載のように加工された合金の特定の実施形態は、特定の従来法で加工された合金と比較して、向上した衝撃特性、溶接性、耐腐食疲労性、耐摩損性および／または耐水素脆化性を提示し得る。
【００２７】
種々の実施形態において、本明細書に記載のように加工された合金は、特定の厳しい用途における使用に適した、強化された耐腐食性および／または有益な機械的特性を提示し得る。いかなる特定の理論に束縛されるものではないが、本明細書に記載のように加工された合金の一部は、例えば、変形からのひずみ硬化への向上した反応に起因して、より高い引張強度を提示し得る一方で、高い耐腐食性を保持すると考えられる。ひずみ硬化または冷間もしくは温間加工は、熱処理に対して一般に良好に反応しない材料を硬化させるために使用され得る。しかしながら、冷間または温間加工された構造の正確な性質は、材料、適用されるひずみ、ひずみ速度、および／または変形の温度に依存し得る。
【００２８】
探査および掘削用途のための非磁性材料を製造するための現在の製造基準は、最後の熱機械加工ステップの１つとして、製品に特定量の温間加工を付与することである。「非磁性」という用語は、磁場により影響されないか、またはほんのわずかしか影響されない材料を指す。本明細書に記載のように加工された非磁性合金の特定の非限定的な実施形態は、特定の範囲内の透磁率値（μｒ）によって特徴付けられ得る。種々の非限定的な実施形態において、本開示に従って加工された合金の透磁率値は、１．０１未満、１．００５未満、および／または１．００１未満であり得る。種々の実施形態において、合金はフェライトを実質的に含まない場合がある。
【００２９】
本明細書で使用される場合、「温間加工する」および「温間加工」という用語は、再結晶化（動的または静的）が材料中に生じる最低温度より低い温度での鍛造による金属または金属合金の熱機械加工および変形を指す。非限定的な実施形態において、温間加工は、合金の初期溶解温度の３分の１の温度から合金の初期溶解温度の３分の２の温度までの温間加工温度範囲内で達成される。温間加工温度範囲の下限は、開放型プレス鍛造および回転鍛造装置が非磁性合金ワークピースを所望の鍛造温度で変形させる能力に限定されるにすぎないことが認識されるであろう。非限定的な実施形態において、温間加工温度は、再結晶化（動的または静的）が非磁性合金中に生じない最も高い温度までの任意の温度である。この実施形態において、本明細書で使用される場合、温間加工という用語は、室温または周囲温度および周囲温度より低い温度を含む、材料の初期溶解温度の３分の１未満の温度での加工を包含し、含む。非限定的な実施形態において、本明細書で使用される場合、温間加工は、合金の初期溶解温度の３分の１の温度から合金の初期溶解温度の３分の２の温度までの範囲の温度でワークピースを鍛造することを含む。別の非限定的な実施形態において、温間加工温度は、再結晶化（動的または静的）が非磁性合金中に生じない最も高い温度までの任意の温度を含む。この実施形態において、本明細書で使用される場合、温間加工という用語は、室温または周囲温度および周囲温度より低い温度を含む、材料の初期溶解温度の３分の１未満の温度での鍛造を包含し、含む。温間加工ステップは、意図した用途のために十分な合金ワークピースに強度を付与する。現在の製造基準において、合金の温間加工熱機械加工は、ラジアル鍛造炉上で単一ステップで行われる。単一ラジアル鍛造ステップにおいて、ワークピースは、鍛造装置からワークピースを取り外すことなく、また焼鈍処理が単一ステップの鍛造パスに介在することなく、ラジアル鍛造炉上の複数のパスを使用して、初期サイズから最終鍛造サイズに加温加工される。
【００３０】
本発明者らは、所望の強度を開発するための高強度非磁性オーステナイト系材料の温間加工ラジアル鍛造中に、ワークピースが、不均一に変形し、および／またはそのワークピースに付与されたひずみの量が、ワークピース断面にわたって均一でない場合が多いことを発見した。不均一な変形は、ワークピースの表面と中心との間の硬度および引張特性の差として観察され得る。硬度、降伏強度、および引張強度は、ワークピースの中心よりもワークピースの表面において大きいことが一般に観察された。これらの差は、ラジアル鍛造中のワークピースの断面の異なる領域で発達したひずみ量の差と一致すると考えられる。温間加工されたラジアル鍛造専用合金ワークピースの表面領域と中心領域との間の機械的特性および硬度の差は、表１に示される試験データに見ることができる。全ての試験試料は、非磁性オーステナイト系ステンレス鋼であり、それぞれのヒートの化学成分は、以下の表２に提供される。表１に列挙された全ての試験試料は、表１に列挙された特性を測定する前に試料に適用された最後の熱機械加工ステップとして、１０２５°Ｆで温間加工ラジアル鍛造された。
【表１】
2018058120.tif 000003
【００３１】
図１は、金属の熱機械加工をシミュレートする市販の微分有限要素ソフトウェアを使用して調製されたコンピューター生成シミュレーションを示す。具体的に、図１は、最終加工ステップとしてのラジアル鍛造後のニッケル合金の棒状ワークピースの断面におけるひずみ分布のシミュレーション１０を示す。図１は、単に本方法の非限定的な実施形態を説明するために本明細書に提示され、プレス鍛造および回転鍛造の組み合わせを使用して、温間加工された材料の断面にわたって特定の特性（例えば、硬度および／または機械的特性）を等しくするか、または近似させる。図１は、ラジアル鍛造したワークピースの中心領域よりもラジアル鍛造したワークピースの表面領域においてかなり大きなひずみがあることを示す。このように、ラジアル鍛造したワークピースにおけるひずみは、ワークピースの断面全体で異なり、ひずみは中央領域よりも表面領域において大きい。
【００３２】
本開示の態様は、温間加工開放型プレス鍛造ステップを含むように、最終熱機械ステップとして温間ラジアル鍛造を含む、非磁性合金ワークピースを加工する従来の方法を修正することを対象とする。図２は、開放型プレス鍛造操作後のニッケル合金ワークピースの断面におけるひずみ分布のコンピューター生成シミュレーション２０を示す。開放型プレス鍛造後に生成されたひずみ分布は、一般に、図１に示されるラジアル鍛造操作後に生成されたひずみ分布の逆である。図２は、開放型プレス鍛造したワークピースの表面領域よりも開放型プレス鍛造したワークピースの中心領域において一般に大きなひずみがあることを示す。このように、開放型プレス鍛造したワークピースにおけるひずみは、ワークピースの断面全体で異なり、ひずみは表面領域よりも中心領域において大きい。
【００３３】
本開示の図３は、ワークピースの断面にわたるひずみ分布のコンピューター生成シミュレーション３０を示し、本開示に従う方法の特定の非限定的な実施形態の態様を説明する。図３に示されるシミュレーションは、温間開放型プレス鍛造ステップと、温間加工ラジアル鍛造ステップとを含む熱機械加工プロセスによって、ニッケル合金ワークピースの断面に生成されたひずみを示す。図３から、このプロセスから予測されるひずみの分布は、ワークピースの断面にわたって実質的に均一であることが観察される。したがって、温間加工開放型プレス鍛造ステップと、温間加工ラジアル鍛造ステップとを含むプロセスは、鍛造物品の中心領域および表面領域において一般に同じである鍛造物品を生成することができる。
【００３４】
図４を参照し、本開示の態様に従って、非磁性合金ワークピースを加工するための非限定的な方法４０は、ワークピースを温間加工温度範囲の温度に加熱する４２ことと、ワークピースを開放型プレス鍛造して４４、ワークピースの中心領域に所望のひずみを付与することとを含む。非限定的な実施形態において、ワークピースは、０．３インチ／インチ〜１．０インチ／インチの範囲で中心領域に所望のひずみを付与するように開放型プレス鍛造される。別の非限定的な実施形態において、ワークピースは、０．３インチ／インチ〜０．８インチ／インチの範囲で中心領域に所望のひずみを付与するように開放型プレス鍛造される。
【００３５】
次に、ワークピースをラジアル鍛造して４６、ワークピースの表面領域に所望のひずみを付与する。非限定的な実施形態において、ワークピースは、０．３インチ／インチ〜１．０インチ／インチの範囲で表面領域に所望のひずみを付与するようにラジアル鍛造される。別の非限定的な実施形態において、ワークピースは、０．３インチ／インチ〜０．８インチ／インチの範囲で表面領域に所望のひずみを付与するようにラジアル鍛造される。
【００３６】
非限定的な実施形態において、開放型プレス鍛造およびラジアル鍛造の後、中心領域に付与されたひずみおよび表面領域に付与されたひずみはそれぞれ、０．３インチ／インチ〜１．０インチ／インチの範囲内であり、中心領域から表面領域のひずみの差は、０．５インチ／インチ以下である。別の非限定的な実施形態において、開放型プレス鍛造ステップおよびラジアル鍛造ステップの後、中心領域に付与されたひずみおよび表面領域に付与されたひずみがそれぞれ、０．３インチ／インチ〜０．８インチ／インチの範囲内である。通常の熟練した専門家は、所望のそれぞれのひずみを達成するために必要な開放型プレス鍛造およびラジアル鍛造パラメータを知っているか、または容易に決定することができるため、個々の鍛造ステップの操作パラメータは、本明細書で論じる必要はない。
【００３７】
特定の非限定的な実施形態において、ワークピースの「表面領域」は、ワークピースの表面と、ワークピースの表面から中心までの距離の約３０％の深さまでの間の材料の容積を含む。特定の他の非限定的な実施形態において、ワークピースの「表面領域」は、ワークピースの表面と、ワークピースの表面から中心までの距離の約４０％の深さまで、または特定の実施形態では約５０％までの間の材料の容積を含む。「表面領域」を特定する目的で特定形状を有するワークピースの「中心」を構成するものについては、当業者には明らかであろう。例えば、細長い円筒状ワークピースは、中心長手方向軸を有し、ワークピースの表面領域は、ワークピースの外周曲面から中心長手方向軸の方向に伸長する。また例えば、ワークピースの長手方向軸に垂直に取られた正方形または長方形の断面を有する細長いワークピースは、４つの別個の周「面」中心長手方向軸を有し、それぞれの面の表面領域は、その面の表面からワークピースに中心軸および対向面の一般的な方向に伸長する。また例えば、スラブ形状のワークピースは、そのワークピース内の中間平面から概して等距離で２つの大きな対向主面を有し、それぞれの主面の表面領域は、その面の表面からワークピースに、中間平面および対向主面に向かって伸長する。
【００３８】
特定の非限定的な実施形態において、ワークピースの「中心領域」は、そのワークピースの材料の容積の約７０％を構成する、中心に位置している材料の容積を含む。特定の他の非限定的な実施形態において、ワークピースの「中心領域」は、そのワークピースの材料の容積の約６０％、または約５０％を構成する、中心に位置している材料の容積を含む。図５は、細長い円筒状の鍛造棒５０を正確な縮尺ではなく概略的に示し、切断面は、ワークピースの中心軸に対して９０度で取られている。鍛造棒５０の直径５２が約１２インチである本開示の非限定的な実施形態に従って、表面領域５６および中心領域５８はそれぞれ、断面（およびワークピース）に材料の約５０容積％を含み、中心領域の直径は、約４．２４インチである。
【００３９】
この方法の別の非限定的な実施形態において、開放型プレス鍛造ステップおよびラジアル鍛造ステップの後、ワークピースの表面領域内のひずみは、ワークピースの中心領域内のひずみと実質的に等しい。本明細書で使用される場合、ワークピースの表面領域内のひずみは、領域間のひずみが２０％未満、または１５％未満、または５％未満だけ異なるとき、ワークピースの中心領域内のひずみと「実質的に等しい」。本開示に従う方法の実施形態における開放型プレス鍛造およびラジアル鍛造の併用は、最終鍛造ワークピースの断面全体にわたって実質的に等しいひずみを有するワークピースを生成することができる。そのような鍛造ワークピースにおけるひずみ分布の結果は、ワークピースが、そのワークピースの断面にわたって、および／またはワークピースの表面領域と中心領域との間で実質的に均一な１つ以上の機械的特性を有し得ることである。本明細書で使用される場合、ワークピースの表面領域内の１つ以上の機械的特性は、領域間の１つ以上の機械的特性が、２０％未満、または１５％未満、または５％未満だけ異なるとき、ワークピースの中央領域内の１つ以上の特性と「実質的に均一」である。
【００４０】
温間加工開放型プレス鍛造ステップ４４または温間加工ラジアル鍛造ステップ４６が最初に行われるかどうかは、ひずみ分布および後次の機械的特性に重要であるとは考えられない。特定の非限定的な実施形態において、開放型プレス鍛造４４ステップは、ラジアル鍛造４６ステップに先行する。他の別の非限定的な実施形態において、ラジアル鍛造４６ステップは、開放型プレス鍛造４４ステップに先行する。開放型プレス鍛造ステップ４４およびラジアル鍛造ステップ４６からなる複数のサイクルは、最終鍛造物品の断面にわたって所望のひずみ分布および所望の１つ以上の機械的特性を達成するために利用され得る。しかしながら、複数のサイクルは、追加費用を伴う。ワークピースの断面にわたって実質的に等しいひずみ分布を達成するために、ラジアル鍛造ステップおよび開放型プレス鍛造ステップの複数のサイクルを行うことは、一般に不要であると考えられる。
【００４１】
本開示に従う方法の特定の非限定的な実施形態において、ワークピースは、第１の鍛造装置、すなわち、ラジアル鍛造炉および開放型プレス鍛造炉の一方から、第２の鍛造装置、すなわち、ラジアル鍛造炉および開放型鍛造炉のもう一方に直接移行され得る。特定の非限定的な実施形態において、第１温間加工鍛造ステップ（すなわち、ラジアル鍛造または開放型プレス鍛造のいずれか）の後、ワークピースは室温に冷却され得、次に第２の温間加工鍛造ステップの前に温間加工温度まで再加熱され得るか、または代替的に、ワークピースは、第１の鍛造装置から、第２の温間加工鍛造ステップの間に再加熱される再加熱炉に直接移行させることができる。
【００４２】
非限定的な実施形態において、本開示の方法を使用して加工された非磁性合金は、非磁性ステンレス鋼合金である。特定の非限定的な実施形態において、本開示の方法を使用して加工された非磁性合金は、非磁性オーステナイト系ステンレス鋼合金である。特定の非限定的な実施形態において、この方法が非磁性オーステナイト系ステンレス鋼合金を加工することに適用されるとき、ラジアル鍛造ステップおよび開放型プレス鍛造ステップが行われる温度範囲は、９５０°Ｆ〜１１５０°Ｆである。
【００４３】
特定の非限定的な実施形態において、ワークピースを温間加工温度に加熱する前に、ワークピースは、温間加工鍛造ステップを促進するために焼鈍または均質化され得る。非限定的な実施形態において、ワークピースが非磁性オーステナイト系ステンレス鋼合金を含むとき、ワークピースは、１８５０°Ｆ〜２３００°Ｆの範囲の温度で焼鈍され、その焼鈍温度で１分〜１０時間加熱される。特定の非限定的な実施形態において、ワークピースを温間加工温度に加熱することは、ワークピースを焼鈍温度から温間加工温度に冷却させることを含む。当業者には容易に明らかであるように、熱間加工中に特定のワークピース中に形成し得る有害なシグマ析出物を溶解するために必要な焼鈍時間は、焼鈍温度に依存し、焼鈍温度が高いほど、形成した任意の有害なシグマ析出物を溶解するために必要な時間は短い。当業者は、過度の努力なしに、特定のワークピースに適した焼鈍温度および時間を決定することができるであろう。
【００４４】
本開示の方法に従って温間加工鍛造されたワークピースの直径が、およそ５．２５インチ以下であるとき、鍛造ワークピースの中心領域内の材料と表面領域内の材料との間のひずみおよび特定の結果として生じる機械的特性に著しい差は観察されない場合があることに留意されたい（表１参照）。本開示に従う特定の非限定的な実施形態において、本方法を使用して加工された鍛造ワークピースは、ほぼ円筒形であり、ほぼ円形の断面を含む。特定の非限定的な実施形態において、本方法を使用して加工された鍛造ワークピースは、ほぼ円筒形であり、５．２５インチ以下の直径を有する円形断面を含む。特定の非限定的な実施形態において、本方法を使用して加工された鍛造ワークピースは、ほぼ円筒形であり、本開示に従う温間加工鍛造の後、５．２５インチより大きい、または少なくとも７．２５インチ、または７．２５インチ〜１２．０インチの直径を有する円形断面を含む。
【００４５】
本開示の別の態様は、非磁性オーステナイト系ステンレス鋼合金ワークピースを加工する方法を対象とし、この方法は、ワークピースを９５０°Ｆ〜１１５０°Ｆの温度範囲の温間加工温度に加熱することと、ワークピースを開放型プレス鍛造して、０．３インチ／インチ〜１．０インチ／インチ、または０．３インチ／インチ〜０．８インチ／インチの最終ひずみをワークピースの中心領域に付与することと、ワークピースをラジアル鍛造して、０．３インチ／インチ〜１．０インチ／インチ、または０．３インチ／インチ〜０．８インチ／インチの最終ひずみをワークピースの表面領域に付与することとを含む。非限定的な実施形態において、ワークピースを開放型プレス鍛造およびラジアル鍛造した後、中心領域および表面領域における最終ひずみの差は、０．５インチ／インチ以下である。他の非限定的な実施形態において、領域間のひずみは、２０％未満、または１５％未満、または５％未満だけ異なる。この方法の非限定的な実施形態において、開放型プレス鍛造ステップは、ラジアル鍛造ステップに先行する。この方法の他の非限定的な実施形態において、ラジアル鍛造ステップは、開放型プレス鍛造ステップに先行する。
【００４６】
本開示に従う非磁性オーステナイト系ステンレス鋼合金ワークピースを加工する方法は、ワークピースを温間加工温度に加熱する前に、ワークピースを焼鈍することをさらに含み得る。非限定的な実施形態において、非磁性オーステナイト系ステンレス鋼合金ワークピースは、１８５０°Ｆ〜２３００°Ｆの温度範囲の焼鈍温度で焼鈍され得、焼鈍時間は、１分〜１０時間の範囲内であり得る。さらに別の非限定的な実施形態において、非磁性オーステナイト系ステンレス鋼合金ワークピースを温間加工温度に加熱するステップは、ワークピースを焼鈍温度から温間加工温度に冷却させることを含み得る。
【００４７】
上述のように、本開示の方法に従って温間加工鍛造されたワークピースの直径が、例えば、およそ５．２５インチ以下であるとき、鍛造ワークピースの中心領域内の材料と表面領域内の材料との間のひずみおよび特定の結果として生じる機械的特性に著しい差は観察されない場合があることに留意されたい。本開示に従う特定の非限定的な実施形態において、本方法を使用して加工された鍛造ワークピースは、ほぼ円筒形の非磁性オーステナイト系ステンレス鋼合金ワークピースであり、ほぼ円形の断面を含む。特定の非限定的な実施形態において、本方法を使用して加工された鍛造ワークピースは、ほぼ円筒形の非磁性オーステナイト系ステンレス鋼合金ワークピースであり、５．２５インチ以下の直径を有する円形の断面を含む。特定の非限定的な実施形態において、本方法を使用して加工された鍛造ワークピースは、ほぼ円筒形での非磁性オーステナイト系ステンレス鋼合金ワークピースであり、本開示に従う温間加工鍛造の後、５．２５インチより大きい、または少なくとも７．２５インチ、または７．２５インチ〜１２．０インチの直径を有する円形断面を含む。
【００４８】
本開示に従うさらに別の態様は、非磁性合金鍛造物を対象とする。非限定的な実施形態において、本開示に従う非磁性合金鍛造物は、５．２５インチより大きい直径を有する円形断面を含む。非磁性合金鍛造物の少なくとも１つの機械的特性は、その鍛造物の断面全体にわたって実質的に均一である。非限定的な実施形態において、実質的に均一な機械的特性は、硬度、最大引張強度、降伏強度、伸び率、および面積減少率のうちの１つ以上を含む。
【００４９】
本開示の非限定的な実施形態は、鍛造ワークピースの断面にわたって実質的に等しいひずみおよび少なくとも１つの実質的に均一な機械的特性を提供するための方法を対象とし、開放型プレス鍛造と合わせたラジアル鍛造の実施は、この方法によってワークピースの表面領域に付与されたひずみから所望の程度だけ異なるワークピースの中心領域にひずみを付与するために使用され得る。例えば、図３を参照して、非限定的な実施形態において、開放型プレス鍛造ステップ４４およびラジアル鍛造ステップ４６の後、表面領域のひずみを、ワークピースの中心領域のひずみよりも意図的に大きくすることができる。この方法によって付与された相対ひずみがこのように異なる、本開示に従う方法は、硬度および／または機械的特性が部品の異なる領域で変化する場合に生じ得る最終部品の機械加工における複雑な事態を最小限にするのに非常に有益であり得る。代替として、非限定的な実施形態において、開放型プレス鍛造ステップ４４およびラジアル鍛造ステップ４６の後、表面領域のひずみを、ワークピースの中心領域のひずみよりも意図的に少なくすることができる。また、本開示に従う方法の特定の非限定的な実施形態において、開放金型プレス鍛造ステップ４４およびラジアル鍛造ステップ４６の後、ワークピースは、そのワークピースの表面領域から中心領域へのひずみの勾配を含む。そのような場合、付与されたひずみは、ワークピースの中心からの距離が増加するにつれて増加または減少し得る。ひずみの勾配が最終鍛造ワークピースに付与される、本開示に従う方法は、種々の用途において有利であり得る。
【００５０】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う非磁性合金鍛造は、非磁性ステンレス鋼合金、ニッケル合金、コバルト合金、および鉄合金から選択され得る。特定の非限定的な実施形態において、本開示に従う非磁性合金鍛造物は、非磁性オーステナイト系ステンレス鋼合金を含む。
【００５１】
本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得る石油ガス産業における探査および生産掘削用途を意図した高強度非磁性オーステナイト系ステンレス鋼の広範な化学成分は、２０１１年１２月２０日に出願された同時係属中の米国特許出願第１３／３３１，１３５号に開示され、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００５２】
本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得る石油ガス産業における探査および発見用途のための高耐腐食性、高強度材料の１つの特定例は、ＡＬ−６ＸＮ（登録商標）合金（ＵＮＳ  Ｎ０８３６７）、Ａｌｌｅｇｈｅｎｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ（Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ  ＵＳＡ）から入手可能な鉄基オーステナイト系ステンレス鋼合金である。本開示に従う二段階温間加工鍛造プロセスは、高い強度を材料に付与するために、ＡＬ−６ＸＮ（登録商標）合金に使用することができる。
【００５３】
本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得る石油ガス産業における探査および発見用途のための高耐腐食性、高強度材料の別の特定例は、ＡＴＩ  Ｄａｔａｌｌｏｙ  ２（登録商標）合金（ＵＮＳ割り当てなし）、Ａｌｌｅｇｈｅｎｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ（Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ  ＵＳＡ）から入手可能な高強度非磁性オーステナイト系ステンレス鋼である。ＡＴＩ  Ｄａｔａｌｌｏｙ  ２（登録商標）合金の組成式は、総合金重量に基づく重量％で、０．０３炭素、０．３０ケイ素、１５．１マンガン、１５．３クロム、２．１モリブデン、２．３ニッケル、０．４窒素、残余鉄、および不可避不純物である。
【００５４】
特定の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得る合金は、クロム、コバルト、銅、鉄、マンガン、モリブデン、ニッケル、炭素、窒素、タングステン、および不可避不純物を含むか、本質的にそれらからなるか、またはそれらからなるオーステナイト系合金である。特定の非限定的な実施形態において、オーステナイト系合金は、任意に、アルミニウム、ケイ素、チタン、ホウ素、リン、硫黄、ニオブ、タンタル、ルテニウム、バナジウム、およびジルコニウムのうちの１つ以上を、微量元素または不可避不純物のいずれかとしてさらに含む。
【００５５】
また種々の非限定的な実施形態に従って、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、総合金重量に基づく重量％で、最大０．２炭素、最大２０マンガン、０．１〜１．０ケイ素、１４．０〜２８．０クロム、１５．０〜３８．０ニッケル、２．０〜９．０モリブデン、０．１〜３．０銅、０．０８〜０．９窒素、０．１〜５．０タングステン、０．５〜５．０コバルト、最大１．０チタン、最大０．０５ホウ素、最大０．０５リン、最大０．０５硫黄、鉄、および不可避不純物を含むか、本質的にそれらからなるか、またはそれらからなる。
【００５６】
さらに、種々の非限定的な実施形態に従って、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、総合金重量に基づく重量％で、最大０．０５炭素、１．０〜９．０マンガン、０．１〜１．０ケイ素、１８．０〜２６．０クロム、１９．０〜３７．０ニッケル、３．０〜７．０モリブデン、０．４〜２．５銅、０．１〜０．５５窒素、０．２〜３．０タングステン、０．８〜３．５コバルト、最大０．６チタン、０．３以下の複合重量％のコロンビウムおよびタンタル、最大０．２バナジウム、最大０．１アルミニウム、最大０．０５ホウ素、最大０．０５リン、最大０．０５硫黄、鉄、および不可避不純物を含むか、本質的にそれらからなるか、またはそれらからなる。
【００５７】
また種々の非限定的な実施形態に従って、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、総合金重量に基づく重量％で、最大０．０５炭素、２．０〜８．０マンガン、０．１〜０．５ケイ素、１９．０〜２５．０クロム、２０．０〜３５．０ニッケル、３．０〜６．５モリブデン、０．５〜２．０銅、０．２〜０．５窒素、０．３〜２．５タングステン、１．０〜３．５コバルト、最大０．６チタン、０．３以下の複合重量％のコロンビウムおよびタンタル、最大０．２バナジウム、最大０．１アルミニウム、最大０．０５ホウ素、最大０．０５リン、最大０．０５硫黄、鉄、および不可避不純物を含み得るか、本質的にそれらからなり得るか、またはそれらからなり得る。
【００５８】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、次の重量％範囲のうちのいずれかで炭素を含む：最大２．０、最大０．８、最大０．２、最大０．０８、最大０．０５、最大０．０３、０．００５〜２．０、０．０１〜２．０、０．０１〜１．０、０．０１〜０．８、０．０１〜０．０８、０．０１〜０．０５、および０．００５〜０．０１。
【００５９】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、次の重量％範囲のうちのいずれかでマンガンを含む：最大２０．０、最大１０．０、１．０〜２０．０、１．０〜１０、１．０〜９．０、２．０〜８．０、２．０〜７．０、２．０〜６．０、３．５〜６．５、および４．０〜６．０。
【００６０】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、次の重量％範囲のうちのいずれかでケイ素を含む：最大１．０、０．１〜１．０、０．５〜１．０、および０．１〜０．５。
【００６１】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、次の重量％範囲のうちのいずれかでクロムを含む：１４．０〜２８．０、１６．０〜２５．０、１８．０〜２６、１９．０〜２５．０．２０．０〜２４．０、２０．０〜２２．０、２１．０〜２３．０、および１７．０〜２１．０。
【００６２】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、次の重量％範囲のうちのいずれかでニッケルを含む：１５．０〜３８．０、１９．０〜３７．０、２０．０〜３５．０、および２１．０〜３２．０。
【００６３】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、次の重量％範囲のうちのいずれかでモリブデンを含む：２．０〜９．０、３．０〜７．０、３．０〜６．５、５．５〜６．５、および６．０〜６．５。
【００６４】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、次の重量％範囲のうちのいずれかで銅を含む：０．１〜３．０、０．４〜２．５、０．５〜２．０、および１．０〜１．５。
【００６５】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、次の重量％範囲のうちのいずれかで窒素を含む：０．０８〜０．９、０．０８〜０．３、０．１〜０．５５、０．２〜０．５、および０．２〜０．３。特定の実施形態において、オーステナイト系合金中の窒素含有量は、合金中のその制限された溶解度に対処するため、０．３５重量％または０．３重量％に制限され得る。
【００６６】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、次の重量％範囲のうちのいずれかでタングステンを含む：０．１〜５．０、０．１〜１．０、０．２〜３．０、０．２〜０．８、および０．３〜２．５。
【００６７】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、次の重量％範囲のうちのいずれかでコバルトを含む：最大５．０、０．５〜５．０、０．５〜１．０、０．８〜３．５、１．０〜４．０、１．０〜３．５、および１．０〜３．０。本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化される合金の特定の実施形態において、コバルトは、合金の機械的特性を予想外に向上させた。例えば、合金の特定の実施形態において、コバルトの追加は、最大２０％の硬度の増加、最大２０％の伸長の増加、および／または向上した耐腐食性を提供し得る。いかなる特定の理論に束縛されるものではないが、鉄をコバルトと取り換えることは、熱間加工後の粒界でより高いレベルのシグマ相を提示する、コバルトを含まない異形と比較して、合金中の有害なシグマ相析出物に対する耐性を向上させ得ると考えられる。
【００６８】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、２：１〜５：１、または２：１〜４：１のコバルト／タングステンの重量％比でコバルトおよびタングステンを含む。特定の実施形態において、例えば、コバルト／タングステンの重量％比は、約４：１であり得る。コバルトおよびタングステンの使用は、合金に向上した固溶液強化を付与し得る。
【００６９】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、次の重量％のうちのいずれかでチタンを含む：最大１．０、最大０．６、最大０．１、最大０．０１、０．００５〜１．０、および０．１〜０．６。
【００７０】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、次の重量％のうちのいずれかでジルコニウムを含む：最大１．０、最大０．６、最大０．１、最大０．０１、０．００５〜１．０、および０．１〜０．６。
【００７１】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、次の重量％のうちのいずれかでニオブおよび／またはタンタルを含む：最大１．０、最大０．５、最大０．３、０．０１〜１．０、０．０１〜０．５、０．０１〜０．１、および０．１〜０．５。
【００７２】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、次の範囲のいずれかでコロンビウムおよびタンタルの複合重量％を含む：最大１．０、最大０．５、最大０．３、０．０１〜１．０、０．０１〜０．５、０．０１〜０．１、および０．１〜０．５。
【００７３】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、次の重量％のうちのいずれかでバナジウムを含む：最大１．０、最大０．５、最大０．２、０．０１〜１．０、０．０１〜０．５、０．０５〜０．２、および０．１〜０．５。
【００７４】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、次の重量％範囲のうちのいずれかでアルミニウムを含む：最大１．０、最大０．５、最大０．１、最大０．０１、０．０１〜１．０、０．１〜０．５、および０．０５〜０．１。
【００７５】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、次の重量％範囲のうちのいずれかでホウ素を含む：最大０．０５、最大０．０１、最大０．００８、最大０．００１、最大０．０００５。
【００７６】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、次の重量％範囲のうちのいずれかでリンを含む：最大０．０５、最大０．０２５、最大０．０１、および最大０．００５。
【００７７】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、次の重量％範囲のうちのいずれかで硫黄を含む：最大０．０５、最大０．０２５、最大０．０１、および最大０．００５。
【００７８】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金のバランスは、鉄および不可避不純物を含み得るか、本質的にそれらからなり得るか、またはそれらからなり得る。種々の非限定的な実施形態において、種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、次の重量％範囲のうちのいずれかで鉄を含む：最大６０、最大５０、２０〜６０、２０〜５０、２０〜４５、３５〜４５、３０〜５０、４０〜６０、４０〜５０、４０〜４５、および５０〜６０。
【００７９】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工されるオーステナイト系合金は、１つ以上の微量元素を含む。本明細書で使用される場合、「微量元素」とは、原料の成分および／または採用された溶解方法の結果として合金中に存在し得、合金の重要な特性に著しく悪影響を与えない濃度で存在する元素を指し、それらの特性は、本明細書において概説される。微量元素は、例えば、チタン、ジルコニウム、コロンビウム（ニオブ）、タンタル、バナジウム、アルミニウム、およびホウ素のうちの１つ以上を、本明細書に記載の濃度のうちのいずれかで含み得る。特定の非限定的な実施形態において、微量元素は、本開示に従う合金中に存在しない場合がある。当該技術分野において既知のように、合金を生成する際、微量元素は、典型的に、特定の出発材料の選定および／または特定の加工技術の使用により、大部分がまたは完全に排除され得る。種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、次の重量％範囲のうちのいずれかで微量元素の総濃度を含む：最大５．０、最大１．０、最大０．５、最大０．１、０．１〜５．０、０．１〜１．０、および０．１〜０．５。
【００８０】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、次の重量％範囲のうちのいずれかで不可避不純物の総濃度を含む：最大５．０、最大１．０、最大０．５、最大０．１、０．１〜５．０、０．１〜１．０、および０．１〜０．５。本明細書で一般に使用される場合、「不可避不純物」という用語は、少量の濃度で合金中に存在する元素を意味する。そのような元素は、ビスマス、カルシウム、セリウム、ランタン、鉛、酸素、リン、ルテニウム、銀、セレン、硫黄、テルル、錫、およびジルコニウムのうちの１つ以上を含み得る。種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得る合金中の個々の不可避不純物は、次の最大重量％を超えない：０．０００５ビスマス、０．１カルシウム、０．１セリウム、０．１ランタン、０．００１鉛、０．０１錫、０．０１酸素、０．５ルテニウム、０．０００５銀、０．０００５セレン、および０．０００５テルル。種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得る合金、合金中に存在するセリウム、ランタン、およびカルシウムの複合重量％は（存在する場合）、最大０．１であり得る。種々の非限定的な実施形態において、合金中に存在するセリウムおよび／またはランタンの複合重量％は、最大０．１であり得る。本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得る合金中の不可避不純物として提示され得る他の元素は、本開示を考慮することにより当業者には明らかであろう。種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、次の重量％範囲のうちのいずれかで微量元素および不可避不純物の総濃度を含む：最大１０．０、最大５．０、最大１．０、最大０．５、最大０．１、０．１〜１０．０、０．１〜５．０、０．１〜１．０、および０．１〜０．５。
【００８１】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得る合金は、非磁性であり得る。この特徴は、例えば、特定の石油およびガスドリルストリング構成要素の用途を含む、非磁性特性が重要である用途における合金の使用を促進し得る。本明細書に記載の方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金の特定の非限定的な実施形態は、特定の範囲内の透磁率値（μｒ）によって特徴付けられ得る。種々の非限定的な実施形態において、透磁率値は、１．０１未満、１．００５未満、および／または１．００１未満である。種々の実施形態において、合金はフェライトを実質的に含まない場合がある。
【００８２】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得る合金は、特定の範囲内の耐孔食性指数（ＰＲＥＮ）によって特徴付けられ得る。理解されているように、ＰＲＥＮは、塩化物を含有する環境における合金の予測される耐孔食性に対する相対値に起因する。一般に、より高いＰＲＥＮを有する合金は、より低いＰＲＥＮを有する合金よりも良好な耐腐食性を有することが予測される。１つの特定のＰＲＥＮ計算は、次の式を使用してＰＲＥＮ１６値を提供し、式中、％は、総合金重量に基づく重量％である。
ＰＲＥＮ１６＝％Ｃｒ＋３．３（％Ｍｏ）＋１６（％Ｎ）＋１．６５（％Ｗ）
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得る合金は、次の範囲のうちのいずれかのＰＲＥＮ１６値を有し得る：最大６０、最大５８、３０超、４０超、４５超、４８超、３０〜６０、３０〜５８、３０〜５０、４０〜６０、４０〜５８、４０〜５０、および４８〜５１。いかなる特定の理論に束縛されるものではないが、より高いＰＲＥＮ１６値は、合金が、例えば、腐食性の高い環境、高温環境、および低温環境のような環境において、十分な耐腐食性を提示する可能性がより高いことを示し得ると考えられる。強力に腐食性の環境は、例えば、化学加工装置、およびドリルストリングが石油およびガスの掘削用途にさらされている下げ孔環境において存在し得る。強力に腐食性の環境は、極端な温度とともに、合金を、例えば、アルカリ化合物、酸性化塩化物溶液、酸性化硫化物溶液、過酸化物、および／またはＣＯ２にさらし得る。
【００８３】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、特定の範囲内の折出値（ＣＰ）を回避するための感度係数によって特徴付けられ得る。ＣＰ値の概念は、例えば、「Ａｕｓｔｅｎｉｔｉｃ  Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  Ｓｔｅｅｌ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｈｉｇｈ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ」という表題の米国特許第５，４９４，６３６号に記載されている。一般に、ＣＰ値は、合金中の金属間相の析出速度の相対指標である。ＣＰ値は、次の式を使用して計算することができ、式中、％は、総合金重量に基づく重量％である。
ＣＰ＝２０（％Ｃｒ）＋０．３（％Ｎｉ）＋３０（％Ｍｏ）＋５（％Ｗ）＋１０（％Ｍｎ）＋５０（％Ｃ）−２００（％Ｎ）
いかなる特定の理論に束縛されるものではないが、７１０未満のＣＰ値を有する合金は、溶接中の金属間相からのＨＡＺ（熱影響域）の感受性化の最小化を助ける、有益なオーステナイト安定度を提示すると考えられる。種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、次の範囲のいずれかでＣＰを有し得る：最大８００、最大７５０、７５０未満、最大７１０、７１０未満、最大６８０、および６６０〜７５０。
【００８４】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、特定の範囲内の臨界孔食温度（ＣＰＴ）および／または臨界隙間腐食発生温度（ＣＣＣＴ）によって特徴付けられ得る。特定の用途において、ＣＰＴおよびＣＣＣＴ値は、合金の耐腐食性を、合金のＰＲＥＮ値よりも正確に示し得る。ＣＰＴおよびＣＣＣＴは、ＡＳＴＭ  Ｇ４８−１１、表題「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｐｉｔｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｒｅｖｉｃｅ  Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｏｆ  Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  Ｓｔｅｅｌｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ａｌｌｏｙｓ  ｂｙ  Ｕｓｅ  ｏｆ  Ｆｅｒｒｉｃ  Ｃｈｌｏｒｉｄｅ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ」に従って測定され得る。種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、少なくとも４５℃、またはより好ましくは少なくとも５０℃のＣＰＴを有し、少なくとも２５℃、またはより好ましくは少なくとも３０℃のＣＣＣＴを有する。
【００８５】
種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金は、特定の範囲内の塩化物応力腐食割れ耐性（ＳＣＣ）値によって特徴付けられ得る。ＳＣＣ値の外面は、例えば、Ａ．Ｊ．Ｓｅｄｒｉｃｋｓ，Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  Ｓｔｅｅｌｓ（Ｊ．Ｗｉｌｅｙ  ａｎｄ  Ｓｏｎｓ  １９７９）に説明されている。種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う合金のＳＣＣ値は、次のうちの１つ以上に従う特定の用途のために決定され得る：ＡＳＴＭ  Ｇ３０−９７（２００９）、表題「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ  ｆｏｒ  Ｍａｋｉｎｇ  ａｎｄ  Ｕｓｉｎｇ  Ｕ−Ｂｅｎｄ  Ｓｔｒｅｓｓ−Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ  Ｔｅｓｔ  Ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ」；ＡＳＴＭ  Ｇ３６−９４（２００６）、表題「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」；および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」。種々の非限定的な実施形態において、本開示に従う方法によって加工され、鍛造物品に具体化され得るオーステナイト系合金のＳＣＣ値は、合金が、ＡＳＴＭ  Ｇ１２３−００（２０１１）に基づく評価に準じて、沸騰する酸性化塩化ナトリウム溶液に１０００時間、許容されない応力腐食割れを経験することなく、適切に耐え得ることを示すために十分に高い。
【００８６】
以下の実施例は、本発明の範囲を制限することなく、特定の非限定的な実施形態をさらに説明することを意図する。当業者は、以下の実施例の変形が、特許請求の範囲によってのみ定義される本発明の範囲内で可能であることを理解するであろう。
実施例１
【００８７】
図６は、非磁性オーステナイト系鋼剛性を加工するための本開示に従う方法６２（図６の右側）および比較方法６０（図６の左側）の態様を概略的に示す。２０インチの直径を有し、以下の表２に示されるヒート番号４９ＦＪ−１，２の化学的性質を有するエレクトロスラグ再溶解（ＥＳＲ）インゴット６４を調製した。
【表２】
2018058120.tif 000004
【００８８】
ＥＳＲインゴット６４を、２２２５°Ｆで４８時間均質化し、続いてインゴットをラジアル鍛造機上で直径約１４インチのワークピース６６に分解した。直径１４インチのワークピース６６を、第１のワークピース６８および第２のワークピース７０に切り分け、次のように加工した。
【００８９】
直径１４インチの第２のワークピース７０の試料を、本開示に従う方法の実施形態に従って加工した。第２のワークピース７０の試料を、２２２５°Ｆで６〜１２時間再加熱し、長い端部７４を有するステップシャフト７２を含む直径９．８４インチの棒にラジアル鍛造し、次に水焼き入れした。ステップシャフト７２は、開放型プレス鍛造の間、ワークピースマニピュレーターによって把持することができるサイズを有する、それぞれの鍛造物７２、７４上に端部領域を提供するために、このラジアル鍛造操作中に生成した。直径９．８４インチの鍛造物７２、７４の試料を、２１５０°Ｆで１〜２時間焼鈍し、室温に冷却した。直径９．８４インチの鍛造物７２、７４の試料を、１０２５°Ｆに１０〜２４時間再加熱し、続いて開放型プレス鍛造して鍛造物７６を生成した。鍛造物７６は、ステップシャフト鍛造物であり、それぞれの鍛造物７６の大部分は、約８．７インチの直径を有する。開放型プレス鍛造に続いて、鍛造物を空気冷却した。鍛造物７６の試料を、１０２５°Ｆで３〜９時間再加熱し、約７．２５インチの直径を有する棒７８にラジアル鍛造した。試験試料は、棒の遠位端の間の棒７８の中央部において、棒７８の表面領域および中心領域から採取し、機械的特性および硬度について評価した。
【００９０】
直径１４インチの第１のワークピース６８の試料を、本発明により包含されていない比較方法によって加工した。第１のワークピース６８の試料を、２２２５°Ｆで６〜１２時間再加熱し、直径９．８４インチのワークピース８０にラジアル鍛造して、水焼き入れした。直径９．８４インチの鍛造物８０を、２１５０°Ｆで１〜２時間焼鈍し、室温に冷却した。焼鈍および冷却した９．８４インチの鍛造物８０を、１０２５°Ｆまたは１０７５°Ｆで１０〜２４時間再加熱し、直径約７．２５インチの鍛造物８２にラジアル鍛造した。機械的特性評価および硬度評価のための試験試料の表面領域および中心領域は、それぞれの鍛造物８２の遠位端の間のそれぞれの鍛造物８２の中央から採取した。
【００９１】
他のインゴットヒートの加工は、温間加工の程度を除いて、上述のヒート番号４９ＦＪ−１，２に対するものと同様であった。他のヒートに使用される温間加工の変形率および種類は、表３に示される。表３はまた、直径７．２５インチの鍛造物８２にわたる硬度プロファイルを、直径７．２５インチの鍛造物７８のそれと比較する。上述のように、鍛造物８２は、最終加工ステップとして、１０２５°Ｆまたは１０７５°Ｆの温度で温間加工ラジアル鍛造のみを受けた。対照的に、鍛造物７８は、１０２５°Ｆでの温間開放型プレス鍛造ステップに続いて、１０２５°Ｆでの温間ラジアル鍛造ステップを使用して加工した。
【表３】
2018058120.tif 000005
【００９２】
表３から、表面から中心部への硬度差は、本発明の試料よりも比較試料に対して著しく大きいことが明らかである。これらの結果は、本発明のプレス鍛造および回転鍛造プロセスのモデリングから図３に示される結果と一致している。プレス鍛造プロセスは、主にワークピースの中心領域に変形を付与し、回転鍛造操作は、主に表面に変形を付与する。硬度は、これらの材料の変形量の指標であるため、プレス鍛造および回転鍛造の組み合わせは、表面から中心まで比較的均一な量の変形を有する棒を提供することを示す。表３から、比較例のヒート０１ＦＭ−１は、プレス鍛造によって温間加工されただけだが、より小さい直径５．２５インチに温間プレス鍛造されたこともわかる。ヒート０１ＦＭ−１の結果は、より小さい直径のワークピース上のプレス鍛造によって提供される変形量が、比較的均一な断面硬度プロファイルをもたらし得ることを実証する。
【００９３】
上記の表１は、表３に開示された硬度値を有する比較ヒートの室温引張特性を示す。表４は、プレス鍛造のみによって温間加工された比較試料、およびプレス鍛造に続いてラジアル鍛造によって温間加工された本発明の試料に対する、ヒート番号４９−ＦＪ−４の室温引張特性の直接比較を提供する。
【表４】
2018058120.tif 000006
【００９４】
比較試料の表面における降伏強度および最大引張強度は、中心よりも大きい。しかしながら、本開示に従い加工された材料（発明試料）の最大引張強度および降伏強度は、ビレットの中心およびビレットの表面における強度が、実質的に均一であることを示すだけでなく、発明試料が、比較試料よりも大幅に強いことも示す。
【００９５】
本説明は、本発明の明確な理解に関連する本発明の態様を示すことが理解されるであろう。当業者に明らかであり、したがって、本発明のより良い理解を容易にしないであろう特定の態様は、本説明を簡略化するために提示されていない。本発明の限られた数の実施形態のみが、必然的に本明細書に記載されているが、当業者は、前述の説明を考慮することにより、本発明の多くの修正および変形が用いられ得ることを認識するであろう。本発明の全てのそのような変形および修正は、前述の説明および添付の特許請求の範囲に含まれることが意図される。
［発明の態様］
［１］非磁性合金ワークピースを加工する方法であって、
前記ワークピースを温間加工温度に加熱することと、
前記ワークピースを開放型プレス鍛造して、前記ワークピースの中心領域に所望のひずみを付与することと、
前記ワークピースをラジアル鍛造して、前記ワークピースの表面領域に所望のひずみを付与することと、を含む、方法。
［２］前記開放型プレス鍛造ステップおよび前記ラジアル鍛造ステップの後、前記中心領域に付与された前記ひずみおよび前記表面領域に付与された前記ひずみがそれぞれ、０．３インチ／インチ〜１．０インチ／インチの範囲内であり、
前記中心領域から前記表面領域のひずみの差が、０．５インチ／インチ以下である、［１］に記載の方法。
［３］前記開放型プレス鍛造ステップおよび前記ラジアル鍛造ステップの後、前記中心領域に付与された前記ひずみおよび前記表面領域に付与された前記ひずみがそれぞれ、０．３インチ／インチ〜０．８インチ／インチの範囲内である、［１］に記載の方法。
［４］前記開放型プレス鍛造ステップおよび前記ラジアル鍛造ステップの後、前記表面領域に付与された前記ひずみが、前記中心領域に付与された前記ひずみと実質的に等しい、［１］に記載の方法。
［５］前記開放型プレス鍛造ステップが、前記ラジアル鍛造ステップに先行する、［１］に記載の方法。
［６］前記ラジアル鍛造ステップが、前記開放型プレス鍛造ステップに先行する、［１］に記載の方法。
［７］前記温間加工温度が、前記非磁性合金の初期溶解温度の３分の１の温度から前記非磁性合金の初期溶解温度の３分の２の温度までの範囲内である、［１］に記載の方法。
［８］前記温間加工温度が、再結晶化（動的または静的）が前記非磁性合金中に生じる最高温度までの任意の温度を含む、［１］に記載の方法。
［９］前記非磁性合金が、非磁性ステンレス鋼合金、ニッケル合金、コバルト合金、および鉄合金のうちの１つを含む、［１］に記載の方法。
［１０］前記非磁性合金が、非磁性オーステナイト系ステンレス鋼合金を含む、［１］に記載の方法。
［１１］前記温間加工温度が、９５０°Ｆ〜１１５０°Ｆである、［１０］に記載の方法。
［１２］前記ワークピースを前記温間加工温度に加熱する前に、前記ワークピースを焼鈍することをさらに含む、［１］に記載の方法。
［１３］前記ワークピースが、非磁性ステンレス鋼合金を含み、前記ワークピースを焼鈍することが、前記ワークピースを１８５０°Ｆ〜２３００°Ｆで１分〜１０時間加熱することを含む、［１２］に記載の方法。
［１４］前記ワークピースを前記温間加工温度に前記加熱することが、前記ワークピースを焼鈍温度から前記温間加工温度に冷却させることをさらに含む、［１２］に記載の方法。
［１５］前記ワークピースが、円形断面を含む、［１］に記載の方法。
［１６］前記ワークピースの前記円形断面が、５．２５インチより大きい直径を有する、［１５］に記載の方法。
［１７］前記ワークピースの前記円形断面が、７．２５インチ以上の直径を有する、［１５］に記載の方法。
［１８］前記ワークピースの前記円形断面が、７．２５インチ〜１２．０インチの範囲の直径を有する、［１５］に記載の方法。
［１９］非磁性オーステナイト系ステンレス鋼合金ワークピースを加工する方法であって、
前記ワークピースを９５０°Ｆ〜１１５０°Ｆの範囲の温間加工温度に加熱することと、
前記ワークピースを開放型プレス鍛造して、前記ワークピースの中心領域に０．３インチ／インチ〜１．０インチ／インチの最終ひずみを付与することと、
前記ワークピースをラジアル鍛造して、前記ワークピースの表面領域に０．３インチ／インチ〜１．０インチ／インチの最終ひずみを付与することと、を含み、
前記中心領域から前記表面領域のひずみの差が、０．５インチ／インチ以下である、方法。
［２０］前記ワークピースを開放型プレス鍛造することが、前記ワークピースの中心領域に０．３インチ／インチ〜０．８インチ／インチの最終ひずみを付与し、
前記ワークピースをラジアル鍛造することが、前記ワークピースの表面領域に０．３インチ／インチ〜０．８インチ／インチの最終ひずみを付与する、［１９］に記載の方法。
［２１］前記開放型プレス鍛造ステップが、前記ラジアル鍛造ステップに先行する、［１９］に記載の方法。
［２２］前記ラジアル鍛造ステップが、前記開放型プレス鍛造ステップに先行する、［１９］に記載の方法。
［２３］前記ワークピースを前記温間加工温度に加熱する前に、前記ワークピースを焼鈍することをさらに含む、［１９］に記載の方法。
［２４］前記ワークピースを焼鈍することが、前記ワークピースを１８５０°Ｆ〜２３００°Ｆで１分〜１０時間加熱することを含む、［２３］に記載の方法。
［２５］前記ワークピースを前記温間加工温度に前記加熱することが、前記ワークピースを前記焼鈍温度から前記温間加工温度に冷却させることをさらに含む、［２３］に記載の方法。
［２６］前記ワークピースが、円形断面を含む、［１９］に記載の方法。
［２７］前記ワークピースの前記円形断面が、５．２５インチより大きい直径を有する、［２６］に記載の方法。
［２８］前記ワークピースの前記円形断面が、７．２５インチ以上の直径を有する、［２６］に記載の方法。
［２９］前記ワークピースの前記円形断面が、７．２５インチ〜１２．０インチの範囲の直径を有する、［２６］に記載の方法。
［３０］非磁性合金鍛造物であって、
５．２５インチより大きい直径を有する円形断面と、
前記鍛造物の断面にわたって実質的に均一な少なくとも１つの機械的特性と、を備える、非磁性合金鍛造物。
［３１］前記非磁性合金鍛造物が、非磁性ステンレス鋼合金、ニッケル合金、コバルト合金、および鉄合金のうちの１つを含む、［３０］に記載の非磁性合金鍛造物。
［３２］前記非磁性合金鍛造物が、非磁性オーステナイト系ステンレス鋼合金を含む、［３０］に記載の非磁性合金鍛造物。
［３３］前記実質的に均一な機械的特性が、最大引張強度、降伏強度、伸び率、および面積減少率のうちの１つである、［３０］に記載の非磁性合金鍛造物。
［３４］前記円形断面の直径が、７．２５インチ以上である、［３０］に記載の非磁性合金鍛造物。
［３５］前記円形断面の前記直径が、７．２５インチ〜１２インチの範囲内である、［３４］に記載の非磁性合金鍛造物。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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