【技术】钢板淬火变形的研究

工件在加热和冷却过程中，由于表层和心部的冷却速度和时间的不一致，形成温差，导致体积膨胀和收缩不均而产生热应力。在热应力的作用下，由于表层开始温度低于心部，收缩也大于心部，而使心部受压;当冷却结束时，由于心部最后冷却体积收缩不能自由进行而使表层受压，心部受拉。即在热应力的作用下最终使工件表层受压而心部受拉。这种现象受到冷却速度，材料成分和热处理工艺等因素的影响。当冷却速度愈快，含碳量和合金成分愈高，冷却过程中在热应力作用下产生的不均匀塑性变形愈大，最后形成的残余应力就愈大。另一方面钢在热处理过程中由于组织的变化即奥氏体向马氏体转变时，因比容的增大会伴随工件体积的膨胀。工件各部位先后相变，造成体积变化不一致而产生组织应力。组织应力变化的最终结果是表层受拉应力心部受压应力，恰好与热应力相反。组织应力的大小与工件在马氏体相变区的冷却速度，形状，材料的化学成分等因素有关。热应力在组织转变以前就已经产生，而组织应力则是在组织转变过程中产生的。在整个冷却过程中，热应力与组织应力综合作用的结果，就是工件中实际存在的应力。这两种应力综合作用的结果是十分复杂的，受着许多因素的影响，如成分、形状、热处理工艺等。就其发展过程来说只有两种类型，即热应力和组织应力，作用相反时二者抵消，作用相同时二者相互迭加。不管是相互抵消还是相互迭加，两个应力应有一个占主导因素，热应力占主导地位时的作用结果是工件心部受拉，表面受压。组织应力占主导地位时的作用结果是工件心部受压表面受拉。在薄板淬火中，钢板冷却引起翘曲变形的诱导因素是不均匀冷却，而影响冷却均匀性的原因很多，在采用同一种冷却方式的前提下，诸如钢板冷却前的板形和表面质量、冷却区长度、上下喷孔水量比、喷孔分布间距、喷孔与板的间距等都对钢板的变形产生不同程度的影响。

国内中厚板淬火主要是针对普通钢板，采用进口的辊式淬火机。

根据淬火钢板规格和种类的不同，淬火可分为两种方式:连续通过淬火或高压低压段间歇式。武钢采用连续式，宝钢采用连续式和间歇式，浦钢采用间歇式。淬火机组需配套建设供水和水处理系统，要求水质纯净、实现自循环，这样钢板淬火均匀。辊式淬火机由上下两组辊道组成，上下两排喷嘴位于辊道之间，钢板高速出炉，连续通过炉后的辊式淬火机组，实现运动中淬火。目前国内武钢、宝钢、舞钢的调质线均由德国LOI热工工程有限公司提供，包括1座辐射管加热无氧化辊底式炉和1台辊压式连续淬火机，可进行钢板的淬火。浦钢采用原美国DREVER公司设备，鞍钢系引进日本住友二手设备。中厚板淬火机德国LOI公司处于技术领先地位。

目前中厚板淬火处理后的平面度在ZOmm/mZ以上，用此设备无约束淬火处理薄板(4mm以下)，，由于水量、喷淬角度等原因会造成淬透性好的装甲板变形剧烈，难以或无法校平。

国内对于低于3mm厚度的钢板淬火，多采用人工出料、淹没冷却方式，淬火变形量最大达到50mm/mZ，淬火后在矫直机上整形，生产效率低，易出现废品，热处理工艺达不到批量生产的要求。