本发明涉及金属材料加工生产技术领域，尤其涉及一种防弹钢板及其制备方法和用途。
背景技术：
随着日新月异的军事武器尖端科技的发展，防弹车的防护要求也越来越高，因其具备着不同的防御功能，除了能抵挡致命的枪弹、爆炸破片的袭击还要具备灵活的机动性和抗破坏性。随着防弹车减重、轻量化发展趋势要求及提高安全性，特种车辆厂家关于超薄防弹钢板需求意向强烈，希望钢铁企业能够提供高强度、轻量化且满足加工使用要求的防弹用钢。
目前，用于防弹的超高强度钢成分体系主要包括crnimo系、mnb系等，一般采用冶炼、连铸、热轧、淬火、回火等工艺方法生产，也有热轧态直接使用的情况。
cn105088090a公开了一种合金体系为含cu的crnimotib系防弹钢，经淬火回火处理后，钢板的布式硬度可达到600hb级；ssab公司armox系列防弹板使用了crnimo系，不同碳含量钢板经淬火+回火处理后硬度达到280-640hb；ssab公司domex系列使用了高洁净度的mncrb合金系，其中含碳量为0.3％的合金钢硬度达到500hb，但该防弹钢的强度仍然较低且未解决防弹钢不够轻薄的问题。
cn103993235a，公布了一种高强度热轧防弹钢板的制造方法，合金系采用simncrnbtib，成分中不含有ni，钢板经淬火回火处理后硬度达到500hb，但该防弹钢的强度仍然较低，且同样未意识到轻薄程度的要求。
cn100359034c公开了一种高强度热轧防弹钢板，但其强度仅达到1000mpa，强度仍然较低且未意识到轻薄程度的要求。
综上可以看出，现有防弹用钢仍然存在强度不足或轻薄程度不够等缺陷，目前如何在常规生产工艺设备条件下，通过成分设计及针对性设计出热轧控轧控冷生产工艺及热处理工艺，生产出高强度、轻量化、薄规格且具有良好变形能力的防弹钢板是当前所迫切需求的解决的问题。
因此，需要开发一种高强度、轻量化且薄规格的防弹用钢及其制备工艺。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供一种防弹钢板，所述防弹钢板在现有技术的基础上添加一定含量的cr、mo、v和als等元素并严格控制各元素的配比，使所述钢板具有高强度、轻量化且薄规格的优点；所述防弹钢板的制备方法通过控制加热、轧制、卷取和热处理等工序，能够最大程度发挥所添加合金元素的析出强化、细化晶粒效果，以保证钢板轧制时的低变形抗力和高强度，同时兼具有良好的成形性能，可得到具有马氏体组织的轻薄高强钢板，解决了现有技术中钢板不够轻薄的问题，能够很好地应用在车辆、柜台或家具等需要防弹防爆的各个领域，具有良好的应用价值。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种防弹钢板，所述钢板按质量百分含量计包括如下组分：c：0.26～0.31％，si：0.20～0.40％，mn：0.75～1.10％，ni：1.05～1.30％，cr：0.75～1.10％，mo：0.25～0.45％，v：0.085～0.105％，als：0.020～0.060％，p≤0.010％，s≤0.003％，n≤0.003％，其余为fe和不可避免的杂质。
本发明中所述钢板中c的含量为0.26～0.31％，例如可以是0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.30％或0.31％。
所述钢板中si的含量为0.20～0.40％，例如可以是0.20％、0.21％、0.22％、0.23％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.30％、0.32％、0.34％、0.35％、0.36％、0.37％、0.38％或0.40％。
所述钢板中mn的含量为0.75～1.10％，例如可以是0.75％、0.78％、0.80％、0.82％、0.84％、0.85％、0.88％、0.90％、0.92％、0.94％、0.95％、0.96％、0.98％、1.0％、1.04％、1.05％、1.08％或1.1％。
所述钢板中ni的含量为1.05～1.30％，例如可以是1.05％、1.07％、1.09％、1.1％、1.12％、1.15％、1.18％、1.20％、1.22％、1.25％、1.28％或1.30％。
所述钢板中cr的含量为0.75～1.10％，例如可以是0.75％、0.78％、0.80％、0.82％、0.84％、0.85％、0.88％、0.90％、0.92％、0.94％、0.95％、0.96％、0.98％、1.0％、1.04％、1.05％、1.08％或1.1％。
所述钢板中mo的含量为0.25～0.45％，例如可以是0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.30％、0.32％、0.34％、0.35％、0.36％、0.37％、0.38％、0.40％、0.42％或0.45％。
所述钢板中v的含量为0.085～0.105％，例如可以是0.085％、0.088％、0.089％、0.090％、0.092％、0.095％、0.096％、0.097％、0.099％、0.100％、0.102％或0.105％。
所述钢板中als的含量为0.020～0.060％，例如可以是0.020％、0.025％、0.030％、0.035％、0.040％、0.045％、0.050％、0.055％或0.060％。
其中als是指可溶于酸的金属铝，即酸溶铝。
所述钢板中p的含量≤0.010％，例如可以是0.010％、0.0095％、0.0092％、0.0090％、0.008％、0.007％、0.006％或0.005％。
所述钢板中s的含量≤0.003％，例如可以是0.003％、0.0028％、0.0025％、0.002％、0.0018％、0.0015％或0.001％。
所述钢板中n的含量≤0.003％，例如可以是0.003％、0.0025％、0.0023％、0.0021％、0.002％、0.0018％、0.0015％或0.001％。
本发明中不可避免的杂质的含量没有特殊限制，可以是本领域技术人员熟知任何钢水中可能存在的杂质含量，例如可以是0.025％、0.020％、0.018％、0.015％或0.010％。
本发明提供的防弹钢板通过添加一定含量的cr、mo、v和als等元素并严格控制各元素的配比，使所述防弹钢板在具有轻薄优势的同时强度高，符合现有车辆、盾牌或头盔中减重、轻量化发展趋势的要求。
优选地，所述钢板中c的含量为0.27～0.30％。
优选地，所述钢板中si的含量为0.24～0.35％，优选为0.27～0.33％。
优选地，所述钢板中mn的含量为0.80～1.0％，优选为0.85～0.95％。
优选地，所述钢板中ni的含量为1.10～1.25％，优选为1.15～1.20％。
优选地，所述钢板中cr的含量为0.80～1.05％，优选为0.85～1.00％。
优选地，所述钢板中mo的含量为0.29～0.33％，优选为0.30～0.32％。
优选地，所述钢板中v的含量为0.088～0.1％，优选为0.090～0.098％。
优选地，所述钢板中als的含量为0.03～0.05％，优选为0.035～0.045％。
优选地，所述钢板中p的含量≤0.009％，优选≤0.008％。
优选地，所述钢板中s的含量≤0.0025％，优选≤0.002％。
优选地，所述钢板中n的含量≤0.0025％，优选≤0.002％。
优选地，所述不可避免的杂质含量≤0.025％，优选≤0.02％。
优选地，所述钢板按质量百分含量计包括如下组分：c：0.27～0.30％，si：0.27～0.33％，mn：0.85～0.95％，ni：1.15～1.20％，cr：0.85～1.00％，mo：0.30～0.32％，v：0.090～0.098％，als：0.035～0.045％，p≤0.008％，s≤0.002％，n≤0.002％，不可避免的杂质含量≤0.02％，其余为fe。
本发明优选包括如上质量百分含量所述的组分，通过进一步优化组分之间的配比，能够得到强度更高、性能更好地的防弹钢板。
优选地，所述钢板的厚度为2～3mm，例如可以是2mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm或3mm。
本发明提供的钢板厚度仅为2～3mm，很好地满足了钢板轻量化的需求。
优选地，所述钢板的抗拉强度＞1500mpa，例如可以是1510mpa、1550mpa、1580mpa、1600mpa、1700mpa、1800mpa、1900mpa或2000mpa，优选＞1600mpa。
本发明提供的防弹钢板的抗拉强度大于1500mpa，强度大，能够很好地满足防弹防爆的需求。
优选地，所述钢板的屈服强度＞1300mpa，例如可以是1310mpa、1340mpa、1350mpa、1360mpa、1400mpa、1450mpa、1500mpa、1600mpa、1700mpa、1800mpa、1900mpa或2000mpa，优选＞1400mpa。
本发明提供的钢板的屈服强度大于1300mpa，强度高，能够很好地应用在防弹防爆场合。
优选地，所述钢板的延伸率＞8％，例如可以是8.1％、8.5％、8.6％、8.8％、9.0％、9.2％、9.4％、9.5％、9.9％、10％、10.5％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、18％、20％或25％，优选＞10％。
本发明提供的钢板的延伸率大于8％，具有一定的塑性，能够提高钢板的使用寿命。
优选地，所述钢板的维式硬度≥440hv，例如可以是440hv、450hv、460hv、480hv、490hv、500hv、550hv、570hv、600hv、650hv、700hv、750hv或800hv，优选≥500hv。
本发明提供的钢板的维式硬度≥440hv，硬度大，能够防止其他硬物穿透其中，可以起到很好地防弹防爆效果。
第二方面，本发明提供第一方面所述的防弹钢板的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将原料成分冶炼为钢水，所述钢水经钢包精炼、rh真空循环脱气精炼和连铸工序得到板坯；
(2)将所述板坯加热，并经高压水除鳞、控制轧制、控制冷却和卷取工序得到热轧卷板；
(3)所述热轧卷板经热处理后得到所述钢板。
本发明提供的防弹钢板的制备方法，通过高压水除鳞、控制轧制、控制冷却和卷取工序等能够最大程度发挥所添加合金元素的析出强化、细化晶粒效果，以保证钢板轧制时的低变形抗力和高强度，同时兼具有良好的成形性能。
优选地，步骤(1)中在钢包精炼之前所述钢水还经钢水脱硫和转炉冶炼操作。
本发明对步骤(1)中钢水脱硫、转炉冶炼、钢包精炼、rh真空循环脱气精炼(由德国rheinstahl公司和heraeus公司共同设计的真空精炼设备及方法，又称真空循环脱气法)和连铸工序和设备没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可达到板坯制备目的的工序和设备。
优选地，步骤(2)中所述板坯加热的温度为1220～1260℃，例如可以是1220℃、1225℃、1230℃、1235℃、1240℃、1245℃、1250℃、1255℃或1260℃，优选为1230～1250℃。
优选地，所述高压水除鳞中高压水的压力为18～22mpa，例如可以是18mpa、18.5mpa、19mpa、19.2mpa、19.5mpa、19.8mpa、20mpa、20.2mpa、20.5mpa、20.8mpa、21mpa、21.2mpa、21.5mpa、21.8mpa或22mpa，优选为19～21mpa。
优选地，所述控制轧制依次包括粗轧、热卷箱卷取和精轧工序。
优选地，所述粗轧包括4～6道轧制工序，例如可以是4、5或6，优选为5道轧制工序。
优选地，所述板坯经粗轧后的出口温度为1120～1160℃，例如可以是1120℃、1125℃、1130℃、1135℃、1140℃、1145℃、1150℃、1155℃或1160℃，优选为1130～1150℃。
本发明通过严格控制粗轧后的出口的温度，从而把控合金元素的析出强化和细化晶粒效果，使制得的钢板强度和抵抗变形的能力更高。
优选地，所述精轧包括6～8道轧制工序，例如可以是6、7或8，优选为7道轧制工序。
优选地，所述精轧中板坯的入口温度为1040～1080℃，例如可以是1040℃、1045℃、1050℃、1055℃、1060℃、1065℃、1070℃、1075℃或1080℃，优选为1050～1070℃。
优选地，所述精轧中板坯的出口温度为880～920℃，例如可以是880℃、885℃、890℃、895℃、900℃、905℃、910℃、915℃或920℃，优选为890～910℃。
本发明通过控制精轧中板坯的入口温度和出口温度，能够更好地发挥所添加合金元素的析出强化、细化晶粒效果，以保证钢板轧制时的低变形抗力和高强度，同时使其兼具有良好的成形性能。
优选地，所述控轧冷却的层流冷却速度为25～30℃/s，例如可以是25℃/s、25.5℃/s、26℃/s、26.5℃/s、27℃/s、27.5℃/s、28℃/s、28.5℃/s、29℃/s、29.5℃/s或30℃/s，优选为27～29℃/s。
优选地，所述卷取的温度为630～670℃，例如可以是630℃、635℃、640℃、645℃、650℃、655℃、660℃、665℃或670℃，优选为640～660℃。
优选地，所述热轧卷板经切割得到开平板。
优选地，步骤(3)中所述热处理依次包括加热、淬火和回火工序。
优选地，所述回火工序后还包括空冷工序。
优选地，所述加热的温度为900～920℃，例如可以是900℃、902℃、905℃、908℃、910℃、912℃、915℃、916℃、918℃或920℃，优选为910～920℃。
本发明对加热的方式没有限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于加热的方式，例如可以是电加热等。
优选地，在所述加热的温度下保温29～31min，例如可以是29min、29.5min、30min、30.5min或31min。
本发明对淬火的方式没有限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于淬火的方式，例如可以是水淬或油淬。
优选地，所述淬火为水淬。
优选地，所述淬火的终温为室温。
优选地，所述回火的加热终温为190～210℃，例如可以是190℃、192℃、195℃、198℃、200℃、202℃、205℃、208℃或210℃，优选为195～205℃。
本发明通过控制回火的温度，使钢板能够获得强度更高的马氏体组织，从而提高最终钢板的强度和抗变形能力。
优选地，在所述回火的加热终温中保温115～125min，例如可以是115min、116min、117min、118min、119min或120min，优选为118～123min。
优选地，所述空冷的终温为室温。
作为本发明优选的技术方案，所述方法包括如下步骤：
(1)将原料成分冶炼为钢水，所述钢水经钢水脱硫、转炉冶炼、钢包精炼、rh真空循环脱气精炼和连铸工序得到板坯；
(2)将所述板坯加热至1220～1260℃，并经18～22mpa高压水除鳞，再经粗轧5道轧制后，出口温度为1120～1160℃，经热卷箱卷取后精轧采用7架轧机轧制，精轧的入口温度为1040～1080℃，出口温度为880～920℃，所述精轧后经层流冷却速度为25～30℃/s的控轧冷却，在630～670℃下卷取得到热轧卷板，所述热轧卷板经切割得到开平板；
(3)将所述开平板加热至900～920℃，保温29～31min后经淬火至室温，再加热至190～210℃保温115～125min进行回火，最后空冷至室温，得到具有马氏体组织的钢板。
第三方面，本发明提供第一方面所述的防弹钢板在车辆、柜台、家具、靶场设备、头盔或盾牌中的用途，优选为在防弹车用侧厢板中的用途。
本发明所述的防弹钢板兼具高强度和轻薄化的优势，应用在车辆、柜台、家具、靶场设备、头盔或盾牌领域，不仅能够起到良好的防弹防爆效果，而且能够降低负担，具有较高的应用前景。
本发明所述的防弹钢板尤其适用于防弹车用侧厢板，这是由于现有防弹车诸如运钞车、警车等偏向减重及轻量化发展，因此防弹车用侧厢板用钢更加需要兼具高强度和轻薄规格的钢板。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的防弹钢板通过不同元素组分的配比，其钢板具有高强度、轻量化薄规格等优点，其中，钢板的屈服强度＞1300mpa，抗拉强度大于1500mpa，维式硬度≥440hv，延伸率大于8％，厚度为2～3mm；
(2)本发明提供的防弹钢板能够为防弹车、柜台、家具、靶场设备、头盔或盾牌提供轻薄、高强度、防弹的钢铁材料，达到减重、灵活且防弹的要求；
(3)本发明提供的防弹钢板的制备方法通过保障控制轧制、控制冷却以及热处理中的温度，能够以最大程度发挥所添加合金元素的析出强化、细化晶粒效果，以保证产品轧制时的低变形抗力和高强度，同时兼具有良好的成形性能。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
一、实施例
实施例1
本实施例提供一种防弹钢板，所述防弹钢板按质量百分含量计包括如下组分：c：0.26％，si：0.20％，mn：0.75％，p：0.009％，s：0.003％，ni：1.05％，cr：0.75％，mo：0.25％，v：0.085％，als：0.020％，n：0.0020％，余量为fe及不可避免的杂质元素。
本实施例提供的防弹钢板的制备方法包括如下步骤：
(1)将原料成分冶炼为钢水，所述钢水经钢水脱硫、转炉冶炼、钢包精炼、rh真空循环脱气精炼和连铸工序得到板坯；
(2)将所述板坯加热至1220℃，并经18mpa高压水除鳞，再经粗轧5道轧制后，出口温度为1120℃，经热卷箱卷取后精轧采用7架轧机轧制，精轧的入口温度为1040℃，出口温度为880℃，所述精轧后经层流冷却速度为25℃/s的控轧冷却，在630℃下卷取得到热轧卷板，所述热轧卷板经切割得到开平板；
(3)将所述开平板加热至900℃，保温29min后经淬火至室温，再加热至190℃保温115min进行回火，最后空冷至室温25℃，得到具有马氏体组织的钢板。
实施例2
本实施例提供一种防弹钢板，所述防弹钢板按质量百分含量计包括如下组分：c：0.31％，si：0.40％，mn：1.10％，p：0.010％，s：0.003％，ni：1.30％，cr：1.10％，mo：0.45％，v：0.105％，als：0.060％，n：0.0030％，余量为fe及不可避免的杂质元素。
本实施例提供的防弹钢板的制备方法包括如下步骤：
(1)将原料成分冶炼为钢水，所述钢水经钢水脱硫、转炉冶炼、钢包精炼、rh真空循环脱气精炼和连铸工序得到板坯；
(2)将所述板坯加热至1260℃，并经18mpa高压水除鳞，再经粗轧5道轧制后，出口温度为1160℃，经热卷箱卷取后精轧采用7架轧机轧制，精轧的入口温度为1080℃，出口温度为920℃，所述精轧后经层流冷却速度为30℃/s的控轧冷却，在670℃下卷取得到热轧卷板，所述热轧卷板经切割得到开平板；
(3)将所述开平板加热至920℃，保温31min后经淬火至室温，再加热至210℃保温125min进行回火，最后空冷至室温28℃，得到具有马氏体组织的钢板。
实施例3
本实施例提供一种防弹钢板，所述防弹钢板按质量百分含量计包括如下组分：c：0.30％，si：0.30％，mn：0.90％，p：0.008％，s：0.002％，ni：1.20％，cr：0.95％，mo：0.30％，v：0.095％，als：0.040％，n：0.002％，余量为fe及不可避免的杂质元素。
本实施例提供的防弹钢板的制备方法包括如下步骤：
(1)将原料成分冶炼为钢水，所述钢水经钢水脱硫、转炉冶炼、钢包精炼、rh真空循环脱气精炼和连铸工序得到板坯；
(2)将所述板坯加热至1242℃，并经18mpa高压水除鳞，再经粗轧5道轧制后，出口温度为1144℃，经热卷箱卷取后精轧采用7架轧机轧制，精轧的入口温度为1063℃，出口温度为914℃，所述精轧后经层流冷却速度为28℃/s的控轧冷却，在642℃下卷取得到热轧卷板，所述热轧卷板经切割得到开平板；
(3)将所述开平板加热至912℃，保温30min后经淬火至室温，再加热至203℃保温121min进行回火，最后空冷至室温29℃，得到具有马氏体组织的钢板。
实施例4
本实施例提供一种防弹钢板，所述防弹钢板除mo的质量百分含量由0.25％替换为0.45％，余量仍为fe及不可避免的杂质元素外，其余含量均与实施例1相同，其制备方法也与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供一种防弹钢板，所述防弹钢板除mo的质量百分含量由0.25％替换为0.29％，余量仍为fe及不可避免的杂质元素外，其余含量均与实施例1相同，其制备方法也与实施例1相同。
实施例6
本实施例提供一种防弹钢板，所述防弹钢板除mo的质量百分含量由0.25％替换为0.33％，余量仍为fe及不可避免的杂质元素外，其余含量均与实施例1相同，其制备方法也与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供一种防弹钢板，所述防弹钢板按质量百分含量计的组分含量均与实施例1相同。
本实施例提供的防弹钢板的制备方法除步骤(3)中“加热至190℃保温进行回火”替换为“加热至195℃保温进行回火”外，其余均与实施例1相同。
实施例8
本实施例提供一种防弹钢板，所述防弹钢板按质量百分含量计的组分含量均与实施例1相同。
本实施例提供的防弹钢板的制备方法除步骤(3)中“加热至190℃保温进行回火”替换为“加热至205℃保温进行回火”外，其余均与实施例1相同。
二、测试及结果
将以上实施例提供的防弹钢板进行力学性能测试，按照gb/t228.1中的测试方法对所述防弹钢板的屈服强度、抗拉强度和伸长率进行测试；按照gb/t4340.1中的维式硬度测试方法进行硬度测试。
以上实施例和对比例的力学性能测试结果如表1所示。
表1
从表1可以看出以下几点：
(1)综合实施例1～8可以看出，本发明提供的防弹钢板添加一定含量的cr、mo、v和als等元素并严格控制各元素的配比，钢板的屈服强度均＞1300mpa，抗拉强度＞1500mpa，伸长率＞8％，维氏硬度≥440hv，表明本发明所述的防弹钢板具有高强度和硬度大以及一定的塑性等优势，而且其厚度在2.0～3.0mm之间，具有轻薄的优势，能够很好地满足现有车辆等轻量化的要求；
(2)综合实施例1和实施例4～6可知，实施例5和实施例6中mo的质量百分含量分别为0.29％和0.33％，较实施例1和实施例4中mo的质量百分含量分别为0.25％和0.45％而言，实施例5和实施例6中防弹钢板的屈服强度分别为1385mpa和1360mpa，抗拉强度分别为1615mpa和1595mpa，而实施例1和实施例4中屈服强度分别为1345mpa和1355mpa，抗拉强度分别为1585mpa和1560mpa，由此说明，本发明优选将mo的质量百分含量控制在0.29～0.33％之间，能够得到强度更高、性能更好地的防弹钢板；
(3)综合实施例1和实施例7～8可知，实施例7和实施例8通过将回火温度分别控制在195℃和205℃，较实施例1将回火温度控制在190℃而言，实施例7和实施例8中防弹钢板的屈服强度分别为1370mpa和1380mpa，抗拉强度分别为1620mpa和1615mpa，而实施例1中屈服强度和抗拉强度分别为1345mpa和1585mpa，且硬度也比实施例7和实施例8中防弹钢板的硬度小，由此说明，本发明优选将回火温度控制在195～205℃之间，能够使钢板获得强度更高的马氏体组织，从而提高最终钢板的强度和抗变形能力。
综上可知，本发明提供的防弹钢板强度高，硬度大且具有轻薄的优势，其中屈服强度均＞1300mpa，抗拉强度＞1500mpa，伸长率＞8％，维氏硬度≥440hv，厚度在2.0～3.0mm之间，能够很好地满足现有车辆等轻量化的要求；同时本发明提供的所述防弹钢板的制备方法能够最大程度发挥所添加合金元素的析出强化、细化晶粒效果，具有良好的成形性能，可推广应用价值高。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。