KR20020093803A - 철계 고온 합금 - Google Patents

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KR20020093803A
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Abstract

본 발명은 철, 알루미늄, 크롬, 탄소 합금 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 상기 합금은 우수한 실온 연성, 탁월한 고온 내산화성 및 연성을 갖는다. 상기 합금은 약 10 내지 80 원자%의 철, 약 10 내지 45 원자%의 알루미늄, 약 1 내지 70 원자%의 크롬 및 약 0.9 내지 15 원자%의 탄소를 포함한다. 본 발명은 또한, 상기 합금의 체심-입방형 고용체를 포함하는 물질 및 이 물질을 상기 고용체내에서 기재 고용체와 실질적으로 동일한 격자 상수를 갖는 체심-입방형 입자를 침전시킴으로써 강화하는 방법에 관한 것이다. 상기 합금이 나타내는 특히 고온에서의 가공의 용이성 및 탁월한 기계적 물성은 배기터빈과급기 부품과 같은 고온 구조물 용도에서의 사용을 가능하게 한다.

Description

철계 고온 합금{IRON BASE HIGH TEMPERATURE ALLOY}
현재 내열성 구조물 응용분야는 대부분 흔히 내열성 강, 내열성 합금 및 초합금(superalloy)을 사용한다. 그러나, 내열성 강, 내열성 합금 및 초합금은 비교적 높은 밀도를 갖기 때문에, 유사한 물성을 가지면서 훨씬 낮은 밀도를 가진 물질이 요구되고 있다. 세라믹 및 금속간 규칙 합금(intermetallic ordered alloy)과 같은 대체 물질이 그의 낮은 밀도 때문에 연구되고 있기는 하지만, 이들 중 어느 것도 고온 엔지니어링 응용분야에 필요한 낮은 밀도, 적절한 인장 연성, 높은 강도 및 우수한 내산화성을 균형있게 달성하지 못했다.
세라믹의 경우 인장 연성이 완전히 없어서 그의 낮은 밀도의 잇점을 상당히 제한한다. 또한, 세라믹 성분은 보통, 비교적 비용이 많이 드는 공정인 분말소결법을 통해 제조된다. 세라믹 부품은 연성의 결여 및 고가 때문에 매우 제한된 용도에서만 사용할 수 있다.
가벼운 금속간 규칙(intermetallic ordered) 물질은 적당한 고유 인장연성을 달성하지 못하였으며, 특히 실온에서 낮은 파괴인성(fracture toughness)을 나타낸다. 이러한 물성 때문에, 이들 물질을 제조하고 이들을 부품으로 제작하기 위해서는 비교적 복잡한 가공 기법이 사용되어야 한다. 이것은 생산단가를 상당히 증대시키며, 이들의 실온에서의 비교적 낮은 인성은 취급 문제 및 높은 부품 불량율을 야기한다.
상기 금속간 규칙 물질의 예로 Fe3Al이 있다. 체심 입방형(body centered cubic; BCC) 고용체(solid solution)이며 매우 연성인 순수 철과는 달리, Fe3Al은 Fe 원자와 Al 원자가 규칙적으로 배열되어 있는 규칙성(ordered) BCC 구조(일반적으로 실온에서는 DO3, 고온에서는 B2로 정의된다)를 형성한다. Fe3Al은 높은 알루미늄 함량 때문에 낮은 밀도를 가지며 약 800 ℃ 이하에서 적당히 우수한 내산화성을 갖는다. 상기 물질중의 알루미늄은 산화성 환경에서 산화물 피막을 쉽게 형성하지만 상기 산화물 피막은 강하지는 않으며 800 ℃ 이상의 온도에서 쉽게 부서진다. 더욱이, Fe3Al용 원료 물질은 또한 비교적 비싸지 않다. 그러나 Fe3Al은 매우 취성(brittle)을 가져 낮은 실온 인장 연성을 가지며 입자간형(intergranular) 및 입자교환형(transgranular) 둘다에서 쉽게 파쇄된다.
크롬을 함유하는 Fe3Al은 인장 연성면에서 제한된 개선을 나타내고 약 6.5g/cm3의 밀도로 입증되듯이 비교적 경량이지만 통상의 규칙성으로 제작된 Fe-Al-Cr 조성은 비교적 불량한 고온 강도, 내부식성 및 내산화성으로 문제가 있다.
따라서, 낮은 밀도, 우수한 인장 연성, 탁월한 내산화성 및 탁월한 작업성을 가지며 동시에 보다 우수한 내열성인 구조재를 달성하는 것이 당 분야의 지속적인 과제이다. 구체적으로, 저밀도, 고강도, 적합한 인장연성(5%이하의 인장 신율로서 규정) 및 탁월한 내산화성 및 내부식성을 가진 새로운 철계 합금에 대한 요구가 있어왔다. 상기 과제는 크롬 함유 철 알루미늄 화합물에 탄소를 가하여 체심-입방형인 철 알루미늄 크롬 탄소 합금을 형성하는 것에 의해 실질적으로 실현될 수 있다.
본 발명의 즉각적인 응용은 보트, 트럭 및 승용차에 사용되는 고속 디젤 엔진용 배기터빈과급기(turbocharger)를 포함한다. 디젤 엔진은 가솔린 엔진 보다 우수한 연료비 때문에 널리 사용된다. 그러한 연료비를 달성하고 또한 엔진 효율을 증대시키고 오염을 감소시키기 위해, 고속 디젤 엔진에는 배기터빈과급기가 통상 사용된다. 세계적으로 대부분의 사업용 트럭 뿐아니라 약 10%의 승용차가 배기터빈과급기가 장착된 고속 디젤 엔진으로 운전되고 있다.
디젤 엔진용 배기터빈과급기는 콤프레서(compressor)와 터빈(turbine)으로 이루어져 있다. 기계적인 성능 면 때문에, 고온 예를 들면 650 ℃ 이하 및 고속 회전으로 인한 높은 원심응력하에서 운전되므로 터빈이 가장 중요한 부품이다. 터빈이 작동되는 환경은 산화성이고 부식성일 수 있다.
현재, 배기터빈과급기 터빈은 비싸고 무거운 철-니켈계 합금 또는 니켈계 합금으로부터 캐스팅(cast)된다. 중량 문제 때문에 현재의 배기터빈과급기는, 터빈이 가장 효과적으로 작동되는 운전속도에 도달하기 전에, 관성을 극복하는 시간이 걸린다. 갑작스런 가속시 검은 배기 연기의 방출로 입증되듯이, 터빈이 그의 작동 속도로 도달하는데 걸리는 시간 중에는 배기 가스가 적절치 못하게 연소된다. Fe-Ni계 또는 Ni계 합금 배기터빈과급기와 관련된 상기 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 체심-입방형 철 알루미늄 크롬 탄소 합금으로부터 배기터빈과급기 터빈 및 콤프레서를 제작하게 되었다.
발명의 개요
따라서, 본 발명의 주제는 철 알루미늄의 체심-입방형 단일상 고용체, 특히 Fe-Al-Cr-C를 포함하는 물질이다. 바람직하게, 본 발명의 물질은 약 10 내지 80 원자%의 철, 약 10 내지 45 원자%의 알루미늄, 약 1 내지 70 원자%의 크롬 및 약 0.9 내지 15 원자%의 탄소를 포함한다. 본 발명의 물질은 다결정성 형태에서 탁월한 물성을 갖는다. 또한, 상기 물질은 고용체 강화(strengthening), 그레인(grain) 크기 조정을 포함하는 널리 공지된 방법 또는 강화 상(strengthningphase) 입자의 도입에 의해 강화될 수도 있다. 바람직하게는, 상기 물질은 고용체내에서 기재 고용체와 동일한 격자 상수(lattice parameter)를 실질적으로 갖는 BCC 고용체 입자를 침전시킴으로써 강화될 수 있다. 본 발명의 물질은 1150℃ 이하의 온도에서 내산화성을 가지며 약 650℃ 이하의 온도에서 탁월한 기계적 물성을 갖는다.
본 출원은 2000년 2월 11일자로 출원된 미국 가출원 제60/181,936호를 우선권 주장하여 2000년 3월 31일자로 출원된 미국 특허출원 제09/540,403호를 우선권으로 주장한다.
본 발명은 낮은 밀도, 우수한 인장 연성(tensile ductility), 및 내산화성, 내부식성, 캐스팅성 및 강도와 관련된 탁월한 물성들을 가진 철계 내열성 내부식성 합금에 관한 것이다. 본 발명의 새로운 합금은 대부분의 통상의 니켈-함유 강, 예를 들면 스테인레스강, 내열강 및 내열합금 보다 약 20-25% 가볍고 20-80% 저렴하다.
본 발명의 개시내용의 일부를 형성하는 하기 도면은 본 발명의 추가적인 한 태양을 설명하는 것이다. 도면에서, 도 1은 BCC상 계를 보여주는 3성분상 다이아그램이다.
본 발명의 한 실시태양은, 저밀도 (예를 들면 5.5 내지 7.5 g/cm3, 바람직하게는 6.1 g/cm3), 적당한 실온 인장 연성, 탁월한 고온 강도, 내산화성 및 내부식성을 가진 신규의 Fe-Al-Cr-C 체심-입방형 고용체 합금이다.
본 발명의 합금은 바람직하게는 약 10 내지 80 원자%의 철, 약 10 내지 45 원자%의 알루미늄, 약 1 내지 70 원자%의 크롬 및 약 0.9 내지 15 원자%의 탄소를 포함하며, 이때 알루미늄과 크롬의 총량은 최소한 30원자%의 양으로 존재한다.
원하는 최종 물성에 따라 크롬 함량은 변할 수 있으며 다른 바람직한 범위로될 수도 있다. 예를 들어, 캐스팅(주물) 재료는 약 5 내지 20 원자%의 크롬을 사용하는 반면, 단련(wrought) 재료는 보다 적은 량, 예를 들면 약 1 내지 10 원자%의 크롬을 사용한다.
본 발명에서는, 분말 x-선 회절법을 사용하여 회절 피크의 상대적인 강도로부터 BCC상의 존재를 결정한다. 본 발명에서, BCC상은 단일 BCC상이거나 실질적으로 동일한 격자 상수들을 가진 몇 개의 BCC상들의 조합이다. BCC상은 비-BCC상이 3% 미만인 상으로서 규정된다. 즉, 하나의 상의 회절 패턴이 약한 비-BCC 피크들을 보일지라도 비-BCC 피크들의 상대적인 강도가 가장 강한 BCC 피크의 강도의 3% 미만이라면 그 상은 BCC상으로 여전히 간주된다. 이와 같은 결정은 도 1에 나타낸 3성분상 다이아그램의 범주를 한정하기 위해 필요한 것일 뿐이며, 그 이유는 그러한 범주 내에서의 회절 패턴은 단지 BCC 피크만을 보이기 때문이다.
본 발명의 물질은 약 650 ℃ 이하의 온도에서 320 MPa 이하의 항복 강도(yield strength)를 갖는다. 또한, 본 발명의 물질의 항복강도는 실온에서 약 600 ℃로 온도가 증가함에 따라 증가하거나 또는 동일하게 유지된다. 하나의 실시태양에서, 본 발명 물질의 항복 강도는 온도가 실온에서 600 ℃로 증가함에 따라 급증하는데, 이는 전형적인 BCC 물질과는 반대이다. BCC 물질의 항복 강도는 일반적으로 온도가 증가함에 따라 감소한다.
본 발명의 물질은, (a) 상기 고용체에 추가의 고용체 상을 혼입하는 것에 의해, (b) 그레인 크기 조정에 의해, (c) 강화상 입자를 도입하는 것에 의해, 또는 (d) 고용체에 강화 요소를 첨가하는 것에 의해 추가로 강화될 수 있다.
추가의 고용체 상의 혼입은 상기 고용체내에서 체심-입방형 입자를 침전시킴으로써 수행될 수 있으며, 이때 상기 입자는 상기 고용체와 동일한 격자 상수를 실질적으로 갖는다.
상기 강화는 또한, Y2O3와 같은 내화 산화물 입자를 상기 고용체에 첨가하는 것에 의해 수행될 수 있다.
본 발명에서는, 상당량의 탄소 및 크롬을 첨가하면 경량 철-알루미늄이 강제 BCC 합금에서 BCC 고용체로 변환됨을 기대치않게 발견하게 되었다. 또한, 본 발명에서 탄소의 용해도(solubility)는 크롬의 양이 증가함에 따라 및 알루미늄의 양이 감소함에 따라 증가하는 것을 발견하였다.
본 발명의 경량 합금은 적합한 실온 인장연성을 갖는다. 이하에서 물성으로 예시하는 바와 같이, 낮은 밀도, 적합한 인장 연성 및 고온 강도의 조합으로 경량 내열성 구조재의 기술이 상당히 혁신될 수 있다.
또한, 표준 가공 기술(예를 들면 캐스팅)을 사용하여 본 발명의 합금을 원하는 제품으로 성형할 수 있음을 발견하였다. 따라서, 본 발명의 하나의 목적은 표준 가공기술을 사용하여 Fe-Al-Cr-C 고용체 상을 포함하는 제품 또는 복합체를 제조하는 것이다 (이때, 상기 고용체 상은 각각 체심-입방형 및 단일상이며, 이들의 격자상수는 서로 실질적으로 일치된다).
본 발명의 또 하나의 목적은 본 발명의 합금을 포함하는 배기터빈과급기 부재, 특히 터빈 로터(turbine rotor) 또는 콤프레서(compressor)를 제조하는 것이다.
물성
A. 내산화성
본 발명의 물질은 고온 산화성 환경에 노출시의 물질의 중량 변화로 규정되는 내산화성이 탁월하다. 실제로, 본 발명의 물질은 스테인레스강, 내열강, 내열합금 및 초합금 보다 우수한 내산화성을 나타낸다. 하나의 실시태양에서, 본 발명의 물질은 공기 중에서 1000℃에서 100시간 이상 후에도 0.2 g/m2일의 중량손실율을 나타낸다. 이와 같은 탁월한 내산화성은 본 발명 물질중의 다량의 알루미늄과 크롬으로 인한 것으로 여겨진다.
B. 강도
본 발명에 따라 제조된 제품은 고온 강도, 예를 들면 650℃ 이하의 온도에서 높은 강도를 나타내며, 이는 스테인레스강 및 대부분의 내열강 및 합금 보다 우수한 것이다. 본 발명 물질과 관련된 저밀도를 고려할 때, 상기 물질의 650 ℃이하의 온도에서의 비(specific)강도는 훨씬 더 우수한 것이다. 예를 들면, 본 발명은 캐스팅된 형태에서 650℃이하에서 320 MPa 이상의 항복강도를 갖는다. 이 합금의 강도는, 그레인 조정 (예를 들면 핫-롤링(hot-rolling) 후 재결정함으로써 제품의 미세구조를 변화시킴), 고용체 강화 (예를 들면 고용체에 강화 요소를 혼입시킴) 및 제2상 입자 강화와 같은 통상의 강화법으로 더 개선될 수 있다.
제2상 입자 강화는 Y2O3와 같은 내화성 산화물의 외첨(external addition)으로 달성될 수 있다. 제2상 입자 강화는 동일계(in situ) 기법을 통해 내부적으로 행해지는 것이 바람직하다. Fe-Al-Cr-C 조성의 조정에 의해 Fe-Al-Cr-C의 내부 입자가 고용체 내에서 침전된다. 예를 들면, 상기 고용체 내의 체심-입방형 입자의 양 및 분포는 조성물 내의 철, 알루미늄 및 탄소의 양의 조절에 의해 조절될 수 있다. 이들 입자 또한 BCC이며, 그들의 격자 상수는 실질적으로 주변 고용체와 일치하여 상간의 차이(gradient)와 관련된 응력이 배제되고 고온 안정성을 제공한다.
본 발명 물질과 관련된 내산화성 및 고온 강도의 조합은 본 발명 물질을 650 ℃ 이하의 온도에서 산화성 분위기에 노출되는 하중에 견디는(load-bearing) 부재로 사용하기 쉽게 한다. 본 발명 물질은 또한 하중에 견디는 부재가 아닌 경우에는 1200 ℃ 정도의 높은 온도에서 사용될 수 있다.
C. 내부식성
본 발명의 물질을 포함하는 제품은 또한 질산 용액 중에서 시험할 때 우수한 내부식성을 나타낸다. 본 발명 물질은 실온에서 20 내지 65% 범위의 HNO3용액 중에서 0.01 mm/년 미만의 중량 손실 정도의 내부식율을 갖는다. 상기 물질은 또한 전술한 조건에 노출시 그레인(grain) 경계 부식을 나타내는 아무런 표식을 보이지않는다.
D. 연성
본 발명의 물질은 적합한 실온 인장연성 및 700 ℃ 이상에서의 우수한 인장연성을 가져 우수한 고온 작업성을 제공한다. 예를 들어, 본 발명 물질은 캐스팅된 형태에서 실온에서 5% 이상의 인장연성을, 900 ℃에서 95% 이상의 인장연성을 보인다. 따라서, 본 발명의 물질은 900 ℃ 이상의 온도에서 쉽게 핫-롤링된다.
E. 캐스팅성(castability)
본 발명 물질은 탁월한 캐스팅성 특성, 예를 들면 용융시의 낮은 점도 때문에, 표준 금속 용융 및 캐스팅 기법을 사용하여 최종 제품을 제조할 수 있다. 상기 제품은 제어되거나 보호성 대기, 예를 들면 불활성 기체 또는 진공하에서 수행되는 통상의 인덕션 용융(induction melting) 기법을 사용하여 제조될 수 있다. 상기 물질의 거의 최종(near net) 형태의 제품을 형성하는 고유의 능력은 용융 합금의 유동성과 강화상의 특성의 조합으로 인한 것이다. 바람직하게는 상기 물질은 공융(eutectic) 구조를 갖는다. 탁월한 흐름 특성과 관련된 이 미세구조는 용융된 합금이 주형(mold)의 형태에 순응하게 하여, 사용 전에 추가의 마무리 단계가 필요 없는 거의 최종 형태의 제품을 생성하게 한다.
본 발명에 따라 제조된 제품의 상기 미세구조는 캐스팅 온도를 조절하는 것에 의해 더욱 조절될 수 있다. 예를 들면, 보다 높은 캐스팅 온도는 제2의 강화상의 보다 미세한 입경을 생성할 수 있음을 발견하였다. 예로써, 제2상 침전물의 평균 입경이 약 50 ㎛미만, 바람직하게는 약 10-20㎛인 경우가 미소한(fine) 미세구조이다.
제품
하나의 실시태양에서, 진공 캐스팅법을 사용하여 약 0.5mm 두께의 가장 얇은 블레이드(blade)를 가진 캐스팅된 배기터빈과급기 터빈 로터를 제조하였다. 이하 실시예 1에 나타낸 바와 같이, 캐스팅된 배기터빈과급기 터빈 로터는 650 ℃ 이하의 탁월한 고온 강도를 나타내었다. 이 고온 강도는 현재 배기터빈과급기에 사용되는 캐스팅된 철-니켈 계 내열성 합금과 유사한 값이다. 그러나, 본 발명 물질의 저밀도 덕분에 상기 비강도는 현재의 캐스팅된 철-니켈계 배기터빈과급기보다 약 25% 이상 높다. 예를 들어, 본 발명 합금을 포함하는 배기터빈과급기 터빈이 약 6.1 g/cm3의 밀도를 갖는 반면, 캐스팅된 철-니켈계 합금은 약 8.1 g/cm3의 밀도를 갖는다. 따라서, 본 발명에 따라 제조된 배기터빈과급기 터빈은 표준 철-니켈계 배기터빈과급기 터빈 로터 보다 중량면에서 약 25% 가볍다.
배기터빈과급기의 경량 터빈 로터는 관성을 극복하고 현재 사용되는 보다 무거운 철-니켈계 배기터빈과급기에 비해 빨리 운전 속도에 도달하므로 오염을 상당히 감소시킨다. 이러한 효과 때문에, 가속 시간이 적어도 25% 감소될 수 있으며, 이는 보다 무거운 철-니켈 배기터빈과급기에 비해 가속 중 배기 가스가 보다 효과적으로 연소되게 한다. 실제로, 배기터빈과급기 터빈 로터 및 콤프레서 제조에 사용된 본 발명의 경량 합금은 디젤 엔진이 과도(transient)(가속되는(accelerating)) 방출 기준 및 안정 상태(steady state) 방출 기준을 만족하게 한다.
상기 성능 잇점 외에, 본 발명 합금으로 이루어진 물질은 상당히 가격이 저렴하여, 예를 들면 통상의 니켈-철 배기터빈과급기에 비해 적어도 50% 저렴하다. 이러한 가격의 차이는 기본적으로는, 본 발명 합금에는 없지만 표준 배기터빈과급기에는 다량 존재하는 니켈과 관련되어 있다.
마지막으로, 본 발명 합금은 철-니켈 합금 또는 니켈계 합금 배기터빈과급기 터빈 로터보다 훨씬 우수한 내산화성을 갖는다.
본 발명을 일반적으로 기술하는 이하의 실시예로써 본 발명의 추가로 설명한다.
실시예 1
도 1에 규정된 범위 내에 드는 조성물을 포함하는 Fe-Al-Cr-C 제품을 표준 용융 기법에 의해 제조하였다. 상기 조성물을 진공하에 용융시켜 용융된 Fe-Al-Cr-C 합금을 형성하고, 이를 이어서 제품 형태의 공동(cavity)을 가진 주형(mold)에 부었다. 채워진 주형을 공기중에서 실온으로 모래냉각될(sand-cooled) 때까지 진공으로 유지하여 캐스팅된 제품을 얻었다. 캐스팅된 제품을 이어서 주형에서꺼내었으며, 이것은 약 6.1 g/cm3의 밀도를 가진 Fe-Al-Cr-C 체심 입방형 고용체임이 확인되었다.
상기 캐스팅된 제품의 기계적 물성을 하기 표 1에 나타내었다. 표로부터 알 수 있듯이 본 발명의 물질은 650 ℃이하에서 탁월한 항복 및 인장 강도를 갖고, 특히 900 ℃에서 우수한 인장 연성을 나타내었다.
bcc Fe-Al-Cr-C 합금의 기계적 물성
온도(℃) 0.2% 옵셋(offset)항복강도σy(MPa) 인장강도σb(MPa) 신율(%)
실온 360 500 5.3
200 375 580 5.8
400 364 617 8.8
500 353 600 8.7
600 361 530 8.7
650 324 403 9.3
700 170 247 33
750 116 168 43
800 90 112 66.7
900 54 68 95.8
1000 26 32 39.2
하기 표 2는 또한, 본 발명 물질이 1150 ℃ 이하에서 거의 완전한 내산화성임을 보여준다.
bcc Fe-Al-Cr-C 합금의 내산화성
온도(℃) 공기중에서 100시간 후의중량변화율(g/m2d)
600 0.015
700 0.074
800 0.065
900 0.096
1000 -0.2
1100 -2
1150 0.42
하기 표 3은 본 발명 물질의 심지어 65% 질산 용액에서의 탁월한 내부식성 특성을 보여준다.
bcc Fe-Al-Cr-C 합금의 내부식성
HNO3용액(%) 부식율(mm/년)
5 0.04
20 0.009
35 0.0084
50 0.0062
65 0.0075
본 발명을 일반적으로 및 그의 실시태양을 참조로 기술하였으나, 본 발명의 범위는 전술한 실시태양에 국한되는 것이 아니라 첨부된 청구범위 및 그의 균등범위에 의해 한정된다.

Claims (51)

  1. Fe-Al-Cr-C의 체심-입방형 고용체(solid solution)를 포함하는 물질.
  2. 제 1 항에 있어서, 약 10 내지 80 원자%의 철, 약 10 내지 45 원자%의 알루미늄, 약 1 내지 70 원자%의 크롬 및 약 0.9 내지 15 원자%의 탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질.
  3. 제 2 항에 있어서, 알루미늄 및 크롬이 적어도 30 원자%의 총량으로 존재하는 것을 특징으로 하는 물질.
  4. 제 1 항에 있어서, 약 650 ℃ 이하에서 320 MPa 이상의 항복강도를 갖는 것을 특징으로 하는 물질.
  5. 제 1 항에 있어서, 다결정성임을 특징으로 하는 물질.
  6. 제 1 항에 있어서,
    (a) 상기 고용체에 추가의 고용체 상 혼입,
    (b) 그레인(grain) 크기 조절,
    (c) 강화 상 입자의 도입, 또는
    (d) 고용체에 강화 요소 첨가
    에 의해 강화됨을 특징으로 하는 물질.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 고용체내에서 상기 고용체와 실질적으로 동일한 격자 상수를 갖는 체심-입방형 입자를 침전시킴으로써 강화됨을 특징으로 하는 물질.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 고용체에 내화성 산화물 입자를 첨가함으로써 강화됨을 특징으로 하는 물질.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 내화성 산화물 입자가 Y2O3를 포함함을 특징으로 하는 물질.
  10. 제 1 항에 있어서, 약 5.5 내지 약 7.5 g/cm3범위의 밀도를 가짐을 특징으로 하는 물질.
  11. 제 10 항에 있어서, 밀도가 약 6.1 g/cm3임을 특징으로 하는 물질.
  12. 제 1 항에 있어서, 실온에서 약 600 ℃로 온도가 증가함에 따라 동일하게 유지되거나 증가하는 항복 강도를 가짐을 특징으로 하는 물질.
  13. 제 1 항에 있어서, 약 1150℃ 이하의 온도에서 산화로 인한 중량변화가 거의 없는 것을 특징으로 하는 물질.
  14. 제 1 항에 있어서, 약 900℃의 온도에서 약 95% 이상의 인장 연성을 가짐을 특징으로 하는 물질.
  15. 각각 약 10 내지 80 원자%의 철, 약 10 내지 45 원자%의 알루미늄, 약 1 내지 70 원자%의 크롬 및 약 0.9 내지 15 원자%의 탄소의 조성을 가진 체심-입방형(body-centered cubic) 및 단일상(single phase)이며 실질적으로 동일한 격자 상수(lattice parameter)를 갖는 Fe-Al-Cr-C의 고용체상(solid solution phases)들을 포함하는 복합체.
  16. 약 10 내지 80 원자%의 철, 약 10 내지 45 원자%의 알루미늄, 약 1 내지 70 원자%의 크롬 및 약 0.9 내지 15 원자%의 탄소의 조성물을 포함하는 Fe-Al-Cr-C의 다결정성 고용체.
  17. 제 16 항에 있어서, 알루미늄 및 크롬이 적어도 30 원자%의 총량으로 존재하는 것을 특징으로 하는 다결정성 고용체.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 다결정성 고용체에 추가의 고용체상을 혼입함으로써 강화됨을 특징으로 하는 다결정성 고용체.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 다결정성 고용체내에서 상기 다결정성 고용체와 실질적으로 동일한 격자 상수를 갖는 체심-입방형 입자를 침전시킴으로써 강화됨을 특징으로 하는 다결정성 고용체.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 다결정성 고용체에 내화성 산화물 입자를 첨가함으로써 강화됨을 특징으로 하는 다결정성 고용체.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 내화성 산화물 입자가 Y2O3를 포함함을 특징으로 하는 다결정성 고용체.
  22. Fe-Al-Cr-C의 체심-입방형 고용체(solid solution)를 포함하는 제품.
  23. 제 22 항에 있어서, 약 10 내지 80 원자%의 철, 약 10 내지 45 원자%의 알루미늄, 약 1 내지 70 원자%의 크롬 및 약 0.9 내지 15 원자%의 탄소의 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 제품.
  24. 제 23 항에 있어서, 알루미늄 및 크롬이 적어도 30 원자%의 총량으로 존재하는 것을 특징으로 하는 제품.
  25. 제 22 항에 있어서, 약 5.5 내지 약 7.5 g/cm3범위의 밀도를 가짐을 특징으로 하는 제품.
  26. 제 25 항에 있어서, 밀도가 약 6.1 g/cm3임을 특징으로 하는 제품.
  27. 제 22 항에 있어서, 약 650 ℃ 이하의 온도에서 부하(load)가 걸리도록 위치됨을 특징으로 하는 제품.
  28. 제 27 항에 있어서, 약 650 ℃ 이하에서 320 MPa 이상의 항복강도를 가짐을 특징으로 하는 제품.
  29. 제 22 항에 있어서, 실온에서 약 600 ℃로 온도가 증가함에 따라 동일하게 유지되거나 증가하는 항복 강도를 가짐을 특징으로 하는 제품.
  30. 제 22 항에 있어서, 약 1150℃ 이하의 온도에서 산화로 인한 중량변화가 거의 없는 것을 특징으로 하는 제품.
  31. 제 22 항에 있어서, 약 900℃의 온도에서 약 95% 이상의 인장 연성을 가짐을 특징으로 하는 제품.
  32. 제어된 대기하에서 약 10 내지 80 원자%의 철, 약 10 내지 45 원자%의 알루미늄, 약 1 내지 70 원자%의 크롬 및 약 0.9 내지 15 원자%의 탄소를 포함하는 조성물을 용융시켜 용융된 Fe-Al-Cr-C 합금을 형성하고,
    제어된 대기하에서 상기 용융 합금을 제품 형상의 공동(cavity)을 가진 주형에 붓고,
    상기 용융 합금을 실온으로 냉각하여 고체의 캐스팅된 제품을 형성하고,
    캐스팅된 제품으로서의 상기 고체를 상기 주형에서 꺼내는 것
    을 포함하는, 제 22 항의 제품의 제조 방법.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 제어된 대기가 불활성 기체 또는 진공으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 고용체내에서 상기 고용체와 실질적으로 동일한 격자 상수를 갖는 체심-입방형 입자를 침전시키는 것을 포함하는, 제 1 항의 물질의 강화 방법.
  35. 제 34 항에 있어서, 고용체내의 체심-입방형 입자의 양 및 분포를 철, 알루미늄, 크롬 및 탄소의 양을 조절함으로써 조절하는 것을 특징으로 하는 강화 방법.
  36. Fe-Al-Cr-C의 체심-입방형 고용체(solid solution)를 포함하는 배기터빈과급기 부품(turbocharger part).
  37. 제 36 항에 있어서, 약 10 내지 80 원자%의 철, 약 10 내지 45 원자%의 알루미늄, 약 1 내지 70 원자%의 크롬 및 약 0.9 내지 15 원자%의 탄소의 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기터빈과급기 부품.
  38. 제 37 항에 있어서, 알루미늄 및 크롬이 적어도 30 원자%의 총량으로 존재하는 것을 특징으로 하는 배기터빈과급기 부품.
  39. 제 36 항에 있어서, 약 650 ℃ 이하의 온도에서 부하가 걸리도록 위치됨을 특징으로 하는 배기터빈과급기 부품.
  40. 제 39 항에 있어서, 약 650 ℃ 이하에서 320 MPa 이상의 항복강도를 갖는 것을 특징으로 하는 배기터빈과급기 부품.
  41. 제 36 항에 있어서, 실온에서 약 600 ℃로 온도가 증가함에 따라 동일하게유지되거나 증가하는 항복 강도를 가짐을 특징으로 하는 배기터빈과급기 부품.
  42. 제 36 항에 있어서, 약 5.5 내지 약 7.5 g/cm3범위의 밀도를 가짐을 특징으로 하는 배기터빈과급기 부품.
  43. 제 42 항에 있어서, 밀도가 약 6.1 g/cm3임을 특징으로 하는 배기터빈과급기 부품.
  44. 제 36 항에 있어서, 상기 고용체내에서 상기 고용체와 실질적으로 동일한 격자 상수를 갖는 체심-입방형 입자를 침전시킴으로써 강화됨을 특징으로 하는 배기터빈과급기 부품.
  45. 제 36 항에 있어서, 터빈 로터(turbine rotor)임을 특징으로 하는 배기터빈과급기 부품.
  46. 제 45 항에 있어서, 상기 터빈 로터가 약 0.5 mm 두께의 블레이드(blade)를 가짐을 특징으로 하는 배기터빈과급기 부품.
  47. 제 36 항에 있어서, 콤프레서(compressor)임을 특징으로 하는 배기터빈과급기 부품.
  48. 보호성 대기하에서 약 10 내지 80 원자%의 철, 약 10 내지 45 원자%의 알루미늄, 약 1 내지 70 원자%의 크롬 및 약 0.9 내지 15 원자%의 탄소를 포함하는 조성물을 용융시켜 용융된 Fe-Al-Cr-C 합금을 형성하고,
    보호성 대기하에서 상기 용융 합금을 배기터빈과급기 부품 형상의 공동(cavity)을 가진 주형에 붓고,
    상기 용융 합금을 실온으로 냉각하여 고체의 캐스팅된 배기터빈과급기 부품를 형성하고,
    캐스팅된 배기터빈과급기 부품으로서의 상기 고체를 상기 주형에서 꺼내는 것
    을 포함하는, 배기터빈과급기 부품의 제조 방법.
  49. 제 48 항에 있어서, 상기 캐스팅된 배기터빈과급기 부품이 사용전에 추가의 마무리 단계를 필요로 하지 않음을 특징으로 하는 방법.
  50. 제 48 항에 있어서, 상기 부품이 터빈 로터임을 특징으로 하는 방법.
  51. 제 48 항에 있어서, 상기 부품이 콤프레서임을 특징으로 하는 방법.
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