专利名称：30MnCrNiMo装甲钢板零件的压力淬火及加工方法
技术领域：
本发明涉及30MnCrNiMo(代号为685)装甲钢板的热处理方法，尤其是30MnCrNiMo装甲钢板的压力淬火及加工方法。
背景技术：
为了减轻4X4步兵战车的重量及提高防护能力和机动性，新研制的4X4步兵战车，车身的防弹零件需要采用比22SiMn2TiB (代号为616)装甲性能更优的30MnCrNiMo中等厚度的高性能均质装甲钢板制造，在同等装甲性能要求条件下，板厚平均减小I 2_，这些零件需要淬火处理，获得较高的硬度(如要达到445-514HBW)和强度(压淬+低温回火后抗拉强度和屈服强度分别能达到1600MPa以上和IlOOMPa以上)，采用不同的装甲钢板厚 度，能对付多种武器如普通钢芯弹或穿甲燃烧弹等的打击，还要保证平面度2mm/m2)以及校正锤痕深度O. 5mm/m2)和密度(不能太密集)的外观质量要求。30MnCrNiMo装甲钢板是一种新的装甲钢板，生产上还没有得到推广应用，其热处理方法还处于摸索阶段。钢厂出厂的30MnCrNiMo装甲钢板的热处理交货状态为退火态，生产厂家需要进行后续的淬火处理改变内部组织结构，再经低温回火处理，得到回火马氏体+少量残余奥氏体组织，从而获得高的硬度、强度和防弹性能。而现在国内抗拉强度在1500MPa以下的中厚装甲钢板(如22SiMn2TiB装甲钢板)制造的淬火零件的加工工艺存在淬火后平面度、折弯角度等100%超差，需要校形，校正量大，生产效率低，有的零件还会因淬火变形无法校正而报废，同时模具消耗量大等问题，不适用于30MnCrNiMo装甲钢板的处理。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提出一种30MnCrNiMo装甲钢板零件的压力淬火及加工方法，有效控制30MnCrNiMo装甲钢板零件的淬火变形，保证淬火质量。本发明的技术方案如下
本发明是针对中等厚度的30MnCrNiMo装甲钢板制造的有或无机械加工的大中小平板件以及折弯件的淬火及加工处理，采用能有效控制各种大小形状零件淬火变形的加工工艺方法，步骤包括入厂的整张退火装甲钢板压力淬火一低温回火一抛丸清理及矫平一单个零件或多个零件组合下料直接成型或后续加工成型。(I)压力淬火先用辊底式淬火炉进行淬火加热，采用单件或两件相同规格尺寸的装甲钢板叠装后到温一次装炉加热方式，淬火加热温度880±10°C，淬火加热保温时间2 3min/mm，加热保温后装甲钢板以O. 5m/s的输送速度出炉，用淬火压床压紧后同时喷水冷却；
(2)低温回火方式一，将压力淬火后的装甲钢板，采用台车炉低温一次装炉的加热方式，装炉时装甲钢板与装甲钢板之间不允许有任何支承物，叠装装甲钢板总厚度< 100_，装炉后进行低温回火加热保温，回火加热温度180 240°C，保温时间3 5min/mm，但不得少于5. 5小时，保温后出炉空冷；或方式二，将压淬后的装甲钢板，采用台车炉连续滚动多次装炉的加热方式，每压力淬火<5件后立即装炉加热预回火，装炉时装甲钢板与装甲钢板不允许有任何支承物，叠装装甲钢板的总厚度< 250mm，回火加热温度180 240°C，保温时间3 5min/mm，但不得少于4. 5小时，保温时间以最后一次装炉零件的保温时间计算，保温后出炉空冷。所述台车炉采用电阻带加热，PID调节先进控温，台车与炉体间和炉体与炉门间均采用先进的气动柔性压紧密封装置密封，炉膛除炉顶外其余各方均布有电阻带，炉顶设有强对流高压离心循环风机，炉膛两侧和炉顶设有导流板，使炉内空气能很好地对流循环，该炉的炉温均匀性能达到±8°C，保温性能好。(3)抛丸清理及矫平整张退火装甲钢板压力淬火及低温回火后，其表面的氧化皮用上下均布置有抛头的通过式抛丸清理机进行抛丸清理；对平面度< 5mm/m2的装甲钢板可直接下料，平面度> 5mm/m2的装甲钢板采用十一辊式板材矫平机矫平后再进行下料；
(4)单个装甲零件或多个装甲零件组合下料及加工成型将压力淬火、低温回火及矫平 后的装甲钢板上用等离子切割机或激光切割机切割下料，获得装甲钢板零件，同时根据零件结构，对圆孔、方孔、缺口等表面采用硬质合金钻头钻孔、数控等离子门式切割机切割加工、手工等离子切割机切割加工或者激光切割机切割加工等成型；对焊接坡口表面采用角磨机打磨加工成型；对折弯件用数控液压板料折弯机折弯成型。本发明方法中，装甲钢板零件的加工，由于采用了整张退火装甲钢板压力淬火、低温回火、抛丸清理及矫平后，再单个零件或多个零件组合下料直接成型或后续加工成型的加工工艺方法，压力淬火冷却时采用了淬火压床压紧、装甲钢板上下表面同时全面喷水冷却且下表面喷水量大于上表面喷水量的冷却方式，保证了整张装甲钢板上下表面快速均匀冷却且无冷却盲区，减小了装甲钢板的淬火变形，经低温回火、抛丸清理及矫平后，再下料或下料矫平后加工形成装甲钢板零件，能有效控制各种大小形状装甲零件的淬火变形；同时避免了不同形状装甲钢板零件成型后压力淬火的多种模具投入，以及不对称结构零件和折弯零件成型后压力淬火时，因不均匀的淬火冷却而引起较大的淬火残余应力和翘曲变形。压力淬火和回火分别采用了两种装炉加热方式，既能保证装甲钢板零件的淬火质量，又能使产品形成大批量生产。因此，本方法能有效控制30MnCrNiMo装甲钢板零件的淬火变形，保证淬火质量。
图I是压力淬火的淬火压床喷水冷却示意图，图中I为下压头喷水箱,2为喷水柱，3为上压头压筋，4为上压头喷水管，5为上压头进水管，6为上压头(固定)，7为装甲钢板，8为淬火压床辊棒，9为下压头(上下运动)，10为下压头进水管。图2是5mm厚的主减围板零件，折弯半径为4XR20，折弯角度为90°，折弯底面长619mm，宽313mm，有2X Φ 180机加圆孔。图3是6mm装甲钢板折弯试验件，折弯半径为R20，折弯角度为90°，两折弯边长分别为350mm、300mm,折弯长度为500mm。图4是5mm厚的前底立板零件，折弯半径为R30，折弯角度为105°，I个折弯边长为1009mm，I个折弯高度为403mm，且有2X Φ80和8X Φ12.5的机加圆孔。
图5是5mm厚的首上甲板零件，长2845mm，宽2054mm。有14个圆孔、6个不规则方孔等机械加工。图6是6mm厚的首下甲板零件，长2164mm，宽1084mm，有6个圆孔、2个腰形孔、2
个不规则方孔及复杂外形等机械加工。图7是4mm厚的后上甲板与后门上板组合零件，长2340mm，宽1097mm，有27个机加圆孔和I个机加方孔等。11为后上甲板，12为后门上板。图8是5mm厚的侧上板零件，长4072mm，宽30MnCrNiMomm，有I个圆孔、2个方孔、
I个缺口和角度等机械加工。
具体实施例方式以下具体说明本发明方法的实施过程
I、压力淬火工艺对于入厂退火装甲钢板，可以采用辊底式钢板压淬生产线来实现压力淬火。先用生产线中的辊底式淬火炉对入厂退火装甲钢板进行淬火加热，采用单件或两件相同规格尺寸的装甲钢板叠装后到温一次装炉加热方式，淬火加热温度取880± 10°C，淬火加热保温时间取2 3min/mm,加热保温后装甲钢板以O. 5m/s的输送速度出炉,用淬火压床压紧后同时喷水冷却。以上工艺中采用的钢板压淬生产线可以由上料台、辊底式淬火炉、淬火压床、卸料台、电控系统、液压站等六部分组成。压力淬火从进料至淬火完成，全过程可手动操作或自动化操作，以实现连续化生产，提高生产效率。具体的压力淬火生产过程为用天车和链式平衡梁钢板水平成套吊钳将单件或两件相同规格尺寸的装甲钢板叠装吊到上料台架上，打开前炉门，上料台辊棒快速旋转送料进入辊底式淬火炉，进料到位后关闭前炉门，开启炉内辊棒前后慢速摆动，一般前后摆动设置为60S，均匀加热工件，加热保温后打开后炉门，炉内辊棒转换为快速正转出料，输送速度为O. 5m/s(根据环境温度等可调)，同时淬火压床棍棒8快速旋转进料,输送速度仍为O. 5m/s (根据环境温度等可调)，淬火压床进料到位后，上压头6不动、下压头9上升压紧装甲钢板7，然后同时打开三台泵瞬间从上压头进水管5和下压头进水管10输出大量自来水形成喷水柱2，同时对装甲钢板进行喷水冷却。装甲钢板喷水冷却至室温后(由喷水时间控制)，下压头9下降，到位后，淬火压床辊棒8转为快速旋转出料，卸料台辊棒快速转动出料，出料到位后卸料台架辊棒停止旋转，再用天车和链式平衡梁钢板水平成套吊钳等将钢板吊下卸料台卸料。淬火压床的上压头6为压筋3及喷水管4结构，压筋长度方向与淬火压床辊棒8轴线垂直，压紧间距120mm，中间布置喷水管4，水管上布置有喷水小孔，下压头喷水箱I的压头间距240mm，两侧及顶部交错布置喷水小孔，上下压头的喷水孔两侧喷水口方向交错，以保证整张钢板淬火冷却时无盲区，同时下压头喷水量大于上压头，从而保证钢板上下表面冷却均匀，有效控制钢板淬火的平面度。正常淬火时，淬火压床的辊棒8、上下压头的平面度应达到lmm/m。连续淬火时，水温必须控制在10 40°C范围。图I为选用的一种淬火压床的喷水冷却示意图。2、低温回火工艺根据产品设计要求及压力淬火后的30MnCrNiMo装甲钢板存在较大的淬火应力，需进行低温回火处理。本发明提出有两种低温回火处理方案
(I)常规回火方案压力淬火后的装甲钢板，采用台车炉低温一次装炉的加热方式，装炉时装甲钢板与装甲钢板之间不允许有任何支承物，装炉量不能太大，工艺规定叠装装甲钢板的总厚度应< 100mm，装炉后进行低温回火加热保温，回火加热温度根据设计要求进行调整，我公司产品取180 240°C。保温时间取3 5min/mm，但保温时间不得少于5. 5小时，保温后出炉空冷。(2)滚动装炉回火方案压力淬火后的装甲钢板，采用台车炉连续滚动多次装炉的加热方式，每压力淬火< 5件后立 即装炉加热预回火，装炉时装甲钢板与装甲钢板之间不允许有任何支承物，叠装装甲钢板的总厚度不能太大，工艺规定的叠装装甲钢板总厚度应(250mm,回火加热温度根据设计要求进行调整，我公司产品取180 240°C，保温时间取3 5min/mm，但保温时间不得少于4. 5小时，保温时间以最后一次装炉零件的保温时间计算，保温后出炉空冷。具体实施中，台车炉采用电阻带加热，PID调节控温，台车与炉体间和炉体与炉门间均采用气动柔性压紧密封装置密封，炉膛除炉顶外其余各方均布有电阻带，炉顶设有强对流高压离心循环风机，炉膛两侧和炉顶设有导流板，使炉内空气能很好地对流循环，这样炉温均匀性能达到±8°C，保温性能好。3、抛丸清理及矫平整块装甲钢板压力淬火及低温回火后，其表面的氧化皮等用上下均布置有抛头的通过式抛丸清理机进行抛丸清理；对平面度< 5mm/m2的装甲钢板可直接下料，平面度> 5mm/m2的装甲钢板采用十一辊式板材矫平机矫平后才可进行下料。以上抛丸清理机和矫平机的自动化程度高，抛丸清理和矫平的生产效率较高。4、单个装甲零件或多个装甲零件组合下料及加工成型装甲钢板零件在压力淬火后的装甲钢板上用等离子切割机或激光切割机切割下料，同时根据零件结构，对圆孔、方孔、缺口等表面采用硬质合金钻头钻孔、数控等离子门式切割机切割加工、手工等离子切割机切割加工或者激光切割机切割加工等成型；对焊接坡口表面采用角磨机打磨加工成型；折弯件用数控液压板料折弯机折弯成型。以下是采用以上淬火加工工艺，具体对以下几种零件进行加工的例子
一、零件t4、t5、t6mm的30MnCrNiMo装甲钢板制造的弯曲角度Θ ( 90。和折弯半径R彡4t (t为装甲钢板厚度)的折弯件如图2和图3以及t4、t5、t6、t8mm大中小平板件如图4、图5、图6、图7、图8等，要求淬火处理，硬度445 514HBW。二、具体处理过程
实施例I : t4和t5mm的30MnCrNiMo装甲钢板的压力淬火工艺参数采用两件装炉方式，到温装炉，淬火加热温度为880°C，t4、t5的保温时间分别为16 24min和20 30min，保温后炉内辊棒和淬火压床辊棒均以O. 5m/s的输送速度输送零件，到位后淬火压床压紧装甲钢板同时喷水冷却；回火工艺参数压力淬火后采用连续滚动装炉加热，第一次装炉温度< 180°C，压力淬火装甲钢板装炉一次预回火，叠装装甲钢板厚度均为120mm (工艺要求叠装装甲钢板总厚度应< 250mm)，回火加热温度220°C，保温时间以最后一次装炉的零件保温时间计算，为270 300分钟，空冷。装甲钢板规格为(t4或t5) X 1650X7200。实施例2 t6mm的30MnCrNiMo装甲钢板的压力淬火工艺参数采用单件装炉方式，到温装炉，淬火加热温度为880°C，保温时间12 18min，保温后炉内辊棒和淬火压床辊棒均以O. 5m/s的输送速度输送装甲钢板，到位后淬火压床压紧同时喷水冷却；回火工艺参数采用一次装炉加热，装炉温度< 180°C，叠装装甲钢板的厚度为96_(工艺要求叠装装甲钢板总厚度应彡IOOmm),回火加热温度220°C，保温时间为330 360分钟，空冷。装甲钢板规格为t6 X 1650X7200。实施例3、t8mm的30MnCrNiMo装甲钢板的压力淬火工艺参数采用单件装炉方式，淬火加热温度为880°C,保温时间16 24min,保温后炉内棍棒和淬火压床棍棒均以O. 5m/s的输送速度输送装甲钢板，到位后淬火压床压紧同时喷水冷却；回火工艺参数采用一次装炉加热，装炉温度彡180°C，叠装装甲钢板厚度为96mm (工艺要求叠装装甲钢板总厚度应彡100mm)，回火加热温度220°C，保温时间为330 360分钟，空冷。装甲钢板规格为t5X 1800X7200。对三个实施例的成品进行检测，硬度为461 514HBW、抗枪弹性能按GB1496A标准试验为2级损伤，均达到了产品设计要求；同一张板的硬度差在37 53HBW范围，平面度为I. O 3. 5mm/m2,金相组织为回火马氏体+少量残余奥氏体，均达到了同一张板的硬度差(60HBW，平面度< 5mm/m2，金相组织为回火马氏体+少量残余奥氏体的工艺要求。抗拉强度和屈服强度分别达到了 1600MPa以上和IlOOMPa以上。因淬火变形小，未经矫正直接下 料。但若遇到压淬生产线运行不稳定、少量喷水孔因锈蚀而堵塞或者淬火压床的辊棒、上下压头的平面度超过lmm/m等，装甲钢板压力淬火及低温回火后都可能出现平面度超过5_/m2,必须采用十一辊式板材矫平机矫平后才能下料。
权利要求
1.一种30MnCrNiMo装甲钢板零件的压力淬火及加工方法，此方法是针对已经过退火处理的装甲钢板，其特征在于，所述方法包括以下步骤 (1)压力淬火先用辊底式淬火炉进行淬火加热，采用单件或两件相同规格尺寸的装甲钢板叠装后到温一次装炉加热方式，淬火加热温度880±10°C，淬火加热保温时间2 3min/mm，加热保温后装甲钢板以O. 5m/s的输送速度出炉，用淬火压床压紧后同时喷水冷却； (2)低温回火方式一，将压力淬火后的装甲钢板，采用台车炉低温一次装炉的加热方式，装炉时装甲钢板与装甲钢板之间不允许有任何支承物，叠装装甲钢板的总厚度(100mm，装炉后进行低温回火加热保温，回火加热温度180 240°C，保温时间3 5min/_，但不得少于5. 5小时，保温后出炉空冷；或方式二，将压力淬火后的装甲钢板，采用台车炉连续滚动多次装炉的加热方式，每压力淬火< 5件后立即装炉加热预回火，装炉时装甲钢板与装甲钢板之间不允许有任何支承物，叠装装甲钢板的总厚度< 250_，回火加热温度180 240°C，保温时间3 5min/mm，但不得少于4. 5小时，保温时间以最后一次装炉装甲钢板的保温时间计算，保温后出炉空冷； (3)抛丸清理及矫平整张退火装甲钢板压力淬火及低温回火后，其表面的氧化皮用上下均布置有抛头的通过式抛丸清理机进行抛丸清理；对平面度< 5mm/m2的装甲钢板可直接下料，平面度> 5mm/m2的装甲钢板采用十一辊式板材矫平机矫平后再进行下料； (4)单个装甲零件或多个装甲零件组合下料及加工成型按照装甲零件形状要求，在经压力淬火、低温回火及矫平后的装甲钢板上用等离子切割机或激光切割机切割下料，同时根据装甲零件结构，钻孔或加工缺口，对焊接坡口表面采用角磨机打磨加工成型；对折弯件用液压板料折弯机折弯成型。
2.根据权利要求I所述的30MnCrNiMo装甲钢板的压力淬火及加工方法，其特征在于所述步骤(I)在进行喷水冷却时，采用对钢板上下表面同时全面喷水冷却的方式，以保证整张钢板淬火冷却时无盲区；且对钢板下表面的喷水量大于上表面，保证钢板上下表面冷却均匀，有效控制钢板淬火的平面度。
3.根据权利要求I或2所述的30MnCrNiMo装甲钢板的压力淬火及加工方法，其特征在于所述淬火压床的上下压头的平面度为lmm/m。
4.根据权利要求3所述的30MnCrNiMo装甲钢板的压力淬火及加工方法，其特征在于所述淬火水温控制在10 40°C范围。
5.根据权利要求4所述的30MnCrNiMo装甲钢板的压力淬火及加工方法，其特征在于所述台车炉采用电阻带加热，PID调节控温，台车与炉体间和炉体与炉门间均采用气动柔性压紧密封装置密封，炉膛除炉顶外其余各方均布有电阻带，炉顶设有强对流高压离心循环风机，炉膛两侧和炉顶设有导流板，使炉内空气能很好地对流循环，该炉的炉温均匀性能达到 ±8°C。
全文摘要
本发明是针对中等厚度的30MnCrNiMo装甲钢板制造的有或无机械加工的大中小平板件以及折弯件的淬火及加工处理，步骤包括入厂的整张退火装甲钢板压力淬火→低温回火→抛丸清理及矫平→单个零件或多个零件组合下料直接成型或后续加工成型。该方法能有效控制30MnCrNiMo装甲钢板零件的淬火变形，保证淬火质量。
文档编号C21D1/18GK102776337SQ201210298048
公开日2012年11月14日 申请日期2012年8月21日 优先权日2012年8月21日
发明者周乐, 夏常智, 张斌, 彭涛, 李小银, 李建兵, 汪德祥, 陈毅挺 申请人:重庆大江工业有限责任公司