CN113215493B

CN113215493B - 一种高强度榴弹弹钢及其制备方法

Info

Publication number: CN113215493B
Application number: CN202110525403.8A
Authority: CN
Inventors: 王树山; 赵传; 孙雨荟; 刘东奇; 于开勇
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2021-05-11
Filing date: 2021-05-11
Publication date: 2022-01-07
Anticipated expiration: 2041-05-11
Also published as: CN113215493A

Abstract

本发明公开了一种高强度榴弹弹钢及其制备方法，通过调整碳钢中的Si、Mn、V、B等合金元素的含量，在保证现有弹钢强度的同时，提高了弹钢的破片率，特别是提高了强度约为1300MPa的弹钢的破片率，为武器装备的性能提升及新式武器装备的研发提供了可能性。

Description

一种高强度榴弹弹钢及其制备方法

技术领域

本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种高强度榴弹弹钢及其制备方法。

背景技术

在战斗部设计中，弹体材料的选择是决定战斗部威力和毁伤效能的重要一环。此外，由于恶劣的发射条件和特殊的作用环境的使用需求，以及新一代高能炸药的应用，都要求弹体材料在保证优良破碎效果的同时向着更高的强度、延展性以及韧性的方向发展。

为了进一步提高身管武器弹药的毁伤威力，或者使身管武器弹药承担更多的作战任务使命，传统身管武器弹药的壳体不断变薄以增加弹体内部空间用于装填更多的炸药或任务载荷。同时，为了保证在发射过程中弹丸整体结构的安全性，还要求弹体材料具有更高的强度。通常情况下弹体的壳体材料被称为弹钢。弹钢是指用于制造弹体(战斗部)壳体的材料，该壳体是指在弹丸发射、飞行及侵彻过程中作为保持结构完整、内部装填物安定的承力构件，同时在对目标作用时在内爆载荷作用下该壳体形成自然破片毁伤元。

炮射导弹为一种典型的薄壁壳体战斗部，这类战斗部采用的弹钢通常为：30CrMnSiNi2A和35CrMnSiA。其中30CrMnSiNi2A的屈服强度为1240MPa，35CrMnSiA的强度更高，屈服强度不低于1350MPa，但延伸率明显降低。随着战场需求的增加，薄壁壳体战斗部对破片杀伤威力有了新的需求，亟需研究一种用于制造薄壁壳体战斗部的弹钢，兼顾高强度及高破片率性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高强度榴弹弹钢及其制备方法，使弹钢具备高强高韧高破片率的优良性能。

本发明提供的一种高强度榴弹弹钢，所述弹钢的化学成分按重量百分计为：C：0.47～0.53％；Si：0.80～1.10％；Mn：0.95～1.25％；B：0.01～0.015％；V：0.04～0.06％；余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明提供的一种高强度榴弹弹钢的制备方法，包括以下步骤：

铁水预脱硫、转炉冶炼、脱氧合金化、CAS搅拌炉外精炼、二次精炼、锻造、粗加工、热冲压、淬火、回火及精加工。

进一步地，所述淬火采用的保温时间为50min-70min，加热温度为880℃-900℃，冷却介质为油。

进一步地，所述回火采用的保温时间80min-100min，加热温度为450-470℃，冷却介质为水。

进一步地，所述铁水预脱硫采用KR铁水预处理，且硫的含量降低至低于0.002％。

进一步地，所述转炉冶炼采用BOF法转炉冶炼，氧气顶吹脱C。

进一步地，所述粗加工，将钢锭加工为具有一定尺寸的圆角方钢，且方钢表面粗糙度不低于3.2。

有益效果：

1、本发明通过调整碳钢中的Si、Mn、V、B等合金元素的含量，在保证现有弹钢强度的同时，提高了弹钢的破片率，特别是提高了强度约为1300MPa的弹钢的破片率，为武器装备的性能提升及新式武器装备的研发提供了可能性。

2、本发明针对提供的弹钢成分改进了制造工艺，通过热处理淬火及回火处理，金相组织主要为回火屈氏体组织，使得形成弹钢成品的屈服强度≥1300MPa、延伸率≥10％，具有高强高韧高破片率的优良性能。

具体实施方式

下面列举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供的一种高强度榴弹弹钢，该弹钢的化学成分按重量百分计为：C：0.47～0.53％；Si：0.80～1.10％；Mn：0.95～1.25％；B：0.01～0.015％；V：0.04～0.06％；余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明提供的一种高强度榴弹弹钢的制备方法，包括：铁水预脱硫、转炉冶炼、脱氧合金化、CAS搅拌炉外精炼、二次精炼、锻造、粗加工、热冲压、淬火、回火及精加工等步骤形成成品。上述过程具体来说包括以下步骤：

步骤1、铁水预脱硫。

本发明中采用KR铁水预处理的方式完成铁水预脱硫，将硫的含量降低至低于0.002％，以防止硫产生的热脆。

步骤2、转炉冶炼。

本发明采用BOF法转炉冶炼，氧气顶吹脱C。

步骤3、CAS搅拌炉外精炼。

本发明采用氩气喷吹，通过隔离罩去除杂质的方式处理。

步骤4、粗加工。

依据所加工战斗部的尺寸，将钢锭加工为具有一定尺寸的圆角方钢，并保证方钢表面粗糙度不低于3.2。

步骤5、淬火。

本发明采用的保温时间为50min-70min，加热温度为880℃-900℃，冷却介质为油，淬火后可获得细小均匀的马氏体组织。

步骤6、回火。

本发明采用的保温时间80min-100min，加热温度为450-470℃，冷却介质为水，回火后可获得回火屈氏体。

实施例1

按照本发明弹钢成分要求冶炼本发明的弹钢，经KR铁水预处理后，测试得到铁水的硫含量为0.0015％；再转炉冶炼，采用BOF法转炉冶炼，氧气顶吹脱C；CAS炉外精炼，氩气喷吹，通过隔离罩去除杂质；将钢锭锻造为115×115×380mm的圆角方钢，机加工使方钢表面粗糙度为3.2；油冷淬火60min，加热温度890℃；水冷回火90min，加热温度450℃。

经检测所获得组织为回火屈氏体，钢锭成分为：C：0.50％；Si：0.98％；Mn：1.12％；B：0.012％；V：0.04％。

将材料加工为试件，测试得到材料的力学性能如下表：

表1

抗拉强度/MPa	屈服强度/MPa	延伸率	收缩率
				1448	1315	11.5％	40％

实施例2

进行KR铁水预处理，测试得到铁水的硫含量为0.0014％；转炉冶炼，采用BOF法转炉冶炼，氧气顶吹脱C；CAS炉外精炼，氩气喷吹，通过隔离罩去除杂质；依据所加工战斗部的尺寸，将钢锭锻造为两块115×115×380mm的圆角方钢，机加工使方钢表面粗糙度为3.2；经热冲压、粗加工后得到两个弹体毛坯；油冷淬火60min，加热温度900℃；水冷回火90min，加热温度470℃；精加工后最终得到两个某口径典型炮射导弹弹体，一个用于测试材料组织形式、成分以及力学性能，另一个内部装填改性B炸药用于测试密集杀伤半径。

经检测弹体材料的组织形式为回火屈氏体，成分为：C：0.51％；Si：0.89％；Mn：0.98％；B：0.01％；V：0.05％。测试得到弹体材料的力学性能如下表：

表2

抗拉强度/MPa	屈服强度/MPa	延伸率	收缩率
				1440	1307	12％	45％

通过试验测试得到采用本实例所示的材料及工艺制造的某口径典型炮射导弹的密集杀伤半径为34m。根据公开文献，制式该口径典型炮射导弹的弹体材料为35CrMnSiA，屈服强度为1364MPa、抗拉强度为1473MPa、延伸率为10％、28m。应用实例2所示成分及工艺制造的该口径典型炮射导弹相比制式弹保证了材料的强度及塑性，并将密集杀伤半径提高了21.4％。

由表1和表2可见，采用本发明提供的成分及制备方法得到的弹钢，同时达到了屈服强度≥1300MPa、延伸率≥10％，以及较高破片率的要求。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高强度榴弹弹钢，其特征在于，所述弹钢的化学成分按重量百分计为：C：0.47～0.53％；Si：0.80～1.10％；Mn：0.95～1.25％；B：0.01～0.015％；V：0.04～0.06％；余量为Fe及不可避免的杂质。

2.一种根据权利要求1所述的弹钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

铁水预脱硫、转炉冶炼、脱氧合金化、CAS搅拌炉外精炼、二次精炼、锻造、粗加工、热冲压、淬火、回火及精加工；

所述淬火采用的保温时间为50min-70min，加热温度为880℃-900℃，冷却介质为油；

所述回火采用的保温时间80min-100min，加热温度为450-470℃，冷却介质为水。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述铁水预脱硫采用KR铁水预处理，且硫的含量降低至低于0.002％。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述转炉冶炼采用BOF法转炉冶炼，氧气顶吹脱C。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述粗加工，将钢锭加工为具有一定尺寸的圆角方钢，且方钢表面粗糙度不低于3.2。