갑옷 강철의 생산 및 가공

제작 및 아머 스틸 가공

오늘날의 환경에서는 감소된 면적 중량으로 장갑 관통(AP) 발사체를 물리칠 수 있는 경량 장갑 기술을 제공하려는 노력이 가속화되고 있습니다. 이러한 노력의 대부분은 알루미늄 및 티타늄과 같은 저밀도 금속의 적용과 관련되어 있지만 강철 합금의 선택은 상업 및 군사 작전 영역 모두에서 갑옷 구성 요소를 사용 가능한 장비 및 인력. 이것이 철강 솔루션의 주요 장점입니다.

강철은 인성, 용이성, 저비용, 주조성, 용접성 등의 특성으로 인해 고밀도에도 불구하고 최고의 만능 방호재입니다. 방호강은 일반 강철이 아니지만 높은 강도와 ​​경도 및 파괴성을 가지고 있습니다. 인성. 그들은 전투 중 발사체 손상이나 압력으로부터 물체를 보호하는 데 사용됩니다. 이 강재는 일반적으로 장갑차 제조에 일반적으로 열간 압연 판의 형태로 사용됩니다.

인성, 경도, 우수한 피로 강도, 제조 및 접합 용이성과 상대적으로 저렴한 비용과 같은 장갑강의 주요 특성은 장갑 차량에 널리 사용되는 재료입니다. 이 강철의 중요한 요구 사항은 과도하게 일치하는 포탄의 영향을 받을 때 영하의 온도에서도 구조적 무결성을 유지하는 것입니다. 따라서 이 강재는 저온 충격강도가 요구된다. 갑옷 강판에 대한 다른 중요한 고려 사항은 현대적인 제조 및 건설 기술에 적합하고 쉽게 용접할 수 있고 다양한 모양으로 생산할 수 있어야 한다는 것입니다.

철강의 화학적 조성, 오스테나이트화 및 템퍼링 온도, 입자 크기가 철강의 기계적 특성에 영향을 미치므로 탄도 성능에 영향을 미친다는 것은 잘 알려져 있습니다. 또한 화학적 조성과 열처리 매개변수를 제어하여 마르텐사이트 강의 기계적 특성과 탄도 성능을 최적화할 수 있다는 사실도 확인되었습니다.

장갑강은 기본적으로 고강도 저합금 구조용 강재로 침투에 대한 저항이 매우 높은 특성을 갖도록 처리되었습니다. 강철에 대한 이러한 특성은 일반적으로 열 기계적 처리에 의한 열처리에 의해 일반적으로 부여됩니다. 강철의 침투 저항성은 열-기계적 처리에 의해 얻을 수 있는 조직 강도를 증가시킴으로써 향상될 수 있다는 것은 잘 알려져 있습니다. 갑옷의 질량 효율성은 재료의 경도에 따라 증가합니다. 그러나 매우 단단한 갑옷은 부서지기 쉽고 공격을 받으면 부서지는 경향이 있습니다.

장갑강의 주요 합금 원소는 니켈(Ni), 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo)입니다. 이 강의 인(P) 및 황(S) 함량은 매우 낮아야 합니다(각 원소의 0.015% 미만이 바람직함). 또한 이 강철에는 질소(N2), 산소(O2) 및 수소(H2)와 같은 용존 가스의 값이 매우 낮습니다. 또한, 강재는 개재물의 함량이 매우 낮은 매우 깨끗한 강이어야 합니다. 또한 분리되지 않아야 합니다.

강철 갑옷은 네 가지 주요 그룹으로 분류할 수 있습니다. 이러한 그룹은 (i) 압연 균질 갑옷(RHA), (ii) 고경도 갑옷(HHA), (iii) 가변 경도 강철 갑옷, (iv) 천공 갑옷입니다. 이 네 가지 유형 중 RHA 강은 일반적으로 벤치마크 재료로 간주됩니다. RHA 강철은 경장갑 차량의 기존 장갑으로 간주되었습니다. 강도와 인성의 최적 조합을 제공하기 위해 열처리 전에 압연되는 고품질 합금강입니다.

압연 균질 장갑(RHA) 강철은 대부분의 탱크에서 표준 장갑으로 남아 있습니다. 저렴한 비용, 신뢰성, 생산 기반 시설의 가용성, 구조 재료로서의 동시 활용성 및 제조 용이성으로 인해 이 강철은 최고의 위치를 ​​유지할 수 있었습니다. 이 아무르강은 열처리 후 강화된 마르텐사이트 미세조직에 계속 사용되며, 여기에는 경화를 포함하여 발사체에 의한 침투에 대한 저항을 증가시킨 다음 템퍼링하여 더 단단하게 만들어 충돌하는 발사체에 대한 에너지 흡수 능력을 향상시킵니다.

HHA 사양은 현대적인 연속 처리 기술을 효율적으로 사용할 수 있도록 하며 새로운 종류의 자동 템퍼링된 고경도강을 제공합니다. 가변경도 장갑강은 고경도 전면판과 저경도 후면판을 롤 접합하여 생산되는 이중 경도 장갑(DHA) 강철이라고도 합니다. 롤 본드 DHA 강은 생산이 복잡하고 생산 한계가 알려져 있습니다. 전기 슬래그 재용해 공정으로 DHA 강을 생산하는 연구가 수행되었지만 DHA 강을 생산하는 것은 계속 어렵습니다.

경도가 600BHN(브리넬 경도 수) 이상인 모놀리식 초고경도 장갑(UHHA) 강철을 개발하기 위한 여러 노력이 이루어지고 있으며 이 방향으로 강철 야금의 상당한 발전이 이루어졌습니다. 경도 증가에 따른 강철의 향상된 탄도 저항은 탄도계에서 잘 알려져 있습니다. UHHA 강철은 AP 탄환을 증가시키고 갑옷 무게를 줄이며 DHA 고유의 제조상의 어려움을 제거할 것으로 예상됩니다.

금속 또는 합금의 가열 및 냉각의 조합으로 정의되는 담금질 및 템퍼링은 강철의 미세 구조를 변경하고 처리되는 재료의 강도, 경도 및 인성을 향상시킵니다. 오스테나이트 범위에 있는 강의 담금질 중 냉각 속도는 Ms(마르텐사이트 형성 시작) 온도 이하로 강을 냉각시키는 정도여야 합니다. 강철의 전체 미세 조직이 마르텐사이트로 전환된 후 마르텐사이트의 템퍼링이 수행됩니다. 템퍼링 과정에서 강의 온도는 강의 마르텐사이트 조직이 템퍼링되는 온도까지 상승합니다. 강판의 열간 압연 중 담금질 및 템퍼링 공정에서 합금 함량이 낮은 최적의 품질 등급을 얻기 위해 마무리 압연 온도와 담금질 및 템퍼링 속도를 제어해야 합니다. 결과적으로 저합금 담금질 및 강화 강철 제품은 장갑차 설계자에게 기존 강철에서 일반적으로 제공되지 않는 중량 대비 강도 및 내마모성을 제공합니다.

장갑 강철의 생산 공정

장갑판 제조에 사용되는 기술은 매우 높은 특성을 가져야 합니다. 왜냐하면 고강도 및 고경도 강의 요구사항에 따라 강재 생산에 사용되는 가장 엄격한 공정 경로 중 하나가 필요하기 때문입니다. 그릇. 갑옷 강철의 1차 제강은 기본 산소로(BOF) 또는 전기 아크로(EAF)에서 수행할 수 있습니다.

기본 산소로에서는 주로 용선(고로에서 나오는 액철)과 스크랩이 철강을 만드는 원료로 사용되지만 전기로에서는 가용성에 따라 스크랩, 직접환원철, 용선을 사용할 수 있습니다. 1차 제강에 사용되는 원료의 품질 관리가 필요합니다. 제강 중 용선을 사용하는 경우 용선의 황, 인 및 규소의 낮은 수준을 보장하기 위한 공정 요구 사항에 따라 용선의 탈황, 탈인 및 탈규소화를 수행하는 것이 바람직합니다. 금속. 고온 금속에서 이러한 원소를 제거하면 기본 산소 제강 공정 중 슬래그 형성 품질이 향상됩니다. 제강에 사용되는 스크랩은 깨끗하고 밀도가 높아야 한다. 또한 스크랩에 있는 부랑자 요소의 양이 매우 적어야 합니다.

그림 1과 그림 2는 방호강 생산 및 가공공정의 순서도이다. 그림 1은 슬래브 생산단계까지의 공정을 나타내고, 그림 2는 압연, 열처리, 검사의 공정을 나타낸다. 접시.

그림 1 장갑강판 생산 및 가공공정도(슬라브 생산까지)

  그림 2 갑옷 강판의 생산 및 가공 흐름도(슬래브를 판으로 압연)

갑옷 강철의 제조 및 주조

액강은 기본 산소로 또는 전기로에서 제조된 후 2차 제강 장치에서 처리됩니다. 2차 제강의 목적은 (i) 화학 조성 및 래들 내 용강 온도의 균질화, (ii) 산소 제거를 의미하는 탈산 또는 킬링, (iii) 액상 강의 가열 또는 냉각을 의미하는 과열도 조정을 포함합니다. 연속 주조에 적합한 온도, (iv) 액강의 화학적 성질을 조정할 목적으로 합금철 및 탄소를 첨가, (v) 수소 및 질소 가스 제거를 위한 강의 진공 탈기, (vi) 슬래그에 부유시켜 원하지 않는 비금속 화합물을 제거하고 (vii) 강철의 미세 조직을 개선하기 위해 나머지 불순물의 조성을 변경합니다. 압연 후 강재에서 원하는 기계적 물성을 얻기 위해서는 2차 제강이 필요합니다.

장갑 품질의 강철을 생산하는 동안 일반적으로 사용되는 하나 이상의 2차 제강 공정에는 진공 탈기, 레이들 퍼니스 및 레이들 탈기, 진공 아크 탈기 및 전기 슬래그 재용해가 포함됩니다. 2차 제강 공정 동안 또한 액체강의 균질화 및 정련을 위해 다른 재료의 주입과 함께 액체강의 헹굼 또는 교반이 수행됩니다. 2차 제강도 연속주조기에서 액강의 순조로운 주조와 슬라브의 고음질 생산을 위해 필요합니다.

강철의 연속 주조는 압연기에서 후속 압연을 위해 액체 강철을 반제품, 즉 슬래브(장갑 강철의 경우)로 응고시키는 과정입니다. 연속 주조 작업은 금형 작업, 분무 냉각 구역 및 교정 구역 작업 등과 같은 작업 그룹을 통해 주어진 조성의 액강을 주어진 크기의 슬래브 가닥으로 변환합니다. 주조 슬래브의 두께는 판을 굴리는 동안 최소 수준의 감소가 발생하도록 해야 합니다.

연속 주조기의 주요 장비는 (i) 터렛 계량 시스템 및 레이들 커버 매니퓰레이터와 함께 레이들 터렛, (ii) 턴디시 계량 시스템, 턴디시 예열기 및 건조기와 함께 턴디시 및 턴디시 카, (iii) 몰드 및 몰드 진동으로 구성됩니다. 몰드 레벨 제어 및 전자기 교반기 포함, (iv) 스트랜드 냉각, 스트랜드 억제 및 안내로 구성된 2차 냉각, (v) 인출 및 교정 장치, (vi) 더미 바, 더미 바 파킹 및 더미 바 분리 롤 장치, (vii) 핀치 롤 및 토치 차단 장치, (viii) 제품 식별 시스템, (ix) 냉각 베드, 롤러 테이블 및 배출 그리드로 구성된 롤러 테이블 및 제품 배출 시스템

저합금 장갑강 주조의 경우 청정강 생산에 스트레스가 있습니다. 또한 주조 제품의 미세 구조 및 조성 균질화에 대한 요구 사항이 더 높습니다. 화학 성분, 응고 조건 및 주형 내 용강 흐름의 특성은 주조 제품의 표면 품질과 내부 구조에 영향을 미칩니다. 전자기 교반(EMS) 기술의 적용은 가닥에서 등축 결정 영역의 형성을 촉진합니다. 응고 조직의 미세화, 개재물의 함량 감소 및 주물 슬래브의 표면, 하부 표면 및 내부 구조의 품질 향상을 유발합니다.

장갑강용 슬래브는 전기 슬래그 재용해 경로를 따라 넓은 잉곳으로 주조한 다음 잉곳을 슬래브로 단조하여 생산할 수도 있습니다. 잉곳 주조시 액강의 응고가 진행되면서 응고방향으로 탄소편석이 일어나므로 일렉트로슬래그 재용해 공정이 필요하다. 그러나 이 경로는 슬래브 생산 비용을 증가시킵니다. 이 생산 경로는 주로 저용량에 적합합니다. 또한 슬라브는 단조공정으로 생산되기 때문에 내부구조가 건전합니다.

레이들 터렛에서 주조 제품 배출에 이르기까지 모든 유형의 제어 장치가 장착된 최신 슬래브 연속 주조 기계는 일반적으로 표면 및 표면 아래 결함이 거의 없는 매우 건전한 슬래브를 생산합니다. 그러나 장갑강의 중요성 때문에 냉각 후 슬래브는 가능한 표면, 하부 표면 및 내부 결함을 식별하기 위해 육안, 마그나플럭스 및 초음파 검사를 받습니다. 연속 주조 슬래브의 내부 결함은 열-기계적 처리 중 강의 성능 및/또는 최종 제품의 기계적 특성 모두에 강력한 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 결함을 식별, 수량화 및 특성화하는 것이 중요합니다. 결함의 특성화에는 이상 현상의 밀도, 분포, 유형 및 위치가 포함됩니다.

검사는 주조 슬래브를 (i) 압연을 위해 보낼 수 있는 프라임 슬래브, (ii) 압연에 적합하도록 스카핑 또는 연삭으로 제거할 수 있는 경미한 표면 결함이 있는 슬래브의 세 가지 범주로 분리하는 데 도움이 됩니다. , 그리고 (iii) 허용할 수 없는 표면 아래 및 내부 결함이 있는 슬래브는 압연에 대해 거부되고 재용해를 위해 폐기됩니다.

후판 압연기에서 슬래브 압연

검사 후 슬래브는 재가열로에서 강철의 소성 변형 및 압연기에서 강철의 압연에 적합한 약 1150°C ~ 1200°C의 온도로 가열됩니다. 보행빔형 재가열로는 에너지 효율적이고 슬래브의 균일한 가열을 보장하기 때문에 선호됩니다. 재가열로는 폐열회수를 위한 모든 설비를 갖추어야 한다. 또한 슬래브 온도 제어에 필요한 연소 제어 장치 및 효율적인 작동에 필요한 기타 제어 장치를 갖추고 있어야 합니다.

가열된 슬래브는 판 압연기에서 압연됩니다. 판 압연기는 일반적으로 단일 스탠드 구성 또는 두 개의 스탠드 구성이 있는 4단 역회전 압연기입니다. 압연 스탠드에는 일반적으로 판 너비를 제어하기 위해 부착된 에저 롤이 있습니다. 판은 일반적으로 역압연 스탠드에서 규정된 두께로 압연되며(즉, 롤 스탠드를 통해 판을 앞뒤로 반복적으로 통과시키면서 단계적으로 상부 롤과 하부 롤 사이의 간격을 점진적으로 감소시키며, 일반적으로 다수의 롤링 패스. 판을 롤 갭으로 통과시키는 작용을 통과(pass)라고 하고, 각 통과에서 판 두께의 감소량을 압하(rolling reduction)라고 한다. 압연 중 두께 감소는 여러 압연 패스로 분산됩니다. 슬라브 두께에서 제품 두께까지 각 패스의 패스 횟수와 압하율이 결정되는 과정이 압연 일정이다. 마무리 압연 온도는 재료 특성으로 인해 필요한 패스 수에 영향을 미치며, 차가운 재료는 더 단단해집니다.

일반 두께의 제품(평판 등)의 경우 압연 패스 시 상하 롤의 간격이 변하지 않도록 압연기를 제어하여 전체 길이에 걸쳐 동일한 두께를 얻을 수 있습니다.

압연 시작 및 종료 온도는 공정 안정성을 결정하며, 차가운 재료는 뜨거운 재료보다 더 많은 압연력을 필요로 합니다. 따라서 후판보다 냉각 속도가 빠른 박판은 특히 온도 강하가 큰 얇은 판의 경우 압연 공정을 불안정하게 만들 수 있습니다.

최고 품질의 최종 제품을 얻기 위해 고강도 플레이트를 생산 및 처리할 수 있도록 밀링 스탠드 및 플레이트 냉각 시스템 및 모든 다운스트림 밀링 섹션을 설계해야 합니다.

스크류 다운 및 자동 갭 제어는 설정된 두께에 따라 롤 갭을 조정하는 압연기의 주요 부품입니다. 각 판 크기에는 적절한 롤 갭, 롤 포스 및 밀 모듈러스를 포함한 고유한 통과 일정 계산이 있습니다.

박판 압연을 위해서는 자동 형상 제어, 평탄도 제어, 게이지 제어를 위한 설비가 후판 압연기에 구비되어야 한다. 박판의 압연은 일반적으로 최종 통과를 제공하는 마무리 스탠드와 함께 두 개의 스탠드가 필요합니다. 또한 두께 측정을 위한 n 온라인 게이지 측정기가 필요합니다.

압연된 판재는 열처리 구간에 들어가기 전에 핫 레벨러에서, 열처리 구간 후에는 콜드 레벨러에서 레벨링됩니다. 냉각 과정에서 강판의 평탄성은 물이 강판과 충돌하는 거리에 영향을 미치고 강판 위의 물의 흐름에 영향을 미치므로 강판의 양호한 평탄도가 요구된다. 냉각 장치 전에 설치된 핫 레벨러의 기능은 냉각 전에 강판을 평평하게하는 것입니다. 한편, 열처리구간 이후에 설치되는 콜드레벨러는 판을 평평하게 하여 냉각에 의해 변형된 형상을 바로잡아 다음 공정으로 쉽게 이송할 수 있도록 하기 위함이다.

장갑강 압연시 마무리 압연 온도는 기존 열연판의 경우보다 낮은 값으로 설정된다. 즉, 압연 과정에서 온도 조절을 위한 대기 시간이 필요한 경우가 있으며, 제품이 두꺼울수록 대기 시간이 길어지는 경향이 있습니다.

열처리 구간은 철판을 가공하는 과정에서 최종 물성이 얻어지기 때문에 방호강의 생산 및 가공에 있어 매우 중요한 부분이다. 갑옷 강철 생산 중 요구 사항을 충족하기 위해 세 가지 접근 방식이 사용됩니다.

첫 번째 접근 방식에서 열 처리는 플레이트 밀의 오프라인에서 수행됩니다. 이 접근 방식에서는 플레이트가 오스테나이징 범위에서 원하는 온도로 가열됩니다. 가열 제어는 입자 성장을 방지하는 데 중요합니다. 플레이트가 균질화된 오스테나이트 구조를 달성한 후, 미리 정해진 냉각 속도로 물로 담금질하여 마르텐사이트 강철 구조를 얻습니다. 담금질된 강철은 원하는 특성을 얻기 위해 저온에서 템퍼링됩니다.

두 번째 접근 방식에서 압연 직후 압연된 강은 가속 제어 냉각을 받습니다. 이 경우 마르텐사이트 구조는 피하고 매우 미세한 입자의 베이나이트 구조가 목표입니다. 이 접근 방식에서는 강철의 매우 높은 경도를 얻을 수 없지만 강철은 우수한 인성과 함께 높은 강도를 얻습니다.

세 번째 접근 방식에서는 담금질 및 템퍼링 작업이 압연 직후 라인에서 수행됩니다. 이 접근 방식에서는 판의 가열이 제거되지만 이 접근 방식에서는 압연기에서 판의 압연 속도와 담금질 및 템퍼링 시간이 일치하거나 그렇지 않으면 한 작업에서 다른 작업이 완료될 때까지 기다려야 합니다. . 또한 열 처리 매개변수의 제어를 위해 고온계를 충분히 사용하여 적절한 제어를 제공해야 합니다. 또한, 열처리 구간은 장갑판의 물성을 효과적으로 제어하기 위한 제어 시스템을 통해 압연 작업과 밀접하게 연결되어야 합니다.

퀜칭 및 템퍼링 작업 시 핀치롤은 강판을 사이에 두고 냉각/가열 시 판 변형을 억제하여 균일한 냉각/가열을 촉진하고 판 형상을 개선하며 냉각 영역을 확보하는 기능이 있습니다. 강판의 담금질 시 마무리 냉각 온도와 냉각 시간은 크기와 대상 소재에 따라 크게 달라집니다. 따라서 냉각 장치의 냉각 영역의 길이를 조정할 필요가 있습니다. 핀치 롤은 냉각 영역의 하류로의 냉각수 흐름을 결정하여 냉각 영역 외부의 강판에 체류하는 물에 의한 불균일한 냉각을 방지하여 냉각 영역을 비냉각 영역과 분리합니다.

물 담금질 장치는 물 끓는 곡선의 영향을 받으므로 적절하게 설계해야 합니다. 강판을 고온으로 냉각할 때 물의 냉각 능력은 비등곡선(그림 3 참조)으로 표현되는 특성 거동을 나타냅니다. 고온 영역에서는 강판과 물 사이에 증기 증기막이 존재하여 막 비등이라는 상태가 발생하며, 고온 영역에서도 냉각 능력이 약간 저하됩니다. 강판온도가 내려갈수록 강판과 물의 접촉이 시작되고, 강판온도가 더 내려갈수록 강판과 물의 접촉면적이 확장되어 냉각상태가 전이비등영역으로 진입한다. 냉각 능력이 증가합니다. 플레이트의 온도가 더 내려갈수록 냉각 상태는 생성된 기포가 중요한 역할을 하는 핵비등 영역으로 이동합니다. 강판의 냉각에서는 전이 비등 영역에서의 냉각이 중요합니다. 이 영역에서는 후판온도의 저하와 함께 냉각능력이 증가함에 따라 초기 냉각에서 발달된 강판내의 불균일한 온도분포가 확대되고, 최종냉각온도도 강판마다 다르다.

그림 3 물의 끓는 곡선

물 담금질 장치는 물 끓는 곡선의 영향을 받으므로 적절하게 설계해야 합니다. 급냉 장치에 필요한 기능은 광범위하여 빠른 냉각이 가능합니다. 따라서 넓은 판의 균일한 급속 냉각을 위해 높은 유속이 필요하기 때문에 장치에는 많은 스프레이 노즐이 장착되어야 합니다. 또한, 작동 조건 및 강판의 목표 품질에 따라 마무리 냉각 온도(Mf 온도)는 전이 비등 영역 어딘가에 설정되어야 합니다.

강판은 원하는 강도, 경도 및 인성을 얻기 위해 필요한 열처리를 거친 후, 강판을 교정기에서 다시 교정한 다음 전단 및 절단, 샘플 절단, 테스트 및 검사와 같은 마무리 작업을 수행합니다. 필요한 경우 숏 블라스팅 및 코팅 및 염색을 순서도에 표시된 대로 수행합니다. 플레이트는 발송 전에 최종 검사를 받습니다.

테스트하는 동안 표준에 따라 필요한 모든 테스트는 플레이트가 치수, 치수 공차, 미세 구조, 강도, 경도 및 인성과 관련하여 표준에 지정된 값을 준수하는지 확인하기 위해 수행해야 합니다. 압연기 실험실은 압연된 판재에 필요한 시험 및 검사를 수행할 수 있도록 필요한 모든 시험 및 검사 시설을 갖추어야 합니다.