CN111394652A - 一种稀土装甲钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种稀土装甲钢及其制造方法，通过在装甲钢的铁基组织中分布合金化稀土元素，所述合金化稀土元素为铈Ce、镧La、钇Y三种元素中的一种或多种，以质量百分数wt％计，所述合金化稀土元素含量通过炼钢喂入稀土丝工艺被控制在0.005～0.080，所述合金化稀土元素与其它合金化元素的形成共同作用，能够实现抗拉强度为1700～2200MPa、布氏硬度为HB480～HB600、耐蚀性能为96小时周期浸润腐蚀试验的腐蚀率不大于1.65克/(平方米·小时)的装甲钢，所述耐蚀性能不劣于09CuPCrNiA钢，所述09CuPCrNiA钢相当于ASTM A242(COR‑TEN A)钢，或日本SPA‑H钢，或中国Q355GNH钢，从而有利于稀土装甲钢更好地应用于个人和装甲车辆枪弹防护，以及固定式或移动式构筑物的枪弹防护工程。

Description

一种稀土装甲钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及装甲钢技术，特别是一种稀土装甲钢及其制造方法，通过在装甲钢的铁基组织中分布合金化稀土元素，所述合金化稀土元素为铈Ce、镧La、钇Y三种元素中的一种或多种，以质量百分数wt％计，所述合金化稀土元素含量通过炼钢喂入稀土丝工艺被控制在0.005～0.080，所述合金化稀土元素与其它合金化元素的形成共同作用，能够实现抗拉强度为1700～2200MPa、布氏硬度为HB480～HB600、耐蚀性能为96小时周期浸润腐蚀试验的腐蚀率不大于1.65克/(平方米·小时)的装甲钢，所述耐蚀性能不劣于09CuPCrNiA钢，所述09CuPCrNiA钢相当于ASTM A242(COR-TEN A)钢，或日本SPA-H钢，或中国Q355GNH钢，从而有利于稀土装甲钢更好地应用于个人和装甲车辆枪弹防护，以及固定式或移动式构筑物的枪弹防护工程。
背景技术
我国是稀土资源大国，其中重稀土、中稀土元素被应用于特种行业成为战略资源，大量的以镧(La)、铈(Ce)为代表的轻稀土严重过剩。本发明人认识到，钢中添加镧(La)、铈(Ce)、钇(Y)稀土元素，可以提高其耐蚀性能、改善钢中夹杂物形态以提高材料的均质性。除此以外，通过冶金工艺技术调整使稀土元素在钢中合理分布且具有理想的存在状态，在材料热加工过程中发挥微合金化作用，可以细化材料组织、促进均匀细小第二相析出，从而提高材料的强韧性，由此可以减少贵重合金元素的加入量，降低合金成本。目前绝大部分装甲钢是低合金超高强度钢，钢中加入Cr、Ni、Mo元素，通过淬火+低温回火获得低温回火马氏体组织，从而提高其强度、硬度且具有一定的韧性，最终满足枪弹防护要求。另一方面，野外岗亭、野战营房、防弹建筑物等在使用过程中，由于日晒、沙尘、降水、空气干湿交替等作用，不可避免表面涂层脱落，进而金属表面腐蚀，且使用过程中维护困难，厚度减薄进而丧失其防弹功能，因此需要装甲材料自身具有耐野外环境腐蚀能力。
中国专利申请号为00136243.7的文献，公开了一种抗拉强度1900～2273MPa，同时具有优良深冲性能的抗冲击钢，该钢的化学元素质量百分配比为：C：0.3～0.6、Si：0.1～2.3、Mn：0.2～2.0、P：≤0.05、S：≤0.02、Al：≤0.01、Ni：1.0～4.0、Cr：0.10～2.00、Zr：0.01～0.10、RE：0.001～0.050、Cu：≤0.20、Ca：≤0.02；Mo+W：0.2～1.5；V、Nb、Ti、B中必须添加其中一种和其它三种中任意元素之和的含量为：0.20～0.60％；其余为Fe。该发明成分设计存在一些不足，主要表现在：(1)实际冶炼过程中，Al作为强脱氧剂，限制Al含量要求不超过0.01，钢水脱氧效果不好，氧含量较高，氧化物夹杂含量高；(2)P、S含量允许上限高。添加稀土元素目的主要是改善夹杂物形态，特别是硫化物形态。
中国专利申请号为201510539848.6的文献，公开了一种抗拉强度2000MPa级且布氏硬度600级的防弹钢板，厚度6～22mm，具有良好的耐大气腐蚀性能。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。该发明防弹钢板的防弹性能可以满足欧盟标准EN 1063中FB5级的标准要求，首先FB5级为EN1052中的出现的防护级别，EN1063中的BR5级与其对应。其次，该发明防弹钢板通过采用较高Si含量、加Cu而获得优良的抗大气腐蚀能力。由此产生的问题：高Si含量钢的氧化皮不易脱落，增加了涂覆作业前喷砂除锈的难度，并且对材料的低温韧性及成形性能有负面影响；此外Cu作为合金元素的成本高。在材料腐蚀性评价方面，该发明没有给出具体指标。在生产工艺方面，该发明没有给出制造方法中涉及冶炼、浇铸的关键步骤。
中国专利申请号为201410426019.2的文献，公开了一种超高强度装甲钢板制造方法。其化学元素质量百分配比为：C：0.50～0.53、Si：1.65～1.85、Mn：≤0.20、Ni：1.80～2.00、Cr：0.50～0.60、Mo：0.55～0.65、V：0.15～0.20、P：≤0.008、S：≤0.005、[N]≤0.0080，余量为Fe。该发明目的是满足炮弹防护要求，制成的钢板屈服强度1370MPa，抗拉强度1620MPa以上，淬火+回火后抗拉强度指标可以达到2200～2350MPa，延伸率可以达到8～10.5％。该发明采用冶炼后模铸+电渣重熔生产效率低，由电渣锭轧制成钢板过程中需要多次退火处理，成本高，不适宜大批量生产。此外，没有给出成品厚度规格，也无实弹测试结果。
中国专利申请号为201610192831.2的文献，公开了一种含钒热轧防弹钢卷及其生产方法。其化学元素质量百分配比为：C：0.20～0.30、Si：0.80～1.20、Mn：0.50～0.80、Ni：0.80～1.00、Cr：0.85～1.10、V：0.05～0.09、P：≤0.020、S：≤0.010，余量为Fe。钢卷厚度为2～10mm，屈服强度≥680MPa，抗拉强度≥900MPa，布氏硬度≥300HBW。该发明无热处理工艺、无最终防弹钢板性能、无实弹测试结果。
中国专利申请号为201610769869.1的文献，公开了一种C级运钞车用防弹钢板及其制备方法。根据标准GA 164规定，C级防弹能力应达到56式冲锋枪，56式7.62mm普通弹在10m、15m、30m距离射击时，不应穿透。其化学元素质量百分配比为：C：0.22～0.24、Si：0.12～0.20、Mn：1.02～1.20、Alt：0.020～0.030、Cr：0.25～0.30、Mo：0.10～0.15、Ti：0.015～0.025、P：≤0.007、S：≤0.003，[O]≤10ppm、[N]≤12ppm、[H]≤2ppm、CEV：≤0.54，余量为Fe。钢板厚度为5～8mm，抗拉强度Rm≥1800MPa，断后伸长率A50≥15％；布氏硬度：530～550HBW，-40℃冲击功＞40J。生产中对钢板需要进行真空淬火和去应力退火，热处理成本高。对于GA164标准中的C级防护，5～8mm的厚度板材已经落后。
中国专利申请号为201710597134.X的文献，公开了一种超高强度防弹钢板及其制备方法。其化学元素质量百分配比为：C：0.26～0.34、Si：0.20～0.60、Mn：1.10～1.40、Alt：0.01～0.06、Ni：0～1.1、Cr：0.25～0.30、Mo：0.5～1.0、Cu：0～0.6、W：0.8～1.2、Nb：0.025～0.04、V：0.05～0.10、Ti：0.01～0.04、P：≤0.010、S：≤0.004，[N]≤80ppm，余量为Fe。钢板卷厚度为2～12mm，抗拉强度Rm≥1800MPa，延伸率≥8％；布氏硬度：530～550HBW，-20℃冲击功＞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。生产中热处理采用感应加热，钢中合金元素种类多、含量高，特别是加1％左右的W，经济性差。
由上述可见，防弹钢板成分设计考虑添加稀土元素的情况少见，材料本身耐蚀性能也考虑得不多。本发明人认识到，随着冶金工艺技术进步，钢中添加稀土元素已经由单纯控制夹杂物形态演变为作为微合金化元素在液-固相变、固态相变、第二相粒子析出过程中发挥作用，从而提高材料的耐蚀性能和强韧性。因此，本发明人致力于将稀土元素铈Ce、镧La、钇Y作为合金化元素添加到装甲钢的铁基组织中，进行反复试验和开发，完成了本发明。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种稀土装甲钢及其制造方法，通过在装甲钢的铁基组织中分布合金化稀土元素，所述合金化稀土元素为铈Ce、镧La、钇Y三种元素中的一种或多种，以质量百分数wt％计，所述合金化稀土元素含量通过炼钢喂入稀土丝工艺被控制在0.005～0.080，所述合金化稀土元素与其它合金化元素的形成共同作用，能够实现抗拉强度为1700～2200MPa、布氏硬度为HB480～HB600、耐蚀性能为96小时周期浸润腐蚀试验的腐蚀率不大于1.65克/(平方米·小时)的装甲钢，所述耐蚀性能不劣于09CuPCrNiA钢，所述09CuPCrNiA钢相当于ASTM A242(COR-TEN A)钢，或日本SPA-H钢，或中国Q355GNH钢，从而有利于稀土装甲钢更好地应用于个人和装甲车辆枪弹防护，以及固定式或移动式构筑物的枪弹防护工程。
本发明的技术方案如下：
一种稀土装甲钢，其特征在于，包括铁基组织和分布在所述铁基组织中的合金化元素以及不可避免的杂质元素，所述合金化元素包括合金化稀土元素和其它合金化元素，所述合金化稀土元素REM为铈Ce、镧La、钇Y三种元素中的一种或多种，所述其它合金化元素包括碳C、硅Si、锰Mn、铝Al、镍Ni、铬Cr、钼Mo、钙Ca，铌Nb，和钛Ti，以质量百分数wt％计，所述合金化稀土元素含量通过炼钢喂入稀土丝工艺被控制在REM＝0.005～0.080，所述C含量通过炼钢脱碳工艺被控制在C＝0.20～0.35，所述Si含量通过炼钢过程中加入铁合金料被控制在Si＝0.05～0.60，所述Mn含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Mn＝0.30～1.00，所述Ca含量通过炼钢喂入Si-Ca线或纯Ca包芯线工艺被控制在Ca＝0.0015～0.005，所述Al含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Al＝0.02～0.05，所述Ni含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Ni＝0.50～2.00，所述Cr含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Cr＝0.80～2.50，所述Mo含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Mo＝0.30～0.80，所述Nb含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Nb＝0.02～0.12，所述Ti含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Ti＝0.02～0.10，所述不可避免的杂质元素包括磷P和硫S，所述P含量通过炼钢脱磷工艺被控制在≤0.020，所述S含量通过炼钢脱硫工艺被控制在≤0.005，所述炼钢喂入稀土丝工艺按照0.07～1.14kg稀土/吨钢水向钢中加入稀土元素。
所述合金化稀土元素为铈Ce和镧La，所述稀土丝为La-Ce合金稀土丝。
所述合金化稀土元素为钇Y，所述稀土丝为Y合金稀土丝。
所述其它合金化元素包括钒V、铜Cu和/或锆Zr，所述Cu含量为Cu≤0.60，所述Zr含量为Zr≤0.15，所述V含量为V＝0.01～0.20。
所述稀土装甲钢的厚度在1.8～20mm，所述稀土装甲钢的力学性能如下：抗拉强度Rm＝1650MPa～1900MPa，布氏硬度HB＝480～550，短比例试样断后伸长率A≥8％。
所述稀土装甲钢的耐蚀性能，按照标准TB/T 2375-1993检验，96小时周期浸润试验，其腐蚀速率≤1.65克/(平方米·小时)。
一种稀土装甲钢，其特征在于，包括铁基组织和分布在所述铁基组织中的合金化元素以及不可避免的杂质元素，所述合金化元素包括合金化稀土元素和其它合金化元素，所述合金化稀土元素REM为铈Ce、镧La、钇Y三种元素中的一种或多种，所述其它合金化元素包括碳C、硅Si、锰Mn、铝Al、镍Ni、铬Cr、钼Mo、钙Ca，铌Nb，和钛Ti，以质量百分数wt％计，所述合金化稀土元素含量通过炼钢喂入稀土丝工艺被控制在REM＝0.005～0.080，所述C含量通过炼钢脱碳工艺被控制在C＝0.35～0.55，所述Si含量通过炼钢过程中加入铁合金料被控制在Si＝0.05～0.60，所述Mn含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Mn＝0.30～1.00，所述Ca含量通过炼钢喂入Si-Ca线或纯Ca包芯线工艺被控制在Ca＝0.0015～0.005，所述Al含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Al＝0.02～0.05，所述Ni含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Ni＝0.50～2.00，所述Cr含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Cr＝0.80～2.50，所述Mo含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Mo＝0.30～0.80，所述Nb含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Nb＝0.02～0.12，所述Ti含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Ti＝0.02～0.10，所述不可避免的杂质元素包括磷P和硫S，所述P含量通过炼钢脱磷工艺被控制在P≤0.020，所述S含量通过炼钢脱硫工艺被控制在S≤0.005，所述炼钢喂入稀土丝工艺按照0.07～1.14kg稀土/吨钢水向钢中加入稀土元素。
所述合金化稀土元素为铈Ce和镧La，所述稀土丝为La-Ce合金稀土丝。
所述合金化稀土元素为钇Y，所述稀土丝为Y合金稀土丝。
所述其它合金化元素包括钒V、铜Cu和/或锆Zr，所述Cu含量为Cu≤0.60，所述Zr含量为Zr≤0.15，所述V含量为V＝0.01～0.20。
所述稀土装甲钢的厚度在1.8～20mm，所述稀土装甲钢的力学性能如下：抗拉强度Rm＝1900MPa～2200MPa，布氏硬度HB＝550～600，短比例试样断后伸长率A≥6％。
所述稀土装甲钢的耐蚀性能，按照标准TB/T 2375-1993检验，96小时周期浸润试验，其腐蚀速率≤1.65克/(平方米·小时)。
一种稀土装甲钢，其特征在于，包含以下化学成分及其质量百分数wt％含量：碳C＝0.20～0.55，硅Si＝0.05～0.80，锰Mn＝0.30～1.00，镍Ni＝0.50～2.00，铬Cr＝0.80～2.50，钼Mo＝0.30～0.80，铝Al＝0.02～0.05，钙Ca＝0.0015～0.005，稀土元素REM＝0.005～0.080，铌Nb＝0.02～0.12，和钛Ti＝0.02～0.10，所述REM为铈Ce、镧La、钇Y三种元素中的一种或多种，其余为铁及不可避免的杂质元素，所述不可避免的杂质元素包括磷P和硫S，P≤0.020，S≤0.005。
所述化学成分包括钒V、铜Cu和/或锆Zr，所述Cu含量为Cu≤0.60，所述Zr含量为Zr≤0.15，所述V含量为V＝0.01～0.20。
所述稀土装甲钢的厚度在1.8～20mm，所述稀土装甲钢的力学性能如下：抗拉强度Rm＝1650MPa～2200MPa，布氏硬度HB＝480～600，所述稀土装甲钢的耐蚀性能，按照标准TB/T 2375-1993检验，96小时周期浸润试验，其腐蚀速率≤1.65克/(平方米·小时)。
一种上述稀土装甲钢的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，转炉或电炉冶炼；步骤2，挡渣出钢及脱氧合金化；步骤3，LF精炼；步骤4，真空脱气处理；步骤5，软吹钢水镇静；步骤6，连铸或模铸；步骤7：铸坯加热；步骤8：热轧；步骤9：热处理。
所述步骤1中的转炉或电炉冶炼包括脱碳和脱磷；所述步骤2包括出钢过程挡渣、加脱氧剂和加入大部分合金料；所述步骤3的LF精炼以脱氧和脱硫为主；所述步骤4的真空脱气处理以脱氢为主；所述步骤5结束后，钢包起吊上连铸前钢水Ca/Al比值达到0.05～0.14；所述步骤6的连铸，对于布氏硬度为HB480～550的稀土装甲钢，中间包浇注温度为1510～1550℃，对于布氏硬度为HB550～600的稀土装甲钢，中间包浇注温度为1500～1540℃。
所述步骤7的铸坯加热，包括热装热送方式或者冷装方式，所述铸坯加热的加热温度为1150～1250℃，热装热送时驻炉时间为120～240min，冷装时驻炉时间为240～330min。
所述步骤8的热轧包括控轧控冷过程，其中控轧分为粗轧和精轧，粗轧温度为1200～1000℃，精轧终轧温度为800～920℃，轧后控冷，终冷或卷取温度为450～700℃，其中成品厚度≥8mm的热轧态钢板采用宽厚板生产线生产，2～13mm的热轧态钢板采用热连轧生产线生产。
所述步骤9的热处理包括但不限于淬火加回火处理，钢板淬火时的加热温度为850～950℃，保温时间为板厚×(2～3)min/mm；所述钢板回火温度为150～300℃，保温时间为板厚×(3～5)min/mm。
本发明技术效果如下：本发明一种稀土装甲钢及其制造方法，通过添加稀土元素REM(Rare Earth Metals)中的La、Ce、Y等，不仅改变了装甲钢中夹杂物形态，有利于减轻材料各向异性及改善冲击韧性进而提高抗弹性能，而且能显著提高材料的耐大气腐蚀性能，达到和现有高耐候钢(ASTM A242(COR-TEN A)，日本SPA-H、中国Q355GNH)相当的水平，按照标准TB/T 2375-1993检验，96小时周期浸润试验，其腐蚀速率≤1.65克/(平方米·小时)。装甲钢除了应用于装甲车辆防护以外，在野战工事及要求防护功能的哨所、营房、仓库等建筑也获得越来越广泛的应用。而对于这些暴露在野外大气环境下的构筑物，一般都维护困难，表面涂装老化脱落后材料受到腐蚀厚度减薄将导致抗弹性能下降甚至丧失防护功能，影响到人员物资安全。所以，装甲钢使用过程中受到大气腐蚀是必须要考虑的问题。本发明的稀土装甲钢通过添加稀土元素，耐蚀性能达到了高耐候钢水平，即使在表面涂装剥落后，也能在表面形成致密的保护层，有效延缓甚至抑制材料的进一步腐蚀，对于野外(防弹)装甲钢构筑物使用具有重要意义。其次，从制造工艺的角度看，添加稀土元素还起到了合金化的作用，主要表现在：细化铸态组织、提高钢在控轧时的未再结晶温度、促进析出强化等，提高了一些合金元素的利用效果，进而能在达到同等防弹和耐蚀性效果前提下，降低合金成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行说明。
本发明的目的是提供一种稀土装甲钢及其制造方法，其装甲钢厚度在1.8～20mm之间，抗拉强度为1700～2200MPa、布氏硬度HB480～HB600，且其耐大气腐蚀性能不劣于09CuPCrNiA钢(相当于ASTM A242(COR-TEN A)，日本SPA-H、中国Q355GNH钢)，按照标准TB/T2375-1993检验，96小时周期浸润试验，其腐蚀速率≤1.65克/(平方米·小时)。本发明的稀土装甲钢可应用于个人及装甲车辆枪弹防护、固定或可移动式具有枪弹防护功能的构筑物的制造工程。
本发明实施的一种布氏硬度在HB480～550之间的稀土装甲钢，包含以下化学成分(质量百分数，wt％)：C：0.20～0.35、Si：0.05～0.60、Mn：0.30～1.00、Ni：0.50～2.00、Cr：0.80～2.50、Mo：0.30～0.80、REM(稀土元素，Rare Earth Metals)：0.005～0.080，Ca：0.0015-0.005，其余为铁及不可避免的其它杂质元素。本发明实施的一种布氏硬度在HB550～600之间的稀土装甲钢，包含以下化学成分(质量百分数，wt％)：C：0.35～0.55、Si：0.05～0.60、Mn：0.30～1.00、Ni：0.50～2.00、Cr：0.80～2.50、Mo：0.30～0.80、REM(稀土元素，Rare Earth Metals)：0.005～0.080，Ca：0.0015-0.005，其余为铁及不可避免的其它杂质元素。为了改善钢的性能可以添加一种或一种以上的微量合金元素；Nb0.02～0.12，V 0.01～0.20，Ti 0.02～0.10，Al 0.02～0.05。若上述元素组合使用时，应至少保证其中一种元素含量达到上述化学成分的下限规定。可以添加下列合金元素：Cu≤0.60，Zr≤0.15。其中REM(稀土元素)选择优先加入铈(Ce)、镧(La)、钇(Y)三种元素的一种或多种，可单独添加上述单元素纯稀土，也可复合添加上述元素组成的混合稀土。
本发明的稀土装甲钢属于低合金超高强度钢中的一种,核心是获得低温回火马氏体组织、使材料具有高硬度高强度且具有足够的韧性和塑性。稀土装甲钢中各元素的作用说明如下。
C含量对马氏体组织的强度和硬度具有关键作用,但C含量过高对材料韧性、焊接性有害。为此,本发明HB480～550和HB550～600的防弹装甲钢C含量分别控制在0.20～0.35和0.35～0.55范围，以充分发挥C的强化作用，体现其经济性。
Si的固溶强化效果好，有助于材料耐蚀性提高，但含量过高对焊接性能有害，并且热加工形成的表面氧化皮不容易祛除，增加了涂装作业前除锈工序的难度。然而，实践证明，Si含量≤0.60之间的钢材可焊性好。另一方面，在冶金过程中，Si、Mn、Al除作为合金元素以外，还是不可或缺的脱氧剂。所以本发明推荐，Si含量控制在0.05～0.60。
Mn有固溶强化作用，可提高材料抗拉强度，可降低奥氏体相变开始温度Ar3，适度提高淬透性，降低硫造成的热脆性和冷脆性。另一方面，Mn含量不能太高，否则在凝固过程中，容易和较高的C含量一起形成偏析，材料内部带状组织和中心偏析严重，从而恶化性能。所以，本发明中Mn含量控制在0.30～1.00之间。
磷(P)、硫(S)为装甲钢中有害元素，在结构钢中越低越好，但是P、S含量要求越低，则炼钢控制难度增加、冶炼成本增加越多。所以本发明在确保材料性能要求前提下，结合冶金生产工艺装备水平，生产成本等多个方面，给定上限要求：P≤0.020，S≤0.005。
稀土元素(REM)控制在0.005～0.080之间,需要强调的是这里的稀土含量指的是钢材中的稀土含量,不是加入量。并且选择优先加入Ce、La、Y三种元素的一种或多种，可单独添加上述单元素纯稀土，也可复合添加上述元素组成的混合稀土。稀土加入到钢中，主要有以下几个方面的作用：(1)促使硫化物球化，减小材料各向异性，特别是提高轧材的横向冲击性能；(2)细化铸态组织，细化奥氏体晶粒，细化珠光体组织，细化板条马氏体组织；(3)减弱P的晶界偏聚；(4)材料热加工过程中的有益作用，如提高热轧时的钢的再结晶温度、细化奥氏体晶粒、促进在铁素体区高温段(550-700℃)时的Nb、V、Ti微合金碳氮化物析出、提高马氏体相变温度，促进板条马氏体组织形成，并细化板条组织(板条束尺寸、片层厚度减小)等；(5)提高材料的耐蚀性能，具体表现在以下两个方面。一方面稀土硫化物、固溶稀土、含稀土金属间化合物在腐蚀介质中化学性质活泼，分解后将释放出稀土元素阳离子且沉淀在pH值相对较高的阴极区域,对阴极及阳极的电化学腐蚀反应均产生阻碍作用,减缓了腐蚀的进一步进行；另一方面稀土元素-磷复合对腐蚀反应的阳极以及阴极反应均有很好的抑制作用，材料由局部腐蚀向均匀腐蚀转变,使得基体表面微区pH值保持在弱酸性,促进稳定致密锈层组织α-FeOOH的生成。
钙(Ca)含量控制在0.0015-0.005之间，要求精炼结束钢水Ca/Al比值达到0.05～0.14。钢中的MnS夹杂物在热变形过程中变形拉长，对钢板横纵向冲击性能比值有严重负面影响，将加剧材料的各向异性，恶化板材性能。进行Ca处理可以在钢中形成热加工过程中难变形的CaS夹杂物，减弱MnS的作用而改善材料的各向异性。此外，目前大部分板材生产，钢水均选择Al作为脱氧剂，而钢水中的Al2O3含量高的高熔点化合物容易在连铸过程中堵塞中包水口，进行Ca处理，可以形成较低熔点的钙铝酸盐，从而确保连铸过程顺利进行。所以，对于板坯连铸生产，精炼结束后的Ca处理，钢水含一定量的Ca是必须的。
本发明稀土装甲钢的制造方法：冶炼流程包括转炉/电炉冶炼、挡渣出钢及脱氧合金化、LF精炼、真空处理、软吹钢水镇静、板坯连铸。热轧分热连轧流程和宽厚板生产流程，其中热连轧流程包括板坯再加热、高压水除鳞、粗轧、精轧连轧、控制冷却、卷取；宽厚板流程包括板坯再加热、高压水除鳞、粗轧(高温单道次大压下量)、中间坯待温、精轧(控制轧制，即控制轧制温度、单道次压下量、累积压下量)、控制冷却、热矫直、冷床冷却、剪切等。热处理包括：最终为淬火和回火处理，有时还包括最终处理前便于其它加工或者调整内部组织均匀性等的球化退火、软化退火工序。(1)转炉吹炼以脱磷、脱碳为主，根据产品要求，钢水保持适当的碳含量；(2)LF精炼以脱氧、脱硫为主，同时抑制钢水回磷；(3)真空脱气处理以脱氢为主；(4)精炼结束钢包准备吊包上连铸前，喂Si-Ca线或纯钙包芯线，精炼结束钢水Ca/Al比值达到0.05～0.14，钢中钙(Ca)含量在0.0015-0.005之间；(5)连铸中间包浇注温度1500～1550℃；(6)稀土合金加入根据炼钢车间装备及工艺流程确定，稀土加入量为0.07～1.14kg/吨钢水；(7)板坯再加热温度为1150～1250℃；(8)采用两阶段控制轧制，分为粗轧和精轧，粗轧温度为1200～1000℃；精轧终轧温度为800～920℃；(9)轧后冷却速率根据产品厚度规格确定，一般情况8～20℃/秒；(10)热连轧板卷卷取温度或宽厚板热矫直温度450～700℃，其中成品厚度≥8mm的热轧态钢板可采用宽厚板生产线生产；2～13mm的热轧态钢板可采用热连轧生产线生产；(11)钢板淬火温度为860-920℃，保温时间为板厚×(2～3)min/mm，使钢板组织完全奥氏体化；(12)钢板回火温度为150-300℃，保温时间为板厚×(3～5)min/mm，以消除淬火残余应力。
实施例：按照本发明稀土装甲钢的成分要求，本发明提供相应的制造方法，冶炼工序包括转炉吹炼、LF精炼(Ladle Furnace，钢包精炼炉)、RH真空处理(RH：Ruhrstahl-Heraeus-Vacuum Degassing，真空循环脱气精炼)、板坯连铸、板坯热送、板坯加热、控制轧制、控制冷却、热连轧卷取-精整或中板热矫直-冷床冷却-剪切、板材的最终热处理。炼钢-连铸流程包括铁水脱硫扒渣预处理、顶底复吹转炉吹炼、出钢合金化、LF精炼、板坯连铸。通过向铁水包中喷吹石灰粉脱硫，之后用扒渣车机械扒渣，铁水温度≥1300℃，S≤0.010％。转炉溅渣护炉后，摇炉先装废钢，再兑铁水。转炉吹炼，脱P脱C，吹炼终点0.06～0.20C，P≤0.006，钢水温度1630～1680℃，滑板挡渣出钢。出钢过程中加铝粒脱氧，钢渣混冲，再加铁合金料合金化，出钢完毕再加少量精炼还原渣覆盖钢水表面，吹氩搅拌吊包至LF炉。LF精炼过程，先化顶渣升温，之后测温、取样；接下来根据化验结果、渣况、钢水温度，分别加合金、加渣料和升温。整个LF精炼过程不断调成分、调渣、调温度，达到目标要求。RH真空脱气，钢包到站顶升，插入管插到钢水中，抽真空，要求真空度≤100Pa，处理时间≥15min，用定氢仪测钢水氢含量，当[H]≤2.0ppm时，破真空。整个精炼过程结束，根据钢水中Al含量，喂Si-Ca线进行Ca处理，钢水中Ca/Al达到0.05～0.14范围。随后钢水软吹静置20分钟，吊包上连铸台浇注。生产过程中采用喂稀土丝方法，向钢中加入稀土元素，Si-Ca线和稀土丝加入量见表1，钢的化学成分如表2所示。
板坯厚度为200mm，切成定尺，直接热装，进入热轧流程，板坯加热约210min出炉，均热温度为1200℃；经过高压水除磷、粗轧温度为1150～980℃、精轧终轧温度800～900℃、轧后控冷，终冷温度为600～700℃。钢板淬火温度为860-920℃，保温时间为板厚×3min/mm；回火温度为160-220℃，保温时间为板厚×5min/mm。工艺参数如表3所示。成品的力学性能及耐腐蚀性能测试结果如表4所示，实弹测试性能如表5所示。
表1 Si-Ca线和稀土加入量
Si-Ca粉芯(kg/吨) 稀土REM(kg/吨) 备注
实施例1、2 0.95 0.24 La-Ce合金线
实施例3、4 0.84 0.53 La-Ce合金线
实施例5、6 0.98 0.46 Y合金线
表2钢的化学成分
Figure BDA0002444657630000101
表3工艺参数
Figure BDA0002444657630000102
Figure BDA0002444657630000111
表4，力学性能及耐腐蚀性能测试结果
Figure BDA0002444657630000112
注：取样方向为横向。拉伸为两个试样平均值，冲击为三个试样平均值。厚度≤5mm不做冲击性能检验。
表5实弹测试性能
Figure BDA0002444657630000113
由此可见，通过上述实施本发明和测试结果，充分说明实施本发明所获得的稀土装甲钢兼具优良的防弹性能和耐蚀性能，能够用于个人和装甲车辆枪弹防护，以及固定式或移动式构筑物的枪弹防护工程。
在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。

Claims (20)

1.一种稀土装甲钢，其特征在于，包括铁基组织和分布在所述铁基组织中的合金化元素以及不可避免的杂质元素，所述合金化元素包括合金化稀土元素和其它合金化元素，所述合金化稀土元素REM为铈Ce、镧La、钇Y三种元素中的一种或多种，所述其它合金化元素包括碳C、硅Si、锰Mn、铝Al、镍Ni、铬Cr、钼Mo、钙Ca，铌Nb，和钛，和钛Ti，以质量百分数wt％计，所述合金化稀土元素含量通过炼钢喂入稀土丝工艺被控制在REM＝0.005～0.080，所述C含量通过炼钢脱碳工艺被控制在C＝0.20～0.35，所述Si含量通过炼钢过程中加入铁合金料被控制在Si＝0.05～0.60，所述Mn含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Mn＝0.30～1.00，所述Ca含量通过炼钢喂入Si-Ca线或纯Ca包芯线工艺被控制在Ca＝0.0015～0.005，所述Al含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Al＝0.02～0.05，所述Ni含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Ni＝0.50～2.00，所述Cr含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Cr＝0.80～2.50，所述Mo含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Mo＝0.30～0.80，所述Nb含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Nb＝0.02～0.12，所述Ti含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Ti＝0.02～0.10，所述不可避免的杂质元素包括磷P和硫S，所述P含量通过炼钢脱磷工艺被控制在≤0.020，所述S含量通过炼钢脱硫工艺被控制在≤0.005，所述炼钢喂入稀土丝工艺按照0.07～1.14kg稀土/吨钢水向钢中加入稀土元素。
2.根据权利要求1所述的稀土装甲钢，其特征在于，所述合金化稀土元素为铈Ce和镧La，所述稀土丝为La-Ce合金稀土丝。
3.根据权利要求1所述的稀土装甲钢，其特征在于，所述合金化稀土元素为钇Y，所述稀土丝为Y合金稀土丝。
4.根据权利要求1所述的稀土装甲钢，其特征在于，所述其它合金化元素包括钒V、铜Cu和/或锆Zr，所述Cu含量为Cu≤0.60，所述Zr含量为Zr≤0.15，所述V含量为V＝0.01～0.20。
5.根据权利要求1所述的稀土装甲钢，其特征在于，所述稀土装甲钢的厚度在1.8～20mm，所述稀土装甲钢的力学性能如下：抗拉强度Rm＝1650MPa～1900MPa，布氏硬度HB＝480～550，短比例试样断后伸长率A≥8％。
6.根据权利要求1所述的稀土装甲钢，其特征在于，所述稀土装甲钢的耐蚀性能，按照标准TB/T 2375-1993检验，96小时周期浸润试验，其腐蚀速率≤1.65克/(平方米·小时)。
7.一种稀土装甲钢，其特征在于，包括铁基组织和分布在所述铁基组织中的合金化元素以及不可避免的杂质元素，所述合金化元素包括合金化稀土元素和其它合金化元素，所述合金化稀土元素REM为铈Ce、镧La、钇Y三种元素中的一种或多种，所述其它合金化元素包括碳C、硅Si、锰Mn、铝Al、镍Ni、铬Cr、钼Mo、钙Ca，铌Nb，和钛Ti，以质量百分数wt％计，所述合金化稀土元素含量通过炼钢喂入稀土丝工艺被控制在REM＝0.005～0.080，所述C含量通过炼钢脱碳工艺被控制在C＝0.35～0.55，所述Si含量通过炼钢过程中加入铁合金料被控制在Si＝0.05～0.60，所述Mn含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Mn＝0.30～1.00，所述Ca含量通过炼钢喂入Si-Ca线或纯Ca包芯线工艺被控制在Ca＝0.0015～0.005，所述Al含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Al＝0.02～0.05，所述Ni含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Ni＝0.50～2.00，所述Cr含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Cr＝0.80～2.50，所述Mo含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Mo＝0.30～0.80，所述Nb含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Nb＝0.02～0.12，所述Ti含量通过炼钢的铁合金化工艺被控制在Ti＝0.02～0.10，所述不可避免的杂质元素包括磷P和硫S，所述P含量通过炼钢脱磷工艺被控制在P≤0.020，所述S含量通过炼钢脱硫工艺被控制在S≤0.005，所述炼钢喂入稀土丝工艺按照0.07～1.14kg稀土/吨钢水向钢中加入稀土元素。
8.根据权利要求7所述的稀土装甲钢，其特征在于，所述合金化稀土元素为铈Ce和镧La，所述稀土丝为La-Ce合金稀土丝。
9.根据权利要求7所述的稀土装甲钢，其特征在于，所述合金化稀土元素为钇Y，所述稀土丝为Y合金稀土丝。
10.根据权利要求7所述的稀土装甲钢，其特征在于，所述其它合金化元素包括钒V、铜Cu和/或锆Zr，所述Cu含量为Cu≤0.60，所述Zr含量为Zr≤0.15，所述V含量为V＝0.01～0.20。
11.根据权利要求7所述的稀土装甲钢，其特征在于，所述稀土装甲钢的厚度在1.8～20mm，所述稀土装甲钢的力学性能如下：抗拉强度Rm＝1900MPa～2200MPa，布氏硬度HB＝550～600，短比例试样断后伸长率A≥6％。
12.根据权利要求7所述的稀土装甲钢，其特征在于，所述稀土装甲钢的耐蚀性能，按照标准TB/T 2375-1993检验，96小时周期浸润试验，其腐蚀速率≤1.65克/(平方米·小时)。
13.一种稀土装甲钢，其特征在于，包含以下化学成分及其质量百分数wt％含量：碳C＝0.20～0.55，硅Si＝0.05～0.80，锰Mn＝0.30～1.00，镍Ni＝0.50～2.00，铬Cr＝0.80～2.50，钼Mo＝0.30～0.80，铝Al＝0.02～0.05，钙Ca＝0.0015～0.005，稀土元素REM＝0.005～0.080，铌Nb＝0.02～0.12，和钛Ti＝0.02～0.10，所述REM为铈Ce、镧La、钇Y三种元素中的一种或多种，其余为铁及不可避免的杂质元素，所述不可避免的杂质元素包括磷P和硫S，P≤0.020，S≤0.005。
14.根据权利要求13所述的稀土装甲钢，其特征在于，所述化学成分包括钒V、铜Cu和/或锆Zr，所述Cu含量为Cu≤0.60，所述Zr含量为Zr≤0.15，所述V含量为V＝0.01～0.20。
15.根据权利要求13所述的稀土装甲钢，其特征在于，所述稀土装甲钢的厚度在1.8～20mm，所述稀土装甲钢的力学性能如下：抗拉强度Rm＝1650MPa～2200MPa，布氏硬度HB＝480～600，所述稀土装甲钢的耐蚀性能，按照标准TB/T 2375-1993检验，96小时周期浸润试验，其腐蚀速率≤1.65g/(m2·hr)。
16.一种上述权利要求1至15之一所述的稀土装甲钢的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，转炉或电炉冶炼；步骤2，挡渣出钢及脱氧合金化；步骤3，LF精炼；步骤4，真空脱气处理；步骤5，软吹钢水镇静；步骤6，连铸或模铸；步骤7：铸坯加热；步骤8：热轧；步骤9：热处理。
17.根据权利要求16所述的稀土装甲钢的制造方法，其特征在于，所述步骤1中的转炉或电炉冶炼包括脱碳和脱磷；所述步骤2包括出钢过程挡渣、加脱氧剂和加入大部分合金料；所述步骤3的LF精炼以脱氧和脱硫为主；所述步骤4的真空脱气处理以脱氢为主；所述步骤5结束后，钢包起吊上连铸前钢水Ca/Al比值达到0.05～0.14；所述步骤6的连铸，对于布氏硬度为HB480～550的稀土装甲钢，中间包浇注温度为1510～1550℃，对于布氏硬度为HB550～600的稀土装甲钢，中间包浇注温度为1500～1540℃。
18.根据权利要求16所述的稀土装甲钢的制造方法，其特征在于，所述步骤7的铸坯加热，包括热装热送方式或者冷装方式，所述铸坯加热的加热温度为1150～1250℃，热装热送时驻炉时间为120～240min，冷装时驻炉时间为240～330min。
19.根据权利要求16所述的稀土装甲钢的制造方法，其特征在于，所述步骤8的热轧包括控轧控冷过程，其中控轧分为粗轧和精轧，粗轧温度为1200～1000℃，精轧终轧温度为800～920℃，轧后控冷，终冷或卷取温度为450～700℃，其中成品厚度≥8mm的热轧态钢板采用宽厚板生产线生产，2～13mm的热轧态钢板采用热连轧生产线生产。
20.根据权利要求16所述的稀土装甲钢的制造方法，其特征在于，所述步骤9的热处理包括但不限于淬火加回火处理，钢板淬火时的加热温度为850～950℃，保温时间为板厚×(2～3)min/mm；所述钢板回火温度为150～300℃，保温时间为板厚×(3～5)min/mm。
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