JP3676480B2 - 鋼製装甲板を製造する方法及び装甲板 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弾道弾に対する耐久性が改善された金属装甲板に関する。より詳細に言えば、本発明は、鋼製装甲板の製造方法、並びに、該製造方法により製造され、金属マトリックスに介在物が意図的に設けられた硬い表面を有する、鋼製装甲板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
装甲板は、民生用及び軍事用の両方の用途において利用できることが分かっている。歴史的には、装甲板は、セラミック、鋼及びアルミニウムの如き金属、並びに、金属及び他の物質から成る複合物を含む、種々の材料から製造されてきた。装甲板の改善は、弾道弾に対する耐久性を高めると同時に、装甲板をより軽量にするという要望から生じている。
【０００３】
１９６０年代には、クラッド鋼又は合せ鋼が生産され、軽量で二重の硬度を有する合せ鋼装甲板としての用途が見い出された。一方は硬度の理由から選択され、他方は靭性の理由から選択された、２種類の鋼から成る複合物が使用されている。２重の硬度を有する複合装甲板という概念は、装甲板を貫く発射体の貫通体の如き弾丸を破壊する硬い表側を用いることを含む。そのような表側は、弾道弾の衝撃によって亀裂が生じたとしても、粉砕又は破砕されないように意図されており、その理由は、そのような表側は、より靭性が高く亀裂すなわちクラックを止める裏側に対して金属学的に結合されているからである。一般的に言えば、そのような装甲板は、２つの鋼組成を選択し、各々の鋼組成を板製品の形態にし、圧延結合して２重の硬度を有する鋼製の複合装甲板を形成することによって、製造される。この点に関しては、”Ｔｈｅ Ｉｒｏｎ Ａｇｅ（１９６７年１１月１６日）”の７０ー７２ページ（”Ｓｔｅｅｌｓ Ｄｏｕｂｌｅ Ｕｐ ｆｏｒ
Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ”）を参照されたい。
【０００４】
一般的に言えば、そのような複合装甲板の厚みの範囲は、約１．０２ｍｍ（０．０４０インチ）から約７６ｍｍ（３インチ）ある。そのような複合材料として、種々の鋼組成を用いることができることが分かっている。そのような鋼は、その公称組成によって、例えば、３Ｎｉ−Ｍｏ鋼、５ Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ鋼、１２Ｎｉ−５Ｃｒ−３Ｍｏ鋼、１０Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｏ鋼と呼称され、また、１９６０年代にＵ．Ｓ．Ｓｔｅｅｌによって製造された、ＨＹ−１３０Ｔ鋼として知られる合金がある。この点に関しては、Ｂｌａｓｔ Ｆｕｒｎａｃｅ ａｎｄＳｔｅｅｌ Ｐｌａｎｔ（１９６８年７月）の５７５ー５８３ページ（Ｒａｔｈｂｏｎｅの”Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｒｅｃｅｎｔ Ａｒｍｏｒ Ｐｌａｔｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ”）を参照されたい。
【０００５】
通常の溶解方法によって溶解されたＡＩＳＩ４３４０が、装甲板の用途に使用されることが多い。ＡＩＳＩ４３４０鋼は、真空アーク再溶解法（ＶＡＲ）又はエレクトロスラグ再溶解法（ＥＳＲ）によって製造されて、装甲車両に使用されることがある。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いてＥＳＲ４３４０を研究したところ、破壊靭性を低下させると考えられる、アルミン酸カルシウムの介在物が存在することが確認された。この点に関しては、Ｍｅｔａｌ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ（１９８５年１０月）の６９ー７４ページ（Ｈｉｃｋｅｙ ｅｔ ａｌ．の”Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ａ Ｓｐｌｉｔ Ｈｅａｔ ｏｆ ＥＳＲ／ＶＡＲ ４３３０ Ｓｔｅｅｌ”）を参照されたい。
【０００６】
上述の文献によって示されている通常の知見は、金属装甲板の弾道弾耐久性は、少量の介在物を有する材料によって増大することを示しており、その理由は、そのような材料は靭性が高くなりまた延性が高くなるからである。鋼製装甲板産業においては、硫黄及び／又は酸素の含有量が少ないことを含む、介在物の含有量が少ないクリーン鋼をＥＳＲ又はＶＡＲによって製造することが、長い間強調されてきた。これは、例えば下に示すように、鋼製装甲板に関する種々の軍事用仕様に示されている。
【０００７】
Ｍｉｌ−Ａ−１２５６０Ｄ（ＭＲ）（１９７９）
Ｍｉｌ−Ａ−４６４１７３（ＭＲ）（１９７６）
Ｍｉｌ−Ａ−４６１００Ｄ（ＭＲ）（１９８８）
Ｍｉｌ−Ａ−４６１７７Ｂ（ＭＲ）（１９９０）
そのような軍事用仕様は総て、硫黄の最大含有率は、０．０１５％あるいはそれ以下であり、硫黄の最小含有率には制限がないことを規定している。また、Ｍｉｌ−Ａ−４６１７３は、酸素の含有率は、最大２５ｐｐｍであることも規定している。
【０００８】
弾丸が装甲板に当たった時には、そのような弾丸は、破壊又は変形して、その力が減少することが好ましい。十分に大きな速度においては、弾丸は、装甲板を貫通し、装甲板の裏側から出て穴を形成する。装甲板を構成する材料の靭性及び延性に応じて、上記穴の近傍の装甲板は、変形するかあるいは変形しない。また、装甲板は、仕様に規定されるように、ある材料の厚みにおいては、ある程度の弾道弾耐久性の要件を満たすことが予想される。装甲板に弾丸を発射して装甲板を検査すると、一部の弾丸は通過し、一部の弾丸は通過しないことが多い。
【０００９】
所定の重量及び厚みにおいて、より大きな停止力を有する、改善された鋼製装甲板が必要とされている。一方、重量を低減するために、より薄い厚みにおいて、同等の弾道弾耐久性を示す、改善された鋼製装甲板が必要とされている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、発射体の貫通に対する耐久性が改善された鋼製装甲板を製造する方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の方法は、装甲板の表面に対して実質的に平行に配向された介在物を意図的に含む合金鋼装甲板を準備する工程を備える。上記介在物は、硫黄及び酸素から成る群から選択された鋼組成の少なくとも１つの元素から形成され、これにより、装甲板は、一定の板厚に関して、大きなＶ₅₀耐久性を有するという特徴を有する。
【００１２】
本発明の好ましい実施例においては、上述の装甲板を第２の装甲板に結合させて、２重の硬度を有する複合クラッド装甲板を形成する方法によって、複合装甲板が提供される。上記第２の装甲板の層は、上記第１の装甲板に比較して、硬度が小さく、延性が高い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
一般的に言えば、本発明によれば、同じ厚みの通常の装甲板すなわち板と比較した場合に、大きな速度における弾道弾耐久性が改善され、また、同じ速度においては、通常の板材料の板厚よりも薄い板厚において、弾道弾耐久性が改善された、鋼製装甲板を製造するための方法が提供される。
【００１４】
本発明者等は、非金属の介在物又は粒子が、装甲板の弾道弾耐久性を改善するのに有益であることを見い出した。上記介在物は、装甲板の表面に対して平行に配向され、そのような介在物の形状は、圧延工程を受けた結果、棒状ではなく、概ね楕円形であるのが好ましい。これは、板材料の靭性及び延性を改善するために、金属装甲板が、少ない含有率の介在物を有することを必要とする、当業界の通常の知見とは反対である。
【００１５】
理論づけようとするものではないが、「汚れた（ｄｉｒｔｉｅｒ）」鋼と呼ばれることもある、介在物の含有率が低い鋼は、衝撃力を広い面積に分散させて、発射体のエネルギを消費させることにより、良好な弾道弾耐久性を生じさせることができる。発射体が衝突すると、装甲板に生ずる衝撃波又はクラックは、板表面に平行な介在物の方向に進行し、これにより、衝撃エネルギを広い面積に分散させる。介在物は、衝撃波又はクラックが進行する経路を提供し、そのような経路は、衝撃力を広い面積にわたって分散させ、これにより、そのような材料は、装甲板に発射体を貫通させることなく、より効率的にエネルギを吸収することができる。
【００１６】
本発明の教示は、２重硬度を有する複合クラッド鋼装甲板、並びに、均質な鋼製装甲板の両方に有用であると考えられる。均質な板という用語は、装甲板が、２又はそれ以上の板の複合体ではなく、１つの溶解組成から形成される単一の板であることを意味している。均質な装甲板においては、介在物の濃度を、その厚みの約４分の１乃至４分の３まで、好ましくは、板の表側すなわち衝突側から約２分の１まで増大させれば、同じ２重硬度の効果を達成することができる。
【００１７】
本発明の装甲板は、エレクトロスラグ再溶解法（ＥＳＲ）、真空アーク再溶解法（ＶＡＲ）、及び、アルゴン／酸素脱炭法（ＡＯＤ）の如き、通常の溶解プロセスによって製造することができる。しかしながら、重要なことは、鋼が、十分な量の介在物形成元素、特に、硫黄及び／又は酸素を潜在的に有することである。所望の結果を得るためには、固化した鋼の中に、高い濃度の硫化物及び酸化物の介在物が存在することが必要とされる。硫黄の含有率は、０．０１５重量％から０．１５重量％の範囲とすることができ、０．０２０重量％乃至０．０８重量％であるのが好ましい。酸素は、０．００２５重量％乃至０．１０００重量％とすることができ、０．００５０重量％乃至０．０５００重量％であるのが好ましい。
【００１８】
一般的に言えば、適正な板組成は、０．１−１重量％の炭素、０−６重量％のニッケル、０−２重量％のモリブデン、０−３重量％のクロム、０−２重量％のマンガン、０．１−１重量％のケイ素、及び、残量の鉄、並びに、本発明に従って特定される量の硫黄及び／又は酸素以外の、残留不純物を含むことができる。代表的な板組成は、０．２−０．８重量％の炭素、２−４重量％のニッケル、０．１−０．６重量％のモリブデン、０．３−１．２重量％のクロム、１重量％未満のマンガン、０．５重量％未満のケイ素、及び、残量の鉄、並びに、本発明に従って特定される量の硫黄及び／又は酸素以外の、残留不純物を含むことができる。
【００１９】
他の総ての点に関しては、本装甲板の鋼組成は、装甲板に一般的に使用される通常の合金鋼とすることができる。そのような鋼は、通常のように、特定の量のニッケル、クロム、モリブデン、コバルト、又は、他の元素を含むことができる。弾道弾耐久性の利益を受けるために、高い含有率の介在物を与える本発明の教示は、必ずしも、鋼の全体的な組成に依存せず、従って、多くの鋼製装甲板用の合金に使用することができる。
【００２０】
本発明の鋼製装甲板を製造するための本方法の工程の多くは、通常の工程である。本方法は、適正な鋼組成物を溶解する工程と、インゴット又はスラブに鋳造する工程と、中間のスラブ厚みまで熱間圧延する工程とを含む。複合板を製造する時には、各々の鋼組成物を溶解し、中間のスラブ厚みまで熱間圧延する。その後、２つのスラブの嵌合面を研磨及び洗浄し、その周囲を溶接して、表側及び裏側のスラブにパックを形成し、必ずしも必要ではないが、上記スラブを真空引きして気密にシールし、次に、所望の板厚まで圧延接合し、その後、必要に応じて、オーステナイト化、焼入れ及び焼戻しすることにより、熱処理を行うことによって、複合体を製造する。本発明の方法において必要なことは、鋼組成が、必要な含有量の介在物を形成するに十分な量の硫黄及び／又は酸素を与え、これにより、板厚まで圧延された時に、そのような介在物が、板表面に対して実質的に平行になり、その形状が棒状ではなく概ね楕円形になるようにすることである。
【００２１】
本発明をより良く理解するために、以下の例を挙げる。
【００２２】
【実施例】
本発明を例示するために、異なる組成の表側を有する、２重硬度を有する合せ鋼装甲板を製造した。各々の組成の裏側は、同じ公称組成を有していた。組成の表側及び裏側に使用される鉄ベースの板の組成が、下の表１に示されている。
【００２３】
【表１】

４つの溶解物は総て、アーク炉を用いて通常の方法で製造し、次に、アルゴン／酸素脱炭処理を行い、インゴットに鋳造し、熱間加工を行い、複合体を形成した。表側として溶解物１Ｃ２１７を用い、また、裏側として溶解物１Ｃ２１８を用いて、複合板Ｎｏ．Ｋ２２３７Ｓを担持する２重硬度を有する鋼製装甲板の幾つかのテストパネルを製造した。表側として溶解物Ｎｏ．３Ｂ７３６を用い、また、裏側として溶解物Ｎｏ．２Ｂ６０３を用いて、複合板Ｎｏ．Ｋ２２３５を担持する２重硬度を有する幾つかのテストパネルを製造した。
【００２４】
溶解物Ｋ２２３５及びＫ２２３７Ｓから形成したテストパネルの弾道弾耐久性を検査した。その検査の結果が、下の表２に示されている。ここに示す２つのテストパネルは共に、約６．９ｍｍ（０．２７３インチ）の平均厚みを有しており、５．５６ｍｍのＭ１９３弾丸を０°の斜度（発射角度）で発射して検査された。
【００２５】
【表２】

本発明の２重硬度を有する装甲板が、改善された弾道弾耐久性を有することが明らかに示されている。本発明の２重硬度を有する装甲板は、仕様の要件にぎりぎりで合格するかあるいは合格しない標準的な材料に比較して、適用される弾道弾の仕様を大幅に上回るか、あるいは、そのような仕様に余裕を持って合格することができる。
【００２６】
表２のデータによって示すように、本発明の鋼製装甲板は、Ｖ−５０テストにおいて優れた結果を示し、通常の板を４５７０ｃｍ／秒（１５０フィート／秒）越えている。また、本発明の板は、「ハイパーシャル」及び「ローコンプリート」の測定において、それぞれ、３６６０ｃｍ／秒（１２０ｆｐｓ（フィート／秒））及び５２４０ｃｍ／秒（１７２ｆｐｓ）越える優れた結果を示した。
【００２７】
図１は、表２に示すテストパネルＫ２２３７Ｓ及びＫ２２３５−１の裏側を示す写真である。この図２は、介在物を用い、クラックの伝播を容易にすることにより、発射体の力を広い面積に分散させる衝撃面をもたらす概念が示されている。検査したテストパネルは、本発明の合せ鋼装甲板（Ｋ２２３７Ｓ−４）に関して、傑出した弾道弾耐久性を示し、通常の２重硬度を有する装甲板の膨らみに比較して、明らかな膨らみを示している。より明らかな膨らみは、発射体の力が衝撃面にわたってより広く分散されたことを示す。
【００２８】
本発明は、その目的としたように、発射体の貫通に対する抵抗が改善された鋼製装甲板を製造する方法、及び、改善された鋼製装甲板を提供する。鋼の中の硫黄及び／又は酸素の量が増大されることに基づく介在物を使用するという新規な概念が確認された。
【００２９】
本発明は、合せ鋼装甲板として上に説明したが、板の一方の表面（衝撃面）における介在物の濃度が、好ましくは、上記一方の表面の最外面から板厚のの約４分の３乃至４分の１までの範囲で増大された、均質な装甲板にも適用することができる。
【００３０】
本発明の好ましい実施例を上に説明し且つ図示したが、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができることは、当業者には理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】弾道弾検査を行った後の、本発明の複合装甲板の裏側の実施例の金属組織を、従来技術の複合装甲板の金属組織と比較して示す写真である。

Claims (4)

1. 発射体の貫通に対する抵抗が改善された鋼製装甲板を製造する方法であって、
   介在物を含む合金鋼を準備し、該介在物は硫黄及び酸素から成る群から選択された少なくとも１つの元素から形成され、硫黄は、０．０１５重量％から０．１５０重量％の範囲にあり、また、酸素は、０．００２５重量％から０．１０００重量％の範囲にあり、
   該合金鋼を圧延して、板表面に対して実質的に平行に配向された該介在物を含む装甲板を形成する；
   工程を含む、上記の方法。
2. 請求項１の方法において、前記鋼が、０．２−０．８重量％の炭素、２−４重量％のニッケル、０．１−０．６重量％のモリブデン、０．３−１．２重量％のクロム、１重量％未満のマンガン、０．５重量％未満のケイ素、及び、残量の鉄、並びに、残留不純物を含むことを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２の方法において、該介在物を板厚の約４分の１乃至４分の３に集中させ、これにより、衝撃力が広い面積にわたって分散される機構を形成することを特徴とする方法。
4. 合金鋼を溶解する工程と、前記鋼から板を形成し、前記板が、板表面に対して実質的に平行に配向された意図的な介在物を有するようにする工程とを備えた鋼製装甲板を製造する方法であって、
   前記鋼が、０．１−１重量％の炭素と、０−６重量％のニッケルと、０−２重量％のモリブデンと、０−３重量％のクロムと、０−２重量％のマンガンと、０．１−１重量％のケイ素と、０．０１５−０．１５０重量％の硫黄及び０．００２５−０．１０００重量％の酸素から成る群から選択された少なくとも１つの元素と、残量の鉄と、残留不純物とを含み、
   前記介在物が、概して楕円形の形状にあり、硫黄及び／又は酸素の含有物から形成され、
   前記介在物を板の厚みの約半分に集中させ、これにより、衝撃力を広い面積に分散させる機構をもたらす、
   上記の方法。

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