Una lamiera a prova di bomba con l’acciaio per protezione balistica

Tra le varie tipologie di lamiera, l’acciaio per protezione balistica è probabilmente quello con il compito più gravoso: proteggere la vita e i beni delle persone da esplosioni e proiettili. Scopriamolo insieme

Le lamiere di acciaio balistico antiproiettile rappresentano una parte fondamentale delle soluzioni di protezione utilizzate in una vasta gamma di applicazioni, tra cui veicoli corazzati, furgoni portavalori e altri mezzi di trasporto specializzati. Questi materiali sono progettati per resistere a proiettili, schegge e altre minacce balistiche, garantendo la sicurezza di coloro che si trovano all’interno.

Ad esempio, nei veicoli corazzati utilizzati dalle forze militari, queste lamiere sono fondamentali per proteggere i soldati dai proiettili nemici durante missioni di combattimento. Nei furgoni portavalori, le lamiere balistiche assicurano la sicurezza del personale e del denaro trasportato. Anche i mezzi antincendio possono essere corazzati con acciaio balistico, in particolare quelli destinati ad operare in zone a rischio di esplosione, come ad esempio aeroporti e raffinerie.

La protezione balistica è essenziale in situazioni in cui la sicurezza delle persone o del carico è in pericolo. Una delle caratteristiche chiave di queste lamiere è la loro composizione in acciaio speciale ad alta resistenza, spesso rinforzato con elementi aggiuntivi per massimizzare la capacità di arresto dei proiettili. Questi materiali sono progettati per assorbire e dissipare l’energia cinetica dei proiettili, impedendo loro di penetrare nella struttura del veicolo.

Per quanto sia l’impiego più comune, l’acciaio balistico antiproiettile non è usato solo nei mezzi blindati. Trova impiego anche nella costruzione di strutture di sicurezza, che possono resistere a tentativi di intrusioni o attacchi armati. Oltre alle banche, luoghi da proteggere possono essere stazioni di polizia, sedi di enti governativi, e infrastrutture strategiche come centri di controllo di telecomunicazioni. A questi si aggiungono anche i poligoni di tiro e le strutture militari, per proteggere gli occupanti da eventuali proiettili vaganti.

Infine, le caratteristiche di durezza e tenacità degli acciai balistici li rendono ideali per realizzare misure di contenimento (portoni, barriere, paratie) in ambienti a rischio esplosione, come le industrie petrolchimiche.

Due tipi di acciaio balistico

L’acciaio blindato deve essere duro, ma resistente agli urti, per poter resistere a proiettili metallici ad alta velocità.

Il primo acciaio balistico è stato il cosiddetto acciaio RHA (Rolled Homogeneous Armour), sviluppato per i carri armati della Seconda Guerra Mondiale. Viene prodotto lavorando billette di acciaio fuso di dimensioni adeguate e poi laminandole in lastre dello spessore desiderato. La laminazione a caldo omogeneizza la struttura dei grani dell’acciaio, modificandone la struttura cristallina e normalizzandola. Di particolare importanza sono gli elementi di lega, come boro, carbonio, manganese, e nichel. L’RHA è omogeneo perché la sua struttura e la sua composizione sono uniformi in tutto il suo spessore.

Nei decenni successivi, l’industria bellica si è indirizzata verso la lamiera cementata o temprata in superficie, in cui lo strato esterno della lamina è composta in modo diverso dal substrato. La “pelle” della lastra, che nasce comunque come acciaio RHA, viene indurita mediante un processo di trattamento termico. Particolari cicli di trattamenti termici di austenizzazione, tempra e rinvenimento riducono le dimensioni dei grani, aumentando la tenacia.

Per dare qualche termine di paragone, l’ottone ha durezza di circa 60 HB; l’acciaio da costruzione sui 150 HB e l’acciaio inox 215 HB a seconda del grado. I trattamenti termici a cui viene sottoposto l’acciaio consente di raggiungere durezze Brinell fino a 700 HB. A questi livelli di durezza, il metallo inizia a comportarsi come un materiale ceramico. Sottoposto a stress tenderà a scheggiarsi e a creparsi invece di tagliarsi e deformarsi; per questo motivo anche le operazioni di cesoiatura, punzonatura e piegatura richiedono attenzioni particolari.

La lamiera RHA viene comunque usata come misura della capacità di penetrazione di un proiettile, oppure come spessore equivalente di una corrispondente lamiera cementata o altro materiale. La tecnologia si sta infatti spostando su materiali compositi (metallo, plastica, ceramiche) in grado di offrire elevata protezione con pesi e spessori molto inferiori. Questa tipologia di compositi è soprattutto utilizzata per le protezioni personali come elmetti e giubbotti antiproiettile, dove la resistenza ai colpi di arma da fuoco deve essere accompagnata da una grande leggerezza per non impedire i movimenti.

Senza addentrarci nel tema, menzioniamo materiali e tecnologie prettamente votati all’uso militare, come titanio, uranio impoverito, tungsteno, e la cosiddetta Explosive Reactive Armour (ERA, armatura reattiva esplosiva). Si tratta di corazze speciali che difficilmente sono alla portata delle officine e delle carpenterie.

Gli standard internazionali

La tecnologia delle lamiere balistiche è in costante evoluzione, con l’obiettivo di fornire una protezione sempre più efficace contro le minacce balistiche più avanzate. Questi materiali sono spesso testati e certificati secondo rigorosi standard di sicurezza balistica per garantire la loro efficienza.

Gli standard per le protezioni antiproiettile definiscono i requisiti e i test che un materiale o un sistema di protezione deve soddisfare per essere considerato efficace contro le minacce balistiche. Questi standard variano in base alla natura dell’applicazione e alle specifiche esigenze di sicurezza. Alcuni degli standard più noti includono:

• EN 1522/3: Standard europeo che definisce i livelli di sicurezza architettonici (pareti, finestre, porte).

• STANAG 4569: Questo standard è utilizzato dalla NATO per le protezioni antiproiettile dei veicoli militari. Definisce vari livelli di protezione balistica e mine per veicoli terrestri, veicoli leggeri e mezzi corazzati.

• NF A36-800-1: Standard francese sulle lamiere laminate a caldo per blindatura, di spessore fino a 80 mm.

• NIJ 0108.01: Certificazione del National Institute of Justice statunitense relativa ai materiali resistenti agli attacchi balistici, con l’eccezione delle protezioni personali.

Chiaramente, questa lista non vuole essere esaustiva. È importante notare che le normative variano da Paese a Paese e possono essere specifiche per applicazioni particolari, civili o militari. La scelta dello standard dipende dall’applicazione specifica e dalle esigenze di sicurezza.

I principali tipi di acciaio balistico

SSAB® Armox® e Ramor®

Gli acciai Armox e Ramor di SSAB è un acciaio balistico disponibile in molte tipologie, ciascuna con differenti valori di durezza e tenacità. Vengono forniti già temprati e mantengono una eccellente lavorabilità. A seconda del tipo, gli spessori disponibili possono variare. Ognuno di essi si presta ad applicazioni specifiche:

• Acciaio balistico laminato (RHA) per veicoli; combina buona resistenza alla penetrazione ad un’eccellente tenacità.
• Lamiera specifica per impieghi antiesplosione. L’impiego principale è per i veicoli a rischio di attentati, ma che devono comunque garantire pesi contenuti.
• Lamiere per impiego su veicoli e negli edifici. Si distinguono per un altissimo valore di tenacità e durezza.
• Lamiere con valori estremamente alti di tenacità e durezza: ideali per le applicazioni dove i pesi devono essere contenuti.

Gli spessori disponibili sono compresi tra i 3 e i 100 mm a seconda della categoria. Tendenzialmente, versioni a durezza più elevata sono disponibili in spessori inferiori. Notiamo che, in questi laminati, le tolleranze sono sempre positive (es. – 0.0 / + 0.8 mm) per garantire che lo spessore reale non sia mai inferiore al valore di progetto.

Le durezze HBW sono comprese tra 310 e 605 per Armox e tra 290 e 600 per Ramor. La peculiarità di questi acciai è però la straordinaria resistenza alla trazione (Ultimate Tensile Strength), che va da 950 a 2100 MPa per Armox e da 940 a 200 per la famiglia Ramor.

Analogamente elevata la tensione di snervamento (yield strength), compresa rispettivamente tra 935 e 1540 MPa e tra 820 e 1650 MPa.

ArcelorMittal® Mars ® Protection steels

ArcelorMittal, con la famiglia Mars, propone acciai balistici dalle eccellenti proprietà di resistenza alle esplosioni e alla penetrazione di proiettili. Queste lamiere vengono prodotte tramite fusione in forno ad arco elettrico, seguita da processi secondari di degasaggio sottovuoto per ottenere le caratteristiche richieste.

Gli acciai hanno impieghi differenti:

• per le scocche dei veicoli che devono fornire protezione da mine ed esplosivi;
• per tutte le strutture di veicoli (carri armati, veicoli corazzati…) e per i bersagli di prova delle munizioni;
• focalizzati sulla resistenza alle onde d’urto e alle esplosioni;
• ottimizzati per resistere a impatti multipli in successione;
• sviluppati per un utilizzo anche strutturale, con un occhio di riguardo alla piegatura.

Gli acciai Mars® di ArcelorMittal sono disponibili con una tensione di snervamento (yield strength) compresa tra 900 e 1450 MPa e una resistenza alla trazione (Ultimate Tensile Strength) che va da 1200 a 2150 MPa e oltre. La durezza HBW è compresa tra 250 e 600.

Da notare la versione Perforated Mars 650, una lamiera traforata ad altissima durezza (650 HBW), disponibile con fori di vario diametro a seconda dell’utilizzo. Uno speciale processo di foratura garantisce planarità, assenza di Zona Termicamente Alterata, e basse tensioni residue.

Swebor Armor™

Gli acciai Swebor Armor™ sono progettati per essere piegati e saldati. Queste caratteristiche li rendono particolarmente adatti all’uso strutturale sui veicoli blindati.

La gamma di acciai è disponibile in varie classi, con tensione di snervamento (yield strength) compresa tra 1150 e 1550 MPa e una resistenza alla trazione (Ultimate Tensile Strength) che va da 1450 a 2100 MPa. La durezza HBW è compresa tra 420 e 640.

Di particolare rilevanza è l’acciaio Swebor Armor™ Manganese che, grazie a questo elemento, acquisisce proprietà radicalmente diverse dagli acciai al carbonio basso legati.

Pur offrendo una buona resistenza agli urti e ai proiettili, rimane comunque facilmente lavorabile. Trova applicazione in veicoli blindati civili, mezzi per le forze dell’ordine, portavalori, e porte di sicurezza per banche.

Lavorazione degli acciai balistici

A causa dell’elevata durezza di queste lamiere, la piegatura richiede attenzioni particolari. Analogamente agli acciai altoresistenziali, è fondamentale usare matrici con cave ampie, punzoni tondi, e velocità di piega ridotte. Per sicurezza, si consiglia di non restare davanti alla macchina durante la piega in caso di rottura dei pezzi. I bordi delle lamiere devono essere molati per evitare cricche, e raggiati per gli spessori più alti. La piegatura dovrebbe essere fatta solo con temperature superiori a 15 °C.

Dopo la piega, è raccomandato un controllo non distruttivo (ad es. liquidi penetranti) per verificare l’eventuale presenza di fessurazioni. Per chi volesse approfondire, abbiamo parlato dei controlli non distruttivi in un articolo apparso nel numero di marzo 2023 di questa rivista.

Per la saldatura, consigliamo di attenersi alle indicazioni dei produttori poiché i particolari trattamenti termici, e le diverse composizioni delle leghe, impongono operazioni preliminari e parametri di saldatura specifici.

In conclusione, le lamiere di acciaio balistico antiproiettile svolgono un ruolo cruciale nella protezione delle persone e delle risorse in situazioni ad alto rischio. La loro evoluzione costante contribuisce a mantenere un alto standard di sicurezza in una grande varietà di contesti, dai settori militari a quelli commerciali.