本發(fā)明涉及一種鋼板及其制造方法，尤其涉及一種復(fù)合鋼板及其制造方法。

背景技術(shù)：

輕型裝甲運(yùn)輸車、運(yùn)鈔車及防彈車、防彈背心等對(duì)關(guān)鍵部位均提出了防彈要求，要求在一定距離內(nèi)鋼板承受手槍、沖鋒槍的彈丸沖擊時(shí)不開(kāi)裂或不貫穿。目前的防彈材料包括單純的高強(qiáng)度防彈鋼板、陶瓷復(fù)合材料或高分子纖維材料。其中防彈鋼板依靠高的彈性變形吸收彈丸的沖擊功，在韌性不足時(shí)(特別是超高強(qiáng)度鋼板)極易碎裂而失去防彈功能；陶瓷材料具有極高的硬度，但韌性很差，在與彈丸接觸時(shí)碎裂為更小的碎片從而吸收沖擊能，通常需要與高分子纖維材料一起使用，后者韌性好，承受彈丸沖擊時(shí)發(fā)生彈性變形而吸收沖擊載荷，多用于防彈背心的制作。

理論上，單純使用足夠厚的鋼板能夠滿足不同條件下的防彈要求，但過(guò)厚的鋼板增加了重量，犧牲了機(jī)動(dòng)性，同時(shí)增加能耗。目前，防彈鋼板朝著更高強(qiáng)度、更薄厚度方向發(fā)展。

公開(kāi)號(hào)為cn1814845a，公開(kāi)日為2008年1月2日，名稱為“一種1000mpa級(jí)高強(qiáng)度熱軋防彈鋼板及其制造方法”的中國(guó)專利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種1000mpa級(jí)高強(qiáng)度熱軋防彈鋼板，其成分是(重量百分比)：c0.17～0.21％、si1.5～2.2％、mn1.5～2.0％、p≤0.035％、s≤0.010％、al0.015～0.060％、n≤0.0060％、nb0.010～0.050％、可加入ti0.010～0.060％、ca≤0.0050％，其余是fe和不可避免的雜質(zhì)。從該公開(kāi)文獻(xiàn)可以看出，其屈服強(qiáng)度僅為1000mpa，難以滿足當(dāng)前市場(chǎng)的防彈要求。

公開(kāi)號(hào)為cn102181795a，公開(kāi)日為2011年9月14日，名稱為“一種超高強(qiáng)度防彈鋼板及其制造工藝”的中國(guó)專利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種超高強(qiáng)度防彈鋼板及其制造成形工藝,其化學(xué)成分按重量百分比計(jì)為：c0.30～0.5、si0.40～0.60、 mn1.50～1.80、p≤0.025、s≤0.01、cr+ni+mo≤2.5、nb+v+ti+b≤0.20,其余是fe。這個(gè)技術(shù)方案所涉及的防彈鋼板具有約2000mpa的抗拉強(qiáng)度，雖然其并沒(méi)有提及任何韌性指標(biāo)，但是由于其硬度值甚至超過(guò)了600hb，因此過(guò)高的硬度使得鋼板的韌性降低，在承受彈丸沖擊時(shí)極易碎裂。

因此，需要提供一種在確保防彈鋼板的強(qiáng)度的前提下，降低鋼板的厚度，并改善鋼板的韌性的防彈鋼板產(chǎn)品。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種復(fù)合防彈鋼板，其通過(guò)相互間隔設(shè)置的硬鋼層和軟鋼層，使得其具有優(yōu)秀的防彈效果。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種復(fù)合防彈鋼板，包括：相互間隔設(shè)置的硬鋼層和軟鋼層，其中復(fù)合防彈鋼板的面層為硬鋼層，所述硬鋼層與軟鋼層之間通過(guò)軋制復(fù)合實(shí)現(xiàn)原子結(jié)合；其中，所述軟鋼層的化學(xué)元素質(zhì)量百分比為：

c：0.001-0.01％,0＜si≤0.005％,mn：0.05-0.15％,0＜al≤0.005％,ti：0.01-0.10％，余量為fe和其他不可避免的雜質(zhì)。

在本發(fā)明所述的復(fù)合防彈鋼板的所述軟鋼層中，不可避免的雜質(zhì)主要是p、s、n元素，其中可以控制p≤0.01％，s≤0.006％，n≤0.005％。

本發(fā)明所述的復(fù)合防彈鋼板通過(guò)設(shè)置間隔設(shè)置的硬鋼層和軟鋼層，使得硬鋼層在承受彈丸沖擊時(shí)開(kāi)裂為小的碎片，消耗沖擊功，同時(shí)軟鋼層改變子彈行進(jìn)方向，增加子彈前進(jìn)阻力，從而實(shí)現(xiàn)了優(yōu)秀的防彈效果。

本發(fā)明所述的軟鋼層中的各化學(xué)元素的設(shè)計(jì)原理為：

c通過(guò)固溶強(qiáng)化會(huì)使屈服強(qiáng)度升高，延伸率降低。根據(jù)實(shí)際的煉鋼工藝，應(yīng)盡可能降低其含量，因此，本發(fā)明所述軟鋼層的c含量控制在0.001-0.01％之間。

si為脫氧元素，也是固溶強(qiáng)化元素，使屈服強(qiáng)度升高，延伸率降低，所以要盡量降低si的添加量。因此，本發(fā)明所述軟鋼層的si含量不超過(guò)0.005％。

mn也是鋼中常見(jiàn)的強(qiáng)化元素，通過(guò)固溶強(qiáng)化提高屈服強(qiáng)度，使延伸率降低。因此，本發(fā)明所述軟鋼層的mn含量控制在0.05-0.15％之間。

al是脫氧必需的元素，但也會(huì)提高鋼的強(qiáng)度。因此，本發(fā)明所述軟鋼層中 al含量控制在0.005％以下。

ti用來(lái)固定c、n原子以降低其對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用。ti在鋼中可依次形成tin→ti4c2s2→tis和tic，消除鋼中自由的c、n原子，從而降低屈服強(qiáng)度。同時(shí)tic、tin等顆粒的粗化使其失去了晶界釘扎效應(yīng)，增大了晶粒尺寸，降低了晶界強(qiáng)化效果。但較多的ti會(huì)降低防彈鋼板的延伸率。因此，本發(fā)明所述軟鋼層ti含量控制在:0.01-0.10％。

進(jìn)一步地，所述的復(fù)合防彈鋼板的所述軟鋼層的基體組織為等軸狀鐵素體。

更進(jìn)一步地，所述的復(fù)合防彈鋼板的所述等軸狀鐵素體的晶粒尺寸為40-120μm。

在本技術(shù)方案中，由于采用極低的c-si-mn成分設(shè)計(jì)并通過(guò)ti固定c、n間隙原子，消除了c、n原子的固溶強(qiáng)化作用，并利用粗化的tin、tic顆粒獲得較大的晶粒尺寸，從而使得所述的復(fù)合防彈鋼板的所述軟鋼層的基體組織即使在淬火狀態(tài)下仍為等軸狀鐵素體，所述等軸狀鐵素體的晶體尺寸40-120μm，即使在淬火條件下所述軟鋼層的硬度值不超過(guò)90hv。從而使得軟鋼層具有良好的塑性。

在本技術(shù)方案中，所述的復(fù)合防彈鋼板的所述軟鋼層的屈服強(qiáng)度為80-180mpa，硬度不超過(guò)90hv，延伸率大于40％。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的復(fù)合防彈鋼板中，所述硬鋼層的化學(xué)元素質(zhì)量百分比為：

c：0.40-0.50％,si：0.1-0.3％，mn：1.0-1.5％,al：0.01-0.05％,cr：0.1-0.3％，ni：0.1-0.3％，ti：0.01-0.03％，b：0.001-0.003％，mo：0.05-0.5％，余量為fe和其他不可避免的雜質(zhì)。

在本發(fā)明所述的復(fù)合防彈鋼板的所述硬鋼層中，不可避免的雜質(zhì)主要是p、s、n元素，其中可以控制p≤0.015％，s≤0.005％，n≤0.005％。

上述方案中，所述的復(fù)合防彈鋼板的所述硬鋼層中的各化學(xué)元素的設(shè)計(jì)原理為：

c是鋼中最廉價(jià)的強(qiáng)化元素，但過(guò)高的c使得高溫的防彈鋼板的鋼坯易在冷卻過(guò)程中開(kāi)裂，不利于防彈鋼板的鋼坯的保存，增加了生產(chǎn)難度。因此，本發(fā)明所述硬鋼層的c含量限定為0.40-0.50％。

si含量控制在0.1-0.3％，si在鋼中具有較高的固溶度，能夠增加鋼中鐵素體體積分?jǐn)?shù)，細(xì)化晶粒，因而有利于提高韌性，但含量過(guò)高將導(dǎo)致焊接性能下降.

mn具有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，同時(shí)顯著降低鋼的相變溫度，細(xì)化鋼的顯微組織，是重要的強(qiáng)韌化元素，但是mn含量過(guò)多使淬透性增大，從而導(dǎo)致可焊性和焊接熱影響區(qū)韌性惡化，所以將其含量控制在1.0-1.5％。

al在煉鋼過(guò)程中作為脫氧劑添加，同時(shí)微量的al同時(shí)有利于細(xì)化晶粒，改善鋼材的強(qiáng)韌性能。但過(guò)高的al將使鋼中鐵素體脆性增加而導(dǎo)致鋼韌性的降低，所以控制其含量0.01-0.05％。

cr具有固溶強(qiáng)化效果，但是cr是貴重合金元素。因此，本發(fā)明所述硬鋼層的cr含量限定為0.1-0.3％。

ni不僅可以提高鋼板強(qiáng)度還可以改善鋼板韌性，但是ni是貴重合金元素。因此，本發(fā)明所述硬鋼層的ni限定含量為0.1-0.3％。

添加0.01-0.03％ti主要是抑制板坯再熱過(guò)程中的奧氏體晶粒長(zhǎng)大，同時(shí)在再結(jié)晶控軋過(guò)程中抑制鐵素體晶粒長(zhǎng)大，提高鋼的韌性。

b具有良好的淬透性，從而提高鋼板硬度，然而b含量過(guò)高對(duì)焊接不利。因此，本發(fā)明所述硬鋼層的b含量限定為0.001-0.003％

mo具有良好的淬透性，可以提高鋼板硬度，但mo為貴重合金元素。因此，本發(fā)明所述硬鋼層的mo限定含量為0.05-0.5％。

進(jìn)一步地，所述的復(fù)合防彈鋼板的所述硬鋼層的基體組織為馬氏體。

進(jìn)一步地，所述的復(fù)合防彈鋼板的所述硬鋼層的屈服強(qiáng)度大于2000mpa，硬度大于600hbw。

在本技術(shù)方案中，所述復(fù)合防彈鋼板的所述硬鋼層采用較高的c含量并添加了提高淬透性的mo、b元素，在熱處理后可以使得基體組織為高強(qiáng)度的馬氏體，屈服強(qiáng)度大于2000mpa，硬度大于600hbw。

在一種實(shí)施方式下，所述復(fù)合防彈鋼板具有這與面層的兩層硬鋼層以及設(shè)置于兩層硬鋼層之間的一層軟鋼層。也就是說(shuō)，在該實(shí)施方式中，復(fù)合防彈鋼板具有三層。

進(jìn)一步地，所述的復(fù)合防彈鋼板的所述軟鋼層至少有兩層。也就是說(shuō)，在該實(shí)施方式中，復(fù)合防彈鋼板具有五層。

在本技術(shù)方案中，所述的復(fù)合防彈鋼板的組坯夾層設(shè)計(jì)，可以根據(jù)不同的防彈要求確定具體的層數(shù)。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的復(fù)合防彈鋼板的厚度為2-20mm，較之于現(xiàn)有的防彈鋼板，同樣規(guī)格條件下本發(fā)明所述的復(fù)合防彈鋼板具有更好的防彈性能。

本發(fā)明的另一目的還在于提供一種可以制造上述復(fù)合防彈鋼板的制造方法，采用該方法可以生產(chǎn)出性能優(yōu)良的復(fù)合防彈鋼板。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提出了一種復(fù)合防彈鋼板的制造方法，其包括步驟：

(1)將硬鋼層坯料和軟鋼層坯料組坯；

(2)真空焊接；

(3)復(fù)合軋制；

(4)軋后空冷或水冷；

(5)卷取；

(6)開(kāi)卷、矯直和切板；

(7)進(jìn)行淬火和回火熱處理。

本技術(shù)方案中，由于硬鋼層坯料和軟鋼層坯料的結(jié)合面上的氧化層與油污，因此硬鋼層坯料和軟鋼層坯料在組坯前最好進(jìn)行表面清理工作。表面清理方法可以采用鋼絲刷或砂帶進(jìn)行，也可以采用直接酸洗的方法，也可以是本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員能夠想到的方式進(jìn)行表面清理的。

本技術(shù)方案中硬鋼層坯料和軟鋼層坯料組坯層數(shù)可以根據(jù)具體需要確定。

由于復(fù)合防彈鋼板在加熱過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氧化，因此，在本技術(shù)方案中，硬鋼層坯料和軟鋼層坯料周邊進(jìn)行層間焊接時(shí)，直接在真空室的真空狀態(tài)下進(jìn)行焊接，而不是現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)常采用的抽真空焊接，這種方式降低了生產(chǎn)難度，有效防止了氧化。

進(jìn)一步地，在所述步驟(1)中，軟鋼層坯料與硬鋼層坯料的單層厚度比為0.5-0.8，軟鋼層坯料總厚度與硬鋼層坯料總厚度的比為0.15-0.40。

在本技術(shù)方案中，軟鋼層坯料與硬鋼層坯料之間的厚度比的設(shè)計(jì)使得所述復(fù)合鋼板具有充分的消能作用并使侵入的彈丸改變前進(jìn)方向，從而提高防彈效果。

進(jìn)一步地，在所述復(fù)合防彈鋼板的制造方法的步驟(3)中，在1100～1200℃ 范圍內(nèi)加熱，保溫2-3h，然后復(fù)合軋制，控制終軋溫度為850～900℃。

更進(jìn)一步地，所述的復(fù)合防彈鋼板的制造方法在所述步驟(4)中，軋后空冷或水冷至650-750℃。

在本技術(shù)方案中，軋后根據(jù)成品厚度采取水冷或是空冷，一般較薄的鋼板可以采取空冷。

進(jìn)一步地，所述的復(fù)合防彈鋼板的制造方法在所述步驟(7)中的淬火步驟中，淬火溫度為硬鋼層的ac3溫度以上至少50℃，保溫時(shí)間至少為3mm/min×復(fù)合鋼板的厚度，厚度單位為mm，然后以≥50℃/s的速度冷卻至室溫。

將淬火溫度溫度控制為硬鋼層的ac3溫度以上至少50℃，保溫時(shí)間至少為3mm/min×復(fù)合鋼板的厚度，厚度單位為mm，然后以≥50℃/s的速度冷卻至室溫是因?yàn)椋簻囟仍赼c3以上時(shí)，鋼基體中組織開(kāi)始奧氏體化，超過(guò)ac3的溫度越高，奧氏體化的驅(qū)動(dòng)力越高，則奧氏體化的速度越快，保溫時(shí)間越短，但淬火加熱溫度過(guò)高增加能耗，提高生產(chǎn)成本。所以限定淬火溫度在ac3溫度以上50℃，保溫時(shí)間為鋼板厚度的3倍。

更進(jìn)一步地，所述的復(fù)合防彈鋼板的制造方法在所述步驟(7)中的回火步驟中，回火溫度為150-230℃，保溫時(shí)間15-60min。

本發(fā)明所述的復(fù)合防彈鋼板在150-230℃區(qū)間進(jìn)行回火處理，目的在于減緩、消除淬火應(yīng)力，改善所述復(fù)合防彈鋼板的韌性。

本發(fā)明所述的復(fù)合防彈鋼板具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明所述的復(fù)合型防彈鋼板采用軟、硬鋼層交叉設(shè)計(jì)，具有多層結(jié)構(gòu)，其中外層的硬鋼層在承受彈丸沖擊性變形、開(kāi)裂甚至脫離，其變形功、裂紋形成及擴(kuò)展功、與內(nèi)層軟鋼層脫離的層間結(jié)合能及碎片脫離動(dòng)能等充分吸收、消耗了子彈部分動(dòng)能，使彈丸失去前進(jìn)能力；而內(nèi)側(cè)的軟鋼層塑性好，具有優(yōu)良的變形能力，從而使得彈丸改變前進(jìn)方向，增加彈丸的穿透厚度，進(jìn)一步減輕彈丸的破壞。

(2)本發(fā)明所述的復(fù)合鋼板由于是軋制復(fù)合鋼板，因此層間金屬在高溫下實(shí)現(xiàn)了原子結(jié)合，其層間結(jié)合強(qiáng)度高，不易分層。

(3)在本發(fā)明的優(yōu)選方案中，要求單層軟鋼層坯料與單層硬鋼層坯料的單層厚度比0.5-0.8，軟硬鋼的總厚度比在0.15-0.40，從而使得軟鋼層具有一定的厚度以保證彈丸侵入時(shí)使彈丸改變方向，降低彈丸的破壞能力和危險(xiǎn)程度， 提高了復(fù)合鋼板的防彈能力。其中外層硬鋼層的厚度既可對(duì)稱設(shè)計(jì)，保持上下層硬鋼層厚度一致，也可以采用非對(duì)稱設(shè)計(jì)，即上下層硬鋼層厚度不等，以進(jìn)一步提高防彈效果。

(4)本發(fā)明涉及的中間層軟鋼采用極低的c-si-mn成分設(shè)計(jì)，同時(shí)控制al含量在較低的水平，并輔以適當(dāng)?shù)膖i元素，使得中間軟層鋼板即使在淬火條件下硬度值也不超過(guò)90hv。

(5)本發(fā)明所述的復(fù)合型防彈鋼板的軟硬鋼板層數(shù)靈活可調(diào)，可以根據(jù)不同的防彈要求確定具體的層數(shù)，可以為3層或5層甚至更多，同時(shí)總體厚度可調(diào)，從而滿足不同條件下的防彈需求。

(6)本發(fā)明涉及的復(fù)合型防彈鋼板采用軟硬層交叉設(shè)計(jì)，從而使得防彈鋼板的塑性得以改善，具有更好的冷彎加工性能，增加了防彈鋼板的應(yīng)用范圍。

本發(fā)明所述的復(fù)合防彈鋼板的制造方法具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明所述的制造方法在復(fù)合鋼板的組坯步驟采用了真空焊接封邊技術(shù)，避免了常規(guī)焊接后的抽真空過(guò)程，具有更好的密封效果。

(2)本發(fā)明所述的制造方法在組坯步驟后，與普通鋼坯一樣采用了常規(guī)的熱軋工藝，從而提高了其適用性，降低了生產(chǎn)難度及生產(chǎn)成本。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例a2的復(fù)合防彈鋼板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明所述的復(fù)合防彈鋼板的所述軟鋼層的cct曲線(連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線)。

圖3為實(shí)施例a1的軟鋼層的金相組織照片。

圖4為實(shí)施例a1的硬鋼層的金相組織照片。

圖5為實(shí)施例a2的軟鋼層的金相組織照片。

圖6為實(shí)施例a2的硬鋼層的金相組織照片。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖說(shuō)明和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的復(fù)合防彈鋼板及其制造方法做進(jìn)一步的解釋和說(shuō)明，然而該解釋和說(shuō)明并不對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案構(gòu)成不當(dāng)限定。

實(shí)施例a1-a6

表1列出了復(fù)合防彈鋼板實(shí)施例a1-a6中的化學(xué)元素的質(zhì)量百分比。

表1.(wt％，余量為fe和除了p、s、n以外的其他雜質(zhì))

圖1示意性地顯示了本發(fā)明實(shí)施例a2的結(jié)構(gòu)，從圖中可以看出，在該實(shí)施例中，復(fù)合防彈鋼板具有五層結(jié)構(gòu)，其中2、4兩層為軟鋼層，1、3、5三層為硬鋼層，且硬鋼層與軟鋼層相互間隔設(shè)置。

上述實(shí)施例中的復(fù)合防彈鋼板采用以下步驟制得：

(1)按表1所列的成分制得硬鋼層坯料和軟鋼層坯料

(2)將硬鋼層坯料和軟鋼層坯料組坯；

(3)在真空室內(nèi)真空焊接；

(4)復(fù)合軋制：在1100～1200℃范圍內(nèi)加熱，保溫2-3h，然后復(fù)合軋制，控制終軋溫度為850～900℃；

(5)軋后空冷或水冷至650-750℃；

(6)卷取，卷取溫度為650-750℃；

(7)開(kāi)卷、矯直和切板；

(8)進(jìn)行淬火和回火熱處理；淬火溫度為硬鋼層的ac3溫度以上至少50℃，保溫時(shí)間至少為3mm/min×復(fù)合鋼板的厚度，厚度單位為mm，然后以≥50℃/s的速度冷卻至室溫，回火溫度為150-230℃，保溫時(shí)間15-60min。

表2列出了復(fù)合防彈鋼板實(shí)施例a1-a6中組坯的硬鋼層坯料和軟鋼層坯料的厚度和夾層設(shè)計(jì)。

表2

從表2中可以看出，實(shí)施例a1-a6的軟鋼層坯料與硬鋼層坯料的單層厚度比控制在了0.5-0.8，軟鋼層坯料與硬鋼層坯料的總厚度比為0.15-0.40。所述的復(fù)合防彈鋼板的組坯夾層設(shè)計(jì)靈活可調(diào)，可以根據(jù)不同的防彈要求確定具體的層數(shù)，可以為3層或是3層以上的更多層數(shù)，這樣的設(shè)計(jì)使得所述復(fù)合鋼板具有充分的消能作用并使侵入的彈丸改變前進(jìn)方向，從而提高防彈效果。

表3列出了實(shí)施例a1-a6制造方法的工藝參數(shù)。

表3

對(duì)復(fù)合防彈鋼板實(shí)施例a1-a6的硬鋼層和軟鋼層進(jìn)行了力學(xué)性能測(cè)定，并將其結(jié)果列于表4。

表4

從表4中可以看出，實(shí)施例a1-a6的所述硬鋼層的屈服強(qiáng)度均≥2000mpa，硬鋼層的硬度都超過(guò)了600hbw，而實(shí)施例a1-a6的所述軟鋼層的屈服強(qiáng)度均不超過(guò)180mpa，延伸率均在40％以上，硬度值均不超過(guò)90hv，因此具有良好的塑性。

圖2為本發(fā)明所述的復(fù)合防彈鋼板的所述軟鋼層的cct曲線，通過(guò)該曲線可以得知軟鋼層在淬火狀態(tài)下可獲得等軸狀鐵素體。

圖3顯示了實(shí)施例a1的軟鋼層的基體組織，由圖3可看出軟鋼層的基體組織為等軸狀鐵素體。

圖4顯示了實(shí)施例a1的硬鋼層的基體組織，由圖4可看出硬鋼層基體組織主要為馬氏體。

圖5顯示了實(shí)施例a2的軟鋼層的基體組織，由圖5可看出軟鋼層基體組織為等軸狀鐵素體。

圖6顯示了實(shí)施例a2的硬鋼層的基體組織，由圖6可看出硬鋼層的基體組織主要為馬氏體。

需要注意的是，以上列舉的僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，顯然本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，隨之有著許多的類似變化。本領(lǐng)域的技術(shù)人員如果從本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。