(57)【要約】      （修正有）【課題】耐摩耗性、耐食性、強度および靱性などの改良された材料特性を有する鉄合金を提供する。【解決手段】鉄合金組成物を溶解して溶解物にすること、前記溶解物をアトマイズおよび固形化して粉末粒子にすること、前記粉末粒子の表面から酸素を除去する脱ガスを行うこと、前記粉末粒子を固形化して一体化した製品にすること、とを含む鉄合金の製造方法により、特に粉末冶金による高靱性を有するマルテンサイト鉄合金を製造する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄合金組成物を溶解して融体にすること、
前記融体をアトマイズおよび固形化して粉末粒子にすること、
前記粉末粒子の表面から酸素を除去する脱ガスを行うこと、
前記粉末粒子を固形化して一体化した製品にすること、
とを含む、鉄合金の製造方法。
【請求項２】
前記粉末粒子を固形化することは熱間静水圧プレス（HIP）により行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記脱ガスは前記粉末粒子を容器内において行われる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記アトマイズは、高圧不活性ガスを使用して行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記高圧不活性ガスは窒素である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記高圧不活性ガスはアルゴンである、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記一体化した製品は容器内の粉末粒子から固形化される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記粉末粒子を寸法によって分離する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記分離された粉末粒子は均一化された配合物中に混合される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
メッシュを使用して前記粉末粒子を篩分けする工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記分離された粉末粒子は均一化された配合物中に混合される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記脱ガスは、真空加熱脱ガスにより前記粉末粒子の前記表面から酸素を除去することにより行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記脱ガスは、結果として固形化した製品の全体の酸素含有量を約２０ｐｐｍ以下とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記脱ガスは、結果として固形化した製品の全体の酸素含有量を約１０ｐｐｍ以下とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
容器を前記粉末粒子で充填する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記一体化した製品を鍛造する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記一体化した製品を熱間加工する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記鉄合金組成は、重量％で、0.2-0.5％のC、0.1-1.0％のMn、0.1-1.2％のSi、9-14.5%のCr、3.0-5.5%のNi、1-2%のMo、1.0%までのCu、1-4%のCo、0.1-1.0%のV、最大0.5％までのTiを含み、残部Feおよび0.01%以下のPおよび0.002%以下のSを含む不可避的不純物からなる請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記鉄合金組成は、重量％で、0.35-0.45％のC、0.1-0.7％のMn、0.1-1.0％のSi、9.5-12.5%のCr、3.2-4.3%のNi、1.25-1.75%のMo、0.1-1.0%までのCu、2-3%のCo、0.3-0.6%のV、最大0.2％までのTiを含み、残部Feおよび0.005%以下のPおよび0.0005%以下のSを含む不可避的不純物からなる請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、鉄合金の製造法に関するものであり、特に粉末冶金による高靱性を有するマルテンサイト鉄合金の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
航空機の着陸装置は、高い圧力を受け、劣悪な使用環境にさらされる重要部品である。鉄鋼合金、例えば、AISI4340および300M合金は、焼入れ焼き戻しにより高強度（少なくとも280ksiの究極の引張強度）と少なくとも50ksi√inの破壊靭性を得ることができるので、航空機の着陸装置を製造するのに使用される。しかしながらこれらの合金は耐食性が十分ではない。したがって、着陸装置の部品にはカドミウムのような耐食性金属のめっきを施す必要があった。カドミウムは非常に強い毒性を有し、発がん性の材料であり、かつその使用は、これらの合金から製造される着陸装置及び他の部品の製造および維持管理において重大な環境上の危険を伴ってきた。
【０００３】
登録商標FERRIUM S53により販売される公知の合金は、4340及び300M合金により提供されるものと同等の強度及び靱性を提供し、かつ耐食性も提供するために開発された。FERRIUM S53合金は、4340合金または300M合金から製造される航空機着陸装置に適用されるに適した耐食性を提供するためにカドミニウムめっきの使用に関連した問題を解決するために設計された。しかしながら、FERRIUM S53合金は希少で高価なコバルトを十分に添加するものである。着陸装置用途へのFERRIUM S53合金の使用によるコスト高を避けるため、強度及び靱性を提供する鉄鋼合金の焼入れ焼き戻しと、FERRIUM S53合金に起因する耐食性であって高価なコバルトを使用しない試みがなされてきた。
【０００４】
FERRIUM S53合金並みの強度と靱性を提供するために焼入れ焼き戻しすることができ、耐食性を提供できるコバルトを含まないマルテンサイト鉄鋼合金は、米国特許第8071017号および米国特許第8361247号に記載されている。しかしながら、これらの鉄鋼によって提供される耐食性は望ましいレベルにはなかった。航空機着陸装置は多くの異なる種類の腐食性環境、そのうちのいくつかは鉄鋼の腐食を引きおこす点では他より攻撃的である環境にさらされるため、耐食性を高めることは、航空機着陸装置にとって特に重要である。したがって、航空機着陸装置に必要な高強度および靱性を有し、公知の耐食性焼入れ焼き戻し鋼より高い耐食性を提供し、コバルトを実質的な量含む鋼に比較して安い価格で製造することができる鉄鋼合金が必要とされている。
【０００５】
また、公知のマルテンサイト鉄鋼合金は、一般に従来の方法、例えば、真空誘導溶解（VIM）およびVIM／真空アーク溶解（VAR）により溶解される。次いで、公知の合金はインゴット形で鋳造され、ビレットまたは棒の最終の望まれる製品を得るために圧延または鍛造される。しかしながら、宇宙産業では、部品が、従来の、棒や粗鍛造ビレットから加工する従来の加工に比較して加工が少なく材料の排気が少ないニアネットシェイプ加工の要望がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、耐摩耗性、耐食性、強度および靱性などの改良された材料特性を有する鉄合金を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の鉄合金は、基本成分として、炭素（C）、マンガン（Mn）、シリコン(Si)、クロム(Cr)、ニッケル（Ni）、モリブデン（Mo）、銅（Cu）、コバルト（Co）、バナジウム（V）および鉄（Fe）を含むものである。しかしながら、基本成分はさらに、タングステン（W）、バナジウム（V）、チタン（Ti）、ニオブ（Nb）、タンタル（Ta）、アルミニウム（Al）、窒素（N）、セリウム（Ce）およびランタン（La）を含むことができる。
【０００８】
特に、本発明の例示の実施形態において、鉄合金は、0.2-0.5wt％のC、0.1-1.0％のMn、0.1-1.2wt％のSi、9-14.5wt%のCr、3.0-5.5wt%のNi、1-2wt%のMo、0-1.0%のCu、1-4wt.%のCo、最大0.2wt%のW、0.1-1.0wt%のV、最大0.5％までのTi、0-0.5%のNb、0-0.5wt.％のTa、0-0.25wt％のAl、最大0.05wt%までのN、0-0.01wt％のCe、0-0.01wt％のLa、および残部Feからなる組成であるを有する。
表1に示されるような鉄合金の組成を有してよい。
【０００９】
【表１】
2015232175.tif 000002
【００１０】
前述したように、鉄合金の残部は鉄である。本発明の他の例示の実施形態として、鉄合金は当業者に周知の他の元素や不純物、例えば、0.01%以下のリン、0.002％以下の硫黄を含む。
前述の表は便宜的な要約として提供され、個々の元素が互いに組み合わされて使用する際の上限及び下限を限定する意図ではなく、または、互いに組わせてのみ使用される範囲を限定する意図でもない。したがって、１以上の範囲は残りの元素についての１以上の他の範囲と共に使用できる。また、１つの元素について範囲１の最小値または最大値は、同じ元素の範囲２の最小値または最大値と共に使用することができる。また、本発明の鉄合金は上記組成および本明細書全体において記載した元素を含むことができる。本明細書を通じて、用語「パーセント」または記号「％」は、他に特定しない限り重量または質量パーセントを意味する。
【００１１】
本発明の他の側面によれば、上記に規定される鉄合金組成のいずれかからなる焼入れ焼き戻しされた鋼製品が提供される。鋼製品は、少なくとも約280ksiの引張強度および少なくとも65ksi√inの破壊靭性（KIC）を有することが特徴とされている。鋼製品は、さらに、塩スプレー試験（ASTM B117）により判断される一般的耐食に対する良好な耐食性および周期的動電位極性法により判断される孔食に対する良好な対孔食性を有するという特徴がある。
【００１２】
鉄合金には、少なくとも約0.2%、他の実施形態では少なくとも約0.35％のCが存在している。炭素は鉄と結合して、鉄合金によって提供される高硬度及び強度を促進するFe-Cマルテンサイト組織を形成する。炭素は、焼き戻しの間に鉄合金をさらに強化するMo、V、Ti、Nbおよび／またはTaと共に炭化物を形成する。この合金中で形成する炭化物はMC型炭化物が支配的であるが、いくらかのM2C、M6C、M7CおよびM23C6も存在し得る。炭素が多すぎると、鉄合金により提供される靱性と延性に悪影響を及ぼす。したがって、炭素は約0.5%以下に制限され、他の実施形態では約0.45%以下に制限される。
【００１３】
本発明の鉄合金は、鉄合金の耐食性および硬度を高めるために少なくとも約９％のCrを含む。鉄合金は少なくとも9.5％のクロムを含んでもよい。他の実施形態では、鉄合金は12.5％を超えるCrを含まない。他の例示的な実施形態では、Crの高い含有率は鉄合金の靱性及び延性に悪影響を与えるため14.5％を超えるCrを含まない。
Niは本発明の鉄合金により提供される靱性と延性に好影響を与える。したがって、鉄合金は少なくとも約3.0％のNiを含有し、他の実施形態では少なくとも約3.2％のNiを含有する。Niの含有量は約5.5％以内に制限されており、他の実施形態では約4.3%以内に制限されている。
【００１４】
Moは鉄合金の焼戻抵抗のためのM6C及びM23C炭化物を生成する。Moは鉄合金により提供される強度及び破壊靭性に貢献する。また、Moは鉄合金により提供される耐孔食性に寄与する。Moによる利点は鉄合金が少なくとも1%のMoを含むときに現れる。他の実施形態では、鉄合金は少なくとも約1.25%のMoを含有する。他の実施形態において、鉄合金は約1.75％を超えるMoを含有しない。さらに他の実施形態において、鉄合金は約2%を超えるMoを含有しない。
【００１５】
本発明の鉄合金は鉄合金によって提供される強度及び靱性を高めるために少量のCoを含む。Coは鉄合金により提供される耐食性に寄与する。これらの理由から、鉄合金は少なくとも約１％のCoを含有する。Coは稀少元素なので、高価である。鉄合金におけるCoの利点を得、コストの削減を維持するため、鉄合金は６％以上のCoを含有しない。他の実施形態において、鉄合金は４％以下のCoを含有してもよい。他の実施形態において、鉄合金は約３％以内のCoを含有してもよい。
【００１６】
V及びTiはCと結合して、本発明の鉄合金によって提供される強度及び靱性を向上させる粒径の制限を行うMC型炭化物を形成する。したがって、鉄合金は少なくとも約0.3%のVを含有する。他の実施形態において、鉄合金は少なくとも約0.1％のVを含有する。さらに、他の実施形態において、鉄合金はTiを含まないか、約0.01％までのみ含有してもよい。過剰なV及び／又はTiは、マルテンサイト母材から炭素を消滅させる鉄合金中の多量の炭化物を形成するために、鉄合金の強度に悪影響を与える。したがって、例示の実施形態において、Vは約0.6%以内に、Tiは約0.2%以内に制限される。
【００１７】
少なくとも約0.1％のMnは主として鉄合金の脱酸のために鉄合金中に存在してもよい。Mnは鉄合金によって提供される強度も高めると言われている。過剰のMnが存在すると、焼入れ後望ましくない量の残留オーステナイトが残り、鉄合金によって提供される高強度が悪影響を受ける。本発明の実施形態においては、鉄合金は約1.0％以下のMnを含有する。他の実施形態において、鉄合金は約0.7％以下のMnを含有する。
Siは鉄合金の硬度と焼戻抵抗を高める。したがって、鉄合金は少なくとも0.1％のシリコンを含む。過剰なシリコンは、鉄合金の硬度、強度及び延性の悪影響を及ぼす。このような悪影響を回避するため、Siは約1.2%以内に制限される。他の実施形態において、鉄合金は約1.0％以内のSiを含有する。
【００１８】
Cuは、鉄合金の硬度、靱性および延性に寄与するため、鉄合金中に存在してもよい。Cuは鉄合金の耐食性を高める。鉄合金は少なくとも約0.1％の銅を含んでもよく、好ましくは少なくとも約0.3%の銅を含んでもよい。特に鉄合金が銅をごく少ない量含むか、全く銅を含まないとき、CuとNiは鉄合金中でバランスされるべきである。したがって、鉄合金が0.1%未満のCu、例えば、0.01％以下含むとき、望ましい強度、靱性及び延性の組み合わせが提供されるように、Niは少なくとも約3.75％、約4.0％以下存在すべきである。一つの実施形態において、Cuは1.0％以下存在してもよい。他の実施形態において、鉄合金は0.7%以下のCuを含有してもよい。
【００１９】
WはMoと同様に炭化物を形成する元素であり、存在するとき鉄合金の硬度と強度に寄与する。最大0.2％までの少量のWは、Moの代替として鉄合金に存在してよい。例示の実施形態において、鉄合金は約0.1%以下のWを含有してもよい。
NbとTaはCと結合して炭化物を生成する元素であり、鉄合金中の粒径の制御に寄与する。したがって、鉄合金は、NbとTaの組み合せた量（Nb＋Ta）が0.5%以下である限り、Nbおよび／またはTaを含んでもよい。しかしながら、過剰な炭化物量の形成を避けるために、鉄合金は0.01％以下のNbおよび／またはTaを含んでよい。
【００２０】
約0.01%までのCeおよび／またはLaは、溶解過程におけるメッショメタルの添加の結果として存在してもよい。メッシュメタルの添加は、鉄合金中のSおよび酸素（O）との結合によって、鉄合金の靱性に寄与し、これによって存在し得る硫化および硫酸化介在物の大きさと形状を制限する。他の実施形態において、鉄合金はそれらの添加物から0.005%を超えるLaを含まない。
前述したように、鉄合金の残部は、Fe及び同様の目的や機能を意図した鉄鋼の公知の等級で見られる通常の不純物である。この点で、リン(P)は0.01%以内に制限される。他の実施形態において、鉄合金は0.005%以内のPを含む。また、Sは鉄合金中において、0.002％以内に制限される。他の実施形態において、鉄合金は約0.0005%以内のSを含有する。
【００２１】
次に、本発明の鉄合金製品の製造方法について述べる。先ず、鉄合金製品は、本発明の上記の組成、または他の高靱性マルテンサイト組成から製造されることができる。
鉄合金製品は公知の真空誘導溶解（VIM）を使用して通常製造され、真空アーク再溶解（VAR）法により精製される。しかしながら、宇宙産業においてはニア・ネットシェープ法の要望があるため、本発明の鉄合金製品は粉末冶金法を使用して製造し得る。
通常、本発明の粉末冶金法を使用する鉄合金製品の製造方法は、組成物を溶解して融体にすること、この融体をアトマイズにより金属粉末にすること、次いで、金属粉末を詰め込んで鉄合金製品にすること、を含む。また、この組成物は、鉄合金製品を形成する前に、続く製造プロセスを使用してさらに精製される。
【００２２】
先ず、上記の鉄合金組成物と一致する混合物が選択される。次いで、混合物は、例えば、誘導炉を使用して溶融処理される。次いで、溶融物は精製され、必要であれば脱ガスされる。溶融物はノズルを通って分散され、高圧の不活性ガス、例えば、アルゴンまたは窒素を使用してアトマイズされる。次いで、微粒子はサイクロン使用してアトマイズ不活性ガスから分離され、一方粗粒子はガス中を落下し、収集チャンバー内で収集される。次いで、粗粒子および微粒子はメッシュを使用して篩にかけられ、同じ寸法の粒子が集められ、次いで粒子を均一化するために一緒に混合される。
【００２３】
気体は粉末粒子の表面に付着するので、粉末粒子上のガス含有量を減らすために脱ガスが行われる。例えば、酸素含有量を減らすことが望ましい。したがって、粉末粒子は容器に置かれ、延性と靱性の低下の原因となる粒界問題を起こす酸素を除くために真空中で加熱・脱ガスされる。脱ガスは粉末粒子中の固有のＣを使用して酸素を除去する。したがって、酸素含有量を約２０ｐｐｍ以下、または恐らく１０ｐｐｍ以下に減らすことが可能である。
【００２４】
次に、粉末粒子は連結法、例えば熱間静水圧プレス(HIP)を使用してさらに処理される。例示の実施形態において、容器に粉末粒子を満たし、HIPを使用して内部の微細中空を除去して粉末粒子を凝集させて固形状態にするHIPを使用して固められる。熱および圧力が粉末粒子に適用されて、温度2050°F、圧力15ksiにされ、濃縮して一体となった鉄合金製品が提供される。濃縮して一体となった鉄合金製品は、そのまま使用されるか、さらに、鍛造や他の従来の熱加工法によって、濃縮して一体となった鉄合金から使用可能な部品に変形または成形される。
【００２５】
他の実施形態において、粉末粒子は急速鍛造を使用して固められる。例えば、粉末粒子の缶の周囲に媒体が置かれ、粉末粒子を固めるプレスからの荷重を分散させる。
当業者は、押出し処理など他の公知の固形化法を使用できることを理解できるだろう。
上記の鉄合金製品は、鍛造処理工程に沿って処理され、宇宙産業、例えば、これに限定されない着陸装置、構造部品、フラップトラックおよびスラットトラック、付属品及び他の用途に特に役立つ特性の組み合せを提供する。
【００２６】
この明細書に使用される用語及び表現は記述のための用語として使用され、限定として使用されるものではない。このような用語や表現は、示されまたは記載された特徴、又はその一部の均等物を除外する意図ではない。本明細書に記載され、クレームされた発明の範囲内で多くの改良が可能が可能であることが理解される。
【外国語明細書】
［TITLE OF THE INVENTION］ METHOD OF MANUFACTURING A FERROUS ALLOY ARTICLE USING POWDER METALLURGY PROCESSING
［FIELD FO THE INVENTION］ 
This invention relates generally to a method of manufacturing a ferrous alloy and, in particular, to a method of manufacturing a high toughness martensitic ferrous alloy using powder metallurgy processing. 
［BACKGROUND］
This application is a Continuation-In-Part which claims the benefit of U. S. Patent Application No.: 14/061,845, filed October 24, 2013. 
Aircraft landing gear are critical components that are highly stressed and subject to adverse environmental conditions in use.  Steel alloys such as AISI 4340 and the 300M alloy have long been used to make landing gear for aircraft because those alloys can be quenched and tempered to provide very high strength (ultimate tensile strength of at least 280 ksi) in combination with fracture toughness (KIc) of at least 50 ksi√in.  However, neither of those alloys provides effective corrosion resistance.  Therefore, it has been necessary to plate the landing gear components with a corrosion resistant metal such as cadmium.  Cadmium is a highly toxic, carcinogenic material and its use has presented significant environmental risks in the manufacture and maintenance of aircraft landing gear and other components made from these alloys. 
A known alloy that is sold under the registered trademark FERRIUM S53 was developed to provide a combination of strength and toughness similar to that provided by the 4340 and 300M alloys and to also provide corrosion resistance.  The FERRIUM S53 alloy was designed to overcome the problems associated with using cadmium plating to provide adequate corrosion resistance in aircraft landing gear made from either the 4340 alloy or the 300M alloy.  However, the FERRIUM S53 alloy includes a significant addition of cobalt which is a rare and thus, expensive element.  In order to avoid the much higher cost of using the FERRIUM S53 for the landing gear application, attempts have been made to develop a quench and temper steel alloy that provides the strength, toughness, and corrosion resistance attributed to the FERRIUM S53 alloy, but without the addition of costly cobalt. 
Cobalt-free martensitic steel alloys that can be quenched and tempered to provide strength and toughness comparable to the FERRIUM S53 alloy and which also provide corrosion resistance are described in U. S.  Patent No.  8,071,017 and in U. S.  Patent No.  8,361,247.  However, it has been found that the corrosion resistance provided by those steels leaves something to be desired.  Enhanced corrosion resistance is especially important for aircraft landing gear because they are exposed to many different types of corrosive environments, some of which are more aggressive than others at causing corrosion in steel.  Accordingly, there is a need for a steel alloy that provides the very high strength and toughness needed for the landing gear application, that provides better corrosion resistance than the known corrosion resistant quench and temper steels, and that can be produced at a discount in price relative to steels that contain a substantial amount of cobalt. 
Furthermore, known martensitic steel alloys are generally melted via conventional means, including vacuum induction melt (VIM), and VIM/vacuum arc remelting (VAR).  The known alloy is then cast into ingot form, and processed either through rolling or forging to obtain the final desired product, either billet or bar.  However, there is a desire in the aerospace industry for near net shape processing, so that parts can be manufactured with much less machining and less waste of material compared to conventional processing such as machining from bar or rough forged billet.  
［SUMMARY］
In view of the aforementioned shortcomings, among others, a method of manufacturing a ferrous alloy article is disclosed.  The ferrous alloy article  is provided by melting a ferrous alloy composition into a liquid, atomizing and solidifying of the liquid into powder particles, outgassing to remove oxygen from the surface of the powder particles, and consolidating the powder particles into a monolithic article.  
［DETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENT(S)］
The invention is a ferrous alloy having improved desirable material properties, such as wear resistance, corrosion resistance, strength, and toughness. 
The ferrous alloy according to the invention includes a base composition of carbon (C), manganese (Mn), silicon (Si), chromium (Cr), nickel (Ni), molybdenum (Mo), copper (Cu), cobalt (Co), vanadium (V), and iron (Fe).  However, it is also possible that the base composition includes tungsten (W), vanadium (V), titanium (Ti), niobium (Nb), tantalum (Ta), aluminum (Al), nitrogen (N), cerium (Ce), and lanthanum (La). 
In particular, in an exemplary embodiment of the invention, the ferrous alloy includes a nominal composition having a proportion of 0. 2-0. 5 wt.  % of C, 0. 1-1. 0 wt.  % of Mn, 0. 1-1. 2 wt.  % of Si, 9-14. 5 wt.  % of Cr, 3. 0- 5. 5 wt.  % of Ni, 1-2 wt.  % of Mo, 0-1. 0 wt.  % of Cu, 1-4 wt.  % of Co, 0. 2 max.  wt.  % of W, 0. 1-1. 0 wt.  % of V, up to 0. 5 wt.  % of Ti, 0-0. 5 wt.  % of Nb, 0-0. 5 wt.  % of Ta, 0-0. 25 wt.  % of Al, 0. 05 max.  wt.  % of N, 0-0. 01 wt.  % of Ce, 0-0. 01 wt.  % of La, and a balance wt % of Fe to complete the composition. 
As shown in Table 1, the ferrous alloy may have the following wt.  % of compositions. 
【表1】
2015232175.tif 000003
As discussed, the balance of the ferrous alloy is Fe.  In another exemplary embodiment of the invention, the ferrous alloy may include a composition having other elements and impurities commonly known to one skilled in the art, including not more than about 0. 01% phosphorus and not more than about 0. 002 % sulfur
The foregoing tabulation is provided as a convenient summary and is not intended to restrict the lower and upper values of the ranges of the individual elements for use in combination with each other, or to restrict the ranges of the elements for use solely in combination with each other.  Thus, one or more of the ranges can be used with one or more of the other ranges for the remaining elements.  In addition, a minimum or maximum for an element of range 1 can be used with the minimum or maximum for the same element in range 2, and vice versa.  Moreover, the ferrous alloy according to the present invention may comprise, consist essentially of, or consist of the constituent elements described above and throughout this application.  Here and throughout this specification the term "percent" or the symbol "%" means percent by weight or mass percent, unless otherwise specified. 
In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a quenched and tempered steel article that is made from either of the ferrous alloy compositions set forth above.  The steel article is characterized by having a tensile strength of at least about 280 ksi and a fracture toughness (KIc) of at least about 65 ksi√in.  The steel article is further characterized by having good resistance to general corrosion as determined by the salt spray test (ASTM B117) and good resistance to pitting corrosion as determined by the cyclic potentiodynamic polarization method (ASTM G61 Modified). 
At least about 0. 2% and in another embodiment at least about 0. 35% C is present in the ferrous alloy.  Carbon combines with iron to form an Fe-C martensitic structure that facilitates the high hardness and strength provided by the ferrous alloy.  Carbon also forms carbides with  Mo, V, Ti, Nb, and/or Ta that further strengthen the ferrous alloy during tempering.  The carbides that form in the present alloy are predominantly MC-type carbides, but some M2C, M6C, M7C3, and M23C6 carbides may also be present.  Too much carbon adversely affects the toughness and ductility provided by the ferrous alloy.  Therefore, carbon is restricted to not more than about 0. 5% and in another embodiment to not more than about 0. 45%. 
The ferrous alloy according to this invention contains at least about 9% Cr to benefit the corrosion resistance and hardenability of  the ferrous alloy.  The ferrous alloy may contain at least about 9. 5% chromium.  In another embodiment, the ferrous alloy may not contain more than about 12. 5% Cr.  In another exemplary embodiment, the ferrous alloy may not contain more than about 14. 5% Cr, as higher percentages of Cr may adversely affect the toughness and ductility provided by the ferrous alloy.  
Ni is beneficial to the toughness and ductility provided by the ferrous alloy according to this invention.  Therefore, the ferrous alloy contains at least about 3. 0% Ni, and in another embodiment at least about 3. 2% Ni.  The amount of Ni may be restricted to not more than about  5. 5%.  In another embodiment, the amount of Ni may be restricted to not more than about 4. 3%. 
Mo is a carbide forming element that forms M6C and M23C6carbides for temper resistance in the ferrous alloy.  Mo also contributes to the strength and fracture toughness provided by the ferrous alloy.  Furthermore, Mo contributes to the pitting corrosion resistance provided by the ferrous alloy.  The benefits provided by Mo are realized when the ferrous alloy contains at least about 1% Mo.  In another embodiment, the ferrous alloy may contain at least about 1. 25% Mo.  In another embodiment the ferrous alloy may not contain more than about 1. 75% Mo.  In yet another embodiment, the ferrous alloy may contain not more than about 2% Mo.  
The ferrous alloy of this invention contains a small positive addition of Co to benefit the strength and toughness provided by the ferrous alloy.  Co may be beneficial for the corrosion resistance for the ferrous alloy.  For these reasons, the ferrous alloy contains at least about 1% Co.  In another embodiment, the ferrous alloy may contain at least about 2% Co.  Since Co is a rare element, Co is very expensive.  In order to obtain the benefits of Co in the ferrous alloy and yet maintain a reduced cost, the ferrous alloy may not contain 6% or more of Co.  In another embodiment, the ferrous alloy may contain not more than about 4% Co.  In yet another embodiment, the ferrous alloy may contain not more than about 3% Co. 
V and Ti combine with some of the C to form MC-type carbides that limit the grain size which in turn benefits the strength and toughness provided by the ferrous alloy according to this invention.  Therefore, the ferrous alloy contains at least about 0. 3% V.  In another embodiment, the ferrous alloy contains at least about 0. 1% V.  In yet another embodiment, the ferrous alloy may contain no Ti or only up to about 0. 01% Ti.  Too much V and/or Ti adversely affects the strength of the ferrous alloy because of the formation of larger amounts of carbides in the ferrous alloy that depletes carbon from the  martensitic matrix material.  Accordingly, in an exemplary embodiment, V may be restricted to not more than about 0. 6% and Ti is restricted to not more than about 0. 2% in the ferrous alloy. 
At least about 0. 1%, Mn may be present in the ferrous alloy primarily to deoxidize the ferrous alloy.  It is believed that Mn may also benefit the high strength provided by the ferrous alloy.  If too much Mn is present, then an undesirable amount of retained austenite may remain after quenching such that the high strength provided by the ferrous alloy is adversely affected.  In an embodiment of the invention, the ferrous alloy contains not more than about 1. 0% Mn.  In another embodiment, the ferrous alloy contains not more than about 0. 7% Mn. 
Si benefits the hardenability and temper resistance of the ferrous alloy.  Therefore, the ferrous alloy contains at least about 0. 1% silicon.  Too much silicon adversely affects the hardness, strength, and ductility of the ferrous alloy.  In order to avoid such adverse effects Si is restricted to not more than about 1. 2%.  In another embodiment, the ferrous alloy contains not more than about 1. 0% Si. 
Cu may be present in the ferrous alloy because it contributes to the hardenability, toughness, and ductility of the ferrous alloy.  Cu may also benefit the ferrous alloy’s corrosion resistance.  The ferrous alloy may contain at least about 0. 1% and better yet at least about 0. 3% copper.  Cu and Ni should be balanced in the ferrous alloy, particularly when the ferrous alloy contains very low or no positive addition of Cu.  Thus, when the ferrous alloy contains less than 0. 1% Cu, for example, not more than about 0. 01% Cu, at least about 3. 75% Ni, and not more than about 4. 0% Ni should be present to ensure that the desired combination of strength, toughness, and ductility are provided.  In one embodiment, Cu may be not more than about 1. 0%.  In another embodiment, the ferrous alloy may contain not more than about 0. 7%.  Cu
W is a carbide forming element which, like Mo, contributes to the hardness and strength of the ferrous alloy when present.  A small amount of W, up to about 0. 2% may be present in the ferrous alloy or may be used in substitution of the Mo.  In an exemplary embodiment, the ferrous alloy may contain not more than about 0. 1% W. 
Nb and Ta are carbide forming elements that combine with C to form carbides to benefit grain size control in the ferrous alloy.  Therefore, the ferrous alloy may contain Nb and/or Ta provided that the combined amount of Nb and Ta (Nb + Ta) is not more than about 0. 5%.  However, in order to avoid the formation of excessive amounts of carbides, the ferrous alloy may contain not more than about 0. 01% of Nb and/or Ta. 
In an embodiment of the invention, up to about 0. 25% Al may be present in the ferrous alloy from deoxidation additions during melting.  In another embodiment, the ferrous alloy may contain not more than about 0. 01% Al. 
Up to about 0. 01% of Ce and/or La may be present in the ferrous alloy as a result of misch metal additions during primary melting.  The misch metal addition benefits the toughness of the ferrous alloy by combining with S and or oxygen (O) in the ferrous alloy, thereby limiting the size and shape of sulfide- and oxysulfide-inclusions that may be present.  In another embodiment, the ferrous alloy does not contain more than about 0. 006% Ce and, in another embodiment, the ferrous alloy does not contain more than about 0. 005% La from such additions. 
As discussed, the balance of the ferrous alloy is Fe and the usual impurities found in known grades of steels intended for similar purpose or service.  In this regard, phosphorus (P) is restricted to not more than about 0. 01%.  In another embodiment, the ferrous alloy contains not more than about 0. 005% P in the ferrous alloy.  Also, S is restricted to not more than about 0. 002% in the ferrous alloy.  In another embodiment, the ferrous alloy contains not more than about 0. 0005%.  S. 
Now, a method of manufacturing a ferrous alloy article according to the invention will be discussed.  Firstly, the ferrous alloy article may be prepared from the composition discussed above, or from other high toughness martensitic compositions according to the invention.  
The ferrous alloy article may be typically prepared using known vacuum induction melting (VIM) and refined by vacuum arc remelting (VAR) processing techniques.  However, since there is a desire in the aerospace industry for near net shape processing, the ferrous alloy article according to the invention may be manufactured using powder metallurgy processing.  
In general, the method of manufacturing the ferrous alloy article using powder metallurgy processing according to the invention includes melting a composition in to a liquid, atomizing the liquid into a metal powder, and then compacting the metal powder into a ferrous alloy article.  Furthermore, the composition may be further refined using subsequent manufacturing processes before forming the ferrous alloy article. 
Firstly, a blend is selected that is consistent with the ferrous alloy composition described above.  The blend is then processed into a liquid, for instance, using an induction furnace.  The liquid may then be refined and possibly degassed, if necessary.  The liquid is dispersed through a nozzle where the liquid is atomized using a high pressure inert gas, such as Argon or Nitrogen.  The liquid is accordingly atomized into powder particles.  The fine powder particles are then separated from the atomization inert gas using a cyclone, while the coarse powder particles fall through the gas and are collected in a collection chamber.  Both coarse and fine powder particles are then screened using a mesh to collect like sizes of particles, which then may be blended together to homogenize the powder particles.  
Since gases may be adsorbed onto the surface of the powder particles, outgassing may be performed to lower the gas content on the powder particle surface.  For instance, it may be desirable lower the oxygen content.  Accordingly, the powder particles may be placed in a vessel and subject to vacuum hot outgassing to remove oxides, which can create boundary problems that reduce ductility and toughness.  The outgassing uses inherent C in the powder particles to remove the oxides.  Therefore, it may be possible to reduce the oxygen content to approximately ≦ 20 ppm, or possibly ≦ 10 ppm.  
Next, the powder particles are further processed using a consolidation technique, such as hot isostatic pressing (HIP).  
In an exemplary embodiment, the powder particles may be consolidated using HIP, wherein a container is filled with the powder particles and then manufactured using HIP to eliminate internal microporosity and enable densification of powder particles into a solid state.  Heat and pressure are applied to powder particles to a temperature of 2050° F and a pressure of 15 ksi, and a dense monolithic ferrous alloy article is provided.  The dense monolithic ferrous alloy article can either be used as is or be further processed, such as by forging or other conventional hot working methods to shape or form the dense monolithic ferrous alloy article into a useable component.  
In another embodiment, the powder particles may be consolidated using a rapid forging processing.  For instance, a medium is positioned around a can of powder particles to evenly distribute a load from a press that consolidates the powder particles.  
One skilled in the art should appreciate that other known consolidation techniques may be used, including an extrusion process.  
The ferrous alloy article described above may be processed in accordance with the foregoing processing steps to provide a combination of properties that make it particularly useful for aerospace structural components, including but not limited to landing gear components, structural components, flap tracks and slat tracks, fittings and for other applications. 
The terms and expressions which are employed in this specification are used as terms of description and not of limitation.  There is no intention in the use of such terms and expressions of excluding any equivalents of the features shown and described or portions thereof.  It is recognized that various modifications are possible within the invention described and claimed herein.
1.     A method of manufacturing a ferrous alloy article, comprising the steps of:
melting a ferrous alloy composition into a liquid; 
atomizing and solidifying the liquid into powder particles; 
outgassing to remove oxygen from a surface of the powder particles; and
consolidating the powder particles into a monolithic article.  
2.     The method of claim 1, wherein the step of consolidating the powder particles is performed using hot isostatic pressing (HIP).  
3.     The method of claim 2, wherein outgassing is performed on the powder particles positioned in a container.  
4.     The method of claim 1, wherein atomization is performed using a high pressure inert gas. 
5.     The method of claim 4, wherein the high pressure inert gas is Nitrogen.  
6.     The method of claim 4, wherein the high pressure inert gas is Argon.  
7.     The method of claim 1, wherein the monolithic article is consolidated from the powder particles in a container.  
8.     The method of claim 1, further comprising the step of separating the powder particles by size. 
9.     The method of claim 8, wherein the separated powder particles are mixed into a homogenized blend.  
10.    The method of claim 1, further comprising the step of screening the powder particles using a mesh. 
11.    The method of claim 10, wherein the separated powder particles are mixed into a homogenized blend.  
12.    The method of claim 1, wherein outgassing is performed using vacuum hot outgassing to remove oxides from the surface of the powder particles. 
13.    The method of claim 12, wherein outgassing reduces a bulk oxygen content of a resulting consolidated product to approximately ≦ 20 ppm. 
14.    The method of claim 13, wherein outgassing reduces a bulk oxygen content of a resulting consolidated product to approximately ≦ 10 ppm
15.    The method of claim 1, further comprising the step of filing a container with the powder particles.  
16.    The method of claim 1, further comprising the step of forging the monolithic article.  
17.    The method of claim 1, further comprising the step of hot working the monolithic article.  
18.    The method of claim 1, wherein the ferrous alloy composition includes, in wt. % of, about:
【表１】
2015232175.tif 000004
the balance of the ferrous alloy being iron and usual impurities including not more than about 0. 01% phosphorus and not more than about 0. 002% sulfur. 
19.    The method of claim 18, wherein the ferrous alloy composition includes, in wt. % of, about:
【表２】
2015232175.tif 000005
the balance being iron and the usual impurities including not more than about 0. 005% phosphorus and not more than about 0. 0005% sulfur. 
1．Abstract
A method of manufacturing a ferrous alloy article is disclosed and includes the steps of melting a ferrous alloy composition into a liquid, atomizing and solidifying of the liquid into powder particles, outgassing to remove oxygen from the surface of the powder particles, and consolidating the powder particles into a monolithic article.  
2．Representative  Drawing
Nothing