KR20150080479A - 강철 제품을 처리하는 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
아머 플레이트로서의 사용을 위해 특히 적합한 고강도 및 고연성 합금의 강철 제품을 형성하고 처리하는 방법이 개시된다. 방법은 출발 재료를 강철 제품에 제공하는 단계, 출발 재료를 피크 온도 범위로 10 초 미만에서 가열하는 단계, 가열된 강철 조성을 피크 온도 범위에서 2 및 6 초 사이 동안 유지하는 단계, 가열된 강철 조성을 400 및 3000 ℃/sec(752 및 5432 °F/sec)의 온도 감소 레이트에서 피크 온도 범위로부터 100 ℃(212 °F) 아래로 담금질하는 단계, 담금질된 강철 조성의 표면으로부터 잔여 담금질 매체를 제거하는 단계, 담금질된 강철 조성을 100 내지 260 ℃(212 내지 500 °F)의 온도에서 템퍼링하는 단계; 및 원하는 기계적 성질들을 갖는 강청을 형성하기 위해 템퍼링된 강철 조성을 100 ℃(212 °F) 미만으로 공기 냉각하는 단계를 포함한다.
Description
본 출원은 국제 출원이고 2013년 3월 15일자로 출원된 미국 출원 제13/838,693호에 대한 우선권을 주장하며, 미국 출원은 2012년 6월 19일자로 출원된 미국 임시 출원 제61/661,540호에 대한 우선권을 주장하고, 그 내용들은 이로써 전체적으로 둘 다 통합된다.
본 발명은 강철 제품들의 열 처리에 관한 것으로, 특히 강철 시트들의 유도 가열, 담금질, 및 템퍼링에 관한 것이다.
금속 제품들의 기계적 성질들을 개선하기 위해, 금속은 전형적으로 시간 소비적이고, 따라서 고가의 열 처리 공정들에 영향을 받는다. 강철의 경도를 증가시키기 위해, 강철 제품은 금속 제품의 담금질 전에, 금속의 임계 온도의 온도 이상에서 열 사이클에 영향을 받을 수 있다. 이러한 공정은 전형적으로 강철들에서 마텐자이트 마이크로 구조(martensitic microstructure)의 생성을 야기한다. 마텐자이트 마이크로 구조들은 매우 단단하지만, 또한 비교적 부서지기 쉬운, 즉 작은 연성을 갖는 것으로 알려져 있다. 마텐자이트 마이크로 구조들의 연성을 증가시키기 위해, 그러한 강철들은 종종 템퍼링(tempering)되거나, 강철의 임계 온도 아래의 온도로 가열되며, 그것에 의해 담금질 동안 강철 내에 형성되는 응력들이 감소된다. 그러한 가열, 담금질, 및 템퍼링 공정들은 전형적으로 오랫동안 수행하고, 따라서 비싸다.
일반적으로 강철을 처리하고, 더 구체적으로 방탄 아머(anti-ballistic armor)를 형성할 시에, 과도한 열 처리 시간을 포함하는, 고비용 없이 제조될 수 있는 강도 및 연성의 조합을 갖는 금속 제품을 달성하는 것이 지금까지는 곤란했다. 예를 들어, 그러한 금속 제품은 폭발적으로 형성된 발사체들을 포함하는, 급조 폭발물들로부터의 파편들 뿐만 아니라 철갑탄에 의한 관통에 저항할 수 있어야 한다. 우리는 강철 제품을 열 처리, 담금질 및 템퍼링하는 방법 및 장치를 발견하였으며, 그것에 의해 제품은 고연성과 결합하여 고강도를 갖는 강철 시트를 필요로 할 수 있는 방탄 아머의 역할 또는 다른 응용들에 유용할 수 있는 성질들을 포함하는, 바람직한 기계적 및 마이크로 구조 성질들을 갖는다.
고경도 및 고연성 합금을 형성하기 위해 강철 제품을 처리하는 방법이 개시되며, 방법은,
(a) 0.5 인치(12.7 mm) 미만의 재료 두께를 갖고, 페라이트 및 펄라이트의 초기 마이크로 구조를 갖고, 중량 당,
0.25 및 0.55% 사이의 탄소,
0.15 및 0.35% 사이의 실리콘,
0.40 및 1.0% 사이의 망간,
0.80 및 1.10% 사이의 크롬,
0.15 및 0.25% 사이의 몰리브덴,
0.040% 미만의 황,
0.035% 미만의 인의 조성을 갖는 강철 조성을 제공하는 단계;
(b) 제공된 강철 조성을 850 ℃(1562 °F) 및 1150 ℃(2102 °F) 사이의 피크 온도로 10 초 미만으로 가열하는 단계;
(c) 가열된 강철 조성을 피크 온도 범위 내의 온도에서 2 및 10 초 사이 동안 유지하는 단계;
(d) 가열된 강철 조성을 400 및 3000 ℃/sec(752-5432 °F/sec) 사이의 온도 감소 레이트(temperature rate reduction)로 피크 온도 범위로부터 100 ℃(212 °F) 아래까지 담금질하는 단계;
(e) 담금질된 강철 조성의 표면으로부터 잔여 담금질 매체를 제거하는 단계;
(f) 담금질된 강철 조성을 100 ℃에서 260 ℃(212-500 °F)까지의 온도에서 90 분 미만 동안 템퍼링하는 단계;
(g) 적어도 80%의 마텐자이트 및 5%까지의 베이나이트의 변형된 마이크로 구조, 적어도 1800 MPa의 항복 강도, 5%와 12% 사이의 전체 신장율을 갖고, 0.25"(6.35 mm)의 두께에 대해 0.30 구경 아머 피어싱 탄(armor piercing round)으로 2200 및 2700 피트/초(670-823 m/s) 사이에서 30° 경사 각도에서 V50 보호 탄도 한계를 갖는 강철 제품을 형성하기 위해 템퍼링된 강철 조성을 100 ℃(212 °F) 미만까지 공기 냉각하는 단계를 포함한다.
개시된 방법에서, 강철은 가열 단계에서 5 초 미만 또는 대안적으로 4 초 미만으로 가열될 수 있다. 추가적으로, 가열 단계는 유도 가열기를 사용하여 수행될 수 있다. 가열 단계 후에, 가열된 강철 조성은 대안적으로 피크 온도 범위에서 2 및 6 초 사이 동안 유지될 수 있다.
대안적으로, 고경도 및 고연성 합금을 형성하기 위해 강철 제품을 처리하는 방법이 개시되며, 방법은,
(a) 0.5 인치(12.7 mm) 미만의 재료 두께를 갖고, 페라이트 및 펄라이트의 초기 마이크로 구조를 갖고, 중량 당,
0.25 및 0.55% 사이의 탄소,
0.15 및 0.35% 사이의 실리콘,
0.40 및 1.0% 사이의 망간,
0.80 및 1.10% 사이의 크롬,
0.15 및 0.25% 사이의 몰리브덴,
0.040% 미만의 황,
0.035% 미만의 인의 조성을 갖는 강철 조성을 제공하는 단계;
(b) 제공된 강철 조성을 850 ℃(1562 °F) 및 1150 ℃(2102 °F) 사이의 피크 온도로 10 초 미만으로 가열하는 단계;
(c) 가열된 강철 조성을 피크 온도 범위 내의 온도에서 2 및 60 초 사이 동안 유지하는 단계;
(d) 가열된 강철 조성을 400 및 3000 ℃/sec(752-5432 °F/sec) 사이의 온도 감소 레이트로 피크 온도 범위로부터 100 ℃(212 °F) 아래까지 담금질하는 단계;
(e) 담금질된 강철 조성의 표면으로부터 잔여 담금질 매체를 제거하는 단계;
(f) 담금질된 강철 조성을 100 ℃에서 260 ℃(212-500 °F)까지의 온도에서 90 분 미만 동안 템퍼링하는 단계;
(g) 적어도 80%의 마텐자이트 및 5%까지의 베이나이트의 변형된 마이크로 구조, 적어도 1800 MPa의 항복 강도, 5%와 12% 사이의 전체 신장율을 갖고, 0.25"(6.35 mm)의 두께에 대해 0.30 구경 아머 피어싱 탄으로 2200 및 2700 피트/초(670-823 m/s) 사이에서 30° 경사 각도에서 V50 보호 탄도 한계를 갖는 강철 제품을 형성하기 위해 템퍼링된 강철 조성을 100 ℃(212 °F) 미만까지 공기 냉각하는 단계를 포함한다.
강철 조성은 단계 (b)에서의 가열 전에 초 당 적어도 2.2 ℃(35.9 °F)로 815 ℃(1500 °F) 이하까지 예열될 수 있다. 대안적으로, 강철 조성은 260 ℃(500 °F)와 538 ℃(1000 °F) 사이의 온도로 예열되고, 그 다음 단계 (b) 전에 초 당 적어도 0.7 ℃(33.3 °F)로 815 ℃(1500 °F) 이하까지 예열될 수 있다.
추가적으로, 강철 조성을 가열하기 전에, 강철 플레이트들의 2개 이상의 길이들은 연속적인 일련의 강철 플레이트들을 형성하기 위해 하나 이상의 웰드들을 갖는 폭을 따라 함께 용접될 수 있다. 게다가, 용접 단계는 강철 플레이트들의 폭에 걸쳐 강철 플레이트의 길이들 사이에 브리징되는 위브 웰드(weave weld)를 도포하는 단계를 포함할 수 있다. 게다가, 용접 단계는 강철 플레이트들의 폭에 걸쳐 위브 웰드를 제공하기 위해 강철 플레이트의 중심 부분이 먼저 수행되고 측면 부분들이 용접되는 3개의 단면에서 강철 플레이트의 길이들 사이에 브리징되는 위브 웰드를 도포하는 단계를 포함할 수 있다. 어떤 경우에, 시임 웰드(seam weld)가 강철 플레이트들의 폭에 걸쳐 위브 웰드 위에 도포된다. 추가로, 인디시아(indicia)가 비전 시스템이 용접 단계 동안 강철 플레이트들의 길이들의 단부 부분들의 위치를 식별할 수 있도록 용접 단계 이전에 강철 플레이트에 적용된다.
담금질 단계 동안, 가열된 강철 조성은 400 및 3000 ℃/초(752-5432 °F/sec) 사이의 온도 감소 레이트로 피크 온도 범위로부터 50 ℃(122 °F) 아래까지 담금질될 수 있다. 개시된 방법에서, 담금질 단계는 적절한 담금질 방법들 중에서, 담금질 매체를 강철 제품 위에서 900 갤런/min(3400 L/min)까지의 레이트로 흐르게 함으로써 수행될 수 있다. 하나의 대안에서, 담금질 매체는 물일 수 있다. 담금질 후에, 잔여 담금질 매체는 기계적 와이핑, 블로운 에어, 및 그것의 조합들 중 적어도 하나에 의해 담금질된 강철 조성의 표면으로부터 제거될 수 있다. 담금질 단계는 예를 들어 1 초 이상 및 20 초 이하로 수행될 수 있다.
담금질된 강철 조성은 30 분 미만 동안 유도 가열기를 사용하여 템퍼링될 수 있다. 담금질된 강철 조성은 90 분 미만 동안 오븐 템퍼링될 수도 있다. 담금질된 강철 조성은 30 내지 90 분 동안 오븐 및 유도 템퍼링의 조합에 의해 템퍼링될 수도 있다. 또 다른 대안에서, 담금질된 강철 조성은 2 분 이하 동안 유도 템퍼링될 수 있다. 템퍼링 단계는 120 ℃(250 °F)와 400 ℃(750 °F) 사이에서 1 및 10 초 사이의 시간으로 수행될 수 있다. 담금질 또는 템퍼링 단계 후에, 강철 플레이트는 강철 플레이트가 컨베이어를 따라 연속적으로 이동하는 동안 실질적인 직사각형 처리 강철 제품을 제조하기 위해 시임들에서 적어도 길이들로 절단될 수 있다.
또한, 고강도 및 고연성 합금을 형성하기 위해 강철 제품을 처리하는 방법이 개시되며, 방법은,
(a) 0.5 인치(12.7 mm) 미만의 재료 두께를 갖고, 페라이트 및 펄라이트의 초기 마이크로 구조를 갖고, 중량 당,
0.25 및 0.55% 사이의 탄소,
0.15 및 0.35% 사이의 실리콘,
0.40 및 0.60% 사이의 망간,
0.80 및 1.10% 사이의 크롬,
0.15 및 0.25% 사이의 몰리브덴,
0.040% 미만의 황,
0.035% 미만의 인의 조성을 갖는 강철 조성을 제공하는 단계;
(b) 제공된 강철 조성을 850-1150 ℃(1562-2102 °F)의 온도로 10 초 미만으로 가열하는 단계;
(c) 가열된 강철 조성을 피크 온도 범위에서 2 및 10 초 사이 동안 유지하는 단계;
(d) 가열된 강철 조성을 100 ℃(212 °F) 아래까지 20 초 미만으로 담금질하는 단계;
(e) 기계적 와이핑, 블로운 에어, 및 그것의 조합들 중 적어도 하나에 의해 담금질된 강철 조성의 표면으로부터 잔여 담금질 매체를 제거하는 단계;
(f) 담금질된 강철 조성을 100 ℃에서 260 ℃(212-500 °F)까지의 범위의 온도에서 90 분 미만 동안 템퍼링하는 단계;
(g) 적어도 80%의 마텐자이트 및 5%까지의 베이나이트의 변형된 마이크로 구조, 적어도 1800 MPa의 항복 강도, 및 5%와 12% 사이의 전체 신장율을 갖도록 템퍼링된 강철 조성을 100 ℃(212 °F) 미만까지 공기 냉각하는 단계를 포함한다.
강철 조성은 가열 단계에서 8 초 미만 또는 대안적으로 6 초 미만으로 가열될 수 있다. 또한, 가열 단계는 유도 가열기를 사용하여 수행될 수 있다. 또한 가열 단계 후에, 가열된 강철 조성은 대안적으로 피크 온도 범위에서 2 및 6 초 사이 동안 유지될 수 있다.
대안적으로, 고강도 및 고연성 합금을 형성하기 위해 강철 제품을 처리하는 방법이 개시되며, 방법은,
(a) 0.5 인치(12.7 mm) 미만의 재료 두께를 갖고, 페라이트 및 펄라이트의 초기 마이크로 구조를 갖고, 중량 당,
0.25 및 0.55% 사이의 탄소,
0.15 및 0.35% 사이의 실리콘,
0.40 및 0.60% 사이의 망간,
0.80 및 1.10% 사이의 크롬,
0.15 및 0.25% 사이의 몰리브덴,
0.040% 미만의 황,
0.035% 미만의 인의 조성을 갖는 강철 조성을 제공하는 단계;
(b) 제공된 강철 조성을 850-1150 ℃(1562-2102 °F)의 온도로 10 초 미만으로 가열하는 단계;
(c) 가열된 강철 조성을 피크 온도 범위에서 2 및 60 초 사이 동안 유지하는 단계;
(d) 가열된 강철 조성을 100 ℃ 아래까지 20 초 미만으로 담금질하는 단계;
(e) 기계적 와이핑, 블로운 에어, 및 그것의 조합들 중 적어도 하나에 의해 담금질된 강철 조성의 표면으로부터 잔여 담금질 매체를 제거하는 단계;
(f) 담금질된 강철 조성을 100 ℃에서 260 ℃(212-500 °F)까지의 범위의 온도에서 90 분 미만 동안 템퍼링하는 단계;
(g) 적어도 80%의 마텐자이트 및 5%까지의 베이나이트의 변형된 마이크로 구조, 적어도 1800 MPa의 항복 강도, 및 5%와 12% 사이의 전체 신장율을 갖도록 템퍼링된 강철 조성을 100 ℃(212 °F) 미만으로 공기 냉각하는 단계를 포함한다.
또한, 강철 조성은 단계 (b)에서의 가열 전에 적어도 2.2 ℃/sec(36 °F/sec)로 815 ℃(1500 °F) 이하까지 예열될 수 있다. 대안적으로, 강철 조성은 또한 260 ℃(500 °F)와 815 ℃(1500 °F) 사이의 온도로 예열되고, 그 다음 단계 (b) 전에 초 당 적어도 0.7 ℃(33.3 °F)로 538 ℃(1000 °F) 이하까지 예열될 수 있다. 다른 대안에서, 강철 조성은 260 ℃(500 °F)와 815 ℃(1500 °F) 사이의 온도로 예열되고, 단계 (b) 전에 초 당 적어도 0.7 ℃(33.3 °F)로 오스테나이트화(austenization temperature) 온도와 538 ℃(1000 °F) 사이까지 예열될 수 있다.
추가적으로, 강철 조성을 가열하기 전에, 강철 플레이트들의 2개 이상의 길이들은 연속적인 일련의 강철 플레이트들을 형성하기 위해 하나 이상의 웰드들을 갖는 폭을 따라 함께 용접될 수 있다. 게다가, 용접 단계는 강철 플레이트들의 폭에 걸쳐 강철 플레이트의 길이들 사이에 브리징되는 위브 웰드를 도포하는 단계를 포함할 수 있다. 게다가, 용접 단계는 강철 플레이트들의 폭에 걸쳐 위브 웰드를 제공하기 위해 강철 플레이트의 중심 부분이 먼저 용접되고 측면 부분들이 용접되는 3개의 단면에서 강철 플레이트의 길이들 사이에 브리징되는 위브 웰드를 도포하는 단계를 포함할 수 있다. 어떤 경우에, 시임 웰드는 강철 플레이트들의 폭에 걸쳐 위브 웰드 위에 도포된다. 게다가, 인디시아는 비전 시스템이 용접 단계 동안 강철 플레이트들의 길이들의 단부 부분들의 위치를 식별할 수 있도록 용접 단계 이전에 강철 플레이트에 적용된다.
담금질 단계 동안, 가열된 강철 조성은 400 및 3000 ℃/초(752-5432 °F/sec) 사이의 온도 감소 레이트로 피크 온도 범위로부터 100 ℃(212 °F) 아래까지 담금질될 수 있다. 개시된 방법에서, 담금질 단계는 담금질 매체를 강철 제품 위에서 900 갤런/min(3400 L/min)까지의 레이트로 흐르게 함으로써 수행될 수 있다. 하나의 대안에서, 담금질 매체는 물일 수 있다. 담금질 후에, 잔여 담금질 매체는 기계적 와이핑, 블로운 에어, 및 그것의 조합들 중 적어도 하나에 의해 담금질된 강철 조성의 표면으로부터 제거될 수 있다.
담금질된 강철 조성은 10 분 미만 동안 유도 템퍼링될 수 있는 반면, 하나의 대안에서 담금질된 강철 조성은 90 분 미만 동안 오븐 템퍼링될 수 있고, 다른 대안에서 담금질된 강철 조성은 30-60 분 동안 오븐 및 유도 템퍼링의 조합에 의해 템퍼링될 수 있다. 담금질 단계는 예를 들어 1 초 이상 및 20 초 이하로 수행될 수 있다. 또 다른 대안에서, 담금질된 강철 조성은 2 분 이하 동안 유도 템퍼링될 수 있다. 템퍼링 단계는 120 ℃(250 °F)와 240 ℃(500 °F) 사이에서 수행될 수 있다. 담금질 또는 템퍼링 단계 후에, 강철 플레이트는 강철 플레이트가 컨베이어를 따라 연속적으로 이동하는 동안 실질적인 직사각형 처리 강철 제품을 제조하기 위해 시임들에서 적어도 길이들로 절단될 수 있다.
도 1은 본 개시의 열 처리 시스템의 개략 평면도이다.
도 2는 도 1의 열 처리 시스템의 개략 측면도이다.
도 3은 비전 시스템에 의한 검출을 위해 처리될 강철 체품 상에 표시된 패턴의 평면도이다.
도 4는 개시된 방법에 의해 처리될 강철 제품들을 연결하기 위해 사용되는 용접 패턴의 평면도이다.
도 5는 개시된 방법에 따른 처리 전에 강철 제품의 마이크로 구조를 도시하는 마이크로 사진이다.
도 6은 개시된 방법에 따라 처리된 강철 제품 상에서 인장 강도에 대한 담금질 후의 템퍼링 온도의 영향을 도시하는 차트이다.
도 7은 개시된 방법에 따라 처리된 강철 제품 상에서 퍼센트 신장율에 대한 담금질 후의 템퍼링 온도의 영향을 도시하는 차트이다.
도 8은 인장 테스트에서의 파쇄 후에 개시된 방법에 따라 처리된 강철 제품의 단면을 도시하는 사진이다.
도 9는 인장 테스트에서의 파쇄 후에 개시된 방법에 따라 처리된 다른 강철 제품의 단면을 도시하는 사진이다.
도 10은 개시된 방법에 따라 처리된 강철 제품 상에서 연성에 대한 담금질 후의 템퍼링 온도의 영향을 도시하는 차트이다.
도 11은 개시된 방법에 따라 처리된 강철 제품의 마이크로 구조를 도시하는 마이크로 사진이다.
도 12는 개시된 방법에 따라 처리된 강철 제품의 마이크로 구조를 도시하는 마이크로 사진이다.
도 13은 개시된 방법에 따라 처리된 강철 제품의 마이크로 구조를 도시하는 마이크로 사진이다.
도 14는 개시된 방법에 따라 처리된 강철 제품의 마이크로 구조를 도시하는 마이크로 사진이다.
도 2는 도 1의 열 처리 시스템의 개략 측면도이다.
도 3은 비전 시스템에 의한 검출을 위해 처리될 강철 체품 상에 표시된 패턴의 평면도이다.
도 4는 개시된 방법에 의해 처리될 강철 제품들을 연결하기 위해 사용되는 용접 패턴의 평면도이다.
도 5는 개시된 방법에 따른 처리 전에 강철 제품의 마이크로 구조를 도시하는 마이크로 사진이다.
도 6은 개시된 방법에 따라 처리된 강철 제품 상에서 인장 강도에 대한 담금질 후의 템퍼링 온도의 영향을 도시하는 차트이다.
도 7은 개시된 방법에 따라 처리된 강철 제품 상에서 퍼센트 신장율에 대한 담금질 후의 템퍼링 온도의 영향을 도시하는 차트이다.
도 8은 인장 테스트에서의 파쇄 후에 개시된 방법에 따라 처리된 강철 제품의 단면을 도시하는 사진이다.
도 9는 인장 테스트에서의 파쇄 후에 개시된 방법에 따라 처리된 다른 강철 제품의 단면을 도시하는 사진이다.
도 10은 개시된 방법에 따라 처리된 강철 제품 상에서 연성에 대한 담금질 후의 템퍼링 온도의 영향을 도시하는 차트이다.
도 11은 개시된 방법에 따라 처리된 강철 제품의 마이크로 구조를 도시하는 마이크로 사진이다.
도 12는 개시된 방법에 따라 처리된 강철 제품의 마이크로 구조를 도시하는 마이크로 사진이다.
도 13은 개시된 방법에 따라 처리된 강철 제품의 마이크로 구조를 도시하는 마이크로 사진이다.
도 14는 개시된 방법에 따라 처리된 강철 제품의 마이크로 구조를 도시하는 마이크로 사진이다.
본 방법은 유도 가열되고, 담금질되고, 유도 템퍼링된 강철 제품 및 그러한 강철 제품을 제조하는 방법에 관한 것이다. 강철 제품에 대한 출발 재료는 철 및 부수적인 성분들을 포함하는 조성의 균형과 함께, 범위가 대략 0.25중량%에서 대략 0.55중량%에 이르는 탄소, 범위가 대략 0.15중량%에서 대략 0.35중량%에 이르는 실리콘, 범위가 대략 0.40중량%에서 대략 1.0중량%에 이르는 망간, 범위가 대략 0.80중량%에서 대략 1.10중량%에 이르는 크롬, 0.040중량% 미만의 황, 0.035중량% 미만의 인을 포함하는 조성을 갖는다. 추가적으로, 강철 제품은 범위가 대략 0.25중량%에서 대략 0.44중량%에 이르는 탄소 및 범위가 대략 0.40중량%에서 대략 0.60중량%에 이르는 망간을 가질 수 있으며, 다른 성분들은 동일한 조성 범위들을 갖는다. 이러한 조성을 갖는 강철 재료는 AISI 강철 등급 4130으로서 언급될 수 있다. 대안적으로, 강철 제품은 범위가 대략 0.40중량%에서 대략 0.55중량%에 이르는 탄소 및 범위가 대략 0.75중량%에서 대략 1.00중량%에 이르는 망간을 가질 수 있으며, 다른 성분들은 동일한 조성 범위들을 갖는다. 이러한 조성을 갖는 강철 재료는 AISI 강철 등급 4140으로서 언급될 수 있다. 상용 등급들에 관하여 진술하면, 1030,1040 및 1050과 같은 10XX 계열, 4130 및 4150과 같은 41XX 계열 및 8630 및 8640과 같은 86XX 계열로부터의 AISI 강철 등급들이 사용될 수 있다. 게다가, 상술된 바와 같이, 0.55%까지의 탄소를 갖는 초경강과 같은 더 높은 탄소 강철 등급들은 설명된 발명과 함께 사용될 수 있다.
이제 도 1 및 도 2를 참조하면, 공장 바닥으로부터 지지되고 불연속 컨베이어(200)를 지지하는 메인 기계 프레임(110)을 포함하는 열 처리 시스템(100)이 예시된다. 컨베이어(200)는 시스템(100)에 의해 처리될 강철 제품에 대한 출발 재료가 로딩되는 입구 컨베이어(210), 및 처리된 강철 제품들이 시스템으로부터 제거되고 스태커(250)에 적층되는 출구 컨베이어(240)를 포함한다. 입구 컨베이어(210) 및 출구 컨베이어(240)는 2개의 컨베이어들(210, 240) 사이의 라인에서 열 처리 유닛(300)의 제공을 수용하기 위해 정렬되고 이격된다. 강철 제품에 대한 출발 재료는 생주물(as-cast) 또는 압연(as-rolled) 상태로 초기에 제공되고 구상화 또는 비구상화 어닐링 열 처리에 영향을 받을 수 있다. 비구상화될 때, 강철 제품에 대한 출발 재료의 초기 재료 마이크로 구조는 예를 들어 도 5에 도시된 바와 같이 페라이트 및 펄라이트의 비어닐링된 마이크로 구조 조합을 가질 수 있다. 강철 제품을 제조하는 방법에 따라, 초기 마이크로 구조는 압연과 일치하는 밴드 구조(banded structure)를 가질 수 있다.
따라서, 처리될 강철 제품에 대한 출발 재료는 연속 공정에서, 입구 컨베이어(210)에서 로딩되고, 열 처리 유닛(300)에 의해 처리되고, 출구 컨베이어(240) 아래로 운반되고, 스태커(250)에 의해 적층될 수 있다. 컨베이어들(210, 240) 및 열 처리 유닛(300)의 이러한 선형 정렬은 강철 시트, 슬래브, 및 플레이트의 빠른 열 처리를 용이하게 한다.
동작에서, 예를 들어 시트 또는 플레이트의 형태로 제공될 수 있는 처리될 강철 제품에 대한 출발 재료는 입구 컨베이어(210) 상에 로딩된다. 방법은 강철 제품이지만, 코일 제품뿐만 아니라 강철 슬래브들 및 강철 시트를 제한 없이 포함하는, 다른 형태에서의 출발 재료의 형태를 형성하기 위해 강철 플레이트를 처리하는 것에 관하여 설명된다. 하나의 예에서, 강철 플레이트에 대한 출발 재료는 0.50 인치(12.7 mm) 이하의 두께, 20 피트(6.1 m)의 길이, 및 4 피트(1.2 m)의 폭을 갖는다. 그 다음, 강철 플레이트는 열 처리 유닛(300)을 향하여 입구 컨베이어(210)의 길이를 따라 수평으로 운반되기 시작한다. 강철 플레이트가 그것의 길이, 예를 들어 20 피트(6.1 m)에 가까운 거리를 입구 컨베이어(210) 아래로 이동했다면, 다른 강철 플레이트는 그 강철 플레이트의 리딩 에지 부분들이 첫번째 로딩된 강철 플레이트의 트레일링 에지 부분들에 인접하면서 입구 컨베이어 상에 로딩된다. 인접한 강철 플레이트들의 전진 및 로딩의 이러한 공정은 강철 플레이트들의 연속된 운송을 열 처리 유닛(300)에 제공하기 위해 연속적으로 수행될 수 있다. 불일치 동작을 시스템(100)을 통해 플레이트에서 플레이트로 최소화하기 위해, 자동 용접기(220)는 입구 컨베이어(210) 상에 제공되고 연속적인, 인접한 강철 플레이트들을 그것의 폭을 따라 함께 용접하기 위해 이용될 수 있다. 웰드들은 강철 플레이트들의 폭을 따라 균일하게 이격될 수 있고, 하나의 예에서 용접기는 강철 플레이트들의 폭을 따라 5개의 웰드들을 제조할 수 있다. 대안적으로, 고정된 폭 및 길이를 갖는 개별 플레이트들의 형태 대신에, 처리될 출발 재료는 열 처리 유닛(300)에 의한 후속 처리를 위해 입구 컨베이어(210)와 일치하여 위치되고 입구 컨베이어 상으로 연속적으로 공급되는 연속 시트의 형태로(코일에서 벗어나서) 제공될 수 있다.
강철 플레이트들은 가열 및 담금질 공정들을 용이하게 하기 위해 컨베이어(210)를 따라 실질적으로 일정한 속도로의 연속적인 동작에 있을 수 있다. 그것이 컨베이어(210) 상에 접촉할 때 강철 플레이트를 함께 용접하는 것은 그것이 컨베이어 아래로 이동함에 따라 강철 플레이트가 위치를 시프팅하거나 서로 중첩하는 것을 방지한다. 이것은 비전 시스템(225) 및 용접 로봇(220)이 강철 플레이트들의 길이들 사이에서 일관된 용접 조인트를 제공하는 것을 허용한다. 그것은 또한 드라이브 핀치 롤들(302 및 304)을 통과하는 강철 플레이트에서 결함들을 제한하며, 이는 용접된 시임들이 핀치 롤들을 통해 이동함에 따라 라인 속도를 유지하는 것을 돕는다. 초기 용접은 또한 시스템이 강철 플레이트들의 길이들 사이의 시임에서 갭들을 브리징하는 것을 허용하여, 용접 로봇의 용접 공정을 더 개선한다.
용접 로봇에 대한 비전 시스템(225)은 각각의 강철 플레이트의 트레일링 에지에 인접하여 배치된 라인들의 인디시아 패턴을 식별할 수 있으며, 이는 예를 들어 2개의 이격된 더 작은 라인들(229)이 그 라인과 실질적으로 평행한 상태에서 강철 플레이트의 전체 폭을 가로질러 그려진 라인(227), 및 이격된 라인들 사이의 어두운 영역을 포함할 수 있다. 이것은 강철 플레이트들의 길이들의 정확한 위치가 비전 시스템(225)에 의해 인식될 수 있게 하는 인디시아의 패턴의 일 예이다. 비전 시스템(225)이 인디시아를 검출하면, 그것은 강철 플레이트 길이들이 작업 영역 내에 있을 때 용접 로봇(220)에 신호를 보내고 프로그램된 용접 공정을 개시하기 위해 카운팅을 시작한다. 도 3은 용접 로봇 비전 시스템(225)에 의해 인식되는 인디시아를 예시한다. 플라즈마 절단 로봇(230)에 대한 비전 시스템(235)은 강철 플레이트의 전체 폭에 걸쳐 용접된 시임에 대한 위치를 인식할 수 있다. 인디시아의 스코어들 및 강조 영역들은 픽업되고 용접 영역으로 오인받을 강철 플레이트상에서 스트레이 라인들(stray lines)을 회피하도록 특정된다. 그것이 발생한다면, 플라즈마 절단 로봇(230)은 다음 시임이 검출될 때까지 그러한 스트레이 라인들을 절단하고 시스템을 통해 강철 길이들을 중단시킬 수 있다.
용접 로봇(220)은 시임이 로봇 작업 영역 내에 있으면 용접 프로그램을 시작하기 위해, 비전 시스템(225)에 의해 트리거되는 다중 패스 프로그램 및 컨베이어(200)를 따라 트래킹하는 밀리미터로 이동하는 거리를 카운팅하는 인코더 휠을 가질 수 있다. 로봇 작업 영역은 용접 프로그램 내에서 교시되거나 언급되는 포인트들에 기초한다. 용접 프로그램은 도 4에 도시된 바와 같이 강철 플레이트(410)의 중앙 부분에서 출발하고, 강철 플레이트(420)의 제 1 측면 부분으로 이동하고, 그 다음 강철 플레이트의 제 2 측면 부분으로 이동하는 3개의(3) 분리된 용접 위브 패턴들을 이용할 수 있다. 생성된 위브 패턴들은 또한 도 4에 도시된 바와 같이 강철 플레이트의 전체 폭에 걸쳐 시임을 용접하는 커버 패스(cover pass)로 전환되기 전에 도 4에 도시된 바와 같이 될 수 있다. 이러한 다중 패스 패턴은 최종 커버 패스 전에 강철 플레이트들이 만나는 임의의 갭들을 브리징하기 위해 위브를 먼저 사용함으로써 용접 공정을 개선한다. 위브 패스들은 또한 최종 커버 패스 전에 강철 플레이트를 가열하며, 이는 강철 플레이트를 관통하기 위해 더 많은 와이어 및 열을 사용하며, 그것에 의해 연속적인 강철 플레이트가 파괴되거나 그렇지 않으면 오정렬되는 것 없이 공정을 통해 이동할 수 있도록 용접 시임을 강화한다.
열 처리 유닛(300)은 출발 강철 플레이트로부터 형성될 중간 처리된 강철 제품이 한 세트의 출구 핀치 롤들(304)에 의해 수용될 때까지, 예열 유도 코일(301), 유도 가열 코일(310)을 통해 처리될 강철 플레이트를 안내하는 한 세트의 입구 핀치 롤들(302), 담금질 헤드(320), 및 담금질 매체 제거 유닛(330)을 포함할 수 있다. 유사하게, 출구 핀치 롤들(304)은 강철 플레이트를 유도 템퍼링 코일(340)을 통해 그리고 출구 컨베이어(240) 상으로 안내하는 역할을 한다. 선택적으로, 입구 핀치 롤들(302) 및 출구 핀치 롤들(304) 둘 다는 강철 플레이트들의 폭을 따라 이격된 용접들에 대응하는, 바람직하게는 균등하게 이격되는 이격된 주위 그루브들을 포함할 수 있다. 그러한 주위 그루브들은 강철 플레이트들의 용접된 부분이 핀치 롤들(302 및 304) 사이에서 통과할 때 용접 작업 동안에 형성된 임의의 재료가 리세스될 수 있는 릴리프(relief)를 제공한다.
입구 핀치 롤들(302)에 진입하기 전에, 강철 플레이트는 컨베이어(200)를 따라 이동하는 동안에 예열 유도 코일(301)에서 예열될 수 있다. 예열 전원은 예를 들어 컨베이어(200)를 통해 강철 플레이트의 출발 이동 후에 75 초 턴 온하도록 설정될 수 있다. 40 내지 50 인치/분(1.0-1.2m/min)의 컨베이어 속도에서, 이것은 컨베이어를 따라 4 내지 5 피트(1.2-1.5m) 이동하는 것을 수반한다. 온되면, 예열 전원(360)은 그것이 50-100%의 최종 전력 설정에 도달할 때까지 1%에서 시작하고 초 당 0.5-10%로 램프 업(ramp up)할 수 있다. 이러한 램프 업은 강철 플레이트가 강철 플레이트의 폭에 걸쳐 500 ℃(932 °F)(예를 들어, 560 ℃(1040 °F)) 위의 온도에 도달할 수 있는 동작 전력 레벨에 예열 전원이 도달하기 전에 강철 플레이트가 컨베이어(200)를 따라 다른 4 내지 5 피트의 거리(travel)를 이동하는 것을 수반한다. 전원에 대한 램프 업 절차는 입구 핀치 롤들(302) 상에서 빠른 가열 시퀀스에 진입하기 전에 유도 가열을 통해 강철 플레이트를 실질적으로 균일하게 그리고 점진적으로 가열하는 것을 허용하고 500 ℃(932 °F) 위로의 점진적인 가열로 강철 플레이트의 형상 및 평탄도를 제어하는 것을 돕는다.
처리될 강철 플레이트들은 입구 핀치 롤들(302)을 통과하고 전원(315)에 의해 전력 공급되는 유도 가열 코일 또는 인덕터(310)를 통과한다. 유도 가열 코일(310)은 가능한 한 많이 유도 코일에 대한 손상을 감소시키고 코일을 통과하는 것으로부터 오정렬된 강철 플레이트들을 감소시키기 위해 콘크리트 또는 다른 비전도 재료로 매입될 수 있지만, 비매입형 유도 가열 코일이 제공될 수도 있다. 처리될 강철 플레이트가 유도 가열 코일(310)을 통과함에 따라, 와전류가 강철 플레이트에서 유도되고, 그것은 재료를 가열하는 와전류들과 함께 강철 재료의 저항이다. 유도 코일(310)의 구성, 코일을 통과하는 강철 플레이트의 형상, 및 강철 플레이트가 가열 코일을 통과하고 있는 속도를 고려해 볼 때, 강철 재료는 10 초 이하에서 850 ℃와 1150 ℃(1562-2102 °F) 사이의 온도로 가열된다. 대안적으로, 강철 플레이트는 원하는 바와 같이, 6 초 이하, 또는 훨씬 더 4 초 이하에서 동일한 피크 온도 범위로 가열 코일에 의해 가열될 수 있다.
빠른 유도 가열 후에, 가열된 강철 플레이트는 2 및 10 초 사이 동안 이동한다. 대안적으로, 가열된 강철 플레이트는 2 및 6 초 사이 동안 이동할 수 있다. 이러한 시간 동안에, 추가적인 열 또는 다른 에너지는 온도를 유지하는 것 이외에, 강철 플레이트에 전달될 수 없으며; 강철 플레이트는 온도를 유지하는 것 이외의 주변 대기에 노출되는 것 이외에, 임의의 냉각 방법에 영향을 받지 않는다. 이러한 개시의 목적들을 위해, 그러한 시간 기간은 피크 온도 범위에서 가열된 강철 조성을 유지하는 것으로서 언급되지만, 강철 플레이트는 그것이 유도 가열기(310)에 의해 더 이상 가열되지 않음에 따라 이러한 기간 동안에 약간 냉각되는 것으로 예상된다. 추가 실시예에 따르면, 가열된 강철 조성은 2 및 60 초 사이 동안에 피크 온도 범위에서 유지될 수 있다. 대안적으로, 가열된 강철 조성은 2 및 30 초 사이 동안에 피크 온도 범위에서 유지될 수 있다.
그 다음, 가열된 강철 플레이트는 담금질 매체가 900 갤런/분(3400 L/min)까지의 속도로 강철 플레이트 위를 흐르게 되는 경우에 그것이 담금질 헤드(320)를 통과함에 따라 담금질 작업에 영향을 받는다. 담금질 작업은 400 ℃/초와 3000 ℃/초(752-5432 °F/sec) 사이의 온도 감소 레이트에서 850 ℃와 1150 ℃(1562-2102 °F) 사이의 피크 온도 범위로부터 100 ℃(212 °F) 아래의 온도로 강철 플레이트의 온도를 감소시킨다. 일 예에서 물일 수 있는 담금질 매체는 열 처리 유닛(300)에 인접하여 위치되는 담금질 매체 저장 탱크(325)를 통해 재순환된다. 물에 더하여, 400-3000 ℃(752-5432 °F)의 온도 감소 레이트들을 달성할 수 있는 다른 담금질 매체가 이용될 수도 있다.
적은 담금질 매체가 담금질 후에 강철 플레이트 위에 남아 있지만, 제거하지 않으면, 기계적 와이핑, 강제 에어 블로잉과 같은 기술들에 의해 단독으로 또는 조합으로 유도 템퍼링 전에 강철 플레이트 상의 임의의 잔여 담금질 매체를 감소시키는 것이 바람직하다. 따라서, 담금질 매체 감소 유닛(330)은 담금질 헤드(320) 다음에 열 처리 유닛(300)에 제공된다. 담금질 매체 감소 유닛(330)은 유도 템퍼링 전에 강철 플레이트 상의 잔여 담금질 매체를 감소시키기 위해, 와이퍼들(332), 에어 나이프들(334), 및 다른 건조 장치들을 단독으로 또는 조합으로 포함할 수 있다. 담금질된 강철 플레이트의 리딩 에지 부분들이 담금질 매체 감소 유닛을 통과하므로, 강철 플레이트는 출구 핀치 롤들(304)에 진입하며, 이는 강철 플레이트를 유도 템퍼링 코일(340)을 통해 그리고 출구 컨베이어(240) 위로 안내하는 역할을 한다. 선택적으로, 입구 핀치 롤들(302) 및 출구 핀치 롤들(304) 둘 다는 강철 플레이트들의 폭을 따라 이격된 웰드들에 대응하여 바람직하게는 균등하게 이격되는 이격된 주위 그루브들을 포함할 수 있다. 그러한 주위 그루브들은 강철 플레이트의 용접된 부분이 핀치 롤들(302 또는 304) 사이를 통과함에 따라 용접 작업 동안 형성된 임의의 재료가 리세스될 수 있는 릴리프를 제공할 수 있다. 담금질 단계는 1 초 이상 및 20 초 이하에서 수행된다.
잔여 담금질 매체가 강철 플레이트로부터 제거된 후, 강철 플레이트는 이때 담금질 동안 도입될 수 있는 임의의 내부 응력들을 감소시키기 위해 유도 템퍼링 코일(340)을 통해 통과될 수 있다. 유도 가열 코일(310)과 같이, 유도 템퍼링 코일(340)은 가능한 오정렬 강철 플레이트들이 코일을 통과함에 따라 코일에 대한 손상을 최소화하기 위해 콘크리트 또는 다른 비전도 재료에 선택적으로 매입될 수 있다.
템퍼링 단계 동안, 강철 제품을 형성하는 강철 플레이트는 100 ℃와 260 ℃(212-500 °F) 사이의 온도로 가열되고 90 분 미만의 기간 동안 템퍼링된다. 템퍼링의 3개의 방법들이 고려된다. 오븐 템퍼링 공정에서, 강철 제품은 90 분 미만 및 바람직하게는 30 분 미만 동안 원하는 온도로 가열된다. 유도 템퍼링 공정에서, 강철 제품은 10 분 미만 및 바람직하게는 2 분 미만 동안 온도 범위로 가열된다. 조합 유도 및 오븐 템퍼링 공정에서, 강철 제품은 60 분 미만 동안 및 바람직하게는 30 분보다 많이 원하는 온도로 가열된다. 유도 가열 코일(310)과 같이, 유도 템퍼링 코일(340)은 열 처리 시스템(100)에 가까이 위치되는 그 자체의 개별 전원, 즉 유도 템퍼링 코일 전원(345)에 의해 전력 공급된다. 템퍼링 후에, 템퍼링된 강철 플레이트는 이때 출구 컨베이어(240) 위로 방출되며, 이것에는 절단 장치(230)가 제공된다.
절단 장치(230)는 플레이트가 출구 컨베이어(240) 아래로 이동함에 따라 이동 강철 플레이트를 원하는 길이로 절단하도록 구성된 관절식 로봇 아암에 부착될 수 있는 플라즈마 토치, 옥시-연료 토치, 또는 다른 절단 장치일 수 있다. 플라즈마 절단 로봇(230)은 그것의 메인 프로그램 내에 2개의 절단 및 비전 프로그램을 가질 수 있다. 각각의 실행의 시작 시에, 비전 시스템(235)은 강철 플레이트의 전면 에지를 찾는다. 전면 에지가 검출되면, 절단 로봇(230)은 컨베이어(240)를 따라 강철 플레이트 이동을 카운트하는 인코더를 이용하고 강철 플레이트 길이들에서 리드 립 커트들(lead rip cuts)을 구성한다. 프로그램이 하나의 리드 절단을 구성한 후에, 비전 시스템 프로그램들은 용접된 시임을 식별하고 플라즈마 로봇(230)은 그것의 폭에 걸쳐 그 시임 상에서 강철 플레이트를 절단하고, 그 다음 대기하여, 다음 용접된 시임을 식별하기 위해 비전 시스템으로 다시 전환되고 다음 커트를 구성하기 전에 다른 리드 립 커트를 구성하기 위해 인코더 휠을 갖는 컨베이어를 따라 강철 플레이트 이동을 트래킹한다. 이러한 공정은 강철 플레이트가 컨베이터를 따라 연속적으로 이동하는 동안 강철 플레이트가 시임에서 적어도 실질적인 직사각형 길이들로 절단됨에 따라 실행의 지속 기간 동안 계속된다. 일 예에서, 강철 플레이트는 4 피트(1.2m) 폭 × 10 피트(3.0m) 길이 세그먼트들로 절단될 수 있지만, 다른 길이들 및 폭들은 강철 제품에 대한 궁극적 응용에 따라 바람직할 수도 있다.
절단 후에, 템퍼링된 강철 플레이트는 그것이 93 ℃(200 °F) 미만의 온도에 도달하기 위해 출구 컨베이어 아래를 통과하므로 공기 냉각된다. 그 다음, 강철 제품들은 스태커(250)에 의해 스택으로 적층되고 이어서 다른 위치로 수송될 수 있다.
상술된 바와 같은 열 처리 및 담금질 후에, 강철 제품의 기계적 성질들은 100 ℃와 260 ℃(212 °F-500 °F) 사이에서 공정의 템퍼링 온도를 변경함으로써 원하는 사양들로 맞춰질 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 우리는 인장 강도와 템퍼링 온도 사이의 간접적 관계를 발견했다. 예를 들어, 260 ℃(500 °F)에서의 템퍼링은 260.5 ksi(1796 MPa)의 인장 강도를 야기한 반면, 200 ℃(약 400 °F)에서의 템퍼링은 275.3 ksi(1898 MPa), 14.8 ksi(102 MPa)의 차이 또는 대략 5%의 인장 강도를 야기했다. 도 9를 참조하면, 퍼센트 신장율과 템퍼링 온도 사이의 관계가 표시된다. 특히, 템퍼링 온도를 200 ℃에서 220 ℃(약 400 - 425 °F)까지 증가시키는 것은 처리된 강철 샘플들의 퍼센트 신장율을 감소시켰지만, 260 ℃(500 °F) 템퍼링 온도에서 신장율의 퍼센트를 증가시켰던 템퍼링 온도의 추가 증가는 204 ℃(400 °F)에서 템퍼링된 샘플에서 관찰된 신장율의 퍼센트와 동일했다.
연성은 연성 결정을 위한 ASTM E-8 방법에 기초한 테스트 방법을 사용하여 204 ℃와 260 ℃(400-500 °F) 사이의 온도들에서의 유도 템퍼링 후에 다시 평가되었다. 이러한 방법에서 면적 감소의 퍼센트로서 나타낸 연성 측정은 인장 파단에서의 샘플의 단면적 대 원래 단면적의 비율이 100배로 표현된다. 따라서, 더 낮은 퍼센트는 증가된 연성의 양을 표현한다. 도 6 및 도 7에 표현된 204 ℃(400 °F) 및 260 ℃(500 °F) 템퍼 어닐링된 샘플들은 인장 테스팅 동안 측정된 퍼센트 신장율과 대조적으로 템퍼 온도와 면적 감소의 퍼센트 사이에 직접적 관계가 있었으며, 즉 260 ℃(500 °F) 온도들에서의 템퍼링은 204 ℃(400 °F)(69.7% 면적 감소)에서의 템퍼링보다 더 낮은 면적 감소(58.6%)의 퍼센트를 야기했다는 것을 나타낸다.
개시된 방법에 의해 형성되고 처리된 강철 제품은 아머 응용들에서 이용될 수 있다. 특히, 개시된 방법에 의해 형성되고 처리된 강철 제품은 또한 NIJ 테러 위험도(threat level) 3뿐만 아니라, MIL-DTL-32332, MIL-DTL-46100E, MIL-DTL-12560J(클래스들 1 및 4)에서 제시된 표준들에 따라 탄도 테스팅에 영향을 받았다. 강철 제품의 그러한 탄도 테스팅으로부터의 결과들은 표 1에서 표로 작성되었다. 결과들은 아머 응용들에 사용된 다른 표준 재료들과 비교하여 현재 개시된 방법에 의해 처리된 AISI 4130 강철의 0.25 인치(6.35 mm) 두께 샘플의 비교를 나타낸다.
| 재료 | 두께 (인치) |
(V50 보호 탄도 한계(fps)) |
|
| .030-cal M2AP @ 30 도 |
20mm FSP @ 0 도 |
||
| 개시된 공정에 의해 처리된 4130 강철 | 0.250 | 2461 | 1800 |
| RHA 360 Hb | 0.250 | 2100 | 1544 |
| 하이하드 500Hb | 0.250 | 2300-2400 | <1500 est. |
| 5083 Al | 0.733 | ---- | 1200 |
| 5059 Al | 0.733 | 1840 | 1200 |
| MgAz31B-H24 | 1.125 | 데이터 없음 | 1300 |
| Ti-6Al-4V | 0.444 | 데이터 없음 | 1550 |
본 개시의 목적들을 위해, V50 보호 탄도 한계는 2008년 10월 24일의 개정 1과 함께 MIL-DTL-32332 및 MIL-DTL-46100E(MR)에 더 설명된 바와 같이, 완전 관통을 야기하는 3개의 최저 속도들 및 테스트 시편의 부분 관통을 야기하는 3개의 최고 속도들을 포함하는 6개의 적정한 충격 속도들의 평균으로 정의되며, 이는 본 명세서에서 전체적으로 참조에 의해 통합된다. 표 1은 현재 개시된 방법에 의해 형성되고 처리된 강철 플레이트가 유사한 두께의 비교 재료들에 대한 V50 값과 동일하거나 이 값을 동일하거나 초과하는 V50 값을 나타내는 것을 제시한다. 그와 같이, 탄도 보호의 적어도 동일 레벨을 달성하기 위해 현재 방법에 의해 형성되고 처리된 강철 플레이트의 비교적 더 얇은 클래딩(cladding)을 사용하는 것이 가능할 수 있다. 따라서, 개시된 방법에 의해 처리된 강철 제품들을 갖는 차량 클래드의 중량은 비교 아머 재료들을 갖는 차량 클래드와 비교하여 비교적 더 가벼울 수 있다. 따라서, 본 방법에 의해 형성되고 처리된 강철 제품들은 일반적으로 더 가벼운 중량 차량의 비교적 개선된 연료 절약, 수송성, 기동성, 및 다른 이득들을 야기할 수 있다. 그러한 데이터는 아래의 표 2에 요약되며, 이는 2100 피트/초(640 m/s) 발사체에 대한 탄도 결과들을 합격하는 것을 달성하기 위해 테스팅된 강철 플레이트의 각각에 요구되는 인치의 두께 및 요구된 두께들에 대한 각각의 아머 재료들에 대해 대응하는 평방 피트 당 파운드들을 제시한다.
| 재료 | fps에서의 10.2 psf V50 |
10.2 psf 두께 |
| 개시된 공정에 의해 처리된 4130 강철 | 2255 | 0.250" |
| RHA 360 Hb | 1700 | 0.250" |
| 하이하드 500Hb | 1640 | 0.250" |
| 5083 Al | 1625 | 0.733" |
| 5059 Al | 1675 (est) | .0733" |
| MgAz31B-H24 | 1650 | 1.125" |
| Ti-6Al-4V | 1910 | 0.444" |
강철 제품의 마이크로 구조는 기계적 성질들에 직접적 관계를 갖는다. 따라서, 개시된 방법에 의해 형성되고 처리된 강철 시편들의 마이크로 구조는 또한 열 처리 전 및 후 둘 모두에서 검사되었다. 도 5는 처리 전의 강철 제품에 대한 출발 재료의 초기 마이크로 구조가 페라이트 및 펄라이트인 것을 도시한다. 개시된 방법에 의한 다음의 형성 및 처리 후에, 강철 제품의 마이크로 구조는 80 퍼센트 이상의 마텐자이트 및 5 퍼센트 이하의 베이나이트일 수 있고, 100 퍼센트의 마텐자이트에 접근할 수 있다. 도 11 및 도 12는 260 ℃(500 °F)에서 형성되고 템퍼링된 강철 제품의 마이크로 구조를 상술된 바와 같이 나이탈(nital) 에칭 후에 500 및 1000배 확대로 각각 도시한다. 유사하게, 도 13 및 도 14는 204 ℃(400 °F)에서 형성되고 템퍼링된 강철 제품의 마이크로 구조를 나이탈 에칭 후에 500 및 1000배 확대로 각각 도시한다. 둘 다의 예들에서, 분석은 강철 제품의 샘플들의 마이크로 구조가 거의 전체적으로 마텐자이트로 구성된 것을 나타낸다.
본 발명이 어떤 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 범위를 벗어나는 것 없이 다양한 변경들이 이루어질 수 있고 균등물들이 대체될 수 있다는 점이 당해 기술에서 통상의 기술자들에 의해 이해될 것이다. 게다가, 다수의 수정들은 그것의 범위를 벗어나는 것 없이 특정 상황 및 재료를 본 발명의 교시들에 적응시키기 위해 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항들의 범위 내에 포함된 특정 실시예들에 제한되지 않도록 의도된다.
Claims (110)
- 고경도 및 연성 합금을 형성하기 위해 강철 제품을 처리하는 방법으로서,
(a) 0.5 인치(12.7 mm) 미만의 재료 두께를 갖고, 페라이트(ferrite) 및 펄라이트(pearlite)의 초기 마이크로 구조를 갖고, 중량 당,
0.25 및 0.55% 사이의 탄소,
0.15 및 0.35% 사이의 실리콘,
0.40 및 1.0% 사이의 망간,
0.80 및 1.10% 사이의 크롬,
0.15 및 0.25% 사이의 몰리브덴,
0.040% 미만의 황,
0.035% 미만의 인의 조성을 갖는 강철 조성을 제공하는 단계;
(b) 상기 제공된 강철 조성을 850 ℃(1562 °F) 및 1150 ℃(2102 °F) 사이의 피크 온도로 10 초 미만에서 가열하는 단계;
(c) 상기 가열된 강철 조성을 상기 피크 온도 범위에서 2 및 10 초 사이 동안 유지하는 단계;
(d) 상기 가열된 강철 조성을 400 및 3000 ℃/sec(752-5432 °F/sec) 사이의 온도 감소 레이트(temperature rate reduction)로 상기 피크 온도 범위로부터 100 ℃(212 °F) 아래까지 담금질하는 단계;
(e) 상기 담금질된 강철 조성의 표면으로부터 잔여 담금질 매체를 제거하는 단계;
(f) 상기 담금질된 강철 조성을 100 ℃에서 260 ℃(212-500 °F)까지의 온도에서 90 분 미만 동안 템퍼링(tempering)하는 단계;
(g) 적어도 80%의 마텐자이트(martensite) 및 5%까지의 베이나이트(bainite), 적어도 1800 MPa의 항복 강도, 5%와 12% 사이의 전체 신장율을 갖고, 0.25"(6.35 mm)의 두께에 대해 0.30 구경 아머 피어싱 탄(armor piercing round)으로 2300 및 2510 피트/초(701-765 m/s) 사이에서 30° 경사 각도에서 V50 보호 탄도 한계를 갖는 강철 제품을 형성하기 위해 상기 템퍼링된 강철 조성을 100 ℃(212 °F) 미만까지 공기 냉각하는 단계를 포함하는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 강철 조성은 단계 (b) 전에 초 당 적어도 0.7 ℃(33.3 °F)로 538 ℃(1000 °F) 이하까지 예열되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 강철 조성은 260 ℃(500 °F)와 538 ℃(1000 °F) 사이의 온도로 예열되고, 단계 (b) 전에 초 당 적어도 0.7 ℃(33.3 °F)로 815 ℃(1500 °F) 이하까지 예열되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 강철 조성은 260 ℃(500 °F)와 538 ℃(1000 °F) 사이의 온도로 예열되고, 단계 (b) 전에 초 당 적어도 0.7 ℃(33.3 °F)로 오스테나이트화 온도(austenization temperature)와 815 ℃(1500 °F) 사이까지 예열되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 강철 조성은 8 초 미만으로 가열되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 5에 있어서,
상기 강철은 6 초 미만으로 가열되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 가열된 강철 조성은 상기 피크 온도 범위에서 2 및 6 초 사이 동안 유지되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 가열된 강철 조성은 400 및 3000 ℃/sec(752-5432 °F/sec) 사이의 온도 감소 레이트로 상기 피크 온도 범위로부터 50 ℃(122 °F) 아래까지 담금질되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 잔여 담금질 매체는 기계적 와이핑(wiping), 블로운 에어(blown air), 및 그것의 조합들 중 적어도 하나에 의해 상기 담금질된 강철 조성의 표면으로부터 제거되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 담금질된 강철 조성은 20 분 미만 동안 유도 템퍼링되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 담금질된 강철 조성은 10 분 미만 동안 유도 템퍼링되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 담금질된 강철 조성은 2 분 이하 동안 유도 템퍼링되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 강철 조성을 가열하기 전에, 연속적인 일련의 강철 플레이트들을 형성하기 위해 하나 이상의 웰드(weld)들을 갖는 폭을 따라 강철 플레이트의 2개의 길이들을 함께 용접하는 단계를 더 포함하는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 13에 있어서,
상기 용접 단계는 상기 강철 플레이트들의 폭에 걸쳐 강철 플레이트의 길이들 사이에 브리징되는 위브 웰드(weave weld)를 도포하는 단계를 포함하는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 14에 있어서,
상기 용접 단계는 상기 강철 플레이트들의 폭에 걸쳐 위브 웰드를 제공하기 위해 강철 플레이트의 중심 부분이 먼저 수행되고 측면 부분들이 용접되는 3개의 단면들에 강철 플레이트의 길이들 사이에 브리징되는 위브 웰드를 도포하는 단계를 포함하는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 14에 있어서,
추가로 시임 웰드(seam weld)가 상기 강철 플레이트들의 폭에 걸쳐 상기 위브 웰드 위에 도포되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 15에 있어서,
추가로 시임 웰드가 상기 강철 플레이트들의 폭에 걸쳐 상기 위브 웰드 위에 도포되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 13에 있어서,
비전(vision) 시스템이 상기 용접 단계 동안 상기 강철 플레이트들의 길이들의 단부 부분들의 위치를 식별할 수 있도록 인디시아(indicia)가 상기 용접 단계 이전에 상기 강철 플레이트에 적용되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 가열 단계는 유도 가열기를 사용하여 수행되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 담금질 단계는 담금질 매체를 상기 강철 제품 위에서 900 갤런/min(3400 L/min)까지의 레이트(rate)로 흐르게 함으로써 수행되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 20에 있어서,
상기 담금질 매체는 물인 강철 제품 처리 방법. - 청구항 20에 있어서,
상기 담금질 단계는 1 초 이상 및 20 초 이하로 수행되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 14에 있어서,
적어도 단계 (f) 후에 상기 강철 플레이트는 상기 강철 플레이트가 컨베이어를 따라 연속적으로 이동하는 동안 시임들에서 적어도 길이들로 절단되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 템퍼링 단계는 유도 가열기를 사용하여 수행되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 템퍼링 단계는 100 ℃(212 °F)와 260 ℃(500 °F) 사이에서 1 및 10 초 사이의 시간으로 수행되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 강철 조성은 중량 당,
0.25 및 0.40% 사이의 탄소를 갖는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 강철 조성은 중량 당,
0.40 및 0.55% 사이의 탄소를 갖는 강철 제품 처리 방법. - 고경도 및 연성 합금을 형성하기 위해 강철 제품을 처리하는 방법으로서,
(a) 0.5 인치(12.7 mm) 미만의 재료 두께를 갖고, 페라이트 및 펄라이트의 초기 마이크로 구조를 갖고, 중량 당,
0.25 및 0.55% 사이의 탄소,
0.15 및 0.35% 사이의 실리콘,
0.40 및 1.0% 사이의 망간,
0.80 및 1.10% 사이의 크롬,
0.15 및 0.25% 사이의 몰리브덴,
0.040% 미만의 황,
0.035% 미만의 인의 조성을 갖는 강철 조성을 제공하는 단계;
(b) 상기 제공된 강철 조성을 850-1150 ℃(1562-2102 °F) 사이의 피크 온도로 10 초 미만으로 가열하는 단계;
(c) 상기 가열된 강철 조성을 상기 피크 온도 범위에서 2 및 10 초 사이 동안 유지하는 단계;
(d) 상기 가열된 강철 조성을 100 ℃(212 °F) 아래로 4 초 미만으로 담금질하는 단계;
(e) 상기 담금질된 강철 조성의 표면으로부터 잔여 담금질 매체를 제거하는 단계;
(f) 상기 담금질된 강철 조성을 100 ℃와 260 ℃(212-500 °F) 사이의 온도에서 90 분 미만 동안 템퍼링하는 단계;
(g) 적어도 80%의 마텐자이트 및 5%까지의 베이나이트의 변형된 마이크로 구조, 적어도 1800 MPa의 항복 강도, 및 5%와 12% 사이의 전체 신장율을 갖도록 템퍼링된 강철 조성을 100 ℃(212 °F) 미만으로 공기 냉각하는 단계를 포함하는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 28에 있어서,
상기 강철 조성은 단계 (b) 전에 초 당 적어도 0.7 ℃(33.3 °F)로 815 ℃(1500 °F) 이하까지 예열되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 28에 있어서,
상기 강철 조성은 260 ℃(500 °F)와 540 ℃(1000 °F) 사이의 온도로 예열되고, 단계 (b) 전에 초 당 적어도 0.7 ℃(33.3 °F)로 815 ℃(1500 °F) 이하까지 예열되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 28에 있어서,
상기 강철 조성은 260 ℃(500 °F)와 538 ℃(1000 °F) 사이의 온도로 예열되고, 단계 (b) 전에 초 당 적어도 0.7 ℃(33.3 °F)로 오스테나이트화 온도와 815 ℃(1500 °F) 사이까지 예열되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 28에 있어서,
상기 강철은 8 초 미만으로 가열되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 32에 있어서,
상기 강철은 6 초 미만으로 가열되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 28에 있어서,
상기 가열된 강철 조성은 상기 피크 온도 범위에서 2 및 6 초 사이 동안 유지되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 28에 있어서,
상기 가열된 강철 조성은 400-3000 ℃/sec(752-5432 °F/sec)의 온도 감소 레이트로 상기 피크 온도 범위로부터 100 ℃(212 °F) 아래까지 담금질되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 28에 있어서,
상기 담금질된 강철 조성은 20 분 미만 동안 유도 템퍼링되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 28에 있어서,
상기 담금질된 강철 조성은 10 분 미만 동안 유도 템퍼링되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 28에 있어서,
상기 담금질된 강철 조성은 2 분 이하 동안 유도 템퍼링되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 28에 있어서,
상기 담금질된 강철 조성은 30 내지 90 분 동안 유도 및 오븐 템퍼링의 조합에 의해 템퍼링되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 28에 있어서,
상기 강철 조성을 가열하기 전에, 연속적인 일련의 강철 플레이트들을 형성하기 위해 하나 이상의 웰드들을 갖는 폭을 따라 강철 플레이트의 2개의 길이들을 함께 용접하는 단계를 더 포함하는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 40에 있어서,
상기 용접 단계는 상기 강철 플레이트들의 폭에 걸쳐 강철 플레이트의 길이들 사이에 브리징되는 위브 웰드를 도포하는 단계를 포함하는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 40에 있어서,
상기 용접 단계는 상기 강철 플레이트들의 폭에 걸쳐 위브 웰드를 제공하기 위해 강철 플레이트의 중심 부분이 먼저 수행되고 측면 부분들이 그 후에 용접되는 3개의 단면들에 강철 플레이트의 길이들 사이에 브리징되는 위브 웰드를 도포하는 단계를 포함하는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 41에 있어서,
추가로 시임 웰드가 상기 강철 플레이트들의 폭에 걸쳐 상기 위브 웰드 위에 도포되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 42에 있어서, 추가로 시임 웰드가 상기 강철 플레이트들의 폭에 걸쳐 상기 위브 웰드 위에 도포되는 강철 제품 처리 방법.
- 청구항 28에 있어서,
상기 가열 단계는 유도 가열기를 사용하여 수행되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 28에 있어서,
상기 담금질 단계는 담금질 매체를 상기 강철 제품 위에서 900 갤런/min(3400 L/min)까지의 레이트로 흐르게 함으로써 수행되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 46에 있어서,
상기 담금질 매체는 물인 강철 제품 처리 방법. - 청구항 47에 있어서,
상기 담금질 단계는 1 초 이상 및 20 초 이하로 수행되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 28에 있어서,
적어도 단계 (f) 후에 상기 강철 플레이트는 상기 강철 플레이트가 컨베이어를 따라 연속적으로 이동하는 동안 시임들에서 적어도 길이들로 절단되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 28에 있어서,
상기 템퍼링 단계는 유도 가열기를 사용하여 수행되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 28에 있어서,
상기 템퍼링 단계는 오븐을 사용하여 수행되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 28에 있어서,
상기 템퍼링 단계는 오븐 및 유도 가열기의 조합을 사용하여 수행되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 50에 있어서,
상기 템퍼링 단계는 100 ℃(212 °F)와 260 ℃(500 °F) 사이에서 10 분 미만으로 수행되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 28에 있어서,
상기 강철 조성은 중량 당,
0.25 및 0.40% 사이의 탄소를 갖는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 28에 있어서,
상기 강철 조성은 중량 당,
0.40 및 0.55% 사이의 탄소를 갖는 강철 제품 처리 방법. - 고경도 및 연성 합금을 형성하기 위해 강철 제품을 처리하는 방법으로서,
(a) 0.5 인치(12.7 mm) 미만의 재료 두께를 갖고, 페라이트 및 펄라이트의 초기 마이크로 구조를 갖고, 중량 당,
0.25 및 0.55% 사이의 탄소,
0.15 및 0.35% 사이의 실리콘,
0.40 및 1.0% 사이의 망간,
0.80 및 1.10% 사이의 크롬,
0.15 및 0.25% 사이의 몰리브덴,
0.040% 미만의 황,
0.035% 미만의 인의 조성을 갖는 강철 조성을 제공하는 단계;
(b) 상기 제공된 강철 조성을 850 ℃(1562 °F) 및 1150 ℃(2102 °F) 사이의 피크 온도로 10 초 미만으로 가열하는 단계;
(c) 상기 가열된 강철 조성을 상기 피크 온도 범위에서 2 및 60 초 사이 동안 유지하는 단계;
(d) 상기 가열된 강철 조성을 400 및 3000 ℃/sec(752-5432 °F/sec) 사이의 온도 감소 레이트로 상기 피크 온도 범위로부터 100 ℃(212 °F) 아래까지 담금질하는 단계;
(e) 상기 담금질된 강철 조성의 표면으로부터 잔여 담금질 매체를 제거하는 단계;
(f) 상기 담금질된 강철 조성을 100 ℃에서 260 ℃(212-500 °F)까지의 온도에서 90 분 미만 동안 템퍼링하는 단계;
(g) 적어도 80%의 마텐자이트 및 5%까지의 베이나이트, 적어도 1800 MPa의 항복 강도, 5%와 12% 사이의 전체 신장율을 갖고, 0.25"(6.35 mm)의 두께에 대해 0.30 구경 아머 피어싱 탄으로 2300 및 2510 피트/초(701-765 m/s) 사이에서 30° 경사 각도에서 V50 보호 탄도 한계를 갖는 강철 제품을 형성하기 위해 상기 템퍼링된 강철 조성을 100 ℃(212 °F) 미만까지 공기 냉각하는 단계를 포함하는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 56에 있어서,
상기 강철 조성은 단계 (b) 전에 초 당 적어도 0.7 ℃(33.3 °F)로 538 ℃(1000 °F) 이하까지 예열되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 56에 있어서,
상기 강철 조성은 260 ℃(500 °F)와 538 ℃(1000 °F) 사이의 온도로 예열되고, 단계 (b) 전에 초 당 적어도 0.7 ℃(33.3 °F)로 815 ℃(1500 °F) 이하까지 예열되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 56에 있어서,
상기 강철 조성은 260 ℃(500 °F)와 538 ℃(1000 °F) 사이의 온도로 예열되고, 단계 (b) 전에 초 당 적어도 0.7 ℃(33.3 °F)로 오스테나이트화 온도와 815 ℃(1500 °F) 사이까지 예열되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 56에 있어서,
상기 강철 조성은 8 초 미만으로 가열되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 61에 있어서,
상기 강철은 6 초 미만으로 가열되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 56에 있어서,
상기 가열된 강철 조성은 상기 피크 온도 범위에서 2 및 30 초 사이 동안 유지되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 56에 있어서,
상기 가열된 강철 조성은 400 및 3000 ℃/sec(752-5432 °F/sec) 사이의 온도 감소 레이트로 상기 피크 온도 범위로부터 50 ℃(122 °F) 아래까지 담금질되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 56에 있어서,
상기 잔여 담금질 매체는 기계적 와이핑, 블로운 에어, 및 그것의 조합들 중 적어도 하나에 의해 상기 담금질된 강철 조성의 표면으로부터 제거되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 56에 있어서,
상기 담금질된 강철 조성은 20 분 미만 동안 유도 템퍼링되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 56에 있어서,
상기 담금질된 강철 조성은 10 분 미만 동안 유도 템퍼링되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 56에 있어서,
상기 담금질된 강철 조성은 2 분 이하 동안 유도 템퍼링되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 56에 있어서,
상기 강철 조성을 가열하기 전에, 연속적인 일련의 강철 플레이트들을 형성하기 위해 하나 이상의 웰드들을 갖는 폭을 따라 강철 플레이트의 2개의 길이들을 함께 용접하는 단계를 더 포함하는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 68에 있어서,
상기 용접 단계는 상기 강철 플레이트들의 폭에 걸쳐 강철 플레이트의 길이들 사이에 브리징되는 위브 웰드를 도포하는 단계를 포함하는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 69에 있어서,
상기 용접 단계는 상기 강철 플레이트들의 폭에 걸쳐 위브 웰드를 제공하기 위해 강철 플레이트의 중심 부분이 먼저 수행되고 측면 부분들이 용접되는 3개의 단면들에 강철 플레이트의 길이들 사이에 브리징되는 위브 웰드를 도포하는 단계를 포함하는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 69에 있어서,
추가로 시임 웰드가 상기 강철 플레이트들의 폭에 걸쳐 상기 위브 웰드 위에 도포되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 70에 있어서,
추가로 시임 웰드가 상기 강철 플레이트들의 폭에 걸쳐 상기 위브 웰드 위에 도포되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 68에 있어서,
비전 시스템이 상기 용접 단계 동안 상기 강철 플레이트들의 길이들의 단부 부분들의 위치를 식별할 수 있도록 인디시아가 상기 용접 단계 이전에 상기 강철 플레이트에 적용되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 56에 있어서,
상기 가열 단계는 유도 가열기를 사용하여 수행되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 56에 있어서,
상기 담금질 단계는 담금질 매체를 상기 강철 제품 위에서 900 갤런/min(3400 L/min)까지의 레이트로 흐르게 함으로써 수행되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 75에 있어서,
상기 담금질 매체는 물인 강철 제품 처리 방법. - 청구항 75에 있어서,
상기 담금질 단계는 1 초 이상 및 20 초 이하로 수행되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 69에 있어서,
적어도 단계 (f) 후에 상기 강철 플레이트는 상기 강철 플레이트가 컨베이어를 따라 연속적으로 이동하는 동안 시임들에서 적어도 길이들로 절단되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 56에 있어서,
상기 템퍼링 단계는 유도 가열기를 사용하여 수행되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 56에 있어서,
상기 템퍼링 단계는 100 ℃(212 °F)와 260 ℃(500 °F) 사이에서 1 및 10 초 사이의 시간으로 수행되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 56에 있어서,
상기 강철 조성은 중량 당,
0.25 및 0.40% 사이의 탄소를 갖는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 56에 있어서,
상기 강철 조성은 중량 당,
0.40 및 0.55% 사이의 탄소를 갖는 강철 제품 처리 방법. - 고경도 및 연성 합금을 형성하기 위해 강철 제품을 처리하는 방법으로서,
(a) 0.5 인치(12.7 mm) 미만의 재료 두께를 갖고, 페라이트 및 펄라이트의 초기 마이크로 구조를 갖고, 중량 당,
0.25 및 0.55% 사이의 탄소,
0.15 및 0.35% 사이의 실리콘,
0.40 및 1.0% 사이의 망간,
0.80 및 1.10% 사이의 크롬,
0.15 및 0.25% 사이의 몰리브덴,
0.040% 미만의 황,
0.035% 미만의 인의 조성을 갖는 강철 조성을 제공하는 단계;
(b) 상기 제공된 강철 조성을 850-1150 ℃(1562-2102 °F) 사이의 피크 온도로 10 초 미만으로 가열하는 단계;
(c) 상기 가열된 강철 조성을 상기 피크 온도 범위에서 2 및 60 초 사이 동안 유지하는 단계;
(d) 상기 가열된 강철 조성을 100 ℃(212 °F) 아래까지 4 초 미만으로 담금질하는 단계;
(e) 상기 담금질된 강철 조성의 표면으로부터 잔여 담금질 매체를 제거하는 단계;
(f) 상기 담금질된 강철 조성을 100 ℃와 260 ℃(212-500 °F) 사이의 온도에서 90 분 미만 동안 템퍼링하는 단계;
(g) 적어도 80%의 마텐자이트 및 5%까지의 베이나이트의 변형된 마이크로 구조, 적어도 1800 MPa의 항복 강도, 및 5%와 12% 사이의 전체 신장율을 갖도록 템퍼링된 강철 조성을 100 ℃(212 °F) 미만까지 공기 냉각하는 단계를 포함하는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 83에 있어서,
상기 강철 조성은 단계 (b) 전에 초 당 적어도 0.7 ℃(33.3 °F)로 815 ℃(1500 °F) 이하까지 예열되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 83에 있어서,
상기 강철 조성은 260 ℃(500 °F)와 540 ℃(1000 °F) 사이의 온도로 예열되고, 단계 (b) 전에 초 당 적어도 0.7 ℃(33.3 °F)로 815 ℃(1500 °F) 이하까지 예열되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 83에 있어서,
상기 강철 조성은 260 ℃(500 °F)와 538 ℃(1000 °F) 사이의 온도로 예열되고, 단계 (b) 전에 초 당 적어도 0.7 ℃(33.3 °F)로 오스테나이트화 온도와 815 ℃(1500 °F) 사이까지 예열되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 83에 있어서,
상기 강철은 8 초 미만으로 가열되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 87에 있어서,
상기 강철은 6 초 미만으로 가열되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 83에 있어서,
상기 가열된 강철 조성은 상기 피크 온도 범위에서 2 및 30 초 사이 동안 유지되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 83에 있어서,
상기 가열된 강철 조성은 400-3000 ℃/sec(752-5432 °F/sec)의 온도 감소 레이트로 상기 피크 온도 범위로부터 100 ℃(212 °F) 아래까지 담금질되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 83에 있어서,
상기 담금질된 강철 조성은 20 분 미만 동안 유도 템퍼링되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 83에 있어서,
상기 담금질된 강철 조성은 10 분 미만 동안 유도 템퍼링되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 83에 있어서,
상기 담금질된 강철 조성은 2 분 이하 동안 유도 템퍼링되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 83에 있어서,
상기 담금질된 강철 조성은 30 내지 90 분 동안 유도 및 오븐 템퍼링의 조합에 의해 템퍼링되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 83에 있어서,
상기 강철 조성을 가열하기 전에, 연속적인 일련의 강철 플레이트들을 형성하기 위해 하나 이상의 웰드들을 갖는 폭을 따라 강철 플레이트의 2개의 길이들을 함께 용접하는 단계를 더 포함하는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 95에 있어서,
상기 용접 단계는 상기 강철 플레이트들의 폭에 걸쳐 강철 플레이트의 길이들 사이에 브리징되는 위브 웰드를 도포하는 단계를 포함하는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 95에 있어서,
상기 용접 단계는 상기 강철 플레이트들의 폭에 걸쳐 위브 웰드를 제공하기 위해 강철 플레이트의 중심 부분이 먼저 수행되고 측면 부분들이 그 후에 용접되는 3개의 단면들에 강철 플레이트의 길이들 사이에 브리징되는 위브 웰드를 도포하는 단계를 포함하는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 96에 있어서,
추가로 시임 웰드가 상기 강철 플레이트들의 폭에 걸쳐 상기 위브 웰드 위에 도포되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 97에 있어서,
추가로 시임 웰드가 상기 강철 플레이트들의 폭에 걸쳐 상기 위브 웰드 위에 도포되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 83에 있어서,
상기 가열 단계는 유도 가열기를 사용하여 수행되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 83에 있어서,
상기 담금질 단계는 담금질 매체를 상기 강철 제품 위에서 900 갤런/min(3400 L/min)까지의 레이트로 흐르게 함으로써 수행되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 101에 있어서,
상기 담금질 매체는 물인 강철 제품 처리 방법. - 청구항 102에 있어서,
상기 담금질 단계는 1 초 이상 및 20 초 이하로 수행되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 83에 있어서,
적어도 단계 (f) 후에 상기 강철 플레이트는 상기 강철 플레이트가 컨베이어를 따라 연속적으로 이동하는 동안 시임들에서 적어도 길이들로 절단되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 83에 있어서,
상기 템퍼링 단계는 유도 가열기를 사용하여 수행되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 83에 있어서,
상기 템퍼링 단계는 오븐을 사용하여 수행되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 83에 있어서,
상기 템퍼링 단계는 오븐 및 유도 가열기의 조합을 사용하여 수행되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 105에 있어서,
상기 템퍼링 단계는 100 ℃(212 °F)와 260 ℃(500 °F) 사이에서 10 분 미만으로 수행되는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 83에 있어서,
상기 강철 조성은 중량 당,
0.25 및 0.40% 사이의 탄소를 갖는 강철 제품 처리 방법. - 청구항 83에 있어서,
상기 강철 조성은 중량 당,
0.40 및 0.55% 사이의 탄소를 갖는 강철 제품 처리 방법.
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