專利名稱：一種超高強度貝氏體裝甲用鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于裝甲用鋼技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種超高強度貝氏體裝甲用鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
裝甲類型包括鋼裝甲、鋁合金裝甲、鈦合金裝甲、復合材料裝甲、陶瓷裝甲、爆炸反應 裝甲以及多種材料裝甲構(gòu)成的組合裝甲。目前，對裝甲材料的強度、硬度、缺口沖擊韌度和 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(xù)提高硬度，雖強度也 相應提高，但其沖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沖擊負荷， 產(chǎn)生碎裂和崩落；制造工藝復雜，成本太高，綜合機械性能不是特別優(yōu)良。如"一種多層裝甲 防護系統(tǒng)"(CN101216272)、"裝甲材料"(CN1037321)、"多用途裝甲板的制造和使用方法"
(CN1461937)、"裝甲板"(CN1952587)、"抗拉強度高于lOOOMPa的熱軋馬氏體鋼板及其制 造方法"(CN101008066)等專利技術(shù)。
(2) 對于鋁合金裝甲，適合裝甲車輛使用的硬度較大，但容易受到應力腐蝕發(fā)生斷裂; 鋁材的碎裂強度要低于鋼裝甲，也更容易"結(jié)疤"，此外，鋁的熔點要低于鋼，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(shù)。
(3) 對于鈦合金裝甲，在某些荷載條件下，由于彈丸只需消耗極少的能量便能導致剪切 失效裂紋并形成致命的底結(jié)，這一缺陷是不容忽視的；鈦的價格昂貴，在裝甲戰(zhàn)斗車輛上的 使用受到了成本的限制。如"高強度高韌性鈦合金"(CN1031569)、"含鈦量高的鈦合金制造方 法"(CN1044958)、"高強度鈦合金及其制備方法"(CN1639366)、"高強度低合金鈦合金及其 制造方法"(CN1530454)等專利技術(shù)。
(4) 對于復合材料裝甲，裝甲面板和背板的粘接處會出現(xiàn)較大區(qū)域的明顯開裂和分層現(xiàn) 象，導致裝甲在更大面積區(qū)域內(nèi)失去繼續(xù)抗彈的能力，從而大大影響了裝甲抗多發(fā)彈的能力， 在抗彈性能方面表現(xiàn)出了明顯的不足。如"復合裝甲板"(CN1278324)、"一種復合材料防彈承 力裝甲板"(CN25739卯)、"裝甲復合材料"(CN1429148)、"一種陶瓷球/樹脂復合材料裝甲板技術(shù)。
(5) 對于陶瓷材料裝甲，由于太脆，斷裂韌度極差，由于其易碎性，裝甲材料亦不具備 承受多次命中貫穿的能力，而且該技術(shù)生產(chǎn)過程復雜、環(huán)節(jié)多、生產(chǎn)成本高，它們通常僅用 來構(gòu)成裝甲系統(tǒng)的組成部分。如"輕質(zhì)碳化硼裝甲陶瓷的制備方法"(CN1541981)、"金屬氧化 物復合料的生產(chǎn)方法、金屬氧化物復合料粉末以及陶瓷材料"(CN1049485)、"氮基陶瓷材料"
(CN85101384)、"新型陶瓷材料及其制備方法"(CN85101457)等專利技術(shù)。
(6) 對于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 裂韌性低于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(yōu)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(shù)。
(7) 對于一般的中(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(zhuǎn)變溫度高，該技術(shù)中合金A1， Co含量很少或沒有，貝氏體轉(zhuǎn)變時間很 長，生產(chǎn)過程復雜、環(huán)節(jié)多、生產(chǎn)成本高；韌、塑性良好，但強度一般不超過1500MPa。如"低 碳貝氏體鋼及其制備方法"(CN101104906)、"一種超高強度超低碳貝氏體鋼的制備方法"
(CN1916195)、"高抗拉強度高韌性低屈強比貝氏體鋼及其生產(chǎn)方法"(CN1786246)、"一種 超低碳貝氏體鋼及其生產(chǎn)方法"(CN1521285)、"一種高強度微合金低碳貝氏體鋼及其生產(chǎn)方 法"(CN101230444)、"改進的無碳化物貝氏體鋼及其生產(chǎn)方法"(CN1175980)、"高強高韌性 貝氏體鋼"(CN1036231)等專利技術(shù)。 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) 各種裝甲材料采用貴重合金元素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) 各種裝甲材料的制造與加工工藝復雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服上述技術(shù)缺陷，目的是提供一種成本低廉、工藝簡單、性能優(yōu)良的超高 強度貝氏體裝甲用鋼及其制造方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是或?qū)㈣F水、或?qū)U鋼、或?qū)㈣F水和廢鋼經(jīng) 煉鋼和精煉后，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%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
所述的Si、 Mn、 Cr、 Mo、 Al和Co在鑄坯中的含量之和小于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；再將冷卻后的鋼板在850 1050'C條件下奧氏體化0.2 0.6小時；然后在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。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)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(fā)明制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，類似于馬氏體組織， 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(fā)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(fā)生相變誘發(fā)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(fā)塑性強化等，使貝氏體裝甲鋼的力學性 能在軋制態(tài)可達到較高的強度級別。
經(jīng)過熱處理和強磁場處理，穩(wěn)態(tài)強磁場能夠?qū)⒏邚姸鹊哪芰繜o接觸地傳遞到物質(zhì)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(zhuǎn)變，從而對貝氏體的組織和性 能產(chǎn)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(fā)明具有成本低廉和工藝簡單的特點，所制備的鋼板性能優(yōu)良，廣泛應用于殲 敵機、強擊機、轟炸機、武裝直升機及坦克、裝甲車輛和艦艇等制造用鋼板，還可應用于公 安防爆車輛、運鈔車輛等制造用鋼板。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作進一步描述，并非對本發(fā)明保護范圍的限制。實施例1
一種超高強度貝氏體裝甲用鋼的制造方法。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%，其余為Fe及不可避免 的雜質(zhì)。其中Si、 Mn、 Cr、 Mo、 Al和Co在鑄坯中的含量之和小于6.00wt0/0。
將鐵水經(jīng)煉鋼和精煉后，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；再將冷卻后的鋼板在850 950'C 條件下奧氏體化0.4 0.6小時；然后于氮氣氣氛下和在200 35(TC條件下保溫120.0 240.0小
時，隨爐冷卻至室溫。
本實施例所制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制造方法。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%，其余為Fe及不可避免 的雜質(zhì)。其中Si、 Mn、 Cr、 Mo、 Al和Co在的鑄坯中的含量之和小于6.00wt。/c。
將廢鋼經(jīng)煉鋼和精煉后，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；再將冷卻后的鋼板在850 95(TC 條件下奧氏體化0.4 0.6小時；然后在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。
本實施例所制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制造方法。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%，其余為Fe及不可避免 的雜質(zhì)。其中Si、 Mn、 Cr、 Mo、 Al和Co在的鑄坯中的含量之和小于6.00wt。/0。
將鐵水和廢鋼經(jīng)煉鋼和精煉后，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；再將冷卻后的鋼板在950 105(TC條件下奧氏體化0.2 0.4小時；然后于氮氣氣氛下和在350 500'C條件下保溫10.0 120.0小時，隨爐冷卻至室溫。
本實施例所制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制造方法。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%，其余為Fe及不可避免 的雜質(zhì)。其中Si、 Mn、 Cr、 Mo、 Al和Co在的鑄坯中的含量之和小于6.00wt0/0。
將鐵水經(jīng)煉鋼和精煉后，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；再將冷卻后的鋼板在950 105(TC 條件下奧氏體化0.2 0.4小時；然后在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。
本實施例所制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
制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，類似于 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(fā)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(fā)生相變誘發(fā)塑性效應，進一步提高了鋼的強靭 度。經(jīng)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(fā)明具有成本低廉和工藝簡單的特點，所制備的鋼板性能優(yōu)良，廣泛應用于殲 敵機、強擊機、轟炸機、武裝直升機及坦克、裝甲車輛和艦艇等制造用鋼板，還可應用于公 安防爆車輛、運鈔車輛等制造用鋼板。
權(quán)利要求
1、一種超高強度貝氏體裝甲用鋼的制造方法，其特征在于或?qū)㈣F水、或?qū)U鋼、或?qū)㈣F水和廢鋼經(jīng)煉鋼和精煉后，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％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超高強度貝氏體裝甲用鋼的制造方法，其特征在于所述的熱軋 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 將冷卻后的鋼板在850 105(TC條件下奧氏體化0.2 0.6小時；然后在200 50(TC條件下于氮 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(jù)權(quán)利要求l所述的超高強度貝氏體裝甲用鋼的制造方法，其特征在于所述的Si、 Mn、 Cr、 Mo、 Al和Co在鑄坯中的含量之和小于6.00wt。/0。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1 3項中任一項所述超高強度貝氏體裝甲用鋼的制造方法所制造的超高 強度貝氏體裝甲用鋼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超高強度貝氏體裝甲用鋼及其制造方法。其技術(shù)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％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。經(jīng)煉鋼和精煉后，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；然后在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(fā)明具有成本低廉和工藝簡單的特點，所制備的鋼板性能優(yōu)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(yōu)先權(quán)日2009年8月11日
發(fā)明者吳開明, 鋒 胡 申請人:武漢科技大學