一种超高强防弹钢板及其制备方法与流程

本发明涉及钢板生产技术领域，特别涉及一种超高强防弹钢板及其制备方法。

背景技术：

防弹钢板一般应用在防弹防护防爆等项目上，比靶场设备，防弹门，防弹头盔，防弹衣，防弹盾牌；银行柜台，机要保险柜；防暴车，防弹运钞车，靶场设备，装甲运兵车，战车，潜艇，登陆艇，缉私艇，直升机等，但是，现有技术中的防弹钢板的冷成形性能差，折弯易开裂，只能采用多块钢板拼焊的方法制造防弹车辆外防护板或其他复杂形状防弹器件，而焊缝附近热影响区软化造成该位置防弹性能下降，特别是在焊接热影响区的不完全重结晶区在进行打靶试验过程中打穿，造成安全隐患。

技术实现要素：

本发明提供一种超高强防弹钢板及其制备方法，解决了或部分解决了现有技术中的防弹钢板的冷成形性能差，折弯易开裂，只能采用多块钢板拼焊的方法制造防弹车辆外防护板或其他复杂形状防弹器件的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种超高强防弹钢板，所述钢板的化学成分按重量百分比为：c：0.26～0.34％；si：0.20-0.60％；mn：1.1～1.4％；nb：0.025～0.04％；mo：0.5～1.0％；v：0.05～0.10％；ti：0.01～0.04％；al：0.01～0.06％；ni：0～1.1％；cu：0～0.6％；w：0.8～1.2％；p：≤0.010％；s：≤0.004％；n：≤0.008％；其余为fe及不可避免杂质。

进一步地，所述钢板的厚度为2-12mm。

本发明另一个方面，提供了一种超高强防弹钢板的制备方法，包括以下步骤：将铁水通过转炉或电炉冶炼、lf精炼或rh精炼获得权利要求1所述成分的钢水后连铸获得铸坯；将所述铸坯进行加热炉再加热后，再经过粗轧、精轧获得热轧板；将所述热轧板进行层流冷却后，再经过卷曲成卷获得钢卷；将所述钢卷进行缓冷，再经过连续热处理获得成品；其中，所述铸坯在加热炉内加热至1240～1280℃，加热时间大于210分钟，进行粗轧、精轧的所述铸坯的中间坯厚度采用5倍～10倍成品厚度，精轧入口温度为1000℃～1080℃，终轧温度为830～880℃，所述钢卷进行缓冷采用前段冷却模式进行层流冷却，目标卷取温度为650℃～750℃。

进一步地，所述钢卷下线后使用缓冷坑进行缓冷处理，缓冷时间大于72小时，钢卷缓冷至≤150℃时出坑。

进一步地，所述钢卷进行连续热处理包括：将缓冷后的所述钢卷进行开卷，再进行矫直；将矫直后的所述钢卷进行高频感应加热，然后进行淬火，再进行感应回火加热；将感应回火后的所述钢卷进行横切，获得所述成品。

进一步地，所述钢卷进行连续高频感应加热，加热温度为850-950℃，加热速率大于每秒100℃。

进一步地，对高频感应加热后的钢卷进行保温，保温时间小于10分钟。

进一步地，对加热后钢卷进行淬火处理，采用水淬，目标温度为室温。

进一步地，对淬火后钢卷进行高频感应回火加热，加热温度为250～450℃，加热速率大于每秒100℃。

进一步地，对回火加热后钢卷进行保温，保温时间小于20分钟，后空冷至室温。

本发明提供了一种盾牌用钢板及其制备方法，在钢板内添加c化学成分按重量百分比为0.26～0.34％，mn化学成分按重量百分比为1.1～1.4％，si化学成分按重量百分比为0.20-0.60％，通过控制c、si加入量控制碳当量，适当提高mn含量保证强度，合金方面采用ni、cu复合添加强化，另外添加nb改善原始钢板组织状态，添加一定量的v改善焊接不完全重结晶区强度，w化学成分按重量百分比为0.8～1.2％，目的为提高焊接热影响区防弹性能及钢板在连续子弹打击温度升高后的防弹性能，通过添加高mo保证材料的淬透性，充分发挥组织强化、析出强化等强化效果，再通过粗轧、精轧、连续热处理的工艺改进，生产出超高强防弹板，材料具有良好的可焊性、防弹性能、冷成形性能及低温冲击韧性，得到的超高强防弹钢板，抗拉强度大于1800mpa，延伸率大于8％，-20℃冲击功大于40j，180°冷弯b＝35mm/d＝6a不开裂，材料同时具有良好的焊接性能和防弹性能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的超高强防弹钢板的金相组织图；

图2为图1中超高强防弹板的析出物电镜照片。

具体实施方式

参见图1-2，本发明实施例提供的一种盾牌用钢板，所述钢板的化学成分按重量百分比为：c：0.26～0.34％；si：0.20-0.60％；mn：1.1～1.4％；nb：0.025～0.04％；mo：0.5～1.0％；v：0.05～0.10％；ti：0.01～0.04％；al：0.01～0.06％；ni：0～1.1％；cu：0～0.6％；w：0.8～1.2％；p：≤0.010％；s：≤0.004％；n：≤0.008％；其余为fe及不可避免杂质。所述钢板的厚度为2-12mm。

碳：碳在热处理高强钢中发挥重要作用，一方面通过添加c可显著提高材料的强度，提高防弹能力，但为保证材料的低温冲击韧性和可焊性，需要对上下限做明确限定，本发明采用的碳含量为0.25～0.34％。

硅：硅为固溶强化元素，但添加过高硅会对材料的塑性产生负面影响。本发明添加硅含量为0.20-0.60％％。

锰：锰具有固溶强化作用，同时可提高材料淬透性，是提高材料强度重要元素之一，但锰含量添加过高容易产生偏析并会降低材料韧性，恶化性能。由于本发明控制了c加入量，可适当提高mn加入量，本发明添加锰含量为1.1～1.4％。

硫和磷：硫和磷元素过高会对材料韧性和塑性有不利影响。本发明限定了硫含量应控制在0.004％以内，磷含量应控制在0.01％以内。

铝：铝为脱氧元素，同时具有一定的晶粒细化效果。本发明限定了铝含量为0.01％～0.06％。

钼：钼可提高材料淬透性，控制热处理冷却组织，细化晶粒，提高材料塑性和强度。本发明添加了0.50％-1.00％的mo，提高了组织强化的贡献，采用高mo替代添加b，提高材料整体的塑韧性。

铌：添加nb的主要目的是细化晶粒，配合采用较低的精轧区轧制温度可得到细小均匀的铁素体晶粒，热处理基料组织细小对后续热处理具有遗传效果，有利于提高最终成品钢板的强韧性；另一方面，nb同时具有析出强化作用，有利于提高材料的强度及焊缝热影响区的性能。本发明添加的nb含量为0.025％～0.04％。

钛：本发明中钛的主要作用为固氮，通过形成tin降低钢中游离的n，提高材料使用性能；另外，多余的ti与c结合，起到析出强化作用，但tic的析出强化会对材料的低温冲击韧性造成损失，因此需控制上限。本发明添加0.01-0.04％ti。

钒：本发明设计成分设计的重要合金元素为高v的加入，热轧的卷取温度考虑了v元素的析出强化及组织细化效果。本发明添加0.05％～0.10％的v进行微合金化，配合合适的生产工艺，在热轧卷板中已得到大量细小弥散分布的v的析出物，在热处理回火过程中进一步析出v的析出物大幅提高材料的强度水平，同时焊缝热映区v的析出物可组织奥氏体长大，细化热影响区组织，提高焊缝热影响区综合性能。

cu：本发明加入cu的目的是提高材料的整体强度；本发明添加0.3～0.6％cu；

ni：本发明加入ni的目的是改善材料的韧性，避免添加cu后出现裂纹，同时高ni的加入有利于提高材料的防弹性能和改善焊接接头性能，本发明添加0.6～1.1％ni。

氮：氮含量过高会严重恶化材料的塑性和韧性，特别是对于热处理高强钢，因此，本发明限定氮含量应小于0.008％。

w：本发明化学成分核心设计为添加w元素，加入w可提高防弹板的强度、耐热性能及回火稳定性，减小淬火时钢的晶粒长大，提高焊接接头性能。同时，加入w可以提高钢板在连续打靶射击，温度升高后的防弹性能。本发明添加0.8-1.2w％。

本发明采用的生产工艺控制要点为，冶炼过程严格控制p、s、n含量，保证铸坯质量。轧制过程严格控制各控轧控冷工艺参数，钢卷卷取后进缓冷坑进行缓冷处理，可提高热轧卷板的性能均匀性和板形质量。

本申请技术方案在钢板内添加c化学成分按重量百分比为0.26～0.34％，mn化学成分按重量百分比为1.1～1.4％，si化学成分按重量百分比为0.20-0.60％，通过控制c、si加入量控制碳当量，适当提高mn含量保证强度，合金方面采用ni、cu复合添加强化，另外添加nb改善原始钢板组织状态，添加一定量的v改善焊接不完全重结晶区强度，w化学成分按重量百分比为0.8～1.2％，目的为提高焊接热影响区防弹性能及钢板在连续子弹打击温度升高后的防弹性能，通过添加高mo保证材料的淬透性，为避免出现粗大马氏体板条充分发挥组织强化、析出强化等强化效果，再通过粗轧、精轧、连续热处理的工艺改进，生产出超高强防弹板，材料具有良好的可焊性、防弹性能、冷成形性能及低温冲击韧性，得到的超高强防弹钢板，抗拉强度大于1800mpa，延伸率大于8％，-20℃冲击功大于40j，180°冷弯b＝35mm/d＝6a不开裂，材料同时具有良好的焊接性能和防弹性能。

本申请采用中低c、中mn、高mo、高v高w的成分设计思路，充分发挥组织强化、析出强化等强化效果，生产出超高强防弹板，材料具有良好的可焊性、防弹性能、冷成形性能及低温冲击韧性。

本申请所述的超高强防弹钢板化学成分采用中低c、低si、高mn设计，通过控制c、si加入量控制碳当量，适当提高mn含量保证强度，合金方面采用ni、cu复合添加强化，另外添加nb改善原始钢板组织状态，添加一定量的v改善焊接不完全重结晶区强度，最为核心的设计为添加w元素，目的为提高焊接热影响区防弹性能及钢板在连续子弹打击温度升高后的防弹性能。通过添加高mo保证材料的淬透性，为避免出现粗大马氏体板条，不添加cr和b元素。

本申请采用的生产工艺控制要点为，冶炼过程严格控制p、s、n含量，保证铸坯质量。

本发明另一个方面，提供了一种生产上述超高强防弹钢板的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将铁水通过转炉或电炉冶炼、lf精炼或rh精炼获得权利要求1所述成分的钢水后连铸获得铸坯。

步骤2，将所述铸坯进行加热炉再加热后，再经过粗轧、精轧获得热轧板。

步骤3，将所述热轧板进行层流冷却后，再经过卷曲成卷获得钢卷。

步骤4，将所述钢卷进行缓冷，再经过连续热处理获得成品。

其中，具体工艺参数控制如下：

所述铸坯在加热炉内加热至1240～1280℃，加热时间大于210分钟，保温时间按照有效厚度1～1.5min/mm计算，采用较高的加热温度的目的在于保证奥氏体均匀化及合金元素如铸坯中形成的ti、nb、v的化合物溶解的更加充分。

进行粗轧、精轧的所述铸坯的中间坯厚度采用5倍～10倍成品厚度，保证具有足够的奥氏体未再结晶区压下量，有利于细化晶粒；增加中间坯厚度同时可以缩短中间坯长度，从而减小进精轧头尾温度差，防止尾部温度降低过大增加轧机负荷。精轧入口温度为1000℃～1080℃，终轧温度为830～880℃，采用较低的精轧区温度是得到细小均匀晶粒的有效方法，避免热轧卷板组织粗大和带状组织的出现。

所述钢卷进行缓冷采用前段冷却模式进行层流冷却，目标卷取温度为650℃～750℃。一方面有利于加强相变后的组织强化，另一方面有利于增强析出强化效果，得到更多铁素体中的细小析出产物，从而有效提高材料强度。本发明采用的目标卷取温度为650℃～750℃，主要考虑到v、nb、ti的相间析出和在铁素体中的析出，卷取温度下限需严格控制大于650℃，避免在热轧卷板中出现贝氏体组织，影响板形质量。

所述钢卷下线后使用缓冷坑进行缓冷处理，缓冷时间大于72小时，钢卷缓冷至≤150℃时出坑。采用缓冷坑对钢卷进行缓冷，可以使材料的通卷力学性能更加均匀，并可以有效使内应力得到释放和均匀化，从而改善板形质量，有利于后续热处理板形和残余应力的控制。

详细介绍步骤4。

所述钢卷进行连续热处理包括：

步骤41，将缓冷后的所述钢卷进行开卷，再进行矫直。

步骤42，将矫直后的所述钢卷进行高频感应加热，然后进行淬火，再进行感应回火加热。

步骤43，将感应回火后的所述钢卷进行横切，获得所述成品。

其中，所述钢卷进行连续热处理具体工艺参数控制如下：

所述钢卷进行连续高频感应加热，加热温度为850-950℃，加热速率大于每秒100℃。采用高频感应加热的目的在于控制淬火马氏体组织形貌，提高加热速率有利于淬火得到更加细小的马氏体和贝氏体板条，并有利于控制淬火组织中碳化物形貌。

对高频感应加热后的钢卷进行保温，保温时间小于10分钟。控制保温时间，可减小奥氏体晶粒长大，并防止热轧卷板中的v、ti、nb的碳化物回溶；对加热保温后钢板进行淬火处理，采用水淬，目标温度为室温，淬火后可得到细小的马氏体+贝氏体组织。

对加热后钢卷进行淬火处理，采用水淬，目标温度为室温。对淬火后钢卷进行高频感应回火加热，加热温度为250～450℃，加热速率大于每秒100℃。对回火加热后钢卷进行保温，保温时间小于20分钟，后空冷至室温。采用感应快速加热的目的在于控制渗碳体形貌；对回火加热后钢板进行保温，保温时间小于20分钟，通过快速加热和严格控制保温时间，可得到细小断续分布的渗碳体，ti的析出得以保留，提高材料的强度。采用250-450℃中高温回火，同时有利于消除钢板残余应力，有利于控制材料的不平度及保证下料后不变形。

轧制过程严格控制各控轧控冷工艺参数，钢卷卷取后进缓冷坑进行缓冷处理，可提高热轧卷板的性能均匀性和板形质量。

为了更清楚本发明实施例，下面从本发明实施例的使用方法上予以介绍。

超高强防弹板个元素的化学成分的重量百分比见表1：

表1超高强防弹钢板具体实施例化学成分

制备方法如下：

s2：将铸坯放入加热炉进行加热，控制加热温度和保温时间。

s3：将加热后的铸坯放入轧机进行轧制，控制精轧入口和出口温度，得到目标厚度钢板。

s4：对热轧板进行冷却，采用前段冷却模式进行层流冷却，将冷却后的热轧板进行卷取，获得钢板成品；卷取过程中的目标卷取温度控制为650-750℃；钢板成品的厚2-12mm。

s5：对热轧板卷下线后使用缓冷坑进行缓冷处理，缓冷时间大于72小时，钢卷缓冷至≤150℃时出坑。

s6：对钢卷进行连续高频感应加热及保温，后水淬至室温。

s7：对淬火后钢板进行感应回火加热及保温，后空冷至室温。

1-7号实施例具体生产工艺参数见表2：

表2超高强防弹钢板实施例生产工艺参数

1-7号实施例热处理后超高强防弹钢板的力学性能见表3：

表4具体打靶方式和结果

本发明提供的超高强防弹板通过合理设计钢中化学成分的比例，充分发挥固溶强化、相变强化、组织强化、析出强化等强化效果，使最终获得的钢板成品具有良好的强度、韧性、焊接性能及板形质量。材料在具有优良的综合力学性能同时，具有超高的防护性能，适用于北约4569防弹标准1-2级防护及其他欧标、美标及国标防弹板相应级别的防护。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。