高强度高韧性防弹钢及其制备方法、应用与流程

本发明属于冶金，具体为一种回火态高强度高韧性防弹钢及其制备方法、应用。

背景技术：

1、运钞车是在金融、安保服务行业中用于运输现金、金银、珠宝、有价证券、重要凭证及其他重要物品的车辆，随着社会的进步与经济的飞速发展，已被广泛使用，防弹是其最关键的功能之一。根据中华人民共和国公共安全行业标准ga164-2005《专用运钞车防护技术条件》，运钞车以其防弹、防暴能力的高低，由低至高分为a、b、c三个级别。

2、根据近年来的研究表明，防弹钢的抗弹性能取决于钢质纯净度、硬度、强度、韧性和厚度。强度、硬度越高，抗子弹侵彻性能越好，但特种车辆制造企业除了关注防弹钢的性能之外，对其工艺性能、表面品质、可焊接性、制造成本也有很高要求。如，作为一种汽车用防弹钢，防弹钢通常要求具有良好的冷冲压易折弯、钣金成型性和优良的平直度防弹钢(特别是高硬度防弹钢)，然而多数防弹钢在加工过程中存在切削加工和焊接难度的缺陷，形成了对于防弹钢加工性能的巨大挑战。

3、而常用技术中a、b级别的防弹钢常存在难以同时兼顾强度、韧性以及优异的防弹钢加工性能的技术问题。

技术实现思路

1、旨在解决上述常用技术中无法同时兼顾强度、韧性以及优异的防弹钢加工性能的技术问题，本发明提出了一种回火态高强度高韧性防弹钢，其化学组成与质量分数包括：碳0.08-0.12％，硅0.15-0.25％，锰1.7-1.9％，磷≤0.015％，硫≤0.003％，酸溶铝0.025-0.060％，铌0.050-0.060％，钛0.135-0.170％，钼0.22-0.32％，铬0.23-0.30％，氮≤0.0045％。

2、进一步的，所述防弹钢的金相组织是铁素体、碳化物双相组织，所述碳化物包括钛、钼复合微合金化碳化物。

3、进一步的，所述金相组织中，晶粒度等级不低于12级；

4、本发明提供了一种回火态高强度高韧性防弹钢的制备方法，包括步骤：

5、s1.加热钢坯；

6、其中，所述钢坯的化学组成与质量分数包括：碳0.08-0.12％，硅0.15-0.25％，锰1.7-1.9％，磷≤0.015％，硫≤0.003％，酸溶铝0.025-0.060％，铌0.050-0.060％，钛0.135-0.170％，钼0.22-0.32％，铬0.23-0.30％，氮≤0.0045％；

7、s2.对加热后的钢坯依次进行粗轧与精轧，得到钢带；

8、其中，所述粗轧的终轧温度为1050-1100℃，所述精轧的终轧温度为825-895℃；

9、s3.待所述钢带冷却至540-580℃后卷取，得钢卷；

10、s4.待所述钢卷冷却至室温；

11、s5.所述钢卷横切开平得到开平板，将所述开平板进行回火处理，得回火态高强度高韧性防弹钢。

12、进一步的，所述钢坯的厚度为210-250mm，所述回火态高强度高韧性防弹钢的厚度为2-8mm。

13、进一步的，所述钢坯的制备包括：钢水依次经kr脱硫、转炉冶炼、lf精炼、rh真空处理后，连铸得钢坯；其中，所述连铸的拉速≥0.85m/min。

14、进一步的，所述钢坯的加热温度为1270-1300℃，所述钢坯的加热时长为180-480min，所述钢坯的固溶时长为30min。

15、进一步的，所述步骤s3中所述钢带的冷却方式包括层流冷却，所述钢带的冷却速度为20-30℃/s。

16、进一步的，所述步骤s5中，所述回火处理的温度为640～660℃，所述回火处理的保温时长为16-27min。

17、本发明提供了一种如上任意所述的回火态高强度高韧性防弹钢和/或如上任意所述的制备方法制备得到的回火态高强度高韧性防弹钢在防弹设备中的应用。

18、与现有技术相比，本发明严格控制防弹钢(即回火态高强度高韧性防弹钢，下述同)中的元素含量，其中：

19、碳：本发明将碳含量控制在0.08-0.12％，碳在防弹钢中主要起到固溶强化作用。当碳含量高于0.12％时，会形成板条马氏体，导致防弹钢低温韧性降低的同时恶化焊接性能等加工性能。

20、硅：本发明将硅含量控制在0.15-0.25％。作为一种常用的脱氧剂，当硅含量高于0.25％，在导致防弹钢焊接性能与韧性同步受限的同时，也会造成轧钢过程氧化铁皮难以除净，影响表面质量。

21、锰：本发明将锰含量控制在1.7-1.9％。锰具有最高的淬透性硬化因子，可以实现防弹钢强度和韧性的双向提升。

22、磷和硫：本发明将磷含量控制在0.015％以下，硫含量控制0.003％以下。作为钢中有害夹杂元素，磷、硫易形成夹杂、偏析等缺陷，当磷、硫含量过高时，极易影响防弹钢的冲击韧性、延伸率、焊接性能及性能方向差异性。

23、铝：本发明将酸溶铝的含量控制在0.025-0.060％。适量的铝酸溶能够固定防弹钢中的自由[n]，降低焊接热影响区(haz)自由[n]，改善焊接haz的低温韧性作用。但当钢中的酸溶铝含量大于0.060％，在造成浇铸困难的同时，还会在防弹钢中形成大量弥散的针状al2o3夹杂物，损害防弹钢低温韧性以及焊接性能。

24、铌：本发明将铌的含量控制在0.050-0.060％。铌是碳化物形成元素，能够提高奥氏体再结晶温度，使得奥氏体可以在更高的轧制温度下进行轧制。此外，nb能够控制轧制处理后续冷却过程中的析出强化作用，通过nb的碳氮化物的应变诱导析出可以钉轧奥氏体晶粒，细化奥氏体晶粒并提高强度及低温韧性。但受到碳含量的限制和加热温度的影响，当铌含量高于0.060％时无法固溶，还会导致焊接性能的恶化。

25、钛：本发明将钛的含量控制在0.135-0.170％。ti具有强烈的固n作用，钛与碳形成的tic比较稳定，可以抑制晶粒长大，而钛与氮结合形成tin，能够抑制焊接热影响区晶粒的粗化。

26、钼：本发明将钛的含量控制在0.22-0.32％。钼作为中强碳化物形成元素，适量的钼可以提高微合金碳氮化物的热稳定性，降低热加工过程中组织的不均匀问题，从而规避防弹钢在火焰切割和焊接过程中不均匀受热产生的变形，从而保证产品构件的精度。

27、铬：本发明将铬的含量控制在0.23-0.30％。适量含量的铬对钢有很大的强化作用，能提高防弹钢的强度、硬度和耐磨性。含量大于0.2％的铬会增加焊接难度。

28、氮：本发明将氮的含量控制在0.0045％以下。但氮元素的含量高于0.0045％时，不仅不利于钢得韧性，还会消耗钛、减弱钛的强化作用。

29、本发明通过调控高强度高韧性防弹钢中各元素的种类、含量，强化了各元素的协同效果，在保证了防弹钢强度与韧性的符合行业标准的同时，有效地改善了防弹钢的加工性能，解决了防弹钢在加工过程中存在的切削加工、焊接难度高的缺陷，从而提高防弹钢下料及折弯效率。

技术特征：

1.一种回火态高强度高韧性防弹钢，其特征在于，其化学组成与质量分数包括：碳0.08-0.12％，硅0.15-0.25％，锰1.7-1.9％，磷≤0.015％，硫≤0.003％，酸溶铝0.025-0.060％，铌0.050-0.060％，钛0.135-0.170％，钼0.22-0.32％，铬0.23-0.30％，氮≤0.0045％。

2.根据权利要求1所述的回火态高强度高韧性防弹钢，其特征在于，所述防弹钢的金相组织是铁素体、碳化物双相组织，所述碳化物包括钛、钼复合微合金化碳化物。

3.根据权利要求2所述的回火态高强度高韧性防弹钢，其特征在于，所述金相组织中，晶粒度等级不低于12级。

4.一种回火态高强度高韧性防弹钢的制备方法，其特征在于，包括步骤：

5.根据权利要求4所述的回火态高强度高韧性防弹钢的制备方法，其特征在于，所述钢坯的厚度为210-250mm，所述回火态高强度高韧性防弹钢的厚度为2-8mm。

6.根据权利要求4所述的回火态高强度高韧性防弹钢的制备方法，其特征在于，所述钢坯的制备包括：钢水依次经kr脱硫、转炉冶炼、lf精炼、rh真空处理后，连铸得钢坯；其中，所述连铸的拉速≥0.85m/min。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述钢坯的加热温度为1270-1300℃，所述钢坯的加热时长为180-480min，所述钢坯的固溶时长为30min。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中所述钢带的冷却方式包括层流冷却，所述钢带的冷却速度为20-30℃/s。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中，所述回火处理的温度为640-660℃，所述回火处理的保温时长为16-27min。

10.一种如权利要求1-3任意一项所述的回火态高强度高韧性防弹钢和/或如权利要求4-9任意一项所述的制备方法制备得到的回火态高强度高韧性防弹钢在防弹设备中的应用。

技术总结
本发明提供了一种回火态高强度高韧性防弹钢，其化学组成与质量分数包括：碳0.08‑0.12％，硅0.15‑0.25％，锰1.7‑1.9％，磷≤0.015％，硫≤0.003％，酸溶铝0.025‑0.060％，铌0.050‑0.060％，钛0.135‑0.170％，钼0.22‑0.32％，铬0.23‑0.30％，氮≤0.0045％。本发明解决了防弹钢在加工过程中存在的切削加工、焊接难度高的缺陷，效果显著，值得推广。

技术研发人员：王成,肖爱达,梁亮,齐江华,刘怡私,董常福,周剑丰,胡大
受保护的技术使用者：湖南华菱涟源钢铁有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15