PL215067B1

PL215067B1 - Stal pancerna na blachy o wysokiej ciągliwości i sposób utwardzania blach

Info

Publication number: PL215067B1
Application number: PL391366A
Authority: PL
Inventors: Wincenty Likus; Joanna Jungiewicz; Stanisław Szczęch
Original assignee: Hsw Huta Stali Jakosciowych Spolka Akcyjna
Priority date: 2010-04-19
Filing date: 2010-04-19
Publication date: 2013-10-31
Also published as: PL391366A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest stopowa stal pancerna o wysokiej ciągliwości przeznaczona na blachy pancerne do przenoszenia wysokich obciążeń dynamicznych, oraz sposób utwardzania cieplnego tych blach.

Znane są stale pancerne o nazwach ARMOX 440T produkowane przez SSAB Oxelosund ze Szwecji oraz SECURE 400 i SECURE 450 produkowane przez Thyssen Krupp Steel, które zawierają zawartości pierwiastków wyrażone w procentach wagowych oraz nieuniknione domieszki i zanieczyszczenia pochodzące z procesu metalurgicznego, jak przedstawiono poniżej w tabeli.

Oznaczenie stali	Zawartość wagowa pierwiastków w	%]
C maks.	Si	Mn maks.	P maks.	S maks.	Cr maks.	Ni maks.	Mo maks.
ARMOX 440T	0,21	0,1-0,5	1,2	0,010	0,010	1,0	2,5	0,7	B maks. 0,005
SECURE 400¹)	0,32	maks. 0,40	1,0	0,015	0,005	1,5	0,70	0,50	Al maks. 0,11
SECURE 450	0,20	0,5	1,6	0,020	0,005	1,0	2,25	0,70	V maks. 0,05

¹⁾ stal może dodatkowo zawierać Ti, Nb i B

Znana jest z opisu polskiego zgłoszenia nr P-373825 mikrostopowa stal pancerna, zawierająca wagowo maks. 0,32% wag. węgla, maks. 1,20% wag. manganu, maks. 0,50% krzemu, maks. 0,90% chromu, maks. 1,10% niklu, maks. 0,25% molibdenu, maks. 0,04% tytanu oraz mikrododatki w ilościach: maks. 0,08% wag. wanadu, maks. 0,003% wag. boru i maks. 0,05% wag. niobu lub ceru, a ponadto zawierającą aluminium metaliczne korzystnie w ilości min. 0,020% wagowych, przy czym stosunek zawartości aluminium metalicznego do zawartości aluminium całkowitego wynosi min. 0,80%. Suma zawartości wanadu i niobu lub wanadu i ceru wynosi korzystnie maks. 0,12% wagowych.

Celem wynalazku jest opracowanie stali stopowej pancernej na blachy o wysokiej ciągliwości, na blachy pancerne o grubości do 20 mm z przeznaczeniem w szczególności na lekkie osłony balistyczne pojazdów wojskowych i cywilnych.

Stal pancerna na blachy o wysokiej ciągliwości, według wynalazku, zawierająca maks. 0,25% wag. węgla, maks. 0,50% wag. krzemu, maks. 1,20% wag. manganu, maks. 1,0% wag. chromu, maks. 1,50% wag. niklu, maks. 0,50% wag. molibdenu, maks. 0,05% wag. niobu, a także zawierająca fosfor, siarkę i resztę żelazo oraz nieuniknione domieszki i zanieczyszczenia pochodzące z procesu metalurgicznego, charakteryzuje się tym, że zawiera dodatkowo mikrododatki w ilościach wagowych: maks. 0,05% tytanu, maks. 0,15% wanadu i maks. 0,0050% boru, a ponadto zawiera aluminium całkowite korzystnie w ilości min. 0,015%, przy czym suma zawartości aluminium całkowitego i tytanu wynosi maks. 0,12%, a suma zawartości wanadu i niobu wynosi maks. 0,18%.

Sposób utwardzania blach pancernych wykonanych ze stali o wysokiej ciągliwości, charakteryzuje się tym, że blachę poddaje się dwukrotnemu hartowaniu i odprężaniu, polegającemu na nagrzaniu w piecu do temperatury austenityzacji, która wynosi maks. 950°C, w czasie min. 1,5 minuty/1 mm grubości blachy i równomiernym chłodzeniu w urządzeniu hartowniczym w wodzie lub innym ośrodku zapewniającym szybkość chłodzenia gwarantującą uzyskanie struktury martenzytycznej, a następnie po drugim hartowaniu poddaje się ją odprężaniu polegającemu na nagrzaniu w piecu do temperatury min. 170°C i wytrzymaniu w tej temperaturze w czasie min. 5 minut/1 mm grubości blachy.

Wprowadzone mikrododatki do stali pancernej, według wynalazku, w postaci aluminium całkowitego w ilości min. 0,015% lub niobu w ilości min. 0,03%, lub wanadu w ilości min. 0,06%, albo tytanu w ilości min. 0,02%, zabezpieczają strukturę stali przed rozrostem ziarna w wysokich temperaturach (poprzez wydzielenia AIN, TiN i/lub VN na granicach ziaren austenitu).

Mikrododatki te mogą być także stosowane jako pojedyncze pierwiastki lub w kombinacji kilku pierwiastków dodawanych w ilościach koniecznych do związania azotu.

PL 215 067 B1

Ponadto, mikrododatek tytanu do stali wprowadza się jako pierwiastek „osłaniający” bor, poprzez związanie azotu (przeciwdziała utworzeniu azotków boru), co zapewnia obecność boru rozpuszczonego w austenicie (tzw. bor efektywny), który bardzo korzystnie wpływa na hartowność stali, a tym samym na twardość wyrobów po obróbce cieplnej. Niska zawartość fosforu przeciwdziała kruchości stali i obniża skłonność stali do powstawania pęknięć rozdzielczych. Również niska zawartość siarki w stali eliminuje zjawisko kruchości na gorąco i przeciwdziała zjawisku anizotropowości własności mechanicznych wyrobów walcowanych płaskich. Niska zawartość siarki uzyskiwana jest w wyniku procesu rafinacji stali i gwarantuje wysoką czystość stali (niska zawartość siarczkowych wtrąceń niemetalicznych).

Sposób utwardzania blach według wynalazku jest stosowany w celu uzyskania struktury martenzytu odpuszczonego, charakteryzującego się wysoką twardością i ciągliwością stali.

Blachy pancerne wykonane ze stali będących przedmiotem wynalazku charakteryzują się twardością minimum 380 do 480 HB w zależności od składu chemicznego i temperatury odprężania, przy zachowaniu wysokiej udarności i pełnej przydatności do spawania, oraz posiadają wysoką ciągliwością nadającą tym blachom zdolność do przenoszenia wysokich obciążeń dynamicznych przy jednoczesnym zachowaniu kuloodporności.

Blachy według wynalazku, zwłaszcza o grubości do 20 mm, mogą być stosowane na lekkie osłony balistyczne pojazdów cywilnych i wojskowych.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładach wykonania.

P r z y k ł a d 1

Stal stopowa o wysokiej ciągliwości, sporządzona zgodnie z wynalazkiem, zawiera w procentach wagowych: 0,19% węgla, 0,81% manganu, 0,25% krzemu, 0,53% chromu, 1,23% niklu, 0,37% molibdenu, 0,12% wanadu oraz mikrododatki: 0,0027% boru, 0,032% tytanu, a ponadto aluminium całkowite w ilości 0,031%.

Ze stali o tym składzie chemicznym wykonano blachy o grubości 8 mm i poddano utwardzaniu cieplnemu zgodnie z wynalazkiem.

Hartowanie I: temperatura austenityzacji 910 ± 10°C, całkowity czas nagrzewania i wygrzewania 1,5 minuty/1 mm grubości blachy, następnie chłodzenie w urządzeniu hartowniczym, natryskiem wodnym, obu powierzchni blach w celu uzyskania struktury martenzytycznej.

Hartowanie II: temperatura austenityzacji 910 ± 10°C, całkowity czas nagrzewania i wygrzewania 1,5 minuty/1 mm grubości blachy, następnie chłodzenie w urządzeniu hartowniczym, natryskiem wodnym, obu powierzchni blach w celu uzyskania struktury martenzytycznej.

Odprężanie (po drugim hartowaniu): nagrzanie blach w piecu do temperatury 190 ± 5°C i wytrzymanie w tej temperaturze w czasie 12 minut/1 mm grubości.

W wyniku przeprowadzonego utwardzania uzyskano własności:

- twardość 420-440 HB,

- praca łamania na próbkach poprzecznych ISO-V w temperaturze - 40°C (odniesiona do próbek pełnowymiarowych 10x10) min. 50J,

- wytrzymałość na rozciąganie min. 1320 MPa,

- umowna granicę plastyczności min. 1170 MPa,

- wydłużenie A5 min. 10,0%.

P r z y k ł a d 2

Stal stopowa o wysokiej ciągliwości, sporządzona zgodnie z wynalazkiem, zawiera w procentach wagowych: 0,22% węgla, 0,82% manganu, 0,20% krzemu, 0,51% chromu, 1,23% niklu, 0,36% molibdenu oraz z mikrododatki: 0,0025% boru, 0,031% tytanu, a ponadto aluminium całkowite w ilości 0,024%.

Hartowanie I: temperatura austenityzacji 900 ± 10°C, całkowity czas nagrzewania i wygrzewania 1,5 minuty/1 mm grubości blachy, następnie chłodzenie w urządzeniu hartowniczym, natryskiem wodnym, obu powierzchni blach w celu uzyskania struktury martenzytycznej.

Hartowanie II: temperatura austenityzacji 900 ± 10°C, całkowity czas nagrzewania i wygrzewania 1,5 minuty/1 mm grubości blachy, następnie chłodzenie w urządzeniu hartowniczym, natryskiem wodnym, obu powierzchni blach w celu uzyskania struktury martenzytycznej.

Odprężanie (po drugim hartowaniu): nagrzanie blach w piecu do temperatury 190 ± 5°C i wytrzymanie w tej temperaturze w czasie 24 minut/1 mm grubości blachy.

PL 215 067 B1

W wyniku przeprowadzonego utwardzania uzyskano własności :

- twardość 465 - 480 HB,

- praca łamania na próbkach poprzecznych ISO-V w temperaturze - 40°C (odniesiona do próbek pełnowymiarowych 10x10) min. 45J,

- wytrzymałość na rozciąganie min. 1480 MPa,

- umowna granicę plastyczności min. 1480 MPa,

- wydłużenie A5 min. 10,0%.

Wykonane zgodnie z wynalazkiem blachy pancerne o wysokiej ciągliwości wykazują zdolność do zginania o kąt 90° w kierunku poprzecznym do głównego kierunku walcowania, na trzpieniu o promieniu równym czterokrotnej grubości blachy. Blachy po utwardzeniu cieplnym posiadają drobne ziarno odpowiadające wzorcowi min. 7 (fig. 1) według normy PN-H-04507-01:1984. Mikrostrukturę blach stanowi martenzyt odpuszczony (fig. 2).

Przykładowe wzorce mikrostruktur przy powiększeniu 500x, jakie są charakterystyczne dla blach wykonanych z stali stopowej zgodnej z wynalazkiem, pokazano na fig. 1 i 2 (fotografiach), gdzie fig. 1 przedstawia ziarno rzeczywiste blachy z przykładu 2, wielkość ziarna - wzorzec nr 10/9 według PN-H-04507-01:1984, zaś fig. 2 przedstawia mikrostrukturę blachy - martenzyt odpuszczony - z przykładu 2 po podwójnym hartowaniu i odprężaniu (trawione nitalem).

Blachy wykonane według wynalazku wykazują zdolność do cięcia termicznego z zastosowaniem lasera lub plazmy. Natomiast przeprowadzone badania balistyczne blach o grubości 8 mm, wykonanych według przykładów wykonania 1 i 2, wykazały ich wysoką kuloodporność i przydatność do zastosowania na opancerzenie lekkich pojazdów wojskowych, a w szczególności do budowy pancerzy spełniających wymagania standardów kuloodporności.

Claims

1. Stal pancerna na blachy o wysokiej ciągliwości, zawierająca maks. 0,25% wag. węgla, maks. 0,50% wag. krzemu, maks. 1,20% wag. manganu, maks. 1,0% wag. chromu, maks. 1,50% wag. niklu, maks. 0,50% wag. molibdenu, maks. 0,05% wag. niobu, a także zawierająca fosfor, siarkę i resztę żelazo oraz nieuniknione domieszki i zanieczyszczenia pochodzące z procesu metalurgicznego, znamienna tym, że zawiera dodatkowo mikrododatki w ilościach wagowych: maks. 0,05% tytanu, maks. 0,15% wanadu i maks. 0,0050% boru, a ponadto zawiera aluminium całkowite korzystnie w ilości min. 0,015%, przy czym suma zawartości aluminium całkowitego i tytanu wynosi maks. 0,12%, a suma zawartości wanadu i niobu wynosi maks. 0,18%.

2. Sposób utwardzania blach pancernych wykonanych ze stali o wysokiej ciągliwości, znamienny tym, że blachę poddaje się dwukrotnemu hartowaniu i odprężaniu, polegającemu na nagrzaniu w piecu do temperatury austenityzacji, która wynosi maks. 950°C, w czasie min. 1,5 minuty/1 mm grubości blachy i równomiernym chłodzeniu w urządzeniu hartowniczym w wodzie lub innym ośrodku zapewniającym szybkość chłodzenia gwarantującą uzyskanie struktury martenzytycznej, a następnie po drugim hartowaniu poddaje się ją odprężaniu polegającemu na nagrzaniu w piecu do temperatury min. 170°C i wytrzymaniu w tej temperaturze w czasie min. 5 minut/1 mm grubości blachy.