(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111683687.X (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 北京理工大 学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 (72)发明人 赵传　王树山　孙雨荟　于开勇　 马峰　王成　 (74)专利代理 机构 北京东方昭阳知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11599 代理人 方兰 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种新型弹钢的设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种新型弹钢的设计方法， 通 过分析确定了比例参数与特定目标的有效破片 临界质量之间的函数关系， 从而确定了弹钢材料 原奥氏体晶粒平均直径与比例参数之间的关系， 从而可以定量分析针对不同类型、 不同个数的目 标时如何调控 材料的比例参数以提升榴弹威力， 为新型弹钢的设计和应用奠定 了技术基础。 权利要求书1页 说明书8页 附图3页 CN 114357650 A 2022.04.15 CN 114357650 A 1.一种新型弹钢的设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 根据榴弹针对目标的特性计算有效破片临界质量mx， 根据榴弹的弹体结构确 定形状参 数β 的取值， 得到比例参数μ与有效破片数之间的函数f( μ)为： 计算令f ( μ )取得极值的μl＝mxβ1/β； 获取现有参考弹钢材料 的破片的比例参数μ0及材料的原奥氏体晶粒平均直径 若 μ0 ＞ μl， 则减小榴弹所需新型 弹钢的原奥氏体晶粒平均直径 使 小于 若 μ0＜ μl， 则增 大 使 大于 若 与 的相对偏差满足设定条件， 则结束本流程； 否则重新调整 直至满足设定 条件。 2.根据权利要求1所述的设计方法， 其特征在于， 所述减小榴弹所需新型弹钢的原奥氏 体晶粒平均直径 或增大 的方式为： 改变弹钢材料成分、 调整材料加工成型及热处理工 艺。 3.根据权利 要求1所述的设计方法， 其特征在于， 所述现有参考弹钢材料为50SiMnVB弹 钢。 4.根据权利要求1所述的设计方法， 其特征在于， 所述的设计方法还包括： 若 μ0与 μl之间 的相对偏差大于50％， 则根据 μ0与 μl之间的关系减小或增大 若μ0与 μl之间的相对偏差 小于10％， 则不调整。 5.根据权利要求1所述的设计方法， 其特征在于， 所述若 与 的相对偏差满足设定 条件中， 所述设定条件为 与 的相对偏差不小于20％。 6.根据权利要求1所述的设计方法， 其特征在于， 所述榴弹针对目标为两个， 根据榴弹 针对目标的特性计算有效破片临界质量mx1和mx2， 得到针对两类目标时的比例参数 μ与有效 破片数之间的函数f1( μ )和f2( μ )； 计算令f1( μ )＝f1( μ0)的除μ0之外的值μal及令f2( μ )＝f2 ( μ0)的除μ0之外的值 μbl， 若 μal< μbl， 则榴弹所需新型弹钢的比例参数为 μ∈( μbl, μ0)； 若 μbl< μal， 则榴弹所需新型弹钢的比例参数为 μ∈( μal, μ0)。 7.根据权利要求1所述的设计方法， 其特征在于， 所述减小榴弹所需新型弹钢的原奥氏 体晶粒平均直径 的方式为： 在所述参考弹钢材料的配比中添加Al、 Ti、 Nb和V元素， 或降 低C含量； 或在新型弹 刚奥氏体化过程中进 行电磁搅拌或超声振动； 或在钢材炼制完成后采 用锻造的方式。 8.根据权利要求1所述的设计方法， 其特征在于， 所述增大 的方式为： 在所述参考弹 钢材料的配比中增大C含量； 或增大淬火 保温时间。 9.根据权利要求1所述的设计方法， 其特征在于， 所述的设计方法还包括在所述参考弹 钢材料的配比中添加合金元素； 当进 行高温回火时， 弹钢材料的组织形式为回火索氏体； 当 进行中温回火时， 弹钢材 料的组织形式为回火托氏体。 10.根据权利要求9所述的设计方法， 其特 征在于， 所述 合金元素包括Cr、 N i或Mo。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114357650 A 2一种新型弹钢的设计方 法 技术领域 [0001]本发明属于弹钢设计方法技 术领域， 具体涉及一种新型弹钢的设计方法。 背景技术 [0002]榴弹以破片杀伤为主、 兼顾爆破功能， 是装备数量最多和作战使用范围最广的主 用弹种， 可有效打击地面、 空中、 水面等各种目标， 如有生力量、 战车和火炮等各种技术兵 器、 野战工事以及飞机、 导 弹、 水面舰船等。 榴弹以破片和爆 炸冲击波为主要毁伤载荷， 其中 破片杀伤距离远大于冲击波， 对毁伤效能的贡献度更大， 因此提高破片杀伤威力是提升榴 弹综合威力的核心和关键。 榴弹爆 炸产生的高速破片群对目标的毁伤能力取决于有效破片 的数量和飞散分布范围， 其中分布范围由破片的初始飞散方向所决定， 这主要取决于壳体 形状、 结构以及 装药起爆方式， 而当目标一定时有效破片数则主要决定于弹体材料。 弹丸形 状、 结构以及装药起爆方式等通常受到发射平台、 引信等制约， 难以轻易改变。 通过改变弹 体材料以增大有效破片数成为榴弹威力提升的重要途径。 [0003]榴弹弹体材料主要为碳素结构钢， D60钢的S、 P含量高， 脆性大， 工艺性能较差， 强 度一般， 随着对武器性能要求不断提高， D60钢已不再适应新的战术指标要求。 通过采用合 金化提高钢的强度、 增大钢的脆性或通过热处理工艺以获得优异性能的方法， 我国先后研 制了60Si2Mn、 58SiMn、 65SiMn、 55SiMn、 50MnPV、 60MnMo、  45Mn等高强度、 高破片率弹钢， 取 得了丰硕的成果， 破片率是指能有效杀伤人员目标 的破片质量占破片总质量的百分比。 其 中60Si2Mn和58SiMn至今还在一些大口径弹体上沿用， 58SiMn钢制成的122mm榴弹的破片率 达75％， 远高于D 60钢的48％， 但由于其切削性能差、 热处理工艺复杂(调质处理)， 广泛应用 与批量生产的困难较大。 在55SiMnVB、 58SiMn基础上研制出的  50SiMnVB钢， 是目前应用在 破片战斗部材料中最为广泛的新一代弹钢， 其具有良好的综合力学性能， 不但具有很高的 强度， 还具有较高的韧性。 [0004]由弹体材料的发展历程可以看出， 为了提高弹药射程并适配新一代高能炸药， 弹 体材料的设计思路是通过合金化的方式以及调整 热处理工艺， 不断提高弹体材料的强度和 韧性， 同时兼顾提高破片率。 由此可见， 现有方法主要存在以下问题： 一是， 现有方法并非以 提高破片杀伤威力为首要目标； 二是， 现有方法仅追求对人员目标杀伤威力的提升(提高破 片率)， 而忽略了对其它目标  (比如各种技术兵器、 轻型装甲车辆等)以及兼顾多类型目标 时榴弹综合威力的提升； 三是， 现有方法通过调整弹钢成分及热处理工艺提升弹钢综合力 学性能以及 破片率， 但没有形成系统的设计理论， 建立 弹钢成分、 加工制造及热 处理工艺与 材料微观结构、 力学性能以及对目标毁伤能力之间的相互关系， 难以针对性的设计、 选用弹 钢材料。 发明内容 [0005]有鉴于此， 本发明提供了一种新型弹钢的设计方法， 通过弹钢的设计能够在实现 榴弹针对单目标有效破片数的最大化同时兼顾对多类型目标的综合 威力的提升 。说　明　书 1/8 页 3 CN 114357650 A 3