JPH0665736B2 - マルエ−ジング鋼 - Google Patents
マルエ−ジング鋼Info
- Publication number
- JPH0665736B2 JPH0665736B2 JP1019391A JP1939189A JPH0665736B2 JP H0665736 B2 JPH0665736 B2 JP H0665736B2 JP 1019391 A JP1019391 A JP 1019391A JP 1939189 A JP1939189 A JP 1939189A JP H0665736 B2 JPH0665736 B2 JP H0665736B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- titanium
- maraging steel
- strength
- steel
- aluminum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/08—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing nickel
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、マルエージング鋼に関し、さらに詳しくは、
たとえばロケットケーシングのような比較的大きなセク
ションサイズの製品形態を必要とし、しかも苛酷条件下
において使用される金属材料に好適であるような、すぐ
れた強度と破壊靭性との組合わされた特性を有する無コ
バルト型のマルエージング鋼に関する。
たとえばロケットケーシングのような比較的大きなセク
ションサイズの製品形態を必要とし、しかも苛酷条件下
において使用される金属材料に好適であるような、すぐ
れた強度と破壊靭性との組合わされた特性を有する無コ
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用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必要な十分な靭性を
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
で市場で世界的に広く受け入れられている。
つ多種多様の応用での実用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必要な十分な靭性を
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
で市場で世界的に広く受け入れられている。
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フィート（約366〜4
27cm）またはそれ以上であり、壁厚は約１／２インチ
（約12.7mm）である（フランジセクションは厚さが２〜
２−１／２インチ（50.8〜63.5mm）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約60,000〜65,000ポンド
（27〜30トン）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フィ
ート（約366〜約427cm）である。
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フィート（約366〜4
27cm）またはそれ以上であり、壁厚は約１／２インチ
（約12.7mm）である（フランジセクションは厚さが２〜
２−１／２インチ（50.8〜63.5mm）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約60,000〜65,000ポンド
（27〜30トン）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フィ
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ＫIC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（1450MPa）の降伏強さで265kg／mm
3/2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、且つこれにより寸法変
化が生ずることがある。このような応用に望ましいこと
は、265kg／mm3/2よりも高いＫICおよび320〜355kg／mm
3/2を超える破壊靭性である。しかし、強度を犠性にし
てこの水準を達成することは、万能の方策ではない。こ
のように、合金は、高い降伏強さを有していなければな
らず、即ち、200,000psi（1380MPa）よりもはるかに高
い降伏強さ、有利には少なくとも220,000psi（1515MP
a）を有していなければならない。
べき材料は、高水準のＫIC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（1450MPa）の降伏強さで265kg／mm
3/2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、且つこれにより寸法変
化が生ずることがある。このような応用に望ましいこと
は、265kg／mm3/2よりも高いＫICおよび320〜355kg／mm
3/2を超える破壊靭性である。しかし、強度を犠性にし
てこの水準を達成することは、万能の方策ではない。こ
のように、合金は、高い降伏強さを有していなければな
らず、即ち、200,000psi（1380MPa）よりもはるかに高
い降伏強さ、有利には少なくとも220,000psi（1515MP
a）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1,35〜1.45％を含有す
る。それは、900゜F（約482℃）で時効し、1655MPa〜17
25MPa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250kg／mm3/2であり、シャクピー
Ｖノッチ値約2.6〜3.5kgmf／cm2またはわずかにそれよ
りも高い値である。
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1,35〜1.45％を含有す
る。それは、900゜F（約482℃）で時効し、1655MPa〜17
25MPa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250kg／mm3/2であり、シャクピー
Ｖノッチ値約2.6〜3.5kgmf／cm2またはわずかにそれよ
りも高い値である。
発明の概要 本発明は上述した点に鑑みてなされたものであり、高い
降伏強さと、すぐれたＫIC破壊靭性と、ならびにシャル
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を有する改良されたマルエージン
グ鋼を提供することを目的とする。
降伏強さと、すぐれたＫIC破壊靭性と、ならびにシャル
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を有する改良されたマルエージン
グ鋼を提供することを目的とする。
前記米国特許第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265kg／mm3/2よりもはるかに高いＫIC値および
5.1kgmf／cm2よりも高いCVN衝撃強さ、例えば5.5〜6.9k
gmf／cm2のCVN衝撃強さと共に1515MPa以上の降伏強さ
（0.2％オフセット）を与えることが今や発見された。
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265kg／mm3/2よりもはるかに高いＫIC値および
5.1kgmf／cm2よりも高いCVN衝撃強さ、例えば5.5〜6.9k
gmf／cm2のCVN衝撃強さと共に1515MPa以上の降伏強さ
（0.2％オフセット）を与えることが今や発見された。
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
及ぼさない量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、少量は存在することができ
る。
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
及ぼさない量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、少量は存在することができ
る。
組成考慮に加えて、本発明のマルエージング鋼は、900
゜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。
゜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、1
6.5％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％が使用して
もよいが、ほ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。
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、1
6.5％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％が使用して
もよいが、ほ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、脱酸の目的で添加される。アルミニウ
ムが１％超えると得られる合金が脆くなる傾向があるの
で好ましくない。アルミニウムは必ずしも必要ではない
が、アルミニウムを添加しない場合には、たとえばチタ
ンが溶湯状態での脱酸剤として作用するが、この目的の
ためには、アルミニウムの方がコストの点で有利であ
る。アルミニウムの好適な添加量は0.05〜0.35％の範囲
である。
ムが１％超えると得られる合金が脆くなる傾向があるの
で好ましくない。アルミニウムは必ずしも必要ではない
が、アルミニウムを添加しない場合には、たとえばチタ
ンが溶湯状態での脱酸剤として作用するが、この目的の
ためには、アルミニウムの方がコストの点で有利であ
る。アルミニウムの好適な添加量は0.05〜0.35％の範囲
である。
時効温度とチタン含量との間の関係に関しては、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、次のような相関関係があることが好適で
ある。
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、次のような相関関係があることが好適で
ある。
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。
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（VIM）
し、そ後真空アーク再溶融（VAR）することができる。V
IM＋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871〜1121℃）、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250゜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。
酸素脱炭）炉中で実施した後、真空誘導溶融（VIM）
し、そ後真空アーク再溶融（VAR）することができる。V
IM＋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871〜1121℃）、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250゜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1350゜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
（tolerance）は、本発明のマルエージング鋼に起因す
る特性である。
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1350゜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
（tolerance）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の特性に
ついての一般的様相を与えるために提供する。
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Ｉに
与え且つ試験結果を表IIに記載する。
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Ｉに
与え且つ試験結果を表IIに記載する。
表Ｉ 化学分析 合金１ 合金２（比較例） ニッケル 18.20 18.11 モリブデン 3.06 3.07 チタン 1.26 1.41 アルミニウム 0.09 0.09 炭素 ＜0.01 0.01 鉄★ 77.36 77.83★ 不可避的付随成分及び不純物を含む。
表ＩおよびIIのおおざっぱな検討からわかるように、約
1515MPaの降伏強さを得ることができ、破壊ＫIC靭性水
準は320kg／mm3/2よりもはるかに高く、シャルピーＶノ
ッチ衝撃エネルギーは4.3kgmf／cm2よりもはるかに高く
6.9kgmf／cm2近くまでである。1000゜F（約538℃）時効
での1.26％チタン合金は、1515MPaよりも高い平均降伏
強さ、6.0kgmf／cm2の平均CNVおよび390kg／mm3/2破壊
靭性近くのＫIC値を生じたことは注目すべきである。
1515MPaの降伏強さを得ることができ、破壊ＫIC靭性水
準は320kg／mm3/2よりもはるかに高く、シャルピーＶノ
ッチ衝撃エネルギーは4.3kgmf／cm2よりもはるかに高く
6.9kgmf／cm2近くまでである。1000゜F（約538℃）時効
での1.26％チタン合金は、1515MPaよりも高い平均降伏
強さ、6.0kgmf／cm2の平均CNVおよび390kg／mm3/2破壊
靭性近くのＫIC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
ーされる本発明の本質の範囲内において変更を施すこと
ができること、および本発明の或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。
し説明したが、当業者は、特許請求の範囲によってカバ
ーされる本発明の本質の範囲内において変更を施すこと
ができること、および本発明の或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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ルイス、ジーン、カフィー アメリカ合衆国ウエスト、バージニア州、 セレド、シー、ストリート、380 (56)参考文献 特開 昭60−218456（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−29446（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】重量％で、ニッケル16.5〜20％、チタン1.
0％を超えて1.4％未満、モリブデン２〜４％、炭素0.05
％以下、アルミニウム1.0％以下、残部が実質的に鉄及
び不可避的不純物からなり、 510℃〜593℃の温度で時効処理され、前記時効温度と前
記チタン含有量との間に下記のような相関関係が存在し
ており、 降伏強さ1380MPa以上、破壊靭性ＫIC267Kg／mm3/2以上
及びシャルピーＶノッチ衝撃エネルギー4.3Kgmf／cm2以
上であることを特徴とするマルエージング鋼。 - 【請求項２】前記時効温度とチタン含有量との間の相関
関係が、下記のようなものである、請求項１に記載のマ
ルエージング鋼。 - 【請求項３】チタン含有量が1.25％以上であり、少なく
とも510℃の温度で時効処理された請求項１に記載のマ
ルエージング鋼。 - 【請求項４】重量％で、ニッケル17〜19％、チタン１〜
1.25％、モリブデン２〜４％、炭素0.03％以下、アルミ
ニウム0.5％以下、残部が実質的に鉄及び不可避的不純
物からなる、請求項１に記載のマルエージング鋼。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/151,120 US4871511A (en) | 1988-02-01 | 1988-02-01 | Maraging steel |
| US151120 | 1988-02-01 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01222036A JPH01222036A (ja) | 1989-09-05 |
| JPH0665736B2 true JPH0665736B2 (ja) | 1994-08-24 |
Family
ID=22537402
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1019391A Expired - Fee Related JPH0665736B2 (ja) | 1988-02-01 | 1989-01-27 | マルエ−ジング鋼 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4871511A (ja) |
| EP (1) | EP0327042B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0665736B2 (ja) |
| KR (1) | KR890013203A (ja) |
| CA (1) | CA1323548C (ja) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR920006827B1 (ko) * | 1990-09-21 | 1992-08-20 | 한국과학기술원 | 고강도-고인성-고내식성 스테인레스 마르에이징강과 그 제조방법 |
| US5918719A (en) * | 1996-12-27 | 1999-07-06 | Kubota Corporation | Tire roller for transporting slabs |
| FR2774099B1 (fr) * | 1998-01-23 | 2000-02-25 | Imphy Sa | Acier maraging sans cobalt |
| FR2774396B1 (fr) * | 1998-02-04 | 2000-03-10 | Imphy Sa | Acier maraging sans cobalt et sans titane |
| EP1826282B1 (en) * | 2002-11-19 | 2010-01-20 | Hitachi Metals, Ltd. | Method of producing a maraging steel |
| AU2004280023B2 (en) * | 2003-10-08 | 2009-01-22 | Hitachi Metals. Ltd. | Method for producing steel ingot |
| US7981521B2 (en) * | 2005-08-30 | 2011-07-19 | Ati Properties, Inc. | Steel compositions, methods of forming the same, and articles formed therefrom |
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