CN101624681A

CN101624681A - 一种超高强度贝氏体装甲用钢及其制造方法

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Publication number: CN101624681A
Application number: CN200910063579A
Authority: CN
Inventors: 吴开明; 胡锋
Original assignee: Wuhan University of Science and Technology WHUST
Current assignee: Wuhan University of Science and Technology WHUST
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2029-08-11
Also published as: CN101624681B

Abstract

本发明涉及一种超高强度贝氏体装甲用钢及其制造方法。其技术方案是：铸坯的化学组分是：C为0.70～1.10wt％，Si为1.20～1.80wt％，Mn为1.60～2.20wt％，Cr为1.00～1.60wt％，Mo为0.10～0.60wt％，Al为0.05～1.20wt％，Co为0.05～0.50wt％，P＜0.015wt％，S＜0.010wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。经炼钢和精炼后，进行模铸或连铸。再将铸坯在1150～1250℃条件下均热2.0～3.0小时，热轧，冷却；在850～1050℃条件下奥氏体化0.2～0.6小时；然后在200～500℃条件下和氮气气氛中保温10.0～240.0小时，或在上述气氛和温度条件下及在8～12T的强磁场中保温1.0小时～4.0小时，冷却。本发明具有成本低廉和工艺简单的特点，所制备的钢板性能优良。

Description

一种超高强度贝氏体装甲用钢及其制造方法

技术领域

本发明属于装甲用钢技术领域。具体涉及一种超高强度贝氏体装甲用钢及其制造方法。

背景技术

装甲类型包括钢装甲、铝合金装甲、钛合金装甲、复合材料装甲、陶瓷装甲、爆炸反应装甲以及多种材料装甲构成的组合装甲。目前，对装甲材料的强度、硬度、缺口冲击韧度和抗弹极限的研究都取得了很大的进展，但存在如下问题：

(1)目前，装甲钢种类虽多，但基本上为中碳合金钢，如果想继续提高硬度，虽强度也相应提高，但其冲击韧性和断裂韧性等急剧降低，以至不能承受炮弹巨大能量的冲击负荷，产生碎裂和崩落；制造工艺复杂，成本太高，综合机械性能不是特别优良。如“一种多层装甲防护系统”(CN101216272)、“装甲材料”(CN1037321)、“多用途装甲板的制造和使用方法”(CN1461937)、“装甲板”(CN1952587)、“抗拉强度高于1000MPa的热轧马氏体钢板及其制造方法”(CN101008066)等专利技术。

(2)对于铝合金装甲，适合装甲车辆使用的硬度较大，但容易受到应力腐蚀发生断裂；铝材的碎裂强度要低于钢装甲，也更容易“结疤”，此外，铝的熔点要低于钢，在高温下容易软化和铝的颗粒容易燃烧。如“一种铝基铜合金装甲板热处理方法”(CN100999809)、“一种铝基铜合金装甲板材热加工工艺”(CN100999798)、“一种精钢铸铝装甲门”(CN201125637)等专利技术。

(3)对于钛合金装甲，在某些荷载条件下，由于弹丸只需消耗极少的能量便能导致剪切失效裂纹并形成致命的底结，这一缺陷是不容忽视的；钛的价格昂贵，在装甲战斗车辆上的使用受到了成本的限制。如“高强度高韧性钛合金”(CN1031569)、“含钛量高的钛合金制造方法”(CN1044958)、“高强度钛合金及其制备方法”(CN1639366)、“高强度低合金钛合金及其制造方法”(CN1530454)等专利技术。

(4)对于复合材料装甲，装甲面板和背板的粘接处会出现较大区域的明显开裂和分层现象，导致装甲在更大面积区域内失去继续抗弹的能力，从而大大影响了装甲抗多发弹的能力，在抗弹性能方面表现出了明显的不足。如“复合装甲板”(CN1278324)、“一种复合材料防弹承力装甲板”(CN2573990)、“装甲复合材料”(CN1429148)、“一种陶瓷球/树脂复合材料装甲板及其制备方法”(CN1948888)等专利技术。

(5)对于陶瓷材料装甲，由于太脆，断裂韧度极差，由于其易碎性，装甲材料亦不具备承受多次命中贯穿的能力，而且该技术生产过程复杂、环节多、生产成本高，它们通常仅用来构成装甲系统的组成部分。如“轻质碳化硼装甲陶瓷的制备方法”(CN1541981)、“金属氧化物复合料的生产方法、金属氧化物复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备方法”(CN85101457)等专利技术。

(6)对于不热处理或少热处理的空冷贝氏体钢装甲，组织为贝氏体/马氏体复相组织，断裂韧性低于相同屈服强度下的回火马氏体，强度不是特别高，韧性也不是特别优良。如“中低碳锰系空冷贝氏体钢”(CN1477226)、“中碳及中高碳锰系空冷贝氏体钢”(CN1477225)、“多元微合金化空冷贝氏体钢”(CN1189542)、“高强韧性高淬透性空冷贝氏体钢”(CN1078269)、“中碳空冷锰硼贝氏体钢”(CN86103008)、“中高碳空冷锰硼贝氏体钢”(CN86103009)、“低碳空冷粒状贝氏体钢”(CN85100080)等专利技术。

(7)对于一般的中(超)低碳贝氏体钢装甲，碳含量不高，主要合金元素Si、Mn、Cr、Mo含量少，贝氏体转变温度高，该技术中合金Al，Co含量很少或没有，贝氏体转变时间很长，生产过程复杂、环节多、生产成本高；韧、塑性良好，但强度一般不超过1500MPa。如“低碳贝氏体钢及其制备方法”(CN101104906)、“一种超高强度超低碳贝氏体钢的制备方法”(CN1916195)、“高抗拉强度高韧性低屈强比贝氏体钢及其生产方法”(CN1786246)、“一种超低碳贝氏体钢及其生产方法”(CN1521285)、“一种高强度微合金低碳贝氏体钢及其生产方法”(CN101230444)、“改进的无碳化物贝氏体钢及其生产方法”(CN1175980)、“高强高韧性贝氏体钢”(CN1036231)等专利技术。

由上述分析可以看出：

(1)各种装甲材料都为高强度级别(1000～1500MPa)，超高强度级别则未见涉及。

(2)各种装甲材料采用贵重合金元素Ni或Ti等，合金成本高。

(3)各种装甲材料的强度、韧性与延伸性能很难同时匹配。

(4)各种装甲材料的制造与加工工艺复杂。

发明内容

本发明旨在克服上述技术缺陷，目的是提供一种成本低廉、工艺简单、性能优良的超高强度贝氏体装甲用钢及其制造方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：或将铁水、或将废钢、或将铁水和废钢经炼钢和精炼后，进行模铸或连铸，热轧与热处理。

铸坯的化学成分及其含量是：C为0.70～1.10wt％，Si为1.20～1.80wt％，Mn为1.60～2.20wt％，Cr为1.00～1.60wt％，Mo为0.10～0.60wt％，Al为0.05～1.20wt％，Co为0.05～0.50wt％，P＜0.015wt％，S＜0.010wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。

所述的Si、Mn、Cr、Mo、Al和Co在铸坯中的含量之和小于6.00wt％。

所述的热轧与热处理的工艺是：先将铸坯在1150～1250℃条件下均热2.0～3.0小时，热轧，自然冷却；再将冷却后的钢板在850～1050℃条件下奥氏体化0.2～0.6小时；然后在200～500℃条件下和氮气气氛中保温10.0～240.0小时，随炉冷却至室温，或在200～500℃、氮气气氛和8～12T强磁场的条件下保温1.0小时～4.0小时，随炉冷却至室温。

由于采用上述技术方案，本发明是以价格低廉的Si、Mn、Cr元素为主，只有少量的Mo、Co、Al等元素，故成本低廉；用轧制+正火+淬火的热轧与热处理的工艺，工艺简单。

本发明制造的装甲钢的显微组织是纳米级(20～40nm厚度)的贝氏体铁素体板条为基体，弥散分布着残留奥氏体的超细组织。贝氏体铁素体为过饱和碳的固溶体，类似于马氏体组织，具有很高的强韧度和破断抗力；奥氏体为韧度相，分布在贝氏体铁素体板条上或板条之间，在受到外力作用下会发生塑性变形，吸收和消耗能量，延缓裂纹的扩展，对提高板材的韧度极其有利，应力作用较大时会发生相变诱发塑性效应(TRIP效应)，进一步提高了钢的强韧度。因碳的固溶强化、位错强化、贝氏体板条强化、诱发塑性强化等，使贝氏体装甲钢的力学性能在轧制态可达到较高的强度级别。

经过热处理和强磁场处理，稳态强磁场能够将高强度的能量无接触地传递到物质的原子尺度，改变原子的排列、匹配和迁移等，可以加速贝氏体的转变，从而对贝氏体的组织和性能产生影响。从而得到抗拉强度为1700～2300MPa、硬度为530～680HV、延伸率为17～26％和断口韧性为26～35MPam^1/2的超高强度贝氏体装甲钢。

因此，本发明具有成本低廉和工艺简单的特点，所制备的钢板性能优良，广泛应用于歼敌机、强击机、轰炸机、武装直升机及坦克、装甲车辆和舰艇等制造用钢板，还可应用于公安防爆车辆、运钞车辆等制造用钢板。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述，并非对本发明保护范围的限制。

实施例1

一种超高强度贝氏体装甲用钢的制造方法。铸坯的化学成分及其含量是：C为0.90～1.10wt％，Si为1.50～1.80wt％，Mn为1.60～1.90wt％，Cr为1.30～1.60wt％，Mo为0.30～0.60wt％，Al为0.05～0.60wt％，Co为0.05～0.20wt％，P＜0.015wt％、S＜0.010wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。其中：Si、Mn、Cr、Mo、Al和Co在铸坯中的含量之和小于6.00wt％。

将铁水经炼钢和精炼后，进行模铸，热轧与热处理。热轧与热处理的工艺是：先将铸坯在1200～1250℃条件下均热2.0～3.0小时，热轧，自然冷却；再将冷却后的钢板在850～950℃条件下奥氏体化0.4～0.6小时；然后于氮气气氛下和在200～350℃条件下保温120.0～240.0小时，随炉冷却至室温。

本实施例所制造的超高强度贝氏体装甲用钢：抗拉强度为2100～2300Mpa；硬度为650～680HV；延伸率为21～24％；韧性为28～32MPam^1/2。

实施例2

一种超高强度贝氏体装甲用钢的制造方法。铸坯的化学成分及其含量是：C为0.90～1.10wt％，Si为1.50～1.80wt％，Mn为1.60～1.90wt％，Cr为1.30～1.60wt％，Mo为0.30～0.60wt％，Al为0.60～1.20wt％，Co为0.20～0.50wt％，P＜0.015wt％，S＜0.010wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。其中：Si、Mn、Cr、Mo、Al和Co在的铸坯中的含量之和小于6.00wt％。

将废钢经炼钢和精炼后，进行连铸，热轧与热处理。热轧与热处理的工艺是：先将铸坯在1200～1250℃条件下均热2.0～3.0小时，热轧，自然冷却；再将冷却后的钢板在850～950℃条件下奥氏体化0.4～0.6小时；然后在200～350℃、氮气气氛和10～12T强磁场的条件下保温2.0小时～4.0小时，随炉冷却至室温。

本实施例所制造的超高强度贝氏体装甲用钢：抗拉强度为2000～2200MPa、硬度为610～640HV、延伸率为17～20％、韧性为26～30MPam^1/2。

实施例3

一种超高强度贝氏体装甲用钢的制造方法。铸坯的化学成分及其含量是：C为0.70～0.90wt％，Si为1.20～1.50wt％，Mn为1.90～2.20wt％，Cr为1.00～1.30wt％，Mo为0.10～0.30wt％，Al为0.05～0.60wt％，Co为0.05～0.20wt％，P＜0.015wt％，S＜0.010wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。其中：Si、Mn、Cr、Mo、Al和Co在的铸坯中的含量之和小于6.00wt％。

将铁水和废钢经炼钢和精炼后，进行连铸，热轧与热处理。热轧与热处理的工艺是：先将铸坯在1150～1200℃条件下均热2.0～3.0小时，热轧，自然冷却；再将冷却后的钢板在950～1050℃条件下奥氏体化0.2～0.4小时；然后于氮气气氛下和在350～500℃条件下保温10.0～120.0小时，随炉冷却至室温。

本实施例所制造的超高强度贝氏体装甲用钢：抗拉强度为1800～2000MPa；硬度为570～600HV；延伸率为23～26％；韧性为30～34MPam^1/2。

实施例4

一种超高强度贝氏体装甲用钢的制造方法。铸坯的化学成分及其含量是：C为0.70～0.90wt％，Si为1.20～1.50wt％，Mn为1.90～2.20wt％，Cr为1.00～1.30wt％，Mo为0.10～0.30wt％，Al为0.60～1.20wt％，Co为0.20～0.50wt％，P＜0.015wt％，＜0.010wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。其中：Si、Mn、Cr、Mo、Al和Co在的铸坯中的含量之和小于6.00wt％。

将铁水经炼钢和精炼后，进行模铸，热轧与热处理。热轧与热处理的工艺是：先将铸坯在1150～1200℃条件下均热2.0～3.0小时，热轧，自然冷却；再将冷却后的钢板在950～1050℃条件下奥氏体化0.2～0.4小时；然后在350～500℃、氮气气氛和8～10T强磁场的条件下保温1.0小时～3.0小时，随炉冷却至室温。

本实施例所制造的超高强度贝氏体装甲用钢：抗拉强度为1700～1900MPa；硬度为530～560HV；延伸率为9～22％；韧性为32～35MPam^1/2。

本具体实施方式是以价格低廉的Si、Mn、Cr元素为主，只有少量的Mo、Co、Al等元素，故成本低廉；用轧制+正火+淬火的热轧与热处理的工艺，工艺简单。

本具体实施方式制造的装甲钢的显微组织是纳米级(20～40nm厚度)的贝氏体铁素体板条为基体，弥散分布着残留奥氏体的超细组织。贝氏体铁素体为过饱和碳的固溶体，类似于马氏体组织，具有很高的强韧度和破断抗力；奥氏体为韧度相，分布在贝氏体铁素体板条上或板条之间，在受到外力作用下会发生塑性变形，吸收和消耗能量，延缓裂纹的扩展，对提高板材的韧度极其有利，应力作用较大时会发生相变诱发塑性效应，进一步提高了钢的强韧度。经过热处理和强磁场处理，得到抗拉强度为1700～2300MPa、硬度为530～680HV、延伸率为17～26％和断口韧性为26～35MPam^1/2的超高强度贝氏体装甲钢。

Claims

1、一种超高强度贝氏体装甲用钢的制造方法，其特征在于或将铁水、或将废钢、或将铁水和废钢经炼钢和精炼后，进行模铸或连铸，热轧与热处理；

2、根据权利要求1所述的超高强度贝氏体装甲用钢的制造方法，其特征在于所述的热轧与热处理的工艺是：先将铸坯在1150～1250℃条件下均热2.0～3.0小时，热轧，自然冷却；再将冷却后的钢板在850～1050℃条件下奥氏体化0.2～0.6小时；然后在200～500℃条件下于氮气气氛中保温10.0～240.0小时，随炉冷却至室温，或在200～500℃、氮气气氛和8～12T强磁场的条件下保温1.0小时～4.0小时，随炉冷却至室温。

3、根据权利要求1所述的超高强度贝氏体装甲用钢的制造方法，其特征在于所述的Si、Mn、Cr、Mo、Al和Co在铸坯中的含量之和小于6.00wt％。

4、根据权利要求1～3项中任一项所述超高强度贝氏体装甲用钢的制造方法所制造的超高强度贝氏体装甲用钢。