CN108425070A

CN108425070A - 一种1000MPa级抗冲击波钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN108425070A
Application number: CN201810496889.5A
Authority: CN
Inventors: 潘辉; 韩赟; 郭佳; 李晓林; 刘杰; 崔阳
Original assignee: Shougang Group Co Ltd
Current assignee: Shougang Group Co Ltd
Priority date: 2018-05-22
Filing date: 2018-05-22
Publication date: 2018-08-21
Anticipated expiration: 2038-05-22
Also published as: CN108425070B

Abstract

本发明公开了一种1000MPa级抗冲击波钢板及其制造方法，属于金属材料技术领域。按照质量百分比，所述抗冲击波钢板的化学成分包括：C：0.10％～0.15％，Mn：4.0％～5.0％，Als：1.0％～1.5％，P≤0.01％，S≤0.004％，Nb：0.03％～0.60％，其余为Fe及不可避免的杂质。其制造方法包括连铸、加热、热轧、层流冷却、卷取、退火过程。本发明的抗冲击波钢板强度达到1000MPa级，屈强比较低，受到高速冲击波时，吸能效果明显优于同强度级别钢板。

Description

一种1000MPa级抗冲击波钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，特别涉及一种1000MPa级抗冲击波钢板及其制造方法。

背景技术

任何波源，当运动速度超过了其波的传播速度时，就会产生冲击波，具有危害性的冲击波主要为爆炸时候产生的高速冲击波。防冲击波产品主要应用在军事应用场景，降低地雷及导弹爆炸所产生的冲击波的破坏性，保证人员安全和设备完整；同时全球的反恐形势严峻，极端主义爆炸时有发生，在公共场所对防冲击波产品也有着潜在需求。

爆炸冲击波对人的伤害主要是其初期产生的高温高压，普通炸药产生的温度在3000度左右，压力达到30个大气压。人所受到的冲击波超压和冲击波作用时间决定了人的受伤害程度。冲击波超压就是冲击波压强与空气静止时的气压(1个大气压)的压强差。冲击波超压为0.5大气压时，人的耳膜破裂，内脏受伤；超压为1大气压时，作用在人体整个躯干的力可达4－5千公斤，在这么大的冲击力挤压下，人体内脏器官严重损伤，尤其会造成肺、肝、脾破裂，以至导致人员死亡。

现有的用于军事的防弹钢板主要是阻止高速子弹和弹片对钢板的侵彻，对这种以能量形势快速扩散的冲击波没有特定的吸能作用，只能作为一种介质使冲击波通过，防护作用有限。同时泡沫铝及其复合材料对吸能有效，但其成本高，防弹片能力差。

发明内容

本发明的目的是提供一种1000MPa级抗冲击波钢板及其制造方法，能够降低冲击波能量，并且同时具有较好的防弹片侵彻能力。

一方面，为实现上述目的，本发明提供了一种1000MPa级抗冲击波钢板，按照质量百分比，所述抗冲击波钢板的化学成分包括：C：0.10％～0.15％，Mn：4.0％～5.0％，Als：1.0％～1.5％，P≤0.01％，S≤0.004％，Nb：0.03％～0.60％，其余为Fe及不可避免的杂质。

进一步地，所述抗冲击波钢板的显微组织主要为回火马氏体。

进一步地，所述抗冲击波钢板的显微组织还包括10％-25％的残余奥氏体。

进一步地，所述抗冲击波钢板的厚度为4.0～7.0mm。

进一步地，所述抗冲击波钢板的抗拉强度Rm>1000MPa，规定塑性延伸强度Rp0.2<400MPa，高速冲击吸收应变能>560MJ/m³。

另一方面，本发明还提供了一种上述钢板的制造方法，包括连铸、加热、热轧、层流冷却、卷取、退火过程；其中，

所述加热的温度控制为1200-1250℃；

控制所述层流冷却的冷速大于20℃/s；

控制所述退火的温度为600℃-700℃，时间为55-65min，获得所述抗冲击波钢板。

进一步地，在所述热轧中控制轧制变形量大于80％。

进一步地，所述热轧的开轧温度为1000～1100℃，终轧温度为860℃～920℃。

进一步地，所述卷取的温度为650℃～700℃。

进一步地，所述抗冲击波钢板包含10％-25％的残余奥氏体组织。

本申请实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、本申请实施例提供的1000MPa级抗冲击波钢板，成分设计采用C-Mn-Als-Nb成分体系，Mn促进奥氏体形成，C稳定奥氏体，Al可增加奥氏体层错能和力学性能，Nb细化晶粒、析出强化；在各元素共同作用下，能够在保证最终材料强度的前提下，提高对冲击波的吸收能力，从而降低冲击波能量，并且同时具有较好的防弹片侵彻能力。

2、本申请实施例提供的1000MPa级抗冲击波钢板的制造方法，在C-Mn-Als-Nb成分体系设计的基础上，优化制造工艺，最终获得的钢板强度达到1000MPa级，延伸率高，屈强比低，高速吸能效果优于其他同级别钢种，可用于车辆的防冲击波护板，或者在公共场所的充当防爆炸隔板使用。

附图说明

图1是本申请实施例1获得的抗冲击波钢板的金相组织照片；

图2是本申请实施例的高速冲击试验曲线图。

具体实施方式

本申请实施例提供一种1000MPa级抗冲击波钢板及其制造方法，能够降低冲击波能量，并且同时具有较好的防弹片侵彻能力，可应用于军用车辆的防护板和公共场所隔断层。

下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。

为实现上述目的，本申请实施例提供一种1000MPa级抗冲击波钢板，按照质量百分比，所述抗冲击波钢板的化学成分包括：C：0.10％～0.15％，Mn：4.0％～5.0％，Als：1.0％～1.5％，P≤0.01％，S≤0.004％，Nb：0.03％～0.60％，其余为Fe及不可避免的杂质。

本实施例中，所述抗冲击波钢板的显微组织主要为回火马氏体。

进一步，所述抗冲击波钢板的显微组织还包括10％-25％的残余奥氏体。主要组织为回火马氏体，包含10％-25％残余奥氏体能够在高速冲击时起到瞬间吸收能量的作用，残余奥氏体含量过少起不到吸能的作用，含量过多会对钢板的强度，需要的合金成本也高。

本申请通过优化合金元素进而形成以上化学成分的镀锡板，是基于以下原理：

本申请实施例控制C元素含量范围为0.10％～0.15％。C在钢中是最重要强化元素，同时此钢中需要一定量的C以达到生成稳定奥氏体的作用。C含量低于0.10％，会造成钢板强度不足，残余奥氏体不稳定，影响延伸率；C含量高于0.15％，容易出现渗碳体，从而影响钢板韧能。所以，将碳含量限定在0.10％～0.15％范围。

本申请实施例控制Mn元素含量范围为4.0％～5.0％。锰的作用是开启奥氏体相区，促进奥氏体形成，同时在钢中起固溶强化作用。Mn含量的多少是经对C,Mn速度的扩散计算得到的，和C,Si,Al含量相匹配。锰含量过少无法形成足够的残余奥氏体，含量过使合金成本增加，还可能影响产品其它性能。所以，将锰含量限定在4.0％～5.0％范围。

本申请实施例控制Als含量范围为1.0％～1.5％。Al为铁素体相区元素，影响C与Mn在基体中的分布状态，能够增加奥氏体层错能和力学性能；缩短热处理时间，加快再结晶进程。其含量同Mn,C计算得到合理区间，含量过多或过少都会影响组织相的控制。所以，将Als含量限定在1.0％～1.5％范围。

本申请实施例控制P元素含量≤0.01％，S元素含量≤0.004％，P和S为杂质元素，应尽量减少。

本申请实施例控制Nb元素含量范围为0.03％～0.60％。Nb为细化晶粒元素，能够析出强化。Nb含量低于0.03％，添加量太少，细化晶粒提高强度作用不明显；含量高于0.60％，添加过多性能增加不多，但使成本大幅增加。所以，将Nb含量限定在0.03％～0.60％范围。

通过上述内容可以看出，本申请实施例通过上述C-Mn-Als-Nb体系成分设计，Mn能促进奥氏体形成，C为强化元素同时具有生成稳定奥氏体的作用，Al可增加奥氏体层错能和力学性能，Nb细化晶粒、析出强化；在各元素共同作用下，能够在保证最终材料强度的前提下，提高对冲击波的吸收能力。最终获得了厚度为4.0～7.0mm的钢板，其性能如下：抗拉强度Rm>1000MPa，规定塑性延伸强度Rp0.2<400MPa，高速冲击吸收应变能>560MJ/m³。

本申请实施例还提供了一种上述1000MPa级抗冲击波钢板的制造方法，包括以下步骤：铁水预处理→冶炼→连铸→加热→热轧→层流冷轧→卷取→退火；

将铁水预处理后，经过转炉冶炼和连铸获得板坯；该板坯化学成分质量百分比为：C：0.10％～0.15％，Mn：4.0％～5.0％，Als：1.0％～1.5％，P≤0.01％，S≤0.004％，Nb：0.03％～0.60％，其余为Fe及不可避免的杂质。

对板坯进行加热；加热在加热炉中进行，本实施例中，控制加热的温度为1200-1250℃；加热温度过低，达不到固溶合金的作用；过高容易使原奥氏体长大，还造成能源的浪费。

对加热板坯进行热轧获得热轧板；本实施例中，热轧的开轧温度为1000～1100℃，终轧温度为860℃～920℃；控制轧制变形量大于80％。

对热轧板进行层流冷却；本实施例中，控制所述层流冷却的冷速大于20℃/s；热轧的目标组织为纯马氏体组织，冷速低于20℃/s可能形成混合组织。

冷却后，对所述热轧板进行卷取；本实施例中，控制卷取的温度为650℃～700℃，卷取后在缓冷坑缓慢冷却至室温。卷取温度过低不利于元素的扩散，从而影响后续热处理工艺的效果。

卷取后进行退火处理；本实施例中，控制所述退火的温度为600℃-700℃，时间为55-65min，出炉空冷获得所述抗冲击波钢板。合理的热处理工艺，能够产生一定量的残余奥氏体组织，达到吸收冲击波能量的目的。

通过上述内容可以看出，本申请提供的1000MPa级抗冲击波钢板的制造方法，基于C-Mn-Als-Nb成分设计，优化制造工艺，通过对加热温度、冷却速率、退火等工艺条件的控制，得到不稳定组织形态，达到吸收冲击波能量的目的。通过上述方法生产的钢板具有如下性能：抗拉强度Rm>1000MPa，规定塑性延伸强度Rp0.2<400MPa，高速冲击吸收应变能>560MJ/m³，产品具备延伸率高，屈强比低的特点，高速吸能效果优于其他同级别钢种，可用于车辆的防冲击波护板，或者在公共场所的充当防爆炸隔板使用。

以下通过实施例对本申请作更详细的描述。这些实施例仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何的限制。

铁水经过转炉冶炼后进入LF炉或RH炉精炼处理，连铸形成板坯，其化学成分如表1所示。

表1实施例抗冲击波钢板的主要成分(质量分数％，余量为Fe及不可避免杂质)

对表1中所示的不同成分的板坯加热，在热连轧机组上进行轧制，终轧后经卷取冷却至室温，再经离线退火热处理后获得所述抗冲击波钢板。主要工艺参数如表2所示。

表2实施例主要工艺参数

本申请实施例抗冲击波钢板的性能如表3所示。

表3实施例抗冲击波钢板的性能

由表3可以看出，实施例1-6获得的抗冲击波钢板的抗拉强度Rm>1000MPa，规定塑性延伸强度Rp0.2<400MPa，高速冲击吸收应变能>560MJ/m³。图1为本申请实施例1获得的空冲击波钢板的金相组织图，由图1可以看出：该钢板的组织主要为回火马氏体，还包括18％左右的残余奥氏体。

图2为高速冲击试验曲线图，其中A-1为实施例1样品，A-2为实施例2样品，PRO500为防弹钢PRO500。由图2可以看出，本申请实施例的钢板在高速冲击下吸收能量的能力比普通防弹钢板优越。

上述结果表明，采用本申请实施例中的成分设计和工艺控制得到的钢板在保证最终材料强度的前提下，能够提高对冲击波的吸收能力，可用于车辆的防冲击波护板，或者在公共场所的充当防爆炸隔板使用。

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。

Claims

1.一种1000MPa级抗冲击波钢板，其特征在于，按照质量百分比，所述抗冲击波钢板的化学成分包括：C：0.10％～0.15％，Mn：4.0％～5.0％，Als：1.0％～1.5％，P≤0.01％，S≤0.004％，Nb：0.03％～0.60％，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的1000MPa级抗冲击波钢板，其特征在于，所述抗冲击波钢板的显微组织主要为回火马氏体。

3.如权利要求2所述的1000MPa级抗冲击波钢板，其特征在于，所述抗冲击波钢板的显微组织还包括10％-25％的残余奥氏体。

4.如权利要求1所述的1000MPa级抗冲击波钢板，其特征在于，所述抗冲击波钢板的厚度为4.0～7.0mm。

5.如权利要求1所述的1000MPa级抗冲击波钢板，其特征在于，所述抗冲击波钢板的抗拉强度Rm>1000MPa，规定塑性延伸强度Rp0.2<400MPa，高速冲击吸收应变能>560MJ/m³。

6.如权利要求1-5任一权利要求所述的1000MPa级抗冲击波钢板的制造方法，其特征在于，包括连铸、加热、热轧、层流冷却、卷取、退火过程；其中，

所述加热的温度控制为1200-1250℃；

控制所述层流冷却的冷速大于20℃/s；

7.如权利要求6所述的1000MPa级抗冲击波钢板的制造方法，其特征在于，在所述热轧中控制轧制变形量大于80％。

8.如权利要求6所述的1000MPa级抗冲击波钢板的制造方法，其特征在于，所述热轧的开轧温度为1000～1100℃，终轧温度为860℃～920℃。

9.如权利要求6所述的1000MPa级抗冲击波钢板的制造方法，其特征在于，所述卷取的温度为650℃～700℃。

10.如权利要求6所述的1000MPa级抗冲击波钢板的制造方法，其特征在于，所述抗冲击波钢板包含10％-25％的残余奥氏体组织。