SE530848C2 - Pansar för ballistiskt skydd som innefattar duplext rostfritt stål samt skottsäker väst innefattande detta pansar - Google Patents

Description

'25 30 530 843 Sådana moderna skottsäkra västar är gjorda av ett lågviktsmate- rial, mestadels Kevlar® och Dyneema®, eftersom de måste tillåta bäraren, som kan bära annan tung utrustning, att röra sig snabbt och exakt, eftersom sådana västar normalt bärs av soldater, poli- ser, livvakter och dylikt. Som en konsekvens av detta krav för möjliggörande av god rörlighet hos bäraren av västen kan den inte konstrueras med förmåga att stoppa en kula mot att tränga igenom västen över hela västen. Detta är orsaken till varför ovannämnda pansar i form av plattartade paneler förs in i fickor som täcker livsviktiga kroppsorgan, såsom hjärtat, hos bäraren, eftersom en kula där måste stoppas även om den har en träffvin- kel som är den meist ogynnsamma ur nämnda bärares synvinkel.

Sådana pansar klassificeras då med avseende på vilken typ av ammunition de har förmåga att stoppa, såsom Ballistisk Standard hos Svenska Polisen, vilken kräver för nivå 3-skydd att pansaret skall stoppa en skottsalva av Para 9,0, FMJ-ammunition av typen Vanas m/39B med 420 m/s, således en helmantlad kula.

Det är känt att använda sådana plattartade paneler gjorda av polyetylen, men sådana paneler måste vara tjocka för att uppfylla kraven enligt en del klassifikationer, vilket negativt påverkar sättet att röra sig och bete sig hos dess bärare, och i fallet av . exempelvis anordnande i bilar eller flygplan negativt påverkar ut- seendet hos delar av dessa fordon.

Det är även känt att använda keramiska (aluminiumoxid) plattar- tade paneler, men de har visat sig ha en tendens att pulveriseras när de träffats flera gånger.

Plattartade paneler av kolstål har även använts och visat sig fun- gera bra, men vikten av dessa kan i vissa applikationer upplevas vara ett problem. 10 15 20 25 30 35 530 848 SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett pan- sar för ballistiskt skydd av människokroppen, vilket är förbättrat med avseende på redan tidigare kända sådana pansar.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom tillhandahållande av ett sådant pansar för ballistiskt skydd av människokroppen, vilket innefattar en duplex rostfri stållegering som innehåller i vikt-%: C max 0,2%, Si 0,05-2.0°A>, Mn 0,1-10%, Cr 20-35%, Ni 0,1-12%, Mo O-6,0%, W 0-6%, Cu 0-3%, Co 0-5°/», N 0,05-0,65%, varvid resten är Fe och normalt uppträdande föroreningar, varvid ferrithalten är 25-75 volym-%, och nämnda duplexa rostfria stàlle- gering har en sträckgräns som överskrider 1400 MPa.

Föreliggande uppfinnare har insett att duplexa rostfria stålleger- ingar med denna sammansättning har de fysiska egenskaperna som tillàter dem att utformas för att vara mycket väl lämpade för de krav som ställs pà ett pansar för ballistiskt skydd av människo- kroppen. En plattartad panel av en sådan duplex rostfri stålleger- ing med en sträckgräns som överskrider 1400 MPa kan ges en avsevärt reducerad tjocklek med avseende pà kända ballistiska plattartade paneler av kolstàl, så att en motsvarande viktreduktlon hos en sådan panel är möjlig utan att för den skull äventyra dess goda funktion. Det är naturligtvis även möjligt att göra panelen av nämnda duplexa rostfria stållegering lika tjock och tung som en tidigare kolstàlpanel under uppnàende av en bättre förmåga att stoppa kulor istället. En hög sträckgräns resulterar även i en hög energiabsorberingskapacitet som motstår deformation hos pansa- ret, såsom en platta, bättre än ett motsvarande pansar med en lägre sträckgräns. Detta innebär att kulan deformeras initiellt ef- fektivare, vilket resulterar i en större area som kan absorbera energi. En sträckgräns som överskrider 1400 MPa för en sådan duplex rostfri stållegering kan uppnås genom konventionell kall- bearbetning möjligtvis följd av åldring därav. 10 15 20 '25 30 35 ESBÜ 848 Den rostfria egenskapen är även en klar fördel med avseende på exempelvis nämnda kolstål. Duplexa rostfria stållegeringar som kan framställas för denna speciella applikation som pansar för ballistiskt skydd av människokroppen är exempelvis de beskrivna i EP 220 141, EP 708 845, EP 1 259 656 och WO2006/049572.

Enligt en utföringsform av uppfinningen har nämnda duplexa rost- fria stàllegering en kontraktion vid dragprov motsvarande en area- kontraktion som överskrider 20%, företrädesvis överskrider 30%.

Detta särdrag hos en nämnd duplex rostfri stàllegering är gynn- samt för förmågan att stoppa en kula under hållande av den krävda tjocklekenfhos pansaret pà en låg nivå. Areakontraktionen definieras som (ursprungsarea - area vid brott)/ursprungsarea.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen har nämnda dup- lexa rostfria stàllegering en brottförlängning som överskrider 5%, företrädesvis överskrider 6%. Duktlliteten hos en nämnd duplex rostfri stàllegering gör den lämpad för användning i ett pansar för ballistiskt skydd av människokroppen, eftersom det innebär att materialet kan förlängas lämpligt före brott därav, så att en kula kan stoppas utan att förorsaka alltför mycket trauma eller chock för en person som bär en ballistisk plattartad panel av detta mate- rial nära kroppen. Ett högt brottförlängningsvärde resulterar i en hög energiabsorberingskapacitet hos materialet.

Det påpekas att det kan finnas en ringa anisotropi hos den dup- lexa rostfria stállegeringen i pansaret enligt föreliggande uppfin- ning och att nämnda gränser för sträckgräns, areakontraktion och brottförlängning i denna avhandling är gränser som gäller för ap- plikation av en last pà detta i alla riktningar, så att de måste överskridas i alla riktningar.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen är nämnda duplexa rostfria stàllegering ett av UNS S32750, UNS S32205, UNS 832906, UNS S32101 och S3207, varvid den senare är en le- gering i vilken C är max 0,05%, Si max 2,0%, Mn max 3,0%, Cr 29-35%, Ni 4,0-10%, Mo 3,0-5,0% och N 0,45-0,55%, varvid 10 15 20 '25 30 35 536 848 resten är Fe, allt uttryckt i vlkt-%. Det har visat sig att alla dessa duplexa rostfria stållegeringar är efter lämplig bearbetning mycket väl lämpade som pansar för ballistiskt skydd av männi- skokroppen.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen är halten av Ni i 'nämnda duplexa rostfria stållegering 3-7 vikt-%, företrädesvis 4-7 vikt-%. Det har visat sig att en sådan halt av Ni är gynnsam för uppnàende av en hög sträckgräns, vilket förbättrar förmågan att stoppa en kula hos ett sådant pansar.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen är halten av Cu i nämnda duplexa rostfria stållegering over 0,2 vikt-%. Även en sådan halt av Cu har visat sig ha en positiv inverkan på nämnda sträckgräns.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen är halten av N i nämnda duplexa rostfria stållegering över 0,3 vikt-%. Denna halt av N förbättrar de fysiska egenskaperna hos den duplexa rostfria stållegeringen. i Enligt en annan utföringsform av uppfinningen är halten av Mn i nämnda duplexa rostfria stållegering max 4 vikt-°/°.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen är nämnda pansar utformat som en ballistisk plattartad panel, vilket är en fördelak- tig utformning av ett sådant pansar. Det påpekas att denna panel normalt är platt, men den kan ha varje form som är lämpad för exempelvis formen hos ett fordon eller kroppen hos en person.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen är nämnda pansar en platta utformad att föras in i fickor i skottsäker klädsel. Detta är en lämplig utformning av ett sådant pansar, eftersom det kan ges en låg vikt med avseende på energiabsorberingsförmågan och därigenom den ballistiska skyddsförmågan hos detta. Det påpekas att ”klädsel” skall tolkas brett »och kan även vara klädsel 10 15 20 *25 30 35 5311) 848 som täcker andra delar av en kropp än bröstet, såsom ben och huvudet Enligt en annan utföringsform av uppfinningen är pansaret en nämnd platta utformad att införas i en skottsäker väst för täck- ande av livsviktiga kroppsorgan, vilket är en föredragen använd- ning av ett sådant pansar tack vare dess fysiska egenskaper.

Nämnda platta måste tillsammans med västmaterialet ha förmåga att stoppa en kula och inte resultera i oacceptabelt trauma, det vill säga skada på därunder belägna kroppsvävnader. Detta kan uppnås genom stoppande av kulan av plattan utan att tränga igenom den eller/genom att förorsaka en sådan deformation av kulan när den passerar genom plattan att kulan kommer att stanna inom västen.

Uppfinningen avser även en användning av en duplex rostfri stållegering såsom definierad ovan som ett pansar för ballistiskt skydd av människokroppen. Fördelarna med en sådan använd- ning av en sådan duplex rostfri stållegering tack vare dess bete- ende när den träffas av en kula samt hos utformningarna därav definierade i de beroende användningskraven framträder klart av diskussionen ovan av pansaret enligt föreliggande uppfinning.

Uppfinningen avser även en skottsäker väst med en eller flera fickor och en eller flera ballistiska plattartade paneler lnförbara i och/eller mottagna av dessa fickor för täckande av livsviktiga kroppsorgan hos en bärare av västen, varvid åtminstone en bal- listisk plattartad panel är gjord av en duplex rostfri stållegering såsom definierad ovan. En sådan skottsäker väst av ett visst material, såsom Kevlar® och Dyneema®, som uppvisar utmärkta ballistiska skyddsegenskaper under erbjudande av en hög grad av bekvämlighet för personen som bär västen tillhandahålls på detta sätt.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är nämnda ballistiska plattartade panel utformad att uppfylla Ballistisk Standard hos Svenska Polisen, som kräver för nivå 3-skydd att pansaret skall 10 15 20 C25 30 35 53Ü B48 stoppa en skottsalva av Para 9,0, FMJ-ammunition av typen Va- nas m/39B med 420 m/s. Nämnda panel kan då ha en minimi- tjocklek av 1,0-1,5 mm, sà att vikten hos denna kan vara làg även om den täcker en avsevärd area.

KORT BESKRIVNING AV R|TNlNGEN Fig 1 är en förenklad vy illustrerande användningen av ett pansar för ballistiskt skydd av människokroppen enligt föreliggande upp- finning i form av en platta utformad att föras in i en ficka i en skottsäker väst för täckande av kroppsorgan (hjärtregionen) av vital betydelse. z/ DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN En hög energiabsorberingskapacitet med avseende på tjockleken hos ett organ i form av ett pansar för ballistiskt skydd av männi- skokroppen uppnàs genom användande av en duplex rostfri stàllegering enligt uppfinningen. Legerlngen enligt uppfinningen innehåller (i vikt-%): C max 0,2% Si 0,05-2,0% Mn 0,1-10% Cr ,20-35% Ni 0,1-12% Mo O-6,0% W 0-6% Cu 0-3% Co 0-5% N 0,05-0,65% varvid resten är Fe och normalt uppträdande föroreningar, varvid ferrithalten är 25-75 volym-%, och nämnda duplexa rostfria stàllegering har en sträckgräns som överskrider 1400 MPa.

Kol (C) har begränsad löslighet i både ferrit och austenlt. Den begränsade lösligheten medför en risk för utfällningar av krom- karbider och halten bör därför inte överskrida 0,2 vikt-%. 10 15 20 '25 30 35 5313 3-18 Kisel (Si) används som desoxideringsmedel under stålproduktio- nen och det ökar flytbarheten under produktion och svetsning.

För höga halter av Si leder emellertid till utfällning av oönskad intermetallisk fas, och halten begränsas därför till 2,0 vikt-%.

Mangan (Mn) tillsätts för att öka N-lösligheten i materialet. Det har emellertid visat sig att Mn endast har en begränsad påverkan på N-lösligheten i legeringstypen ifråga. Istället har det påträffats andra element med större påverkan på lösligheten. Halten av Mn begränsas till 0,1-10 vikt-%.

Krom (Cr) bör ha en hög halt för att få en mycket god N-löslighet i materialet. Halten bör därför vara åtminstone 20 vikt-%. Emel- lertid ökar höga halter av Cr risken för intermetalliska utfällningar och bildandet av CrN, av vilken orsak halten av krom inte bör överskrida 35 vikt-%.

Nickel (Ni) används som austenitstabiliseringselement och till- sätts i lämpliga halter för att uppnå den önskade halten av ferrit.

För att uppnå det önskade förhållandet mellan austenit- och fer- ritfasen med mellan 25-75 volym-%, företrädesvis 40-60 volym- %, ferrit, är en tillsats av 0,1-12 vikt-%, företrädesvis 3-7 vikt-% och mest föredraget 4 vikt-% nickel lämplig.

Molybden (Mo) är ett aktivt element som förbättrar korrosions- beständigheten l kloridmiljöer. Mo-halten bör här ligga inom om- râdet av O-6,0 vikt-%.

Volfram (W) ökar resistensen mot punkt- och spaltkorrosion. Men tillsatsen av alltför höga halter av volfram i kombination med att Cr-halterna samt Mo-halterna är höga innebär att risken för in- termetalliska utfällningar ökar. W-halten bör i föreliggande upp- finning ligga inom området av 0-6,0 vikt-%.

Koppar (Cu) kan tillsättas för att förbättra den allmänna korro- sionsbeständigheten samt den strukturella stabiliteten och möj- 10 15 20 '25 30 35 530' B48 ligheten att uppnå en hög sträckgräns. Cu-halten bör vara max 3,0 vikt-%.

Kobolt (Co) har egenskaper som ligger mellan dem hos järn och nickel. Ett mindre ersättande av dessa element med Co eller an- vändning av Co-innehàllande råmaterial (Ni-metallskrot inner- håller vanligtvis något Co, i en del fall i kvantiteter högre än 10%) kommer inte att resultera i någon avgörande förändring i egenskaperna. Tillsatsen av Co bör begränsas till 5,0 vikt-%.

Kväve (N) är ett mycket aktivt element som ökar korrosions- beständigheten, den strukturella stabiliteten samt hållfastheten hos materialet. Vid höga halter av N ökar risken för utfällning av kromnitrider, speciellt när samtidigt kromhalten är hög. N-halten bör därför begränsas till max 0,65 vikt-% och är företrädesvis över 0,3 vikt-%.

Halten av ferrit är viktig för att uppnå goda mekaniska egenska- per och korrosionsegenskaper. Ur synpunkten av mekaniska egenskaper är en halt av ferrit mellan 25-75 volym-% önskvärd för att uppnå goda sådana egenskaper. Dessutom medför höga halter av ferrit att slagsegheten vid låga temperaturer samt be- ständigheten mot väteinducerad sprödhet riskerar att försämras.

Halten av ferrit är således 25-75 volym-%, företrädesvis 40-60 volym-%.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER En experimentell duplex rostfri ståilegering enligt standarden UNS 832750, vilket innebär en halt i vikt-% av C max 0,03, Si max 0,8, Mn max 1,2, Cr 24-26, Ni 6-8, Mo 3-5, N 0,24-0,32 och Cu max 0,5, varvid resten är Fe, framställdes och utsattes för kallbearbetning och åldring för uppnående av en sträckgräns av 1455 MPa i kallvalsningsriktningen och 1482 MPa i riktningen tvärs denna. 10 15 20 25 30 53C! 848 10 En platta med en tjocklek av 1,3 mm uppnàddes således och för- des in i en skottsäker väst och tre skott avfyrades av en 9 mm Lugar på ett avstånd av 5 meter. Resultaten av proven framställs i Tabell 1.

Tabell 1 Skott Kulkaliber Kulhas- Träffvinkel Djup hos Resultat Nr 9mmx19 9x19/39B /6.8g iWeste tighet [°] trauma im/s (mm) I Weste 429.00 90° 33 s 2: iWeste 426.00 so° 32,8 s 3: I Weste 422.00 90” 28,5 s s = kula stoppad Följaktligen skulle en tunn platta vara tillräcklig för att tillsam- mans med västen effektivt stoppa en av ett skjutvapen av denna typ på kort avstånd avfyrad kula. Detta är beroende av den höga sträckgränsen (sträckgräns) i kombination med areakontraktionen och duktiliteten hos den duplexa rostfria stållegeringen som an- vänds för pansaret.

En möjlig applikation av ett pansar för ballistiskt skydd av männi- skokroppen enligt föreliggande uppfinning är schematiskt illustre- rad i fig 1, hos vilken en ballistisk plattartad panel i form av en platta 1, såsom den som testats ovan, införs i en ficka 2 hos en skottsäker väst 3 för täckande av livsviktiga kroppsorgan, här hjärtreglonen. En sådan väst kan naturligtvis ha ett flertal sådana fickor, och plattor 1 kan föras in i vissa av dessa före uppfyllande av speciellt riskfulla uppgifter, eller de kan alltid vara där.

Andra duplexa rostfria stållegeringar enligt uppfinningen för en sådan användning är följande: UNS S32205: (i vikt-%) C max 0,03, Si max 1,0, Mn max 2,0, Cr 22-23, Ni 4,5-6,5, Mo 3,0-3,5 och N 0,14-0,20. 10 15 530 848 11 UNS S32906: (i vikt-%) C max 0,03, Si max 0,8, Mn 0,8-1,5, Cr 28-30, Ni 5,8-7,5, Mo 1,5-2,6, N 0,3-0,4 och Cu 0,8.

UNS 3321012 (i vikt-%) C max 0,04, Mn 4-6, Si maX 1, Ni 1,35- 1,70, Cr 21-22, M0 0,1-0,8, N 0,20-0,25 OCh Cu 0,1-0,8.

S 3207: (i vikt-%) C max 0,05, Si max 2,0, Mn max 3,0, Cr 29-35, Ni 4,040, Mo 3,0-5,0 och N 0,45-0,55.

Alla dessa iegeringar innehåller resten Fe och normalt uppträ- dande föroreningar, varvid ferrithalten är 25-75 volym-%, och de har bearbetats tili en sträckgräns som överskrider 1400 MPa i alla riktningar.

Claims (20)

10 15 20 *25 30 35 530 848 12 PATENTKRAV

1. Pansar för ballistiskt skydd av människokroppen, känneteck- 931 därav, att det innefattar en duplex rostfri stàllegering inne- hållande i vikt-%: C max 0,2% Si 0,05-2,0% Mn 0,1-10% Cr 20-35% Ni 0,1-12% Mo 0-6,0% W 016% Cu 0-3% Co 0-5% N 0,05-0,65% varvid resten är Fe och normalt uppträdande föroreningar, varvid ferrithalten är 25-75 voiym-%, och att nämnda duplexa rostfria stàllegering har en sträckgräns som överskrider 1400 MPa.

2. Pansar enligt krav 1, känneteckn-at därav, att nämnda duplexa rostfria stàllegering har en kontraktion vid dragprov motsvarande en areakontraktion som överskrider 20%, företrädesvis överskri- der 30%.

3. Pansar enligt krav 1 eller 2, kännetecknat därav, att nämnda duplexa rostfri stàllegering har en brottförlängning som överskri- der 5%, företrädesvis överskrider 6%.

4. Pansar enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att halten av Ni i nämnda duplexa rostfria stàllegering är 3-7 vikt- %, företrädesvis 4-7 vikt-%.

5. Pansar enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att nämnda duplexa rostfria stàllegering är någon av UNS 832750, UNS 832205, UN8 832906, UN8 832101 och 83207, varvid den senare är en legering i vilken C är max 0,05%, Si max 10 15 20 '25 30 35 538 848 13 2,0%, Mn max 3,0%, Cr 29-35%, Ni 4,0-10%, Mo 3,0-5,0% och N 0,45-0,55%, allt uttryckt i vikt-%, varvid resten är Fe.

6. Pansar enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att halten av Cu i nämnda duplexa rostfria stàllegering är över 0,2 vikt-%.

7. Pansar enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att halten av N i nämnda duplexa rostfria stàllegering är över 0,3 vikt-%.

8. Pansar enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att halten av Mn i nämnda duplexa rostfria stàllegering är max 4 vikt-%.

9. Pansar enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att det är utformat som en ballistisk plattartad panel.

10. Pansar enligt krav 9, kännetecknat därav, att det är en platta utformad att föras in i fickor i skottsäker klädsel.

11. Pansar enligt krav 10, kännetecknat därav, att det är utfor- mat att föras in i en skottsäker väst för täckande av livsviktiga kroppsorgan..

12. Användning av en duplex rostfri stàllegering innehållande i vikt-%: C max 0,2%, Si 0,05-2,0%, Mn 0,1-10%, Cr 20-35%, Ni 0,1-12%, Mo 0-6,0%, W 0-6%, Cu 0-3%, Co 0-5%, N 0,05-0,65%, varvid resten är Fe och normalt uppträdande föroreningar, varvid ferrithalten är 25-75 volym-% och nämnda duplexa rostfria stàlle- gering har en sträckgräns som överskrider 1400 MPa, som ett pansar för ballistiskt skydd av människokroppen.

13. Användning enligt krav 12, varvid nämnda pansar är en ballis- tisk plattartad panel. 10 15 20 125 30 5313 848 14

14. Användning enligt krav 13, varvid nämnda panel är utformad att föras in i en ficka i klädsel, såsom en skottsäker väst.

15. Användning enligt krav 14, varvid nämnda panel används för att täcka livsviktiga kroppsorgan hos en person genom att föras in i en ficka hos en nämnd skottsäker väst.

16. Användning enligt krav 12, varvid nämnda pansar är anordnat i ett fordon för ballistiskt skydd av människor i nämnda fordon.

17. Skottsäker väst med en eller flera fickor och en eller flera bal- listiska plattartadëvpaneler införbara i och/eller mottagna av dessa fickor för täckande av livsviktiga kroppsorgan hos en bärare av västen, kännetecknad därav, att nämnda åtminstone ena ballis- tiska plattartade panel är gjord av en duplex rostfri stàllegering såsom definierad i något av kraven 1-8.

18. Skottsäker väst enligt krav 17, kännetecknad därav, att nämndaballistiska plattartade panel är utformad att uppfylla Bal- listisk Standard hos Svenska Polisen, som kräver för nivå 3-skydd att pansaret skall stoppa en skottsalva av Para 9,0, FMJ-ammuni- tion av typen Vanas m/39B med 420 m/s.

19. Skottsäker väst enligt krav 18, kännetecknad därav, att pa- nelen har en minimitjocklek av 1,0-1,5 mm.

20. Skottsäker väst med en eller flera fickor utformade att mottaga åtminstone en ballistisk plattartad panel för skyddande av livsvik- tiga kroppsorgan hos en bärare av västen, varvid förbättringen består av att västen innefattar åtminstone en nämnd panel gjord av en duplex rostfri stàllegering såsom definierad i något av kra- ven 1-8.