CN100359034C - 一种1000Mpa级高强度热轧防弹钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种1000MPa级高强度热轧防弹钢板，其成分是(重量百分比)：C0.17～0.21%、Si 1.5～2.2%、Mn 1.5～2.0%、P≤0.035%、S≤0.010%、Al0.015～0.060%、N≤0.0060%、Nb 0.010～0.050%、可加入Ti 0.010～0.060%、Ca≤0.0050%，其余是Fe和不可避免的杂质。本发明的制造方法，其包括如下步骤：a.按上述成分冶炼、浇铸、形成板坯；b.加热，将板坯加热至1100～1250℃；c.热轧，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80%，终轧温度800～900℃；d.冷却，终轧后的钢板以50℃/s以上的冷却速度冷到650～780℃，空冷6～15秒钟；e.再冷却，以50℃/s以上的冷速冷却到350～450℃的温度范围内；f.卷取，卷取后空冷至室温。

Description

一种1000Mpa级高强度热轧防弹钢板及其制造方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其涉及含C、Si、Mn、Nb、Ti的铁基合金。是一种不用热处理的高强度热轧防弹钢板及其制造方法，此钢板特别适合用作运钞车的防弹材料。

背景技术

防弹运钞车和其它防弹车，如流动银行车、私人防弹轿车、警用防弹巡逻车、防暴车、排暴车等、防弹是它们最基本的要求。为达到防弹的目的一般采用防弹钢板作为防护关键材料。

防弹钢板最主要的功能是阻止子弹对钢板的侵彻，增加钢板的厚度使弹丸侵彻钢板所需能量增加，是提高钢板抗弹性能的一种有效方法，但这将增加车辆自重减少车辆有效载重量。因此防弹钢板的厚度有减薄的趋势，防弹运钞车所用的防弹钢板厚度一般为3.0mm。目前我国运钞车防弹钢板必须满足GA164-1997《专用运钞车防护技术条件》中相应防护条件。

提高钢板强度和硬度，将使弹丸侵彻钢板所消耗的能量增加，当硬度超过一定值时弹丸可能破碎，从而有利于抗弹性能的提高。市场上的防弹钢板多采用淬火热处理有效提高钢板的强度和硬度，强度在1500Mpa以上。热处理防弹钢的组织为回火马氏体，合金化方面采用Cr-Mo系保证钢板的淬透性，加入Ni以提高钢板的韧性。

苏联专利RU 2015491C1的防弹钢板须经过淬火和140～170℃的低温回火。

《舰船用防弹钢板规范等三项国军标审查通过》(冶金标准与质量1999，01(01))所述的防弹钢板含有Cr、Mo、Ni等合金元素。

《中国科技成果数据库》中的《高性能装甲钢板的研制》(成果编号：0100390052)装甲钢板是中碳Mn-Cr-Ni-Mo低合金钢。

《防弹运钞车保险杠的设计与制造》(南方金属Sum.135 December2003  p12-13)中的超高强度防弹钢GK901为中碳低合金钢，要经热处理。

专利号为EP 1152207A2，其公开了一种耐磨奥氏体高锰钢的防弹钢，碳含量1.1～1.3％、锰含量11.5～13.5％。

运钞车防弹钢一般不大于3mm，用淬火加低温回火的钢板强度高塑性低，板形和冷加工性能差，焊接后热影响区强度降低防弹性能也将随之降低；钢中所含较多的Cr、Mo、Ni等合金元素，又经热处理生产成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种1000Mpa级高强度热轧防弹钢板及其制造方法，可不用热处理的、用热轧直接生产的运钞车防弹钢板及其制造方法，其防弹钢板性能均匀、板形好，具有良好冷加工性和焊接性能，生产成本低，抗拉强度达到1000MPa以上，其防弹性能满足GA 164-1997《专用运钞车防护技术条件》A级防弹标准。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，一种1000Mpa级高强度热轧防弹钢板，其成分是(重量百分比)：

C     0.17～0.21％

Si    1.5～2.2％

Mn    1.5～2.0％

P     ≤0.035％

S     ≤0.010％

Al    0.015～0.060％

N     ≤0.0060％

Nb    0.010～0.050％

其余是Fe和不可避免的杂质。

本发明的热轧防弹钢板中还可加入Ti  0.010～0.060％、Ca≤0.0050％中的一种或一种以上。

本发明的制造方法，其包括如下步骤：

a.按上述成分冶炼、浇铸、形成板坯；

b.加热，将板坯加热至1100～1250℃；

c.热轧，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％，终轧温度800～900℃；

d.冷却，终轧后的钢板以50℃/s以上的冷却速度冷到650～780℃，空冷6～15秒钟；

e.再冷却，以50℃/s以上的冷速冷却到350～450℃的温度范围内；

卷取，卷取后空冷至室温。

防弹钢必须有足够的强度抵御子弹的侵彻，淬火加低温回火的钢板强度虽高但塑性低，冷加工性能差，焊接后强度降低。如果钢板在具有一定强度的同时具有一定的塑性和韧性，利用这些性能在子弹侵彻钢板时产生塑性变形消耗子弹的动能将可提高钢板的抗弹性能。残余奥氏体受到形变时可诱发马氏体相变，马氏体相变提高钢板的强度也将增加钢板的均匀延伸，因此残余奥氏体具有极高吸收功的能力，具有残余奥氏体的钢会有良好的抗弹性能。

C：用于保证钢的强度级别、也是稳定残余奥氏体的主要元素，C太低强度达不到要求，C太高对焊接性能不利。

Si：在钢中起固溶强化作用，并能使碳在奥氏体中富集，是稳定残余奥氏体不可缺少的元素，Si太低对净化铁素体中的碳的作用减弱，太高使钢的塑性降低。

Mn：是固溶强化、稳定奥氏体的元素，低于1.5％钢的强度不足，太高会使钢的塑性下降。

P、S：是钢中的杂质元素，含量应越低越好。

Al：是钢中的脱氧元素，减少钢中的氧化物夹杂、纯净钢质，有利于铁素体的析出，促使碳在奥氏体中富集，有稳定奥氏体的作用。

Ti、Nb：是有效细化晶粒、提高强度和韧性的元素，以碳化物和碳氮化物的形式存在于钢中，加入量低于0.01％效果不明显。

N：在钢中以氮化物和碳氮化物形式存在，太高的N将消耗钢中的钛形成对塑性不利的TiN夹杂物。

Ca：可改变钢中硫化物的形态，提高钢板的塑性和韧性。

本发明中工艺条件的说明：

加热温度低于1100℃，微合金元素Nb、Ti溶解不充分，未能充分利用微合金元素的作用，强度降低。高于1250℃晶粒容易粗化，对提高钢板韧性不利。

板坯在奥氏体再晶界区进行粗轧，通过轧制变形后的再结晶细化奥氏体晶粒，钢板的变形量在80％以上，终轧温度控制在奥氏体未再结晶区800～900℃，通过奥氏体低温区的轧制变形，使奥氏体晶粒内形成变形带并因应变诱发Nb、Ti微合金元素的碳氮化物沉淀，在过冷奥氏体向铁素体转变时增加形核率，细化晶粒，提高钢板的韧性。

终轧后钢板急冷(50℃/s以上)到650～780℃，空冷6～15秒钟，一部分过冷奥氏体在铁素体区转变为铁素体。冷却低于650℃时钢处于铁素体相变的时间太短因而铁素体量少，奥氏体中的碳浓度低不利于在室温得到多的残余奥氏体。冷却温度高于780℃，钢还处于奥氏体状态，得到一定量的铁素体将会增加空冷时间，在大生产是不允许的。由于相变需要孕育期，空冷时间少于6秒铁素体量太少，富集在奥氏体中的碳浓度低，不利于残余奥氏体的稳定；空冷时间多于15秒，铁素体量增多，屈服强度太低，不利于提高抗弹性。

空冷后钢板急冷到350～450℃的范围内卷取，卷取后空冷至室温。钢板在此温度范围进行贝氏体相变，在贝氏体析出的同时奥氏体的碳浓度不断增加。碳浓度增加的奥氏体其马氏体点(Ms)降低到室温以下，保留至室温的奥氏体成为残余奥氏体。急冷终止温度高于450℃贝氏体多而残余奥氏体量减少，不利提高钢板的韧性；急冷终止温度低于350℃将抑制贝氏体的析出，奥氏体因碳浓度不足而不稳定在冷却过程将转变为马氏体。

本发明的有益效果

本发明热轧高强度防弹钢板，合金含量比热处理防弹板少，又不经热处理，因此制造成本低。强度虽比热处理防弹板低，但因组织中有残余奥氏体提高钢板吸收功的能力，实弹射击满足GA 164-1997《专用运钞车防护技术条件》A级防弹标准。

因本发明钢板中有铁素体和残余奥氏体，钢的冷加工性能比热处理钢板好。钢板焊接后的热影响区组织为贝氏体，强度不降低，因此抗弹性能不下降。

附图说明

图1、图2是本发明钢枪击后照片。

具体实施方式

表1是试验钢的化学成分，表2是比较钢的成分，本发明钢不含Cr、Co等贵重合金元素，Mn含量与比较钢相比低很多。

表1

实施例	化学成分(wt％)
												C	Si	Mn	P	S	Al	Nb	Ti	N	Ca
1	0.18	1.55	1.88	0.015	0.0010	0.047	0.037	0.046	0.0025	0.0050
											2	0.19	1.60	1.82	0.025	0.0080	0.025	0.036		0.0048
3	0.20	2.03	1.71	0.021	0.0012	0.044	0.023		0.0038	0.0020
											4	0.17	1.80	1.53	0.022	0.0045	0.036	0.050		0.0048
5	0.21	1.50	2.00	0.018	0.0015	0.029	0.01	0.060	0.0025
											6	0.18	2.20	1.61	0.026	0.0021	0.027	0.035	0.010	0.0041	0.0025
7	0.18	2.01	1.71	0.035	0.0030	0.060	0.040		0.0055
											8	0.17	2.10	1.72	0.016	0.0100	0.023	0.035		0.0037
9	0.19	1.65	1.67	0.020	0.0040	0.060	0.031	0.020	0.0600
											10	0.19	1.71	1.50	0.014	0.0030	0.035	0.035	0.030	0.0035

表2    (wt％)

比较例	C	Si	Mn	P	S	Cr
							EP1152207A2	1.10～1.30	0.25～0.50	11.5～13.5	Max.0.10	Max 0.040	Max 0.50

试验钢经冶炼、锻造、轧制，表3是轧制时工艺控制和所得钢板的力学性能，力学性能的测试按GB6397-86标准进行，残余奥氏体用X光衍射分析。从表中数据可以看出，按本发明设计的成分和热轧工艺控制的钢板抗拉强度达到1000MPa以上，残余奥氏体量达到10％以上，残余奥氏体量越多表明钢板吸收功的能力越强，抗弹性也将越好。

表3

实施例	试样号	终轧温度(℃)	一冷后温度(℃)	空冷时间(s)	卷取温度(℃)	屈服强度Rp0.2(MPa)	抗拉强度Rm(MPa)	延伸率A80(％)	残余奥氏体(％)
										1	1-1	865	670	10	405	790	1100	12	26.9
2	1-2	800	650	8	350	805	1075	11	21.2
										3	2-1	900	726	6	430	862	1140	13	10.4
4	2-2	880	700	11	385	815	1080	13	17.8
										5	3-1	900	720	8.5	440	640	1120	13	31.4
6	3-2	820	670	9.5	440	560	1105	14	32.3
										7	4-1	870	710	13	410	545	1095	13	30.2
8	4-2	850	680	9	390	590	1115	13	24.5
										9	5-1	800	660	7	400	780	1040	11	18.6
10	5-2	880	730	10	420	755	1025	12	20.4
										11	6-1	870	710	10	400	800	1055	12	24.5
12	6-2	900	780	8	450	815	1070	11	16.8
										13	7-1	900	760	6	440	885	1140	10	12.4
14	7-2	850	700	10	405	815	1105	12	19.8
										15	8-1	830	670	7	430	885	1135	11	16.5
16	9-1	880	710	15	360	550	1015	15	31.6
										17	10-1	860	700	10	400	775	1070	12	22.1
18	10-2	860	720	12	370	750	1065	12	24.6

本发明钢板按GA 164-1997《专用运钞车防护技术条件》A级标准进行枪击试验均未击穿，图1、图2是枪击后的照片。

本发明钢直接用热轧生产、不经调质热处理，强度虽比热处理钢板低，但钢中具有一定量的残余奥氏体从而提高了钢板的防弹性能，达到热处理高强度钢板的防弹水平。该钢板还具有良好的成型性能，主要用作运钞车防弹钢板。

Claims (3)

1.一种大于1000Mpa高抗拉强度热轧防弹钢板，其成分是(重量百分比)：

C   0.17～0.21％

Si  1.5～2.2％

Mn  1.5～2.0％

P   ≤0.035％

S   ≤0.010％

Al  0.015～0.060％

N   ≤0.0060％

Nb  0.010～0.050％

其余是Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的大于1000Mpa高抗拉强度热轧防弹钢板，其特征是，还加入Ti0.010～0.060％、Ca≤0.0050％中的一种或一种以上。

3.如权利要求1或2所述的一种大于10000Mpa高抗拉强度热轧防弹钢板的制造方法，其包括如下步骤：

a.按所述成分冶炼、浇铸、形成板坯；

b.加热，将板坯加热至1100～1250℃；

c.热轧，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％，终轧温度800～900℃；

d.冷却，终轧后的钢板以50℃/s以上的冷却速度冷到650～780℃，空冷6～15秒钟；

e.再冷却，以50℃/s以上的冷速冷却到350～450℃的温度范围内；

f.卷取，卷取后空冷至室温。