Изделие из стали с двумя слоями разной твердости и способ его изготовления

Изделие из стали с двумя слоями разной твердости и способ его изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к области сталей с двумя слоями разной твердости и способам изготовления сталей с двумя слоями разной твердости.

ОПИСАНИЕ УРОВНЯ ТЕХНИКИ

[0002] Соединенная прокаткой стальная броня с двумя слоями разной твердости является высокоэффективным броневым материалом. Примером этого типа стальной брони является броневая плита из двух слоев разной твердости ATI K12®-MIL, которая поставляется компанией ATI Defense, Вашингтон, штат Пенсильвания, США. Броня из двух слоев разной твердости ATI K12®-MIL раскрыта как один вариант воплощения в патенте США №5749140, который включен сюда в качестве ссылки в полном объеме. Броневая плита из двух слоев разной твердости ATI K12®-MIL представляет собой материал, соединенный прокаткой, который имеет лицевую сторону с высокой твердостью и более мягкую обратную сторону. В действии твердая лицевая сторона брони разбивает и сплющивает попадающий (реактивный) снаряд, а более мягкая обратная сторона улавливает и дополнительно поглощает энергию деформированного снаряда.

[0003] Хотя традиционная, соединенная прокаткой стальная броня из двух слоев разной твердости имеет значительное баллистическое сопротивление прониканию, этот материал сложный и дорогой для производства. Для достижения желаемых механических и баллистических свойств в традиционной, соединенной прокаткой стальной броне из двух слоев разной твердости после соединения прокаткой необходима сложная термообработка и другая обработка. В частности, после соединения прокаткой необходима аустенизация, закалка в масле и отпуск материала. Кроме того, эти этапы обработки могут выполняться одновременно только для малых сечений соединенной прокаткой плиты из-за того, что может возникать чрезмерная деформация вследствие разницы в коэффициентах термического расширения и температурах фазового превращения двух соединенных прокаткой сплавов.

[0004] Кроме того, после термообработки традиционные стальные броневые плиты из двух слоев разной твердости должны проходить сложную правку. Только небольшое число производственных участков оснащено соответствующим образом для выполнения правки. Кроме того, необходимость выполнения правки плит фактически ограничивает размер традиционных соединенных прокаткой стальных броневых плит из двух слоев разной твердости до размеров, не больших, чем примерно 20×20 дюймов (50,8×50,8 см). Плиты большего размера должны изготавливаться путем соединения нескольких плит меньшего размера, что существенно увеличивает стоимость детали и время изготовления, а также отрицательно сказывается на целостности детали.

[0005] Соответственно, существует необходимость в разработке способа изготовления соединенной прокаткой стальной брони из двух слоев разной твердости, которая не нуждается в традиционных этапах обработки после соединения прокаткой, таких как аустенизация и закалка в масле, и/или которая уменьшает необходимость в отпуске и сложных операциях правки для многих видов применения. В общем, существует необходимость в усовершенствованном способе изготовления стальной брони из двух слоев разной твердости.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] В соответствии с не имеющим ограничительного характера аспектом настоящего изобретения, изделие из стали с двумя слоями разной твердости содержит первую легированную сталь, закаливаемую на воздухе, имеющую твердость первой стали, и вторую легированную сталь, закаливаемую на воздухе с самоотпуском, имеющую твердость второй стали. В некоторых вариантах воплощения твердость первой стали больше, чем твердость второй стали. Между первой, закаливаемой на воздухе, легированной сталью и второй, закаливаемой на воздухе, легированной сталью существует зона металлургической связи.

[0007] В соответствии с другим, не имеющим ограничительного характера аспектом настоящего изобретения, стальная броня из двух слоев разной твердости содержит первую, закаливаемую на воздухе, легированную сталь, имеющую твердость первой стали, по меньшей мере, 574 по Бринеллю, и вторую, закаливаемую на воздухе, легированную сталь, имеющую твердость второй стали, в диапазоне от 477 до 534 по Бринеллю, включительно. Первая закаливаемая на воздухе легированная сталь содержит, в весовых процентах, от 0,42 до 0,52 углерода, от 3,75 до 4,25 никеля, от 1,00 до 1,50 хрома, от 0,22 до 0,37 молибдена, от 0,20 до 1,00 марганца, от 0,20 до 0,50 кремния, не более 0,020 фосфора, не более 0,005 серы, железо и случайные примеси. Вторая закаливаемая на воздухе легированная сталь содержит, в весовых процентах, от 0,22 до 0,32 углерода, от 3,50 до 4,00 никеля, от 1,60 до 2,00 хрома, от 0,22 до 0,37 молибдена, от 0,80 до 1,20 марганца, от 0,25 до 0,45 кремния, не более 0,020 фосфора, не более 0,005 серы, железо и случайные примеси. Между первой закаливаемой на воздухе легированной сталью и второй закаливаемой на воздухе с самоотпуском легированной сталью существует зона металлургической связи.

[0008] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения способ изготовления стальной брони из двух слоев разной твердости включает: создание первого компонента легированной стали, закаливаемой на воздухе, который содержит первую сопрягаемую поверхность и имеет твердость первого компонента; и создание второго компонента легированной стали, закаливаемой на воздухе, который содержит вторую сопрягаемую поверхность и имеет твердость второго компонента. Твердость первого компонента больше, чем твердость второго компонента. Первый компонент и второй компонент расположены таким образом, что, по меньшей мере, часть первой сопрягаемой поверхности контактирует, по меньшей мере, с частью второй сопрягаемой поверхности, и первый компонент и второй компонент металлургически соединены, образуя металлургически соединенный пакет. Металлургически соединенный пакет подвергается горячей прокатке для создания металлургической связи между первой сопрягаемой поверхностью и второй сопрягаемой поверхностью

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0009] Характеристики и преимущества способов, описанных здесь, будут лучше понятны благодаря ссылке на прилагаемые чертежи, на которых:

[0010] На фиг.1А приведен схематический вид в перспективе не имеющего ограничительного характера варианта воплощения изделия из стали с двумя слоями разной твердости, в соответствии с настоящим изобретением;

[0011] На фиг.1В приведен схематический вид поперечного сечения изделия из стали с двумя слоями разной твердости по варианту воплощения, показанному на фиг.1А; и

[0012] На фиг.2 приведена блок-схема не имеющего ограничительного характера варианта воплощения для способа изготовления изделия из стали с двумя слоями разной твердости в соответствии с настоящим изобретением.

[0013] Читатель по достоинству оценит описанные детали, а также все остальное, после рассмотрения последующего подробного описания некоторых вариантов воплощения, не имеющих ограничительного характера, в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ, НЕ ИМЕЮЩИХ ОГРАНИЧИТЕЛЬНОГО ХАРАКТЕРА

[0014] Должно быть понятно, что некоторые описания вариантов воплощения настоящего изобретения, раскрытые здесь, упрощены для иллюстрации только тех элементов, признаков и аспектов, которые имеют отношение к четкому пониманию раскрытых вариантов воплощения настоящего изобретения, исключая, для ясности, другие элементы, признаки и аспекты. Специалисту в данной области при рассмотрении описания вариантов воплощения настоящего изобретения будет понятно, что для конкретной реализации или применения раскрытых вариантов воплощения могут быть желательны другие элементы и/или признаки. Однако, поскольку такие другие элементы и/или признаки могут быть легко установлены и реализованы специалистом в данной области при рассмотрении настоящего описания раскрываемых вариантов воплощения, и поэтому необязательны для полного понимания раскрываемых вариантов воплощения, описание таких элементов и/или признаков здесь не приведено. По существу, понятно, что описание, приведенное здесь, дано только для примера, является иллюстративным для раскрываемых вариантов воплощения и не имеет в виду ограничение объема изобретения, который определяется исключительно формулой изобретения.

[0015] В настоящем описании не имеющих ограничительного характера вариантов воплощения, кроме показанного в функционирующих примерах или если не указано иное, все числа, выражающие количества или характеристики, следует понимать как корректируемые во всех примерах термином «около». Соответственно, если не указано иное, любые числовые параметры, изложенные в последующем описании, являются приблизительными и могут изменяться в зависимости от желаемых свойств, которые стремятся получить в объекте изобретения в соответствии с настоящим изобретением. Как минимум, а не как попытка ограничить применение доктрины эквивалентов к объему формулы изобретения, каждый числовой параметр должен, по меньшей мере, толковаться в свете количества указанных значащих цифр, с применением обычных способов округления.

[0016] Кроме того, любой числовой диапазон, приведенный в настоящем документе, подразумевает включение всех поддиапазонов, входящих в него. Например, диапазон «от 1 до 10» подразумевает включение всех поддиапазонов между (и включая) указанным минимальным значением 1 и указанным максимальным значением 10, то есть имеет минимальное значение, равное или большее чем 1, и максимальное значение, равное или меньшее чем 10. Любой максимальный численный предел, приведенный в настоящем документе, включает в себя все нижние численные пределы, входящие в него, и любой минимальный численный предел, приведенный в настоящем документе, включает в себя все более высокие численные ограничения, входящие в него. Соответственно, заявители оставляют за собой право вносить изменения в настоящее изобретение, включая формулу изобретения, для определенно выраженного любого поддиапазона, учтенного в рамках диапазонов, определенно выраженных в настоящем документе. Подразумевается, что все такие диапазоны, по сути, раскрыты в настоящем документе, так что внесение любых, определенно выраженных таких поддиапазонов будет соответствовать требованиям статьи 35 §112 кодекса США, первый пункт, и статьи 35 §132(а) кодекса США.

[0017] Если не указано иное, грамматические артикли «one», «a», «an», и «the», используемые здесь, включают в себя «по меньшей мере один» или «один или более». Таким образом, в настоящем документе артикли используются для обозначения одного или более чем одного (т.е. по меньшей мере одного) грамматических объектов артикля. Например, «компонент» означает, что предполагается один или более компонентов, и, таким образом предполагается, что более чем один компонент может использоваться или применяться в осуществлении описанных вариантов воплощения.

[0018] Любой патент, публикация или другой материал по изобретению, которые считаются включенными сюда в целом или частично посредством ссылки, включен сюда лишь в той степени, до которой включенная информация не противоречит существующим определениям, заявлениям или другим материалам, изложенным в данном изобретении. Таким образом, и до необходимой степени, изобретение, изложенное в настоящем документе, заменяет собой любые противоречащие материалы, включенные сюда в качестве ссылки. Любой материал, или его часть, включенные сюда в качестве ссылки, но противоречащие существующим определениям, заявлениям или другим материалам по изобретению, изложенным в настоящем документе, включены только до той степени, в которой не возникают противоречия между включенным материалом и существующим материалом изобретения.

[0019] Настоящее изобретение включает в себя описание различных вариантов воплощения. Следует понимать, что все описанные в настоящем документе варианты воплощения являются типичными, иллюстративными и не имеющими ограничительного характера. Таким образом, изобретение не ограничивается описанием различных типичных, иллюстративных и не имеющих ограничительного характера вариантов воплощения. Напротив, изобретение определяется исключительно пунктами формулы, которые могут быть изменены, чтобы выразить любые признаки, определенно или по сути раскрытые в нем, или иным образом определенно или по сути поддерживаемые настоящим изобретением.

[0020] Аспекты настоящего изобретения включают не имеющие ограничительного характера варианты воплощения с двумя слоями разной твердости или «двойной твердости» сталей и стальных изделий. Возможные типы стальных изделий в соответствии с настоящим изобретением включают, например, стальные броневые плиты из двух слоев разной твердости или другие типы, включающие закаливаемые на воздухе легированные стали.

[0021] Используемый здесь термин «закаливаемая на воздухе» легированная сталь относится к легированной стали, которая для достижения окончательной высокой твердости не требует закалки в жидкой среде. Напротив, в закаливаемой на воздухе легированной стали высокая твердость может быть достигнута при охлаждении от высокой температуры только на воздухе. Поскольку закаливаемые на воздухе легированные стали для достижения высокой твердости не нуждаются в закалке в жидкой среде, изделия из закаливаемой на воздухе стали, такие как, например, закаливаемые на воздухе стальные плиты, не подвержены короблению и чрезмерной деформации, которая может возникать при быстрой закалке в жидкой среде. Для формирования стальной бронированной плиты из двух слоев разной твердости или другого изделия, в соответствии с настоящим изобретением, закаливаемые на воздухе легированные стали могут обрабатываться, используя традиционные технологии соединения прокаткой, а затем охлаждаться на воздухе, без необходимости в традиционной термообработке и закалке в жидкой среде после соединения прокаткой для достижения высокой твердости.

[0022] Броневые легированные стали можно, как правило, подразделять в соответствии с твердостью на следующие группы: (i) сплавы из прокатанной гомогенной брони («RHA») обладают твердостью в диапазоне 212-388 BHN (число твердости по Бринеллю) по военным техническим требованиям США MIL-A-12560H, а также определяются как броневые легированные стали с твердостью 400 BHN; (ii) сплавы из брони высокой твердости («HHA») обладают твердостью в диапазоне 477-534 BHN по военным техническим требованиям США MIL-DTL-46100E, а также определяются как броневые легированные стали с твердостью 500 BHN; и (iii) сплавы из брони сверхвысокой твердости («UHH») обладают твердостью в диапазоне 570 BHN по военным техническим требованиям США MIL-DTL-32332, а также определяются как броневые легированные стали с твердостью 600 BHN. Кроме того, разрабатываются закаливаемые на воздухе броневые легированные стали с твердостью 700 BHN. В соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами воплощения, закаливаемые на воздухе броневые легированные стали, изготавливаемые описанными здесь способами, которые применяются, чтобы сформировать стальную броню из двух слоев разной твердости, включают, помимо прочего, сплавы, выбранные из сплавов с твердостью RHA, сплавов с твердостью HHA, сплавов с твердостью UHH, и, возможно, из броневых легированных сталей с твердостью 700 BHN. В настоящее время авторам изобретения не известны никакие промышленные образцы закаливаемой на воздухе стальной брони с твердостью 400 BHN и 700 BHN.

[0023] На фиг.1A приведен схематический вид в перспективе, а на фиг.1B - схематический вид поперечного сечения, не имеющего ограничительного характера варианта воплощения стального изделия 10 из двух слоев разной твердости, в соответствии с настоящим изобретением. Стальное изделие 10 из двух слоев разной твердости может использоваться в качестве брони из двух слоев разной твердости. Стальное изделие 10 из двух слоев разной твердости содержит слой из первой закаливаемой на воздухе броневой легированной стали 12, имеющей твердость первой стали, и слой из второй закаливаемой на воздухе легированной стали 14, имеющей твердость второй стали. В не имеющем ограничительного характера варианте воплощения твердость первой стали больше, чем твердость второй стали. Зона 16 металлургической связи свойственна, по меньшей мере, зоне первой закаливаемой на воздухе броневой легированной стали 12 и, по меньшей мере, зоне второй закаливаемой на воздухе броневой легированной стали 14. Используемый здесь термин «металлургическая связь» относится к связыванию сплавов посредством диффузии, сварки, сплавления или внутримолекулярного либо межкристаллитного притяжения между сплавами в зоне сопряжения. В зоне 16 металлургической связи первая закаливаемая на воздухе броневая легированная сталь взаимно диффундирует во вторую закаливаемую на воздухе броневую легированную сталь, таким образом соединяя вместе оба сплава. Специалисту должен быть понятен характер и способы, которые могут использоваться для образования зоны металлургической связи между двумя легированными сталями, чтобы соединить вместе две легированных стали. В не имеющем ограничительного характера варианте воплощения зона металлургической связи имеет толщину в диапазоне примерно от 750 мкм до примерно 1500 мкм. Однако должно быть понятно, что для соединения вместе первой закаливаемой на воздухе броневой легированной стали 12 и второй закаливаемой на воздухе легированной стали 14 может быть образована зона металлургической связи любой подходящей толщины.

[0024] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения, в соответствии с настоящим изобретением, первая закаливаемая на воздухе броневая легированная сталь имеет твердость, по меньшей мере, 574 BHN. Не имеющим ограничительного характера примером закаливаемой на воздухе броневой легированной стали UHH или броневой легированной стали 600 BHN, имеющей твердость, по меньшей мере, 574 BHN при закаливании на воздухе, является специальная закаливаемая на воздухе стальная броня сверхвысокой твердости ATI 600-MIL®, поставляемая компанией ATI Defense, Вашингтон, штат Пенсильвания, США, которая раскрыта в находящейся на рассмотрении заявке на патент США №12/184 573 и включена сюда в качестве ссылки в полном объеме. Специальная стальная броня сверхвысокой твердости ATI 600-MIL® содержит, в весовых процентах, от 0,42 до 0,52 углерода, от 3,75 до 4,25 никеля, от 1,00 до 1,50 хрома, от 0,22 до 0,37 молибдена, от 0,20 до 1,00 марганца, от 0,20 до 0,50 кремния, не более 0,020 фосфора, не более 0,005 серы, пропорционально железо, случайные примеси. В не имеющем ограничительного характера варианте воплощения примеси состоят из остаточных элементов в соответствии с военными техническими требованиями США MIL-DTL-32332.

[0025] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения, в соответствии с настоящим изобретением, вторая, закаливаемая на воздухе броневая легированная сталь, имеет твердость от 477 BHN до 534 BHN, включительно. Не имеющим ограничительного характера примером закаливаемой на воздухе броневой легированной стали, имеющей твердость в диапазоне от 477 BHN до 534 BHN, включительно, является специальная стальная броня высокой твердости ATI 500-MIL®, которая также поставляется компанией ATI Defense. Специальная стальная броня высокой твердости ATI 500-MIL® содержит, в весовых процентах, от 0,22 до 0,32 углерода, от 3,50 до 4,00 никеля, от 1,60 до 2,00 хрома, от 0,22 до 0,37 молибдена, от 0,80 до 1,20 марганца, от 0,25 до 0,45 кремния, не более 0,020 фосфора, не более 0,005 серы, пропорционально железо, случайные примеси. В не имеющем ограничительного характера варианте воплощения примеси состоят из остаточных элементов, в соответствии с военными техническими требованиями США MIL-DTL-46100E. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения в соответствии с настоящим изобретением, первая закаливаемая на воздухе броневая легированная сталь имеет твердость, по меньшей мере, 574 BHN, а вторая закаливаемая на воздухе броневая легированная сталь имеет твердость в диапазоне от 477 BHN до 534 BHN, включительно.

[0026] Обратившись к фиг.1A и 1B, стальное изделие 10 из двух слоев разной твердости может быть в виде, например, стальной бронированной плиты из двух слоев разной твердости, изготовленной из закаливаемых на воздухе легированных сталей, имеющих разные значения твердости. Лицевая сторона 18 изделия из стальной брони с двумя слоями разной твердости или броня 10 содержит первую, закаливаемую на воздухе броневую легированную сталь 12, которая имеет сравнительно высокое значение твердости. Лицевая сторона 18 включает «наружную сторону», которая имеет подверженную воздействию поверхность первой закаливаемой на воздухе броневой легированной стали 12. Баллистический снаряд разбивается и/или сплющивается при ударе об лицевую сторону 18. Обратная сторона 19 или базовая плита стальной бронированной плиты 10, закаливаемой на воздухе, из двух слоев разной твердости, содержит вторую броневую легированную сталь 14, которая имеет меньшую твердость, чем первая закаливаемая на воздухе броневая легированная сталь 12. Более мягкая и боле пластичная обратная сторона 19 служит для улавливания осколков снаряда, прошедших через лицевую сторону 18, и поглощает энергию удара снаряда после того как снаряд попадает на наружную сторону. Не желая придерживаться ни одной конкретной теории действия, предполагается, что наличие обратной стороны 19 и металлургической связи между первой и второй закаливаемой на воздухе бронированной легированной сталью 12,14 при столкновении баллистического снаряда подавляет образование трещин и/или распространение трещин в сравнительно твердой лицевой стороне 18.

[0027] В не имеющем ограничительного характера варианте воплощения первая закаливаемая на воздухе броневая легированная сталь 12, лицевой стороны 18 стального изделия из двух слоев разной твердости или брони 10 имеет твердость по Роквеллу от 58 до 65 единиц по шкале C. В другом не имеющем ограничительного характера варианте воплощения вторая закаливаемая на воздухе броневая легированная сталь 14, содержащая обратную сторону 19 или базовую плиту стального изделия из двух слоев разной твердости или брони 10, имеет твердость по Роквеллу от 45 до 55 единиц по шкале C. В еще одном варианте воплощения разность между твердостью по Роквеллу, по шкале C, первой закаливаемой на воздухе броневой легированной стали 12 и второй закаливаемой на воздухе броневой легированной стали 14 составляет примерно от 10 до 15 единиц по Роквеллу, шкала C.

[0028] В не имеющем ограничительного характера варианте воплощения, первая закаливаемая на воздухе броневая легированная сталь 12, лицевой стороны 18 стального изделия 10 из двух слоев разной твердости может соответствовать военным техническим требованиям MIL-DTL-32332(MR). В другом, не имеющем ограничительного характера варианте воплощения вторая закаливаемая на воздухе броневая легированная сталь 14, содержащая обратную сторону 19 или базовую плиту стального изделия 10 из двух слоев разной твердости, соответствует военным техническим требованиям MIL-DTL-46100E(MR).

[0029] В пределах объема настоящего изобретения находится металлургическое связывание вместе любого подходящего сочетания различных закаливаемых на воздухе броневых легированных сталей, которые известны специалистам в настоящее время или впоследствии, для создания стального изделия с двумя слоями разной твердости. Например, в некоторых, не имеющих ограничивающего характера вариантах воплощения закаливаемая на воздухе броневая легированная сталь 400 BHN может быть металлургически связана с закаливаемой на воздухе броневой легированной сталью 500 BHN или с закаливаемой на воздухе броневой легированной сталью 600 BHN. В любых таких случаях, более твердый сплав будет служить в качестве первой закаливаемой на воздухе броневой легированной стали, и первой стороны, которая обычно должна подвергаться воздействию баллистической угрозы таким образом, чтобы вначале соударяться с попавшим баллистическим снарядом.

[0030] В таблице 1 приведен перечень не имеющих ограничительного характера вариантов воплощения изделий из двух слоев разной твердости в соответствии с настоящим изобретением, которые могут быть изготовлены способом, включающим металлургическое связывание вместе сочетаний закаливаемой на воздухе броневой легированной стали различной твердости. В каждом таком сочетании закаливаемой на воздухе броневой легированной стали, приведенной в таблице 1, со ссылками на не имеющий ограничительного характера вариант воплощения изделия 10, изображенного на фиг.1A и 1B, например, сплав конкретного сочетания, имеющий большую твердость, будет служить в качестве первой закаливаемой на воздухе броневой легированной стали 12, включающей лицевую сторону 18, и сплав, имеющий меньшую твердость, будет служить в качестве второй закаливаемой на воздухе броневой легированной стали, включающей обратную сторону 19. Ссылки в таблице 1 на 400, 500, 600, и 700, соответственно, являются ссылками на закаливаемую на воздухе броневую легированную сталь 400 BHN, закаливаемую на воздухе броневую легированную сталь 500 BHN, закаливаемую на воздухе броневую легированную сталь 600 BHN и закаливаемую на воздухе броневую легированную сталь 700 BHN. В сочетаниях, приведенных в таблице 1, в которой аналогичные типы сплавов сочетаются как первая и вторая закаливаемая на воздухе броневая легированная сталь (например, «500/500»), первая закаливаемая на воздухе броневая легированная сталь, включающая первую сторону 18 плиты 10, будет иметь большую твердость, чем вторая закаливаемая на воздухе броневая легированная сталь, включающая обратную сторону 19.

Таблица 1
Вторая закаливаемая на воздухе броневая легированная сталь (сплав типа BHN)	Первая закаливаемая на воздухе броневая легированная сталь (сплав типа BHN)
400	500	600	700
500	500/400	600/400	700/400
600	500/500	600/500	700/500
		600/600	700/600

[0031] Возвращаясь к таблице 1, некоторые не имеющие ограничительного характера варианты воплощения стальной бронированной плиты с двумя слоями разной твердости или другого изделия из стали с двумя слоями разной твердости, в соответствии с настоящим изобретением, сочетают следующие два типа закаливаемых на воздухе сплавов, таких как первая закаливаемая на воздухе легированная сталь и вторая закаливаемая на воздухе легированная сталь, соответственно: легированная сталь 400 BHN (большей твердости) + легированная сталь 400 BHN (меньшей твердости); легированная сталь 500 BHN + легированная сталь 400 BHN; легированная сталь 500 BHN (большей твердости) + легированная сталь 500 BHN (меньшей твердости); легированная сталь 600 BHN + легированная сталь 400 BHN; легированная сталь 600 BHN + легированная сталь 500 BHN; легированная сталь 600 BHN (большей твердости) + легированная сталь 600 BHN (меньшей твердости); легированная сталь 700 BHN + легированная сталь 400 BHN; легированная сталь 700 BHN + легированная сталь 500 BHN; легированная сталь 700 BHN + легированная сталь 600 BHN; и легированная сталь 700 BHN (большей твердости)+легированная сталь 700 BHN (меньшей твердости).

[0032] В некоторых, не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения, в соответствии с настоящим изобретением, вторая закаливаемая на воздухе легированная сталь включает закаливаемую на воздухе самоотпускаемую сталь. Здесь термин «самоотпускаемая сталь» относится к стали, в которой углерод, содержащийся в стали, частично выделяется из частиц мартенситной фазы во время охлаждения на воздухе, образуя мелкодисперсные частицы карбидов железа в матрице α-железа, что увеличивает прочность легированной стали. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения, в соответствии с настоящим изобретением, самоотпускаемая сталь включена как вторая закаливаемая на воздухе легированная сталь, обладающая механическими свойствами при растяжении при комнатной температуре, в том числе, пределом прочности по меньшей мере 260 тысяч фунтов на кв. дюйм (1 792 МПа), пределом текучести по меньшей мере 150 тысяч фунтов на кв. дюйм (1 034 МПа) и относительным удлинением по меньшей мере 13%. В другом не имеющем ограничительного характера варианте воплощения, в соответствии с настоящим изобретением, самоотпускаемая сталь включена как вторая закаливаемая на воздухе легированная сталь, обладающая механическими свойствами при растяжении при комнатной температуре, в том числе, пределом прочности по меньшей мере 240 тысяч фунтов на кв. дюйм (1 655 МПа), пределом текучести по меньшей мере 140 тысяч фунтов на кв. дюйм (965 МПа) и относительным удлинением по меньшей мере 9%. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения закаливаемая на воздухе с самоотпуском сталь, которая может использоваться в качестве второй закаливаемой на воздухе легированной стали в стальных изделиях из двух слоев разной твердости, в соответствии с настоящим изобретением, имеет минимальнуые ударные свойства при испытаниях по Шарпи с V-образным надрезом, приведенные в таблице 2, при измерениях в соответствии со стандартными способами испытаний, указанными в стандарте ASTM A370 - 10. Ударные испытания по Шарпи с V-образным надрезом представляют собой ударные испытания с высокой скоростью деформации, в которых измеряется способность легированной стали к поглощению энергии, таким образом обеспечивая измерение прочности легированной стали.

Таблица 2
Ударные свойства при испытаниях по Шарпи с V-образным надрезом (типичные)
	Ширина образца 0,200 дюймов (5 мм)	Ширина образца 0,275 дюймов (7 мм)
Комнатная температура
Энергия	24 футо-фунта (32,6 Дж)	28 футо-фунтов (38,0 Дж)
Поперечное расширение	0,005 дюйма (0,1 мм)	0,005 дюйма (0,1 мм)
-40°F (-40°C)
Энергия	20 футо-фунтов (27,1 Дж)	20 футо-фунтов (27,1 Дж)
Поперечное расширение	0,004 дюйма (0,1 мм)	0,004 дюйма (0,1 мм)

[0033] В другом не имеющем ограничительного характера варианте воплощения в соответствии с настоящим изобретением закаливаемой на воздухе с самоотпуском сталью, которая может использоваться в качестве второй закаливаемой на воздухе легированной стали в стальных изделиях из двух слоев разной твердости, в соответствии с настоящим изобретением, является специальная стальная броня высокой твердости ATI 500-MIL®. В другом, не имеющем ограничительного характера варианте воплощения, отпускаемой на воздухе сталью, которая может быть включена в качестве второй закаливаемой на воздухе легированной стали в некоторые стальные изделия из двух слоев разной твердости, в соответствии с настоящим изобретением, является легированная сталь марки AISI 4820 (UNS G48200), имеющая номинальные диапазоны состава, в весовых процентах, 0,18-0,23% углерода, 0,50-0,70% марганца, не более 0,035% фосфора, не более 0,04% серы, 0,15-0,30% кремния, 3,25-3,75% никеля, 0,20-0,30% молибдена, железо и случайные примеси, и имеющая свойства, указанные в стандартах ASTM A29 / A29M - 05.

[0034] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения стального изделия из двух слоев разной твердости, в соответствии с настоящим изобретением, по меньшей мере, одна из первой закаливаемой на воздухе легированной стали, и второй закаливаемой на воздухе легированной стали, включает закаливаемую на воздухе никель-хромо-молибденовую легированную сталь. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения стальных изделий из двух слоев разной твердости, в соответствии с настоящим изобретением, первая закаливаемая на воздухе легированная сталь представляет собой никель-хромо-молибденовую легированную сталь, которая включает, состоит в основном, или состоит из, в весовых процентах, 0,42-0,52 углерода, 3,75-4,25 никеля, 1,00-1,50 хрома, 0,22-0,37 молибдена, 0,20-1,00 марганца, 0,20-0,50 кремния, не более 0,020 фосфора, не более 0,005 серы, железо и случайные примеси. В некоторых, не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения стальных изделий из двух слоев разной твердости, в соответствии с настоящим изобретением, первая закаливаемая на воздухе легированная сталь, представляет собой никель-хромо-молибденовую легированную сталь, которая включает, состоит в основном или состоит из 0,22-0,32 углерода, 3,50-4,00 никеля, 1,60-2,00 хрома, 0,22-0,37 молибдена, 0,80-1,20 марганца, 0,25-0,45 кремния, не более 0,020 фосфора, не более 0,005 серы, в весовых процентах, железо и случайные примеси.

[0035] Аспект в соответствии с настоящим изобретением направлен на изделия, включающие или состоящие из изделий из легированной стали с двумя слоями разной твердости, включая закаливаемые на воздухе легированные стали, в соответствии с настоящим изобретением. В некоторых, не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения изделие выбрано из бронированной, взрывозащищенной оболочки транспортного средства, взрывозащищенной оболочки транспортного средства с V-образным надрезом, взрывозащищенного днища транспортного средства и взрывозащищенного кожуха.

[0036] Дополнительные аспекты, в соответствии с настоящим изобретением, направлены на способы изготовления стального изделия из двух слоев разной твердости, такие как, например, стальная броня из двух слоев разной твердости в виде плиты или другого изделия. Обращаясь к блок-схеме на фиг.2, в соответствии с настоящим изобретением, не имеющий ограничительного характера вариант воплощения способа 20 для изготовления стальной брони из двух слоев разной твердости включает создание (этап 21 на фиг.2) первого компонента из закаливаемой на воздухе легированной стали, содержащего первую сопрягаемую поверхность и имеющего твердость первого компонента, и создание (22) второго компонента из закаливаемой на воздухе легированной стали, содержащего вторую сопрягаемую поверхность и имеющего твердость второго компонента. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения способа 20 твердость первого компонента больше, чем твердость второго компонента. В различных, не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения способа 20, каждый первый компонент из закаливаемой на воздухе легированной стали и второй компонент из закаливаемой на воздухе легированной стали независимо выбирается из плиты, сляба, листа и отливки из закаливаемой на воздухе легированной стали. Снова обращаясь к фиг.2, первый компонент из закаливаемой на воздухе легированной стали и второй компонент из закаливаемой на воздухе легированной стали располагаются (23) таким образом, что, по меньшей мере, часть первой сопрягаемой поверхности находится в контакте, по меньшей мере, с частью второй сопрягаемой поверхности. В не имеющем ограничительного характера варианте воплощения вся часть первой сопрягаемой поверхности находится в контакте со всей частью второй сопрягаемой поверхности. Первый компонент из закаливаемой на воздухе легированной стали металлургически соединен со вторым компонентом из закаливаемой на воздухе легированной стали (24), образуя металлургически соединенный пакет. Металлургически соединенный пакет подвергается горячей прокатке (25) для создания зоны металлургической связи между всей первой сопрягаемой поверхностью или ее частью и второй сопрягаемой поверхностью, таким образом металлургически связывая вместе первый компонент из закаливаемой на воздухе легированной стали и второй компонент из закаливаемой на воздухе легированной стали. Горячекатаный пакет охлаждается (26). В некоторых, не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения, по меньшей мере, часть, по меньшей мере, одной из первой сопрягаемой поверхности и второй сопрягаемой поверхности необязательно шлифуется перед этапом позиционирования (23).

[0037] Как указано, в способе 20 по фиг.2 первый компонент из закаливаемой на воздухе легированной стали металлургически соединен со вторым компонентом из закаливаемой на воздухе легированной стали, образуя металлургически соединенный пакет, перед горячей прокаткой. Используемый здесь термин «металлургическая связь» относится к связыванию сплавов посредством диффузии, сплавления, внутримолекулярного или межкристаллитного притяжения между сплавами или между сплавами и присадочным сплавом для сварки. Промежуточное изделие, получаемое с помощью металлур