KR101945062B1 - 이중 경도 스틸 물품 및 제조 방법 - Google Patents

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냘 스테판슨
로날드 이. 베일리
글렌 제이. 스위아텍
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에이티아이 프로퍼티즈 엘엘씨
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Abstract

이중 경도 스틸 물품은 제2 경도를 가지는 제2 공기 경화성 스틸 합금에 야금학적으로 접합된 제1 경도를 가지는 제1 공기 경화성 스틸 합금을 포함한다. 이중 경성 스틸 물품을 제조하는 방법은 제1 결합면을 포함하고 제1 파트 경도를 가지는 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트를 제공하는 단계, 및 제2 결합면을 포함하고 제2 파트 경도를 가지는 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트는 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트에 야금학적으로 결속되어 야금학적으로 결속된 조립체를 형성하고, 상기 야금학적으로 결속된 조립체는 열간 압연되어 제1 결합면과 제2 결합면 사이에 야금학적 접합을 제공한다.

Description

이중 경도 스틸 물품 및 제조 방법{DUAL HARDNESS STEEL ARTICLE AND METHOD OF MAKING}
기술의 배경
기술 분야
본 개시는 이중 경도 스틸의 분야 및 이중 경도 스틸을 제조하는 방법에 대한 것이다.
기술의 배경의 설명
압연-접합된 이중 경도 스틸 방호구(armor)는 매우 효과적인 방호구 재료이다. 이러한 유형의 스틸 방호구의 한 예는 ATI K12®-MIL 이중 경성(Dual Hard) 방호구 판이며, 이는 ATI Defense, Washington, PA USA로부터 입수가 가능하다. ATI K12®-MIL 이중 경성 방호구는 미국 특허 제5,749,140호에서 한 구체예로서 개시되며, 상기 문헌은 그 전체로서 본 명세서에 참조로서 포함된다. ATI K12®-MIL 이중 경성 방호구 판은 고경도의 전면부 및 더 부드러운 후면부를 가지는 압연-접합된 재료이다. 사용시, 상기 방호구의 단단한 전면부가 부서지고 들어오는 발사체를 납작하게 만들며, 더 부드러운 후면부는 변형된 발사체를 포획하고 그의 에너지를 추가로 흡수한다.
비록 종래의 압연-접합된 이중 경도 스틸 방호구가 상당한 탄도학적 관통 저항성을 가지나, 이러한 재료를 제조하는 것은 어려우며 가격이 높다. 종래의 압연-접합된 이중 경도 스틸 방호구에서 요망되는 기계적 및 탄도학적 특성을 얻기 위해서는 복잡한 압연-접합후 열 처리 및 다른 공정이 요구된다. 특히, 압연-접합 후에 재료를 오스테나이트화, 오일 퀀칭, 및 템퍼링(temper)하는 것이 필수적이다. 게다가, 이들 공정 단계들은 한 번에 압연-접합된 판의 하나의 작은 부분에만 수행될 수 있으며, 그렇지 않을 경우 압연-접합되는 두 합금의 열 팽창 계수 및 변태 온도간의 차이로 인해 판의 과도한 뒤틀림이 발생할 수 있기 때문이다.
게다가, 열 처리 후에, 종래의 이중-경도 스틸 방호구 판은 복잡한 평면화 처리를 거쳐야만 한다. 단지 제한된 수의 제조 공장만이 그러한 평면화 처리를 수행하도록 적절히 갖춰져 있다. 또한, 판에 평면화 처리를 수행해야 할 필요성은 사실상 종래의 압연-접합된 이중 경도 스틸 방호구 판의 크기를 약 20 x 20 인치 (50.8 x 50.8 cm) 이하의 크기로 제한한다. 더 큰 판은 복수의 더 작은 판을 함께 연결함으로써 제작되어야 하므로, 파트 비용 및 제작 시간을 실질적으로 증가시킬 뿐만 아니라, 잠재적으로는 파트의 무결성에 부정적인 영향을 주게 된다.
따라서, 종래의 사후 압연-접합 단계, 가령 오스테나이트화 및 오일 퀀칭을 요하지 않고, 및/또는 많은 적용분야에 있어서 템퍼링 및 복잡한 평면화 절차에 대한 필요를 감소시키는 압연-접합된 이중 경도 스틸 방호구를 제조하는 방법에 대한 필요성이 존재한다. 더 일반적으로는, 이중 경도 스틸 방호구를 제조하는 향상된 방법에 대한 필요성이 존재한다.
요약
본 개시의 한 비-제한적인 양태에 따르면, 이중 경도 스틸 물품은 제1 합금 경도를 가지는 제1 공기 경화성 스틸 합금, 및 제2 합금 경도를 가지는 제2 공기 경화성 및 자동-템퍼링된 스틸 합금을 포함한다. 특정 구체예에서, 제1 합금 경도는 제2 합금 경도보다 더 높다. 제1 공기 경화성 스틸 합금 및 제2 공기 경화성 스틸 합금 사이에는 야금학적 접합 영역이 존재한다.
본 개시의 또다른 비-제한적인 양태에 따르면, 이중 경도 스틸 방호구는 적어도 574 BHN의 제1 합금 경도를 가지는 제1 공기 경화성 스틸 합금, 및 477 BHN 내지 534 BHN 범위의 제2 합금 경도를 가지는 제2 공기 경화성 스틸 합금을 포함한다. 제1 공기 경화성 스틸 합금은, 중량 백분율로, 0.42 내지 0.52 탄소, 3.75 내지 4.25 니켈, 1.00 내지 1.50 크롬, 0.22 내지 0.37 몰리브덴, 0.20 내지 1.00 망간, 0.20 내지 0.50 규소, 최대 0.020 인, 최대 0.005 황, 철, 및 불순물을 포함한다. 제2 공기 경화성 스틸 합금은, 중량 백분율로, 0.22 내지 0.32 탄소, 3.50 내지 4.00 니켈, 1.60 내지 2.00 크롬, 0.22 내지 0.37 몰리브덴, 0.80 내지 1.20 망간, 0.25 내지 0.45 규소, 최대 0.020 인, 최대 0.005 황, 철, 및 불순물을 포함한다. 제1 공기 경화성 스틸 합금과 제2 공기 경화성 및 자동-템퍼링된 스틸 합금 사이에 야금학적 접합 영역이 존재한다.
본 개시의 또다른 양태에 따르면, 이중 경도 스틸 방호구를 제조하는 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다: 제1 결합면을 포함하고 제1 파트 경도를 가지는 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트를 제공하는 단계; 및 제2 결합면을 포함하고 제2 파트 경도를 가지는 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트를 제공하는 단계. 제1 파트 경도는 제2 파트 경도보다 더 높다. 제1 파트 및 제2 파트는 적어도 일부의 제1 결합면이 적어도 일부의 제2 결합면과 접촉하도록 배치되며, 제1 파트 및 제2 파트는 야금학적으로 결속되어 야금학적으로 결속된 조립체를 형성한다. 야금학적으로 결속된 조립체는 열간압연되어 제1 결합면과 제2 결합면 사이에 야금학적 접합을 제공한다.
도면의 간단한 설명
본 명세서에 기재된 방법의 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참고하여 더 잘 이해될 수 있으며 여기서:
도 1A는 본 개시에 따른 이중 경도 스틸 물품의 비-제한적 구체예의 도식적인 조감도이고;
도 1B는 도 1A에 나타난 이중 경도 스틸 물품 구체예의 도식적인 횡-단면도이고; 그리고
도 2는 본 개시에 따른 이중 경도 스틸 물품을 제조하는 방법의 비-제한적 구체예의 흐름도이다.
독자는 본 개시에 따른 특정한 비-제한적 구체예에 대한 다음의 상세한 설명을 고려하여 상기한 세부 내용뿐 아니라 다른 내용을 이해할 것이다.
특정한 비-제한적 구체예의 상세한 설명
본 명세서에 개시된 구체예의 특정한 기재는, 명확성의 목적을 위해, 다른 요소, 특징, 및 양태는 제외시키는 반면, 개시된 구체예의 명확한 이해와 연관된 요소, 특징, 및 양태만을 예시하도록 간소화되었음이 이해되어야 한다. 당해 분야의 숙련가는, 개시된 구체예의 본 설명을 고려할 때, 다른 요소 및/또는 특징들이 개시된 구체예의 특정 구현 또는 적용에서 바람직할 수 있음을 인식할 것이다. 그렇지만, 그러한 다른 요소 및/또는 특징들이 개시된 구체예의 본 설명을 고려할 때 당해 분야의 숙련가에 의해 쉽게 확인되고 구현될 수 있고, 따라서 개시된 구체예의 완전한 이해를 위해 필수적인 것은 아니기 때문에, 그러한 요소 및/또는 특징의 설명이 본 명세서에 제공되지 않는다. 이와 같이, 본 명세서에 제시된 기재는 단지 개시된 구체예를 예시하고 설명할 뿐이며 오로지 청구범위에 의해서만 정의되는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않음이 이해되어야 한다.
비-제한적 구체예의 본 설명에서, 조작 실시예이거나 달리 표시되지 않는 한, 양 또는 특징을 나타내는 모든 수는 모든 경우에서 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 다음의 설명에서 제시되는 임의의 수치적 변수는 본 개시에 따른 주제에서 얻고자 하는 요망되는 특성에 따라 달라질 수 있는 추정치이다. 적어도, 그리고 청구의 범위에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 시도가 아니면서, 각각의 수치적 변수는 적어도 기록된 유효 숫자의 개수에 비추어 그리고 일반적인 반올림 기술을 적용하여 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에 열거된 임의의 수치적 범위는 그 안에 포함된 모든 하위 범위 및 수를 포함하는 것으로 의도된다. 예를 들면, "1 내지 10"의 범위는 열거된 최소값인 1 및 열거된 최대값인 10 사이의(및 이 둘을 포함하는), 즉, 1 이상의 최소값 및 10 이하의 최대값을 가지는 모든 하위-범위를 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에 열거된 임의의 최대 수치 상한은 그 안에 포함된 모든 더 낮은 수치 상한들을 포함하는 것으로 의도되며 본 명세서에 열거된 임의의 최소 수치 하한은 그 안에 포함된 모든 더 높은 수치 하한들을 포함하는 것으로 의도된다. 따라서, 출원인은 청구범위를 비롯하여 본 개시를, 본 명세서에 명시적으로 열거된 범위 내에 포함된 임의의 하위-범위를 명시적으로 나열하도록 보정할 권리를 갖는다. 임의의 그러한 하위-범위를 명시적으로 열거하도록 보정하는 것이 35 U.S.C. §12, 첫 번째 문단, 및 35 U.S.C. §32(a)의 요건을 충족시키는 것이 될 수 있도록, 모든 그러한 범위가 본 명세서에 내재적으로 개시된 것으로 의도된다.
본 명세서에 사용된 문법적인 관사인 "하나의(one)", "a", "an", 및 "the"는 달리 지시되지 않는 한 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 포함하는 것으로 의도된다. 따라서, 관사는 본 명세서에서 관사의 문법적인 대상의 하나 또는 하나 초과(즉, 적어도 하나)를 지칭하기 위해 사용된다. 예시의 방식으로, "성분"은 하나 이상의 성분들을 의미하며, 따라서, 가능하게는, 하나 초과의 성분이 고려되며 기술된 구체예의 구현에 활용되거나 사용될 수 있다.
본 명세서에 참고로서, 전체 또는 부분으로, 포함된다고 언급된 임의의 특허, 간행물, 또는 기타 개시 자료는 포함된 자료가 상기 개시에 제시된 존재하는 정의, 언급, 또는 다른 개시 자료와 충돌하지 않는 정도까지만 본 명세서에 포함된다. 그와 같이, 그리고 필요한 정도까지, 본 명세서에 제시된 개시가 참고로서 본 명세서에 포함된 임의의 충돌하는 자료보다 우선한다. 본 명세서에 참고로서 포함된다고 지칭되지만, 본 명세서에 제시된 존재하는 정의, 언급, 또는 기타 개시 자료와 충돌되는 임의의 자료, 또는 그의 일부분은 포함된 자료 및 존재하는 개시 자료 간에 어떠한 충돌도 일어나지 않는 정도까지만 포함된다.
본 개시는 다양한 구체예의 설명을 포함한다. 본 명세서에 기술된 모든 구체예는 예시적이고, 설명적이며, 비-제한적임이 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명은 다양한 예시적이고, 설명적이며, 비-제한적 구체예의 설명에 의해 제한되지 않는다. 오히려, 본 발명은 오로지 청구범위에 의해서만 정의되며, 청구범위는 본 개시에 명시적이거나 내재적으로 기술되거나 아니면 본 개시에 의해 명시적이거나 내재적으로 뒷받침된 임의의 특징을 열거하도록 보정될 수 있다.
본 개시의 양태는 이중 경도, 또는 "이중 경성", 스틸 및 스틸 물품의 비-제한적 구체예를 포함한다. 본 개시에 따른 스틸 물품의 가능한 형태는 예를 들면, 공기 경화성 스틸 합금을 포함하는 이중 경도 스틸 방호구 판 또는 다른 형태를 포함한다.
본 명세서에 사용된, "공기 경화성" 스틸 합금은 그의 최종적인 높은 경도를 얻기 위해 액체 내 퀀칭을 요하지 않는 스틸 합금을 지칭한다. 오히려, 공기 경화된 스틸 합금에서 높은 경도는 오로지 공기 중에서 고온에서부터 냉각시킴으로써 성취될 수 있다. 공기 경화성 스틸 합금이 높은 경도를 얻기 위해 액체 퀀칭될 필요가 없기 때문에, 예를 들면, 공기 경화성 스틸 판과 같은 공기 경화성 스틸 물품은 빠른 액체 퀀칭을 통해 발생할 수 있는 일그러짐 및 과도한 뒤틀림을 겪지 않는다. 본 개시에 따른 공기 경화성 스틸 합금은, 높은 경도를 얻기 위한 종래의 사후-압연 접합 열 처리 및 액체 퀀칭에 대한 필요 없이, 종래의 압연-접합 기술을 이용하여 처리되고 이후 공기 냉각되어 이중 경도 스틸 방호구 판 또는 다른 물품을 형성할 수 있다.
방호구 스틸 합금은 일반적으로 경도에 따라 다음의 군으로 분류될 수 있다: (i) 균질 압연 방호구(Rolled Homogeneous Armor,"RHA") 합금은 미국 국방 규격 MIL-A-12560H하의 212-388 BHN (브리넬(Brinell) 경도 번호) 범위의 경도를 나타내고, 또한 400 BHN 스틸 방호구 합금으로도 지칭되고; (ii) 고경성 방호구(High Hard Armor, "HHA") 합금은 미국 국방 규격 MIL-DTL-46100E 하의 477-534 BHN 범위의 경도를 나타내고, 또한 500 BHN 스틸 방호구 합금으로도 지칭되고; 그리고 (iii) 초고경성 방호구(Ultra High Hard Armor, "UHH") 합금은 미국 국방 규격 MIL-DTL-32332하의 570 BHN의 최소 경도를 나타내고, 또한 600 BHN 스틸 방호구 합금으로도 지칭된다. 그 외에도, 공기 경화성 700 BHN 스틸 방호구 합금이 개발중에 있다. 특정한 비-제한적 구체예에 따르면, 이중 경도 스틸 방호구를 형성하기 위해 사용되는 본 명세서의 방법에 의해 제조된 공기 경화성 스틸 방호구 합금은 RHA 합금, HHA 합금, UHH 합금, 및 잠재적으로 700 BHN 스틸 방호구 합금 중에서 선택된 합금을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 현재, 본 발명자는 공기 경화성 400 BHN 및 700 BHN 스틸 방호구의 어떠한 시판 예시품도 듣지 못했다.
도 1A는 본 개시에 따른 이중 경도 스틸 물품(10)의 비-제한적 구체예의 도식적인 조감도이고, 도 1B는 그의 도식적인 횡-단면도이다. 이중 경도 스틸 물품(10)은 이중 경도 방호구로서 사용될 수 있다. 이중 경도 스틸 물품(10)은 제1 합금 경도를 가지는 제1 공기 경화성 스틸 방호구 합금(12)의 층, 및 제2 합금 경도를 가지는 제2 공기 경화성 스틸 합금(14)의 층을 포함한다. 비-제한적 구체예에서, 제1 합금 경도는 제2 합금 경도보다 더 높다. 야금학적 접합 영역(16)은 제1 공기 경화성 스틸 방호구 합금(12)의 적어도 한 영역과 제2 공기 경화성 스틸 방호구 합금(14)의 적어도 한 영역을 부착시킨다. 본 명세서에 사용된, "야금학적 접합"은 계면 영역에서 합금 사이의 확산, 용접, 합금, 또는 분자간 또는 입자간 끌림에 의한 합금의 접합을 지칭한다. 야금학적 접합 영역(16)에서, 제1 공기 경화성 스틸 방호구 합금은 제2 공기 경화성 스틸 방호구 합금과 잘 혼합되어, 이를 통해 두 합금이 서로 결속된다. 당해 분야의 숙련가는 두 스틸 합금을 서로 결속시키기 위해 두 스틸 합금 사이에 야금학적 접합 영역을 형성하기 위해 사용될 수 있는 기술의 성질을 이해할 것이다. 비-제한적 구체예에서, 야금학적 접합 영역은 약 750 ㎛ 내지 약 1500 ㎛의 범위의 두께를 갖는다. 그렇지만, 임의의 적절한 두께의 야금학적 접합 영역이 제1 공기 경화성 스틸 방호구 합금(12) 및 제2 공기 경화성 스틸 합금(14)을 서로 결속시키기 위해 형성될 수 있음이 이해될 것이다.
본 개시에 따른 특정한 비-제한적 구체예에서, 제1 공기 경화성 스틸 방호구 합금은 적어도 574 BHN의 경도를 갖는다. 공기 경화되는 경우 적어도 574 BHN의 경도를 가지는 공기 경화성 UHH 스틸 방호구 합금, 또는 600 BHN 스틸 방호구 합금의 비-제한적 예시는 ATI 600-MIL® 초고경성 스페셜티 스틸 방호구이며, 상기 방호구는 ATI Defense, Washington, PA USA로부터 입수가능하고, 계류중인 미국 특허 출원 일련번호 제12/184,573호에 개시되어 있으며, 상기 문헌은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 포함된다. ATI 600-MIL® 초고경성 스페셜티 스틸 방호구는 중량 백분율로, 0.42 내지 0.52 탄소, 3.75 내지 4.25 니켈, 1.00 내지 1.50 크롬, 0.22 내지 0.37 몰리브덴, 0.20 내지 1.00 망간, 0.20 내지 0.50 규소, 최대 0.020 인, 최대 0.005 황, 잔부 철, 및 부수적인 불순물을 포함한다. 비-제한적 구체예에서, 불순물은 미국 국방 규격 M1L-DTL -32332 요건을 따르는 잔여 원소로 이루어진다.
본 개시에 따른 특정한 비-제한적 구체예에서, 제2 공기 경화성 스틸 방호구 합금은 양 값을 포함하여 477 BHN 내지 534 BHN 범위의 경도를 갖는다. 양 값을 포함하여 477 BHN 내지 534 BHN 범위의 경도를 갖는 공기 경화성 스틸 합금 방호구의 비-제한적 예시는 ATI 500-MIL® 고경성 스페셜티 스틸 방호구이며, 상기 방호구 또한 ATI Defense로부터 입수가능하다. ATI 500-MIL® 고경성 스페셜티 스틸 방호구는 중량 백분율로, 0.22 내지 0.32 탄소, 3.50 내지 4.00 니켈, 1.60 내지 2.00 크롬, 0.22 내지 0.37 몰리브덴, 0.80 내지 1.20 망간, 0.25 내지 0.45 규소, 최대 0.020 인, 최대 0.005 황, 잔부 철, 및 부수적인 불순물을 포함한다. 비-제한적 구체예에서, 불순물은 미국 국방 규격 MIL-DTL-46100E 요건을 따르는 잔여 원소로 이루어진다. 본 개시에 따른 특정한 비-제한적 구체예에서, 제1 공기 경화성 스틸 방호구 합금은 적어도 574 BHN의 경도를 가지며, 제2 공기 경화성 스틸 방호구 합금은 양 값을 포함하여 477 BHN 내지 534 BHN 범위의 경도를 갖는다.
다시 도 1A 및 1 B를 참조하면, 이중 경도 스틸 물품(10)은 예를 들면, 상이한 경도 값을 가지는 공기 경화성 스틸 합금으로부터 제작된 이중 경도 스틸 방호구 판의 형태일 수 있다. 이중 경도 스틸 방호구 물품 또는 방호구(10)의 전면부(18)는 비교적 높은 경도 값을 가지는 제1 공기 경화성 스틸 방호구 합금(12)을 포함한다. 전면부(18)는 제1 공기 경화성 스틸 방호구 합금(12)의 노출된 면인 "충격면(strike face)"을 포함한다. 탄도학적 발사체는 전면부(18)에 접촉시 부서지고 및/또는 납작해진다. 후면부(19), 또는 이중 경도 공기 경화성 스틸 방호구 판(10)의 뒤쪽 판은 제1 공기 경화성 스틸 방호구 합금(12)보다 더 낮은 경도를 나타내는 제2 스틸 방호구 합금(14)을 포함한다. 더 부드럽고 더 연성인 후면부(19)는 전면부(18)를 뚫고 들어오는 발사체의 파편을 포획하고 발사체가 충격면을 타격한 후 들어온 발사체의 에너지를 흡수하는 기능을 한다. 임의의 특정한 작동 이론에 구속되는 것을 바라지 않지만, 후면부(19) 그리고 제1 및 제2 공기 경화성 스틸 방호구 합금(12), (14) 사이의 야금학적 접합부의 존재가 탄도학적 발사체에 의해 타격받았을 때 비교적 경성인 전면부(18)에서 균열 및/또는 균열의 확산을 억제한다고 생각된다.
비-제한적 구체예에서, 이중 경도 스틸 물품 또는 방호구(10)의 전면부(18)의 제1 공기 경화성 스틸 방호구 합금(12)은 58 내지 65 Rc의 록웰(Rockwell) C경도를 갖는다. 또다른 비-제한적 구체예에서, 이중 경도 스틸 물품 또는 방호구(10)의 후면부(19) 또는 뒤쪽 판을 포함하는 제2 공기 경화성 스틸 방호구 합금(14)은 45 내지 55 Rc의 록웰 C 경도를 갖는다. 또다른 구체예에서, 제1 공기 경화성 스틸 방호구 합금(12)과 제2 공기 경화성 스틸 방호구 합금(14)의 록웰 C 경도 간의 차이는 약 10 내지 15 Rc 포인트이다.
또다른 비제한적 구체예에서, 이중 경도 스틸 물품(10)의 전면부(18)의 제1 공기 경화성 스틸 방호구 합금(12)은 미국 국방 규격 MIL-DTL-32332 (MR)을 충족할 수 있다. 또다른 비-제한적 구체예에서, 이중 경도 스틸 물품(10)의 후면부(19) 또는 뒤쪽 판을 포함하는 제2 공기 경화성 스틸 방호구 합금(14)은 미국 국방 규격 MIL-DTL- 46100E (MR)을 충족한다.
이중 경도 스틸 물품을 제공하기 위해 당해 분야의 숙련가에게 현재 또는 이후 공지인 상이한 공기 경화성 스틸 방호구 합금의 임의의 적절한 조합을 야금학적으로 서로 접합하는 것은 본 개시의 범위 내에 있다. 예를 들면, 특정한 비-제한적 구체예에서, 공기 경화성 400 BHN 스틸 방호구 합금은 공기 경화성 500 BHN 스틸 방호구 합금 또는 공기 경화성 600 BHN 스틸 방호구 합금에 야금학적으로 접합될 수 있다. 임의의 특정한 경우에, 더 경성인 합금이 제1 공기 경화성 스틸 방호구 합금 및 제1 면으로서 기능할 수 있고, 전형적으로 진입하는 탄도학적 발사체에 최초로 접촉되도록 탄도학적 위협을 향하여 노출된다.
표 1은 상이한 경도의 공기 경화성 스틸 방호구 합금의 조합을 서로 야금학적으로 접합하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제작될 수 있는 본 개시에 따른 이중 경도 물품의 여러 비-제한적 구체예를 나열한다. 표 1에 나열된 각각의 그러한 조합의 공기 경화성 스틸 방호구 합금에서, 도 1A 및 1B에 예시된 물품(10)의 비-제한적 구체예를 참조하면, 예를 들면, 더 높은 경도를 나타내는 특정한 조합의 합금이 전면부(18)에 포함되는 제1 공기 경화성 스틸 방호구 합금(12)으로 기능할 수 있고, 더 낮은 경도를 나타내는 합금이 후면부(19)에 포함되는 제2 공기 경화성 스틸 방호구 합금으로 기능할 수 있을 것이다. 표 1에서 각각 400, 500, 600, 및 700의 표시는, 공기 경화성 400 BHN 스틸 방호구 합금, 공기 경화성 500 BHN 스틸 방호구 합금, 공기 경화성 600 BHN 스틸 방호구 합금, 및 공기 경화성 700 BHN 스틸 방호구 합금에 대한 것이다. 동일한 합금 유형이 제1 및 제2 공기 경화성 스틸 방호구 합금으로 조합된 표 1의 조합(예컨대, "500/500")에서, 판(10)의 제1 면(18)에 포함된 제1 공기 경화성 스틸 방호구 합금이 후면부(19)에 포함된 제2 공기 경화성 스틸 방호구 합금보다 더 높은 경도를 가질 것이다.
Figure 112013060127374-pct00001
표 1을 참조하면, 본 개시에 따른 이중 경도 스틸 방호구 판 또는 다른 이중 경도 스틸 물품의 특정한 비-제한적 구체예는 각각 제1 공기 경화성 스틸 합금 및 제2 공기 경화성 스틸 합금으로서 다음의 두 가지 공기 경화성 합금 유형을 조합한다: 400 BHN 스틸 합금 (더 높은 경도) + 400 BHN 스틸 합금 (더 낮은 경도); 500 BHN 스틸 합금 + 400 BHN 스틸 합금; 500 BHN 스틸 합금 (더 높은 경도) + 500 BHN 스틸 합금 (더 낮은 경도); 600 BHN 스틸 합금 + 400 BHN 스틸 합금; 600 BHN 스틸 합금 + 500 BHN 스틸 합금; 600 BHN 스틸 합금 (더 높은 경도) + 600 BHN 스틸 합금 (더 낮은 경도); 700 BHN 스틸 합금 + 400 BHN 스틸 합금; 700 BHN 스틸 합금 + 500 BHN 스틸 합금; 700 BHN 스틸 합금 + 600 BHN 스틸 합금; 및 700 BHN 스틸 합금 (더 높은 경도) + 700 BHN 스틸 합금 (더 낮은 경도).
본 개시에 따른 특정한 비-제한적 구체예에서, 제2 공기 경화성 스틸 합금은 공기 경화성 자동-템퍼링 스틸을 포함한다. 본 명세서에 사용된, "자동-템퍼링 스틸"은 스틸 내 탄소가 공기 냉각 도중에 마텐자이트(martensitic) 상의 부분으로부터 부분적으로 석출되어, α-철 매트릭스 내에 탄화철의 고른 분산을 형성하여서 스틸 합금의 인성이 증가된 스틸을 지칭한다. 본 개시에 따른 특정한 비-제한적 구체예에서, 제2 공기 경화성 스틸 합금으로서 포함되는 자동-템퍼링 스틸은 적어도 260 ksi (1,792 MPa)의 인장 강도, 적어도 150 ksi (1,034 MPa)의 항복 강도, 및 적어도 13%의 연신율을 포함하는 실온 인장 특성을 나타낸다. 본 개시에 따른 또다른 비-제한적 구체예에서, 제2 공기 경화성 스틸 합금로서 포함되는 자동-템퍼링 스틸은 적어도 240 ksi (1,655 MPa)의 인장 강도, 적어도 140 ksi (965 MPa)의 항복 강도, 및 적어도 9%의 연신율을 포함하는 실온 인장 특성을 나타낸다. 특정한 비-제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 이중 경도 스틸 물품에서 제2 공기 경화성 스틸 합금으로 사용될 수 있는 공기 경화성 자동-템퍼링 스틸은 ASTM A370 - 10에 나열된 표준 시험 방법에 따라 측정할 때, 표 2에 나열된 최소의 샤피 V-노치(Charpy V-notch) 충격 특성을 갖는다. 상기 샤피 V-노치 충격 시험은 에너지를 흡수하는 스틸 합금의 능력을 측정하여, 이를 통해 스틸 합금의 인성의 측정을 제공하는 빠른 변형 속도 충격 시험이다.
Figure 112013060127374-pct00002
본 개시에 따른 또다른 비-제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 이중 경도 스틸 물품에서 제2 공기 경화성 스틸 합금으로 사용될 수 있는 공기 경화성 자동-템퍼링 스틸은 ATI 500-MIL® 고경성 스페셜티 스틸 방호구이다. 또다른 비-제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 특정한 이중 경도 스틸 물품에서 제2 공기 경화성 스틸 합금으로 포함될 수 있는 공기-템퍼링 스틸은 중량 백분율로, 0.18-0.23% 탄소, 0.50-0.70% 망간, 최대 0.035% 인, 최대 0.04% 황, 0.15-0.30% 규소, 3.25-3.75% 니켈, 0.20-0.30% 몰리브덴, 철 및 부수적인 불순물의 명목 조성 범위를 가지고, ASTM A29 / A29M - 05에 나열된 특성을 가지는 그레이드(Grade) AISI 4820 스틸 합금 (UNS G48200)이다.
본 개시에 따르면 이중 경도 스틸 물품의 특정한 비-제한적 구체예에서, 제1 공기 경화성 스틸 합금 및 제2 공기 경화성 스틸 합금 중 적어도 하나는 공기 경화성 니켈- 몰리브덴-크롬 스틸 합금을 포함한다. 본 개시에 따른 이중 경도 스틸 물품의 특정한 비-제한적 구체예에서, 제1 공기 경화성 스틸 합금은 중량 백분율로, 0.42 내지 0.52 탄소, 3.75 내지 4.25 니켈, 1.00 내지 1.50 크롬, 0.22 내지 0.37 몰리브덴, 0.20 내지 1.00 망간, 0.20 내지 0.50 규소, 최대 0.020 인, 최대 0.005 황, 철, 및 불순물을 포함하거나, 필수적으로 이들로 구성되거나 이들로 이루어진 니켈-몰리브덴-크롬 스틸 합금이다. 본 개시에 따른 이중 경도 스틸 물품의 특정한 다른 비-제한적 구체예에서, 제1 공기 경화성 스틸 합금은 중량 백분율로, 0.22 내지 0.32 탄소, 3.50 내지 4.00 니켈, 1.60 내지 2.00 크롬, 0.22 내지 0.37 몰리브덴, 0.80 내지 1.20 망간, 0.25 내지 0.45 규소, 최대 0.020 인, 최대 0.005 황, 철, 및 부수적인 불순물을 포함하거나, 필수적으로 이들로 구성되거나 이들로 이루어진 니켈-몰리브덴-크롬 스틸 합금이다.
본 개시의 한 양태는 본 개시에 따른 공기 경화성 스틸 합금을 포함하는 이중 경도 스틸 합금 물품을 포함하거나 이것으로 이루어진 제조품에 대한 것이다. 특정한 비-제한적 구체예에서, 이러한 제조품은 방호구, 방폭(blast-protective) 차량 외피, V-형 방폭 차량 외피, 방폭 차량 취약부, 및 방폭 방호벽 중에서 선택된다.
본 개시에 따른 추가적인 양태는 예를 들면, 판의 형태인 이중 경도 스틸 방호구 또는 다른 물품과 같은 이중 경도 스틸 물품을 제조하는 방법에 대한 것이다. 도 2의 흐름도를 참조하면, 이중 경도 스틸 방호구를 제조하기 위해 본 개시에 따른 방법(20)의 한 비-제한적 구체예는 제1 결합면을 포함하고 제1 파트 경도를 가지는 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트를 제공하는 단계(도 2의 단계 21), 및 제2 결합면을 포함하고 제2 파트 경도를 가지는 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트를 제공하는 단계(22)를 포함한다. 방법(20)의 특정한 비-제한적 구체예에서, 제1 파트 경도는 제2 파트 경도보다 더 높다. 방법(20)의 다양한 비-제한적 구체예에서, 각각의 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트 및 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트는 공기 경화성 스틸 합금의 판, 슬래브(slab), 시트, 및 주물 중에서 독립적으로 선택된다. 다시 도 2를 참조하면, 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트 및 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트는 적어도 일부의 제1 결합면이 적어도 일부의 제2 결합면과 접촉하도록 배치된다(23). 비-제한적 구체예에서 제1 결합면의 전체 부분이 제2 결합면의 전체 부분과 접촉한다. 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트는 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트에 야금학적으로 결속되어 야금학적으로 결속된 조립체를 형성한다(24). 야금학적으로 결속된 조립체는 열간 압연되어 제1 결합면 및 제2 결합면의 전체 부분 또는 일부분 사이에 야금학적 접합 영역을 제공하고(25), 이를 통해 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트와 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트가 서로 야금학적으로 접합된다. 열간 압연된 조립체는 냉각된다(26). 특정한 비-제한적 구체예에서, 제1 결합면 및 제2 결합면 중 적어도 하나의 적어도 일부는 임의로 배치 단계(23) 전에 연마된다.
전술한 바와 같이, 도 2의 방법(20)에서 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트는 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트에 야금학적으로 결속되어 열간 압연단계 전에 야금학적으로 결속된 조립체를 형성한다. 본 명세서에 사용된, "야금학적으로 결속하는"은 합금간 또는 합금과 용접 합금 간에 확산, 합금, 분자간 또는 입자간 끌림에 의한 합금의 접합을 지칭한다. 제1 및 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트를 서로 야금학적으로 결속시킴으로써 제조된 중간 물품은 본 명세서에서 언급의 편의를 위해 야금학적으로 결속된 조립체 또는 용접된 조립체로 지칭된다. 본 개시에 따른 방법의 특정한 비-제한적 구체예에서, 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트를 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트에 야금학적으로 결속시키는 단계는 제1 결합면 주변의 적어도 한 영역 및 제2 결합면 주변의 적어도 한 영역을 서로 용접함으로써 제1 및 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트를 서로 결속시키는 것을 포함한다. 특정한 비-제한적 구체예에서, 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트를 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트에 야금학적으로 결속시키는 단계는 제1 결합면의 주변 전체 및 제2 결합면의 주변 전체를 서로 용접하는 것을 포함한다. 제1 및 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트를 서로 야금학적으로 결속시키는 단계(24)는 두 파트를 이들이 이후의 열간 압연 단계에 의해 서로 야금학적으로 접합될 수 있도록 적절하게 배치한다. 상기 사실을 고려하면, 제1 결합면 주변 전체 및 제2 결합면 주변 전체를 서로 용접하거나 야금학적으로 결속할 필요가 없다.
또다른 비-제한적 구체예에서, 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트를 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트에 야금학적으로 결속시켜 야금학적으로 결속된 조립체를 형성하는 단계는 제1 결합면의 적어도 한 영역과 제2 결합면의 적어도 한 영역을 폭발접합하는 단계를 포함한다. 금속 및 금속 합금을 폭발접합하는 공정은 당해 분야의 숙련가에게 공지이며 본 명세서에서 추가로 설명할 필요가 없다.
방법(20)의 특정한 비-제한적 구체예에서, 제1 및 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트를 야금학적으로 결속시키는 단계(24) 전에, 제1 및 제2 결합면을, 예를 들면, 하나 또는 양쪽 표면의 전부 또는 일부를 연마함으로써 준비하는 것이 필요하거나 바람직할 수 있다. 방법(20)의 특정한 비-제한적 구체예에서, 야금학적으로 결속된 조립체를 열간 압연하기 전에, 야금학적으로 결속된 조립체에서 제1 및 제2 결합면 사이의 공기를 빼주는 것이 바람직할 수 있다. 이들 추가적인 단계는 야금학적으로 결속된 조립체를 열간 압연하는 경우 제1 및 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트 사이에 적절한 야금학적 접합이 형성되는 것을 더 확실히 할 수 있다. 당해 분야의 숙련가는 많은 실험을 거치지 않고서도, 그러한 열간 압연-전 단계가 필요하거나 바람직한지 결정할 수 있을 것이다.
다시 도 2를 참조하면, 방법(20)은 야금학적으로 결속된 조립체를 열간 압연하여(25) 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트의 제1 결합면의 적어도 일부분 및 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트의 제2 결합면의 적어도 일부분 사이에 야금학적 접합을 형성하는 단계를 포함한다. 방법(20)의 특정한 비-제한적 구체예에서, 열간 압연하는 단계(25)는 약 700℉ (371.1℃) 내지 약 2100℉ (1149℃)의 범위의 열간 압연 온도에서 야금학적으로 결속된 조립체를 열간 압연하는 것을 포함한다. 비-제한적 구체예에서 최종 열간 압연 도중 압연 밀에서 나온 열간 압연된 조립체의 최소 온도는 약 700℉ (371.1℃)이다. 또다른 비-제한적 구체예에서, 열간 압연 단계(25)는 0.5Tm을 초과하며 최대 제1 및 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트의 어떠한 새로운 용해도 발생되지 않는 온도까지인 열간 압연 온도에서 야금학적으로 결속된 조립체를 이용하여 수행되며, 여기서 Tm은 야금학적으로 결속된 조립체에서 가장 높은 융점을 가지는 공기 경화성 스틸 합금 파트의 융점이다. 야금학적으로 결속된 조립체를 열간 압연하는 단계(25)는 제1 및 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트를 이들의 계면 전부 또는 일부를 따라 서로 야금학적으로 접합하기 위해 수행되며, 이를 통해 적절한 무결성을 가지는 이중 경도 스틸 합금 파트를 제공한다. 열간 압연 단계는 제1 및 제2 공기 경화성 스틸 합금이 잘 혼합된 야금학적 접합 영역을 생성시킨다. 당해 분야의 숙련가는, 본 개시의 독해시, 많은 실험을 거치지 않고서도 적절한 열간 압연 온도를 결정할 수 있다. 또한, 계면을 따라 파트를 서로 야금학적으로 접합하기 위해 스틸 합금 파트의 조립체를 열간 압연하는 기술이 당해 분야의 숙련가에게 공지인 점을 고려할 때, 본 개시의 방법에 따른 열간 압연 단계는 본 명세서에서 추가로 논의하지 않아도 당해 분야의 숙련가에 의해 성공적으로 수행될 수 있다.
방법(20)의 특정한 비-제한적 구체예에서, 야금학적으로 결속된 조립체를 열간 압연하는 단계(25)는 조립체를 이중 경도 스틸 방호구 판 또는 다른 물품으로서 사용하기 위해 적절한 두께까지 열간 압연시키는 것을 포함한다. 가능한 물품 두께의 비-제한적 예시는, 예를 들면, 0.040 인치(0.102 cm) 두께 시트 내지 3 인치(7.62 cm) 두께 판의 범위이다. 방법(20)의 다른 비-제한적 구체예에서, 야금학적으로 결속된 조립체를 열간 압연하는 단계는 조립체를 중간 두께까지 열간 압연하는 것, 조립체의 적어도 하나의 외부 표면을 입자분출연마(grit blasting)하는 것, 및 입자분출연마된 조립체를 이중 경도 스틸 방호구 판 또는 다른 물품으로서 사용하기 위한 적절한 두께까지 추가로 열간 압연하는 것을 포함한다. 그러한 다른 물품은 예를 들면, 방폭 차량 외피, V-형 방폭 차량 외피, 방폭 차량 취약부, 및 방폭 방호벽 중에서 선택되는 물품을 포함한다.
방법(20)의 특정한 비-제한적 구체예에서, 야금학적으로 결속된 조립체의 열간 압연은 제1 공기 경화성 스틸 합금 및 제2 공기 경화성 스틸 합금의 각각 나란히 놓인 제1 및 제2 결합면의 실질적으로 전체적인 계면에 걸친 야금학적 접합을 야기한다. 그러한 경우에, 생성되는 이중 경도 스틸 물품은 예를 들면, 도 1A 및 1 B에 도식적으로 도시된 물품(10)의 구조를 가질 수 있고, 여기서 야금학적 접합 영역(16)은 열간 압연시 생성되고 제1 공기 경화성 스틸 합금(12) 및 제2 공기 경화성 스틸 합금(14) 사이의 실질적으로 전체적인 계면에 걸쳐 연장된다.
열간 압연된 조립체의 공기 경화성 스틸 합금이 열간 압연 온도에서부터 공기 중에서 냉각됨에 따라, 합금은 높은 경도를 얻기 위한 사후-압연 접합 단계에 대한 필요 없이, 요망되는 경도까지 경화된다. 예를 들면, 열간 압연된 조립체에서 제1 또는 제2 공기 경화성 스틸 합금으로서 포함되는 400 BHN 스틸 합금은 열간 압연 온도에서부터 주변 공기 중에서 냉각시 212-388 BHN의 경도를 발생시킬 것이다. 열간 압연된 조립체에서 제1 또는 제2 공기 경화성 스틸 합금으로서 포함되는 500 BHN 스틸 합금은 열간 압연 온도에서부터 주변 공기 중에서 냉각시 477-535 BHN의 경도를 발생시킬 것이다. 열간 압연된 조립체에서 제1 또는 제2 공기 경화성 스틸 합금으로서 포함되는 600 BHN 스틸 합금은 열간 압연 온도에서부터 주변 공기 중에서 냉각시 570 BHN의 최소 경도를 발생시킬 것이다. 예를 들어, 400 BHN, 500 BHN, 600 BHN, 및 700 BHN 스틸 방호구 합금과 같은 공기 경화성 스틸 방호구 합금이 오스테나이트화, 및 오일 퀀칭과 같은 사후 압연-접합 단계를 요하지 않기 때문에, 본 개시의 방법에 따라 제조된 이중 경도 스틸 합금 물품은 입수가능한 열간 압연 장비에 의해서만 제한되는 크기로 제조될 수 있는 반면, 요망되는 탄도학적 저항성 특성은 유지한다. 본 개시의 물품 및 방법에서 사용되는 공기 경화성 합금에서 요망되는 경도를 얻기 위해 종래의 오일 퀀칭의 사후-열간 압연 단계가 필요하지 않기 때문에, 본 명세서에 논의된 방법에 의해 제조된 이중 경도 스틸 합금 물품을 평면화하는 것이 필요하지 않을 수 있다. 본 개시의 물품의 템퍼링 단계가 특정한 적용을 위해 불필요할 수 있으나, 다른 적용을 위해 여전히 필요할 수 있다. 템퍼링 단계는 물품의 인성을 증가시킴으로써 물품의 성능을 개선할 수 있다. 평면화가 요구되는 경우에는, 본 개시의 방법의 구체예의 결과로서 열 처리 일그러짐이 오일 퀀칭된 재료에 비해 더 적을 것이기 때문에 더 적게 요구될 것이다. 게다가, 본 발명의 방법 및 물품에서 사용되는 합금의 공기 경화성 성질로 인해, 본 명세서에 개시된 이중 경도 스틸 합금 물품의 기계적 절삭은 물품의 뒤틀림을 야기하지 않는다.
이어지는 실시예는 본 발명의 범위를 제한함없이, 특정한 비-제한적 구체예를 추가로 설명하도록 의도된다. 당해 분야의 숙련가는 하기 실시예의 변형이 청구범위에 의해서만 정의되는 본 발명의 범위 내에서 가능함을 이해할 것이다.
실시예 1
본 개시에 따른 이중 경도 공기 경화성 스틸 방호구의 비-제한적 실시예에서, ATI 600-MIL® 초고경성 스페셜티 스틸 방호구 합금이 방호구의 전면부 또는 충격면을 위해 사용되며, ATI 500® 고경성 스페셜티 스틸 방호구 합금이 방호구의 후면부 또는 뒤쪽 판으로 사용된다. 잉곳(ingot) 표면을 종래의 관행을 이용하여 연마한다. 두 합금의 잉곳 또는 연속주조된 "연주주물(concast)" 슬래브를 약 1300℉ (704℃)의 제1 온도까지 가열하고, 균등화하고, 상기 제1 온도에서 6 내지 8 시간동안 유지하고, 약 150℉/시간 (66℃/시간)으로 약 2050℉ (1121℃)의 제2 온도까지 가열하고, 상기 제2 온도에서 두께 인치당 약 30분 또는 그 이상으로 유지한다. 한 예로써, ATI 600-MIL® 스틸 방호구 합금 잉곳을 특대형 2.80 인치 (7.11 cm) 두께 슬래브로 열간 압연한다. ATI 500-MIL® 스틸 방호구 합금 잉곳을 특대형 3.30 인치 (8.38 cm) 두께 슬래브로 열간 압연한다. 상기 슬래브를 최소 12 시간 동안 1250℉ (676.7℃)에서 응력 완화시킨다. 각 슬래브의 패턴을 조립체 결합을 위해 동일한 너비 및 길이로 절삭 절단한다. 각 슬래브를 평면화하고 치수까지 압연하였다. 한 예로써, ATI 600-MIL® 스틸 방호구 슬래브를 2.50 인치(6.35 cm)의 두께까지 압연하고, ATI 500-MIL® 스틸 방호구 슬래브를 3.00 인치(7.62 cm)의 두께까지 압연한다. 압연된 잉곳의 표면은 오일 및 윤활유와 같은 임의의 외부 물질이 제거되도록 충분히 세척한다.
용접을 용이하게 하기 위해 각 슬래브의 주변 모서리상에 경사면(bevel)을 제작한다. 슬래브를 종래의 절차를 이용하여 쇼트-연마(shot-blast)한다. 보관을 위해, 슬래브는 종이로 감싸서 산화를 억제하기 위해 실내에 보관한다. 7일 이내에 용접되지 않는 슬래브는 임의의 산화를 제거하기 위해 다시 쇼트-연마한다. ATI 600- MIL® 스틸 방호구 슬래브를 ATI 500-MIL® 스틸 방호구 슬래브 상에 배치하고, 슬래브를 나란히 연결된 경사진 모서리에서 저수소 용접봉 또는 와이어(용접을 위한 7018호)를 이용하여 서로 용접하여 두 슬래브의 야금학적으로 결속된 조립체를 제공한다.
용접된 (야금학적으로 결속된) 조립체는 경성 면, 즉, ATI 600-MIL® 스틸 방호구 면을 식별하기 위해 각인을 새기고, 조립체를 2200℉ (1204℃) 이하로 가열하고 상기 온도에서 조립체의 인치당 30 내지 45분 이상(조립체의 cm당 11.8 내지 17.7 분 이상) 유지한다. 조립체를 이후 상단부로서 ATI 600-MIL® 스틸 방호구 면을 가지는 리슬래브(reslab)로 3.5 인치(8.9 cm) 내지 5.0 인치(12.7 cm) 범위의 두께까지 압연한다.
압연된 리슬래브 조립체를 종래와 같이 경성 측면를 상위로 하여 쇼트 연마하고, 이후 1750℉ (954.4℃)까지 가열하고, 조립체의 인치당 30 내지 45분(조립체의 cm당 11.8 내지 17.7 분) 동안 유지시키고, 최종 두께까지 압연한다. 압연된 조립체를 1600℉ ± 200℉ (871.1℃ ± 93℃)에서 노말라이징하고, 공기 냉각시키고, 필요한 경우 평면화한다. 평면화는 종래의 평면화 절차를 포함할 수 있거나, 미국 특허 출원 일련번호 제12/565,809호에 개시된 바와 같이 노말라이징 처리 도중 평면을 유지하기에 충분한 인장 또는 압축 응력을 압연된 조립체에 가하는 것을 포함할 수 있고, 상기 문헌은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 포함된다. 평면화는 본 개시에 다른 이중 경도 스틸의 제조 방법의 특정한 비-제한적 구체예에서 필요할 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 그렇지만, 본 명세서의 방법의 특정한 구체예에서 평면화가 필요한 경우라도, 본 명세서의 방법의 구체예에서 열 처리 일그러짐이 감소되기 때문에 종래의 방법에서보다 더 적게 요구될 수 있다.
압연된 조립체를 175℉ (79.4℃) 내지 250℉ (121℃)의 온도에서 30 분 내지 120 분 동안 템퍼링한다. 이렇게 제조된 이중 경도 공기 경화성 스틸 방호구를 쇼트 연마하고 요망되는 크기로 워터젯(water jet) 또는 연삭절단한다.
본 개시는 다양한 예시적, 설명적, 및 비-제한적 구체예를 참조하며 기술되었다. 그렇지만, 당해 분야의 숙련가는 임의의 개시된 구체예(또는 그의 일부)의 다양한 대체, 변형, 또는 조합이 청구범위에 의해서만 정의되는 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 만들어질 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 본 개시가 본 명세서에 명시적으로 제시되지 않은 추가적인 구체예를 포괄한다는 것이 고려되며 이해된다. 그러한 구체예는 예를 들면, 본 명세서에 기술된 구체예의 임의의 개시된 단계, 재료, 구성물, 성분, 요소, 특징, 양태, 등을, 조합 및/또는 변형함으로써 수득될 수 있다. 따라서, 본 개시는 다양한 예시적, 설명적, 및 비-제한적 구체예의 기재에 의해 제한되지 않지만, 오히려 청구범위에 의해서만 정의된다. 이러한 방식으로, 본 특허 출원의 심사 도중에 본 명세서에 다양하게 기술된 바와 같은 특징을 청구된 본 발명에 부가하기 위해 청구범위가 보정될 수 있음이 이해될 것이다.

Claims (33)

  1. 다음을 포함하는 이중 경도 스틸 물품:
    제1 합금 경도를 가지는 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트;
    제2 합금 경도를 가지는 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트, 여기서 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트 경도는 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트 경도보다 더 높고, 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트 및 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트 중 적어도 하나는 니켈- 몰리브덴-크롬 스틸 합금을 포함함; 및
    제1 공기 경화성 스틸 합금 파트와 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트 사이에 존재하는 야금학적 접합부.
  2. 제1항에 있어서, 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트는 적어도 574 BHN의 경도를 가지고; 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트는 477 BHN 내지 534 BHN 범위의 경도를 가지는 이중 경도 스틸 물품.
  3. 제1항에 있어서, 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트 및 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트 중 적어도 하나는 400 BHN 스틸 합금, 500 BHN 스틸 합금, 600 BHN 스틸 합금, 및 700 BHN 스틸 합금으로 이루어진 군에서 개별적으로 선택되는 이중 경도 스틸 물품.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트는 자동-템퍼링 스틸 합금을 포함하는 이중 경도 스틸 물품.
  6. 제1항에 있어서, 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트는, 중량 백분율로:
    0.42 내지 0.52 탄소;
    3.75 내지 4.25 니켈;
    1.00 내지 1.50 크롬;
    0.22 내지 0.37 몰리브덴;
    0.20 내지 1.00 망간,
    0.20 내지 0.50 규소;
    최대 0.020 인;
    최대 0.005 황; 및
    잔부 철 및 불순물
    을 포함하는 이중 경도 스틸 물품.
  7. 제1항에 있어서, 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트는, 중량 백분율로:
    0.22 내지 0.32 탄소;
    3.50 내지 4.00 니켈;
    1.60 내지 2.00 크롬;
    0.22 내지 0.37 몰리브덴;
    0.80 내지 1.20 망간;
    0.25 내지 0.45 규소;
    최대 0.020 인;
    최대 0.005 황;
    철; 및
    불순물
    을 포함하는 이중 경도 스틸 물품.
  8. 제1항에 있어서, 물품은 이중 경도 스틸 방호구, 이중 경도 방폭(blast-protective) 외피, 이중 경도 방폭 V-형 외피, 이중 경도 방폭 차량 취약부, 및 이중 경도 방폭 방호벽 중에서 선택되는 이중 경도 스틸 물품.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트는 45 내지 55 Rc의 제2 합금 파트 경도를 가지는 이중 경도 스틸 물품.
  11. 제1항에 있어서, 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트는 제2 합금 파트 경도보다 10 내지 15 Rc 포인트 더 높은 제1 합금 파트 경도를 가지는 이중 경도 스틸 물품.
  12. 제1항에 있어서, 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트는 규격 MIL-DTL-32332 (MR)을 충족시키는 이중 경도 스틸 물품.
  13. 제1항에 있어서, 제2 공기 경화성 스틸 방호구 합금 파트는 규격 MIL-DTL-46100E (MR)을 충족시키는 이중 경도 스틸 물품.
  14. 다음을 포함하는 이중 경도 스틸 방호구:
    적어도 574 BHN의 제1 합금 파트 경도를 가지고, 중량 백분율로,
    0.42 내지 0.52 탄소,
    3.75 내지 4.25 니켈,
    1.00 내지 1.50 크롬,
    0.22 내지 0.37 몰리브덴,
    0.20 내지 1.00 망간,
    0.20 내지 0.50 규소,
    최대 0.020 인,
    최대 0.005 황,
    잔부 철, 및 불순물
    을 포함하는 제1 공기 경화성 스틸 합금;
    477 BHN 내지 534 BHN 범위의 제2 합금 경도를 가지고, 중량 백분율로,
    0.22 내지 0.32 탄소,
    3.50 내지 4.00 니켈,
    1.60 내지 2.00 크롬,
    0.22 내지 0.37 몰리브덴,
    0.80 내지 1.20 망간,
    0.25 내지 0.45 규소,
    최대 0.020 인,
    최대 0.005 황, 및
    잔부 철, 및, 불순물
    을 포함하는 제2 공기 경화성 스틸 합금, 및
    제1 공기 경화성 스틸 합금 파트와 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트 사이에 존재하는 야금학적 접합 영역
    을 포함하는 이중 경도 스틸 물품.
  15. 다음을 포함하는, 이중 경도 스틸 물품 제조 방법:
    제1 결합면을 포함하고 제1 파트 경도를 가지는 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트를 제공하는 단계;
    제2 결합면을 포함하고 제2 파트 경도를 가지는 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트를 제공하는 단계, 여기서 제1 파트 경도는 제2 파트 경도보다 더 높음;
    제1 공기 경화성 스틸 합금 파트 및 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트를 제1 결합면의 적어도 일부분이 제2 결합면의 적어도 일부분과 접촉하도록 배치하는 단계;
    제1 공기 경화성 스틸 합금 파트를 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트에 야금학적으로 결속시켜 야금학적으로 결속된 조립체를 형성하는 단계;
    야금학적으로 결속된 조립체를 열간 압연하여 제1 결합면과 제2 결합면 사이에 야금학적 접합을 형성하는 단계;
    열간 압연된 조립체를 냉각시키는 단계.
  16. 제15항에 있어서, 배치 단계 전에 제1 결합면 및 제2 결합면 중 적어도 하나의 적어도 일부를 연마하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  17. 제15항에 있어서, 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트를 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트에 야금학적으로 결속시켜 야금학적으로 결속된 조립체를 형성하는 단계는 제1 결합면 주변 및 제2 결합면 주변의 적어도 일부를 서로 용접하는 것을 포함하는 방법.
  18. 제15항에 있어서, 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트를 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트에 야금학적으로 결속시켜 야금학적으로 결속된 조립체를 형성하는 단계는 제1 결합면의 적어도 일부분 및 제2 결합면의 일부분을 폭발 접합(explosive bonding)하는 것을 포함하는 방법.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 제15항에 있어서, 야금학적으로 결속된 조립체를 열간 압연하는 단계는 2100℉ (1149℃) 내지 700℉ (371.1℃)의 범위의 열간 압연 온도에서 열간 압연하는 것을 포함하는 방법.
  22. 제15항에 있어서, 열간 압연 단계는 제1 또는 제2 스틸 합금 파트 중 더 높은 융점을 가지는 합금의 융점의 0.5배를 초과하며 최대 제1 또는 제2 스틸 합금 파트의 어떠한 새로운 용해도 발생되지 않는 온도까지인 온도 범위의 열간 압연 온도에서 열간 압연하는 것을 포함하는 방법.
  23. 제15항에 있어서, 이중 경도 스틸 합금 물품은 다음을 포함하는 방법:
    적어도 574 BHN의 경도를 가지는 제1 공기 경화성 스틸 합금 영역;
    477 BHN 내지 534 BHN 범위의 경도를 가지는 제2 공기 경화성 스틸 합금 영역; 및
    제1 공기 경화성 스틸 합금 영역과 제2 공기 경화성 스틸 합금 영역사이의 야금학적 접합부.
  24. 제15항에 있어서, 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트 및 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트 중 적어도 하나는 400 BHN 스틸 합금, 500 BHN 스틸 합금, 600 BHN 스틸 합금, 및 700 BHN 스틸 합금으로 이루어진 군에서 개별적으로 선택되는 합금을 포함하는 방법.
  25. 제15항에 있어서, 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트 및 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트 중 적어도 하나는 니켈-몰리브덴-크롬 스틸 합금을 포함하는 방법.
  26. 제15항에 있어서, 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트는 자동-템퍼링 스틸 합금을 포함하는 방법.
  27. 제15항에 있어서, 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트는, 중량 백분율로:
    0.42 내지 0.52 탄소;
    3.75 내지 4.25 니켈;
    1.00 내지 1.50 크롬;
    0.22 내지 0.37 몰리브덴;
    0.20 내지 1.00 망간,
    0.20 내지 0.50 규소;
    최대 0.020 인;
    최대 0.005 황;
    잔부 철; 및
    불순물
    을 포함하는 방법.
  28. 제15항에 있어서, 제2 공기 경화성 스틸 합금 파트는, 중량 백분율로:
    0.22 내지 0.32 탄소;
    3.50 내지 4.00 니켈;
    1.60 내지 2.00 크롬;
    0.22 내지 0.37 몰리브덴;
    0.80 내지 1.20 망간;
    0.25 내지 0.45 규소;
    최대 0.020 인;
    최대 0.005 황;
    잔부 철; 및
    불순물
    을 포함하는 방법.
  29. 제15항에 있어서, 제2 공기 경화성 스틸 합금은 45 내지 55 Rc의 제2 합금 경도를 가지고;
    제1 공기 경화성 스틸 합금은 제2 합금 경도보다 10 내지 15 Rc 포인트 더 높은 제1 합금 경도를 가지는 방법.
  30. 제15항에 있어서, 제1 공기 경화성 스틸 합금 파트는 규격 MIL-DTL-32332 (MR)를 충족시키는 방법.
  31. 제15항에 있어서, 제2 공기 경화성 스틸 방호구 합금 파트는 규격 MIL-DTL-46100E (MR)를 충족시키는 방법.
  32. 삭제
  33. 삭제
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