DOI: 10.52150/2522-9117-2026-40-010
І. І. Алексеєнко1, ORCID 0000-0002-2595-1684
В. А. Костін1,*, д.т.н., с.н.с., ORCID 0000-0002-2677-4667
1 Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України
* Автор для листування: valerykostinepwi@gmail.com
ОСОБЛИВОСТІ СТРУКТУРНИХ ПЕРЕТВОРЕНЬ МЕТАЛУ ЗОНИ ТЕРМІЧНОГО ВПЛИВУ ВИСОКО ТВЕРДИХ СТАЛЕЙ. (ОГЛЯД)
Анотація. Представлено комплексний металознавчий аналіз легування броньових сталей високої твердості (HHA, 450–550 HB) та ультрависокої твердості (UHHA, > 600 HB). Основну увагу приділено синергетичним і конкуруючим ефектам впливу кремнію (Si) та алюмінію (Al) залежно від товщини броньового листа, де 20 мм виступає критичним технологічним порогом. Встановлено, що для легкої броні (< 20 мм), за умов домінування загрози пробиття високошвидкісними снарядами, пріоритетним є максимальний вміст кремнію для забезпечення поверхневої твердості. Для важкої броні (> 20 мм) першочергового значення набуває забезпечення наскрізної прожарюваності та в’язкості, що досягається за рахунок підвищеного вмісту алюмінію для подрібнення аустенітного зерна. Проаналізовано вплив співвідношення Al/Si на баланс твердості, міцності, ударної в’язкості та технологічності, зокрема на стабільність мікроструктури в зоні термічного впливу (ЗТВ) зварного з’єднання. Показано необхідність диференційованого підходу до вибору системи легування та оптимізації співвідношення Al/Si у строгій відповідності до товщини броні й очікуваних механізмів руйнування. Підтверджено, що кремній Si та алюміній Al критично впливають на формування структури металу зони термічного впливу (ЗТВ), причому характер цього впливу визначається товщиною броні, забезпечують оптимальний баланс механічних властивостей за високого рівня твердості > 400 HB. Використання кремнію Si підвищує структурну стабільність металу ЗТВ, тоді як легування хромом Cr забезпечує твердість на рівні близько 500 HB за рахунок формування карбідів типу M₇C₃. Для сталей малих товщин броні (< 20 мм) оптимальним є співвідношення Al/Si < 0,02. Для броньових сталей великих товщин броні (> 20 мм) оптимальне співвідношення алюмінію до кремнію зміщується у бік Al/Si > 0,1. Підвищення вмісту алюмінію (до 0,5 %) є необхідним для забезпечення дрібнозернистої структури по всій товщині плити.
Ключові слова: сталі високої твердості, сталі HHA та UHHA, товщина броні, метал ЗТВ, мікроструктура.
Посилання для цитування: Алексеєнко І. І., Костін В. А. Особливості структурних перетворень металу зони термічного впливу високо твердих сталей. (Огляд). Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2026. Вип. 40. С. 166-185. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2026-40-010
Перелік посилань / References
1. Crouch, I. G. (2016). The Science of Armour Materials. Woodhead Publishing.
2. Adeyemi, A. A. (2018). Key Alloying Elements in Steel Design. In Introduction to Physical Metallurgy of Welding (pp. 45-78). Springer
3. Department of Defense. (2008). Detail specification: Armor plate, steel, wrought, high-hardness (MIL-DTL-46100E). US Army Research Laboratory
4. NATO Standardization Office. (2014). STANAG 4569: Protection levels for occupants of logistic and light armored vehicles (Vol. 2). NATO
5. Maweja, K., & Stumpf, W. (2008). The design of advanced armour steels. Materials Science and Technology, 24(9), 1089-1094
6. Bhadeshia, H. K. D. H. (2015). Bainite in Steels: Theory and Practice (3rd ed.). Maney Publishing
7. Slyvinsky, O. A., & Kovtonyuk, M. M. (2025). Ways to increase the bullet resistance of welded joints of high and ultra-high hardness armor steels (Review). Automatic Welding, (6), 51–59. https://doi.org/10.37434/as2025.06.06
8. Garrison, W. M., & Amburgey, A. (2020). Reduced activation ferritic/martensitic steels for armor applications: The role of Silicon. Journal of Alloys and Compounds, 815, 152-160
9. Yuroka, N., & Suzuki, H. (1990). Hydrogen assisted cracking in C-Mn and low alloy steel weldments. International Materials Reviews, 35(1), 217-249
10. Jena, P. K., Mishra, B., & Bhat, T. B. (2010). Effect of tempering on the ballistic behavior of a high strength armour steel. Journal of Applied Research and Technology, 8(3), 303-310
11. Ryan, H. J., & Rvidya, P. (2021). Adiabatic shear bands in high-hardness armor steels: Mechanisms of formation. Acta Materialia, 205, 116-128
12. Zhao, J., Jiang, Z., & Lee, W. (2017). Synergistic effects of Al and Si on the retained austenite stability in TRIP-aided steels. ISIJ International, 57(3), 543-551
13. Msolli, S., Baïlon, J. P., & Martineau, D. (2015). Influence of silicon content on the mechanical properties and fracture toughness of ultra-high strength steels. Engineering Fracture Mechanics, 135, 1-15
14. Lutsenko, V. A., Parusov, E. V., Golubenko, T. N., & Lutsenko, O. V. (2019). Energy effective mode of softening heat treatment of silicon-manganese steel. Chernye Metally, (11), 31–35
15. Reddy, G. M., & Mohandas, T. (2012). Ballistic performance of high-strength low-alloy steel weldments. Journal of Materials Processing Technology, 212(11), 2267-2275
16. Robineau A., & Lefebvre, D. (2019). Evolution of French Armour Steels: From Mars 190 to Mars 650. 30th International Symposium on Ballistics, Long Beach, CA.
17. Kostin, V. А., Poznyakov, V. D., Berdnikova, O. М., Alekseyenko, T. O., & Alekseyenko, I. I. (2021). Influence of Structural Transformations on the Mechanical Properties of Welded Joints of Armor Steels. Materials Science, 56(4), 472–480. https://doi.org/10.1007/s11003-021-00453-1
18. SSAB. (2020). Armox 500T: Data sheet. SSAB Oxelösund AB
19. ArcelorMittal. (2025). Mars® 600: Ultra-high-hardness protection steel. Industeel
20. Kostin, V. A., Grigorenko, G. M., Poznyakov, V. D. et al. (2020). Structural Transformations of the Metal of Heat-Affected Zone of Welded Joints of High-Strength Armor Steels. Materials Science, 55(6), 863-869. https://doi.org/10.1007/s11003-020-00380-7
21. Bassim, M. N., & Odeshi, A. G. (2016). Impact behavior of high hardness armor steels. Journal of Materials Engineering and Performance, 25(1), 321-329
22. Easterling, K. (2013). Introduction to the Physical Metallurgy of Welding. Butterworth-Heinemann
23. Zhang, L., & Thomas, B. G. (2023). Segregation of Phosphorus and Silicon in Continuous Casting of Steel. Metallurgical and Materials Transactions B, 54, 120-135
24. National Research Council. (2018). Opportunitiesin Protection Materials Science and Technology for Future Army Applications. National Academies Press.
25. Gram, A., & Manne, T. (2021). Weldability of modern ultra-high strength structural steels. Welding in the World, 65, 1245-1258
26. Nikitin, N. Yu., & Stepashkin, A. А. (2025). Classification of tensile test results of unidirectional carbon fiber-polysulfone composite material based on random forest, KNN and CNN methods. Results in Materials, 28, 100788, https://doi.org/10.1016/j.rinma.2025.100788
27. Mohandas, T., Reddy, G. M., & Kumar, B. S. (1999). Heat affected zone softening in high strength low alloy steels. Journal of Materials Processing Technology, 88(1-3), 284–294
28. Vander Voort, G. F. (2004). Metallography of steels for armor applications. In ASM Handbook, Vol. 9: Metallography and Microstructures. ASM International.
29. Kushnarova, O., Berdnikova, O., Alekseenko, T. et al. Structure features and their effect on the physical and mechanical properties of the special steel welded joints. International conference “Mechanical Technologies and Structural Materials 2024” Split, Croatia, 19-20 September 2024, 235-243.
Рукопис надійшов до редакції / Received 12.03.2026
Рекомендовано до друку / Accepted 28.05.2026
Опубліковано / Published 30.05.2026
