JP6158794B2 - 空気硬化性衝撃耐性合金鋼、その合金を作製する方法、およびその合金を含む物品 - Google Patents

空気硬化性衝撃耐性合金鋼、その合金を作製する方法、およびその合金を含む物品 Download PDF

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Description

本開示は、空気硬化性衝撃耐性合金鋼の分野およびそのような合金を含む物品を対象とする。
本開示は、好ましい強度、硬度、および靱性を呈する新規の空気硬化性合金鋼に関する。本開示に従う空気硬化性合金鋼を用いて、例えば、構造物および車両にブラストおよび／または衝撃保護を提供することができ、様々な他の製品に含むこともできる。本開示はさらに、ブラスト事象に関連する残留および動的変形ならびに破砕に対する耐性を向上させるある合金鋼を処理する方法に関する。
ブラストまたは衝撃保護に用いられる現在の材料は、主に、米軍規格ＭＩＬ−ＤＴＬ−１２５０６Ｊ下のクラス２の均質圧延装甲（ＲＨＡ）鋼鉄、ならびに高い衝撃荷重率に対する最大耐性が必要とされる部分、かつ徹甲弾の貫通に対する耐性が二次的に重要である部分に使用される他の軟鋼である。クラス２のＲＨＡ鋼鉄は、水焼き入れされ、焼き戻しされて、３０２ＨＢＷの最大硬度（ブリネル硬度数）になり、靱性および耐衝撃性を付与する。したがって、このクラスのＲＨＡ鋼鉄は、基本的には、対戦車地雷、手榴弾、破裂弾、および他のブラストをもたらす兵器に対する保護として使用されるものである。しかしながら、ＭＩＬ−ＤＴＬ−１２５６０Ｊに従って規定されるクラス２のＲＨＡ鋼鉄、および他の軟鋼は、典型的には、ブラスト事象に関連する残留および動的変形ならびに破砕に著しく抵抗する高い強度および硬度を欠く。
クラス２のＲＨＡ鋼鉄は、典型的には、熱処理（オーステナイト化）、水焼き入れ、および焼き戻しを介してそれらの特性を得る低合金炭素鋼である。水焼き入れは、鋼鉄の過度の歪みおよび鋼鉄における残留応力発生をもたらし得るため、不利であり得る。同様に、水焼き入れされた鋼鉄は、溶接後に大きな熱影響領域（ＨＡＺ）を呈し得る。加えて、水焼き入れされた鋼鉄は、所望の機械的特性を回復させるために、加熱成形後にさらなる熱処理、続いて、水焼き入れおよび焼き戻しを必要とする。
したがって、クラス２のＲＨＡ低合金炭素鋼と比較して、より高い強度および高い靱性および靱性を呈し、ブラスト事象において生じる動的および残留変形を低減するために必要とされる所望の機械的特性を得ることができ、かつクラス２のＲＨＡ材料の水焼き入れに関連する問題を排除または軽減する合金鋼を提供することが有利である。
本開示の１つの非限定的な態様に従って、空気硬化性合金鋼は、重量パーセント単位で、０．１８〜０．２６の炭素、３．５０〜４．００のニッケル、１．６０〜２．００のクロム、０〜最大０．５０のモリブデン、０．８０〜１．２０のマンガン、０．２５〜０．４５のシリコン、０〜０．００５未満のチタン、０〜０．０２０未満のリン、０〜最大０．００５のホウ素、０〜最大０．００３の硫黄、鉄、および不可避的不純物を含む。空気硬化性合金鋼は、３５２ＨＢＷ〜４６０ＨＢＷの範囲のブリネル硬度を有する。
本開示の別の非限定的な態様に従って、製品は、本開示に従う空気硬化性合金鋼を含む。そのような製品は、例えば、鋼装甲、ブラスト保護外殻、ブラスト保護Ｖ字形外殻、ブラスト保護車両底部、およびブラスト保護囲いから選択され得るか、またはこれらから選択される物品を含んでもよい。
本開示のさらに別の態様に従って、オーステナイト化および空冷された空気硬化性合金鋼を熱処理する方法は、オーステナイト化および空冷された空気硬化性合金鋼を提供すること、オーステナイト化および空冷された空気硬化性合金鋼を３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１２時間の範囲の焼き戻し時間焼き戻し熱処理すること、ならびに焼き戻しされた空気硬化性合金鋼を周囲温度まで空冷することを含む。
本明細書に記載の方法の非限定的な実施形態のある特徴および利点を、添付の図面を参照することによってさらに理解することができる。
オーステナイト化および空冷された空気硬化性合金鋼を熱処理する方法の本開示に従う非限定的な実施形態のフローチャートである。 本開示に従う合金鋼のある非限定的な実施形態に対する炭素含有量の関数としてのブリネル硬度のプロットである。 本開示に従う合金鋼のある非限定的な実施形態に対する炭素含有量および焼き戻し熱処理の関数としてのブリネル硬度のプロットである。 実験室規模のインゴット試料を含む本開示に従う合金鋼の非限定的な実施形態に対する炭素含有量の関数としてのブリネル硬度のプロットである。 実験室規模のインゴット試料を含む本開示に従う合金鋼のある非限定的な実施形態に対する炭素含有量および焼き戻し熱処理の関数としてのブリネル硬度のプロットである。 本開示に従う空気硬化性合金鋼のある非限定的な実施形態およびＡＴＩ ５００−ＭＩＬ（登録商標）超高硬度特殊鋼装甲合金板の試料に対する炭素含有量の関数としてのいくつかの張力特性のプロットである。 本開示に従う空気硬化性合金鋼のある実施形態およびＡＴＩ ５００−ＭＩＬ（登録商標）超高硬度特殊鋼装甲合金板の試料に対する炭素含有量の関数としての−４０℃で決定されたシャルピーＶノッチ靱性値のプロットである。
読者は、本開示に従う合金、製品、および方法のある非限定的な実施形態の以下の詳細な説明を考慮して、前述の詳細、ならびに他の詳細を理解する。
本明細書に開示される実施形態のある記述は、開示される実施形態の明確な理解に関するそれらの要素、特徴、および態様のみを例示するために簡略化されており、明確化のために、他の要素、特徴、および態様を排除していることを理解されたい。当業者であれば、開示される実施形態の本記述を考慮して、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装例または適用において望ましくあり得ることを理解する。しかしながら、そのような他の要素および／または特徴は、開示される実施形態の本記述を考慮して、当業者によって容易に確認および実装され得、したがって、開示される実施形態を完全に理解するのに必要ではないため、そのような要素および／または特徴の記述は本明細書に提供されない。したがって、本明細書に記載される記述は、単に開示される実施形態の例示および例証目的であり、特許請求の範囲によってのみ定義される本発明の範囲を限定するよう意図されないことを理解されたい。
また、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すべての部分範囲を含むよう意図される。例えば、「１〜１０」の範囲は、列挙された最小値の１と列挙された最大値の１０との間（境界値を含む）、すなわち、１以上の最小値と１０以下の最大値を有するすべての部分範囲を含むよう意図される。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より低いすべての数値限定を含むよう意図され、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より高いすべての数値限定を含むよう意図される。したがって、本出願者は、特許請求の範囲を含む本開示を修正して、本明細書に明確に列挙される範囲内に包含される任意の部分範囲を明確に列挙する権利を有する。すべてのそのような範囲は、任意のそのような部分範囲を列記する修正が、米国特許法第１１２条、第１章、および米国特許法第１３２条（ａ）の要件に従うように、本明細書に本質的に開示されるよう意図される。
本明細書で使用されるとき、文法的冠詞「１つの（ｏｎｅ）」、「ａ」、「ａｎ」、および「その（ｔｈｅ）」は、別途指示されない限り、「少なくとも１つ」または「１つ以上」を含むよう意図される。したがって、これらの冠詞は、本明細書において、その冠詞の文法的目的語の１つまたは２つ以上（すなわち、少なくとも１つ）を指すために使用される。一例として、「１つの構成要素（ａ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）」は、１つ以上の構成要素を意味し、したがって、場合によって、２つ以上の構成要素が企図され、記載される実施形態の実装例に採用または使用されてもよい。
参照により本明細書に全体的または部分的に組み込まれると考えられる任意の特許、出版物、または他の開示資料は、組み込まれる資料が、本開示に記載される既存の定義、記述、または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。したがって、必要な範囲内において、本明細書に記載される本開示は、参照により本明細書に組み込まれる任意の矛盾する資料にとって代わる。参照により本明細書に組み込まれると考えられるが、本明細書に記載される既存の定義、記述、または他の開示資料と矛盾する任意の資料、またはその一部は、その組み込まれる資料と既存の開示資料との間に矛盾が生じない範囲内でのみ組み込まれるものとする。
本開示は、様々な実施形態の記述を含む。本明細書に記載されるすべての実施形態が、例示的、例証的、および非限定的であることを理解されたい。したがって、本発明は、様々な例示的、例証的、および非限定的実施形態の記載によって限定されない。むしろ、本発明は、特許請求の範囲によってのみ定義され、それを修正して、本開示内に明確にまたは本質的に記載されるか、さもなければ本開示によって明確にまたは本質的に支援される任意の特徴を列挙することができる。
本開示の態様は、ある既知の空気硬化性合金鋼と比較して、高い強度、中程度の硬度、および中程度の靱性を有する空気硬化性合金鋼、ならびにその合金鋼から製造されるか、その合金鋼を含む物品の非限定的な実施形態を含む。本開示に従う空気硬化性合金鋼の実施形態の態様は、合金を自動焼き戻しする間、オーステナイト化および空冷後に約３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の温度範囲でさらなる熱処理焼き戻しステップを行うことが、合金の靱性または破壊靱性を低減することなく、増加した降伏強度を有する合金を提供すると判断されたことである。靱性または破壊靱性に悪影響を及ぼすことなく合金の降伏強度が増加したという観察は、同程度の炭素含有量を含む従来の焼き入れおよび焼き戻しされた合金鋼が、典型的には、焼き戻し時に増加した靱性および破壊靱性に加えて、減少した強度を呈することを考慮すると、驚くべき予想外の反直感的なものであった。
本開示に従う空気硬化性合金鋼の実施形態から形成されるか、またはそれを含むことで恩恵を受けることができる製品の例には、車両または構造物用の鋼装甲ブラスト板が挙げられる。本開示に従う合金の実施形態から形成されるか、またはそれを含むことで恩恵を受ける他の製品は、以下のさらなる実施形態の記述を考慮することで明白になる。
本明細書で使用される「空気硬化性合金鋼」および「空気硬化性鋼鉄」は、目標とする硬度を達成するために液体中で焼き入れを必要としない合金鋼を指す。むしろ、硬化は、高い温度から空中でのみ冷却することによって空気硬化される合金鋼において達成され得る。本明細書で使用される「空気硬化」は、本開示に従う空気硬化性合金鋼を空中で冷却して、目標とする硬度を達成することを指す。目標とする約３５０ＨＢＷ〜約４６０ＨＢＷの範囲の硬度を、本開示に従う空気硬化性合金鋼を空気硬化することによって得ることができる。空気硬化性合金鋼が目標とする硬度を達成するために液体焼き入れを必要としないため、例えば、空気硬化性合金鋼板等の空気硬化性合金鋼を含む物品は、合金を液体焼き入れしてそれらの温度を迅速に低下させるときに生じ得る歪みおよび反りの程度に影響されない。本開示に従う空気硬化性合金鋼を、オーステナイト化等の従来の熱処理技術を用いて処理し、その後、目標とする硬度を達成するためにその物品をさらに熱処理および／または液体焼き入れする必要なく、空冷し、任意に焼き戻しして、均質鋼装甲板または他の物品を形成することができる。
本明細書で使用される「オーステナイト化（ａｕｓｔｅｎｉｚｅ）」および「オーステナイト化（ａｕｓｔｅｎｉｔｚｅ）」は、鋼鉄の鉄相がオーステナイト微細構造から本質的に成るように、鋼鉄を変形範囲を超える温度まで加熱することを指す。典型的には、合金鋼の「オーステナイト化温度」は、１２００°Ｆ（６４８．９℃）を超える温度である。本明細書で使用される「自動焼き戻し」は、空冷中に形成されるマルテンサイト相部分から炭素を部分的に沈殿させる本開示の空気硬化性合金鋼の傾向を指し、α−鉄マトリックス中に炭化鉄の微細分散を形成し、合金鋼の靱性を増加させる。本明細書で使用される「焼き戻し」および「焼き戻し熱処理」は、本開示に従う空気硬化性合金鋼をオーステナイト化および空冷した後にその合金を加熱することを指し、その合金の靱性および破壊靱性を減少させることなく、降伏強度の増加をもたらす。本明細書で使用される「均質化」は、合金熱処理を適用して、その合金の化学的性質および微細構造をその合金にわたって実質的に一貫させることを指す。
非限定的な実施形態に従って、本開示に従う空気硬化性合金鋼は、重量パーセント単位で、０．１８〜０．２６の炭素、３．５０〜４．００のニッケル、１．６０〜２．００のクロム、０〜最大０．５０のモリブデン、０．８０〜１．２０のマンガン、０．２５〜０．４５のシリコン、０〜０．００５未満のチタン、０〜０．０２０未満のリン、０〜最大０．００５のホウ素、０〜最大０．００３の硫黄、鉄、および不可避的不純物を含むか、これらから本質的に成るか、またはこれらから成る。本開示に従う合金のある非限定的な実施形態において、不可避的不純物は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米軍規格ＭＩＬ−ＤＴＬ−１２５０６Ｊの要件を満たす残留要素から成る。本開示に従う合金鋼のある非限定的な実施形態において、ある不可避的不純物の最大限度は、重量パーセント単位で、０．２５の銅、０．０３の窒素、０．１０のジルコニウム、０．１０のアルミニウム、０．０１の鉛、０．０２の錫、０．０２のアンチモン、および０．０２のヒ素を含む。本開示に従う空気硬化性合金鋼の別の非限定的な実施形態において、モリブデンのレベルは、０．４０〜０．５０重量パーセントの範囲である。モリブデンの添加が、本開示に従う空気硬化性鋼鉄の強度および耐食性を増加させ得ることが観察されている。
非限定的な実施形態において、オーステナイト化および空冷後、本開示に従う空気硬化性合金鋼は、３５２ＨＢＷ〜４６０ＨＢＷの範囲のブリネル硬度を呈し、これは、ＡＳＴＭ Ｅ１０−１０「金属材料のブリネル硬度の標準試験方法」（ＡＳＴＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｗｅｓｔ Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡ）に従って評価されたものである。本明細書に報告されるすべてのブリネル硬度値は、規格ＡＳＴＭ Ｅ１０−１０に記載される技法を用いて決定された。
さらに別の非限定的な実施形態において、オーステナイト化および空冷後、本開示に従う空気硬化性合金鋼は、３５２ＨＢＷ〜４６０ＨＢＷの範囲のブリネル硬度、１８８ｋｓｉ（１，２９６ＭＰａ）〜２３８ｋｓｉ（１，１６４１ＭＰａ）の範囲の最大抗張力、１３３ｋｓｉ（９１７ＭＰａ）〜１４６ｋｓｉ（１，００７ＭＰａ）の範囲の降伏強度、１４％〜１５％の範囲の伸長率、および−４０℃で３１フィートポンド（４２Ｊ）〜５３フィートポンド（７２Ｊ）の範囲のシャルピーＶノッチ値を有する。
本明細書に報告される張力試験は、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ−０９「金属材料の引張試験の標準試験方法」に従って行われた。シャルピーＶノッチ試験は、ＡＳＴＭ Ｅ２２４８−０９「小型化シャルピーＶノッチ標本の標準試験方法衝撃試験」に従って行われた。当技術分野で既知のように、シャルピーＶノッチ衝撃試験は、エネルギーを吸収する合金の能力を測定し、それによって、合金の靱性の尺度を提供する高速歪み速度衝撃試験である。
さらに別の非限定的な実施形態において、本開示に従う空気硬化性合金鋼をオーステナイト化および空冷して、その合金に３５２ＨＢＷ〜４６０ＨＢＷの範囲のブリネル硬度を提供した後、その合金は、３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１０時間（炉内での時間）の範囲の焼き戻し時間焼き戻しされ、合金鋼のブリネル硬度を３６０ＨＢＷ〜４６７ＨＢＷの範囲まで増加させる。
本開示に従う空気硬化性合金鋼をオーステナイト化および空冷して３５２ＨＢＷ〜４６０ＨＢＷの範囲の硬度を提供し、その後、その合金を３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１０時間の範囲の焼き戻し時間焼き戻しした後、その空気硬化性合金鋼のある実施形態は、３６０ＨＢＷ〜４６７ＨＢＷの範囲のブリネル硬度、１８８ｋｓｉ（１，２９６ＭＰａ）〜２３８ｋｓｉ（１，６４１ＭＰａ）の範囲の最大抗張力、１３３ｋｓｉ（９１７ＭＰａ）〜１７５ｋｓｉ（１，２０７ＭＰａ）の範囲の降伏強度、１４％〜１６％の範囲の伸長率、および−４０℃で３１フィートポンド（４２Ｊ）〜５３フィートポンド（７２Ｊ）の範囲のシャルピーＶノッチ値を有する。
本開示に従う驚くべき予想外の態様は、オーステナイト化され、空冷され、および自動焼き戻しされた本開示に従うある空気硬化性合金鋼が、３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１０時間の範囲の焼き戻し時間、焼き戻し熱処理にさらに供されるときに、その合金の伸長率および−４０℃で決定されるシャルピーＶノッチ衝撃靱性を減少させることなく、その合金の降伏強度が２０％も増加するという観察である。上述のように、この観察された特性は、少なくとも同様の炭素含有量を含む従来の水焼き入れおよび焼き戻しされた合金鋼が、焼き戻し時に強度の減少ならびに靱性および破壊靱性の増加を呈するという理由から、予想外の驚くべきものであった。
別の非限定的な実施形態に従って、本開示に従う空気硬化性合金鋼は、重量パーセント単位で、０．１８〜０．２４の炭素、３．５０〜４．００のニッケル、１．６０〜２．００のクロム、０〜最大０．５０のモリブデン、０．８０〜１．２０のマンガン、０．２５〜０．４５のシリコン、０〜０．００５未満のチタン、０〜０．０２０未満のリン、０〜最大０．００５のホウ素、０〜最大０．００３の硫黄、鉄、および不可避的不純物を含むか、これらから本質的に成るか、またはこれらから成る。本開示に従う合金のある非限定的な実施形態において、不可避的不純物は、米軍規格ＭＩＬ−ＤＴＬ−１２５０６Ｊの要件を満たす残留要素から成る。本開示に従う合金鋼のある非限定的な実施形態において、ある不可避的不純物の最大限度は、重量パーセント単位で、０．２５の銅、０．０３の窒素、０．１０のジルコニウム、０．１０のアルミニウム、０．０１の鉛、０．０２の錫、０．０２のアンチモン、および０．０２のヒ素を含む。本開示に従う空気硬化性合金鋼の別の非限定的な実施形態において、モリブデンのレベルは、０．４０〜０．５０重量パーセントの範囲である。モリブデンの添加が、本開示に従う空気硬化性鋼鉄の強度および耐食性を増加させ得ることが観察されている。
この非限定的な実施形態において、オーステナイト化および空冷後、空気硬化性合金鋼は、３５２ＨＢＷ〜４５９ＨＢＷの範囲のブリネル硬度、１８８ｋｓｉ（１，２９６ＭＰａ）〜２３７ｋｓｉ（１，６３４ＭＰａ）の範囲の最大抗張力、１３３ｋｓｉ（９１７ＭＰａ）〜１４６ｋｓｉ（１，００７ＭＰａ）の範囲の降伏強度、１４％〜１７％の範囲の伸長率、および−４０℃で３７フィートポンド（５０Ｊ）〜５３フィートポンド（７２Ｊ）の範囲のシャルピーＶノッチ値を有する。
本開示に従う空気硬化性合金鋼をオーステナイト化および空冷して３５２ＨＢＷ〜４５９ＨＢＷの範囲の硬度を提供し、その後、その合金を３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１０時間の範囲の焼き戻し時間焼き戻しした後、その空気硬化性合金鋼のある実施形態は、３６０ＨＢＷ〜４５９ＨＢＷの範囲のブリネル硬度、１８８ｋｓｉ（１，２９６ＭＰａ）〜２３７ｋｓｉ（１，６３４ＭＰａ）の範囲の最大抗張力、１３３ｋｓｉ（９１７ＭＰａ）〜１５８ｋｓｉ（１，０８９ＭＰａ）の範囲の降伏強度、１５％〜１７％の範囲の伸長率、および−４０℃で３７フィートポンド（５０Ｊ）〜５３フィートポンド（７２Ｊ）の範囲のシャルピーＶノッチ値を有する。
本開示に従うある空気硬化性合金鋼の予想外の驚くべき態様は、本開示に従うオーステナイト化および空冷された空気硬化性の自動焼き戻し合金が、３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１０時間の範囲の焼き戻し時間、焼き戻し熱処理にさらに供されるときに、本開示に従う空気硬化性合金鋼の降伏強度が、非限定的な実施形態において、最大８％増加し、伸長率および−４０℃でのシャルピーＶノッチ衝撃靱性が減少しないという観察である。上述のように、この観察された特性は、同様の炭素含有量を含む従来の水焼き入れおよび焼き戻しされた合金鋼が、焼き戻し時に強度の減少ならびに靱性および破壊靱性の増加を呈することを考慮すると、予想外の驚くべきものであった。
別の非限定的な実施形態に従って、本開示に従う空気硬化性合金鋼は、重量パーセント単位で、０．１８〜０．２１の炭素、３．５０〜４．００のニッケル、１．６０〜２．００のクロム、０〜最大０．５０のモリブデン、０．８０〜１．２０のマンガン、０．２５〜０．４５のシリコン、０〜０．００５未満のチタン、０〜０．０２０未満のリン、０〜最大０．００５のホウ素、０〜最大０．００３の硫黄、鉄、および不可避的不純物を含むか、これらから本質的に成るか、またはこれらから成る。本開示に従う合金のある非限定的な実施形態において、不可避的不純物は、米軍規格ＭＩＬ−ＤＴＬ−１２５０６Ｊの要件を満たす残留要素から成る。本開示に従う合金鋼のある非限定的な実施形態において、ある不可避的不純物の最大限度は、重量パーセント単位で、０．２５の銅、０．０３の窒素、０．１０のジルコニウム、０．１０のアルミニウム、０．０１の鉛、０．０２の錫、０．０２のアンチモン、および０．０２のヒ素を含む。本開示に従う空気硬化性合金鋼の別の非限定的な実施形態において、モリブデンのレベルは、０．４０〜０．５０重量パーセントの範囲である。モリブデンの添加が、本開示に従う空気硬化性鋼鉄の強度および耐食性を増加させ得ることが観察されている。
この非限定的な実施形態において、空気硬化性合金鋼は、３５２ＨＢＷ〜４３３ＨＢＷの範囲のブリネル硬度、１８８ｋｓｉ（１，２９６ＭＰａ）〜２０８ｋｓｉ（１，４３４ＭＰａ）の範囲の最大抗張力、１３３ｋｓｉ（９１７ＭＰａ）〜１４２ｋｓｉ（９７９ＭＰａ）の範囲の降伏強度、１６％〜１７％の範囲の伸長率、および−４０℃で４４フィートポンド（６０Ｊ）〜５３フィートポンド（７２Ｊ）の範囲のシャルピーＶノッチ値を呈する。
本開示に従う空気硬化性合金鋼をオーステナイト化および空冷して３５２ＨＢＷ〜４３３ＨＢＷの範囲の硬度を提供し、その後、その合金を３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１０時間の範囲の焼き戻し時間焼き戻しした後、その空気硬化性合金鋼のある実施形態は、３６０ＨＢＷ〜４３３ＨＢＷの範囲のブリネル硬度、１８８ｋｓｉ（１，２９６ＭＰａ）〜２３７ｋｓｉ（１，６３４ＭＰａ）の範囲の最大抗張力、１３３ｋｓｉ（９１７ＭＰａ）〜１４６ｋｓｉ（１，００７ＭＰａ）の範囲の降伏強度、１５％〜１６％の範囲の伸長率、および−４０℃で４４フィートポンド（６０Ｊ）〜５３フィートポンド（７２Ｊ）の範囲のシャルピーＶノッチ値を有する。
本開示のある空気硬化性合金鋼の予想外の驚くべき態様は、本開示に従うオーステナイト化および空冷された空気硬化性の自動焼き戻し合金が、３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１０時間の範囲の焼き戻し時間、焼き戻し熱処理にさらに供されるときに、本開示に従う空気硬化性合金鋼の降伏強度が、非限定的な実施形態において、最大３％増加し、伸長率および−４０℃でのシャルピーＶノッチ衝撃靱性が減少しないという観察である。上述のように、この観察は、焼き戻し時に強度の減少ならびに靱性および破壊靱性の増加を示す同様の炭素含有量を有する従来の水焼き入れおよび焼き戻しされた合金鋼で観察されるものに反する。
本開示に従う別の態様は、本開示に従う合金から形成されるか、またはそれを含む製品を対象とする。本明細書に開示される空気硬化性合金鋼が、ある既知の空気硬化性合金鋼と比較して、高い強度、中程度の硬度、および中程度の靱性を兼ね備えるため、本開示に従う合金は、特に、ブラストおよび／または衝撃保護を対象とした構造物および車両等の物品への包含によく適している。本開示に従う合金から形成することができるか、またはそれを含むことができる製品は、鋼装甲、ブラスト保護外殻、ブラスト保護Ｖ字形外殻、ブラスト保護車両底部、およびブラスト保護囲いを含むが、これらに限定されない。
本開示のさらに別の態様は、オーステナイト化および空冷された空気硬化性合金を熱処理する方法を対象とする。図１のフローダイヤグラムを参照して、本開示に従う方法（１０）の非限定的な実施形態は、オーステナイト化および空冷された空気硬化性合金鋼を提供すること（１２）、オーステナイト化および空冷された空気硬化性合金鋼を３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１２時間（または４時間〜１０時間）の範囲の焼き戻し時間、焼き戻し熱処理すること（１４）、ならびに焼き戻しされた空気硬化性合金鋼を周囲温度まで空冷すること（１６）を含む。オーステナイト化処理は、冶金学分野の当業者に既知の技法であり、本明細書において詳細に説明される必要はない。典型的なオーステナイト化条件は、例えば、合金鋼を１４００°Ｆ（７６０℃）〜１７００°Ｆ（９２７℃）の範囲の温度まで加熱すること、および合金をその温度で約０．２５時間〜約１時間の範囲の期間保持することを含む。
以下の実施例は、本発明の範囲を限定することなく、本開示に従うある非限定的な実施形態をさらに説明するよう意図される。当業者であれば、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。
実施例１
重量約５０ポンド（２２．７Ｋｇ）の４インチ×４インチ×１０インチ（１０．２ｃｍ×１０．２ｃｍ×２５．４ｃｍ）のテーパ状の実験用インゴットを真空誘導溶融によって作製した。表１は、実験用インゴットの目標および実際の化学的性質ならびにＡＴＩ ５００−ＭＩＬ（登録商標）超高硬度特殊鋼装甲合金のストックインゴットの実際の化学的性質を列記する。ＡＴＩ ５００−ＭＩＬ（登録商標）超高硬度特殊鋼装甲合金は、４７７ＨＢＷ〜５３４ＨＢＷの範囲の硬度を有する市販の鍛造特殊合金鋼であり、装甲板用途に使用され、ＡＴＩ Ｄｅｆｅｎｓｅ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，ＰＡ，ＵＳＡから入手可能である。
表１に示される実験用加熱物を溶融した後、押し湯を除去し、合金を２０５０°Ｆ（１１２１℃）で４時間（厚さ１インチ（２．５４ｃｍ）当たり約１時間）加熱することによって残りの材料を均質化した。
実施例２
実施例１の実験用インゴットおよびＡＴＩ ５００−ＭＩＬ（登録商標）超高硬度特殊鋼装甲合金のインゴットを細断して、焼き入れ炉内で溶融した。異なる比率のこれら２つの金属を炉内で合わせて、高さ２．５インチ×直径１．２５インチ（高さ６．３５ｃｍ×直径３．１８ｃｍ）の「ボタン」加熱物を作成した。５つのボタンをこの方法で作製した。
これらのボタンを２０５０°Ｆ（１１２１℃）で１時間均質化し、その後、直径１．２５インチ（３．１８ｃｍ）〜厚さ０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）の平らな試料から直接鍛造し、これは鋳造微細構造を排除するのに役立ち、鍛造生成物を形成した。鍛造後にこれらの試料を空冷させた。各ボタンから一部分を切り取り、化学的性質を検証した。測定された化学的性質は、表２に列記される。
化学的部分を切り取った後、各ボタンの残りの部分を１６００°Ｆ（８７１℃）で１５分間オーステナイト化し、空冷させた。
１インチ×３インチ×４インチ（２．５４ｃｍ×７．６２ｃｍ×１０．２ｃｍ）の断片を残りの３インチ×４インチ×７インチ（７．６２ｃｍ×１０．２ｃｍ×１７．８ｃｍ）の実験用インゴット片から切り取った。この断片を２０５０°Ｆ（１１２１℃）で１時間加熱し、その後、厚さ４インチ（１０．２ｃｍ）から厚さ２インチ（５．０８ｃｍ）の板に直接鍛造した。この板を最大１９００°Ｆ（１０３８℃）まで加熱し、この温度で１時間保持し、厚さ１インチ（２．５４ｃｍ）の板に仕上げ圧延し、空冷させた。化学的試料をこの冷却した板（試料６）（表２に示される化学的性質）から採取し、その後、この板を１６００°Ｆ（８７１℃）で１時間オーステナイト化し、空冷させた。
実施例３
１つのブリネル硬度および３つのロックウェルＣ硬度を、実施例２のボタン加熱物から調製された５つの厚さ０．２５インチの試料のそれぞれ、および実施例２の実験用材料から調製された厚さ１インチ（２．５４ｃｍ）の板の表面下０．０２５インチ（０．０６３５ｃｍ）から測定した。ブリネル硬度をＡＳＴＭ Ｅ１０−１０「金属材料のブリネル硬度の標準試験方法」（ＡＳＴＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｗｅｓｔ Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡ）に従って測定した。ロックウェルＣ硬度をＡＳＴＭ Ｅ１８−０８ｂ「金属材料のロックウェル硬度の標準試験方法」に従って測定した。ロックウェルＣ硬度値を、ＡＳＴＭ Ｅ１４０−０７「ブリネル硬度、ビッカース硬度、ロックウェル硬度、表面硬度、ヌープ硬度、およびスクレロスコープ硬度の間の金属関係の標準硬度変換表」に従ってブリネル硬度値に変換した。
硬度値は、図２にプロットされる。図２は、ＡＴＩ ５００−ＭＩＬ（登録商標）超高硬度特殊鋼装甲合金の典型的な硬度値も含む。
図２は、０．２４重量パーセントを超える炭素を含有する試料が、概して、ボタン１〜５、および０．１８〜０．２４重量パーセントの範囲の炭素を含有した実験用インゴットを超える硬度値を呈したことを示す。
実施例４
実施例１で調製された厚さ１インチ（２．５４ｃｍ）の板の厚さ０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）の薄片を採取した。したがって、調製された薄片の厚さは、実施例２のボタン加熱物から調製された５つの厚さ０．２５インチの試料の厚さと同一であり、同一の厚さを有する６つの試料をもたらした。２つの厚さ１．５インチ（３．８１ｃｍ）×０．７５インチ（１．９１ｃｍ）×０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）の部分をこれらの６つの試料それぞれから調製し、合計１２個の部分をもたらした。各試料から得られた一方の部分を３００°Ｆ（１４９℃）で４時間焼き戻しした。各試料から得られたもう一方の部分を４００°Ｆ（２０４℃）で４時間焼き戻しした。１つのブリネル硬度および３つのロックウェルＣ硬度を、１２個の部分のそれぞれの表面下０．０２５インチ（０．０６３５ｃｍ）から測定した。図３は、他の焼き戻し温度で行われた焼き戻し試験の結果に加えて、この試験の硬度値を含む。
図３にプロットされるデータは、さらなる焼き戻し熱処理が本開示の非限定的な実施形態に従う空気硬化性合金鋼の測定硬度に有意に影響を及ぼさないことを示す。
実施例５
２つの実験室規模の４インチ×４インチ×１０インチ（１０．２ｃｍ×１０．２ｃｍ×２５．４ｃｍ）のテーパ状の実験用インゴットを真空誘導炉内で生成した。化学的性質は、低炭素ヒートおよび高炭素ヒートを含む。インゴットの目標の化学的性質が表３に列記される。
溶融後、押し湯を各インゴットから除去した。これらのインゴットを炉内に１０００°Ｆ（５３８℃）で１７時間充填し、その後、加熱してインゴットの温度を２０５０°Ｆ（１１２１℃）まで上昇させ、所定の４時間の代わりに２時間均質化した。これらのインゴットを０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）の増分で厚さ４インチ（１０．２ｃｍ）から２．７５インチ（６．９９ｃｍ）に鍛造し、続いて、２５分間再加熱し、その後、０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）の増分で厚さ２インチ（５．０８ｃｍ）に鍛造した。
鍛造後、各試料を半分に切り、１９００°Ｆ（１０３８℃）の炉内に充填し、この温度で１時間均熱した。その後、これらの試料を厚さ１．５インチ（３．８１ｃｍ）にクロス圧延し、２０分間再加熱し、最終的に厚さ１インチ（２．５４ｃｍ）幅×８インチ（２０．３ｃｍ）×長さ１０インチ（２５．４ｃｍ）の板試料に圧延した。これら２つのインゴットはそれぞれ、これらの寸法の２つの板試料をもたらした。圧延後、これらの板試料を１６００°Ｆ（８７１℃）で１時間オーステナイト化し、静止空気中で空冷した。
上述の通り、これらの試料を所定の４時間の代わりに２時間のみ均質化した。したがって、これらのオーステナイト化された板試料を炉内に充填して、さらなる期間均質化した。これらの板試料を最大均質化温度まで加熱する間、均質化処理が鍛造および圧延された微細構造を破壊するであろうと判断された。したがって、これらの板試料を炉から除去した。この時点で、これらの板試料は１１８０°Ｆ（６３８℃）に達しており、炉内に合計２時間存在した。このさらなる熱処理期間が、板試料を効果的に焼き戻ししたと判断された。したがって、これらの板を１６００°Ｆ（８７１℃）で１時間再度オーステナイト化し、静止空気中で空冷した。８つの１インチ（２．５４ｃｍ）の立方体を焼き戻し試験のために（表３に示される目標の化学的性質を有する）低炭素材料および高炭素材料のそれぞれから切り取った。表４は、用いた焼き戻し条件および焼き戻しされた試料のそれぞれの測定硬度を示す。３つのＨＲＣを各試料の表面下０．０２０インチで測定し、表４に示される硬度値は、ＨＲＣからＨＢＷに変換された３つの測定結果の平均である。
表４に列記される値は、予想よりも著しく低かった。したがって、これらの試料をブリネル硬度について表面下０．０２０インチ（０．０５０８ｃｍ）で再試験した。図４は、他の試料において先に測定された硬度値と比較した、未焼き戻し硬度値を示す。図５は、焼き戻し硬度値を示し、低炭素および高炭素試料を「ＰＥＳ試料」と見なした。図４および図５にプロットされるデータは、さらなる焼き戻し熱処理が本開示の非限定的な実施形態に従う空気硬化性合金鋼の測定硬度に有意に影響を及ぼさないことを示す。
実施例６
本明細書で論じられる実験室規模の結果、ならびに表３に示される低炭素（０．２１重量パーセントＣ）および高炭素（０．２６重量パーセントＣ）の実験用加熱物の焼き戻しされた１インチの立方体試料からの硬度データに基づいて、これらの低炭素試料のうちのいくつかは焼き戻しされず、比較目的のために、いくつかのさらなる試料を４００°Ｆ（２０４℃）で６時間焼き戻しした。２ラウンドの長手方向張力試料を試験し、２つのＴＬシャルピーＶノッチ試料および２つのＬＴシャルピーＶノッチ試料を−４０℃で試験し、各板からのこれらのシャルピー試料のうちの１つの上で、２つのブリネル硬度測定を行った。張力およびシャルピーＶノッチ試験の結果は、表５に提示される。
実施例７
実施例６の試料のシャルピーおよびブリネル硬度特性をＡＴＩ ５００−ＭＩＬ（登録商標）超高硬度特殊鋼装甲合金の厚さ１．００インチ（２．５４ｃｍ）の板上での作業物と比較した。このＡＴＩ ５００−ＭＩＬ（登録商標）鋼装甲合金板は、表６に列記される実際の化学的性質を有した。
機械的特性について、ＡＴＩ ５００−ＭＩＬ（登録商標）鋼装甲合金板を４００°Ｆで焼き戻ししなかったため、ＡＴＩ ５００−ＭＩＬ（登録商標）鋼装甲合金板を、未焼き戻し形態の本発明の実施例６の試料と比較し、３００°Ｆ（１４９℃）で８時間焼き戻しされたそれらの試料とも比較した。いずれのシャルピー試験もＡＴＩ ５００−ＭＩＬ（登録商標）鋼装甲合金板焼き戻し材料上で行われなかったため、これを比較することはできなかった。図６は、未焼き戻し高炭素および低炭素材料ならびに焼き戻し高炭素および低炭素材料、ならびにＡＴＩ ５００−ＭＩＬ（登録商標）鋼装甲合金板の張力試験結果を反映する。図７は、様々な試料、ならびにＡＴＩ ５００−ＭＩＬ（登録商標）鋼装甲合金板の−４０℃でのシャルピーＶノッチの結果を含む。
図６および７の試験は、本開示に従う空気硬化性合金鋼の実施形態において、オーステナイト化および空冷後に、約３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の温度範囲で熱処理焼き戻しステップを行うことで、合金の靱性および破壊靱性を減少させることなく、合金に最大２０パーセントの降伏強度の増加をもたらすことを実証する。靱性または破壊靱性に悪影響を及ぼすことなく合金の降伏強度が増加したという観察は、同程度の炭素含有量を含む従来の焼き入れおよび焼き戻しされた合金鋼が、典型的には、焼き戻し時に靱性および破壊靱性の増加に加えて強度の減少を呈することを考慮すると、予想外の驚くべきものであった。
［発明の態様］
［１］
重量パーセント単位で、
０．１８〜０．２６の炭素と、
３．５０〜４．００のニッケルと、
１．６０〜２．００のクロムと、
０〜最大０．５０のモリブデンと、
０．８０〜１．２０のマンガンと、
０．２５〜０．４５のシリコンと、
０〜０．００５未満のチタンと、
０〜０．０２０未満のリンと、
０〜最大０．００５のホウ素と、
０〜最大０．００３の硫黄と、
鉄と、
不可避的不純物と、
を含む、空気硬化性合金鋼。
［２］
前記合金鋼が、３５２ＨＢＷ〜４６０ＨＢＷの範囲のブリネル硬度を有する、１に記載の空気硬化性合金鋼。
［３］
前記合金鋼が、１８８ｋｓｉ（１，２９６ＭＰａ）〜２３８ｋｓｉ（１，１６４１ＭＰａ）の範囲の最大抗張力、１３３ｋｓｉ（９１７ＭＰａ）〜１４６ｋｓｉ（１，００７ＭＰａ）の範囲の降伏強度、１４％〜１５％の範囲の伸長率、および−４０℃で３１フィートポンド（４２Ｊ）〜５３フィートポンド（７２Ｊ）の範囲のシャルピーＶノッチ値を有する、１に記載の空気硬化性合金鋼。
［４］
前記空気硬化性合金鋼を３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１０時間の範囲の焼き戻し時間焼き戻しした後、前記合金鋼が、３６０ＨＢＷ〜４６７ＨＢＷの範囲のブリネル硬度を有する、１に記載の空気硬化性合金鋼。
［５］
前記空気硬化性合金鋼を３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１０時間の範囲の焼き戻し時間焼き戻しした後、前記合金鋼が、１８８ｋｓｉ（１，２９６ＭＰａ）〜２３８ｋｓｉ（１，６４１ＭＰａ）の範囲の最大抗張力、１３３ｋｓｉ（９１７ＭＰａ）〜１７５ｋｓｉ（１，２０７ＭＰａ）の範囲の降伏強度、１４％〜１６％の範囲の伸長率、および−４０℃で３１フィートポンド（４２Ｊ）〜５３フィートポンド（７２Ｊ）の範囲のシャルピーＶノッチ値を有する、１に記載の空気硬化性合金鋼。
［６］
前記空気硬化性合金鋼を３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１０時間の範囲の焼き戻し時間焼き戻しした後、前記合金鋼の降伏強度が最大２０％増加し、前記合金鋼の伸長率および−４０℃でのシャルピーＶノッチ値が増加しない、１に記載の空気硬化性合金鋼。
［７］
重量パーセント単位で、０．１８〜０．２４の炭素を含む、１に記載の空気硬化性合金鋼。
［８］
前記合金鋼が、３５２ＨＢＷ〜４５９ＨＢＷの範囲のブリネル硬度を有する、７に記載の空気硬化性合金鋼。
［９］
前記合金鋼が、１８８ｋｓｉ（１，２９６ＭＰａ）〜２３７ｋｓｉ（１，６３４ＭＰａ）の範囲の最大抗張力、１３３ｋｓｉ（９１７ＭＰａ）〜１４６ｋｓｉ（１，００７ＭＰａ）の範囲の降伏強度、１４％〜１７％の範囲の伸長率、および−４０℃で３７フィートポンド（５０Ｊ）〜５３フィートポンド（７２Ｊ）の範囲のシャルピーＶノッチ値を有する、７に記載の空気硬化性合金鋼。
［１０］
前記空気硬化性合金鋼を３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１０時間の範囲の焼き戻し時間焼き戻しした後、前記合金鋼が、３６０ＨＢＷ〜４５９ＨＢＷの範囲のブリネル硬度を有する、７に記載の空気硬化性合金鋼。
［１１］
前記空気硬化性合金鋼を３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１０時間の範囲の焼き戻し時間焼き戻しした後、前記合金鋼が、１８８ｋｓｉ（１，２９６ＭＰａ）〜２３７ｋｓｉ（１，６３４ＭＰａ）の範囲の最大抗張力、１３３ｋｓｉ（９１７ＭＰａ）〜１５８ｋｓｉ（１，０８９ＭＰａ）の範囲の降伏強度、１５％〜１７％の範囲の伸長率、および−４０℃で３７フィートポンド（５０Ｊ）〜５３フィートポンド（７２Ｊ）の範囲のシャルピーＶノッチ値を有する、７に記載の空気硬化性合金鋼。
［１２］
前記空気硬化性合金鋼を３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１０時間の範囲の焼き戻し時間焼き戻しした後、前記合金鋼の降伏強度が最大８％増加し、前記合金鋼の伸長率および−４０℃でのシャルピーＶノッチ値が増加しない、７に記載の空気硬化性合金鋼。
［１３］
重量パーセント単位で、０．１８〜０．２１パーセントの炭素を含む、１に記載の空気硬化性合金鋼。
［１４］
前記合金鋼が、３５２ＨＢＷ〜４３３ＨＢＷの範囲のブリネル硬度を有する、１３に記載の空気硬化性合金鋼。
［１５］
前記合金鋼が、１８８ｋｓｉ（１，２９６ＭＰａ）〜２０８ｋｓｉ（１，４３４ＭＰａ）の範囲の最大抗張力、１３３ｋｓｉ（９１７ＭＰａ）〜１４２ｋｓｉ（９７９ＭＰａ）の範囲の降伏強度、１６％〜１７％の範囲の伸長率、および−４０℃で４４フィートポンド（６０Ｊ）〜５３フィートポンド（７２Ｊ）の範囲のシャルピーＶノッチ値を有する、１３に記載の空気硬化性合金鋼。
［１６］
前記空気硬化性合金鋼を３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１０時間の範囲の焼き戻し時間焼き戻しした後、前記合金鋼が、３６０ＨＢＷ〜４３３ＨＢＷの範囲のブリネル硬度を有する、１３に記載の空気硬化性合金鋼。
［１７］
前記空気硬化性合金鋼を３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１０時間の範囲の焼き戻し時間焼き戻しした後、前記合金鋼が、１８８ｋｓｉ（１，２９６ＭＰａ）〜２３７ｋｓｉ（１，６３４ＭＰａ）の範囲の最大抗張力、１３３ｋｓｉ（９１７ＭＰａ）〜１４６ｋｓｉ（１，００７ＭＰａ）の範囲の降伏強度、１５％〜１６％の範囲の伸長率、および−４０℃で４４フィートポンド（６０Ｊ）〜５３フィートポンド（７２Ｊ）の範囲のシャルピーＶノッチ値を有する、１３に記載の空気硬化性合金鋼。
［１８］
前記空気硬化性合金鋼を３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１０時間の範囲の焼き戻し時間焼き戻しした後、前記合金鋼の降伏強度が最大３％増加し、前記合金鋼の伸長率および−４０℃でのシャルピーＶノッチ値が増加しない、１３に記載の空気硬化性合金鋼。
［１９］
１、７、および１３のいずれかに記載の合金を含む製品。
［２０］
前記製品が、鋼装甲、ブラスト保護外殻、ブラスト保護Ｖ字形外殻、ブラスト保護車両底部、およびブラスト保護囲いから選択される、１９に記載の製品。
［２１］
オーステナイト化および空冷された空気硬化性合金鋼を熱処理する方法であって、
オーステナイト化および空冷された空気硬化性合金鋼を提供することと、
前記オーステナイト化および空冷された空気硬化性合金鋼を３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１２時間の範囲の焼き戻し時間焼き戻し熱処理することと、
前記焼き戻しされた空気硬化性合金鋼を周囲温度まで空冷することと、
を含む、方法。
［２２］
前記空気硬化性合金鋼が、 １、７、および１３のいずれかに記載の合金を含む、２１に記載の方法。
［２３］
オーステナイト化および空冷された空気硬化性合金鋼を提供することが、圧延、鍛造、押し出し、曲げ、機械加工、および研削のうちの少なくとも１つを含む、２１に記載の方法。

Claims (22)

  1. 重量パーセント単位で、
    ０．１８〜０．２６の炭素、
    ３．５０〜４．００のニッケル、
    １．６０〜２．００のクロム、
    ０．３８〜０．５０のモリブデン、
    ０．８０〜１．２０のマンガン、
    ０．２５〜０．４５のシリコン、
    ０〜０．００５未満のチタン、
    ０〜０．０２０未満のリン、
    ０〜最大０．００５のホウ素、
    ０〜最大０．００３の硫黄、並びに
    残部の鉄及び不可避的不純物
    からなり、そして
    ３５２ＨＢＷ〜４６０ＨＢＷの範囲のブリネル硬度を有する、
    空気硬化性合金鋼。
  2. 前記合金鋼が、１８８ｋｓｉ（１，２９６ＭＰａ）〜２３８ｋｓｉ（１，６４１ＭＰａ）の範囲の最大抗張力、１３３ｋｓｉ（９１７ＭＰａ）〜１４６ｋｓｉ（１，００７ＭＰａ）の範囲の降伏強度、１４％〜１５％の範囲の伸長率、および−４０℃で３１フィートポンド（４２Ｊ）〜５３フィートポンド（７２Ｊ）の範囲のシャルピーＶノッチ値を有する、請求項１に記載の空気硬化性合金鋼。
  3. 前記空気硬化性合金鋼を３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１０時間の範囲の焼き戻し時間焼き戻しした後、前記合金鋼が、３６０ＨＢＷ〜４６７ＨＢＷの範囲のブリネル硬度を有する、請求項１に記載の空気硬化性合金鋼。
  4. 前記空気硬化性合金鋼を３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１０時間の範囲の焼き戻し時間焼き戻しした後、前記合金鋼が、１８８ｋｓｉ（１，２９６ＭＰａ）〜２３８ｋｓｉ（１，６４１ＭＰａ）の範囲の最大抗張力、１３３ｋｓｉ（９１７ＭＰａ）〜１７５ｋｓｉ（１，２０７ＭＰａ）の範囲の降伏強度、１４％〜１６％の範囲の伸長率、および−４０℃で３１フィートポンド（４２Ｊ）〜５３フィートポンド（７２Ｊ）の範囲のシャルピーＶノッチ値を有する、請求項１に記載の空気硬化性合金鋼。
  5. 前記空気硬化性合金鋼を３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１０時間の範囲の焼き戻し時間焼き戻しした後、前記合金鋼の降伏強度が最大２０％増加し、前記合金鋼の伸長率および−４０℃でのシャルピーＶノッチ値が増加しない、請求項１に記載の空気硬化性合金鋼。
  6. 重量パーセント単位で、０．１８〜０．２４の炭素を含む、請求項１に記載の空気硬化性合金鋼。
  7. 前記合金鋼が、３５２ＨＢＷ〜４５９ＨＢＷの範囲のブリネル硬度を有する、請求項６に記載の空気硬化性合金鋼。
  8. 前記合金鋼が、１８８ｋｓｉ（１，２９６ＭＰａ）〜２３７ｋｓｉ（１，６３４ＭＰａ）の範囲の最大抗張力、１３３ｋｓｉ（９１７ＭＰａ）〜１４６ｋｓｉ（１，００７ＭＰａ）の範囲の降伏強度、１４％〜１７％の範囲の伸長率、および−４０℃で３７フィートポンド（５０Ｊ）〜５３フィートポンド（７２Ｊ）の範囲のシャルピーＶノッチ値を有する、請求項６に記載の空気硬化性合金鋼。
  9. 前記空気硬化性合金鋼を３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１０時間の範囲の焼き戻し時間焼き戻しした後、前記合金鋼が、３６０ＨＢＷ〜４５９ＨＢＷの範囲のブリネル硬度を有する、請求項６に記載の空気硬化性合金鋼。
  10. 前記空気硬化性合金鋼を３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１０時間の範囲の焼き戻し時間焼き戻しした後、前記合金鋼が、１８８ｋｓｉ（１，２９６ＭＰａ）〜２３７ｋｓｉ（１，６３４ＭＰａ）の範囲の最大抗張力、１３３ｋｓｉ（９１７ＭＰａ）〜１５８ｋｓｉ（１，０８９ＭＰａ）の範囲の降伏強度、１５％〜１７％の範囲の伸長率、および−４０℃で３７フィートポンド（５０Ｊ）〜５３フィートポンド（７２Ｊ）の範囲のシャルピーＶノッチ値を有する、請求項６に記載の空気硬化性合金鋼。
  11. 前記空気硬化性合金鋼を３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１０時間の範囲の焼き戻し時間焼き戻しした後、前記合金鋼の降伏強度が最大８％増加し、前記合金鋼の伸長率および−４０℃でのシャルピーＶノッチ値が減少しない、請求項６に記載の空気硬化性合金鋼。
  12. 重量パーセント単位で、０．１８〜０．２１パーセントの炭素を含む、請求項１に記載の空気硬化性合金鋼。
  13. 前記合金鋼が、３５２ＨＢＷ〜４３３ＨＢＷの範囲のブリネル硬度を有する、請求項１２に記載の空気硬化性合金鋼。
  14. 前記合金鋼が、１８８ｋｓｉ（１，２９６ＭＰａ）〜２０８ｋｓｉ（１，４３４ＭＰａ）の範囲の最大抗張力、１３３ｋｓｉ（９１７ＭＰａ）〜１４２ｋｓｉ（９７９ＭＰａ）の範囲の降伏強度、１６％〜１７％の範囲の伸長率、および−４０℃で４４フィートポンド（６０Ｊ）〜５３フィートポンド（７２Ｊ）の範囲のシャルピーＶノッチ値を有する、請求項１２に記載の空気硬化性合金鋼。
  15. 前記空気硬化性合金鋼を３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１０時間の範囲の焼き戻し時間焼き戻しした後、前記合金鋼が、３６０ＨＢＷ〜４３３ＨＢＷの範囲のブリネル硬度を有する、請求項１２に記載の空気硬化性合金鋼。
  16. 前記空気硬化性合金鋼を３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１０時間の範囲の焼き戻し時間焼き戻しした後、前記合金鋼が、１８８ｋｓｉ（１，２９６ＭＰａ）〜２３７ｋｓｉ（１，６３４ＭＰａ）の範囲の最大抗張力、１３３ｋｓｉ（９１７ＭＰａ）〜１４６ｋｓｉ（１，００７ＭＰａ）の範囲の降伏強度、１５％〜１６％の範囲の伸長率、および−４０℃で４４フィートポンド（６０Ｊ）〜５３フィートポンド（７２Ｊ）の範囲のシャルピーＶノッチ値を有する、請求項１２に記載の空気硬化性合金鋼。
  17. 前記空気硬化性合金鋼を３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１０時間の範囲の焼き戻し時間焼き戻しした後、前記合金鋼の降伏強度が最大３％増加し、前記合金鋼の伸長率および−４０℃でのシャルピーＶノッチ値が減少しない、請求項１２に記載の空気硬化性合金鋼。
  18. 請求項１、６、および１２のいずれかに記載の合金鋼を含む製品。
  19. 前記製品が、鋼装甲、ブラスト保護外殻、ブラスト保護Ｖ字形外殻、ブラスト保護車両底部、およびブラスト保護囲いから選択される、請求項１８に記載の製品。
  20. オーステナイト化および空冷された空気硬化性合金鋼を熱処理する方法であって、
    オーステナイト化および空冷された空気硬化性合金鋼を提供すること、
    前記オーステナイト化および空冷された空気硬化性合金鋼を３００°Ｆ（１４９℃）〜４５０°Ｆ（２３２℃）の範囲の焼き戻し温度で４時間〜１２時間の範囲の焼き戻し時間焼き戻し熱処理すること、及び
    前記焼き戻しされた空気硬化性合金鋼を周囲温度まで空冷すること
    を含み、
    前記空気硬化性合金鋼が重量パーセント単位で、
    ０．１８〜０．２６の炭素、
    ３．５０〜４．００のニッケル、
    １．６０〜２．００のクロム、
    ０．３８〜０．５０のモリブデン、
    ０．８０〜１．２０のマンガン、
    ０．２５〜０．４５のシリコン、
    ０〜０．００５未満のチタン、
    ０〜０．０２０未満のリン、
    ０〜最大０．００５のホウ素、
    ０〜最大０．００３の硫黄、並びに
    残部の鉄及び不可避的不純物
    からなる、
    方法。
  21. 前記空気硬化性合金鋼が、請求項１、６、および１２のいずれかに記載の合金鋼を含む、請求項２０に記載の方法。
  22. オーステナイト化および空冷された空気硬化性合金鋼を提供することが、圧延、鍛造、押し出し、曲げ、機械加工、および研削のうちの少なくとも１つを含む、請求項２０に記載の方法。
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