БРОНЕВАЯ СТАЛЬ И СТАЛЬНАЯ БРОНЕДЕТАЛЬ
ARMOURED STEEL AND STEEL ARMOURED DETAIL

Изобретение относится к области металлургии и к области бронезащиты и может найти применение при изготовлении средств индивидуальной защиты, а также для бронезащиты автомобилей, спецвагонов и других легкобронированных машин.
Известна высокопрочная сталь, содержащая, мас.%: 0,35-0,55 углерода, ≤0,3 кремния, ≤0,6 марганца, 0,5-1,5 хрома, 0,2-3 никеля, 0,7-1,5 молибдена, 0,15-0,3 ванадия, 0,005-0,05 ниобия, 0,05-1,0 меди, ≤0,05 серы, ≤0,025 фосфора, железо остальное. Кроме того, данная сталь в качестве легирующих компонентов содержит алюминий, вольфрам, титан, цирконий, кальций и магний.
(JP 2006-070327, С22С 38/00, опубл. 16.03.2006)
Высокопрочные стали склонны к хрупкому разрушению при эксплуатации, особенно при низких температурах. В данной стали, используемой для изготовления высокопрочных болтов, устойчивость к хрупкому разрушению и высокие прочностные характеристики достигаются легированием титаном (до 0,2 мас.%), а также содержанием в составе и соблюдением обязательного соотношения легирующих элементов: титана, циркония, марганца, кальция и магния.
Также известна высокопрочная сталь, содержащая, мас.%: 0,25-0,55 углерода, 0,15-2,0 кремния, 0,6-2,0 марганца, ≤0,7 хрома, ≤0,2 никеля, ≤0,2 молибдена, 0,05-0,3 ванадия, ≤0,03 ниобия, до 0,2 меди, ≤0,1 серы, ≤0,05 фосфора, железо остальное. Кроме того, данная сталь в качестве легирующих компонентов содержит алюминий, вольфрам, титан, цирконий, азот, свинец и оксиды.
(JP 2003-147478, С22С 38/00, опубл. 21.05.2003)
Однако малое содержание хрома и никеля не позволяют получить после термообработки структуры низкоотпущенного мартенсита, которая наиболее работоспособна и пригодна для броневых сталей.
Таким образом, вышеуказанные стали не могут быть использованы для изготовления высококачественной брони, поскольку не обладают требуемыми соотношениями прочности и пластичности, которые обеспечивают требуемый уровень пулестойкости и живучести.
Известна броневая сталь, содержащая, мас.%: 0,46-0,54 углерода, 0,17-0,37 кремния, ≤0,5 марганца, 2,8-3,2 хрома, 1,5-2,0 никеля, 1,7-2,2 молибдена, 0,25-0,36 ванадия, 0,01-0,03 алюминия, ≤0.012 серы, ≤0,012 фосфора, железо остальное.
(RU 2236482 C1, C22C 38/46, С22С 38/60, опубл. 20.09.2004)
Известная броневая сталь обладает достаточно высокой пулестойкостью и живучестью. Однако ее стоимость почти в 3 раза превышает стоимость серийной брони из-за высокого суммарного содержания хрома, молибдена и ванадия и высоких затрат, требующих при ее производстве электрошлакового переплава, ковки и механической обработки. Кроме того, из-за повышенного содержания карбидообразующих элементов молибдена и ванадия имеются значительные сложности при гибке, штамповке и вытяжке листов из данной стали, что существенно ограничивает ее применение для изготовления средств индивидуальной защиты.
Известна бронедеталь в виде слоя твердого материала (монолитной плоской плитки керамики), устанавливаемой перед защищаемым объектом.
(RU 2080544 C1, F41H 1/02, F41H 5/04, опубл. 1997)
Сложность изготовления бронедетали из керамики большой площади, а также получения ее криволинейной формы, вынуждает использовать составную конструкцию брони, что снижает ее защитную способность и делает средство индивидуальной защиты (бронежилет) тяжелым.
Также известна бронедеталь в составе бронеэлемента, выполненная в виде листа из металла, повторяющего профиль объектов, расположенных за ним.
(RU 2245505 C1, F41H 1/02, F41H 5/04, опубл. 2005.01.27).
Общеизвестно, что защитные характеристики противопульной и противоосколочной брони определяются в первую очередь уровнем прочности (твердости) металла бронедетали, что обуславливает применение для ее изготовления высокопрочной стали. Кроме того, бронедеталь должна обладать высокой живучестью, т.е. не давать на тыльной поверхности повреждений, способных образовывать вторичные осколки, отколы, расколы. При невыполнении данного требования необходимо использовать дополнительные средства защиты, что заметно увеличивает массу брони.
Задачей и техническим результатом изобретения является создание броневой стали и стальной бронедетали, изготовленной с использованием данной стали, для средств индивидуальной защиты, закладных или навесных элементов бронирования и т.д., которые характеризуются повышенной живучестью, противопульной и противоосколочной стойкостью в сочетании с пониженной склонностью к образованию вторичных осколков при воздействии современных средств поражения.
Технический результат достигается тем, что броневая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, серу и фосфор, дополнительно содержит ниобий и медь при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,47-0,52, кремний 0,50-0,80, марганец 0,30-0,50, хром 1,20-1,50, никель 0,90-1,20, молибден 0,75-0,85, ванадий 0,18-0,28, ниобий 0,02-0,05, медь ≤0,30, сера ≤0,01, фосфор ≤0,01, железо остальное.
Технический результат достигается также тем, что стальная бронедеталь с формой, повторяющей форму защищаемого объекта или его части, выполнена из броневой стали, которая содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, ниобий, медь, серу и фосфор при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,47-0,52, кремний 0,50-0,80, марганец 0,30-0,50, хром 1,20-1,50, никель 0,90-1,20, молибден 0,75-0,85, ванадий 0,18-0,28, ниобий 0,02-0,05, медь ≤0,30, сера ≤0,01, фосфор ≤0,01, железо остальное.
Изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами.
Броневую сталь по изобретению выплавляли в электропечи с последующим вакуумированием. Состав стали различных плавок представлен в таблице 1. Предпочтительно повышенное содержание в стали молибдена (до 0,85 мас.%) и соблюдение соотношения молибден/углерод в пределах от 1,44 до 1,60. Сталь разливали на УНРС. После огневой зачистки и термообработки слябы прокатывали на лист заданной толщины, который подвергали отжигу и резке на заготовки для изготовления бронедетали. При этом учитывали, что для обеспечения широкого диапазона требований к пулестойкости и осколочной стойкости средств индивидуальной защиты или бронезащиты автомобиля толщина их стальных бронедеталей должна составлять 2-8 мм (при повышении или специальных требованиях к стойкости брони толщины бронедетали могут составлять до 20 мм и выше). Затем заготовкам катаного листа из стали по изобретению придавали конечную форму стальной бронедетали (штамповкой, вытяжкой и т.д.), которая повторяла форму защищаемого объекта (куполообразная форма каски - форму верхней части головы человека) или его части (выпуклая форма нагрудной части бронежилета - форму груди человека, плоская или изогнутая форма закладной детали брони автомобиля - соответствующие формы защищаемых частей автомобиля). После этого стальную бронедеталь подвергали окончательной термообработке на заданную твердость не более 57 HRC и мелкодисперсную структуру низкоотпущенного мартенсита, которая содержит не более 10% двойникового мартенсита с баллом зерна №12-13. Режимы окончательной термообработки выбирались с учетом толщины бронеэлемента.
Листы из стали по изобретению после окончательной термообработки подвергали обстрелу пулями калибром 7,62 мм с термоупрочненным сердечником и пулями 7Н22 калибром 5,45 мм. Стальную бронедеталь по изобретению в составе бронеэлемента дополнительно подвергали обстрелу пулями 7Н24 с WC сердечником. Результаты стандартных испытаний на противопульную (ППС) и противоосколочную (ПОС) стойкость представлены в таблице 2.
Результаты испытаний показали, что все испытуемые листы из стали по изобретению, а также стальные бронедетали по изобретению толщиной 6,4 мм обладали высокой противопульной и противоосколочной стойкостью, не имели хрупких разрушений, не давали вторичных осколков и обеспечивали повышенную защиту от пуль по 5 классу ГОСТ 50744-95.
Из представленных результатов испытаний следует, что броневая сталь по изобретению и стальная бронедеталь по изобретению в виде или в составе средства индивидуальной защиты (бронежилета или его части, каски, закладной детали брони автомобиля) обеспечивают достижение единого технического результата.
Таблица 1
№ плавки
Содержание компонентов, мас.%
С
Si
Mn
Cr
Ni
Mo
V
Nb
Cu
S
Р
1
0,48
0,72
0,48
1,22
1,18
0,78
0,21
0,03
≤0,03
≤0,01
≤0,01
2
0,50
0,56
0,41
1,38
1,11
0,81
0,20
0,035
≤0,03
≤0,01
≤0,01
3
0,52
0,64
0,32
1,50
0,94
0,82
0,26
0,03
≤0,03
≤0,01
≤0,01
Таблица 2
№ примера
№ плавки
Толщина листа, мм
Средство защиты
Твердость, HRC
Балл зерна
Результаты испытаний
ППС
Живучесть
1
1
6,4
Нагрудная часть бронежилета
56-57
12-13
5 класс
обеспеч.
2
2
2,0
Каска
56-57
12-13
2 класс
обеспеч.
3
3
6,4
Закладная деталь брони автомобиля
56-57
12-13
5 класс
обеспеч.