专利名称：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lOOOMPa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"(CN25739卯)、"装甲复合材料"(CN1429148)、"一种陶瓷球/树脂复合材料装甲板技术。
(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A1， 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 0.60wt0/。， Al为0.05 1.20wt% ， Co为0.05 0.50wt0/0， 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。/0。
所述的热轧与热处理的工艺是先将铸坯在1150 125(TC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'C条件下奥氏体化0.2 0.6小时；然后在200 50(TC 条件下和氮气气氛中保温IO. 0 240. 0小时，随炉冷却至室温，或在200 50(TC、氮气气氛和 8 12T强磁场的条件下保温l. 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^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。
具体实施例方式
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 1.80wt0/。， Mn为1.60 1.90wt。/。， Cr为1.30 1.60wt0/。， Mo为0.30 0.60wt0/0， Al为0.05 0.60wt0/0， Co为0.05 0.20wt0/0， 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6.00wt0/0。
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'C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'C 条件下奥氏体化0.4 0.6小时；然后于氮气气氛下和在200 35(TC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 32MPam172。 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 1.60wt0/。， Mo为0.30 0.60wt0/0， Al为0.60 1.20wt0/0， Co为0.20 0.50wt0/0， 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。/c。
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'C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 95(TC 条件下奥氏体化0.4 0.6小时；然后在200 35(TC、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"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 1.50wt0/。， Mn为1.90 2.20wt。/。， Cr为1.00 1.30wt。/。， Mo为0.10 0.30wt0/0， Al为0.05 0.60wt0/0， Co为0.05 0.20wt0/0， 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。/0。
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 120(TC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950 105(TC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'C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"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 1.50wt0/。， Mn为1.90 2.20wt。/。， Cr为1.00 1.30wt0/。， Mo为0.10 0.30wt0/0， Al为0.60 1.20wt。/c)， Co为0.20 0.50wt0/0， 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6.00wt0/0。
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 120(TC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950 105(TC 条件下奥氏体化0.2 0.4小时；然后在350 500'C、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"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靭 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^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。
权利要求
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；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。
2、 根据权利要求l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。C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850 105(TC条件下奥氏体化0.2 0.6小时；然后在200 50(TC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 50(TC、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l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。/0。
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。
全文摘要
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。
文档编号C22C38/38GK101624681SQ200910063579
公开日2010年1月13日 申请日期2009年8月11日 优先权日2009年8月11日
发明者吴开明, 锋 胡 申请人:武汉科技大学