CN113549842A - 一种高强度防弹头盔壳及其制备方法 - Google Patents

一种高强度防弹头盔壳及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度防弹头盔壳，按质量百分比计，所述高强度防弹头盔壳包含：碳0.001％～0.01％，磷≤0.01％，硫≤0.005％，镍14％～20％，钼3.5％～6％，钴9.5％～12％，钛0.6％～1.2％，余量为铁和不可避免的杂质。在设计构思了特定的钢材合金元素成分及其含量的基础上，本发明还通过选择最适用的制备工艺参数，进一步提高了所述防弹头盔壳的防护级别和抗多发弹连击能力，将所述防弹头盔壳的强度等级提升至2300MPa以上，使其防弹性能、抗多发弹连击能力显著增强，并具有环境适应能力强、使用周期长的优点。

Description

一种高强度防弹头盔壳及其制备方法
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防弹头盔壳及其制备方法。
背景技术
目前，防弹头盔壳通常主要采用非钢材料，其所选用的材质主要为芳纶、PE等。然而，这种防弹头盔壳存在的缺陷为防护级别偏低及抗多发弹连击能力差。
因此，亟需开发一种防护级别高、抗多发弹连击能力优良高强度防弹头盔壳，以提高我军装备科技技术水平，具有极其重要的军事价值和现实意义。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种高强度防弹头盔壳及其制备方法。本发明针对想要显著提高防弹头盔壳的防护级别和抗多发弹连击能力的发明目的，设计构思了特定的钢材合金元素成分及其含量。此外，本发明还通过选择最适用的制备工艺参数，进一步提高了所述防弹头盔壳的防护级别和抗多发弹连击能力，将所述防弹头盔壳的强度等级提升至2300MPa以上，使其防弹性能、抗多发弹连击能力显著增强，并具有环境适应能力强、使用周期长的优点。
本发明用于实现上述目的的技术方案如下：
在本发明的一个方面，提供了一种高强度防弹头盔壳，其中，按质量百分比计，所述高强度防弹头盔壳包含：碳0.001％～0.01％，磷≤0.01％，硫≤0.005％，镍14％～20％，钼3.5％～6％，钴9.5％～12％，钛0.6％～1.2％，余量为铁和不可避免的杂质。
在本发明的一些实施方式中，本发明所述的高强度防弹头盔壳中，按质量百分比计，所述高强度防弹头盔壳包含：碳0.006％～0.008％，磷≤0.009％，硫≤0.002％，镍15％～17％，钼3.5％～4.8％，钴10.5％～11％，钛0.95％～1.1％，余量为铁和不可避免的杂质。
在本发明的一些实施方式中，本发明所述的高强度防弹头盔壳中，按质量百分比计，所述高强度防弹头盔壳包含：碳0.006％，磷≤0.01％，硫≤0.002％，镍16.5％，钼3.5％，钴10.5％，钛1.1％，余量为铁和不可避免的杂质。
在本发明的一些实施方式中，本发明所述的高强度防弹头盔壳中，所述高强度防弹头盔壳的抗拉强度＞2300MPa，洛氏硬度HRC＞57；
所述高强度防弹头盔壳的厚度为0.8mm～3.0mm。
在本发明的另一个方面，本发明还提供本发明所述的高强度防弹头盔壳的制备方法，包括以下步骤：
冶炼，得到钢坯；
对所述钢坯进行轧制，得到钢卷；
对所述钢卷进行矫直、开平横切，得到开平钢板；
将所述开平钢板进行下料、加热，后进行压形处理，得到头盔状钢；
将所述头盔状钢冷却至18℃～31℃，后进行加热处理，再冷却至18℃～31℃，得到所述高强度防弹头盔壳；
其中，按质量百分比计，所述钢坯包含：碳0.001％～0.01％，磷≤0.01％，硫≤0.005％，镍14％～20％，钼3.5％～6％，钴9.5％～12％，钛0.6％～1.2％，余量为铁和不可避免的杂质。
在本发明的一些实施方式中，本发明所述的高强度防弹头盔壳的制备方法中，包括以下步骤：
冶炼，得到钢坯；
对所述钢坯进行轧制，得到钢卷；
对所述钢卷进行矫直、开平横切，得到开平钢板；
将所述开平钢板进行下料、加热，后进行压形处理，得到头盔状钢；
将所述头盔状钢冷却至18℃～31℃，后进行加热处理，再冷却至18℃～31℃，得到所述高强度防弹头盔壳；
其中，所述冶炼为电炉冶炼或转炉冶炼；
所述轧制包括采用热连轧、连铸连轧或冷轧；
所述下料，包括：将所述开平钢板按照头盔壳的形状采用等离子或者激光切割进行下料；
所述压形处理，包括：将所述开平钢板进行下料、加热后，置于头盔压形模具内进行压形处理，成形至所述头盔状钢；
所述冷却至18℃～31℃，包括：在空气中自然冷却至18℃～31℃。
在本发明的一些实施方式中，本发明所述的高强度防弹头盔壳的制备方法中，按质量百分比计，所述钢坯包含：碳0.006％～0.008％，磷≤0.009％，硫≤0.002％，镍15％～17％，钼3.5％～4.8％，钴10.5％～11％，钛0.95％～1.1％，余量为铁和不可避免的杂质。
在本发明的一些实施方式中，本发明所述的高强度防弹头盔壳的制备方法中，按质量百分比计，所述钢坯包含：碳0.006％，磷≤0.01％，硫≤0.002％，镍16.5％，钼3.5％，钴10.5％，钛1.1％，余量为铁和不可避免的杂质。
在本发明的一些实施方式中，本发明所述的高强度防弹头盔壳的制备方法中，所述将所述开平钢板进行下料、加热，后进行压形处理，得到头盔状钢，包括：所述加热的温度为830℃～880℃，所述加热的时间为40min～80min；
优选地，所述加热的温度为845℃～860℃，所述加热的时间为65min～75min；
进一步优选地，所述加热的温度为855℃，所述加热的时间为70min；
在本发明的一些实施方式中，本发明所述的高强度防弹头盔壳的制备方法中，所述将所述开平钢板进行下料、加热，后进行压形处理，得到头盔状钢，包括：
所述压形处理的起始温度为460℃～820℃，所述压形处理的终止温度为320℃～780℃，所述压形处理的时间为6s～20s。
优选地，所述压形处理的起始温度为650℃～730℃，所述压形处理的终止温度为555℃～620℃；
进一步优选地，所述压形处理的起始温度为675℃，所述压形处理的终止温度为595℃。
在本发明的一些实施方式中，本发明所述的高强度防弹头盔壳的制备方法中，所述将所述头盔状钢冷却至18℃～31℃，后进行加热处理，再冷却至18℃～31℃，得到所述高强度防弹头盔壳，包括：
所述加热处理的温度为440℃～540℃，所述加热处理的时间为3～5h。
优选地，所述加热处理的温度为485℃～515℃；
进一步优选地，所述加热处理的温度为500℃。
本发明所述的一个或多个技术实施方式，至少具有如下技术效果或优点：
(1)本发明针对想要显著提高防弹头盔壳的防护级别和抗多发弹连击能力，设计构思了特定的钢材合金元素成分及其含量。
(2)本发明还通过选择最适用的制备工艺参数，进一步提高了所述防弹头盔壳的防护级别和抗多发弹连击能力，将所述防弹头盔壳的强度等级提升至2300MPa以上，并具有环境适应能力强、使用周期长的优点。
(3)本发明所述高强度防弹头盔壳的抗拉强度＞2300MPa，洛氏硬度HRC＞57。
(4)本发明所述高强度防弹头盔壳的制备方法中，通过采用两次加热，并配合自然冷却、压形处理工艺而获得力学性能高、防护性能高的高强度防弹头盔壳。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明一些实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
在本发明的一个方面，提供了一种高强度防弹头盔壳，其中，按质量百分比计，所述高强度防弹头盔壳包含：碳0.001％～0.01％，磷≤0.01％，硫≤0.005％，镍14％～20％，钼3.5％～6％，钴9.5％～12％，钛0.6％～1.2％，余量为铁和不可避免的杂质。
本发明针对想要显著提高防弹头盔壳的防护级别和抗多发弹连击能力，设计构思了特定的钢材合金元素成分及其含量。本发明中，选择了超低碳、低磷、低硫，并添加了高镍、高钼、高钴以及高钛，来提高钢材料的强度，且本发明未添加锰、硅等传统固溶强化元素，从而显著提高防弹头盔壳的防护级别和抗多发弹连击能力。
在本发明的一些实施方式中，本发明所述的高强度防弹头盔壳中，按质量百分比计，所述高强度防弹头盔壳包含：碳0.006％～0.008％，磷≤0.009％，硫≤0.002％，镍15％～17％，钼3.5％～4.8％，钴10.5％～11％，钛0.95％～1.1％，余量为铁和不可避免的杂质。
本发明通过进一步限定钢的特定化学成分的含量，可以进一步提高了所述防弹头盔壳的防护级别和抗多发弹连击能力。
在本发明的一些实施方式中，本发明所述的高强度防弹头盔壳中，按质量百分比计，所述高强度防弹头盔壳包含：碳0.006％，磷≤0.01％，硫≤0.002％，镍16.5％，钼3.5％，钴10.5％，钛1.1％，余量为铁和不可避免的杂质。
本发明通过筛选出最适宜的钢的特定化学成分含量，以使所述高强度防弹头盔壳具有最佳防护级别和抗多发弹连击能力，所述高强度防弹头盔壳的抗拉强度为2400MPa。
在本发明的另一个方面，本发明还提供本发明所述的高强度防弹头盔壳的制备方法，包括以下步骤：
冶炼，得到钢坯；
对所述钢坯进行轧制，得到钢卷；
对所述钢卷进行矫直、开平横切，得到开平钢板；
将所述开平钢板进行下料、加热，后进行压形处理，得到头盔状钢；
将所述头盔状钢冷却至18℃～31℃，后进行加热处理，再冷却至18℃～31℃，得到所述高强度防弹头盔壳；
其中，按质量百分比计，所述钢坯包含：碳0.001％～0.01％，磷≤0.01％，硫≤0.005％，镍14％～20％，钼3.5％～6％，钴9.5％～12％，钛0.6％～1.2％，余量为铁和不可避免的杂质。
在设计构思了特定的钢材合金元素成分及其含量的基础上，本发明还通过选择最适用的制备工艺参数，采用特定的两次加热工艺，并配合自然冷却、压形处理工艺而获得力学性能高、防护性能高的高强度防弹头盔壳。
在本发明的一些实施方式中，本发明所述的高强度防弹头盔壳的制备方法中，所述将所述开平钢板进行下料、加热，后进行压形处理，得到头盔状钢，包括：所述加热的温度为830℃～880℃℃，所述加热的时间为40min～80min；
优选地，所述加热的温度为845℃～860℃，所述加热的时间为65min～75min；
进一步优选地，所述加热的温度为855℃，所述加热的时间为70min。
本发明人为了实现发明目的，将所述开平钢板进行下料，并对下料后的钢板进行加热，限定加热的温度为830℃～880℃，所述加热的时间为40min～80min，以保证钢板内的合金元素充分溶解，同时使得后续的成形处理过程顺利进行。此外，本发明人为了进一步优化所述高强度防弹头盔壳的各项性能，优选所述加热的温度为845℃～860℃，所述加热的时间为65min～75min，以使所述高强度防弹头盔壳具有更加优化的防护级别和抗多发弹连击能力；并通过最优选所述加热的温度为855℃，所述加热的时间为70min，从而使所述高强度防弹头盔壳的抗拉强度达到2400MPa的最佳性能。
在本发明的一些实施方式中，本发明所述的高强度防弹头盔壳的制备方法中，所述将所述开平钢板进行下料、加热，后进行压形处理，得到头盔状钢，包括：
所述压形处理的起始温度为460℃～820℃，所述压形处理的终止温度为320℃～780℃，所述压形处理的时间为6s～20s；
优选地，所述压形处理的起始温度为650℃～730℃，所述压形处理的终止温度为555℃～620℃；
进一步优选地，所述压形处理的起始温度为675℃，所述压形处理的终止温度为595℃。
本发明人为了实现发明目的，通过大量的平衡优化试验，限定了压形处理的起始温度为460℃～820℃，压形处理的终止温度为320℃～780℃，压形处理的时间为6s～20s。具体而言，若压形处理的起始温度低于460℃，则会导致钢板的变形能力降低、成形形状尺寸精度降低等缺陷，而若压形处理的起始温度高于820℃，一方面由于高温对模具的损伤较大，另一方面如果使用高于820℃的压形起始温度，为得到良好形状和尺寸精度的构件，需增加钢板在模具中的保留时间，将会降低生产效率。
若压形处理的终止温度小于320℃，则会严重降低生产效率；若压形处理的终止温度大于780℃，则出模具后的空冷过程中容易引发变形，无法保证尺寸精度。
此外，本发明人为了进一步优化所述高强度防弹头盔壳的各项性能，优选压形处理的起始温度为650℃～730℃、压形处理的终止温度为555℃～620℃，以使所述高强度防弹头盔壳具有更加优化的防护级别和抗多发弹连击能力；并通过最优选压形处理的起始温度为675℃、压形处理的终止温度为595℃，从而使所述高强度防弹头盔壳的抗拉强度达到2400MPa的最佳性能。
本发明所得到的压形后头盔壳在空气中自然冷却至18℃～31℃，不需要进行风冷或者水冷，即可保证所述防弹头盔壳的尺寸精度和工业可实施性。
在本发明的一些实施方式中，本发明所述的高强度防弹头盔壳的制备方法中，所述将所述头盔状钢冷却至18℃～31℃，后进行加热处理，再冷却至18℃～31℃，得到所述高强度防弹头盔壳，包括：
所述加热处理的温度为440℃～540℃，所述加热处理的时间为3～5h。
优选地，所述加热处理的温度为485℃～515℃；
进一步优选地，所述加热处理的温度为500℃。
本发明通过一系列筛选试验，将所述头盔状钢冷却至18℃～31℃，然后进行加热处理(采用了第二次加热)，以提高头盔强度。其中，通过限定加热处理的温度为440℃～540℃，来实现头盔状钢的合金元素的沉淀强化。若加热处理的温度小于440℃，无法使添加的高的合金元素充分的沉淀析出，会降低材料的强度和硬度；若加热处理的温度大于540℃，则会造成基体组织的软化，同时析出的合金化合物会进一步聚集和长大，导致最终产品的强度和硬度以及防护性能降低。
此外，本发明人为了进一步优化所述高强度防弹头盔壳的各项性能，优选加热处理的温度为485℃～515℃，以使所述高强度防弹头盔壳具有更加优化的防护级别和抗多发弹连击能力；并通过最优选加热处理的温度为500℃，从而使所述高强度防弹头盔壳的抗拉强度达到2400MPa的最佳性能。
下面将结合实施例、对比例及实验数据对本申请所述高强度防弹头盔壳及其制备方法进行详细说明。
实施例：
以下实施例1～6采用本发明所述高强度防弹头盔壳的制备方法来制备高强度防弹头盔壳，包括：
一、制备钢坯；
其中，碳0.001％～0.01％，磷≤0.01％，硫≤0.005％，镍14％～20％，钼3.5％～6％，钴9.5％～12％，钛0.6％～1.2％，余量为铁和不可避免的杂质，具体见表1。
二、采用电炉冶炼或转炉冶炼，得到钢坯；
三、对所述钢坯进行热连轧、连铸连轧或冷轧，得到钢卷；
四、对所述钢卷进行矫直、开平横切，得到开平钢板；
五、将所述开平钢板按照头盔壳的形状采用等离子或者激光切割进行下料，然后进行加热，再置于头盔压形模具内进行压形处理，成形至所述头盔状钢；
其中，所述加热的温度为830℃～880℃，所述加热的时间为40min～80min；
所述压形处理的起始温度为460℃～820℃，所述压形处理的终止温度为320℃～780℃，所述压形处理的时间为6s～20s。
六、将所述头盔状钢在空气中自然冷却至18℃～31℃，后进行加热处理，再在空气中自然冷却至18℃～31℃，得到所述高强度防弹头盔壳；
其中，所述加热处理的温度为440℃～540℃，所述加热处理的时间为3～5h。
上述制备过程中涉及到的其他工艺参数及方法可以按照本领域技术人员熟知的常规工艺处理。
上述具体工艺参数见表2。
表1：本发明实施例1～6中钢坯包含的化学成分(％)
Figure BDA0003125425790000091
Figure BDA0003125425790000101
表2：本发明实施例1～6的制备工艺参数
Figure BDA0003125425790000102
性能测试
对本发明实施例1～6得到的防弹头盔壳进行性能测试，所得结果见表3：
Figure BDA0003125425790000103
相对于现有技术，本发明在限定钢的特定化学成分及其含量的基础上，本发明还通过选择最适用的制备工艺参数，进一步提高了所述防弹头盔壳的防护级别和抗多发弹连击能力，将所述防弹头盔壳的强度等级提升至2300MPa以上，并具有环境适应能力强、使用周期长的优点。此外，本发明所述高强度防弹头盔壳的制备方法中，通过采用特定的两次加热工艺，并配合自然冷却、特定压形处理工艺而获得力学性能高、防护性能高的高强度防弹头盔壳。
此外，通过本发明上述实施例1～6可以看出，相对于现有技术，本发明提供的高强度防弹头盔壳及其制备方法至少具有以下技术效果：所述高强度防弹头盔壳的抗拉强度＞2300MPa，洛氏硬度HRC＞57。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种高强度防弹头盔壳，其特征在于，按质量百分比计，所述高强度防弹头盔壳包含：碳0.001％～0.01％，磷≤0.01％，硫≤0.005％，镍14％～20％，钼3.5％～6％，钴9.5％～12％，钛0.6％～1.2％，余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高强度防弹头盔壳，其特征在于，按质量百分比计，所述高强度防弹头盔壳包含：碳0.006％～0.008％，磷≤0.009％，硫≤0.002％，镍15％～17％，钼3.5％～4.8％，钴10.5％～11％，钛0.95％～1.1％，余量为铁和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的高强度防弹头盔壳的制备方法，包括以下步骤：
冶炼，得到钢坯；
对所述钢坯进行轧制，得到钢卷；
对所述钢卷进行矫直、开平横切，得到开平钢板；
将所述开平钢板进行下料、加热，后进行压形处理，得到头盔状钢；
将所述头盔状钢冷却至18℃～31℃，后进行加热处理，再冷却至18℃～31℃，得到所述高强度防弹头盔壳；
其中，按质量百分比计，所述钢坯包含：碳0.001％～0.01％，磷≤0.01％，硫≤0.005％，镍14％～20％，钼3.5％～6％，钴9.5％～12％，钛0.6％～1.2％，余量为铁和不可避免的杂质。
4.根据权利要求3所述的高强度防弹头盔壳的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，所述钢坯包含：碳0.006％～0.008％，磷≤0.009％，硫≤0.002％，镍15％～17％，钼3.5％～4.8％，钴10.5％～11％，钛0.95％～1.1％，余量为铁和不可避免的杂质。
5.根据权利要求3或4所述的高强度防弹头盔壳的制备方法，其特征在于，所述将所述开平钢板进行下料、加热，后进行压形处理，得到头盔状钢，包括：
所述加热的温度为830℃～880℃，所述加热的时间为40min～80min。
6.根据权利要求5所述的高强度防弹头盔壳的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为845℃～860℃，所述加热的时间为65min～75min。
7.根据权利要求3或4所述的高强度防弹头盔壳的制备方法，其特征在于，所述将所述开平钢板进行下料、加热，后进行压形处理，得到头盔状钢，包括：
所述压形处理的起始温度为460℃～820℃，所述压形处理的终止温度为320℃～780℃，所述压形处理的时间为6s～20s。
8.根据权利要求7所述的高强度防弹头盔壳的制备方法，其特征在于，所述压形处理的起始温度为650℃～730℃，所述压形处理的终止温度为555℃～620℃。
9.根据权利要求3或4所述的高强度防弹头盔壳的制备方法，其特征在于，所述将所述头盔状钢冷却至18℃～31℃，后进行加热处理，再冷却至18℃～31℃，得到所述高强度防弹头盔壳，包括：
所述加热处理的温度为440℃～540℃，所述加热处理的时间为3～5h。
10.根据权利要求9所述的高强度防弹头盔壳的制备方法，其特征在于，所述加热处理的温度为485℃～515℃。
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