Skuteczność ochronna blach pancernych ze stali nanobainitycznej

• Autorzy: Marcisz Jarosław , Garbarz Bogdan , Stępień Jerzy , Tomczak Tymoteusz , Starczewski Lech , Nyc Robert , Gmitrzuk Michał , Gołuński Marcin

Identyfikatory

DOI

10.32730/imz.2657-747.20.1.2

Warianty tytułu

EN

Protective effectiveness of armour made of nanobainitic steel

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań odporności na przebicie blach ze stali nanobainitycznej o grubości w zakresie 6÷9 mm za pomocą pocisków o zróżnicowanym mechanizmie penetracji. Testy ostrzałem prowadzono stosując amunicję kal. 7,62×39 mm BZ zgodnie z wymaganiami dokumentu standaryzacyjnego NATO Stanag 4569A (poziom 2) oraz amunicję kal. 7,62×54R mm B32 w celu wyznaczenia parametru V50 dla wytypowanych wariantów i grubości blach. Blachy arkuszowe stanowiące materiał badań wytworzono w skali przemysłowej z dwóch wytopów o różnym składzie chemicznym. Arkusze blach ze stali nanobainitycznej poddano obróbce cieplnej obejmującej austenityzowanie, regulowane chłodzenie i bezpośrednie wygrzewanie izotermiczne, której parametry zoptymalizowano w celu uzyskania jak najwyższej zdolności ochronnej. W miejscach oddziaływania pocisku z blachą przeprowadzono badania mikrostruktury w celu szczegółowej analizy skutków ostrzału. Uzyskane wyniki badań wskazały graniczne wartości prędkości pocisków oraz grubości blach dla których ochrona balistyczna jest skuteczna. Określono zakres właściwości mechanicznych wyznaczanych w statycznej próbie rozciągania oraz rodzaj mikrostruktury, w tym zawartość i postać austenitu resztkowego, gwarantujące spełnienie wymaganego poziomu odporności na przebicie. Na podstawie wyników testów ostrzałem wytypowano warianty obróbki cieplnej dla blach o określonej grubości, przeznaczonych na opancerzenie kontenera obserwacyjno-obronnego. Badania i testy wykonano w ramach projektu POIR 04.01.04-00-0047/16, którego głównym celem jest obniżenie masy opancerzenia kontenera LOOK.

EN

The article presents the results of tests on resistance to perforation of nanobainitic steel plates with a thickness in the range of 6-9 mm with the use of projectiles with different perforation mechanisms. Firing tests were carried out using 7.62×39 mm BZ ammunition in accordance with the requirements of the NATO Stanag 4569A standard document (level 2) and 7.62×54R mm B32 ammunition to determine the V50 parameter for selected variants and plate thickness. The plates constituting the testing material were manufactured on an industrial scale from two heats with different chemical composition. The nanobainitic steel plates were subjected to heat treatment including austenitisation, controlled cooling and direct isothermal annealing, the parameters of which were optimised in order to achieve the highest protective capacity. Microstructure studies were carried out in places where the projectile and the plate interacted, in order to analyse the effects of firing in detail. The obtained test results indicated limit values of projectile velocities and plate thicknesses for which ballistic protection is effective. The range of mechanical properties determined in a static tensile test as well as the type of microstructure were determined, including the content and form of retained austenite, guaranteeing compliance with the required level of resistance to perforation. Based on the results of the firing tests, heat treatment variants were selected for plates of a certain thickness intended for the armour of an observation and protective container. The studies and tests were carried out as part of the POIR 04.01.04-00-0047/16 project, the main goal of which is to reduce the weight of a LOOK container armour.

Słowa kluczowe

PL

stal nanobainityczna; mikrostruktura; właściwości mechaniczne; odporność balistyczna

EN

nanobainitic steel; microstructure; mechanical properties; ballistic resistance

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukaszewicz - Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica
• Czasopismo: Journal of Metallic Materials
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 72, no. 1
• Strony: 21--38
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Marcisz Jarosław

• Sieć Badawcza Łukasiewicz - IMŻ

autor

Garbarz Bogdan

• Sieć Badawcza Łukasiewicz - IMŻ

autor

Stępień Jerzy

• Sieć Badawcza Łukasiewicz - IMŻ

autor

Tomczak Tymoteusz

• Sieć Badawcza Łukasiewicz - IMŻ

autor

Starczewski Lech

• Wojskowy Instytut Techniki Pancernej i Samochodowej

autor

Nyc Robert

• Wojskowy Instytut Techniki Pancernej i Samochodowej

autor

Gmitrzuk Michał

• Wojskowy Instytut Techniki Pancernej i Samochodowej

autor

Gołuński Marcin

• Zakłady Mechaniczne Tarnów S.A.

Bibliografia

• [1] H.K.D.H. Bhadeshia. Bulk nanocrystalline steel. Ironmaking & Steelmaking, 2005, 32 (5), p. 405-410.
• [2] L. Wenyan, Q. Jingxin, S. Hersheng. Fatigue crack growth behaviour of a Si-Mn steel with carbide-free lathy bainite. Journal of Materials Science, 1997, 32, p. 427-430.
• [3] F.G. Caballero, H.K.D.H. Bhadeshia, K.J.A. Mawella, D.G. Jones, P. Brown. Very strong low temperature bainite. Materials Science and Technology, 2002, 18, p. 279-284.
• [4] C. Garcia-Mateo, F.G. Caballero, H.K.D.H. Bhadeshia. Development of hard bainite. ISIJ International, 2003, 43 (8), p. 1238-1243.
• [5] C. Garcia-Mateo, F.G. Caballero, H.K.D.H. Bhadeshia. Acceleration of low-temperature bainite. ISIJ International, 2003, 43 (11), p. 1821-1825.
• [6] C. Garcia-Mateo, F.G. Caballero. Ultra-high-strength bainitic steels. ISIJ International, 2005, 45 (11), p. 17361-1740.
• [7] F. Hu, K.M. Wu, P.D. Hodgson. Effect of retained austenite on wear resistance of nanostructured dual phase steels. Mater. Sci. Tech. 2016, 32 (1), p. 40-48.
• [8] B. Garbarz, B. Niżnik-Harańczyk. Modification of microstructure to increase impact toughness of nanostructured bainite–austenite steel. Materials Science and Technology, 2015, 31 (7), p. 773-780.
• [9] B. Garbarz, W. Burian. Microstructure and properties of nanoduplex bainite-austenite steel for ultra-high-strength plates. Steel Research int., 2014, 85 (12), p. 1620-1628.
• [10] B. Garbarz, J. Marcisz, W. Burian. Technological peculiarities of manufacturing nanobainitic steel plates, METEC, Düsseldorf, June 15-19, 2015.
• [11] J. Marcisz, W. Burian, J. Stępień, L. Starczewski, M. Wnuk, J. Janiszewski. Static, dynamic and ballistic properties of bainite-austenite steel for armours. In: 28th International Symposium on Ballistics. Atlanta, USA, 2014, p. 1348-1361.
• [12] J. Marcisz, J. Janiszewski, W. Burian, B. Garbarz, J. Stępień, L. Starczewski. Badania właściwości dynamicznych wysokowytrzymałej stali nanostrukturalnej. Prace Instytutu Metalurgii Żelaza, 2015, 67 (2), p. 96-105.
• [13] J. Marcisz, W. Burian, J. Janiszewski, R. Rozmus. Microstructural changes of the nanostructured bainitic steel induced by quasi-static and dynamic deformation. Archives of Metallurgy and Materials, 2017, 62 (4), p. 2317-2329.
• [14] J. Marcisz, J. Janiszewski. Mechanical behaviour of nanostructured bainitic steel under high strain shear and compression loading. Archives of Metallurgy and Materials, 2019, 64 (3), p. 1151-1162.
• [15] W. Burian, J. Marcisz, B. Garbarz, L. Starczewski. Nanostructured bainite-austenite steel for armours construction. Archives of Metallurgy and Materials, 2014, 59 (3), p. 1211-1216.
• [16] K. Świątek, B. Szturomski. Zastosowanie zmodernizowanego wahadła balistycznego do prób przebicia pociskiem kalibru 12,7 mm materiałów stosowanych na osłony antyterrorystyczne. Zeszyty Naukowe Akademii Marynarki Wojennej, 2009, 50 (2) (177), p. 91-106.
• [17] B.P. Kneubuehl. Ballistic protection. Beat P. Kneubuehl, Switzerland, German edition: 2000, English edition: 2002, Revised: 2003.
• [18] T. Børvik, S. Deya, A.H. Clausen. Perforation resistance of five different high-strength steel plates subjected to small-arms projectiles. International Journal of Impact Engineering, 2009, 36, p. 948-964.
• [19] H.H. Kolla, B. Mishra, P.K. Jena, K. Siva Kumar, T.B. Bhat, M. Srinivas, A.V. Reddy. Development of an ultrahigh strength low alloy steel for armour applications. Materials Science and Technology, 2011, 27 (2), p. 551-555.
• [20] J.N. Bester, W.E. Stumpf. Material characterization of a novel new armour steel. In: EPJ Web of Conferences 26, DYMAT 2012.
• [21] Ş. Hakan Atapek. Development of a new armor steel and its ballistic performance. Defence Science Journal, 2013, 63 (3), p. 271-277.
• [22] P.K. Jena, P. Senthil, S. Kumar. Effect of tempering time on the ballistic performance of a high strength armour steel. Journal of Applied Research and Technology, 2016, 14, p. 47-53.
• [23] L. Starczewski, S. Szczęch, D. Tudyka. Badania stali pancernych w aspekcie ich skuteczności ochronnej. Prace Instytutu Metalurgii Żelaza, 2010, 62 (1), p. 110-117.
• [24] W. Gooch, D. Showalter, M. Burkins, J. Mantgomery, R. Squillacioti, A. Nichols, L. Martin, R. Bailey, G. Swiatek. Development and ballistic testing of a new class of auto-tempered high hard steels under military specification MIL-DTL-46100E, TMS, San Francisco USA, (2009).
• [25] C.Y. Kung, J.J. Rayment. An Examination of the Validity of Existing Empirical Formulae for the Calculation of MS Temperature. Metall. Trans., 1982, 13A, p. 328-331.
• [26] K.W. Andrews. Empirical formulae for the calculation of some transformation temperatures. J. Iron Steel Inst., 1965, 203, p. 721-729.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).