專利名稱：一種1000Mpa級高強(qiáng)度熱軋防彈鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，尤其涉及含C、Si、Mn、Nb、Ti的鐵基合金。是一種不用熱處理的高強(qiáng)度熱軋防彈鋼板及其制造方法，此鋼板特別適合用作運(yùn)鈔車的防彈材料。
背景技術(shù)：
防彈運(yùn)鈔車和其它防彈車，如流動(dòng)銀行車、私人防彈轎車、警用防彈巡邏車、防暴車、排暴車等、防彈是它們最基本的要求。為達(dá)到防彈的目的一般采用防彈鋼板作為防護(hù)關(guān)鍵材料。
防彈鋼板最主要的功能是阻止子彈對鋼板的侵徹，增加鋼板的厚度使彈丸侵徹鋼板所需能量增加，是提高鋼板抗彈性能的一種有效方法，但這將增加車輛自重減少車輛有效載重量。因此防彈鋼板的厚度有減薄的趨勢，防彈運(yùn)鈔車所用的防彈鋼板厚度一般為3.0mm。目前我國運(yùn)鈔車防彈鋼板必須滿足GA164-1997《專用運(yùn)鈔車防護(hù)技術(shù)條件》中相應(yīng)防護(hù)條件。
提高鋼板強(qiáng)度和硬度，將使彈丸侵徹鋼板所消耗的能量增加，當(dāng)硬度超過一定值時(shí)彈丸可能破碎，從而有利于抗彈性能的提高。市場上的防彈鋼板多采用淬火熱處理有效提高鋼板的強(qiáng)度和硬度，強(qiáng)度在1500Mpa以上。熱處理防彈鋼的組織為回火馬氏體，合金化方面采用Cr-Mo系保證鋼板的淬透性，加入Ni以提高鋼板的韌性。
蘇聯(lián)專利RU 2015491 C1的防彈鋼板須經(jīng)過淬火和140～170℃的低溫回火。
《艦船用防彈鋼板規(guī)范等三項(xiàng)國軍標(biāo)審查通過》(冶金標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量1999，01(01))所述的防彈鋼板含有Cr、Mo、Ni等合金元素。
《中國科技成果數(shù)據(jù)庫》中的《高性能裝甲鋼板的研制》(成果編號0100390052)裝甲鋼板是中碳Mn-Cr-Ni-Mo低合金鋼。
《防彈運(yùn)鈔車保險(xiǎn)杠的設(shè)計(jì)與制造》(南方金屬Sum.135 December2003p 12-13)中的超高強(qiáng)度防彈鋼GK901為中碳低合金鋼，要經(jīng)熱處理。
專利號為EP 1152207 A2，其公開了一種耐磨奧氏體高錳鋼的防彈鋼，碳含量1.1～1.3％、錳含量11.5～13.5％。
運(yùn)鈔車防彈鋼一般不大于3mm，用淬火加低溫回火的鋼板強(qiáng)度高塑性低，板形和冷加工性能差，焊接后熱影響區(qū)強(qiáng)度降低防彈性能也將隨之降低；鋼中所含較多的Cr、Mo、Ni等合金元素，又經(jīng)熱處理生產(chǎn)成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種1000Mpa級高強(qiáng)度熱軋防彈鋼板及其制造方法，可不用熱處理的、用熱軋直接生產(chǎn)的運(yùn)鈔車防彈鋼板及其制造方法，其防彈鋼板性能均勻、板形好，具有良好冷加工性和焊接性能，生產(chǎn)成本低，抗拉強(qiáng)度達(dá)到1000MPa以上，其防彈性能滿足GA 164-1997《專用運(yùn)鈔車防護(hù)技術(shù)條件》A級防彈標(biāo)準(zhǔn)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種1000Mpa級高強(qiáng)度熱軋防彈鋼板，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和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明的熱軋防彈鋼板中還可加入Ti 0.010～0.060％、Ca≤0.0050％中的一種或一種以上。
本發(fā)明的制造方法，其包括如下步驟a.按上述成分冶煉、澆鑄、形成板坯；b.加熱，將板坯加熱至1100～1250℃；c.熱軋，在奧氏體區(qū)進(jìn)行軋制，軋制變形量大于80％，終軋溫度800～900℃；d.冷卻，終軋后的鋼板以50℃/s以上的冷卻速度冷到650～780℃，空冷6～15秒鐘；e.再冷卻，以50℃/s以上的冷速冷卻到350～450C的溫度范圍內(nèi)；卷取，卷取后空冷至室溫。
防彈鋼必須有足夠的強(qiáng)度抵御子彈的侵徹，淬火加低溫回火的鋼板強(qiáng)度雖高但塑性低，冷加工性能差，焊接后強(qiáng)度降低。如果鋼板在具有一定強(qiáng)度的同時(shí)具有一定的塑性和韌性，利用這些性能在子彈侵徹鋼板時(shí)產(chǎn)生塑性變形消耗子彈的動(dòng)能將可提高鋼板的抗彈性能。殘余奧氏體受到形變時(shí)可誘發(fā)馬氏體相變，馬氏體相變提高鋼板的強(qiáng)度也將增加鋼板的均勻延伸，因此殘余奧氏體具有極高吸收功的能力，具有殘余奧氏體的鋼會(huì)有良好的抗彈性能。
C用于保證鋼的強(qiáng)度級別、也是穩(wěn)定殘余奧氏體的主要元素，C太低強(qiáng)度達(dá)不到要求，C太高對焊接性能不利。
Si在鋼中起固溶強(qiáng)化作用，并能使碳在奧氏體中富集，是穩(wěn)定殘余奧氏體不可缺少的元素，Si太低對凈化鐵素體中的碳的作用減弱，太高使鋼的塑性降低。
Mn是固溶強(qiáng)化、穩(wěn)定奧氏體的元素，低于1.5％鋼的強(qiáng)度不足，太高會(huì)使鋼的塑性下降。
P、S是鋼中的雜質(zhì)元素，含量應(yīng)越低越好。
Al是鋼中的脫氧元素，減少鋼中的氧化物夾雜、純凈鋼質(zhì)，有利于鐵素體的析出，促使碳在奧氏體中富集，有穩(wěn)定奧氏體的作用。
Ti、Nb是有效細(xì)化晶粒、提高強(qiáng)度和韌性的元素，以碳化物和碳氮化物的形式存在于鋼中，加入量低于0.01％效果不明顯。
N在鋼中以氮化物和碳氮化物形式存在，太高的N將消耗鋼中的鈦形成對塑性不利的TiN夾雜物。
Ca可改變鋼中硫化物的形態(tài)，提高鋼板的塑性和韌性。
本發(fā)明中工藝條件的說明加熱溫度低于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，強(qiáng)度降低。高于1250℃晶粒容易粗化，對提高鋼板韌性不利。
板坯在奧氏體再晶界區(qū)進(jìn)行粗軋，通過軋制變形后的再結(jié)晶細(xì)化奧氏體晶粒，鋼板的變形量在80％以上，終軋溫度控制在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)800～900℃，通過奧氏體低溫區(qū)的軋制變形，使奧氏體晶粒內(nèi)形成變形帶并因應(yīng)變誘發(fā)Nb、Ti微合金元素的碳氮化物沉淀，在過冷奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變時(shí)增加形核率，細(xì)化晶粒，提高鋼板的韌性。
終軋后鋼板急冷(50℃/s以上)到650～780℃，空冷6～15秒鐘，一部分過冷奧氏體在鐵素體區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體。冷卻低于650℃時(shí)鋼處于鐵素體相變的時(shí)間太短因而鐵素體量少，奧氏體中的碳濃度低不利于在室溫得到多的殘余奧氏體。冷卻溫度高于780℃，鋼還處于奧氏體狀態(tài)，得到一定量的鐵素體將會(huì)增加空冷時(shí)間，在大生產(chǎn)是不允許的。由于相變需要孕育期，空冷時(shí)間少于6秒鐵素體量太少，富集在奧氏體中的碳濃度低，不利于殘余奧氏體的穩(wěn)定；空冷時(shí)間多于15秒，鐵素體量增多，屈服強(qiáng)度太低，不利于提高抗彈性。
空冷后鋼板急冷到350～450℃的范圍內(nèi)卷取，卷取后空冷至室溫。鋼板在此溫度范圍進(jìn)行貝氏體相變，在貝氏體析出的同時(shí)奧氏體的碳濃度不斷增加。碳濃度增加的奧氏體其馬氏體點(diǎn)(Ms)降低到室溫以下，保留至室溫的奧氏體成為殘余奧氏體。急冷終止溫度高于450℃貝氏體多而殘余奧氏體量減少，不利提高鋼板的韌性；急冷終止溫度低于350℃將抑制貝氏體的析出，奧氏體因碳濃度不足而不穩(wěn)定在冷卻過程將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明熱軋高強(qiáng)度防彈鋼板，合金含量比熱處理防彈板少，又不經(jīng)熱處理，因此制造成本低。強(qiáng)度雖比熱處理防彈板低，但因組織中有殘余奧氏體提高鋼板吸收功的能力，實(shí)彈射擊滿足GA 164-1997《專用運(yùn)鈔車防護(hù)技術(shù)條件》A級防彈標(biāo)準(zhǔn)。
因本發(fā)明鋼板中有鐵素體和殘余奧氏體，鋼的冷加工性能比熱處理鋼板好。鋼板焊接后的熱影響區(qū)組織為貝氏體，強(qiáng)度不降低，因此抗彈性能不下降。


圖1、圖2是本發(fā)明鋼槍擊后照片。
具體實(shí)施例方式
表1是試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分，表2是比較鋼的成分，本發(fā)明鋼不含Cr、Co等貴重合金元素，Mn含量與比較鋼相比低很多。
表1

表2 (wt％)

試驗(yàn)鋼經(jīng)冶煉、鍛造、軋制，表3是軋制時(shí)工藝控制和所得鋼板的力學(xué)性能，力學(xué)性能的測試按GB6397-86標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，殘余奧氏體用X光衍射分析。從表中數(shù)據(jù)可以看出，按本發(fā)明設(shè)計(jì)的成分和熱軋工藝控制的鋼板抗拉強(qiáng)度達(dá)到1000MPa以上，殘余奧氏體量達(dá)到10％以上，殘余奧氏體量越多表明鋼板吸收功的能力越強(qiáng)，抗彈性也將越好。
表3

本發(fā)明鋼板按GA 164-1997《專用運(yùn)鈔車防護(hù)技術(shù)條件》A級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行槍擊試驗(yàn)均未擊穿，圖1、圖2是槍擊后的照片。
本發(fā)明鋼直接用熱軋生產(chǎn)、不經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理，強(qiáng)度雖比熱處理鋼板低，但鋼中具有一定量的殘余奧氏體從而提高了鋼板的防彈性能，達(dá)到熱處理高強(qiáng)度鋼板的防彈水平。該鋼板還具有良好的成型性能，主要用作運(yùn)鈔車防彈鋼板。
權(quán)利要求
1.一種1000Mpa級高強(qiáng)度熱軋防彈鋼板，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和不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的1000Mpa級高強(qiáng)度熱軋防彈鋼板，其特征是，還可加入Ti 0.010～0.060％、Ca≤0.0050％中的一種或一種以上。
3.一種1000Mpa級高強(qiáng)度熱軋防彈鋼板的制造方法，其包括如下步驟a.按上述成分冶煉、澆鑄、形成板坯；b.加熱，將板坯加熱至1100～1250℃；c.熱軋，在奧氏體區(qū)進(jìn)行軋制，軋制變形量大于80％，終軋溫度800～900℃；d.冷卻，終軋后的鋼板以50℃/s以上的冷卻速度冷到650～780℃，空冷6～15秒鐘；e.再冷卻，以50℃/s以上的冷速冷卻到350～450℃的溫度范圍內(nèi)；f.卷取，卷取后空冷至室溫。
全文摘要
一種1000Mpa級高強(qiáng)度熱軋防彈鋼板，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％、可加入Ti 0.010～0.060％、Ca≤0.0050％，其余是Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的制造方法，其包括如下步驟a.按上述成分冶煉、澆鑄、形成板坯；b.加熱，將板坯加熱至1100～1250℃；c.熱軋，在奧氏體區(qū)進(jìn)行軋制，軋制變形量大于80％，終軋溫度800～900℃；d.冷卻，終軋后的鋼板以50℃/s以上的冷卻速度冷到650～780℃，空冷6～15秒鐘；e.再冷卻，以50℃/s以上的冷速冷卻到350～450℃的溫度范圍內(nèi)；f.卷取，卷取后空冷至室溫。
文檔編號C21D7/00GK1814845SQ200510023888
公開日2006年8月9日 申請日期2005年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月6日
發(fā)明者黃鎮(zhèn)如, 馬鳴圖 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司