本發(fā)明涉及一種鋼板及其制造方法，尤其涉及一種防彈鋼板及其制造方法。

背景技術：

輕型裝甲運輸車、運鈔車及防彈車、防彈背心等對關鍵部位均提出了防彈要求，要求在一定距離內鋼板承受手槍、沖鋒槍的彈丸沖擊時不開裂或不貫穿。目前的防彈材料包括單純的高強度防彈鋼板、陶瓷復合材料或高分子纖維材料。其中防彈鋼板依靠高的彈性變形吸收彈丸的沖擊功，在韌性不足時(特別是超高強度鋼板)極易碎裂而失去防彈功能；陶瓷材料具有極高的硬度，但韌性很差，在與彈丸接觸時碎裂為更小的碎片從而吸收沖擊能，通常需要與高分子纖維材料一起使用，后者韌性好，承受彈丸沖擊時發(fā)生彈性變形而吸收沖擊載荷，多用于防彈背心的制作。

理論上，單純使用足夠厚的鋼板能夠滿足不同條件下的防彈要求，但過厚的鋼板增加了重量，犧牲了機動性，同時增加能耗。目前，防彈鋼板朝著更高強度、更薄厚度方向發(fā)展。

公開號為cn1814845a，公開日為2008年1月2日，名稱為“一種1000mpa級高強度熱軋防彈鋼板及其制造方法”的中國專利文獻公開了一種1000mpa級高強度熱軋防彈鋼板，其成分是(重量百分比)：c0.17～0.21％、si1.5～2.2％、mn1.5～2.0％、p≤0.035％、s≤0.010％、al0.015～0.060％、n≤0.0060％、nb0.010～0.050％、可加入ti0.010～0.060％、ca≤0.0050％，其余是fe和不可避免的雜質。以及公開號為cn103993235a，公開日為2014年8月20日，名稱為“一種高強度熱軋防彈鋼板的制造方法”的中國專利文獻公開了一種高強度熱軋防彈鋼板的制造方法。所述防彈鋼板的成分為：c：0.08～0.12％，si：0.7～1.3％，mn：1.30～1.8％，al：0.01～0.06％，p≤0.02％，s≤0.004％，n≤0.004％，o≤0.015％，gr：0.3～1.0％，ti+nb≤0.2％，b：0.0015-0.0025％，其余為fe 和不可避免的雜質。這兩個技術方案所公開的防彈鋼板屈服強度均為1000mpa，難以滿足當前的減薄防彈要求。

公開號為cn102181795a，公開日為2011年9月14日，名稱為“一種超高強度防彈鋼板及其制造工藝”的中國專利文獻公開了一種超高強度防彈鋼板及其制造成形工藝,其化學成分按重量百分比計為：c0.30～0.5、si0.40～0.60、mn1.50～1.80、p≤0.025、s≤0.01、cr+ni+mo≤2.5、nb+v+ti+b≤0.20,其余是fe。這個技術方案所涉及的防彈鋼板，c含量在0.30-0.50之間，具有約2000mpa的抗拉強度，雖然其并沒有提及任何韌性指標，但是由于其硬度值甚至超過了600hb，因此過高的硬度使得鋼板的韌性降低，在承受彈丸沖擊時極易碎裂。

在確保防彈鋼板的強度的前提下，為了降低鋼板的厚度，并改善鋼板的塑性，企業(yè)亟需獲得一種冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板，以適應防彈鋼板的推廣應用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板，其通過軋制復合，因此能夠實現(xiàn)原子間結合，從而使得各層之間具有很好的結合力；防彈鋼板具有三層軟鋼層與兩層硬鋼層，起到改變彈丸前進方向的作用，位于面層的軟鋼層具有優(yōu)良的塑性保證了延伸變形時不開裂，硬鋼層在承受彈丸沖擊時開裂為小的碎片，消耗沖擊功，同時位于芯部的軟鋼層改變子彈行進方向，增加子彈前進阻力，從而具有更好的防彈效果。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板，包括：三層軟鋼層和二層硬鋼層，其中三層軟鋼層和二層硬鋼層相互間隔設置，且防彈鋼板的面層為軟鋼層，所述硬鋼層與軟鋼層之間通過軋制復合實現(xiàn)原子結合；其中，所述軟鋼層的化學元素質量百分比為：

c：0.001-0.01％,0＜si≤0.005％,mn：0.05-0.15％,0＜al≤0.005％,ti：0.01-0.10％，余量為fe和其他不可避免的雜質。

在本發(fā)明所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的所述軟鋼層中，不可避免的雜質主要是p、s、n元素，其中可以控制p≤0.01％，s≤0.006％，n≤0.005％。

本發(fā)明所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的軟鋼層需要具有良好的吸收動能能力及塑性變形能力，所以所述軟鋼層需要極低的屈服強度，為了有效 降低屈服強度，提高延伸率，必須盡量降低合金元素的添加量、減少強化因素，而鋼板一般通過固溶強化，析出強化，位錯強化和晶界強化等手段提高屈服強度。位于芯部的軟鋼層與位于面層的軟鋼層采用同一成分設計，降低了生產難度，提高了生產效率。

本發(fā)明所述的軟鋼層中的各化學元素的設計原理為：

c通過固溶強化會使屈服強度升高，延伸率降低。根據(jù)實際的煉鋼工藝，應盡可能降低其含量，因此，本發(fā)明所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的所述軟鋼層的c含量控制在0.001-0.01％之間。

si為脫氧元素，也是固溶強化元素，使屈服強度升高，延伸率降低，所以要盡量降低si的添加量。因此，本發(fā)明所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的所述軟鋼層的si含量不超過0.005％。

mn也是鋼中常見的強化元素，通過固溶強化提高屈服強度，使延伸率降低。因此，本發(fā)明所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的所述軟鋼層的mn含量控制在0.05-0.15％之間。

al是脫氧必需的元素，但也會提高鋼的強度。因此，本發(fā)明所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的所述軟鋼層中al含量控制在0.005％以下。

ti用來固定c、n原子以降低其對位錯運動的阻礙作用。ti在鋼中可依次形成tin→ti4c2s2→tis和tic，消除鋼中自由的c、n原子，從而降低屈服強度。同時tic、tin等顆粒的粗化使其失去了晶界釘扎效應，增大了晶粒尺寸，降低了晶界強化效果。但較多的ti會降低鋼板的延伸率。因此，本發(fā)明所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的所述軟鋼層的ti含量控制在：0.01-0.10％。

進一步地，所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的所述軟鋼層的基體組織為等軸狀鐵素體。

更進一步地，所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的所述等軸狀鐵素體的晶粒尺寸為30-120μm。

進一步地，所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的所述軟鋼層的屈服強度為80-180mpa，所述軟鋼層的延伸率大于40％，硬度值小于110hv。

在本技術方案中，由于采用極低的c-si-mn成分設計并通過ti固定c、n間隙原子，消除了c、n原子的固溶強化作用，并利用粗化的tin、tic顆粒 獲得較大的晶粒尺寸，從而使得所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的所述軟鋼層的基體組織即使在淬火狀態(tài)下為等軸狀鐵素體，所述等軸狀鐵素體的晶體尺寸30-120μm，即使在淬火條件下所述軟鋼層的硬度值不超過110hv。從而使得軟鋼層具有良好的塑性。

更進一步地，所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板在其中位于芯部的軟鋼層的硬度值小于90hv，位于面層的軟鋼層的硬度值小于110hv。

在本技術方案中，防彈鋼板在冷彎加工時，位于面層的軟鋼層由于優(yōu)良的塑性提供充分的變形，起到防止鋼板折彎時的內裂，而位于芯部的軟鋼層具有良好的吸收動能能力，使得所述硬鋼層在承受彈丸沖擊變形、開裂甚至脫離，其變形功、裂紋形成及擴展功、與位于芯部的軟鋼層脫離的層間結合能及碎片脫離動能等充分吸收，消耗了子彈部動能。優(yōu)選地，位于芯部的軟鋼層的硬度略低于位于面層的軟鋼層的硬度值。

進一步地，在本發(fā)明所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板中，所述硬鋼層的化學元素質量百分比為：

c：0.40-0.50％,si：0.1-0.3％，mn：1.0-1.5％,al：0.01-0.05％,cr：0.1-0.3％，ni：0.1-0.3％，ti：0.01-0.03％，b：0.001-0.003％，mo：0.05-0.5％，余量為fe和其他不可避免的雜質。

在本發(fā)明所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的所述硬鋼層中，不可避免的雜質主要是p、s、n元素，其中可以控制p≤0.015％，s≤0.005％，n≤0.005％。

上述方案中，所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的所述硬鋼層中的各化學元素的設計原理為：

c是鋼中最廉價的強化元素，但過高的c使得高溫鋼坯易在冷卻過程中開裂，不利于鋼坯的保存，增加了生產難度。因此，本發(fā)明所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的所述硬鋼層的c含量限定為0.40-0.50％。

si含量控制在0.1-0.3％，si在鋼中具有較高的固溶度，能夠增加鋼中鐵素體體積分數(shù)，細化晶粒，因而有利于提高韌性，但含量過高將導致焊接性能下降.

mn具有較強的固溶強化作用，同時顯著降低鋼的相變溫度，細化鋼的顯微組織，是重要的強韌化元素，但是mn含量過多使淬透性增大，從而導致可焊性和焊接熱影響區(qū)韌性惡化，所以將其含量控制在1.0-1.5％。

al在煉鋼過程中作為脫氧劑添加，同時微量的al同時有利于細化晶粒，改善鋼材的強韌性能。但過高的al將使鋼中鐵素體脆性增加而導致鋼韌性的降低，所以控制其含量0.01-0.05％。

cr具有固溶強化效果，但是cr是貴重合金元素。因此，本發(fā)明所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的所述硬鋼層的cr含量限定為0.1-0.3％。

ni不僅可以提高鋼板強度還可以改善鋼板韌性，但是ni是貴重合金元素。因此，本發(fā)明所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的所述硬鋼層的ni限定含量為0.1-0.3％。

添加0.01-0.03％ti主要是抑制板坯再熱過程中的奧氏體晶粒長大，同時在再結晶控軋過程中抑制鐵素體晶粒長大，提高鋼的韌性。

b具有良好的淬透性，從而提高鋼板硬度，然而b含量過高對焊接不利。因此，本發(fā)明所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的所述硬鋼層的b含量限定為0.001-0.003％

mo具有良好的淬透性，可以提高鋼板硬度，但mo為貴重合金元素。因此，本發(fā)明所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的所述硬鋼層的mo限定含量為0.05-0.5％。

進一步地，所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的所述硬鋼層的基體組織為馬氏體。

進一步地，所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的硬鋼層的屈服強度大于2000mpa，硬度大于600hbw。

在本技術方案中，所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的所述硬鋼層采用較高的c含量并添加了提高淬透性的mo、b元素，在熱處理后可以使得基體組織為高強度的馬氏體，屈服強度大于2000mpa，硬度大于600hbw。

本發(fā)明的另一目的還在于提供一種可以制造上述冷彎加工性能良好的防彈鋼板的制造方法，該方法可以克服防彈鋼板制造過程中的技術難度，從而生產出性能優(yōu)良，更好的冷彎加工性能的防彈鋼板，可以在高溫下實現(xiàn)冶金結合，層間結合強度更高，防彈效果更好。

為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提出了一種冷彎加工性能良好的防彈鋼板的制造方法，其包括步驟：

(1)將硬鋼層坯料和軟鋼層坯料組坯；

(2)真空焊接；

(3)復合軋制；

(4)軋后空冷或水冷；

(5)卷取；

(6)開卷、矯直和切板；

(7)進行淬火和回火熱處理。

本技術方案中，由于硬鋼層坯料和軟鋼層坯料的結合面上的氧化層與油污，因此硬鋼層坯料和軟鋼層坯料在組坯前最好進行表面清理工作。表面清理方法可以采用鋼絲刷或砂帶進行，也可以采用直接酸洗的方法，也可以采用本領域內技術人員能夠想到的其他方式進行表面清理。

由于防彈鋼板在加熱過程中會產生氧化，因此，在本技術方案中，硬鋼層坯料和軟鋼層坯料周邊進行層間焊接時，直接在真空室的真空狀態(tài)下進行焊接，而不是采用抽真空的方法，從而降低了生產難度，有效防止了氧化。

進一步地，在所述步驟(1)中，位于面層的軟鋼層坯料的總厚度占防彈鋼板坯料總厚度的8-15％，位于防彈鋼板芯部的軟鋼層坯料的厚度占防彈鋼板坯料總厚度的10-25％。

本技術方案中，位于面層的軟鋼層坯料的總厚度占防彈鋼板坯料總厚度的8-15％，位于防彈鋼板芯部的軟鋼層坯料厚度占防彈鋼板坯料總厚度的10-25％，可以保證位于面層的軟鋼層冷彎變形不開裂及芯部軟鋼層具有充分的消能作用并使侵入的彈丸改變前進方向，提高防彈效果。

進一步地，所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的制造方法在所述步驟(3)中，在1100～1200℃范圍內加熱，保溫2-3h，然后復合軋制，控制終軋溫度為850～900℃。

更進一步地，所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的制造方法在所述步驟(4)中，軋后空冷或水冷至650-750℃。

在本技術方案中，軋后根據(jù)成品厚度采取水冷或是空冷，一般較薄的鋼板可以采取空冷。然后，水冷或空冷至650-750℃后卷取所述的復合防彈鋼板進行開卷、矯直和切板。

進一步地，所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的制造方法在所述步驟(7)中的淬火步驟中，淬火溫度為硬鋼層的ac3溫度以上至少50℃，保溫時 間至少為3mm/min×復合鋼板的厚度，厚度單位為mm，然后以≥50℃/s的速度冷卻至室溫。

將淬火溫度溫度控制為硬鋼層的ac3溫度以上至少50℃，保溫時間至少為3mm/min×復合鋼板的厚度，厚度單位為mm，然后以≥50℃/s的速度冷卻至室溫，是因為：溫度在ac3以上時，鋼基體中組織開始奧氏體化，超過ac3的溫度越高，奧氏體化的驅動力越高，則奧氏體化的速度越快，保溫時間越短，但淬火加熱溫度過高增加能耗，提高生產成本。所以限定淬火溫度在ac3溫度以上50℃，保溫時間為鋼板厚度的3倍。

更進一步地，所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的制造方法在所述步驟(7)中的回火步驟中，回火溫度為150-230℃，保溫時間15-60min。

本發(fā)明所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板在150-230℃區(qū)間進行回火處理，以減緩、消除淬火應力，改善所述冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的韌性。

本發(fā)明所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明所述的防彈鋼板采用軟、硬鋼層交叉設計，其中作為面層的軟鋼層具有優(yōu)良的塑性變形能力，冷彎加工時不開裂；中間的硬鋼層在承受彈丸沖擊時變形、開裂甚至脫離，其變形功、裂紋形成及擴展功、與芯部的軟鋼層脫離的層間結合能及碎片脫離動能等充分吸收、消耗了子彈部分動能，使彈丸失去前進能力；而芯部的軟鋼層塑性好，具有優(yōu)良的變形能力，從而使得彈丸改變前進方向，增加彈丸的穿透厚度，從而能夠進一步減輕彈丸的破壞。

(2)本發(fā)明所述的防彈鋼板采用熱軋復合軋制，層間金屬在高溫下實現(xiàn)冶金結合，層間結合強度高，不易分層。

(3)本發(fā)明所述的防彈鋼板采用軟硬層交叉設計，從而使得防彈鋼板的塑性得以改善，具有更好的冷彎加工性能，增加了防彈鋼板的應用范圍。

(4)在本發(fā)明的優(yōu)選方案中，位于面層的軟鋼層坯料厚度占防彈鋼板坯料總厚度的8-15％，位于芯部的軟鋼層坯料厚度占防彈鋼板坯料總厚度10-25％，從而使得該防彈鋼板一方面具有良好的塑性變形能力，冷彎加工不開裂；另一方面可以保證彈丸侵入時使彈丸改變方向，降低彈丸的破壞能力和危險程度，提高防彈鋼板的防彈能力。

(5)本發(fā)明所述的制造方法采用了真空焊接工藝，避免了常規(guī)焊接后的抽真空過程，從而具有更好的密封效果。

(6)本發(fā)明所述的制造方法在組坯后采用了與普通鋼坯一樣的常規(guī)軋制工藝，從而降低了生產難度，提高了該制造工藝的適用性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的防彈鋼板的結構示意圖。

圖2為本發(fā)明所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的所述軟鋼層的cct曲線(連續(xù)冷卻轉變曲線)。

圖3為實施例a1的位于芯部的軟鋼層的金相組織照片。

圖4為實施例a1的位于面層的軟鋼層的金相組織照片。

圖5為實施例a1的硬鋼層的金相組織照片。

圖6為實施例a2的位于芯部的軟鋼層的金相組織照片。

圖7為實施例a2的位于面層的軟鋼層的金相組織照片。

圖8為實施例a2的硬鋼層的金相組織照片。

具體實施方式

下面將結合附圖說明和具體的實施例對本發(fā)明所述冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板及其制造方法做進一步的解釋和說明，然而該解釋和說明并不對本發(fā)明的技術方案構成不當限定。

如圖1所示，本發(fā)明所述的防彈鋼板為五層結構，其具有三層軟鋼層和兩層硬鋼層，其中標號2、3表示硬鋼層，標號1和4表示位于面層的軟鋼層，標號5表示位于芯部的軟鋼層。

表1列出了冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板實施例a1-a6中的化學元素的質量百分比。

表1.(wt％，余量為fe和除了p、s、n以外其他不可避免的雜質)

上述實施例中的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板采用以下步驟制得：

(1)按表1所列的成分冶煉、澆鑄，制成硬鋼層坯料和軟鋼層坯料；

(2)將硬鋼層坯料和軟鋼層坯料組坯；

(3)在真空室真空焊接；

(4)復合軋制；在1100～1200℃范圍內加熱，保溫2-3h，然后復合軋制，控制終軋溫度為850～900℃；

(5)軋后空冷或水冷至650-750℃；

(6)卷取，卷取溫度為650-750℃；

(7)開卷、矯直和切板；

(8)進行淬火和回火熱處理；淬火溫度為硬鋼層的ac3溫度以上至少50℃，保溫時間至少為3mm/min×復合鋼板的厚度，厚度單位為mm，然后以≥50℃/s的速度冷卻至室溫，回火溫度為150-230℃，保溫15-60min。

表2列出了冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板實施例a1-a6中組坯的硬鋼層和軟鋼層的厚度和夾層設計。

表2

從表2中可以看出，實施例a1-a6的位于面層的軟鋼層坯料的總厚度占防彈鋼板坯料總厚度的8-15％，位于防彈鋼板芯部的軟鋼層坯料厚度占防彈鋼板坯料總厚度的10-25％。防彈鋼板的成品厚度在2-20mm之間，這樣的設計保證所述的位于面層的軟鋼層冷彎變形不開裂及芯部軟鋼層具有充分的消能作用并使侵入的彈丸改變前進方向，提高防彈效果，并且應用于各規(guī)格的防彈鋼板應用需求。

表3列出了冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板a1-a6制造方法的工藝參數(shù)。

表3

本發(fā)明還對冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板實施例a1-a6的硬鋼層和軟鋼層進行了力學性能測定。表4列出了實施例a1-a6中的硬鋼層和軟鋼層的力學性能參數(shù)。

表4

從表4中可以看出，實施例a1-a6的硬鋼層屈服強度在2000mpa以上，硬度超過600hbw；而位于面層的軟鋼層及位于芯部的軟鋼層由于采用了極低碳及合金設計，因此位于芯部的軟鋼層以及位于面層的軟鋼層的硬度也分別不超過90hv和100hv，同時延伸率在40％以上，具有良好的塑性，特別適合冷彎變形。

圖2為本發(fā)明所述的冷彎加工性能優(yōu)良的防彈鋼板的所述軟鋼層的cct曲線，通過該曲線可以分析確定軟鋼層在淬火狀態(tài)下可獲得等軸狀鐵素體。

圖3和圖4分別顯示了實施例a1的位于芯部的軟鋼層和位于面層的軟鋼層的基體組織，由圖3和圖4可看出其基體組織為等軸狀鐵素體。

圖5顯示了實施例a1的硬鋼層的基體組織，由圖5可看出其基體組織主要為馬氏體。

圖6和圖7分別顯示了實施例a2的位于芯部的軟鋼層和位于面層的軟鋼層的基體組織，由圖6和圖7可看出軟鋼層的基體組織為等軸狀鐵素體。

圖8顯示了實施例a2的硬鋼層的基體組織，由圖8可看出其基體組織主要為馬氏體。

需要注意的是，以上列舉的僅為本發(fā)明的具體實施例，顯然本發(fā)明不限于以上實施例，隨之有著許多的類似變化。本領域的技術人員如果從本發(fā)明公開的內容直接導出或聯(lián)想到的所有變形，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。