СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БРОНЕВЫХ ЛИСТОВ
METHOD OF ARMOUR PLATES PRODUCTION

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к производству стальных листов бронезащитного назначения для легкобронированных боевых машин, летательных аппаратов, средств индивидуальной защиты.
Известен способ производства броневых листов, включающий выплавку стали мартенситного класса, разливку в изложницы, нагрев слитка, его обжатие по толщине путем многопроходной прокатки в поперечном и продольном направлениях в лист, закалку и отпуск [1].
Недостаток известного способа состоят в том, что броневые листы имеют низкую броневую стойкость. Поэтому для повышения стойкости бронезащитной конструкции требуется увеличение толщины листов и ее массы.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ производства броневых листов, включающий выплавку стали мартенситного класса заданного состава, разливку в изложницы, охлаждение расплава, нагрев слитков, их обжатие по толщине путем многопроходной прокатки в поперечном и продольном направлениях в листы, закалку и отпуск [2].
При указанном способе производства броневые листы имеют недостаточную бронестойкость, что требует увеличения толщины листов и массы бронеконструкции.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении броневой стойкости.
2
Для решения технической задачи в известном способе производства броневых листов, включающем выплавку стали мартенситного класса, разливку в изложницы, охлаждение расплава, нагрев слитков, их обжатие по толщине путем многопроходной прокатки в поперечном и продольном направлениях в листы, закалку и отпуск, согласно изобретению охлаждения расплава в изложнице производят с одновременным приложением к нему изостатического давления с величиной 30-90 МН/м, причем соотношение суммарных обжатий при проходах в поперечном и продольном направлениях поддерживают в диапазоне 0,8-1,2.
2
Сущность изобретения состоит в следующем. Кристаллизация слитка из стали мартенситного класса в изложнице под действием приложенного изостатического давления происходит без образования пористости и роста столбчатых кристаллов. Изостатическое давление с величиной 30-90 МН/м способствует увеличению количества центров кристаллизации, формированию изначально мелкокристаллической изотропной литой структуры стали мартенситного класса, наиболее подходящей для последующей горячей прокатки с точки зрения обеспечения максимальной бронестойкости листов. Поэтому многопроходная горячая прокатка с соотношением суммарных обжатий при проходах в поперечном и продольном направлениях в диапазоне 0,8-1,2 способствует дальнейшему механическое измельчение литых кристаллов при исключении образования вытянутости зерен, сохранении изотропности микроструктуры и механических свойств. Благодаря этому структурно-фазовый состав мартенситной стали после закалки и отпуска сохраняет повышенные вязкостные и пластические свойства. При соударении с бронебойным сердечником пули в закаленной стали не образуется трещины в направлении минимума механической прочности, что имеет место в случае анизотропии механических и функциональных свойств.
2
2
Экспериментально установлено, что при величине изостатического давления менее 30 МН/м не исключена пористость слитка и рост столбчатых кристаллов, что приводит к снижению броневой стойкости готовых листов. Увеличение изостатического давления более 90 МН/м не ведет к дальнейшему повышению броневой стойкости горячекатаных термоулучшенных листов, а лишь усложняет реализацию технологического процесса, что нецелесообразно.
Также экспериментально установлено, что при соотношении суммарных обжатий при проходах в поперечном и продольном направлениях менее 0,8, в термоулучшенном листе не исключена преимущественная вытянутость пакетного мартенсита в продольном направлении, что облегчает развитие трещин в этом направлении при пулевом ударе и снижает броневую стойкость листов. В то же время при соотношении суммарных обжатий при проходах в поперечном и продольном направлениях более 1,2 не исключено образование трещин при соударении с пулей в поперечном направлении. Это также снижает броневую стойкость листов.
Примеры реализации способа
В электродуговой печи производят выплавку стали мартенситного
класса следующего химического состава, мас.%:
C
Si
Mn
Cr
Ni
Mo
Al
N
Cu
Ti
Fe
0,42
1,2
0,9
1,3
1,2
0,3
0,08
0,008
0,20
0,08
Основа
2
Выплавленную сталь разливают в плоские изложницы, которые устанавливают на гидравлический пресс, и, с помощью пуансона создают в расплаве изостатическое давление P=60 МН/м. Находящийся в
изложнице расплав в процессе его самопроизвольного охлаждения выдерживают под давлением до завершения кристаллизации.
0
1
Полученный плоский слиток толщиной H=20 мм извлекают из изложницы, нагревают до температуры 1250°C и подвергают прокатке на реверсивном стане кварто 2000 в поперечном направлении за 5 проходов до толщины Н=8 мм с суммарным относительным обжатием:
<mrow><msub><mtext>ε</mtext><mrow><mtext>nn</mtext></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mtext>H</mtext><mtext>0</mtext></msub><mo>−</mo><msub><mtext>H</mtext><mtext>1</mtext></msub></mrow><mrow><msub><mtext>H</mtext><mtext>0</mtext></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mtext>20</mtext><mo>−</mo><mtext>10</mtext></mrow><mrow><mtext>20</mtext></mrow></mfrac><mo>=</mo><mtext>0</mtext><mtext>,5</mtext></mrow>
.
2
Полученный лист разворачивают в его плоскости на 90° и производят прокатку в продольном направлении за 7 проходов до конечной толщины H=5,0 мм с суммарным относительным обжатием:
<mrow><msub><mtext>ε</mtext><mrow><mtext>np</mtext></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mtext>H</mtext><mtext>1</mtext></msub><mo>−</mo><msub><mtext>H</mtext><mtext>2</mtext></msub></mrow><mrow><msub><mtext>H</mtext><mtext>1</mtext></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mtext>10</mtext><mo>−</mo><mtext>5</mtext></mrow><mrow><mtext>10</mtext></mrow></mfrac><mo>=</mo><mtext>0</mtext><mtext>,5</mtext></mrow>
.
При указанном режиме деформирования соотношение суммарных обжатий при проходах в поперечном и продольном направлениях составляет:
<mrow><mfrac><mrow><msub><mtext>ε</mtext><mrow><mtext>nn</mtext></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mtext>ε</mtext><mrow><mtext>np</mtext></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mtext>0</mtext><mtext>,5</mtext></mrow><mrow><mtext>0</mtext><mtext>,5</mtext></mrow></mfrac><mo>=</mo><mtext>1</mtext><mtext>,0</mtext></mrow>
.
Прокатанный лист незамедлительно подвергают закалке водой с прокатного нагрева от температуры 890°С.Закаленный лист отпускают при температуре 250°C с выдержкой в течение 3 ч.
б
После охлаждения от листовой стали отбирали пробы и производили испытания механических свойств, а также бронестойкости. Бронестойкость оценивали по минимальной толщине н (мм) непробития пластин при обстреле из снайперской винтовки Драгунова бронебойными пулями типа Б-32 калибра 7,62 мм с расстояния 100 м.
Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности приведены в таблице.
Таблица.
Режимы производства, механические свойства и бронестойкость листов
№ варианта
P, МН/м<sup>2</sup>
<maths num="4"><math display="block"><mrow><mfrac><mrow><msub><mtext>ε</mtext><mrow><mtext>nn</mtext></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mtext>ε</mtext><mrow><mtext>np</mtext></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow></math><img file="00000004.tif" he="14" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
HRC, ед.
σ<sub>в</sub>, МПа
σ<sub>т</sub>, Мпа
δ<sub>5</sub>, %
KCU, МДж/см<sup>2</sup>
Н<sub>б</sub>, мм
1.
29
0,7
57
1630
1600
16
44
6,5
2.
30
0,8
61
1800
1700
18
51
5,0
3.
60
1,0
61
1820
1730
19
52
5,0
4.
90
1,2
61
1800
1700
18
51
5,0
5.
92
1,3
58
1760
1650
15
43
6,6
б
б
Из данных, представленных в таблице, следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-4) достигается наилучшее сочетание прочностных, вязкостных и пластических свойств. Броневая стойкость листов максимальна: максимальная толщина непробития при обстреле бронебойными пулями минимальна и состовляет H=5,0 мм. В случаях запредельных значений заявленных параметров (варианты №1 и №5) бронестойкость листов снижается, минимальная толщина непробития возрастает до Н=6,5-6,6 мм.
2
Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что охлаждение расплава стали мартенситного класса в изложнице с приложением изостатического давления 30-90 МН/м и последующая горячая прокатка с соотношением суммарных обжатий при проходах в поперечном и продольном направлениях в диапазоне 0,8-1,2 обеспечивает формирование диспергированной изотропной микроструктуры пакетного мартенсита после закалки и отпуска. Это исключает образование трещин в термоулучшенной листовой стали при пулевых соударениях, повышает бронестойкость листов, снижает массу бронезащитных конструкций.
В качестве базового объекта при определении экономической эффективности предложенного способа является ближайший аналог [2]. Использование предложенного способа обеспечивает повышение рентабельности производства листовой броневой стали на 10-15%.
Литературные источники, использованные при составлении описания изобретения:
1. Патент РФ №2447181, МПК C22C 38/14, 2012 г.;
2. Патент РФ №2429971, МПК B32B 15/18, 2011 г.