СВАРИВАЕМАЯ ПРОТИВОПУЛЬНАЯ БРОНЕВАЯ СТАЛЬ
WELDED BULLET-PROOF ARMOUR STEEL

Изобретение относится к области металлургии и к области бронезащиты, и может найти применение для бронезащиты автомобилей, спецвагонов и других легкобронированных машин.
Общеизвестно, что защитные характеристики противопульной и противоснарядной брони определяются в первую очередь уровнем ее прочности (твердости), что обусловливает применение для ее изготовления высокопрочной стали. Кроме того, бронедеталь баллистической защиты должна обладать высокой живучестью, т.е. не давать на тыльной поверхности повреждений, способных образовывать вторичные осколки, отколы, расколы.
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. Кроме того, данная сталь в качестве легирующих компонентов содержит алюминий, вольфрам, титан, цирконий, кальций и магний.
(JP 2006-070327, C22C 38/00, опубл. 16.03.2006).
Известно, что высокопрочные стали склонны к хрупкому разрушению при эксплуатации, особенно при низких температурах. В данной стали 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. 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 приводит к получению после термообработки структуры, содержащей до 15% верхнего бейнита, что снижает работоспособность при пулевом обстреле и баллистические свойства броневых сталей.
Наиболее близкой по составу и достигаемому техническому результату является 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.
(RU 2236482 C1, С22С 38/46, С22С 38/60, опубл. 20.09.2004).
Известная броневая сталь обладает достаточно высокой пулестойкостью, но недостаточной живучестью. Кроме того, из-за повышенного содержания карбидообразующих элементов (хрома молибдена и ванадия) имеются значительные сложности при гибке, что существенно ограничивает применение стали.
Высокое содержание углерода (до 0,54%) делает вышеупомянутые стали склонными к хрупким разрушениям, особенно проявляющимся при обстреле при отрицательных температурах, а также исключает возможность получения качественных сварных соединений.
Задачей и техническим результатом изобретения является создание свариваемой противопульной броневой стали, обеспечивающей удовлетворительную свариваемость в толщинах до 20 мм, повышенную живучесть, высокую противопульную стойкость в сочетании с пониженной склонностью к образованию вторичных осколков при воздействии современных средств поражения.
Технический результат достигается тем, что свариваемая противопульная броневая сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, серу и фосфор, дополнительно содержит ниобий и медь при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,38-0,43, 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.
Изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами.
Броневую сталь по изобретению выплавляли в электропечи с последующим электрошлаковым переплавом. Состав стали представлен в таблице. Предпочтительно повышенное содержание в стали молибдена (до 0,85 мас.%) и соблюдение соотношения молибден/углерод в пределах от 1,44 до 1,60. После огневой зачистки и термообработки слябы прокатывали на лист заданной толщины. При этом учитывали, что для обеспечения широкого диапазона требований к пулестойкости сварных броневых конструкций толщина стальных бронедеталей должна составлять 6,5-20 мм. Окончательной термообработкой получали заданную твердость 54-55 HRC и мелкодисперсную структуру низкоотпущенного мартенсита с размером зерна 4-5 мкм. Режимы окончательной термообработки выбирались с учетом толщины бронеэлемента и требований по уровню баллистической стойкости и технологичности при гибке, сварке и т.д. В сварных соединениях, полученных по стандартной технологии, отсутствовали горячие и холодные трещины.
Листы из стали по изобретению подвергали обстрелу бронебойными пулями Б-32 калибром 7,62 мм.
Результаты испытаний показали, что все испытуемые листы толщиной 10 мм из стали по изобретению, а также сваренные бронедетали, обладали высокой противопульной и противоосколочной стойкостью, не имели хрупких разрушений, не давали вторичных осколков и обеспечивали повышенную защиту от пуль по 6а классу ГОСТ 50744-95.
Существующая в настоящее время известная свариваемая броневая сталь обеспечивает аналогичную защиту только в толщине 15 мм, что увеличивает на 25-30% массу броневой конструкции.
Из представленных результатов испытаний следует, что свариваемая противопульная броневая сталь по изобретению в составе сварной конструкции обеспечивает достижение технического результата.
№ плавки
Содержание компонентов, мас.%
С
Si
Мn
Сr
Ni
Mo
М
Nb
Cu
S
P
1
0,39
0,70
0,40
1,25
1,10
0,78
0,21
0,04
0,1
≤0,01
≤0,01
2
0,43
0,56
0,30
1,38
1,18
0,81
0,20
0,035
0,08
≤0,01
≤0,01