(57)【要約】本発明は、低い程度から中程度の炭素含量、高強度、及び高延性の鋼組成物に関する。本発明は比較的に低いニッケル含量を含み、しかもなお高い性能特性を示し、高レベルのニッケルを含む合金組成物よりもかなり低いコストで製造される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で本質的に約０．１６％〜約０．３５％の炭素、最大約０．８５％のマンガン、最大約１．２５％のケイ素、約１．５０％〜約３．２５％のクロム、最大約５．００％のニッケル、最大約０．５５％のモリブデン、約０．７０％〜約３．２５％のタングステン、約０．０５％〜約０．３０％のバナジウム、最大約０．５０％の銅、最大約０．０１５％のリン、最大約０．０１２％の硫黄、最大約０．０２％のカルシウム、最大約０．１４％の窒素、最大約０．０５％のアルミニウム、及び残りは本質的に鉄、からなる合金鋼。
【請求項２】
本質的に約０．２８％の炭素、約０．７４％のマンガン、約０．０１２％のリン、約０．００３％の硫黄、約１．０３％のニッケル、約２．７５％のクロム、約０．０１１％のアルミニウム、約１．１７％のタングステン、約１％のケイ素、約０．３６％のモリブデン、約０．００７３％の窒素、約０．０６％のバナジウム、約０．１％の銅、約０．０２％のカルシウム、及び残りは本質的に鉄からなる、請求項１に記載の合金鋼。
【請求項３】
ａ）焼ならすことと；
ｂ）オーステナイト化することと；
ｃ）油焼入れすることと；
ｄ）焼戻すことと；
を含む、合金鋼を熱処理する方法。
【請求項４】
焼ならしは：
ａ）前記合金鋼を５００°F未満の炉中に装填することと；
ｂ）前記合金鋼を最大１２５°F毎時で約１７２５〜１７７５°Fに加熱することと；
ｃ）前記合金鋼を１インチの区画サイズ当り１７５０°Fで１時間維持することと；
ｄ）前記合金鋼を空気中で室温に冷却することと；
をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
オーステナイト化は：
ａ）前記合金鋼を５００°F未満の炉中に装填することと；
ｂ）前記合金鋼を最大１２５°F毎時で約１６７５〜１７２５°Fに加熱することと；
ｃ）前記合金鋼を１インチの区画サイズ当り１７００°Fで１時間維持することと；
をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記合金鋼は１２５°F未満に油焼入れされる、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記合金鋼は、油焼入れの前に約９７５〜１０２５°Fに静止空冷される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
焼戻しは：
ａ）前記合金鋼を５００°F未満の炉中に装填することと；
ｂ）前記合金鋼を最大１００°F毎時で約４９０〜５１０°Fに加熱することと；
ｃ）前記合金鋼を１インチの区画サイズ当り５００°Fで１時間維持することと；
ｄ）前記合金網を空気中で室温に冷却することと；
をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
ａ）焼ならすことと；
ｂ）オーステナイト化することと；
ｃ）ガス焼入れすることと；
ｄ）焼戻すことと；
を含む、合金鋼を熱処理する方法。
【請求項１０】
焼ならしは：
ａ）前記合金鋼を５００°F未満の炉中に装填することと；
ｂ）前記合金鋼を最大９００°F毎時で約１７２５〜１７７５°Fに加熱することと；
ｃ）前記合金鋼を１インチの区画サイズ当り１７５０°Fで１時間維持することと；
ｄ）前記合金網を空気中で室温に冷却することと；
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
オーステナイト化は：
ａ）前記合金鋼を５００°F未満の炉中に装填することと；
ｂ）前記合金鋼を最大９００°F毎時で約１６７５〜１７２５°Fに加熱することと；
ｃ）前記合金鋼を１インチの区画サイズ当り１７００°Fで１時間維持することと；
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記合金鋼は１２５°F未満にヘリウムまたは窒素ガス焼入れされる、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記合金鋼をヘリウムまたは窒素を用いて約９７５〜１０２５°Fに空冷することを促進することは、ガス焼入れの前に行われる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
焼戻しは：
ａ）前記合金鋼を５００°F未満の炉中に装填することと；
ｂ）前記合金鋼を１００°F毎時で約４９０〜５１０°Fに加熱することと；
ｃ）前記合金鋼を１インチの区画サイズ当り５００°Fで１時間維持することと；
ｄ）前記合金網を空気中で室温に冷却することと；
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
焼戻しは：
ａ）前記合金鋼を５００°F未満の炉中に装填することと；
ｂ）前記合金鋼を最大１００°F毎時で約４９０〜５１０°Fに加熱することと；
ｃ）前記合金鋼を１インチの区画サイズ当り５００°Fで１時間維持することと；     
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
ａ）焼ならすことと；
ｂ）オーステナイト化することと；
ｃ）水焼入れすることと；
ｄ）焼戻すことと；
を含む、合金鋼を熱処理する方法。
【請求項１７】
焼ならしは：
ａ）前記合金鋼を５００°F未満の炉中に装填することと；
ｂ）前記合金鋼を最大１２５°F毎時で約１７２５〜１７７５°Fに加熱することと；
ｃ）前記合金鋼を１インチの区画サイズ当り１７５０°Fで１時間維持することと；
ｄ）前記合金網を空気中で室温に冷却することと；
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
オーステナイト化は：
ａ）前記合金鋼を５００°F未満の炉中に装填することと；
ｂ）前記合金鋼を最大１２５°F毎時で約１６７５〜１７２５°Fに加熱することと；
ｃ）前記合金鋼を１インチの区画サイズ当り１７００°Fで１時間維持することと；
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
焼入れは：
ａ）前記合金鋼を約９７５〜１０２５°Fに静止空冷することと；
ｂ）前記合金鋼を１２５°F未満に水焼入れすることと；
を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
焼戻しは：
ａ）前記合金鋼を５００°F未満の炉中に装填することと；
ｂ）前記合金鋼を最大１００°F毎時で約４９０〜５１０°Fに加熱することと；
ｃ）前記合金鋼を１インチの区画サイズ当り５００°Fで１時間維持することと；
ｄ）前記合金網を空気中で室温に冷却することと；
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
請求項１に記載の重量％で合金鋼を含む爆弾ケーシング材料。
【請求項２２】
請求項２に記載の重量％で合金鋼を含む爆弾ケーシング材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低い程度から中程度の炭素含量及び高延性を有する低合金高力鋼組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
低コストで高強度高性能な鋼組成物に対する需要が当分野において存在する。このような高力高性能鋼は、民生用及び軍需産業の両方において様々な用途を有する。例えば、高力高性能鋼の民生用途としては、以下のものが挙げられる：圧力容器；液圧及び機械プレス構成要素；事業用航空機機体及び着陸装置構成要素；構成要素の製造のためのダイブロック鋼を含む機関車、自動車、及びトラック構成要素；並びに橋の構造部材。高力高性能鋼の典型的な軍事用途としては、硬質標的侵入体弾頭ケース（hard target penetrator warhead case）、フレームを含むミサイル構成要素、モータ、及び銃構成要素を含む砲構成要素、装甲板、軍用機機体及び着陸装置構成要素が挙げられる。
【０００３】
このような用途における高力高性能鋼の使用における１つの主要な不利益は、鋼の比較的に高いコストであり、これは、このような高力鋼に関連する高合金含量及び高価な関連製造プロセスの結果である。高力鋼を製造するために、従来技術の組成物は、高価な元素であり、最終鋼製品の高い全コストの一因となる高レベルのニッケルを含んだ。一般にＡＦ−１４１０と呼ばれ、米国特許第4,076,525号（本明細書において参考のために引用する）において説明されている１つの従来技術の組成物は、ＡＦ−１４１０鋼組成物全体の約９．５〜約１０．２５重量％を占めるニッケルの高重量％が理由となって高価なコストで高力高性能鋼を提供する。従って、比較的に廉価に製造できる改良された低合金高力高性能鋼組成物に対する必要が存在する。
【０００４】
本発明は、従来技術において周知の高力鋼組成物と同じ望ましい高い性能特性を示し、現在の“最新式の”製造技術に従ってかなり低いコストで製造できる（取鍋溶解及び精錬対真空溶解及び精錬）低合金で低い程度から中程度の炭素含量及び低ニッケル含量の鋼組成物を提供することによって、従来技術における既存の必要を解決する。低炭素及び低合金含量は、本発明の鋼組成物をより容易に溶接し、より容易に熱処理させる。現在の爆弾ケース材料は一般に溶接可能ではないが、本明細書において開示する爆弾ケース材料は非常に容易に溶接される。溶接性は爆弾ケースを製造するための選択肢を増大させようし、この結果、このタイプの用途の場合の全生産費をかなり低減するはずである。
【０００５】
本発明の鋼組成物は、高力高性能鋼が望ましいところではどこでも有用性を有する。本発明の低合金高力鋼組成物は、１０００フィート毎秒を超えるような高い着速を発射体に与えて、岩石及びコンクリートバリアに深く侵入するような発射侵入体（projectile penetrator）用途において特に有用である。本発明に従って製造した鋼の強度、靱性及び耐摩耗性は、向上した侵入体性能を提供し、同時に、より少量のより高価な合金元素、例えばニッケルを使用することによって製造コストを低減する。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は、低合金元素及び低い程度から中程度の炭素含量を有する“エグリン鋼（Eglin steel）”と呼ばれる高力高延性鋼組成物に関する。本発明のエグリン鋼組成物は、比較的に低レベルのニッケルを含み、しかもなお高レベルのニッケルを含む鋼組成物に匹敵する高強度及び高い性能特性を維持する。
【０００７】
本発明の目的は、比較的に低いニッケル含量を有する低合金高力鋼組成物を提供することにある。
本発明の別の目的は、特定の具体的な熱処理によって製造されて最適な機械的性質を示す低合金高力鋼組成物を提供することにある。
【０００８】
本発明のさらに別の目的は、高合金に伴う高い生産費を避ける高性能鋼組成物を提供することにある。
本発明のなおさらなる目的は、爆弾ケース（bomb case）を製造するための選択肢を増大させ、従って、全生産費をかなり低減するように、溶接可能な爆弾ケース材料を製造することにある。
【０００９】
本発明の前述の特徴及び利点並びに他の特徴及び利点は、以下の好適な具体例の詳細な説明を考慮して、より明白になろう。本発明を１つ以上の好適な具体例に関連して説明するが、これはその具体例を限定することを意図したものではないことは理解できよう。反対に、本発明は、添付の請求の範囲によって定義されるその精神及び範囲内に含めてよい全ての代替物、修正及び同等物を包含することを意図している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、“エグリン鋼”と呼ばれる、低合金元素、低い程度から中程度の炭素含量、高強度、及び高延性の鋼組成物に関する。エグリン鋼は比較的に低いニッケル含量を含み、しかもなお高い性能特性を示す。エグリン鋼は、その上、高レベルのニッケルを含む合金組成物よりもかなり低いコストで製造される。
【００１１】
本発明の低合金エグリン鋼は、下記の表１において述べるように以下の重量％を有する。
【００１２】
【表１】
2006518811.tif 000002
【００１３】
エグリン鋼の特定の合金元素は望ましい特性を提供する。ケイ素は靱性を向上させ、オーステナイトを安定化する。クロムは強度及び焼入性を向上させる。モリブデンは焼入性を向上させる。硫黄制御剤（sulfur control agent）としてカルシウムを添加する。バナジウム及びニッケルは靱性を増大させる。タングステンは強度及び耐摩耗性を向上させる。
【００１４】
本発明の合金を以下のプロセスによって製造できる：（ｉ）アーク、取鍋精錬及び真空処理；（ｉｉ）真空誘導溶解；（ｉｉｉ）真空アーク再溶解；及び／または（ｉｖ）エレクトロスラグ再溶解。最終品目の使用は、適用されるべき製造プロセスを決定しよう。例として、限定使用及び低責任品目（limited use and low liability item）は、アーク、取鍋精錬及び真空処理製造プロセスのみを使用することによって製造される。別の例においては、中使用及び中責任品目は、アーク、取鍋精錬及び真空処理プロセス、または、アーク、取鍋精錬、真空処理プラス真空アーク再溶解プロセスを使用することによって製造される。アーク、取鍋精錬、真空処理プラスエレクトロスラグ再溶解もまた含めてよい。さらに別の例においては、高使用及び高責任品目の例えば機体構成要素は、真空誘導溶解プロセス、真空アーク再溶解プロセス、または真空誘導溶解プロセス、真空アーク再溶解プロセス及びエレクトロスラグ再溶解製造プロセスを必要とする。責任及び製造プロセス数が増大するにつれて、コストもまた増大する。エグリン鋼から製造された最終製品は、自由鍛造、密閉ダイ鍛造（close die forging）、中実または中空押出し方法、静止または遠心鋳造、連続鋳造、厚板圧延、棒圧延または他の従来の方法を使用して製造できる。
【００１５】
本発明を、以下の非限定例によってより具体的に説明し、示す。
【実施例】
【００１６】
実施例１
本発明のエグリン鋼合金組成物の５つの試料ヒート（例えば、ＥＳ−１〜ＥＳ−５と呼ばれる組成変化）を、上記の表１における組成範囲に従って製造した。所望の特性を得るための典型的な組成を、以下の重量％で下記の表２に列記する。
【００１７】
【表２】
2006518811.tif 000003
【００１８】
試料を圧延して厚さ１インチのプレートにし、以下のプロセスに従って熱処理した。第１に、（ｉ）試料を５００°F未満の炉中に装填することと；（ｉｉ）試料を最大１２５°F毎時で約１７２５〜１７７５°Fに加熱することと；（ｉｉｉ）試料を１インチの区画サイズ当り１７５０°Fで１時間保持することと；（ｉｖ）試料を空気中で室温に冷却することと；によって試料を焼ならした。第２に、（ｉ）試料を５００°F未満の炉中に装填することと；（ｉｉ）試料を最大１２５°F毎時で約１６７５〜１７２５°Fに加熱することと；（ｉｉｉ）試料を１インチの区画サイズ当り１７００°Fで１時間保持することと；によって試料をオーステナイト化した。次に、試料を１２５°F未満に油焼入れした。最後に、（ｉ）試料を５００°F未満の炉中に装填することと；（ｉｉ）試料を最大１００°F毎時で約４９０〜５１０°Fに加熱することと；（ｉｉｉ）試料を１インチの区画サイズ当り５００°Fで１時間保持することと；（ｉｖ）試料を空気中で室温に冷却することと；によって試料を焼戻した。
【００１９】
以下の試験を行った：引張強さ、降伏強さ、伸び、絞り、シャルピーＶ字形切欠き衝撃、及び硬さロックウェルＣスケール。こうした試験の結果を下記の表３に表す。
【００２０】
【表３】
2006518811.tif 000004
【００２１】
実施例２〜５
本発明のエグリン鋼合金組成物の試料ヒートを、上記の表１における組成範囲に従って製造した。試料を以下のプロセスに従って熱処理した。
【００２２】
実施例２
第１に、（ｉ）試料を５００°F未満の炉中に装填することと；（ｉｉ）試料を最大９００°F毎時で約１７２５〜１７７５°Fに加熱することと；（ｉｉｉ）試料を１インチの区画サイズ当り１７５０°Fで１時間保持することと；（ｉｖ）試料を空気中で室温に冷却することと；によって試料を焼ならした。第２に、（ｉ）試料を５００°F未満の炉中に装填することと；（ｉｉ）試料を最大９００°F毎時で約１６７５〜１７２５°Fに加熱することと；（ｉｉｉ）試料を１インチの区画サイズ当り１７００°Fで１時間保持することと；によって試料をオーステナイト化した。次に、試料を１２５°F未満にヘリウムまたは窒素ガス焼入れした。最後に、（ｉ）試料を５００°F未満の炉中に装填することと；（ｉｉ）試料を１００°F毎時で約４９０〜５１０°Fに加熱することと；（ｉｉｉ）試料を１インチの区画サイズ当り５００°Fで１時間保持することと；（ｉｖ）試料を空気中で室温に冷却することと；によって試料を焼戻した。
【００２３】
実施例３
第１に、（ｉ）試料を５００°F未満の炉中に装填することと；（ｉｉ）試料を最大１２５°F毎時で約１７２５〜１７７５°Fに加熱することと；（ｉｉｉ）試料を１インチの区画サイズ当り１７５０°Fで１時間保持することと；（ｉｖ）試料を空気中で室温に冷却することと；によって試料を焼ならした。第２に、（ｉ）試料を５００°F未満の炉中に装填することと；（ｉｉ）試料を最大１２５°F毎時で約１６７５〜１７２５°Fに加熱することと；（ｉｉｉ）試料を１インチの区画サイズ当り１７００°Fで１時間保持することと；によって試料をオーステナイト化した。次に、（ｉ）試料を約９７５〜１０２５°Fに静止空冷することと；（ｉｉ）試料を１２５°F未満に油焼入れすることと；によって試料を焼入れした。最後に、（ｉ）試料を５００°F未満の炉中に装填することと；（ｉｉ）試料を最大１００°F毎時で約４９０〜５１０°Fに加熱することと；（ｉｉｉ）試料を１インチの区画サイズ当り５００°Fで１時間保持することと；（ｉｖ）試料を空気中で室温に冷却することと；によって試料を焼戻した。
【００２４】
実施例４
第１に、（ｉ）試料を５００°F未満の炉中に装填することと；（ｉｉ）試料を最大９００°F毎時で約１７２５〜１７７５°Fに加熱することと；（ｉｉｉ）試料を１インチの区画サイズ当り１７５０°Fで１時間保持することと；（ｉｖ）試料を空気中で室温に冷却することと；によって試料を焼ならした。第２に、（ｉ）試料を５００°F未満の炉中に装填することと；（ｉｉ）試料を最大９００°F毎時で約１６７５〜１７２５°Fに加熱することと；（ｉｉｉ）試料を１インチの区画サイズ当り１７００°Fで１時間保持することと；によって試料をオーステナイト化した。次に、（ｉ）試料をヘリウムまたは窒素を用いて約９７５〜１０２５°Fに空冷することを促進することと；（ｉｉ）試料を１２５°F未満にヘリウムまたは窒素ガス焼入れすることと；によって試料を焼入れした。最後に、（ｉ）試料を５００°F未満の炉中に装填することと；（ｉｉ）試料を最大１００°F毎時で約４９０〜５１０°Fに加熱することと；（ｉｉｉ）試料を１インチの区画サイズ当り５００°Fで１時間保持することと；によって試料を焼戻した。
【００２５】
実施例５
第１に、（ｉ）試料を５００°F未満の炉中に装填することと；（ｉｉ）試料を最大１２５°F毎時で約１７２５〜１７７５°Fに加熱することと；（ｉｉｉ）試料を１インチの区画サイズ当り１７５０°Fで１時間保持することと；（ｉｖ）試料を空気中で室温に冷却することと；によって試料を焼ならした。第２に、（ｉ）試料を５００°F未満の炉中に装填することと；（ｉｉ）試料を最大１２５°F毎時で約１６７５〜１７２５°Fに加熱することと；（ｉｉｉ）試料を１インチの区画サイズ当り１７００°Fで１時間保持することと；によって試料をオーステナイト化した。次に、（ｉ）試料を約９７５〜１０２５°Fに静止空冷することと；（ｉｉ）試料を１２５°F未満に水焼入れすることと；によって試料を焼入れした。最後に、（ｉ）試料を５００°F未満の炉中に装填することと；（ｉｉ）試料を最大１００°F毎時で約４９０〜５１０°Fに加熱することと；（ｉｉｉ）試料を１インチの区画サイズ当り５００°Fで１時間保持することと；（ｉｖ）試料を空気中で室温に冷却することと；によって試料を焼戻した。
【００２６】
上記に言及した具体的な例に加えて、改良された機械的性質及び／またはプロセス効率を以下のもののうちの１つ以上によって実現できることが見い出された：（ｉ）焼ならし操作を無くす、（ｉｉ）オーステナイト化時間及び温度を変化させる、（ｉｉｉ）水、ポリマー溶液油、加圧された窒素またはヘリウム、及び空気を含む様々な媒体中で焼入れする、（ｉｖ）焼戻し温度を約３００〜６００°Fに変化させる、並びに（ｖ）焼戻し時間を変化させる。
【００２７】
本明細書において示し、説明するものに加えて、前述の説明から本発明の様々な修正が当業者には明白であろう。このような修正もまた添付の請求の範囲内に含まれることが意図されている。
【国際調査報告】
2006518811.tif 000005
2006518811.tif 000006
2006518811.tif 000007