梁斌+陳紅亮

摘 要：為掌握PRO500（S）型防彈鋼板的焊接性能，本文對該材料進行技術性能、母材金相、焊接性能進行理論研究分析；通過小鐵研斜Y 型坡口對接抗裂性試驗，確定焊絲的正確選用型號。結合有關的分析和試驗，熟悉該型材質的工藝特點，制定現(xiàn)場施工要領，保證現(xiàn)場焊接質量。

關鍵詞：防彈鋼；冷裂紋敏感性；脆化；軟化

中圖分類號：671.4 文獻標識碼：A

Abstract： In order to master the welding performance of PRO500 （S） bullet-proof steel， this paper analyses the materials technical function， the base material microstructure， welding performance in theory and chooses the correct wire model by butt crack resistance testing of tekken oblique Y-groove in order to be familiar with the materials process features， develop the main points of site construction and to guarantee the quality of site welding.

Key words： Bullet-proof steel；Cold cracking sensitivity； Embrittlement；Soften

1 前言

PRO500（S）是瑞典PRO 500系列進口防彈鋼種之一，該鋼種設計種類較多，即使采用同一牌號、也有不同的強度、硬度、熱處理狀態(tài)和焊接性，西方國家一般用于輪式戰(zhàn)車車體的制造。國內在研制輪式戰(zhàn)車時，曾進口散件組裝過樣車，但因其它原因未正式采用，后全部采用國產某牌號防彈鋼種。PROPRO 500（S）總體強度高、塑性低，焊接工藝要求嚴格，國內沒有正式使用該類抗彈鋼，目前部分型號的公務船設計應用，應對該鋼種進行深入的研究。

2 技術性能

2.1 PRO500（S）型號防彈鋼板的特點

（1）防彈性能：可滿足常規(guī)武器的防彈要求；

（2）合金成分：發(fā)揮微合金化使用作用，使鋼材具有優(yōu)良的工藝性能；

（3）精確的熱軋板型：材料的厚度公差小于±0.2 mm，雙向平整度高；

（4）厚度小、重量輕：在同樣防護等級條件下，本鋼板的厚度僅為國產防彈鋼板的70%～80%，可減輕1/5～1/4的重量。

（5）材料供貨狀態(tài)：采用自控噴霧淬火250 ℃～260 ℃低溫回火，以達到微觀組織細小，硬度分布更均勻的優(yōu)良防彈性能。

2.2 PRO500（S）型號防彈鋼板典型化學成分及性能

PRO500（S）屬中碳鋼，材質中加入Cr 能提高低溫回火穩(wěn)定性，本身具有回火脆性，應限制含量；Ni、Mo合金元素，提高其淬透性和抗回火軟化的能力，對改善鋼的韌性，使材質具有良好的綜合性能。

3 冷裂紋與熱影響區(qū)

3.1 冷裂紋敏感性

PRO500（S）型防彈鋼板含碳量實測值處于中碳鋼下限值，但按照其材料供貨狀態(tài)，在表面自動噴霧淬火后，并進行250 ℃～260 ℃低溫回火，母材組織為具有更高強度的低溫回火馬氏體組織，得到超高強度鋼材性能標準，硬度和強度太高，實際鋼材的強度與塑性、韌性的綜合性能匹配存在欠缺，使得冷裂紋十分敏感。

PRO-500（S）防彈鋼強度太高，焊接裂紋是施工中考慮的首要問題，焊接時焊縫內部組織變化應力和焊接應力是導致裂紋產生的主要原因，為消除焊接過熱區(qū)的脆硬組織和防止并延遲冷裂紋的產生，必須焊前預熱和焊后保溫。從探究冷裂紋的產生原因出發(fā)，防焊接接頭淬硬，防氫脆、防拘束應力是關鍵工藝考慮要素。

熱處理狀態(tài)改變了材料的焊接性能，因此使用前必須測定每批次材料的機械性能，當延伸率和沖擊值達不到標準值時，用于焊接件時應謹慎。

3.2 焊縫熱影響區(qū)的性能變化

（1）過熱區(qū)的脆化：PRO500（S）型防彈鋼含碳量和其它合金元素含量較高，有很大的淬硬性，因而在焊接接頭的過熱區(qū)內容易產生硬脆的高碳馬氏體，冷卻速度越大，生成的高碳馬氏體越多，脆化也就越嚴重。

（2）過熱區(qū)的軟化：中碳鋼強度越高，焊接后受熱量影響軟化問題也會越嚴重，熱量影響區(qū)域相對材料進行一次由高溫到低溫的回火，軟化程度和軟化區(qū)的寬度與焊接線能量、焊接方式關系很大，線能量小，冷卻速度快，受熱時間短，軟化程度就會較小。軟化區(qū)的寬度窄，有利于提高防彈性能。

4 母材金相

截取母材試樣拋光，不侵蝕，放置在蔡司顯微鏡下觀察，金屬夾雜物按GB/T10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測試標準評級圖顯微檢驗法》來評定，球狀氧化物均可評為0.5級（見圖1、圖2）。試樣經4%硝酸酒精侵蝕后，在蔡司顯微鏡下觀察，試樣顯微組織為回火馬氏體（見圖3、圖4）。

PRO-500（S）防彈鋼低溫回火，材質表面和內部組織結構均勻細化，為其優(yōu)良的機械性能和防彈性能提供保證。

5 焊接工藝性能試驗

焊接材料選配：PRO-500（S）防彈鋼強度太高，很難找到強度與其相匹配的焊接材料，只能采用低匹配焊接材料。從施工方便性、焊接效率考慮，采用CO2氣體保護焊焊接，結合現(xiàn)有的焊接材料，選取不同牌號焊絲組合進行了斜Y 坡口抗裂紋試驗，用于評定焊接熱影響區(qū)對冷裂的敏感性。試樣形狀及尺寸如圖5所示。endprint

第一組：采用YCJ E501T-1 低合金藥芯焊絲焊接；

第二組：采用GFR-110K3 低合金高強度藥芯焊絲焊接；

第三組：采用HCr20Ni10Mn7Mo 不銹鋼焊絲焊接。

拘束焊縫為雙面焊接，應事先焊好，注意防止角變形和未焊透。試驗焊縫采用手工焊接時按圖6 進行。

試樣放置24 h，用肉眼或放大鏡檢查表面裂紋、根部裂紋和斷面裂紋，并用下述方法分別計算表面裂紋率、根部裂紋率和斷面裂紋率，主要測量計算表面裂紋。試驗對應的圖像如圖7、8；紀錄數(shù)據(jù)結構見表3、表4。

PRO500（S）防彈鋼采用YCJ E501T-1、GFR-110K3 合金鋼焊絲裂紋傾向大，在焊縫中心出現(xiàn)縱向貫穿性裂縫，線切割試樣時全部斷裂，微觀檢查試樣中出現(xiàn)裂紋，熔合區(qū)較多、焊縫、粗晶區(qū)也存在一定的數(shù)量，超過斜Y 坡口試驗裂紋率20%的界限，表明該類板材采用YCJE501T-1、GFR-110K3 合金高強鋼焊絲施焊焊接裂紋傾向特別大，不適宜采用。

采用HCr20Ni10Mn7Mo 類別焊絲，表面未發(fā)現(xiàn)裂紋、橫截面出現(xiàn)個別裂紋，裂紋率小于20%，可以采用HCr20Ni10Mn7Mo 類全奧氏體不銹鋼焊絲，是該類鋼材適用的焊絲材料。

6 施工要領

結合上述的焊接性能分析，制定以下工藝措施：

6.1 下料加工

（1）原材料經過低溫回火后，母材應力分布均勻，為便于儲存和長期存放，材料表面涂有防銹油封，后續(xù)施工期間表面防銹油封不得采用酸洗方法清除，考慮表面打砂噴丸處理會造成組織應力的不均衡，形成新的內應力，因此建議表面可進行鋼絲輪除銹除油；

（2）鋼材在吊運過程中應多吊點吊運，水平放置，減少起吊運輸、堆放過程產生的變形；

（3）鋼材表面保護，不允許表面損傷、錘擊防彈鋼板等行為；

（4）防彈鋼切割，包含開孔和修割等，僅能使用等離子切割方式進行，嚴禁使用氧乙炔火焰切割方式進行。

6.2 裝配焊接

（1）減少加強排和裝配馬腳，采用無碼安裝方式進行結構安裝；

（2）焊接前必須清除板材焊縫部位的油漆、鐵銹，減少氫的存在；

（3）所有涉及焊接的部位焊前應進行預熱，預熱溫度200 ℃-250 ℃；

（4）焊接參數(shù)選取下限值進行焊接，減少熱輸入；

（5）焊接完成后，及時進行焊后保溫緩冷；

（6）重視端部包角焊，端部兩側應預留100 mm作為包角焊焊段，一次完成，包角均勻圓滑過渡；

（7）焊縫與母材過渡必須圓滑，不允許有防彈鋼母材的咬邊缺陷，飛濺物應及時清除；

（8）采用手工半自動分段焊，改善焊縫應力分布狀況；

（9）因加熱會引起防彈鋼軟化，降低防彈性能，因此防彈鋼焊后不允許進行火工變形校正，施工前應有防變形預防控制措施。

7 結束語

PRO500（S）防彈鋼在國內使用經驗不足，用于結構件焊接時，應注意其本身的性能，經過高溫加熱后，硬度下降，防彈性能減弱，不允許采用加熱的方法來進行變形矯正，焊接變形控制應貫穿于防彈鋼建造全過程；強度、硬度高，容易產生焊接裂紋，應采取焊前預熱和焊后保溫措施；為減少熱影響區(qū)的軟化，采用小的焊接線能量。這些工藝措施都應在施工中得到重視，才能保證最終的施工質量。endprint