CN109930075A

CN109930075A - 一种装甲用防弹钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN109930075A
Application number: CN201910295282.5A
Authority: CN
Inventors: 彭宾; 李士安; 周平; 王勇; 谢晖; 李玲; 许立清; 王旭峰; 姜晓军; 薄其伟; 王雅桢
Original assignee: Baishan Steel (shandong) Steel Plate Co Ltd
Current assignee: Baishan Steel (shandong) Steel Plate Co Ltd
Priority date: 2019-04-12
Filing date: 2019-04-12
Publication date: 2019-06-25
Anticipated expiration: 2039-04-12
Also published as: CN109930075B

Abstract

本发明提供了一种装甲用防弹钢板及其制造方法，该装甲用防弹钢板包含的成分及其重量百分比为：C 0.25‑0.38％、Si 0.20‑0.40％、Mn 0.22‑0.50％、P≤0.015％、S≤0.005％、Alt 0.010‑0.050％、Ni 0.10‑0.38％、Cr 0.80‑1.50％、Mo 0.16‑0.40％、Ti 0.010‑0.035％、N≤0.0050％、H≤0.00022％；以及余量的Fe和不可避免的杂质；该钢板的制造方法，包括炼钢工序、轧钢工序和热处理工序。该装甲用防弹钢板在保证钢板强度的同时，提高了塑韧性指标；该装甲用防弹钢板的制造方法设计合理，充分发挥各控制过程的优势，保证钢板性能的均匀性，有效消除钢板残余内应力的影响，提高钢板后续的切割、焊接等加工性能。

Description

一种装甲用防弹钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及高强度调质钢及其生产工艺技术领域，具体涉及一种装甲用防弹钢板及其制造方法，该装甲用防弹钢板的布氏硬度在480HBW-530HBW范围内。

背景技术

装甲防护是坦克装甲车辆在战场上生存的基础。现代战争中，坦克装甲车辆面临着敌方坦克炮、反坦克导弹、肩扛式反坦克武器、反坦克***、简易***装置、电磁武器、高功率微波武器等各种反装甲武器全方位的立体攻击，对坦克装甲车的防护能力提出了更高要求。因此，加强装甲防护成为各国研究的热点。

防弹钢板最主要的功能是阻止子弹对钢板的侵彻，这就要求钢板在其本身具有较高强度和硬度的同时，具备良好的冲击韧性。提高钢板的强度和硬度，可使子弹侵彻钢板所需要的能量增加，当硬度达到一定程度后，子弹高速撞击钢板时可能出现碎裂，起到防弹的作用。但钢板的硬度值并非越高越好，随着硬度和强度的提升，钢板的塑韧性显著降低，使钢板产生脆性，导致钢板的防侵彻能力降低。因此，防弹钢板需在保证高强度、高硬度的同时，需要具备良好的塑韧性及焊接性能。

经检索，有以下专利申请涉及装甲用防弹钢板及其制造方法，其化学成分、工艺制度和力学性能见表1。

表1 现有专利申请涉及的装甲用防弹钢具体情况

CN1814845A公开了一种1000MPa级高强度热轧防弹钢板及其制造方法，碳含量0.17-0.21％，合金含量较低，且不经过热处理工序，屈服强度为545-885Mpa，延伸率在10-15％，为热轧卷板，厚度小于3mm。

CN103993235A公开了一种高强度热轧防弹钢板的制造方法，碳含量较低在0.08-0.12％，加入了Ti、Nb、B、Al等合金元素，需经淬火&回火处理，屈服强度为1125-1208MPa，延伸率在8.5-10％，布氏硬度范围为478-501HBW，为热轧卷板，厚度为2.0-3.0mm。

CN102181795A公开了一种超高强度防弹钢板及其制造工艺，碳含量较高在0.3-0.5％，加入了Cr、Ni、Mo、V、Ti、B等合金元素，经淬火处理，由于碳当量较高，屈服强度达到了1350MPa以上，硬度值根据不同厚度在480-630HBW范围内，但延伸率较低为≥5％。为热轧卷板，厚度为2.2-3.7mm。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种装甲用防弹钢板及其制造方法，该装甲用防弹钢板的厚度范围为5-10mm、屈服强度范围为1350-1490MPa、抗拉强度范围为1620-1730MPa、延伸率(A50)范围为10-16％、硬度值范围为480-530HBW、-40℃低温冲击韧性≥30J、钢板平直度满足2-4mm/2m；该装甲用防弹钢板的制造方法设计合理，充分发挥各控制过程的优势，保证钢板性能的均匀性，有效消除钢板残余内应力的影响，提高钢板后续的切割、焊接等加工性能。

本发明的第一个目的是提供一种在具有较高强度和硬度的同时，具备良好塑韧性的装甲用防弹钢板，该钢板包含的成分及其重量百分比为：C0.25-0.38％、Si 0.20-0.40％、Mn 0.22-0.50％、P≤0.015％、S≤0.005％、Alt 0.010-0.050％、Ni 0.10-0.38％、Cr 0.80-1.50％、Mo 0.16-0.40％、Ti 0.010-0.035％、N≤0.0050％、H≤0.00022％；以及余量的Fe和不可避免的杂质。

以下详述本发明中采用上述成分及其重量百分比的理由：

C对强度、韧性、焊接性能影响很大，尤其是提高钢板强度的主要元素；C在钢材中一般充当强化组元，溶入基体起固溶强化的作用，增加C含量会促进形成碳化物和马氏体。

Si是炼钢脱氧必要元素，也有一定的固溶强化作用，但太高对钢的焊接性和冷成形性产生不良影响。

Mn是重要的强韧化元素，对马氏体转变有较大的促进作用，但Mn含量过高，厚板坯中心偏析会增加，降低厚钢板厚度方面的性能不均匀性。

P在钢中是强偏析元素，还会严重降低钢的低温韧性，因此应尽量降低钢中P含量。

S是钢中有害杂质元素，含量过高会恶化钢的韧塑性、冷成形性和焊接性，还能引起钢板纵横向性能差异，因此应尽量降低钢中S含量。

Alt是钢的主要脱氧元素，Alt含量大于0.05％，将导致Alt的氧化物夹杂增加，降低钢的纯净度，不利于钢的韧性及耐候性能，Alt熔点较高，可以阻止板坯加热时的奥氏体晶粒长大。

Ni是强碳氮化物形成元素，能有效的延迟变形奥氏体的再结晶，阻止奥氏体晶粒长大，提高奥氏体再结晶温度，细化晶粒，提高钢的强韧性。

Cr是提高淬透性元素，能够抑制多边形铁素体和珠光体的形成，促进贝氏体或马氏体转变，从而使钢的强硬度增加，但Cr过高将影响钢的韧性，并引起回火脆性。

Mo能增加淬透性，提高钢的强度，并能有效推迟铁素体和珠光体的转变，从而促进贝氏体的获得，使得钢在较宽的冷却速度范围内获得较完全的针状组织，但过高的Mo会使钢的低温韧性显著恶化，也会在焊接时形成过多的马氏体，导致焊接接头脆性增加。

Ti是一种强碳氮化物形成元素，其碳氮化物具有较高的熔点，对加热时奥氏体晶粒长大有阻碍作用。钢中TiN或TiC粒子能显著组织焊接热影响区的晶粒长大，从而改善其焊接接头的力学性能。

Ni能提高淬透性，具有一定的强化作用，还能显著地改善钢的低温韧性，使得母材和焊接热影响区低温韧性大幅度提高。

N、H为有害元素，会引起加工裂纹等质量缺陷，因此含量越少越好。

优选的，该钢板包含的成分及其重量百分比为：C 0.28-0.33％、Si 0.29-0.37％、Mn 0.28-0.47％、P≤0.015％、S≤0.005％、Alt 0.025-0.050％、Ni 0.19-0.32％、Cr0.82-1.27％、Mo 0.25-0.35％、Ti 0.017-0.033％、N≤0.0050％、H≤0.00022％；以及余量的Fe和不可避免的杂质。

优选的，该钢板包含的成分及其重量百分比为：C 0.28％、Si 0.33％、Mn 0.28％、P 0.014％、S 0.003％、Alt 0.048％、Ni 0.19％、Cr 0.98％、Mo 0.25％、Ti 0.033％、N0.0044％、H 0.00014％；以及余量的Fe和不可避免的杂质。

优选的，该钢板包含的成分及其重量百分比为：C 0.33％、Si 0.29％、Mn 0.30％、P 0.018％、S 0.002％、Alt 0.032％、Ni 0.23％、Cr 0.82％、Mo 0.27％、Ti 0.029％、N0.0028％、H 0.00013％；以及余量的Fe和不可避免的杂质。

本发明的第二个目的是提供上述装甲用防弹钢板的制造方法，该制造方法包括炼钢工序、轧钢工序和热处理工序。

上述装甲用防弹钢板的制造方法，具体的生产工艺流程为：铁水预处理→转炉冶炼→LF/RH精炼→连铸→铸坯缓冷→板坯加热→轧制→冷却→抛丸→淬火→低温回火→检查、检验→标识→入库。

在上述装甲用防弹钢板制造方法的炼钢工序中，铁水采用脱硫预处理，顶底复吹转炉冶炼；LF和RH联合精炼工序中，LF钢水出站[S]≤0.0050％，RH真空度100Pa以下的处理时间≥10min，RH出站钢水[H]≤0.0002％；连铸中间包采用碱性覆盖剂，该中间包碱性覆盖剂其成分按重量百分数配比为：石墨：6-18％、萤石：6-10％、CaO 19-52％、SiO₂≤6％、Al₂O₃21-26％、MgO≤8％、水份≤0.5％、(CaO+MgO)/SiO2在1.0-1.5之间，该中间包覆盖剂在使用过程中不结壳,且具有适宜的熔点和铺展性,保温性优良,可以防止中间包的钢水温降过大,避免钢水表面形成渣壳；结晶器采用低碳微合金保护渣，全程采用钢包加盖、钢包保护套筒、中包浸入式水口保护浇注，控制连铸过程增N不大于0.0003％；为改善铸坯低倍组织、减少铸坯残氢量，出连铸机切割后的铸坯入缓冷坑缓冷，铸坯入坑温度500-900℃，缓冷时间48-52h，出坑温度≤250℃，出坑铸坯低倍组织中心偏析C≤1.5。

在上述装甲用防弹钢板制造方法的轧钢工序中，为保证合金元素的充分固溶，防止奥氏体晶粒过分长大，铸坯加热温度控制在1200-1250℃之间；采用两阶段轧制，粗轧开轧温度范围1050-1150℃，在奥氏体再结晶温度范围完成第一阶段轧制，累计压下量≥60％；第二阶段(精轧)在奥氏体未再结晶温度范围内轧制，精轧开轧温度≤920℃，终轧温度800-830℃。

在上述装甲用防弹钢板制造方法的热处理工序中，第一阶段，将钢板在氮气保护辊底式热处理炉内加热至完全奥氏体化，淬火温度在870-920℃范围内，保温时间(min)为：钢板厚度×1.5+10-钢板厚度×2.5+15；随后在辊压式淬火机内快速冷却至室温，冷却速度不低于50℃/S；第二阶段，将钢板加热至220-280℃，保温时间(min)为：钢板厚度×3-钢板厚度×5，其中，钢板厚度为产品最终的钢板厚度,单位为mm。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明采用特定范围内的合金成分配比，在保证钢板强度的同时，提高了塑韧性指标。

2、本发明采用洁净钢冶炼连铸工艺技术，充分发挥铁水预处理、顶底复吹转炉、LF/RH、中间包等各冶金设备功能，全流程控制S、H、N等有害杂质含量，采用缓冷坑对铸坯进行缓冷，出坑铸坯低倍组织中心偏析C类≤1.5。

3、本发明采用淬火&低温回火的调质热处理工艺，使钢板性能均匀性得到有效保证，且可有效消除钢板残余内应力的影响，提高钢板后续的切割、焊接等加工性能。

4、本发明中的成分体系、产品的厚度范围、热处理工艺及成品钢板形式均与现有技术不同，通过使用本发明提供的工艺，使成品装甲用防弹钢板具有性能均匀等优点，同时充分考虑了冲击韧性对钢板抗侵彻能力的影响，具备优异的防弹功能。对装甲用防弹钢板进行检测，结果为：厚度范围为5-10mm、屈服强度范围为1350-1490MPa、抗拉强度范围为1620-1730MPa、延伸率(A50)范围为10-16％、硬度值范围为480-530HBW、-40℃低温冲击韧性≥30J、钢板平直度满足2-4mm/2m。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施例1中所述6mm装甲用防弹钢板厚度1/2处500倍金相组织图。

图2是本发明具体实施例2中所述10mm装甲用防弹钢板厚度1/2处500倍金相组织图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在炼钢厂210吨转炉和宽厚板厂4300mm实施本发明。

实施例1-4的实施方案如下：

实施例1-4采用的成分体系，具体包含的成分及其重量百分比为：C0.25-0.38％、Si 0.20-0.40％、Mn 0.22-0.50％、P≤0.015％、S≤0.005％、Alt 0.010-0.050％、Ni0.10-0.38％、Cr 0.80-1.50％、Mo 0.16-0.40％、Ti 0.010-0.035％、N≤0.0050％、H≤0.00022％；以及余量的Fe和不可避免的杂质，具体实施成分见表2，

表2 熔炼成分，wt％

采用以下工艺过程制造装甲用防弹钢板：

铁水预处理→转炉冶炼→LF/RH精炼→连铸→铸坯缓冷→板坯加热→轧制→冷却→检查、检验→入库。

炼钢工艺：采用洁净钢冶炼连铸工艺。铁水采用脱硫预处理，顶底复吹转炉冶炼；LF钢水出站[S]≤0.0050％，RH真空度100Pa以下的处理时间≥10min，RH出站钢水[H]≤0.0002％；连铸中间包采用碱性覆盖剂，该中间包覆盖剂其成分按重量百分数配比为：石墨：6-18％、萤石：8％、CaO 30％,SiO₂ 6％,Al₂O₃ 24％,MgO 8％,水0.5％,(CaO+MgO)/SiO₂为1.3；该中间包覆盖剂在使用过程中不结壳，且具有适宜的熔点和铺展性，保温性优良，可以防止中间包的钢水温降过大，避免钢水表面形成渣壳；结晶器采用低碳微合金保护渣，全程采用钢包加盖、钢包保护套筒、中包浸入式水口保护浇注，控制连铸过程增N不大于0.0003％；为改善铸坯低倍组织、减少铸坯残氢量，出连铸机切割后的铸坯入缓冷坑缓冷，铸坯入坑温度500-900℃，缓冷时间48-52h，出坑温度≤250℃，出坑铸坯低倍组织中心偏析C≤1.5；具体实施炼钢工艺参数见表3，

表3 炼钢工艺参数

为保证合金元素的充分固溶，防止奥氏体晶粒过分长大，在轧钢工序中，铸坯加热温度控制在1200-1250℃之间；采用两阶段轧制，粗轧开轧温度范围1050-1150℃，在奥氏体再结晶温度范围完成第一阶段轧制，累计压下量≥60％；第二阶段(精轧)在奥氏体未再结晶温度范围内轧制，精轧开轧温度≤920℃，终轧温度800-830℃，具体实施轧钢工艺参数见表4，

表4 轧钢工艺参数

在装甲用防弹钢板制造方法的热处理工序中，通过热处理后，得到回火马氏体组织；热处理工序分为两个阶段，第一阶段，将钢板在氮气保护辊底式热处理炉内加热至完全奥氏体化，淬火温度在870-920℃范围内，保温时间为：钢板厚度(mm)×1.5+10-钢板厚度(mm)×2.5+15；随后在辊压式淬火机内快速冷却至室温，冷却速度不低于50℃/S；第二阶段，将钢板加热至220-280℃，保温时间为：钢板厚度×3-钢板厚度×5，其中，钢板厚度为产品最终的钢板厚度,单位为mm，具体实施热处理工艺参数见表5，

表5 热处理工艺参数

实施例5

实施例5与实施例1的区别在于，Cr的重量百分比为0.7％，其余成分的百分含量均与实施例5相同，然后采用实施例5提供的钢板的制备方法和过程参数，制备钢板。

实施例6

实施例6与实施例1的区别在于，去掉成分Co，其余成分的百分含量均与实施例5相同，然后采用实施例5提供的钢板的制备方法和过程参数，制备钢板。

将实施例1-6获得的装甲用防弹钢板进行检测，结果见表6，如下：

表6 钢板实物检验结果

尽管通过参考优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种装甲用防弹钢板，其特征在于，该钢板包含的成分及其重量百分比为：C 0.25-0.38％、Si 0.20-0.40％、Mn 0.22-0.50％、P≤0.015％、S≤0.005％、Alt 0.010-0.050％、Ni 0.10-0.38％、Cr 0.80-1.50％、Mo 0.16-0.40％、Ti 0.010-0.035％、N≤0.0050％、H≤0.00022％；以及余量的Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的装甲用防弹钢板，其特征在于，该钢板包含的成分及其重量百分比为：C 0.28-0.33％、Si 0.29-0.37％、Mn 0.28-0.47％、P≤0.015％、S≤0.005％、Alt0.025-0.050％、Ni 0.19-0.32％、Cr 0.82-1.27％、Mo 0.25-0.35％、Ti 0.017-0.033％、N≤0.0050％、H≤0.00022％；以及余量的Fe和不可避免的杂质。

3.如权利要求1所述的装甲用防弹钢板，其特征在于，该钢板包含的成分及其重量百分比为：C 0.28％、Si 0.33％、Mn 0.28％、P 0.014％、S 0.003％、Alt 0.048％、Ni 0.19％、Cr 0.98％、Mo 0.25％、Ti 0.033％、N 0.0044％、H 0.00014％；以及余量的Fe和不可避免的杂质。

4.如权利要求1所述的装甲用防弹钢板，其特征在于，，该钢板包含的成分及其重量百分比为：C 0.33％、Si 0.29％、Mn 0.30％、P 0.018％、S 0.002％、Alt 0.032％、Ni0.23％、Cr 0.82％、Mo 0.27％、Ti 0.029％、N 0.0028％、H 0.00013％；以及余量的Fe和不可避免的杂质。

5.制造权利要求1-4任一项所述的装甲用防弹钢板的方法，包括炼钢工序、轧钢工序和热处理工序。

6.如权利要求5所述的装甲用防弹钢板的制造方法，其特征在于，该制造方法具体的生产工艺流程为：铁水预处理→转炉冶炼→LF/RH精炼→连铸→铸坯缓冷→板坯加热→轧制→冷却→抛丸→淬火→低温回火→检查、检验→标识→入库。

7.如权利要求5所述的装甲用防弹钢板的制造方法，其特征在于，在炼钢工序中，铁水采用脱硫预处理，顶底复吹转炉冶炼；LF和RH联合精炼工序中，LF钢水出站[S]≤0.0050％，RH真空度100Pa以下的处理时间≥10min，RH出站钢水[H]≤0.0002％；连铸中间包采用碱性覆盖剂，结晶器采用低碳微合金保护渣，全程采用钢包加盖、钢包保护套筒、中包浸入式水口保护浇注，控制连铸过程增N不大于0.0003％；出连铸机切割后的铸坯入缓冷坑缓冷，铸坯入坑温度500-900℃，缓冷时间48-52h，出坑温度≤250℃，出坑铸坯低倍组织中心偏析C≤1.5。

8.如权利要求5所述的装甲用防弹钢板的制造方法，其特征在于，在轧钢工序中，铸坯加热温度控制在1200-1250℃之间；采用两阶段轧制，粗轧开轧温度范围1050-1150℃，在奥氏体再结晶温度范围完成第一阶段轧制，累计压下量≥60％；第二阶段在奥氏体未再结晶温度范围内轧制，精轧开轧温度≤920℃，终轧温度800-830℃。

9.如权利要求5所述的装甲用防弹钢板的制造方法，其特征在于，在热处理工序中，第一阶段，将钢板在氮气保护辊底式热处理炉内加热至完全奥氏体化，淬火温度在870-920℃范围内，保温时间为：钢板厚度×1.5+10-钢板厚度×2.5+15；随后在辊压式淬火机内快速冷却至室温，冷却速度不低于50℃/S；第二阶段，将钢板加热至220-280℃，保温时间为：钢板厚度×3-钢板厚度×5，其中，保温时间的单位为min，钢板厚度为产品最终的钢板厚度,单位为mm。