一種超高強度貝氏體裝甲用鋼及其製造方法
2023-06-04 19:47:11 2
專利名稱：一種超高強度貝氏體裝甲用鋼及其製造方法
技術領域：
本發明屬於裝甲用鋼技術領域。具體涉及一種超高強度貝氏體裝甲用鋼及其製造方法。
背景技術：
裝甲類型包括鋼裝甲、鋁合金裝甲、鈦合金裝甲、複合材料裝甲、陶瓷裝甲、爆炸反應 裝甲以及多種材料裝甲構成的組合裝甲。目前，對裝甲材料的強度、硬度、缺口衝擊韌度和 抗彈極限的研究都取得了很大的進展，但存在如下問題
(1) 目前，裝甲鋼種類雖多，但基本上為中碳合金鋼，如果想繼續提高硬度，雖強度也 相應提高，但其衝擊韌性和斷裂韌性等急劇降低，以至不能承受炮彈巨大能量的衝擊負荷， 產生碎裂和崩落；製造工藝複雜，成本太高，綜合機械性能不是特別優良。如"一種多層裝甲 防護系統"(CN101216272)、"裝甲材料"(CN1037321)、"多用途裝甲板的製造和使用方法"
(CN1461937)、"裝甲板"(CN1952587)、"抗拉強度高於lOOOMPa的熱軋馬氏體鋼板及其制 造方法"(CN101008066)等專利技術。
(2) 對於鋁合金裝甲，適合裝甲車輛使用的硬度較大，但容易受到應力腐蝕發生斷裂; 鋁材的碎裂強度要低於鋼裝甲，也更容易"結疤"，此外，鋁的熔點要低於鋼，在高溫下容易軟 化和鋁的顆粒容易燃燒。如"一種鋁基銅合金裝甲板熱處理方法"(CN100999809)、"一種鋁基 銅合金裝甲板材熱加工工藝"(CN100999798)、"一種精鋼鑄鋁裝甲門"(CN201125637)等專 利技術。
(3) 對於鈦合金裝甲，在某些荷載條件下，由於彈丸只需消耗極少的能量便能導致剪切 失效裂紋並形成致命的底結，這一缺陷是不容忽視的；鈦的價格昂貴，在裝甲戰鬥車輛上的 使用受到了成本的限制。如"高強度高韌性鈦合金"(CN1031569)、"含鈦量高的鈦合金製造方 法"(CN1044958)、"高強度鈦合金及其製備方法"(CN1639366)、"高強度低合金鈦合金及其 製造方法"(CN1530454)等專利技術。
(4) 對於複合材料裝甲，裝甲面板和背板的粘接處會出現較大區域的明顯開裂和分層現 象，導致裝甲在更大面積區域內失去繼續抗彈的能力，從而大大影響了裝甲抗多發彈的能力， 在抗彈性能方面表現出了明顯的不足。如"複合裝甲板"(CN1278324)、"一種複合材料防彈承 力裝甲板"(CN25739卯)、"裝甲複合材料"(CN1429148)、"一種陶瓷球/樹脂複合材料裝甲板技術。
(5) 對於陶瓷材料裝甲，由於太脆，斷裂韌度極差，由於其易碎性，裝甲材料亦不具備 承受多次命中貫穿的能力，而且該技術生產過程複雜、環節多、生產成本高，它們通常僅用 來構成裝甲系統的組成部分。如"輕質碳化硼裝甲陶瓷的製備方法"(CN1541981)、"金屬氧化 物複合料的生產方法、金屬氧化物複合料粉末以及陶瓷材料"(CN1049485)、"氮基陶瓷材料"
(CN85101384)、"新型陶瓷材料及其製備方法"(CN85101457)等專利技術。
(6) 對於不熱處理或少熱處理的空冷貝氏體鋼裝甲，組織為貝氏體/馬氏體復相組織，斷 裂韌性低於相同屈服強度下的回火馬氏體，強度不是特別高，韌性也不是特別優良。如"中低 碳錳系空冷貝氏體鋼'，(CN1477226)、"中碳及中高碳錳系空冷貝氏體鋼"(CN1477225)、"多 元微合金化空冷貝氏體鋼"(CN1189542)、"高強韌性高淬透性空冷貝氏體鋼"(CN1078269)、 "中碳空冷錳硼貝氏體鋼"(CN86103008)、"中高碳空冷錳硼貝氏體鋼"(CN86103009)、"低 碳空冷粒狀貝氏體鋼"(CN85100080)等專利技術。
(7) 對於一般的中(超)低碳貝氏體鋼裝甲，碳含量不高，主要合金元素Si、 Mn、 Cr、 Mo含量少，貝氏體轉變溫度高，該技術中合金A1， Co含量很少或沒有，貝氏體轉變時間很 長，生產過程複雜、環節多、生產成本高；韌、塑性良好，但強度一般不超過1500MPa。如"低 碳貝氏體鋼及其製備方法"(CN101104906)、"一種超高強度超低碳貝氏體鋼的製備方法"
(CN1916195)、"高抗拉強度高韌性低屈強比貝氏體鋼及其生產方法"(CN1786246)、"一種 超低碳貝氏體鋼及其生產方法"(CN1521285)、"一種高強度微合金低碳貝氏體鋼及其生產方 法"(CN101230444)、"改進的無碳化物貝氏體鋼及其生產方法"(CN1175980)、"高強高韌性 貝氏體鋼"(CN1036231)等專利技術。 由上述分析可以看出
(1) 各種裝甲材料都為高強度級別(1000 1500MPa),超高強度級別則未見涉及。
(2) 各種裝甲材料採用貴重合金元素Ni或Ti等，合金成本高。
(3) 各種裝甲材料的強度、韌性與延伸性能很難同時匹配。
(4) 各種裝甲材料的製造與加工工藝複雜。
發明內容
本發明旨在克服上述技術缺陷，目的是提供一種成本低廉、工藝簡單、性能優良的超高 強度貝氏體裝甲用鋼及其製造方法。為實現上述目的，本發明採用的技術方案是或將鐵水、或將廢鋼、或將鐵水和廢鋼經 煉鋼和精煉後，進行模鑄或連鑄，熱軋與熱處理。
鑄坯的化學成分及其含量是C為0.70 1.10wt%， Si為1.20 1.80wt%， Mn為1.60 2.20wt%， Cr為1.00 1.60wt。/。， Mo為0.10 0.60wt0/。， Al為0.05 1.20wt% ， Co為0.05 0.50wt0/0， P<0.015wt%， S<0.010wt%，其餘為Fe及不可避免的雜質。
所述的Si、 Mn、 Cr、 Mo、 Al和Co在鑄坯中的含量之和小於6.00wt。/0。
所述的熱軋與熱處理的工藝是先將鑄坯在1150 125(TC條件下均熱2.0 3.0小時，熱軋， 自然冷卻；再將冷卻後的鋼板在850 1050'C條件下奧氏體化0.2 0.6小時；然後在200 50(TC 條件下和氮氣氣氛中保溫IO. 0 240. 0小時，隨爐冷卻至室溫，或在200 50(TC、氮氣氣氛和 8 12T強磁場的條件下保溫l. 0小時 4. 0小時，隨爐冷卻至室溫。
由於採用上述技術方案，本發明是以價格低廉的Si、 Mn、 Cr元素為主，只有少量的Mo、 Co、 Al等元素，故成本低廉；用軋制+正火+淬火的熱軋與熱處理的工藝，工藝簡單。
本發明製造的裝甲鋼的顯微組織是納米級(20 40nm厚度)的貝氏體鐵素體板條為基體， 彌散分布著殘留奧氏體的超細組織。貝氏體鐵素體為過飽和碳的固溶體，類似於馬氏體組織， 具有很高的強韌度和破斷抗力；奧氏體為韌度相，分布在貝氏體鐵素體板條上或板條之間， 在受到外力作用下會發生塑性變形，吸收和消耗能量，延緩裂紋的擴展，對提高板材的韌度 極其有利，應力作用較大時會發生相變誘發塑性效應(TRIP效應)，進一步提高了鋼的強韌度。 因碳的固溶強化、位錯強化、貝氏體板條強化、誘發塑性強化等，使貝氏體裝甲鋼的力學性 能在軋制態可達到較高的強度級別。
經過熱處理和強磁場處理，穩態強磁場能夠將高強度的能量無接觸地傳遞到物質的原子 尺度，改變原子的排列、匹配和遷移等，可以加速貝氏體的轉變，從而對貝氏體的組織和性 能產生影響。從而得到抗拉強度為1700 2300MPa、硬度為530 680HV、延伸率為17 26% 和斷口韌性為26 35MPam^的超高強度貝氏體裝甲鋼。
因此，本發明具有成本低廉和工藝簡單的特點，所製備的鋼板性能優良，廣泛應用於殲 敵機、強擊機、轟炸機、武裝直升機及坦克、裝甲車輛和艦艇等製造用鋼板，還可應用於公 安防爆車輛、運鈔車輛等製造用鋼板。
具體實施例方式
下面結合具體實施方式
對本發明作進一步描述，並非對本發明保護範圍的限制。實施例1
一種超高強度貝氏體裝甲用鋼的製造方法。鑄坯的化學成分及其含量是C為0.90 1.10wt%， Si為1.50 1.80wt0/。， Mn為1.60 1.90wt。/。， Cr為1.30 1.60wt0/。， Mo為0.30 0.60wt0/0， Al為0.05 0.60wt0/0， Co為0.05 0.20wt0/0， P<0.015wt%、 S<0.010wt%，其餘為Fe及不可避免 的雜質。其中Si、 Mn、 Cr、 Mo、 Al和Co在鑄坯中的含量之和小於6.00wt0/0。
將鐵水經煉鋼和精煉後，進行模鑄，熱軋與熱處理。熱軋與熱處理的工藝是先將鑄坯
在1200 1250'C條件下均熱2.0 3.0小時，熱軋，自然冷卻；再將冷卻後的鋼板在850 950'C 條件下奧氏體化0.4 0.6小時；然後於氮氣氣氛下和在200 35(TC條件下保溫120.0 240.0小
時，隨爐冷卻至室溫。
本實施例所製造的超高強度貝氏體裝甲用鋼抗拉強度為2100 2300Mpa;硬度為650 680HV;延伸率為21 24%;韌性為28 32MPam172。 實施例2
一種超高強度貝氏體裝甲用鋼的製造方法。鑄坯的化學成分及其含量是C為0.90 1.10wt%， Si為1.50 1.80wt。/。， Mn為1.60 1.90wt。/。， Cr為1.30 1.60wt0/。， Mo為0.30 0.60wt0/0， Al為0.60 1.20wt0/0， Co為0.20 0.50wt0/0， P<0.015wt%， S<0.010wt%，其餘為Fe及不可避免 的雜質。其中Si、 Mn、 Cr、 Mo、 Al和Co在的鑄坯中的含量之和小於6.00wt。/c。
將廢鋼經煉鋼和精煉後，進行連鑄，熱軋與熱處理。熱軋與熱處理的工藝是先將鑄坯 在1200 1250'C條件下均熱2.0 3.0小時，熱軋，自然冷卻；再將冷卻後的鋼板在850 95(TC 條件下奧氏體化0.4 0.6小時；然後在200 35(TC、氮氣氣氛和10 12T強磁場的條件下保溫 2.0小時 4.0小時，隨爐冷卻至室溫。
本實施例所製造的超高強度貝氏體裝甲用鋼抗拉強度為2000 2200MPa、硬度為610 640HV、延伸率為17 20%、韌性為26 30MPam"2。 實施例3
一種超高強度貝氏體裝甲用鋼的製造方法。鑄坯的化學成分及其含量是C為0.70 0.90wt%， Si為1.20 1.50wt0/。， Mn為1.90 2.20wt。/。， Cr為1.00 1.30wt。/。， Mo為0.10 0.30wt0/0， Al為0.05 0.60wt0/0， Co為0.05 0.20wt0/0， P<0.015wt%， S<0.010wt%，其餘為Fe及不可避免 的雜質。其中Si、 Mn、 Cr、 Mo、 Al和Co在的鑄坯中的含量之和小於6.00wt。/0。
將鐵水和廢鋼經煉鋼和精煉後，進行連鑄，熱軋與熱處理。熱軋與熱處理的工藝是先將鑄坯在1150 120(TC條件下均熱2.0 3.0小時，熱軋，自然冷卻；再將冷卻後的鋼板在950 105(TC條件下奧氏體化0.2 0.4小時；然後於氮氣氣氛下和在350 500'C條件下保溫10.0 120.0小時，隨爐冷卻至室溫。
本實施例所製造的超高強度貝氏體裝甲用鋼抗拉強度為1800 2000MPa;硬度為570 600HV;延伸率為23 26%;韌性為30 34MPam"2。 實施例4
一種超高強度貝氏體裝甲用鋼的製造方法。鑄坯的化學成分及其含量是C為0.70 0.90wt%， Si為1.20 1.50wt0/。， Mn為1.90 2.20wt。/。， Cr為1.00 1.30wt0/。， Mo為0.10 0.30wt0/0， Al為0.60 1.20wt。/c)， Co為0.20 0.50wt0/0， P<0.015wt%， <0.010wt%，其餘為Fe及不可避免 的雜質。其中Si、 Mn、 Cr、 Mo、 Al和Co在的鑄坯中的含量之和小於6.00wt0/0。
將鐵水經煉鋼和精煉後，進行模鑄，熱軋與熱處理。熱軋與熱處理的工藝是先將鑄坯
在1150 120(TC條件下均熱2.0 3.0小時，熱軋，自然冷卻；再將冷卻後的鋼板在950 105(TC 條件下奧氏體化0.2 0.4小時；然後在350 500'C、氮氣氣氛和8 10T強磁場的條件下保溫1.0 小時 3.0小時，隨爐冷卻至室溫。
本實施例所製造的超高強度貝氏體裝甲用鋼抗拉強度為1700 1900MPa;硬度為530 560HV;延伸率為9 22%;韌性為32 35MPam"2。
本具體實施方式
是以價格低廉的Si、 Mn、 Cr元素為主，只有少量的Mo、 Co、 Al等元素， 故成本低廉；用軋制+正火+淬火的熱軋與熱處理的工藝，工藝簡單。
本具體實施方式
製造的裝甲鋼的顯微組織是納米級(20 40nm厚度)的貝氏體鐵素體板 條為基體，彌散分布著殘留奧氏體的超細組織。貝氏體鐵素體為過飽和碳的固溶體，類似於 馬氏體組織，具有很高的強韌度和破斷抗力；奧氏體為韌度相，分布在貝氏體鐵素體板條上 或板條之間，在受到外力作用下會發生塑性變形，吸收和消耗能量，延緩裂紋的擴展，對提 高板材的韌度極其有利，應力作用較大時會發生相變誘發塑性效應，進一步提高了鋼的強靭 度。經過熱處理和強磁場處理，得到抗拉強度為1700 2300MPa、硬度為530 680HV、延伸 率為17 26%和斷口韌性為26 35MPam^的超高強度貝氏體裝甲鋼。
因此，本發明具有成本低廉和工藝簡單的特點，所製備的鋼板性能優良，廣泛應用於殲 敵機、強擊機、轟炸機、武裝直升機及坦克、裝甲車輛和艦艇等製造用鋼板，還可應用於公 安防爆車輛、運鈔車輛等製造用鋼板。
權利要求
1、一種超高強度貝氏體裝甲用鋼的製造方法，其特徵在於或將鐵水、或將廢鋼、或將鐵水和廢鋼經煉鋼和精煉後，進行模鑄或連鑄，熱軋與熱處理；鑄坯的化學成分及其含量是C為0.70～1.10wt％，Si為1.20～1.80wt％，Mn為1.60～2.20wt％，Cr為1.00～1.60wt％，Mo為0.10～0.60wt％，Al為0.05～1.20wt％，Co為0.05～0.50wt％，P＜0.015wt％，S＜0.010wt％，其餘為Fe及不可避免的雜質。
2、 根據權利要求l所述的超高強度貝氏體裝甲用鋼的製造方法，其特徵在於所述的熱軋 與熱處理的工藝是先將鑄坯在1150 1250。C條件下均熱2.0 3.0小時，熱軋，自然冷卻；再 將冷卻後的鋼板在850 105(TC條件下奧氏體化0.2 0.6小時；然後在200 50(TC條件下於氮 氣氣氛中保溫10.0 240.0小時，隨爐冷卻至室溫，或在200 50(TC、氮氣氣氛和8 12T強磁 場的條件下保溫1.0小時 4.0小時，隨爐冷卻至室溫。
3、 根據權利要求l所述的超高強度貝氏體裝甲用鋼的製造方法，其特徵在於所述的Si、 Mn、 Cr、 Mo、 Al和Co在鑄坯中的含量之和小於6.00wt。/0。
4、 根據權利要求1 3項中任一項所述超高強度貝氏體裝甲用鋼的製造方法所製造的超高 強度貝氏體裝甲用鋼。
全文摘要
本發明涉及一種超高強度貝氏體裝甲用鋼及其製造方法。其技術方案是鑄坯的化學組分是C為0.70～1.10wt％，Si為1.20～1.80wt％，Mn為1.60～2.20wt％，Cr為1.00～1.60wt％，Mo為0.10～0.60wt％，Al為0.05～1.20wt％，Co為0.05～0.50wt％，P＜0.015wt％，S＜0.010wt％，其餘為Fe及不可避免的雜質。經煉鋼和精煉後，進行模鑄或連鑄。再將鑄坯在1150～1250℃條件下均熱2.0～3.0小時，熱軋，冷卻；在850～1050℃條件下奧氏體化0.2～0.6小時；然後在200～500℃條件下和氮氣氣氛中保溫10.0～240.0小時，或在上述氣氛和溫度條件下及在8～12T的強磁場中保溫1.0小時～4.0小時，冷卻。本發明具有成本低廉和工藝簡單的特點，所製備的鋼板性能優良。
文檔編號C22C38/38GK101624681SQ200910063579
公開日2010年1月13日 申請日期2009年8月11日 優先權日2009年8月11日
發明者吳開明, 鋒 胡 申請人:武漢科技大學