PL238099B1

PL238099B1 - Stal do wytwarzania blachy pancernej

Info

Publication number: PL238099B1
Application number: PL429084(22)20190228A
Authority: PL
Inventors: Henryk Cierniak; Leonard Bernat; Władysław Piejko; Marian Silski; Lech Starczewski
Original assignee: Isd Huta Czestochowa Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2021-07-05
Also published as: PL429084A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest stal do wytwarzania blachy pancernej, w szczególności blachy do testowania amunicji.

Z opisu patentowego PL208955B1 znana jest mikrostopowa stal pancerna, zawierająca maksymalnie 0,32% wagowych węgla, maksymalnie 0,50% wagowych krzemu, maksymalnie 0,90% wagowych chromu, maksymalnie 0,90% wagowych niklu, maksymalnie 0,25% wagowych molibdenu, maksymalnie 1,20% wagowych manganu, maksymalnie 0,015% wagowych fosforu, maksymalnie 0,010% wagowych siarki, maksymalnie 0,04% wagowych tytanu oraz mikrododatki w ilościach: maksymalnie 0,08% wagowych wanadu, maksymalnie 0,003% wagowych boru i maksymalnie 0,05% wagowych niobu lub ceru. Ponadto stal zawiera aluminium metaliczne, korzystnie w ilości minimum 0,020% wagowych, przy czym stosunek zawartości aluminium metalicznego do zawartości aluminium całkowitego wynosi minimum 0,80%, zaś resztę stanowi żelazo oraz nieuniknione domieszki i zanieczyszczenia pochodzące z procesu metalurgicznego.

Ponadto z opisu patentowego PL214816B1 znana jest stal stopowa Cr-Ni-Mo na blachy pancerne o strukturze drobnoziarnistej, z mikrododatkami boru, tytanu i/lub wanadu i/lub niobu. Ujawniona w tym opisie stal zawiera w procentach wagowych maksymalnie 0,40% węgla, maksymalnie 0,50% k rzemu, maksymalnie 1,00% chromu, maksymalnie 2,50% niklu, maksymalnie 0,70% molibdenu, maksymalnie 1,0% manganu, maksymalnie 0,15% wolframu, oraz mikrododatki w procentach wagowych: maksymalnie 0,08% tytanu, maksymalnie 0,10% wanadu, maksymalnie 0,0040% boru, a także aluminium metaliczne w ilości maksymalnie 0,07%, maksymalnie 0,05% wagowych niobu lub ceru, a resztę stanowi żelazo oraz nieuniknione domieszki i zanieczyszczenia pochodzące z procesu metalurgicznego.

Z kolei opis patentowy PL215067B1 ujawnia stal pancerną stopową o wysokiej ciągliwości, przeznaczoną na blachy pancerne do przenoszenia wysokich obciążeń dynamicznych. Stal ta zawiera maksymalnie 0,25% wagowych węgla, maksymalnie 1,20% wagowych manganu, maksymalnie 1,5% wagowych niklu, maksymalnie 0,50% wagowych krzemu, maksymalnie 1,0% wagowy chromu, 0,50% wagowych molibdenu, 0,05% wagowych niobu, a ponadto zawiera mikrododatki w ilościach: maksymalnie 0,05% wagowych tytanu, maksymalnie 0,05% wagowych niobu, maksymalnie 0,15% wagowych wanadu i maksymalnie 0,0050% wagowych boru. Dodatkowo stal zawiera aluminium całkowite korzystnie w ilości minimum 0,015% wagowych, a także fosfor, siarkę, a resztę stanowi żelazo oraz nieuniknione domieszki i zanieczyszczenia pochodzące z procesu metalurgicznego.

Norma MIL-DTL-12560K(MR) wskazuje na zawartość w stali między innymi następujących składników: maksymalnie 0,21% wagowych węgla, maksymalnie 1,2% wagowych manganu, maksymalnie 0,5% wagowych krzemu, maksymalnie 0,0010% wagowych fosforu, maksymalnie 0,010% wagowych siarki, maksymalnie 1,0% wagowy chromu, maksymalnie 2,50% wagowych niklu, oraz maksymalnie 0,7% wagowych molibdenu.

Celem wynalazku jest opracowanie składu stali do wytwarzania blachy pancernej o podwyższonej wytrzymałości i twardości, do testowania amunicji, która będzie spełniała warunki określone w normie MIL-DTL-12560K(MR), a także zapewni spełnienie wymagań poziomów ochronności według normy STANAG 4569A.

Wynalazek dotyczy stali do wytwarzania blachy pancernej zawierającej węgiel, mangan, krzem, fosfor, siarkę, chrom, nikiel, molibden i aluminium, a także mikrododatki w postaci niobu, wanadu, tytanu i boru, resztę żelazo oraz nieuniknione domieszki i zanieczyszczenia pochodzące z procesu metalurgicznego. Istota wynalazku polega na tym, że stal zawiera w udziale wagowym: 0,2-0,24% węgla, 0,90-1,1% manganu, 0,30-0,45% krzemu, maksymalnie 0,010% fosforu, maksymalnie 0,010% siarki, 0,20% miedzi, 0,63% chromu, 1,20-1,50% niklu, 0,40-0,50% molibdenu, 0,020-0,040% aluminium metalicznego przy zawartości 0,043-0,050% aluminium całkowitego, 0,003-0,005% niobu, 0,005-0,008% wanadu, 0,024-0,05% tytanu oraz 0,001-0,003% boru.

W korzystnym wykonaniu stal zawiera 0,20-0,21% węgla, 0,93-0,94% manganu, 0,35-0,36% krzemu, 0,009% fosforu, 0,0020-0,0025% siarki, 0,12% miedzi, 0,63% chromu, 1,47-1,50% niklu, 0,41% molibdenu, 0,039-0,040% aluminium metalicznego przy zawartości 0,043% aluminium całkowitego, 0,005% niobu, 0,005% wanadu, 0,024-0,025% tytanu oraz 0,0021-0,0023% boru.

W preferowanym wykonaniu stal zawiera 0,21% węgla, 0,93% manganu, 0,36% krzemu, 0,009% fosforu, 0,0020% siarki, 0,12% miedzi, 0,63% chromu, 1,50% niklu, 0,41% molibdenu, 0,040% aluminium metalicznego przy zawartości 0,043% aluminium całkowitego, 0,005% niobu, 0,005% wanadu, 0,024% tytanu oraz 0,0023% boru.

PL 238 099 B1

W innym preferowanym wykonaniu stal zawiera 0,20% węgla, 0,94% manganu, 0,35% krzemu, 0,009% fosforu, 0,0025% siarki, 0,12% miedzi, 0,63% chromu, 1,47% niklu, 0,41% molibdenu, 0,039% aluminium metalicznego przy zawartości 0,043% aluminium całkowitego, 0,005% niobu, 0,005% wanadu, 0,025% tytanu oraz 0,0021% boru.

Stal według wynalazku charakteryzuje się wysoką elastycznością, ze względu na swoją strukturę ma dobre właściwości spawalnicze, zaś blachy pancerne wykonane z takiej stali spełniają kryteria wymagane przez wskazane normy. Domieszka niobu skutkuje pożądanym rozdrobnieniem ziarna i podwyższeniem wytrzymałości, a przy wysokim odpuszczaniu stwarza możliwość uzyskania twardości wtórnej. Domieszka wanadu poza rozdrobnieniem ziarna podwyższa granicę plastyczności. Zastosowanie tytanu powoduje wiązanie azotu w ciekłej stali, co umożliwia wprowadzenie boru jako pierwiastka zwiększającego hartowność, gdyż tytan zapobiega ucieczce boru z roztworu. Domieszka boru korzystnie wpływa na hartowność stali.

Proces obróbki cieplnej blachy ze stali zawiera dwa podstawowe etapy: etap pierwszy to hartowanie, czyli nagrzanie blachy do wysokiej temperatury, utrzymanie tej temperatury przez określony czas, a następnie schłodzenie olejem lub wodą, oraz etap drugi - odpuszczanie, czyli ponowne nagrzanie blachy do innej, znacznie niższej temperatury, wygrzanie w niej przez określony czas i ponowne studzenie wodą, olejem bądź powietrzem. Odpuszczanie może być niskie lub wysokie, w zależności pożądanej twardości końcowej. Wyższą twardość otrzymuje się w niższej temperaturze odpuszczania, zaś niższą twardość w wyższej temperaturze odpuszczania. Wyższa twardość wiąże się z reguły z zawartością węgla. Im węgla jest więcej tym można uzyskać wyższą twardość. Pozostałe dodatki pomagają albo w lepszym hartowaniu albo w wytworzeniu mniej lub bardziej rozdrobnionej struktury ziarna. Im struktura jest bardziej rozdrobniona, a ziarna jednorodne, tym właściwości mechaniczne są bardziej stabilne.

Wynalazek został bliżej zaprezentowany w poniższych przykładach wykonania i na załączonym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia mikrostrukturę martenzytu blachy ze stali z pierwszego przykładu wykonania po obróbce cieplnej, z pasma 557465 o grubości 12,7 mm w powiększeniu x 400, próbk a trawiona nitalem, zaś fig. 2 - mikrostrukturę odpuszczonego martenzytu (sorbitu) blachy ze stali według drugiego przykładu wykonania, z pasma 557459 o grubości 8 mm w powiększeniu x 400, próbka trawiona nitalem.

P r z y k ł a d 1

Stal do wytwarzania blachy pancernej zawiera w udziale wagowym: 0,21% węgla, 0,93% manganu, 0,36% krzemu, 0,009% fosforu, 0,0020% siarki, 0,12% miedzi, 0,63% chromu, 1,50% niklu, 0,41% molibdenu, 0,040% aluminium metalicznego przy zawartości 0,043% aluminium całkowitego, 0,005% niobu, 0,005% wanadu, 0,024% tytanu oraz 0,0023% boru. Resztę stanowią żelazo i nieuniknione zanieczyszczenia.

Współczynnik CEV dla takiej stali wynosi 0,68. Ze stali wykonano blachy i przeprowadzono proces obróbki cieplnej - hartowanie w temperaturze 900°C w czasie 25 minut, odpuszczanie w temperaturze 190°C w czasie 80 minut i schłodzenie mgłą wodną lub olejem. Zmierzona dla blachy o grubości nominalnej 10 mm wartość twardości wynosi 454-448 HBW, co spełnia zalecenia normy MIL-DTL 12560K dla blach klasy 4.

Poniżej przedstawiono dane dotyczące właściwości mechanicznych blachy wykonanej z przedmiotowej stali o grubości 20 mm:

umowna granica plastyczności - minimum 1148 MPa, wytrzymałość na rozciągnie - minimum 1428 MPa, wydłużenie A5 - minimum 11,6%, korzystnie 14,8%, praca łamania w temperaturze -40°C na próbkach wzdłużnych ISO-V - średnia z 10 próbek 41J, zaś na próbkach poprzecznych - średnia 52J.

Badania balistyczne dla wyznaczenia granicy balistycznej V50 przeprowadzono na próbkach blach o wymiarach 500 mm x 500 mm.

Badania potwierdziły, że płyta pancerna z przedmiotowej stali grubości 8,9 mm spełnia poziom 1 ochrony wg STANAG 4169A, płyta pancerna z przedmiotowej stali grubości 13,1 mm spełnia poziom 2 ochrony wg STANAG 4169A, płyta pancerna z przedmiotowej stali grubości 20,1 mm spełnia poziom 3 ochrony wg STANAG 4169A, oraz że

PL 238 099 B1 płyta pancerna wykonana z przedmiotowej stali grubości 8,8 mm spełnia poziom 1 ochrony wg STANAG 4169B dla ładunku wybuchowego równoważnego 500 g TNT zgodnego z AEP-55vol.

P r z y k ł a d 2

Stal do wytwarzania blachy pancernej zawiera w udziale wagowym: 0,20% węgla, 0,94% manganu, 0,35% krzemu, 0,009% fosforu, 0,0025% siarki, 0,12% miedzi, 0,63% chromu, 1,47% niklu, 0,41% molibdenu, 0,039% aluminium metalicznego przy zawartości 0,043% aluminium całkowitego, 0,005% niobu, 0,005% wanadu, 0,025% tytanu oraz 0,0021% boru. Resztę stanowią żelazo i nieuniknione zanieczyszczenia.

Współczynnik CEV dla takiej stali wynosi 0,67. Ze stali wykonano blachy i przeprowadzono proces obróbki cieplnej - hartowanie w temperaturze 900°C w czasie 50 minut, odpuszczanie w temperaturze 500°C w czasie 70 minut i schładzanie powietrzem. Zmierzona dla blachy o grubości nominalnej 20 mm wartość twardości wynosi 343-344 HBW, co spełnia zalecenia normy MIL-DTL 12560K dla blach klasy 2 i 5.

Poniżej przedstawiono dane dotyczące właściwości mechanicznych blachy wykonanej z przedmiotowej stali o grubości 20 mm;

umowna granica plastyczności - minimum 1041 MPa, wytrzymałość na rozciągnie - minimum 1158 MPa, wydłużenie A5 - minimum 13,4%, praca łamania w temperaturze -40°C na próbkach wzdłużnych ISO-V średnia z 10 próbek 33J, zaś na próbkach poprzecznych - średnia 42J.

Badania balistyczne potwierdziły, że płyta pancerna z przedmiotowej stali grubości 30 mm ustawiona pod kątem 30° NATO spełnia poziom 4 ochrony wg STANAG 4169A.

Claims

1. Stal do wytwarzania blachy pancernej, zawierająca węgiel, mangan, krzem, fosfor, siarkę, chrom, nikiel, molibden i aluminium, a także mikrododatki w postaci niobu, wanadu, tytanu i boru, resztę żelazo oraz nieuniknione domieszki i zanieczyszczenia pochodzące z procesu metalurgicznego, znamienna tym, że zawiera w udziale wagowym: 0,2-0,24% węgla, 0,901,1% manganu, 0,30-0,45% krzemu, maksymalnie 0,010% fosforu, maksymalnie 0,010% siarki, maksymalnie 0,20% miedzi, 0,63% chromu, 1,20-1,50% niklu, 0,40-0,50% molibdenu, 0,020-0,040% aluminium metalicznego przy zawartości 0,043-0,050% aluminium całkowitego, 0,003-0,005% niobu, 0,005-0,008% wanadu, 0,024-0,05% tytanu oraz 0,001-0,003% boru.

2. Stal według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera 0,20-0,21% węgla, 0,93-0,94% manganu, 0,35-0,36% krzemu, 0,009% fosforu, 0,0020-0,0025% siarki, 0,12% miedzi, 0,63% chromu, 1,47-1,50% niklu, 0,41% molibdenu, 0,039-0,040% aluminium metalicznego przy zawartości 0,043% aluminium całkowitego, 0,005% niobu, 0,005% wanadu, 0,024-0,025% tytanu oraz 0,0021-0,0023% boru.

3. Stal według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że zawiera 0,21% węgla, 0,93% manganu, 0,36% krzemu, 0,009% fosforu, 0,0020% siarki, 0,12% miedzi, 0,63% chromu, 1,50% niklu, 0,41% molibdenu, 0,040% aluminium metalicznego przy zawartości 0,043% aluminium całkowitego, 0,005% niobu, 0,005% wanadu, 0,024% tytanu oraz 0,0025% boru.

4. Stal według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że zawiera 0,20% węgla, 0,94% manganu, 0,35% krzemu, 0,0009% fosforu, 0,00025% siarki, 0,12% miedzi, 0,63% chromu, 1,47% niklu, 0,41% molibdenu, 0,039% aluminium metalicznego przy zawartości 0,043% aluminium całkowitego, 0,005% niobu, 0,005% wanadu, 0,025% tytanu oraz 0,0021% boru.