JPH01222036A

JPH01222036A - マルエージング鋼

Info

Publication number: JPH01222036A
Application number: JP1019391A
Authority: JP
Inventors: Jr Darrell F Smith; ダレル、エフ、スミス、ジュニア; Louis G Coffee; ルイス、ジーン、カフィー
Original assignee: Inco Alloys International Inc
Current assignee: Huntington Alloys Corp
Priority date: 1988-02-01
Filing date: 1989-01-27
Publication date: 1989-09-05
Anticipated expiration: 2009-08-24
Also published as: EP0327042B1; KR890013203A; JPH0665736B2; US4871511A; EP0327042A1; CA1323548C

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、マルエージング鋼に関し、詳細には、非常に
実質的なセクションサイズの製品形態を必要とする苛酷
な応用に関して使用するのに好適であるような強度と破
壊靭性との組み合わせを有する無コバルト型のマルエー
ジング鋼に関する。

発明の背景マルエージング鋼は、約２５〜３０年前に最初に発見さ
れ且つ多種多様の応用での実質的用途を立証している。

米国特許第４，４４３，２５４号明細書に記載のように
、初期の商業的重要性を有していた鋼は、大体コバルト
７〜９％を含有し、無コバルト物は商業的許容に十分な
靭性を欠いていた。前記米国特許第４，４４３，２５４
号明細書に記載の無コバルト合金は、この欠点を解消し
且つわずか数年で市場で世界的に良く受は入れられてい
る。

前記米国特許第４，４４３，２５４号明細書の長所にも
拘らず、そこに記載のマルエージング鋼が不十分である
と思われる応用がある。非常に実質的な厚さの製品形態
が必要とされる大きいロケットモーターケーシングなど
の応用が、これを例証するであろう。既知のように、ロ
ケットモーターケーシングは、直径１２〜１４フイート
（約３６６〜４２７ｃｍ）またはそれ以上であり、壁厚
は約１／２インチ（約１２．７１１１Ｉｓ）である（フ
ランジセクションは厚さが２〜２−１／２インチ（５０
，８〜６３．５ｍ＋１）であってもよい）。このことは
、厚さ４０〜４４インチ（約１０２〜１１２ｃｍ）より
も厚い鍛造品を得るために金属的６０．０００〜６５，
０００ポンドの溶湯装入物を必要とする。このようなケ
ーシングと併用される鍛造リングも、直径１２〜１４フ
イート（約３６６〜約４２７ｃｍ）である。

ロケットモーターケーシングおよび鍛造リングに使用す
べき材料は、高水準のに１ｏ破壊靭性並びに強度によっ
て特徴づけられるべきである。現在使用されている合金
は、Ｄ６ＡＣ（鉄および不純物に加えて炭素約０．４５
％、クロム１％、モリブデン１％、ニッケル０．５％を
含有する鋼）として既知の高強度低合金鋼である。調質
処理に応じて、約２１０，０００ｐｓｉの降伏強さで７
５ｋｓｉＪＴｎ程度のＫＩＣ値を有すると理解される。

鋼は、通常またはしばしば、液体焼き入れし、且つこの
ことは寸法変化を生ずることがある。このような応用に
望ましいことは、７５ｋｓｉＡｒＶｎよりも高いに１ｃ
および９０〜１００Ｋｓｉ平方根インチを超える破壊靭
性である。しかし、強度を犠牲にしてこの水準を達成す
ることは、万能の方策（ｐａｎａｃｅａ）ではない。こ
のように、合金は、高い降伏強さも有していなければな
らず、即ち、２００．０００ｐｓ　ｉよりもはるかに高
い降伏強さ、有利には少なくとも２２０．０００ｐｓｉ
を有していなければならない。

ＭＳ−２５０として既知の前記米国特許第４．４４３．
２５４号明細書に記載の市販の鋼は、モリブデン約３％
、ニッケル１８％および低炭素と一緒にチタン約１．３
５〜１，４５％を含有する。それは、９００゜Ｆ（約４
８２℃）で時効し、２４０．０００〜２５０．０００ｐ
ｓ　ｉの強度を与える。十分に強いが、そのＫＩＣ値は
、若干不足しており、約７Ｑｋｓｉ凸であり、シャクピ
ーＶノツチ値約１５〜２０フィート−ポンドまたはわず
かにそれよりも高い値である。

発明の概要前記米国特許節４．４４３．２５４号明細書に記載のマ
ルエージング鋼組成をチタン含量に関して修正し且つ本
発明に従って時効するならば、無コバルト鋼は、大きい
セクションサイズ、直径が４０インチ（約１０２ｃｍ）
以上で製造でき、鋼は７ＳｋｓｉＥ序よりもはるかに高
いＫＩＣ値、例えば、１００ｋＳｉＩ／Ｔｉ１および３
０フィート−ポンドよりも高いＣＶＮ衝撃強さ、例えば
、３２〜４０フィート−ポンドのＣＶＮ衝撃強さと一緒
に２２０．０００ｐｓｉ以上の降伏強さ（０，２％オフ
セット）を与えることか今や発見された。

発明の態様一般に、本発明は、チタン少なくとも１％〜約１．２５
％まで、ニッケル約１７〜約１９％、炭素０．０５％ま
で、少量の（例えば、０．０５％）から１％までのアル
ミニウムを含有し、残部は本質上鉄であるマルエージン
グ鋼を意図する。「残部」または「残部は本質上」鉄で
あるという用語は、付随物として通常存在する他の元素
、例えば、脱酸／浄化元素、およびこのような鋼に前記
鋼に悪影響を及ぼさない瓜で通常存在する不純物の存在
を排除しない。バナジウム、タンタル、ニオブおよびタ
ングステンは、各々１または２％までで存在できる。ま
た、本発明の鋼は、ホウ素およびジルコニウムの各々０
．２５％まで、ケイ素およびマンガンの各々１％まで、
カルシウムおよび／またはマグネシウム０．２５％まで
の少量を含有していてもよい。硫黄、水素、酸素および
リンは、良好な製鋼プラクティスと整合的な低水準に保
持すべきである。コバルトは、必要ではないが、少量は
存在できる。

組成考慮に加えて、本発明のマルエージング鋼は、９０
０゜Ｆ（約４８２℃）よりも高い温度から１１００゜Ｆ
（約５９３℃）未満の温度で１〜１０時間時効すべきで
ある。後述のように、チタン含量と時効温度とを相関さ
せることが有益である。

本発明を実施する際に、チタン量は、満足な強度水準お
よび破壊靭性を達成するのを助長するために１．１％よ
りも高いことが好ましい。チタン量は、１．２５％を超
えるには及ばないが、最適の破壊靭性が必要で、はない
場合には、１．４％程度であることができる。ニッケル
含量は、１６．５％程度であってもよいが、１７．５〜
１８．０％の範囲内であることが好ましい。２０または
２１％程度の２６が使用してもよいが、はとんど増大は
得られず且つ強度の損失が生ずる。保持されたオーステ
ナイトの問題は、後から起こる。

２．５〜３．５％のモリブデン範囲は、強度と靭性との
両方の点で有利である。最適の靭性を得ようとする際に
は、炭素は、０．０３％を超えるべきではない。アルミ
ニウムは、０．５％を超えるには及ばない。アルミニウ
ムは、主として脱酸の目的で存在するが、他の利益を与
える。０．０５〜０．３５％の範囲が、満足である。

時効温度およびチタン含量に関しては、これらは、好ま
しくは強度と破壊靭性との最良の組み合わせを与えるた
めに次の通り相関される：チタン含量、％　　時効温度
、゜Ｆ（”Ｃ）１．３〜１．４　　少なくとも９７５（
約５２４℃）、好ましくは１０７５（約５７９℃）以下１．２〜１．３　　少なくともり５０（約５１０℃）、
好ましくは少なくとも１０００　（約５３８℃）１．１〜１．２　　　少なくとも９２５（約４９６℃）
、好ましくは１０００（約５３８℃）以下チタン範囲の上端においては、最高時効温度は、満足な
降伏強度を達成するのを可能にしながら優秀な破壊靭性
をもたらす。より低い温度は、チタン範囲の下端におい
て使用でき、且つこのことは靭性と強度との両方をもた
らす。

合金の一般的加工に関しては、溶融は、ＡＯＤ（アルゴ
ン−酸素脱炭）炉中で実施した後、真空誘導溶融（ＶＩ
Ｍ）Ｌ、その後真空アーク再溶融（ＶＡＲ）すルコトカ
テきる。ｖＩＭ＋ｖＡＲで十分であるとみなされる。イ
ンゴットの熱間加工は、１６００〜２０５０゜Ｆ（約８
７１〜１１２１℃）、好ましくは１７００〜１９５０゜
Ｆ（約９２７〜１０６６℃）の温度範囲にわたって実施
すべきである。２０５０゜Ｆ（約１１２１℃）よりも高
い温度においては、過度の酸化が生ずることがある。経
験は、機械的性質が熱間加工からの冷却速度に比較的敏
感ではないことを示す。空冷は、使用できるが、全イン
ゴット断面は、温度がマルテンサイト変態温度〔約２５
０゜Ｆ（約１２１℃）〕未満に下がるように十分に冷却
すべきである。

液体焼き入れは、大きいセクションサイズを意図するな
らば熱亀裂をもたらすことがある。所望ならば、冷間加
工は、適用でき、加工硬化速度はむしろ低い。通常の機
械加工および粉砕操作は、熱処理前に使用すべきである
。

焼鈍処理に関しては、セクションサイズに応じて約１時
間以上約１３５０〜１７００゜Ｆ（約７３２〜９２７℃
）の温度は、満足であると考えられる。そのままで、本
発明の鋼は、十分にオーステナイト化されている〔約１
３５０゜Ｆ（約７３２℃）〕。最良の結果のためには、
構造、性質および粒度を考慮して、１４００〜１６００
゜Ｆ（約７６０〜８７１℃）の範囲内での焼鈍が、推奨
される。再焼鈍処理は、粒微細化を生ずることができる
。空冷、即ち、非液体焼き入れは、利用でき、寸法変化
がマルテンサイトへの変態時に生じたとしてもほとんど
ない。換言すれば、良好な寸法公差（ｔｏｌｅｒａｎｃ
ｅ）は、本発明のマルエージング鋼に起因する特性であ
る。

下記データは、当業者に本発明を構成する合金ノ特性に
ついての一般的様相を与えるために提供する。

高チタン（１，４１％）合金と低チタン（１，２６％）
合金との両方とも、５インチ（約１２．７ｃｍ）および
３インチ（約７．６ｃｍ）の熱間圧延丸棒の形態で調製
した。組成を表１に与え且つ試験結果を表Ｈに報告する
。

表１化学分析合金１　　　合金２ニッケル　　　　　　１８．２０　　　１８．１１モリ
ブデン　　　　　　３．０Ｂ　　　　３．０７チタン　
　　　　　　　１．２Ｂ　　　　１．４１アルミニウム
　　　　　０．０９　　　０．０９炭素　　　　　　　
　＜　ｏ、ｏｔ　　　　ｏ、ｏｔケイ素　　　　　　　
０．０１　　　０．０１マンガン　　　　　　　０．０
２　　　０．０３ホウ素　　　　　　　ｏ、ｏｏａ　　
　　ｏ、ｏｏａジルコニウム　　　　　低い　　　低い
鉄★　　　　　　　　７７．３６　　　７７．８３★不
純物量のＣｕｓ　Ｐｓ　Ｓ％　Ｃｒｓ　Ｃｏなど表１お
よびＨのおおざっばな検討かられかるように、約２２０
，０００ｐｓｉの降伏強さが得ることができ、破壊ＫＩ
Ｃ靭性水準は９０ｋｓｉＥ丘よりもはるかに高く、シャ
ルピーＶノツチｉｉ撃エネルギーは２５フィート−ポン
ドよりもはるかにい高く４０フィート−ポンド近くまで
である。

１０００Ｆ（約５３８℃）時効での１．２６％チタン合
金は、２２０，０００ｐｓｉよりも高い平均降伏強さ、
３５フィート−ポンドの平均ＣＮＶおよび１１０平方根
インチ破壊靭性近くのＫＩｏ値を生じたことは注目すべ
きである。

法令の条項に従って、本発明の特定の態様をここに例示
し且つ説明したが、当業者は、特許請求の範囲によって
カバーされる本発明の形態で変更を施すことができるこ
と、および本発明の成る特徴を他の特徴の対応の使用な
しに有利に時々使用できることを理解するであろう。

出願人代理人　　佐　　藤　　−雄

Claims

【特許請求の範囲】１、（ａ）高い降伏強さと、（ｂ）Ｋ＿Ｉ＿Ｃ破壊靭性と、（ｃ）シャルピーＶノッチ衝撃試験によって測定した時
に衝撃エネルギーを吸収する能力との組み合わせによっ
て特徴づけられるマルエージング鋼であって、本質上ニ
ッケル１６．５〜２０％、チタン１％を超えて約１．４
％まで、モリブデン約２〜約４％、炭素０．０５％まで
、アルミニウム１％までからなり、残部は鉄であり、約
９２５゜Ｆ（約４９６℃）〜１１００゜Ｆ（約５９３℃
）未満の温度で時効することから生ずる時効状態にある
ことを更に特徴とするマルエージング鋼。２、時効温度およびチタン含量が次の通り相関されてい
る、請求項１に記載のマルエージング鋼：チタン含量、％　時効温度、゜Ｆ（℃）１．３〜１．４少なくとも９７５（約５２４℃）、好ま
しくは１０７５（約５７９℃）以下１．２〜１．３少なくとも９５０（約５１０℃）、好ま
しくは少なくとも１０００（約５３８℃）１．１〜１．２少なくとも９２５（約４９６℃）、好ま
しくは１０００（約５３８℃）以下３、鋼を約９５０〜約１０２５゜Ｆ（約５１０〜５５２
℃）で約１〜１０時間時効する、請求項１に記載のマル
エージング鋼。４、時効処理が、約５時間を超えない、請求項３に記載
のマルエージング鋼。５、（ａ）高い降伏強さと、（ｂ）Ｋ＿Ｉ＿Ｃ破壊靭性と、（ｃ）シャルピーＶノッチ衝撃試験によって測定した時
に衝撃エネルギーを吸収する能力との組み合わせによっ
て特徴づけられるマルエージング鋼であって、本質上ニ
ッケル約１７〜約１９％、チタン約１〜約１．２５％、
モリブデン約２〜約４％、炭素０．０３％まで、０．５
％まで存在するアルミニウムからなり、残部は鉄であり
、時効状態において降伏強さが少なくとも２００，００
０ｐｓｉであり、Ｋ＿Ｉ＿Ｃ破壊靭性が９０ｋｓｉ√ｉ
ｎを超え且つ衝撃エネルギーが３０フィート−ポンドを
超えることを更に特徴とするマルエージング鋼。６、チタンが、１％よりも多く１．２５％未満である、
請求項５に記載のマルエージング鋼。７、約９２５゜Ｆ（約４９６℃）〜１０２５゜Ｆ（約５
５２℃）未満で約１〜５時間時効すべき合金から生ずる
時効状態にある、請求項５に記載のマルエージング鋼。