專利名稱：30MnCrNiMo裝甲鋼板零件的壓力淬火及加工方法
技術領域：
本發明涉及30MnCrNiMo(代號為685)裝甲鋼板的熱處理方法，尤其是30MnCrNiMo裝甲鋼板的壓力淬火及加工方法。
背景技術：
為了減輕4X4步兵戰車的重量及提高防護能力和機動性，新研制的4X4步兵戰車，車身的防彈零件需要采用比22SiMn2TiB (代號為616)裝甲性能更優的30MnCrNiMo中等厚度的高性能均質裝甲鋼板制造，在同等裝甲性能要求條件下，板厚平均減小I 2_，這些零件需要淬火處理，獲得較高的硬度(如要達到445-514HBW)和強度(壓淬+低溫回火后抗拉強度和屈服強度分別能達到1600MPa以上和IlOOMPa以上)，采用不同的裝甲鋼板厚 度，能對付多種武器如普通鋼芯彈或穿甲燃燒彈等的打擊，還要保證平面度2mm/m2)以及校正錘痕深度O. 5mm/m2)和密度(不能太密集)的外觀質量要求。30MnCrNiMo裝甲鋼板是一種新的裝甲鋼板，生產上還沒有得到推廣應用，其熱處理方法還處于摸索階段。鋼廠出廠的30MnCrNiMo裝甲鋼板的熱處理交貨狀態為退火態，生產廠家需要進行后續的淬火處理改變內部組織結構，再經低溫回火處理，得到回火馬氏體+少量殘余奧氏體組織，從而獲得高的硬度、強度和防彈性能。而現在國內抗拉強度在1500MPa以下的中厚裝甲鋼板(如22SiMn2TiB裝甲鋼板)制造的淬火零件的加工工藝存在淬火后平面度、折彎角度等100%超差，需要校形，校正量大，生產效率低，有的零件還會因淬火變形無法校正而報廢，同時模具消耗量大等問題，不適用于30MnCrNiMo裝甲鋼板的處理。

發明內容
本發明針對現有技術存在的不足，提出一種30MnCrNiMo裝甲鋼板零件的壓力淬火及加工方法，有效控制30MnCrNiMo裝甲鋼板零件的淬火變形，保證淬火質量。本發明的技術方案如下
本發明是針對中等厚度的30MnCrNiMo裝甲鋼板制造的有或無機械加工的大中小平板件以及折彎件的淬火及加工處理，采用能有效控制各種大小形狀零件淬火變形的加工工藝方法，步驟包括入廠的整張退火裝甲鋼板壓力淬火一低溫回火一拋丸清理及矯平一單個零件或多個零件組合下料直接成型或后續加工成型。(I)壓力淬火先用輥底式淬火爐進行淬火加熱，采用單件或兩件相同規格尺寸的裝甲鋼板疊裝后到溫一次裝爐加熱方式，淬火加熱溫度880±10°C，淬火加熱保溫時間2 3min/mm，加熱保溫后裝甲鋼板以O. 5m/s的輸送速度出爐，用淬火壓床壓緊后同時噴水冷卻；
(2)低溫回火方式一，將壓力淬火后的裝甲鋼板，采用臺車爐低溫一次裝爐的加熱方式，裝爐時裝甲鋼板與裝甲鋼板之間不允許有任何支承物，疊裝裝甲鋼板總厚度< 100_，裝爐后進行低溫回火加熱保溫，回火加熱溫度180 240°C，保溫時間3 5min/mm，但不得少于5. 5小時，保溫后出爐空冷；或方式二，將壓淬后的裝甲鋼板，采用臺車爐連續滾動多次裝爐的加熱方式，每壓力淬火<5件后立即裝爐加熱預回火，裝爐時裝甲鋼板與裝甲鋼板不允許有任何支承物，疊裝裝甲鋼板的總厚度< 250mm，回火加熱溫度180 240°C，保溫時間3 5min/mm，但不得少于4. 5小時，保溫時間以最后一次裝爐零件的保溫時間計算，保溫后出爐空冷。所述臺車爐采用電阻帶加熱，PID調節先進控溫，臺車與爐體間和爐體與爐門間均采用先進的氣動柔性壓緊密封裝置密封，爐膛除爐頂外其余各方均布有電阻帶，爐頂設有強對流高壓離心循環風機，爐膛兩側和爐頂設有導流板，使爐內空氣能很好地對流循環，該爐的爐溫均勻性能達到±8°C，保溫性能好。(3)拋丸清理及矯平整張退火裝甲鋼板壓力淬火及低溫回火后，其表面的氧化皮用上下均布置有拋頭的通過式拋丸清理機進行拋丸清理；對平面度< 5mm/m2的裝甲鋼板可直接下料，平面度> 5mm/m2的裝甲鋼板采用十一輥式板材矯平機矯平后再進行下料；
(4)單個裝甲零件或多個裝甲零件組合下料及加工成型將壓力淬火、低溫回火及矯平 后的裝甲鋼板上用等離子切割機或激光切割機切割下料，獲得裝甲鋼板零件，同時根據零件結構，對圓孔、方孔、缺口等表面采用硬質合金鉆頭鉆孔、數控等離子門式切割機切割加工、手工等離子切割機切割加工或者激光切割機切割加工等成型；對焊接坡口表面采用角磨機打磨加工成型；對折彎件用數控液壓板料折彎機折彎成型。本發明方法中，裝甲鋼板零件的加工，由于采用了整張退火裝甲鋼板壓力淬火、低溫回火、拋丸清理及矯平后，再單個零件或多個零件組合下料直接成型或后續加工成型的加工工藝方法，壓力淬火冷卻時采用了淬火壓床壓緊、裝甲鋼板上下表面同時全面噴水冷卻且下表面噴水量大于上表面噴水量的冷卻方式，保證了整張裝甲鋼板上下表面快速均勻冷卻且無冷卻盲區，減小了裝甲鋼板的淬火變形，經低溫回火、拋丸清理及矯平后，再下料或下料矯平后加工形成裝甲鋼板零件，能有效控制各種大小形狀裝甲零件的淬火變形；同時避免了不同形狀裝甲鋼板零件成型后壓力淬火的多種模具投入，以及不對稱結構零件和折彎零件成型后壓力淬火時，因不均勻的淬火冷卻而引起較大的淬火殘余應力和翹曲變形。壓力淬火和回火分別采用了兩種裝爐加熱方式，既能保證裝甲鋼板零件的淬火質量，又能使產品形成大批量生產。因此，本方法能有效控制30MnCrNiMo裝甲鋼板零件的淬火變形，保證淬火質量。


圖I是壓力淬火的淬火壓床噴水冷卻示意圖，圖中I為下壓頭噴水箱,2為噴水柱，3為上壓頭壓筋，4為上壓頭噴水管，5為上壓頭進水管，6為上壓頭(固定)，7為裝甲鋼板，8為淬火壓床輥棒，9為下壓頭(上下運動)，10為下壓頭進水管。圖2是5mm厚的主減圍板零件，折彎半徑為4XR20，折彎角度為90°，折彎底面長619mm，寬313mm，有2X Φ 180機加圓孔。圖3是6mm裝甲鋼板折彎試驗件，折彎半徑為R20，折彎角度為90°，兩折彎邊長分別為350mm、300mm,折彎長度為500mm。圖4是5mm厚的前底立板零件，折彎半徑為R30，折彎角度為105°，I個折彎邊長為1009mm，I個折彎高度為403mm，且有2X Φ80和8X Φ12.5的機加圓孔。
圖5是5mm厚的首上甲板零件，長2845mm，寬2054mm。有14個圓孔、6個不規則方孔等機械加工。圖6是6mm厚的首下甲板零件，長2164mm，寬1084mm，有6個圓孔、2個腰形孔、2
個不規則方孔及復雜外形等機械加工。圖7是4mm厚的后上甲板與后門上板組合零件，長2340mm，寬1097mm，有27個機加圓孔和I個機加方孔等。11為后上甲板，12為后門上板。圖8是5mm厚的側上板零件，長4072mm，寬30MnCrNiMomm，有I個圓孔、2個方孔、
I個缺口和角度等機械加工。
具體實施例方式以下具體說明本發明方法的實施過程
I、壓力淬火工藝對于入廠退火裝甲鋼板，可以采用輥底式鋼板壓淬生產線來實現壓力淬火。先用生產線中的輥底式淬火爐對入廠退火裝甲鋼板進行淬火加熱，采用單件或兩件相同規格尺寸的裝甲鋼板疊裝后到溫一次裝爐加熱方式，淬火加熱溫度取880± 10°C，淬火加熱保溫時間取2 3min/mm,加熱保溫后裝甲鋼板以O. 5m/s的輸送速度出爐,用淬火壓床壓緊后同時噴水冷卻。以上工藝中采用的鋼板壓淬生產線可以由上料臺、輥底式淬火爐、淬火壓床、卸料臺、電控系統、液壓站等六部分組成。壓力淬火從進料至淬火完成，全過程可手動操作或自動化操作，以實現連續化生產，提高生產效率。具體的壓力淬火生產過程為用天車和鏈式平衡梁鋼板水平成套吊鉗將單件或兩件相同規格尺寸的裝甲鋼板疊裝吊到上料臺架上，打開前爐門，上料臺輥棒快速旋轉送料進入輥底式淬火爐，進料到位后關閉前爐門，開啟爐內輥棒前后慢速擺動，一般前后擺動設置為60S，均勻加熱工件，加熱保溫后打開后爐門，爐內輥棒轉換為快速正轉出料，輸送速度為O. 5m/s(根據環境溫度等可調)，同時淬火壓床棍棒8快速旋轉進料,輸送速度仍為O. 5m/s (根據環境溫度等可調)，淬火壓床進料到位后，上壓頭6不動、下壓頭9上升壓緊裝甲鋼板7，然后同時打開三臺泵瞬間從上壓頭進水管5和下壓頭進水管10輸出大量自來水形成噴水柱2，同時對裝甲鋼板進行噴水冷卻。裝甲鋼板噴水冷卻至室溫后(由噴水時間控制)，下壓頭9下降，到位后，淬火壓床輥棒8轉為快速旋轉出料，卸料臺輥棒快速轉動出料，出料到位后卸料臺架輥棒停止旋轉，再用天車和鏈式平衡梁鋼板水平成套吊鉗等將鋼板吊下卸料臺卸料。淬火壓床的上壓頭6為壓筋3及噴水管4結構，壓筋長度方向與淬火壓床輥棒8軸線垂直，壓緊間距120mm，中間布置噴水管4，水管上布置有噴水小孔，下壓頭噴水箱I的壓頭間距240mm，兩側及頂部交錯布置噴水小孔，上下壓頭的噴水孔兩側噴水口方向交錯，以保證整張鋼板淬火冷卻時無盲區，同時下壓頭噴水量大于上壓頭，從而保證鋼板上下表面冷卻均勻，有效控制鋼板淬火的平面度。正常淬火時，淬火壓床的輥棒8、上下壓頭的平面度應達到lmm/m。連續淬火時，水溫必須控制在10 40°C范圍。圖I為選用的一種淬火壓床的噴水冷卻示意圖。2、低溫回火工藝根據產品設計要求及壓力淬火后的30MnCrNiMo裝甲鋼板存在較大的淬火應力，需進行低溫回火處理。本發明提出有兩種低溫回火處理方案
(I)常規回火方案壓力淬火后的裝甲鋼板，采用臺車爐低溫一次裝爐的加熱方式，裝爐時裝甲鋼板與裝甲鋼板之間不允許有任何支承物，裝爐量不能太大，工藝規定疊裝裝甲鋼板的總厚度應< 100mm，裝爐后進行低溫回火加熱保溫，回火加熱溫度根據設計要求進行調整，我公司產品取180 240°C。保溫時間取3 5min/mm，但保溫時間不得少于5. 5小時，保溫后出爐空冷。(2)滾動裝爐回火方案壓力淬火后的裝甲鋼板，采用臺車爐連續滾動多次裝爐的加熱方式，每壓力淬火< 5件后立 即裝爐加熱預回火，裝爐時裝甲鋼板與裝甲鋼板之間不允許有任何支承物，疊裝裝甲鋼板的總厚度不能太大，工藝規定的疊裝裝甲鋼板總厚度應(250mm,回火加熱溫度根據設計要求進行調整，我公司產品取180 240°C，保溫時間取3 5min/mm，但保溫時間不得少于4. 5小時，保溫時間以最后一次裝爐零件的保溫時間計算，保溫后出爐空冷。具體實施中，臺車爐采用電阻帶加熱，PID調節控溫，臺車與爐體間和爐體與爐門間均采用氣動柔性壓緊密封裝置密封，爐膛除爐頂外其余各方均布有電阻帶，爐頂設有強對流高壓離心循環風機，爐膛兩側和爐頂設有導流板，使爐內空氣能很好地對流循環，這樣爐溫均勻性能達到±8°C，保溫性能好。3、拋丸清理及矯平整塊裝甲鋼板壓力淬火及低溫回火后，其表面的氧化皮等用上下均布置有拋頭的通過式拋丸清理機進行拋丸清理；對平面度< 5mm/m2的裝甲鋼板可直接下料，平面度> 5mm/m2的裝甲鋼板采用十一輥式板材矯平機矯平后才可進行下料。以上拋丸清理機和矯平機的自動化程度高，拋丸清理和矯平的生產效率較高。4、單個裝甲零件或多個裝甲零件組合下料及加工成型裝甲鋼板零件在壓力淬火后的裝甲鋼板上用等離子切割機或激光切割機切割下料，同時根據零件結構，對圓孔、方孔、缺口等表面采用硬質合金鉆頭鉆孔、數控等離子門式切割機切割加工、手工等離子切割機切割加工或者激光切割機切割加工等成型；對焊接坡口表面采用角磨機打磨加工成型；折彎件用數控液壓板料折彎機折彎成型。以下是采用以上淬火加工工藝，具體對以下幾種零件進行加工的例子
一、零件t4、t5、t6mm的30MnCrNiMo裝甲鋼板制造的彎曲角度Θ ( 90。和折彎半徑R彡4t (t為裝甲鋼板厚度)的折彎件如圖2和圖3以及t4、t5、t6、t8mm大中小平板件如圖4、圖5、圖6、圖7、圖8等，要求淬火處理，硬度445 514HBW。二、具體處理過程
實施例I : t4和t5mm的30MnCrNiMo裝甲鋼板的壓力淬火工藝參數采用兩件裝爐方式，到溫裝爐，淬火加熱溫度為880°C，t4、t5的保溫時間分別為16 24min和20 30min，保溫后爐內輥棒和淬火壓床輥棒均以O. 5m/s的輸送速度輸送零件，到位后淬火壓床壓緊裝甲鋼板同時噴水冷卻；回火工藝參數壓力淬火后采用連續滾動裝爐加熱，第一次裝爐溫度< 180°C，壓力淬火裝甲鋼板裝爐一次預回火，疊裝裝甲鋼板厚度均為120mm (工藝要求疊裝裝甲鋼板總厚度應< 250mm)，回火加熱溫度220°C，保溫時間以最后一次裝爐的零件保溫時間計算，為270 300分鐘，空冷。裝甲鋼板規格為(t4或t5) X 1650X7200。實施例2 t6mm的30MnCrNiMo裝甲鋼板的壓力淬火工藝參數采用單件裝爐方式，到溫裝爐，淬火加熱溫度為880°C，保溫時間12 18min，保溫后爐內輥棒和淬火壓床輥棒均以O. 5m/s的輸送速度輸送裝甲鋼板，到位后淬火壓床壓緊同時噴水冷卻；回火工藝參數采用一次裝爐加熱，裝爐溫度< 180°C，疊裝裝甲鋼板的厚度為96_(工藝要求疊裝裝甲鋼板總厚度應彡IOOmm),回火加熱溫度220°C，保溫時間為330 360分鐘，空冷。裝甲鋼板規格為t6 X 1650X7200。實施例3、t8mm的30MnCrNiMo裝甲鋼板的壓力淬火工藝參數采用單件裝爐方式，淬火加熱溫度為880°C,保溫時間16 24min,保溫后爐內棍棒和淬火壓床棍棒均以O. 5m/s的輸送速度輸送裝甲鋼板，到位后淬火壓床壓緊同時噴水冷卻；回火工藝參數采用一次裝爐加熱，裝爐溫度彡180°C，疊裝裝甲鋼板厚度為96mm (工藝要求疊裝裝甲鋼板總厚度應彡100mm)，回火加熱溫度220°C，保溫時間為330 360分鐘，空冷。裝甲鋼板規格為t5X 1800X7200。對三個實施例的成品進行檢測，硬度為461 514HBW、抗槍彈性能按GB1496A標準試驗為2級損傷，均達到了產品設計要求；同一張板的硬度差在37 53HBW范圍，平面度為I. O 3. 5mm/m2,金相組織為回火馬氏體+少量殘余奧氏體，均達到了同一張板的硬度差(60HBW，平面度< 5mm/m2，金相組織為回火馬氏體+少量殘余奧氏體的工藝要求。抗拉強度和屈服強度分別達到了 1600MPa以上和IlOOMPa以上。因淬火變形小，未經矯正直接下 料。但若遇到壓淬生產線運行不穩定、少量噴水孔因銹蝕而堵塞或者淬火壓床的輥棒、上下壓頭的平面度超過lmm/m等，裝甲鋼板壓力淬火及低溫回火后都可能出現平面度超過5_/m2,必須采用十一輥式板材矯平機矯平后才能下料。
權利要求
1.一種30MnCrNiMo裝甲鋼板零件的壓力淬火及加工方法，此方法是針對已經過退火處理的裝甲鋼板，其特征在于，所述方法包括以下步驟 (1)壓力淬火先用輥底式淬火爐進行淬火加熱，采用單件或兩件相同規格尺寸的裝甲鋼板疊裝后到溫一次裝爐加熱方式，淬火加熱溫度880±10°C，淬火加熱保溫時間2 3min/mm，加熱保溫后裝甲鋼板以O. 5m/s的輸送速度出爐，用淬火壓床壓緊后同時噴水冷卻； (2)低溫回火方式一，將壓力淬火后的裝甲鋼板，采用臺車爐低溫一次裝爐的加熱方式，裝爐時裝甲鋼板與裝甲鋼板之間不允許有任何支承物，疊裝裝甲鋼板的總厚度(100mm，裝爐后進行低溫回火加熱保溫，回火加熱溫度180 240°C，保溫時間3 5min/_，但不得少于5. 5小時，保溫后出爐空冷；或方式二，將壓力淬火后的裝甲鋼板，采用臺車爐連續滾動多次裝爐的加熱方式，每壓力淬火< 5件后立即裝爐加熱預回火，裝爐時裝甲鋼板與裝甲鋼板之間不允許有任何支承物，疊裝裝甲鋼板的總厚度< 250_，回火加熱溫度180 240°C，保溫時間3 5min/mm，但不得少于4. 5小時，保溫時間以最后一次裝爐裝甲鋼板的保溫時間計算，保溫后出爐空冷； (3)拋丸清理及矯平整張退火裝甲鋼板壓力淬火及低溫回火后，其表面的氧化皮用上下均布置有拋頭的通過式拋丸清理機進行拋丸清理；對平面度< 5mm/m2的裝甲鋼板可直接下料，平面度> 5mm/m2的裝甲鋼板采用十一輥式板材矯平機矯平后再進行下料； (4)單個裝甲零件或多個裝甲零件組合下料及加工成型按照裝甲零件形狀要求，在經壓力淬火、低溫回火及矯平后的裝甲鋼板上用等離子切割機或激光切割機切割下料，同時根據裝甲零件結構，鉆孔或加工缺口，對焊接坡口表面采用角磨機打磨加工成型；對折彎件用液壓板料折彎機折彎成型。
2.根據權利要求I所述的30MnCrNiMo裝甲鋼板的壓力淬火及加工方法，其特征在于所述步驟(I)在進行噴水冷卻時，采用對鋼板上下表面同時全面噴水冷卻的方式，以保證整張鋼板淬火冷卻時無盲區；且對鋼板下表面的噴水量大于上表面，保證鋼板上下表面冷卻均勻，有效控制鋼板淬火的平面度。
3.根據權利要求I或2所述的30MnCrNiMo裝甲鋼板的壓力淬火及加工方法，其特征在于所述淬火壓床的上下壓頭的平面度為lmm/m。
4.根據權利要求3所述的30MnCrNiMo裝甲鋼板的壓力淬火及加工方法，其特征在于所述淬火水溫控制在10 40°C范圍。
5.根據權利要求4所述的30MnCrNiMo裝甲鋼板的壓力淬火及加工方法，其特征在于所述臺車爐采用電阻帶加熱，PID調節控溫，臺車與爐體間和爐體與爐門間均采用氣動柔性壓緊密封裝置密封，爐膛除爐頂外其余各方均布有電阻帶，爐頂設有強對流高壓離心循環風機，爐膛兩側和爐頂設有導流板，使爐內空氣能很好地對流循環，該爐的爐溫均勻性能達到 ±8°C。
全文摘要
本發明是針對中等厚度的30MnCrNiMo裝甲鋼板制造的有或無機械加工的大中小平板件以及折彎件的淬火及加工處理，步驟包括入廠的整張退火裝甲鋼板壓力淬火→低溫回火→拋丸清理及矯平→單個零件或多個零件組合下料直接成型或后續加工成型。該方法能有效控制30MnCrNiMo裝甲鋼板零件的淬火變形，保證淬火質量。
文檔編號C21D1/18GK102776337SQ201210298048
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月21日 優先權日2012年8月21日
發明者周樂, 夏常智, 張斌, 彭濤, 李小銀, 李建兵, 汪德祥, 陳毅挺 申請人:重慶大江工業有限責任公司