DE102006025241A1 - Method for producing forged steel for highly stressed weapons, tube blanks and a weapon equipped therewith - Google Patents

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Abstract

Es wird vorgeschlagen, eine Veränderung des Rohrmaterials als auch deren Anteile sowie ein aus dem Großkaliber bereits bekanntes, jedoch speziell angepasstes Herstellungsverfahren für Mittelkaliberrohre vorzunehmen. Es wird ein Lauf geschaffen, der nunmehr aus einem NiCrMoV-Stahl/Rohling besteht, welcher als Gussblock vor dem Schmieden im ESU-Verfahren umgeschmolzen wurde und die geschmiedeten Stäbe in einer Flüssigkeitsvergütung vergütet wurden. Dadurch wird ein Lauf für eine Maschinenkanone aufgezeigt, welcher die Qualität/Eigenschaften eines Großkaliberrohres besitzt.It is proposed to make a change in the pipe material as well as their shares as well as an already known from the large caliber, but specially adapted manufacturing process for medium caliber tubes. It creates a run, which now consists of a NiCrMoV steel / blank, which was remelted as a cast block before forging in the ESU process and the forged bars were tempered in a liquid coating. As a result, a barrel for a machine gun is shown, which has the quality / characteristics of a Großkaliberrohres.

Description

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für Kanonenrohrrohlinge für Maschinenkanonen insbesondere im Kaliberbereich 25–50 mm.The The invention relates to a production method for gun barrel blanks for machine guns in particular in the caliber range 25-50 mm.

Standartwerkstoffe für derartig hoch belastete Maschinenkanonen sind warmfeste CrMoV-legierte Vergütungsstähle, wie der bisher gebräuchliche Stahl 32 CrMoV 12-10, Werkstoff-Nr. 1.7765 nach Stahl-Eisen-Liste (Verlag Stahleisen, Düsseldorf) für 30 mm Maschinenkanonen. Dieser Werkstoff erfüllt die Anforderungsmerkmale von hoher Streckgrenze (min. 950 N/mm2) bei hoher Warmfestigkeit bis 450° (min. 550 N/mm2) zur Erreichung einer ausreichend hohen Lebensdauer der Rohre.Standard materials for such highly loaded machine guns are heat-resistant CrMoV-alloyed tempering steels, such as the previously used steel 32 CrMoV 12-10, material no. 1.7765 after Stahl-Eisen-Liste (Verlag Stahleisen, Dusseldorf) for 30 mm machine guns. This material meets the requirements of high yield strength (at least 950 N / mm 2 ) with high heat resistance up to 450 ° (at least 550 N / mm 2 ) to achieve a sufficiently long service life of the pipes.

Im Rahmen der Leistungssteigerung, Qualitätsverbesserung und Erhöhung des Sicherheitsstandards werden auch höhere Anforderungen an den Werkstoff als auch die Güte des Schmiederohlings gestellt. Diese resultieren aus den Entwicklungsmerkmalen wie erhöhte Gasdruckbelastung durch neue Munitionskonzepte, Induzierung von Eigenspannungen durch hydraulisches Aufweiten der Rohrinnenwand zur Verbesserung der Ermüdungslebensdauer, größere Anforderungen an die Zielgenauigkeit infolge erhöhter Mündungsgeschwindigkeiten der neuen Munitionen, gute Verchrombarkeit und Haltbarkeit der Chromschicht beim Beschuss und höheres Sicherheitspotential gegen Sprödbruch im Temperaturbereich –50 bis +80°C.in the Framework of performance improvement, quality improvement and increase of Safety standards are also higher demands on the material as well as the goodness of the forging blank. These result from the development characteristics as increased Gas pressure load through new ammunition concepts, induction of Residual stresses due to hydraulic expansion of the inner wall of the pipe to improve the fatigue life, greater requirements to the accuracy due to increased muzzle velocities new ammunition, good chrome plating and durability of the chrome layer when shelling and higher Safety potential against brittle fracture in Temperature range -50 up to + 80 ° C.

Die eingesetzte Stahl-Güte 32 CrMoV 12-10 hat zwar ein ausreichendes Potential zur Erfüllung der Festigkeitsanforderungen beispielsweise an eine neue 30 mm Maschinenkanone, verfehlen aber die Zielvorgaben bezüglich des geforderten Zähigkeitswertes. Weitere Unzulänglichkeiten des herkömmlichen Werkstoffes sind der geringe Reinheitsgrad bei der offenen Verschmelzung und die ausgeprägte Neigung zur Rohrverkrümmung infolge von Richteinspannung beim Beschuss.The used steel grade 32 CrMoV 12-10 has sufficient potential to fulfill the Strength requirements for example on a new 30 mm machine gun, but miss the targets with respect to the required toughness value. Other shortcomings of the conventional Material is the low degree of purity in the open merger and the pronounced Inclination to tube warping as a result of straightening during shelling.

Aus der DE 101 11 304 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung von Rohren für schwere Geschütze bekannt. Der in unterschiedlichen Zusammensetzungen hergestellte Vergütungsstahl wird gehärtet und angelassen, anschließend gebohrt und dann fertig bearbeitet. Da durch wird erreicht, dass ein Maximum an Geradheit erreicht wird und die so gefertigten Rohre gegenüber herkömmlich gerichteten Rohren qualitativ überlegen sind. Bekanntlich werden jedoch an Großkaliberrohlinge andere Anforderungen gestellt, als an Mittelkaliberrohlinge. Mittelkaliberwaffen sind einer höheren Kadenz ausgesetzt, als Großkaliberwaffen.From the DE 101 11 304 C2 For example, a method for producing heavy gunpipes is known. The tempering steel made in different compositions is hardened and tempered, then drilled and then finish machined. As a result, it is achieved that a maximum of straightness is achieved and the tubes produced in this way are qualitatively superior to conventionally oriented tubes. However, as is well known, requirements are made on large caliber blanks other than medium caliber blanks. Medium caliber weapons are exposed to higher cadence than large caliber weapons.

Auf dieses Verfahren aufbauend stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung für Rohre im Mittelkaliberbereich mit höherer Kadenz sowie ein entsprechendes Rohr aufzuzeigen, das auch den neuen Anforderungen gerecht wird.On Building on this method, the invention has the task a process for the preparation of Pipes in the middle caliber range with higher cadence and a corresponding Show the tube that meets the new requirements.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1, 7 sowie 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgezeigt.Is solved the object by the features of claim 1, 7 and 10. Advantageous Embodiments are shown in the subclaims.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, ähnlich der Rohre des Großkaliberbereiches, eine Veränderung des Rohrmaterials als auch deren Anteile sowie ein aus dem Großkaliber bereits bekanntes, jedoch speziell angepasstes Herstellungsverfahren für Mittelkaliberrohre vorzusehen. Obwohl zu berücksichtigen ist, dass ein Rohr für das Mittelkaliber in funktionalem Gebrauch einer höheren Dauerbelastung ausgesetzt ist, als das bei Großkalibern bekannt ist, fließt bei den weiteren Überlegungen auch die Anforderung an diese Mittelkaliberwaffen mit ein, dass der so genannte Erstschuss einer Mittelkaliber- bzw. Schnellfeuerwaffe in der Praxis die notwendige Treffergenauigkeit erbringen soll. Daher ist bei der Wahl des Rohrmaterials auch zu berücksichtigen, dass das Waffenrohr für Einzelschuss als auch für Hochkadenz auszulegen ist. Entsprechend wird vorgeschlagen, dass das neue zum Tragen kommende Werkstoffkonzept auf Basis eines elektro-schlacke-umgeschmolzen und hängend-rotierend vergüteten NiCrMoV-Stahles zu entwickeln, welches damit sogar dem Stahl den für großkalibrige Waffen bekannten Stahl 35NiCrMoV 12-5, Werkstoff-Nr. 1.6959 weitestgehend entspricht. Dieser Stahl wurde bisher für hochkadent arbeitende Maschinenkanonen insbesondere wegen der hohen Warmfestigkeits-Anforderungen an das Rohr nicht verwendet.Of the Invention is based on the idea, similar to the tubes of the large caliber range, a change the pipe material as well as their shares as well as one from the large caliber already known, but specially adapted manufacturing process for medium caliber tubes provided. Although to be considered is that a tube for the middle caliber in functional use of a higher continuous load is exposed than that of large calibers is known, flows in the further considerations Also, the requirement for these medium caliber weapons with one that the so-called first shot of a medium-caliber or rapid-fire weapon should provide the necessary accuracy in practice. Therefore, when choosing the pipe material, you should also take into account that the gun barrel for Single shot as well Hochkadenz is interpreted. Accordingly, it is suggested that the new material concept based on an electroless slag remelted and hanging-rotating tempered NiCrMoV steel, which even with the steel for large caliber Weapons known steel 35NiCrMoV 12-5, material no. 1.6959 as far as possible equivalent. This steel was previously used for high-caliber machine guns especially because of the high heat resistance requirements for the Tube not used.

Die Praxis hat zudem gezeigt, dass dieser Stahl in modifizierter Form in Verbindung mit erhöhter Vergütungsfestigkeit den geforderten Warmfestigkeitswerten entspricht. Gleichzeitig besitzt dieser neue NiCrMoV-Stahl aufgrund seiner martensitischen Gefügestruktur im Gegensatz zum baintischen CrMoV-Stahl ein deutlich erhöhtes Zähigkeitspotential. Aufgrund der hohen Zähigkeit können die geforderten Sicherheitsanforderungen bis –50°C erfüllt werden.The Practice has also shown that this steel in modified form in conjunction with increased temper resistance corresponds to the required heat resistance values. Simultaneously owns this new NiCrMoV steel due to its martensitic microstructure in contrast to the burgical CrMoV steel a significantly increased toughness potential. Due to the high toughness can the required safety requirements up to -50 ° C are met.

Das mit dem neuen Verfahren hergestellte Rohr zeichnet sich dadurch aus, dass eine höhere Streckgrenze erreicht wird (ca. 1050 N/mm2). Des Weiteren weist das Rohr eine ausreichend hohe Kerbschlag- und Bruchzähigkeit bis –50°C auf und besitzt eine ausreichend hohe Warmfestigkeit bis +50°C. Der hohe Reinheitsgrad (KO-Wert max. ca. 12) ist ein weiterer Vorteil. Die Herstellung des Kanonenrohr-Rohlings erfolgt ohne Richteigenspannungen, d.h., das Vergüten erfolgt ohne nachfolgende Richtoperation.The tube produced by the new method is characterized by the fact that a higher yield strength is achieved (about 1050 N / mm 2 ). Furthermore, the tube has a sufficiently high impact strength and fracture toughness down to -50 ° C and has a sufficiently high heat resistance up to + 50 ° C. The high degree of purity (K O value max 12) is another advantage. The production of the gun barrel blank takes place without direct tensions, ie, the tempering takes place without subsequent straightening operation.

Ein Verfahren zur Herstellung von Kanonenrohr-Rohlingen für Maschinenkanonen im bevorzugten Kaliberbereich zwischen 25–50 mm zeichnet sich durch nachfolgende Zusammensetzung aus:
0,25–0,50,% Kohlenstoff
max. 0,60 % Silizium
mac. 1,00 % Mangan
max. 0,010 % Phosphor
max. 0,010 % Schwefel
1,00–1,40 % Chrom
2,00–4,00 % Nickel
0,30–0,70 % Molybdän
0,10–0,30 Vanadium
max. 0,05 % Aluminium
und Rest aus Eisen und üblichen (unvermeidbaren) Verunreinigungen,
wobei die Rohlinge aus Umschmelzstahl oder aus offen erschmolzenem Stahl mit hohem Reinheitsgrad hergestellt werden.A method of making cannons tube blanks for machine guns in the preferred caliber range between 25-50 mm is characterized by the following composition:
0.25-0.50,% carbon
Max. 0.60% silicon
mac. 1.00% manganese
Max. 0.010% phosphorus
Max. 0.010% sulfur
1.00-1.40% chrome
2,00-4,00% nickel
0.30-0.70% molybdenum
0.10-0.30 vanadium
Max. 0.05% aluminum
and balance of iron and usual (unavoidable) impurities,
the blanks are made of remelted steel or open-cast high purity steel.

Als bevorzugt hat sich folgende Zusammensetzung des Vergütungsstahls erwiesen:
0,30–0,35,% Kohlenstoff
max. 0,40 % Silizium
0,4–0,70 % Mangan
max. 0,005 % Phosphor
max. 0,005 % Schwefel
1,00–1,40 % Chrom
2,50–3,3 % Nickel
0,50–0,60 % Molybdän
0,10–0,20 Vanadium
max. 0,03 % Aluminium
und Rest aus Eisen und üblichen Verunreinigungen.The following composition of the tempering steel has proven to be preferred:
0.30-0.35% carbon
Max. 0.40% silicon
0.4-0.70% manganese
Max. 0.005% phosphorus
Max. 0.005% sulfur
1.00-1.40% chrome
2.50-3.3% nickel
0.50-0.60% molybdenum
0.10-0.20 vanadium
Max. 0.03% aluminum
and balance of iron and usual impurities.

Zur Sicherstellung der hohen Anforderungen an den Reinheitsgrad wird der Stahl bevorzugt im Gusszustand nach dem ESU-Verfahren (Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren) umgeschmolzen. Die damit verbundene hohe Gefüge-Homogenität (durch bessere Seigerung) ist die Basis für das verzugsarme Vergüten, welches mittels Öl- oder Wasserabkühlung in vertikaler Tauchrichtung durchgeführt wird. Die als Stab geschmiedeten Rohlinge werden dabei durch die vertikale Flüssigkeitsvergütung auf Streckgrenzen > 1000 N/mm2 angelassen. Während der Vergütungsbehandlung rotieren die Stäbe permanent um ihre Achse oder werden mechanisch permanent um ihre Achse gedreht. Die mechanische Bearbeitung erfolgt ohne vorherige Richtoperation.To ensure the high purity requirements, the steel is preferably remelted in the cast state by the ESR process (electroslag remelting process). The high microstructural homogeneity associated with this (due to better segregation) is the basis for the low-warpage annealing, which is carried out by means of oil or water cooling in the vertical dip direction. The blanks, forged as a rod, are tempered by the vertical liquid coating to yield strengths> 1000 N / mm 2 . During the tempering treatment, the rods rotate permanently about their axis or are mechanically rotated permanently about their axis. The mechanical processing takes place without prior straightening operation.

Mit dem neuen Stahl für ein Mittelkaliberrohr ist zudem eine bessere Autofrettage möglich (das Rohr wird warmfester – bis 500°C). Dadurch kann das Rohr selbst besser Eigenspannungen aufnehmen, wodurch das Druckaufnahmevermögen des Rohres erhöht wird.With the new steel for a medium caliber tube is also a better Autofrettage possible (the tube will be more heat resistant - until 500 ° C). This allows the pipe itself better absorb residual stresses, which the pressure absorption capacity of the tube increases becomes.

Claims (14)

Verfahren zur Herstellung von Kanonenrohr-Rohlingen für Maschinenkanonen mit – 0,25–0,50,% Kohlenstoff – max. 0,60 % Silizium – mac. 1,00 % Mangan – max. 0,010 % Phosphor – max. 0,010 % Schwefel – 1,00–1,40 % Chrom – 2,00–4,00 % Nickel – 0,30–0,70 % Molybdän – 0,10–0,30 Vanadium – max. 0,05 % Aluminium – und Rest aus Eisen und üblichen Verunreinigungen.Method for producing gun barrel blanks for machine guns With - 0.25-0.50,% carbon - Max. 0.60% silicon - mac. 1.00% manganese - Max. 0.010% phosphorus - Max. 0.010% sulfur - 1.00-1.40% chrome - 2.00-4.00% nickel - 0.30-0.70% molybdenum - 0.10-0.30 vanadium - Max. 0.05 % Aluminum - and Remainder of iron and usual Impurities. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – 0,30–0,35,% Kohlenstoff – max. 0,40 % Silizium – 0,4–0,70 % Mangan – max. 0,005 % Phosphor – max. 0,005 % Schwefel – 1,00–1,40 % Chrom – 2,50–3,3 % Nickel – 0,50–0,60 % Molybdän – 0,10–0,20 Vanadium – max. 0,03 % Aluminium – und Rest aus Eisen und üblichen Verunreinigungen verwendet werden.Method according to claim 1, characterized in that that - 0.30-0.35,% carbon - Max. 0.40% silicon - 0,4-0,70% manganese - Max. 0.005% phosphorus - Max. 0.005% sulfur - 1.00-1.40% chrome - 2.50-3.3% nickel - 0.50 - 0.60% molybdenum - 0.10-0.20 vanadium - Max. 0.03 % Aluminum - and Remainder of iron and usual Impurities are used. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohlinge aus Umschmelzstahl oder aus offen erschmolzenem Stahl mit hohem Reinheitsgrad hergestellt werden.Method according to claim 1 or 2, characterized that the blanks are made of remelted steel or of open melted Steel are manufactured with a high degree of purity. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussblöcke vor dem Schmieden im ESU-Verfahren umgeschmolzen werden.Method according to claim 3, characterized that the cast blocks remelted before forging in the ESU process. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die geschmiedeten Stäbe Flüssigkeitsvergütung, beispielsweise vertikal im Öl- oder Wasser, vergütet werden.Method according to one of claims 3 or 4, characterized that the forged bars Fluid treatment, for example vertically in the oil or water, remunerated become. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stäbe während der Vergütungsbehandlung permanent um ihre Achse rotieren oder mechanisch gedreht werden.Method according to claim 5, characterized in that that the bars while the compensation treatment permanently rotate about its axis or mechanically rotated. Rohling für den Lauf einer Maschinenkanone gekennzeichnet durch einen Vergütungsstahl mit – 0,25–0,50,% Kohlenstoff – max. 0,60 % Silizium – mac. 1,00 % Mangan – max. 0,010 % Phosphor – max. 0,010 % Schwefel – 1,00–1,40 % Chrom – 2,00–4,00 % Nickel – 0,30–0,70 % Molybdän – 0,10–0,30 Vanadium – max. 0,05 % Aluminium – und Rest aus Eisen und üblichen Verunreinigungen als NiCrMoV-Stahl.Blank for the barrel of a machine gun characterized by a tempered steel with - 0.25-0.50,% carbon - max. 0.60% silicon - mac. 1.00% manganese - max. 0.010% phosphorus - max. 0.010% sulfur - 1.00-1.40% chromium - 2.00-4.00% nickel - 0.30-0.70% molybdenum - 0.10-0.30 vanadium - max. 0.05% aluminum - And remainder of iron and usual impurities as NiCrMoV steel. Rohling nach Anspruch 7 gekennzeichnet durch einen Vergütungsstahl mit – 0,30–0,35,% Kohlenstoff – max. 0,40 % Silizium – 0,4–0,70 % Mangan – max. 0,005 % Phosphor – max. 0,005 % Schwefel – 1,00–1,40 % Chrom – 2,50–3,3 % Nickel – 0,50–0,60 % Molybdän – 0,10–0,20 Vanadium – max. 0,03 % Aluminium – und Rest aus Eisen und üblichen Verunreinigungen als NiCrMoV-Stahl.Blank according to claim 7 characterized by a tempering steel With - 0.30-0.35,% carbon - Max. 0.40% silicon - 0,4-0,70% manganese - Max. 0.005% phosphorus - Max. 0.005% sulfur - 1.00-1.40% chrome - 2.50-3.3% nickel - 0.50 - 0.60% molybdenum - 0.10-0.20 vanadium - Max. 0.03 % Aluminum - and Remainder of iron and usual Impurities as NiCrMoV steel. Rohling nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gussblock vor dem Schmieden im ESU-Verfahren umgeschmolzen und die geschmiedeten Stäbe in einer Flüssigkeitsvergütung vergütet werden.Blank according to claim 7 or 8, characterized that the ingot was remelted before forging in the ESU process and the forged bars be reimbursed in a liquid coating. Maschinenkanon mit wenigstens einem Lauf bestehend aus NiCrMoV-Stahl.Machine canon with at least one run made of NiCrMoV steel. Maschinenkanone nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der NiCrMoV-Stahl vor dem Schmieden im ESU-Verfahren umgeschmolzen und die geschmiedeten Stäbe in einer Flüssigkeitsvergütung vergütet sindA machine gun according to claim 10, characterized that the NiCrMoV steel remelted by forging in the ESU process and forged Bars in a liquid remuneration are remunerated Maschinenkanone nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lauf aus einem NiCrMoV-Stahl besteht mit – 0,25–0,50,% Kohlenstoff – max. 0,60 % Silizium – mac. 1,00 % Mangan – max. 0,010 % Phosphor – max. 0,010 % Schwefel – 1,00–1,40 % Chrom – 2,00–4,00 % Nickel – 0,30–0,70 % Molybdän – 0,10–0,30 Vanadium – max. 0,05 % Aluminium – und Rest aus Eisen und üblichen VerunreinigungenA machine gun according to claim 10 or 11, characterized characterized in that the barrel is made of a NiCrMoV steel with - 0.25-0.50,% carbon - Max. 0.60% silicon - mac. 1.00% manganese - Max. 0.010% phosphorus - Max. 0.010% sulfur - 1.00-1.40% chrome - 2.00-4.00% nickel - 0.30-0.70% molybdenum - 0.10-0.30 vanadium - Max. 0.05 % Aluminum - and Remainder of iron and usual impurities Maschinekanone nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Lauf aus einem NiCrMoV-Stahl besteht mit – 0,30–0,35,% Kohlenstoff – max. 0,40 % Silizium – 0,4–0,70 % Mangan – max. 0,005 % Phosphor – max. 0,005 % Schwefel – 1,00–1,40 % Chrom – 2,50–3,3 % Nickel – 0,50–0,60 % Molybdän – 0,10–0,20 Vanadium – max. 0,03 % Aluminium – und Rest aus Eisen und üblichen Verunreinigungen.Machine gun according to one of claims 10 to 12, characterized in that the barrel of a NiCrMoV steel exists with - 0.30-0.35,% carbon - Max. 0.40% silicon - 0,4-0,70% manganese - Max. 0.005% phosphorus - Max. 0.005% sulfur - 1.00-1.40% chrome - 2.50-3.3% nickel - 0.50 - 0.60% molybdenum - 0.10-0.20 vanadium - Max. 0.03 % Aluminum - and Remainder of iron and usual Impurities. Maschinekanone nach einem Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Qualität/Eigenschaften des neuen Rohres dem eines Großkaliberrohres entsprechen.Machine gun according to one of Claims 10 to 13, characterized that the quality / properties of the new pipe that of a large caliber pipe correspond.
DE102006025241A 2006-05-29 2006-05-29 Method for producing forged steel for highly stressed weapons, tube blanks and a weapon equipped therewith Withdrawn DE102006025241A1 (en)

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