CN106148824A - 一种c级运钞车用防弹钢板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钢板生产的技术领域，具体的涉及一种C级运钞车用防弹钢板及其制备方法。该种C级运钞车用防弹钢板，所述钢板熔炼化学组成按重量百分比为：C：0.22‑0.24%；Si：0.12‑0.20%；Mn：1.02‑1.20%；P≤0.007%；S≤0.003%；Alt：0.020‑0.030%；Cr：0.25‑0.35%；Mo：0.10‑0.15%；Ti：0.015‑0.025%；[O]≤10ppm；[N]≤12ppm；[H]≤2ppm；余量为Fe及不可避免的杂质。该钢板具有优异的防弹性能、较高的纯净度、良好的板形，并易于焊接。

Description

一种C级运钞车用防弹钢板及其制备方法
技术领域
本发明属于钢板生产的技术领域，具体的涉及一种C级运钞车用防弹钢板及其制备方法。
背景技术
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，C级运钞车的驾驶舱和厢体的防弹能力应达到抗子弹穿透要求，同时其舱体结构强度要保证在30min内不被标准TNT炸药和其他工具联合破坏，因此具有抗爆轰波冲击的防弹钢板是制造C级运钞车的关键材料之一。根据近年来的研究表明，钢板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板的性能之外，对其工艺性能、表面品质、可焊接性、制造成本也有很高要求，防弹钢(特别是高硬度防弹钢板)在加工过程中大都存在切削加工和焊接难度的缺陷，同时作为一种汽车用钢板，还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。随着轻量化技术的广泛应用，C级防护车辆大都采用5-8mm防弹钢板制造。
传统防弹钢主要靠含碳量来控制钢的硬度以达到抵御子弹攻击的功能，为了达到高度均质的效果，不得不向钢中加入合金元素，尤其是大量Cr、Mo、Ni的使用，虽然能有效改善淬透性，但容易形成合金偏析，恶化钢的冷、热加工工艺性能，另外，含B钢中易出现晶界偏聚，恶化韧性。
CN102181795B提供了“一种超高强度防弹钢板及其制造工艺”，该钢的成分采用了高碳、高锰设计思路，按重量百分比范围为：C 0.30-0.5、Si 0.40-0.60、Mn1.50-1.80、P≤0.025、S≤0.01、Cr+Ni+Mo≤2.5、Nb+V+Ti+B≤0.20，其余是Fe，经1180-1250℃加热，1000-1150℃开轧，850-900℃终轧，900-950℃热处理，以及采用了通水冷却的热冲压成型工艺，获得了3.7mm的C级超高强度轻量化防弹钢板，其屈服强度≥1500MPa，抗拉强度≥2000MPa，延伸率≥5％，每米的勺曲度≤3mm。此发明的缺陷是因具有高碳当量而导致焊接性能差；含有较高的Cr、Mo、Ni，容易造成偏析；钢板延伸率低，不易折弯冲压。
CN100359034C公开了“一种1000MPa级高强度热轧防弹钢板及其制造方法”，其成分是(重量百分比)：C 0.17-0.21％、Si 1.5-2.2％、Mn 1.5-2.0％、P≤0.035％、S≤0.010％、Al 0.015-0.060％、N≤0.0060％、Nb 0.010-0.050％、可加入Ti0.010-0.060％、Ca≤0.0050％，利用热轧工艺制造出了抗拉强度大于1000MPa的卷板，该发明中为了保证钢板强度而采用高硅、高锰设计，虽然制造成本较低，但P、S有害元素含量较高，容易造成钢板脆性而不利于抗弹性能，另外，由于硅含量偏高，不利于钢板表面质量控制，如钢板表面麻点、氧化铁皮等表面缺陷滋生。
CN105088090A提供了“一种抗拉强度2000MPa级的防弹钢板及其制造方法”，公开了一种抗拉强度2000MPa级且布氏硬度600级的防弹钢板，其化学元素质量百分配比为：C：0.35-0.45％；Si：0.80-1.60％；Mn：0.3-1.0％；Al：0.02-0.06％；Ni：0.3-1.2％；Cr：0.30-1.00％；Mo：0.20-0.80％；Cu：0.20-0.60％；Ti：0.01-0.05％；B：0.001-0.003％；余量为Fe和不可避免的杂质，通过880-930℃淬火、180-220℃低温回火制造出6-22mm的防弹钢板，抗拉强度可以达到2000MPa级，布氏硬度达到600级。该专利文献所描述的防弹钢碳含量极高，含有多种合金元素，不易匹配焊材，具有较高成本，并且该钢的韧性指标未被提及。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在的缺陷而提供一种C级运钞车用防弹钢板及其制备方法，该钢板具有优异的防弹性能、较高的纯净度、良好的板形，并易于焊接。
本发明的技术方案为：一种C级运钞车用防弹钢板，所述钢板熔炼化学组成按重量百分比为：C：0.22-0.24％；Si：0.12-0.20％；Mn：1.02-1.20％；P≤0.007％；S≤0.003％；Alt：0.020-0.030％；Cr：0.25-0.35％；Mo：0.10-0.15％；Ti：0.015-0.025％；[O]≤10ppm；[N]≤12ppm；[H]≤2ppm；余量为Fe及不可避免的杂质。
所述钢板的厚度为5-8mm。
所述C级运钞车用防弹钢板的制备方法，包括以下步骤：(1)KR铁水预处理；(2)转炉冶炼；(3)脱氧合金化；(4)CAS精炼；(5)LF精炼；(6)RH真空脱气；(7)电磁搅拌连铸；(8)铸坯冷装；(9)铸坯加热；(10)高压水除鳞；(11)4辊粗轧机粗轧；(12)4辊精轧机精轧；(13)热矫直；(14)真空淬火；(15)矫直；(16)去应力退火；(17)低温回火；(18)定尺切割。
所述步骤(11)4辊粗轧机粗轧中轧制道次数≤6，中间坯厚度为30mm，平均压下速度为31-35mm/s。
所述步骤(12)4辊精轧机精轧中轧制时间≤2.5min，轧制道次数≤4，平均压下速度为41-45mm/s。
所述步骤(14)真空淬火中真空度为0.5×105-0.8×105Pa，加热温度为870-890℃，加热时间为17-22min，水冷冷却速度为41-45℃/s。
所述步骤(16)去应力退火中退火温度为295-315℃，保温时间为11-15min，降温速度为1.1-1.8℃/s，出炉温度≤25℃。
所述步骤(17)低温回火中回火温度在150-175℃，保温时间在25-30min。
本发明的有益效果为：本发明所述C级运钞车用防弹钢板成分设计首要考虑是的保证钢板的力学性能，即强度、硬度、塑性、韧性。该钢种的抗拉强度在1800MPa以上，并且需要有良好的塑韧性，因此采用调质工艺是必要的；Cr、Mo对淬透性有帮助，可以提高强韧性，但加入过多，易导致偏析，增加焊接难度，故适量加入即可；B虽对淬火亦有贡献，但为避免晶界偏聚恶化韧性，不予添加；采用中碳、低锰既能使钢具有较低的碳当量，还可使钢在淬火后具有较好的强韧性匹配；P、S、O、N、H是有害元素，应极力降低，以保证钢质纯净度；碳当量是不容忽视的问题，过高易导致施焊困难，甚至焊接缺陷，此钢板的碳当量指标按照不大于0.54％进行设计。
所述的C级运钞车用防弹钢板，CEV(碳当量)≤0.54％，表面布氏硬度HBW530-550，抗拉强度Rm≥1800MPa，断后伸长率A50≥15％，不平度≤3mm/m，-40℃横向低温冲击功＞40J，满足《专用运钞车防护技术条件》(GA 164-2005)中C级防护标准。
本发明所述制备方法工艺路线中，各关键步骤的作用分别如下：LF精炼可以去除有害元素，深度脱S；RH真空脱气，起到降低H、N、O含量的作用，最大程度的减少夹杂物水平和等级；采用电磁搅拌连铸，可以改善铸坯质量；铸坯冷装的目的是预防钢板出现表面裂纹；真空淬火采用水淬方式，将轧后钢板在真空度低于1×105Pa的加热炉中加热至奥氏体化后，马上进入真空淬火机淬冷硬化，可以避免钢板氧化、脱碳和形变，保证钢板的表面品质；去应力退火是去除钢板内应力或残余应力而进行的热处理工艺，可以使钢板具有良好的板形并改善钢板的塑性，将淬火和热矫平后的钢板在低于AC1的温度下保持一定时间，然后缓慢冷却到室温；为了使钢板在高应变速率下具有最高的断裂应力，即高强度、高硬度，回火马氏体是最理想组织，低温回火是最终获得该组织的有效措施。
本发明解决了较薄规格C级运钞车用防弹钢板的板形控制难题，通过LF精炼和RH真空脱气及电磁搅拌连铸改善铸坯质量；采用真空淬火避免钢板氧化、脱碳和形变，保证钢板的表面品质；去应力退火去除钢板内应力或残余应力并改善钢板的塑性；低温回火使钢板在高应变速率下具有最高的断裂应力。利用双机架轧制和后续的真空淬火+去应力退火+低温回火工艺，制造出的钢板具有优异的防弹性能、较高的纯净度、良好的板形，较高的工艺性能和良好的表面品质，并易于焊接。该钢板具有优异的防弹性能、并具有良好的冷冲压易折弯、钣金成型性和优良的平直度。由此可见，本发明与现有技术相比，具有显著的进步。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行详细的说明。
实施例1
厚度为5mm的C级运钞车用防弹钢板。
钢板的熔炼化学组成按重量百分比为：C：0.22％；Si：0.12％；Mn：1.05％；P：0.006％；S：0.002％；Alt：0.025％；Cr：0.33％；Mo：0.11％；Ti：0.018％；[O]：5ppm；[N]：8ppm；[H]：1ppm；其余为Fe及不可避免的杂质。
制备上述钢板具体关键步骤和关键参数如下：
(1)4辊粗轧机粗轧，轧制道次数：4，中间坯厚度：30mm，平均压下速度32mm/s；
(2)4辊精轧机精轧，轧制时间：2.4min，轧制道次数：4，平均压下速度：42mm/s；
(3)真空淬火，真空度：0.5×105Pa，加热温度：875℃，加热时间：22min，水冷冷却速度：44℃/s；
(4)去应力退火，退火温度：300℃，保温时间：15min，降温速度：1.2℃/s，出炉温度：22℃。
(5)低温回火，回火温度：160℃，保温时间：29min。
实施例2
厚度为6mm的C级运钞车用防弹钢板。
钢板的熔炼化学组成按重量百分比为：C：0.23％；Si：0.16％；Mn：1.20％；P：0.007％；S：0.003％；Alt：0.028％；Cr：0.26％；Mo：0.15％；Ti：0.022％；[O]：6ppm；[N]：10ppm；[H]：2ppm；其余为Fe及不可避免的杂质。
制备上述钢板具体关键步骤和关键参数如下：
(1)4辊粗轧机粗轧，轧制道次数：5，中间坯厚度：30mm，平均压下速度35mm/s；
(2)4辊精轧机精轧，轧制时间：2.0min，轧制道次数：3，平均压下速度：45mm/s；
(3)真空淬火，真空度：0.7×105Pa，加热温度：885℃，加热时间：20min，水冷冷却速度：41℃/s；
(4)去应力退火，退火温度：315℃，保温时间：13min，降温速度：1.7℃/s，出炉温度：20℃。
(5)低温回火，回火温度：172℃，保温时间：30min。
实施例3
厚度为7mm的C级运钞车用防弹钢板。
钢板的熔炼化学组成按重量百分比为：C：0.22％；Si：0.20％；Mn：1.15％；P：0.005％；S：0.001％；Alt：0.022％；Cr：0.29％；Mo：0.11％；Ti：0.020％；[O]：5ppm；[N]：5ppm；[H]：1ppm；其余为Fe及不可避免的杂质。
制备上述钢板具体关键步骤和关键参数如下：
(1)4辊粗轧机粗轧，轧制道次数：5，中间坯厚度：30mm，平均压下速度32mm/s；
(2)4辊精轧机精轧，轧制时间：2.5min，轧制道次数：4，平均压下速度：41mm/s；
(3)真空淬火，真空度：0.6×105Pa，加热温度：890℃，加热时间：17min，水冷冷却速度：43℃/s；
(4)去应力退火，退火温度：295℃，保温时间：15min，降温速度：1.6℃/s，出炉温度：23℃。
(5)低温回火，回火温度：152℃，保温时间：29min。
实施例4
厚度为8mm的C级运钞车用防弹钢板。
钢板的熔炼化学组成按重量百分比为：C：0.24％；Si：0.15％；Mn：1.02％；P：0.005％；S：0.001％；Alt：0.022％；Cr：0.33％；Mo：0.13％；Ti：0.025％；[O]：9ppm；[N]：7ppm；[H]：1ppm；其余为Fe及不可避免的杂质。
制备上述钢板具体关键步骤和关键参数如下：
(1)4辊粗轧机粗轧，轧制道次数：4，中间坯厚度：30mm，平均压下速度32mm/s；
(2)4辊精轧机精轧，轧制时间：2.1min，轧制道次数：4，平均压下速度：41mm/s；
(3)真空淬火，真空度：0.5×105Pa，加热温度：872℃，加热时间：20min，水冷冷却速度：42℃/s；
(4)去应力退火，退火温度：310℃，保温时间：12min，降温速度：1.6℃/s，出炉温度：25℃。
(5)低温回火，回火温度：158℃，保温时间：25min。
表1为本发明实施例制造的C级运钞车用防弹钢板的性能指标，碳当量计算公式为CEV(％)＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15，表面布氏硬度值是用10mm的硬质合金球在29420N试验力下保持10s-15s测定所得；
表2为本发明实施例制造的C级运钞车用防弹钢板的防弹功能试验指标，防弹试验按照标准《专用运钞车防护技术条件》(GA164-2005)的要求进行试验，采用56式冲锋枪，56式7.62mm普通弹，每块钢板、每种射击距离下射击三发，着弹点成正三角形，每两点间距不大于100mm。
表1
表2
可以看出，利用本发明生产的C级运钞车用防弹钢板，板形良好，具有高强度、高耐磨、高塑性的力学性能，易于焊接，能广泛应用在运钞车制造领域，本发明与现有技术相比，具有显著的进步。

Claims (8)

1.一种C级运钞车用防弹钢板，其特征在于，所述钢板熔炼化学组成按重量百分比为：C：0.22-0.24%；Si：0.12-0.20%；Mn：1.02-1.20%；P≤0.007%；S≤0.003%；Alt：0.020-0.030%；Cr：0.25-0.35%；Mo：0.10-0.15%；Ti：0.015-0.025%；[O]≤10ppm；[N]≤12ppm；[H]≤2ppm；余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述C级运钞车用防弹钢板，其特征在于，所述钢板的厚度为5-8mm。
3.一种权利要求1所述C级运钞车用防弹钢板的制备方法，包括以下步骤：
（1）KR铁水预处理；（2）转炉冶炼；（3）脱氧合金化；（4）CAS精炼；（5）LF精炼；（6）RH真空脱气；（7）电磁搅拌连铸；（8）铸坯冷装；（9）铸坯加热；（10）高压水除鳞；（11）4辊粗轧机粗轧；（12）4辊精轧机精轧；（13）热矫直；（14）真空淬火；（15）矫直；（16）去应力退火；（17）低温回火；（18）定尺切割。
4.根据权利要求3所述C级运钞车用防弹钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤（11）4辊粗轧机粗轧中轧制道次数≤6，中间坯厚度为30mm，平均压下速度为31-35mm/s。
5.根据权利要求3所述C级运钞车用防弹钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤（12）4辊精轧机精轧中轧制时间≤2.5min，轧制道次数≤4，平均压下速度为41-45mm/s。
6.根据权利要求3所述C级运钞车用防弹钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤（14）真空淬火中真空度为0.5×105-0.8×105Pa，加热温度为870-890℃，加热时间为17-22min，水冷冷却速度为41-45℃/s。
7.根据权利要求3所述C级运钞车用防弹钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤（16）去应力退火中退火温度为295-315℃，保温时间为11-15min，降温速度为1.1-1.8℃/s，出炉温度≤25℃。
8.根据权利要求3所述C级运钞车用防弹钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤（17）低温回火中回火温度在150-175℃，保温时间在25-30 min。
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