装甲钢生产加工

生产和 装甲钢加工

在当今的环境中，人们正在加速努力提供轻型装甲技术，这些技术可以在减小面积重量的情况下击败穿甲 (AP) 射弹。虽然其中许多努力涉及铝和钛等低密度金属的应用，但钢合金的选择在许多弹道和结构应用中仍然具有竞争力，因为它能够在商业和军事行动领域制造装甲部件可用的设备和人员。这是钢铁解决方案的一大优势。

钢是最好的全能装甲材料，尽管它的密度很高，因为它具有韧性、易得性、低成本、可铸造性和可焊性等特性。装甲钢不是普通钢，但它们具有高强度、硬度和断裂性韧性。它们用于在战斗中保护物体免受弹丸损坏或压力。这些钢通常以热轧板的形式用于装甲车辆的制造中。

装甲钢的主要特性，如韧性、硬度、良好的疲劳强度、易于制造和连接以及相对较低的成本，使该钢成为装甲车辆的流行材料。这种钢的重要要求是，即使在低于零的温度下，当受到过度匹配的炮弹的影响时，它也能保持结构完整性。因此，要求这种钢具有低温冲击强度。装甲钢板的其他重要考虑因素是它们应适合现代制造和施工技术，易于焊接并能够生产成各种形状。

众所周知，钢的化学成分、奥氏体化和回火温度以及晶粒尺寸会影响钢的力学性能，从而影响钢的弹道性能。还发现通过控制化学成分和热处理参数可以优化马氏体钢的力学性能和弹道性能。

装甲钢基本上是一种高强度低合金结构钢，经过处理具有非常高的抗穿透性能。钢的这种特性通常是通过热处理通常通过热机械处理来赋予的。众所周知，钢的抗穿透性可以通过提高其组织强度来提高，这可以通过热机械处理获得。装甲的质量效率随着材料的硬度而增加。然而，非常坚硬的盔甲往往很脆，被击中时会破碎。

装甲钢的主要合金元素是镍（Ni）、铬（Cr）和钼（Mo）。这种钢的磷 (P) 和硫 (S) 含量非常低（最好低于每种元素的 0.015%）。此外，这种钢中的氮 (N2)、氧 (O2) 和氢 (H2) 等溶解气体的值也非常低。此外，钢应是非常干净的钢，夹杂物含量非常低。它也应该不受隔离。

钢盔甲可分为四大类。这些组是（i）轧制均质装甲（RHA），（ii）高硬度装甲（HHA），（iii）可变硬度钢装甲，和（iv）穿孔装甲。在这四种类型中，RHA 钢通常被视为基准材料。 RHA钢被认为是轻型装甲车辆的常规装甲。它是一种优质合金钢，在热处理前经过轧制，使其具有强度和韧性的最佳组合。

轧制均质装甲 (RHA) 钢一直是世界上大多数坦克的标准装甲。它的低成本、可靠性、生产基础设施的可用性、作为结构材料的同时实用性和易于制造，使这种钢材能够保持其主要地位。这种amour钢在热处理后继续用于回火马氏体显微组织，包括硬化以增加其抗弹丸穿透能力，然后回火使其更坚韧，从而增强对冲击弹丸的能量吸收能力。

HHA 规范允许有效地使用现代连续加工技术，并提供一类新的自动回火高硬钢。变硬度装甲钢也称为双硬度装甲（DHA）钢，它是通过将高硬度前板与较低硬度背板辊压粘合而成的。滚压粘合的 DHA 钢生产起来很复杂，并且具有已知的生产限制。已有研究通过电渣重熔工艺生产DHA钢，但生产DHA钢仍然困难重重。

目前正在努力开发硬度为 600 BHN（布氏硬度值）或更高的整体式超高硬度装甲 (UHHA) 钢，并且在钢铁冶金方面已经朝着这个方向取得了重大进展。作为增加硬度的函数，钢的改进的防弹性在防弹界得到了很好的证实。 UHHA 钢有望提高 AP 子弹击破率，减轻装甲重量，并消除 DHA 固有的制造困难。

淬火和回火，定义为金属或合金的加热和冷却的组合，改变了钢的微观结构，提高了被处理材料的强度、硬度和韧性。在奥氏体范围内的钢淬火过程中的冷却速度应使钢冷却到低于 Ms（马氏体形成开始）温度。在钢的整个微观结构转化为马氏体后，马氏体的回火就完成了。在回火过程中，钢的温度升高到钢的马氏体组织得到回火的温度。在中厚板热轧过程中的调质过程中，应控制终轧温度和调质率，以获得低合金含量钢的最佳质量等级。由此产生的低合金调质钢产品为装甲车辆的设计人员提供了传统钢通常不具备的强度重量优势和耐磨性能。

装甲钢的生产工艺

用于制造装甲板的技术需要具有非常高的性质，因为对高强度和高硬度钢的需求决定了需要用于生产钢的最严格的工艺路线之一盘子。装甲钢的一次炼钢可以在碱性氧气炉（BOF）或电弧炉（EAF）中进行。

在碱性氧气炉中，主要使用铁水（来自高炉的液态铁）和废钢作为炼钢的原料，而电弧炉可以根据其可用性使用废钢、直接还原铁和铁水。要求控制初级炼钢所用原材料的质量。在炼钢过程中使用铁水时，最好按照工艺要求对铁水进行脱硫、脱磷、脱硅，以保证铁水的硫、磷、硅含量低。金属。从热金属中去除这些元素有助于提高碱性氧气炼钢过程中熔渣形成的质量。用于炼钢的废钢应清洁且密度高。另外，废料中的杂质元素含量非常低。

图 1 和图 2 给出了装甲钢生产和加工过程的流程图。图 1 给出了板坯生产阶段所使用的过程，而图 2 给出了轧制、热处理和检验的过程。盘子。

图1 装甲钢板生产加工流程图（到板坯生产）

  图2 装甲钢板生产加工流程（板坯轧制成板）

装甲钢的制造和铸造

钢水在碱性氧气炉或电弧炉中制成后，在二次炼钢装置中进行处理。二次炼钢的目标包括 (i) 钢包中钢水化学成分和温度的均匀化，(ii) 脱氧或压死，即脱氧，(iii) 过热调节，即钢水加热或冷却至适合连铸的温度，(iv) 添加铁合金和碳以调整液态钢的化学成分，(v) 钢的真空脱气以去除氢气和氮气，(vi)通过将不希望的非金属化合物漂浮到熔渣中来去除它们，以及 (vii) 改变剩余杂质的成分以改善钢的微观结构。二次炼钢是轧制后钢达到所需力学性能的必要条件。

在装甲钢生产过程中，通常使用的一种或多种二次炼钢工艺包括真空脱气、钢包炉和钢包脱气、真空电弧脱气和电渣重熔。在二次炼钢过程中，钢水的冲洗或搅拌以及不同材料的注入也在钢包中进行，以对钢水进行均质化和精炼。连铸机中钢水的顺利浇注和生产出优质的板坯也需要二次炼钢。

钢的连铸是将钢水凝固成半成品钢产品，即板坯（在铠装钢的情况下），然后在轧机中轧制的过程。连铸操作是通过结晶器操作、喷冷区、矫直区操作等一组操作将给定成分的钢水转化为给定尺寸的钢坯。铸坯的厚度为使钢板在轧制过程中发生最小程度的压下。

连铸机的主要设备包括 (i) 钢包转塔连同转塔称重系统和钢包盖机械手； (ii) 中间包和中间包车连同中间包称重系统、中间包预热器和干燥机； (iii) 结晶器和结晶器摆动沿带模具液位控制和电磁搅拌器，(iv) 二次冷却，包括铸坯冷却、铸坯控制和引导，(v) 拉出和矫直装置，(vi) 引锭杆、引锭杆停车和引锭杆分离辊单元，(vii)夹送辊和割炬切断装置，(viii) 产品识别系统，以及 (ix) 辊道和由冷床、辊道和卸料栅组成的产品卸料系统。

对于低合金装甲钢的铸造，重点在于清洁钢的生产。此外，对铸件的显微组织和成分均匀化也有更高的要求。钢液在结晶器中流动的化学成分、凝固条件和性质影响着铸件的表面质量和内部组织。电磁搅拌 (EMS) 技术的应用促进了股线中等轴晶区的形成。使铸坯凝固组织细化，夹杂物含量降低，铸坯表层、亚表层和内部组织质量得到改善。

装甲钢的板坯也可以采用电渣重熔路线，铸造成宽钢锭，然后将钢锭锻造成板坯。由于钢锭铸造过程中，随着钢水凝固的进行，碳在凝固方向上发生偏析，因此有必要进行电渣重熔工艺。然而，该路线增加了板坯的生产成本。这种生产方式主要适用于低产能。此外，由于板坯是通过锻造工艺生产的，因此具有良好的内部结构。

现代板坯连铸机配备了从钢包转塔到铸件出料的所有类型的控制装置，通常可以生产出质量非常好的板坯，几乎没有表面和亚表面缺陷。然而，由于装甲钢的重要性，冷却后的板坯要进行目视、磁通量和超声波检查，以识别可能的表面、亚表面和内部缺陷。连铸板坯的内部缺陷会对钢在热机械加工过程中的性能和/或最终产品的机械性能产生强烈影响。因此，识别、量化和表征缺陷非常重要。缺陷的表征包括异常的密度、分布、类型和位置。

检查有助于将铸坯分为三类，即（i）可以送去轧制的优质板坯，（ii）具有轻微表面缺陷的板坯，可以通过刮擦或磨削去除以使其适合轧制, 和 (iii) 具有不可接受的亚表面和内部缺陷的板坯不接受轧制并报废重熔。

在中厚板轧机中轧制板坯

检查后的板坯在再加热炉中加热到大约 1150 摄氏度到 1200 摄氏度的温度，该温度适合钢的塑性变形，因此适合钢在轧机中的轧制。步进梁式加热炉是首选，因为它节能并确保板坯加热均匀。要求再热炉具备余热回收的全部设施。它还应配备控制板坯温度所需的燃烧控制装置以及有效运行所需的其他控制装置。

然后在轧板机中轧制加热的板坯。中厚板轧机通常是具有单机架配置或具有两个机架配置的四辊可逆式轧机。轧机机架通常带有用于控制板宽的附加轧边辊。板材一般在可逆式轧机机架中轧制到规定的厚度（即板料来回反复通过轧机机架），同时逐步减小上下辊之间的间隙，一般需要多次滚动通行证。板材通过辊缝的动作称为道次，每次道次中板厚的压下量称为压下率。轧制过程中的厚度减少分布在几个轧制道次中。决定从板坯厚度到产品厚度的道次和每道次的压下率的过程是轧制道次计划。由于材料特性，终轧温度会影响所需的道次数，其中较冷的材料会变得更硬。

对于普通厚度的产品（即平板），通过控制轧机使上辊和下辊之间的间隙在轧制道次期间不发生变化，在整个长度上获得相同的厚度。

轧制开始和结束温度决定了工艺稳定性，其中较冷的材料比较热的材料需要更大的轧制力。因此，冷却速度比厚板快的薄板会使轧制过程不稳定，特别是对于温降大的薄板。

必须设计轧机机架和板冷却系统以及所有下游轧机部分，以便可以生产和加工高强度板以获得最高质量的最终产品

压下和自动间隙控制是轧机的主要部件，根据设定的厚度调整辊缝。每种板材尺寸都有自己的道次计划计算，包括适当的辊隙、轧制力和轧机模量。

对于薄板的轧制，要求中厚板轧机配备自动板形控制、平整度控制和厚度控制的设备。薄板的轧制通常需要两个机架，精轧机架提供最后的道次。还需要在线测厚仪进行厚度测量。

轧制板在进入热加工段前在热矫直机中进行矫直，在热加工段后在冷矫直机中进行矫直。要求钢板具有良好的平面度，因为在冷却过程中，平面度会影响水与钢板碰撞的距离，并影响水在钢板上的流动。安装在冷却设备前的热矫直机的作用是在冷却前将钢板压平。另一方面，在热处理工段之后安装的冷矫直机，是为了将板子因冷却而变坏的形状进行整平，便于后续工序的转移。

在铠装钢的轧制过程中，将终轧温度设定为低于传统热轧板的情况。这意味着在轧制过程中有时需要等待温度调节的时间，而且随着产品的厚度增加，等待时间往往会变长。

热处理工段在装甲钢的生产和加工中非常重要，因为钢的最终性能是在该部分的钢板加工过程中获得的。为满足装甲钢生产的要求，目前采用了三种方法。

在第一种方法中，热加工在板轧机的离线状态下进行。在这种方法中，板被加热到奥氏体化范围内的所需温度。加热控制对于避免晶粒生长很重要。钢板达到均质奥氏体组织后，以预定的冷却速度进行水淬，得到马氏体钢组织。淬火后的钢再进行低温回火以达到所需的性能。

在第二种方法中，对刚轧制后的轧钢进行加速控制冷却。在这种情况下，避免了马氏体结构，目标是非常细晶粒的贝氏体结构。在这种方法中，钢不能达到很高的硬度，但钢具有高强度和良好的韧性。

在第三种方法中，淬火和回火操作在轧制后立即在线进行。在这种方法中，板子的加热被消除了，但是在这种方法中，板子在轧机中的轧制速度和淬火和回火时间要匹配，否则一个操作必须等待另一个操作完成.此外，应提供适当的控制以及大量使用高温计来控制热处理参数。此外，热处理工段通过控制系统与轧制作业紧密联系，有效控制装甲板的性能。

淬火和回火操作中的夹送辊具有夹住钢板、通过抑制冷却/加热过程中的板变形来促进均匀冷却/加热、改善板形和确保冷却区的功能。在钢板淬火的情况下，最终冷却温度和冷却时间因尺寸和目标材料而异。因此，有必要调整冷却设备的冷却区的长度。夹送辊决定冷却水流向冷却区下游，防止水滞留在冷却区外的钢板上造成冷却不均匀，从而将冷却区与非冷却区分开。

由于受水沸曲线的影响，需要适当设计水淬装置。在高温冷却钢板的情况下，水的冷却能力表现出一种特征行为，如所谓的沸腾曲线所示（如图 3 所示）。在高温区域，钢板与水之间存在水蒸气膜，成为被称为膜沸腾的状态，虽然该区域温度高，但冷却能力稍微降低。随着钢板温度的下降，钢板开始与水接触，随着钢板温度的进一步下降，水与钢板的接触面积扩大，冷却状态进入过渡沸腾区，冷却能力增加。随着板的温度进一步下降，冷却状态进入核沸腾区，其中产生的气泡起主要作用。在钢板的冷却中，过渡沸腾区的冷却是关键。在该区域，随着板温的降低，随着冷却能力的增加，在早期冷却中形成的钢板内部的不均匀温度分布扩大，并且每块钢板的最终冷却温度也不同。

图3水的沸腾曲线

由于受水沸曲线的影响，需要适当设计水淬装置。水淬机组所需的功能范围广泛，具有快速冷却能力。因此，该装置将配备许多喷嘴，因为它需要高水流量来均匀快速冷却宽板。此外，在操作条件下，根据钢板的目标质量，最终冷却温度（Mf温度）应设置在过渡沸腾区域的某个位置。

在钢板经过所需的热处理以达到所需的强度、硬度和韧性后，钢板在矫直机中再次矫直，然后进行剪切和切割、样品切割、测试和检验等精加工活动如果需要，按流程图所示进行喷丸、涂层和染色。板材在发货前经过最终检验。

在测试过程中，需要按照标准进行所有测试，以确保板材在尺寸、尺寸公差、微观结构、强度、硬度和韧性方面符合标准中规定的值。轧机实验室应配备所有必要的测试和检验设施，以便对轧制板进行所需的测试和检验。