DE102006058066B3 - Powder metallurgically produced steel sheet - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung schlägt ein für Beschussanwendungen im Zivilbereich geeignetes Stahlblech, eine bevorzugte Verwendung eines solchen Stahlblechs und einen zu seiner Herstellung geeigneten Weg vor, bei dem vereinfachte Produktionsabläufe mit einer größtmöglichen Fehlerfreiheit des erhaltenen Materials kombiniert sind. Ein erfindungsgemäßes Stahlblech ist zu diesem Zweck aus mindestens zwei Komponenten pulvermetallurgisch hergestellt, wobei die eine Komponente eine Härte von 35-55 HRC und die zweite Komponente eine Härte aufweist, die jeweils größer ist als die Härte der ersten Komponente und dabei im Bereich von 50-75 HRC liegt, wobei mindestens eine der Komponenten eine Stahllegierung ist, die unter folgende Grundzusammensetzung fällt (in Gew.-%): C: <= 0,10%, Si: <= 0,50%, Mn: <= 0,50%, P: <= 0,015%, S: <= 0,015%, Mo: 2,0-8,0%, Ni: 10,0-20,0%, Al: <= 1,0%, Co: 6,0-16,0%, Ti: <= 3,0% Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, - und die andere Komponente entweder ebenfalls eine Stahllegierung, die unter die Grundzusammensetzung fällt, ober eine nicht metallische Verbindung ist, die der Gruppe der Oxidkeramiken oder der Gruppe der nichtoxidischen Hartstoffe angehört.The invention proposes a steel sheet suitable for bombardment applications in the civil sector, a preferred use of such a steel sheet, and a route suitable for its manufacture in which simplified production processes are combined with the greatest possible accuracy of the resulting material. For this purpose, a steel sheet according to the invention is produced by powder metallurgy from at least two components, one component having a hardness of 35-55 HRC and the second component having a hardness which is in each case greater than the hardness of the first component and is in the range of 50.degree. 75 HRC, wherein at least one of the components is a steel alloy which falls under the following basic composition (in% by weight): C: <= 0.10%, Si: <= 0.50%, Mn: <= 0, 50%, P: <= 0.015%, S: <= 0.015%, Mo: 2.0-8.0%, Ni: 10.0-20.0%, Al: <= 1.0%, Co: 6.0-16.0%, Ti: <= 3.0% remainder iron and unavoidable impurities, and - the other component either also a steel alloy falling below the base composition is a non-metallic compound belonging to the group of Oxide ceramics or the group of non-oxidic hard substances heard.
Description
Die Erfindung betrifft ein pulvermetallurgisch hergestelltes Stahlblech, das einen hohen Schutz gegen Beschuss bietet.The The invention relates to a powder metallurgically produced steel sheet, which offers a high protection against fire.
Bleche für Fahrzeugpanzerungen im Zivilbereich werden heute üblicherweise aus legierten Edelstählen hergestellt. Die dazu verwendeten Stähle entstammen vorwiegend dem Bereich der Vergütungsstähle und der martensitaushärtbaren höchstfesten Stähle. Während die aus Vergütungsstählen hergestellten Bleche in der Regel Dicken bis zu 16 mm besitzen, sind Stahlbleche, die aus martensitaushärtbaren höchstfesten Stählen erzeugt sind, üblicherweise bis zu 10 mm dick. Derart große Blechdicken sind erforderlich, um die jeweils geforderte Beschusssicherheit zu gewährleisten.sheets for vehicle armor in the civil sector are becoming common today made of alloyed stainless steels produced. The steels used for this mainly come from the Range of tempered steels and the maraging ultra high strength Steels. While made of tempered steels Sheets usually have thicknesses up to 16 mm, are steel sheets, those made of martensite hardenable ultra high strength toughen are generated, usually up to 10 mm thick. Such a big one Sheet thicknesses are required to meet the required safety against shoveling to ensure.
Die zur Herstellung von Blechen der voranstehend angegebenen Art in der Praxis verwendeten Stähle lassen sich in bekannter Weise über die Route "Hochofen-Konverter" erzeugen.The for the production of sheets of the type indicated above in practice used steels in a known manner about create the route "blast furnace converter".
Martensitaushärtbare höchstfeste Stähle werden demgegenüber vorwiegend durch Erschmelzen im Elektrolichtbogenofen, Abgießen zu Blöcken oder im Strang und nachfolgendem Umschmelzen durch Elektro-Schlacke- Umschmelzen oder Vakuum-Umschmelzen, insbesondere Lichtbogenvakuum-Umschmelzen, gewonnen. Über ein anschließendes Diffusionsglühen und darauf folgendes, ein Schmieden und Walzen in mehreren Stufen umfassendes Warmumformen werden dann aus den umgeschmolzenen Blöcken Bleche gefertigt, die die im Hinblick auf ihre jeweilige Beschussfestigkeit jeweils geforderte Dicke besitzen. Diese liegt typischerweise im Bereich von 2 mm bis 10 mm.Martensitic hardenable high strength steels be in contrast mainly by melting in the electric arc furnace, pouring into blocks or in the strand and subsequent remelting by electro-slag remelting or Vacuum remelting, in particular arc vacuum remelting won. About one then diffusion annealing and then, forging and rolling in several stages extensive hot stamping is then made from the remelted blocks sheets manufactured, which in terms of their respective bullet resistance each required thickness. This is typically in the Range from 2 mm to 10 mm.
Auch wenn die martensitaushärtbaren Stähle bei geringem Gewicht eine gegenüber den konventionell hergestellten Vergütungsstählen deutlich verbesserte Beschusssicherheit gewährleisten, besteht ein wesentlicher Nachteil von in der voranstehend beschriebenen Weise aus martensitaushärtbaren Stählen gewonnenen Blechen darin, dass die so erhaltenen Monobleche, d. h. schmelzmetallurgisch aus einem einzigen Werkstoff erzeugte Bleche, trotz der Umschmelzung im Elektro-Schlacke-Umschmelzofen häufig erstarrungsbedingte Materialfehler aufweisen.Also if the martensite hardenable steels at low weight one opposite The conventionally manufactured tempering steel significantly improved safety against shelling guarantee, There is a significant disadvantage of the above-described Way of martensit-hardenable toughen obtained sheets in that the monoble sheets thus obtained, d. H. metallurgically produced from a single material sheets, despite the remelting in the electric slag remelting furnace often caused by solidification Have material defects.
Diese Fehler führen dazu, dass martensitaushärtbare Bleche trotz ihrer hohen Festigkeit die jeweils geforderte Sicherheit gegen das Durchdringen von Projektilen nicht erfüllen. Daher ist es im praktischen Einsatz üblich, zum Schutz von Karosserien eingesetzte, aus martensitaushärtbaren Stählen bestehende Blechelemente beispielsweise mehrschichtig mit einem mit Neopren gebundenen Aramidgewebe zu beschichten, um im Fall eines durch das jeweilige Blechelement dringenden Beschusses die in den Innenraum der Karosse gelangenden Projektile oder durch den Aufprall des Projektils von dem Blechelement absplitternde Bruchstücke aufzufangen.These Cause mistakes that martensitic curable Sheet metal, despite its high strength, the required safety against the penetration of projectiles do not meet. Therefore, it is practical Use common, martensit-hardenable, used for the protection of bodywork toughen Existing sheet metal elements, for example, multi-layered with a To coat with neoprene bound Aramid fabric, in the case of a by the respective sheet metal element urgent shelling in the Interior of the body getting projectiles or by the impact the projectile of the sheet metal element chipping fragments.
Neben diesem Nachteil ist der mit der Herstellung von zur Sicherung gegen Beschuss eingesetzten, aus martensitaushärtbaren Stählen erzeugten Blechen aufgrund der vielen bei ihrer Herstellung zu absolvierenden Arbeitsschritte aufwändig und teuer.Next This disadvantage is the with the production of security against Shelling used due to martensitaushärtbaren steels the many steps to be taken in their production costly and expensive.
Neben
dem voranstehend zusammengefassten Weg der Herstellung und Verarbeitung
martensitaushärtbarer
Stähle
ist es beispielsweise aus der
Ein
unmittelbar für
die Verwendung "Schutz
von Fahrzeugen" bestimmter
Verbundstahl ist aus der
Ein
anderes ebenfalls für
den Schutz gegen Beschuss bestimmtes Verbundstahlblech ist aus der
Vor dem Hintergrund des voranstehend zusammengefassten Standes der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, ein für Beschussanwendungen im Zivilbereich geeignetes Stahlblech anzugeben, bei dem eine vereinfachte Herstellbarkeit mit einer größtmöglichen Fehlerfreiheit des erhaltenen Materials kombiniert sind.In front Background of the prior art summarized above It was the object of the invention, one for bombardment applications in the civil sector specify suitable steel sheet, in which a simplified manufacturability with the largest possible Accuracy of the resulting material are combined.
Diese Aufgabe ist dadurch gelöst worden, dass ein Stahlblech erfindungsgemäß aus mindestens zwei Komponenten pulvermetallurgisch hergestellt ist, wobei die eine Komponente eine Härte von 35–55 HRC und die zweite Komponente eine Härte aufweist, die jeweils größer ist als die Härte der ersten Komponente und dabei im Bereich von 50–75 HRC liegt, wobei mindestens eine der Komponenten eine Stahllegierung ist, die unter folgende Grundzusammensetzung fällt (in Gew.-%) bis zu 0,10% C, bis zu 0,50% Si, bis zu 0,50% Mn, bis zu 0,015% P, bis zu 0,015% S, 2,0–8,0% Mo, 10,0–20,0% Ni, bis zu 1,0% Al, 6,0–6,0% Co, bis zu 3,0% Ti, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, und die andere Komponente entweder ebenfalls eine Stahllegierung, die unter die Grundzusammensetzung fällt, oder eine nicht metallische Verbindung ist, die der Gruppe der Oxidkeramiken oder der Gruppe nichtoxidischen Hartstoffe angehört.These Task is solved has been that a steel sheet according to the invention of at least two components powder metallurgically produced, wherein the one component a Hardness of 35-55 HRC and the second component has a hardness which is greater in each case as the hardness the first component and in the range of 50-75 HRC wherein at least one of the components is a steel alloy which falls under the following basic composition (in% by weight) up to 0.10% C, up to 0.50% Si, up to 0.50% Mn, up to 0.015% P, up to 0.015% S, 2.0-8.0% Mo, 10.0-20.0% Ni, up to 1.0% Al, 6.0-6.0% Co, up to 3.0% Ti, balance iron and unavoidable impurities, and the other component either also a steel alloy, which falls under the basic composition, or a non-metallic one Compound is that of the group of oxide ceramics or the group belongs to non-oxidic hard substances.
Für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Stahlblechs eignet sich insbesondere ein Verfahren zum pulvermetallurgischen Herstellen eines Stahlblechs, das aus mindestens zwei Komponenten besteht, von denen im fertigen Stahlblech die eine Komponente jeweils eine größere Härte als die zweite Komponente aufweist, gelöst worden, wobei dieses Verfahren folgende Arbeitsschritte umfasst:
- – Einbringen von zwei pulverförmig mit einem Teilchendurchmesser von höchstens 500 μm vorliegenden Komponenten, von denen mindestens eine unter die Grundzusammensetzung (in Gew.-%) bis zu 0,10% C, bis zu 0,50% Si, bis zu 0,50% Mn, bis zu 0,015% P, bis zu 0,015% S, 2,0–8,0% Mo, 10,0–20,0% Ni, bis zu 1,0% Al, 6,0–16,0% Co, bis zu 3,0% Ti, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, fällt und die zweite entweder ebenfalls unter die Grundzusammensetzung fällt oder der Gruppe der Oxidkeramiken oder der nichtoxidischen Hartstoffe angehört, in ein Presswerkzeug, wobei der Volumenanteil der Komponente, die im fertigen Stahlblech eine höhere Härte aufweist, größer ist als der Volumenanteil der Komponente, die im fertigen Stahlblech eine geringere Härte besitzt,
- – heißisostatisches Pressen der Komponenten in dem Presswerkzeug zu einem Block,
- – Walzen des Blocks zu einem Stahlblech,
- – Wärmebehandeln des Stahlblechs, so dass seine jeweils härtere Komponente Härtewerte im Bereich von 50–75 HRC und seine jeweils weichere Komponente Härtewerte von 35–55 HRC erreicht.
- Introducing two components in powder form having a particle diameter of at most 500 μm, of which at least one of the base composition (in% by weight) up to 0.10% C, up to 0.50% Si, up to 0.50 % Mn, up to 0.015% P, up to 0.015% S, 2.0-8.0% Mo, 10.0-20.0% Ni, up to 1.0% Al, 6.0-16.0 % Co, up to 3.0% Ti, remainder iron and unavoidable impurities, and the second either also falls under the base composition or belongs to the group of oxide ceramics or non-oxide hard materials, into a compression mold, wherein the volume fraction of the component contained in the finished steel sheet has a higher hardness, is greater than the volume fraction of the component, which has a lower hardness in the finished steel sheet,
- Hot isostatic pressing of the components in the pressing tool into a block,
- Rolling the block into a steel sheet,
- - Heat treating the steel sheet so that its harder component reaches hardness values in the range of 50-75 HRC and its softer component hardness values of 35-55 HRC.
Mit der Erfindung steht ein Stahlblech mit einem mindestens zweiphasigen oder zweischichtigen Gefüge zur Verfügung, das bei Geschossenergien von 3200 J und mehr Sicherheit gegen ein Durchdringen des Projektils bietet. Nach Önorm S1314, Österreichisches Normungsinstitut Wien, 2003, erreicht es damit die Beschusssicherheitsklasse PM7. Dabei ist ein erfindungsgemäß beschaffenes Blech in der Lage, auch zukünftig verschärften Bedingungen, wie z. B. Beschuss mit Dragonov und einer Geschossenergie von 4000 J, ohne Durchschüsse in den Innenraum standzuhalten.With The invention is a steel sheet with at least two-phase or two-layered structure to disposal, that at projectile energies of 3200 yards and more security against one Penetration of the projectile offers. After Önorm S1314, Austrian Standardization Institute Vienna, 2003, it achieves the bulletproofing class PM7. Here is an inventively procured Sheet metal able to withstand even more stringent conditions in the future, such as B. Shelling with Dragonov and a projectile energy of 4000 Y, without bullets to withstand the interior.
Zu diesem Zweck sind gemäß einer ersten Variante der Erfindung bei einem erfindungsgemäßen Blech martensitaushärtbare höherfeste Stähle miteinander kombiniert, die unter eine gemeinsame Grundzusammensetzung fallen. Durch Variation der Legierungsgehalte, welche an der Aushärtung beteiligt sind, insbesondere des Mo-, Co- und/oder Ti-Gehaltes, werden aus der Grundanalyse jeweils zwei Stähle ausgewählt, von denen der erste legierungsbedingt oder durch eine entsprechende Behandlung im Zuge der Erzeugung auf eine Härtelage von 35 bis 55 HRC gebracht wird, während der zweite legierungsbedingt oder durch eine entsprechende Behandlung im Zuge der Erzeugung des erfindungsgemäßen Blechs eine Härtelage von 50 bis 75 HRC erreicht.For this purpose, according to a first variant of the invention in an inventive Sheet metal martensitaushärtbare high-strength steels combined, which fall under a common basic composition. By varying the alloy contents, which are involved in the curing, in particular the Mo, Co and / or Ti content, two steels are selected from the basic analysis, of which the first by alloying or by a corresponding treatment in the course of production a hardness of 35 to 55 HRC is brought, while the second alloyed or achieved by a corresponding treatment in the course of the production of the sheet according to the invention a hardness of 50 to 75 HRC.
Gemäß einer zweiten Variante wird ein unter die Grundzusammensetzung fallender Stahl mit einer nicht metallischen Komponente verbunden, wobei auch in diesem Fall die miteinander kombinierten Partner so ausgewählt werden, dass die eine Komponente eine geringere und die andere Komponente eine höhere Härte aufweist.According to one second variant is one falling under the basic composition Steel connected to a non-metallic component, as well in this case, the combined partners are selected so that one component has a lower and the other component has a higher hardness.
Handelt es sich bei beiden Komponenten um unter die Grundzusammensetzung fallende Metalllegierungen, so kann deren Härte beispielsweise über den jeweiligen Gehalt an Ti und/oder Co eingestellt werden. Mit zunehmenden Ti- und/oder Co-Gehalten wird die Härte der jeweiligen Komponente erhöht. Dementsprechend liegt bei verminderten Ti- und/oder Co-Gehalten eine niedrigere Härte vor.These both components are below the basic composition Falling metal alloys, so their hardness can for example on the respective content of Ti and / or Co can be adjusted. With increasing Ti and / or Co contents becomes the hardness the respective component increases. Accordingly, there are reduced Ti and / or Co contents a lower hardness in front.
Weiter gesteigert werden kann die Beschusssicherheit eines erfindungsgemäßen Blechs dadurch, dass zwei unter die Grundzusammensetzung fallende Komponenten miteinander kombiniert sind, von denen die eine eine jeweils in den unteren Härtebereich fallende Härte und die andere eine jeweils höhere, in den oberen Härtebereich fallende Härte aufweist, und dass mit diesen Komponenten zusätzlich eine dritte Komponente verbunden ist, die der Gruppe der Oxidkeramiken oder der Gruppe der nichtoxidischen Hartstoffe angehört.Further can increase the safety of a sheet according to the invention in that two components falling within the basic composition are combined with each other, one of which is a in each case the lower hardness range falling hardness and the other one each higher, in the upper hardness range falling hardness and that with these components additionally a third component connected to the group of oxide ceramics or the group belongs to non-oxidic hard substances.
Wenn hier von der Gruppe der Oxidkeramiken oder der nichtoxidischen Hartstoffe, wie Carbide oder Nitride, die Rede ist, so sind als typische Beispiele für die Mitglieder dieser Gruppen Al2O3, B4C, SiC, TiC, ZrC, VC, NbC, WC, W2C, Mo2C, V2C, BN, Si3N4, NbN oder TiN zu nennen.When referring to the group of oxide ceramics or non-oxide hard materials such as carbides or nitrides, typical examples of the members of these groups include Al 2 O 3 , B 4 C, SiC, TiC, ZrC, VC, NbC, WC, W 2 C, Mo 2 C, V 2 C, BN, Si 3 N 4 , NbN or TiN.
Aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften eignen sich erfindungsgemäße Stahlbleche besonders zur Herstellung von gegen Beschuss schützenden Bauelementen.by virtue of their special properties are suitable steel sheets according to the invention especially for the production of anti-bullet components.
Unabhängig davon, welche der verschiedenen von der Erfindung umfassten Varianten gewählt wird, erspart der durch die Erfindung ermöglichte Weg der Herstellung von beschusssicheren Stahlblechen die im Stand der Technik stets notwendigen, zeit- und kostenintensiven sowie vom Produktionsablauf her problematischen Schritte. So ist bei erfindungsgemäßer Herstellweise kein Elektro-Schlacke- oder Vakuum-Umschmelzen mehr erforderlich. Auch entfallen Diffusionsglühen, Vorverformen durch Schmieden und Vorwalzen.Independently of, which of the various variants encompassed by the invention is selected saves which enabled by the invention Way of producing bulletproof steel sheets in the state the technology always necessary, time-consuming and costly as well From the production process problematic steps. Thus, in the case of inventive preparation no electric slag or vacuum remelting more required. Also eliminates diffusion annealing, pre-forming by forging and roughing.
Zudem ist es über die hohe Homogenität und Reinheit der verwendeten Pulver sowie über die gezielt einstellbaren Korngrößen von erfindungsgemäßen Blechen möglich, ein besonders günstiges Gefüge einzustellen, welches die Beschussfestigkeit erhöht.moreover is it over the high homogeneity and purity of the powder used and on the specifically adjustable Grain sizes of sheets according to the invention possible, a very cheap structure adjust, which increases the bullet resistance.
Die erfindungsgemäß miteinander kombinierten Komponenten können getrennt voneinander schichtweise oder gemeinsam als Mischung in das jeweilige Pressformwerkzeug eingebracht werden. Die Vorteile des Einbringens einer Pulvermischung liegen darin, dass die beiden verschiedenen Legierungen sehr homogen und seigerungsfrei ineinander verteilt sind. Dies hat z. B. einen positiven Einfluss auf die bei einer Wärmebehandlung auftretenden Verzöge. Ein derart homogen zusammengesetztes Material zeigt daher ebenso eine sehr gute Isotropie der mechanischen Eigenschaften. Ein weiterer Vorteil der Einbringung der Komponenten als Mischung ist es, dass zusätzlich keramische Hartstoffe in ähnlich homogener Verteilung eingemischt werden können, was bei der schmelzmetallurgischen Herstellung grundsätzlich nicht möglich ist.The in accordance with the invention combined components can separated from each other in layers or together as a mixture in the respective press tool be introduced. The advantages of Introducing a powder mixture is that the two different Alloys are very homogeneously distributed without segregation are. This has z. B. a positive influence on the one at heat treatment occurring delays. Therefore, such a homogeneous composite material also shows one very good isotropy of the mechanical properties. Another Advantage of the incorporation of the components as a mixture is that additionally ceramic hard materials in similar homogeneous distribution can be mixed, resulting in the melt metallurgical Production basically not possible is.
Die Schichtung des Pulvers erlaubt dagegen das sehr einfache Herstellen von zweifach- oder mehrfachschichtigen Blechen, wobei sich die auf diese Weise erhaltenen mehrschichtig ausgebildeten Bleche grundsätzlich von den bisher üblichen walzplattierten oder sprengplattierten Blechen unterscheiden. Bei diesen im Stand der Technik weit verbreiteten, mehrlagig ausgebildeten Blechen müssen die einzelnen Lagen mühsam nach einer mechanischen Bearbeitung durch Zusammenschweißen oder Sprengen sowie Walzen miteinander verbunden werden. Bei derartigen bekannten Blechen ist trotz des hohen Aufwandes, den man bei der Fertigung betreiben muss, die Grenzschicht zwischen den beiden verbundenen Blechen oftmals nicht fehlerfrei. Dort können Oxide und andere Fremdpartikel vorhanden sein, die die Anbindung der Schichten aneinander beeinträchtigen. Bei einem Beschuss lösen sich an diesen Stellen die beiden Bleche voneinander, was zu einem Nichtbestehen des Beschusstestes führt. Demgegenüber erlaubt die Erfindung eine Schichtung der pulverförmig vorliegenden Komponenten, die schneller und einfacher durchzuführen ist und bei der der Einfluss von Fremdpartikeln praktisch ausgeschlossen werden kann. Dabei fließen beim Schichten die einzelnen Pulverkörner sanft ineinander, wodurch keine starre Grenzschicht zwischen den Stählen mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung entsteht, sondern ein fließender Übergang, durch den die dauerhaft feste Verklammerung der Schichten gewährleistet ist. Diese Art der Verbindung der beiden Schichten ist fehlerfrei über den gesamten Querschnitt des hergestellten Blockes möglich. Dementsprechend ist bei erfindungsgemäß geschichtet ausgebildeten Blechen eine besonders sichere Verbindung zwischen den Schichten auch bei Einwirken von hohen Schussenergien gewährleistet.On the other hand, the layering of the powder allows very simple production of double-layered or multi-layered metal sheets, with the multi-layered metal sheets obtained in this way fundamentally differing from the previously customary roll-bonded or blast-plated metal sheets. In these widely used in the prior art, multi-layered sheets, the individual layers must be laboriously connected to each other after mechanical machining by welding together or blasting and rolling. In such known sheets despite the high cost, which one must operate in the production, the boundary layer between the two joined sheets often not faultless. There may be oxides and other foreign particles that interfere with the bonding of the layers together. In a bombardment, the two plates are detached from one another at these points, which leads to a failure of the bombardment test. In contrast, the invention allows a layering of the components present in powder form, which is faster and easier to carry out and in which the influence of foreign particles can be virtually ruled out. In the process, the individual powder grains flow gently into one another, whereby a rigid boundary layer between the steels with different chemical composition does not form, but a flowing transition, which ensures the permanently fixed clamping of the layers. This type of connection of the two layers is possible without errors over the entire cross section of the block produced. Accordingly, in accordance with the invention stratified trained sheets a particularly secure connection between the layers is ensured even when exposed to high energy shot.
Eine verfahrenssichere Einstellung der Eigenschaften erfindungsgemäßer Bleche lässt sich dadurch erreichen, dass der nach dem heißisostatischen Pressen erhaltene Block in Platinen zersägt wird, dass die Platinen auf eine Temperatur von mehr als 1100°C erwärmt und zu Sturzen, d. h. gewalzten Zwischenprodukten, deren Geometrie noch nicht den Blechabmessungen entspricht, warmgewalzt werden, wonach die Sturzen ausgehend von einer mehr als 1000°C betragenden Temperatur abgekühlt werden. Anschließend erfolgt die Weiterverarbeitung der Sturzen dann in zwei Stufen. In der ersten Stufe dieser Verarbeitung werden die Sturzen zunächst auf mehr als 800°C wiedererwärmt und anschließend bei einer mehr als 800°C betragenden Temperatur zu einem Blech gewalzt.A process-safe adjustment of the properties of inventive sheets let yourself achieve that obtained after hot isostatic pressing Sawed into blocks is that the boards heated to a temperature of more than 1100 ° C and to fall, d. H. rolled intermediates whose geometry is still does not correspond to the sheet dimensions, are hot rolled, after which the falls are cooled starting from a temperature exceeding 1000 ° C. Subsequently The further processing of the falls then takes place in two stages. In the first stage of this processing, the falls begin first more than 800 ° C reheated and subsequently at more than 800 ° C tempering temperature rolled into a sheet.
Optimierte Eigenschaften des erhaltenen Bleches stellen sich dabei dann ein, wenn die Sturzen im Zuge ihrer in der ersten Stufe ihrer Verarbeitung durchgeführten Wiedererwärmung auf eine Temperatur von 820–920°C erwärmt werden.optimized Characteristics of the obtained sheet then adjust, when the falls in their wake in the first stage of their processing conducted reheating be heated to a temperature of 820-920 ° C.
In der zweiten Stufe der Verarbeitung werden die nach der ersten Stufe erhaltenen Bleche bei einer weniger als 820°C betragenden Temperatur auf Enddicke gewalzt. Das Walzen in der zweiten Stufe der Verarbeitung der Sturzen wird dabei in Form einer thermomechanischen Behandlung durchgeführt. Auf diese Weise wird ein fertig warmgewalztes Blech mit optimiertem, sehr feinkörnigem Gefüge erhalten, das eine besonders hohe Sicherheit gegen Durchschuss gewährleistet. Diese optimierte Sicherheit ist insbesondere dann gegeben, wenn die Parameter beim in der zweiten Stufe der Verarbeitung durchgeführten Warmwalzen so gewählt werden, dass sich in dem erhaltenen Blech ein Gefüge mit äquiaxialen Körnern einstellt.In the second stage of processing will be after the first stage obtained sheets at a temperature less than 820 ° C on Rolled final thickness. Rolling in the second stage of processing The fall is in the form of a thermomechanical treatment carried out. In this way, a finished hot-rolled sheet with optimized, very fine-grained structure obtained, which ensures a particularly high security against penetration. This optimized security is especially given when the parameters in the hot rolling carried out in the second stage of the processing so chosen be that in the obtained sheet a structure with equiaxial grains established.
Zusätzlich unterstützt werden kann die Ausprägung der gewünscht unterschiedlichen Härteeigenschaften der Komponenten eines erfindungsgemäßen Stahlblechs dadurch, dass die Sturzen im Zuge ihrer Abkühlung in Wasser abgeschreckt werden.Additionally supported can the expression the desired different hardness properties the components of a steel sheet according to the invention characterized in that the falls in the course of their cooling quenched in water.
Ein wesentlicher Schritt des erfindungsgemäß angewendeten Verfahrens besteht in der Wärmebehandlung. Durch diese wird die Härte der mindestens zwei unterschiedlichen Komponenten des Stahlblechs eingestellt. Praktische Versuche haben in diesem Zusammenhang ergeben, dass sich eine optimale Härteverteilung dann einstellt, wenn das Stahlblech bzw. ein aus dem Stahlblech gefertigtes Produkt bei einer Temperatur von 400–550°C für mindestens 60 Minuten ausgelagert wird.One essential step of the method used according to the invention in the heat treatment. This is the hardness set the at least two different components of the steel sheet. Practical experiments have shown in this context that an optimal hardness distribution then adjusts when the steel sheet or one of the steel sheet finished product at a temperature of 400-550 ° C for at least 60 minutes outsourced becomes.
Im Hinblick darauf, dass das erfindungsgemäße Stahlblech nach der Wärmebehandlung eine hohe Härte besitzt, ist es in solchen Fällen, in denen aus dem Stahlblech ein Bauteil geformt werden soll, günstig, wenn die Fertigung eines solchen Bauteils nach dem Warmwalzen, jedoch vor der Wärmebehandlung erfolgt. Nach dem Warmwalzen weist das erfindungsgemäß erzeugte Blech einen noch weichen Zustand auf, in dem es sich beispielsweise problemlos kalt umformen lässt. So lässt sich ein erfindungsgemäß warmgewalztes Blech beispielsweise leicht zu einem Bauteil biegen, während dies im wärmebehandelten Zustand nur noch schwer möglich ist.in the Considering that the steel sheet according to the invention after the heat treatment a high hardness it is, in such cases, in which a component is to be formed from the steel sheet, favorable if the manufacture of such a component after hot rolling, however before the heat treatment he follows. After hot rolling, the invention produced Sheet metal on a still soft state in which it is, for example easy cold forming. So lets a hot-rolled sheet according to the invention for example, easily bend to a component while heat-treated Condition only with difficulty possible is.
Um die Verformbarkeit des erfindungsgemäß warmgewalzten Stahlblechs zusätzlich zu erhöhen, kann nach dem Warmwalzen und vor der Fertigung des Bauteils lösungsgeglüht werden. Optimale Ergebnisse dieses Lösungsglühens ergeben sich dabei dann, wenn das Stahlblech im Zuge des Lösungsglühens über mindestens eine Stunde bei einer Temperatur von 800–1000°C gehalten wird.Around the deformability of the hot-rolled steel sheet according to the invention additionally to increase, can be solution annealed after hot rolling and before the component is manufactured. To give optimal results of this solution annealing this case, when the steel sheet in the course of Lösungsglühens over at least is held for one hour at a temperature of 800-1000 ° C.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.following The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment.
Zur Herstellung von erfindungsgemäßen Stahlblechen ist ein erstes Stahlpulver mit einer durchschnittlichen Korngröße von 170–240 μm bereitgestellt worden, das neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) 0,02% C, 0,05% Si, 0,06% Mn, 0,009% P, 0,004% S, 4,94% Mo, 18,26% Ni, 0,15% Al, 9,11% Co, 0,42% Ti enthielt und legierungsbedingt eine durch geeignete Wärmebehandlung maximal erzielbare Härte von 50 HRC% aufwies.For the production of steel sheets according to the invention, a first steel powder having an average particle size of 170-240 μm has been prepared which, in addition to iron and unavoidable impurities (in% by weight) 0.02% C, 0.05% Si, 0.06% Mn, 0.009% P, 0.004% S, 4.94% Mo, 18.26% Ni, 0.15% Al, 9.11% Co, 0.42% Ti and alloy-containing a maximum achievable by suitable heat treatment Här te of 50 HRC%.
Genauso ist ein zweites Stahlpulver mit einer durchschnittlichen Korngröße von 130–210 μm bereitgestellt worden, das neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) 0,03% C, 0,08% Si, 0,10% Mn, 0,008% P, 0,002% S, 5,01% Mo, 17,94% Ni, 0,22% Al, 13,15% Co und 1,76% Ti enthielt und legierungsbedingt bei geeigneter Wärmebehandlung eine maximal erzielbare Härte von 62 HRC% besaß.Just like that a second steel powder having an average particle size of 130-210 μm is provided which, in addition to iron and unavoidable impurities (in % By weight) 0.03% C, 0.08% Si, 0.10% Mn, 0.008% P, 0.002% S, 5.01% Mo, 17.94% Ni, 0.22% Al, 13.15% Co and 1.76% Ti and alloyed with suitable heat treatment a maximum achievable hardness of 62 HRC%.
Für einen ersten Versuch ist aus dem ersten und dem zweiten Stahlpulver eine Mischung hergestellt worden, die zu 65 Vol.-% aus dem Stahlpulver mit dem höheren Härtepotenzial und zu 35 Vol.-% aus dem Stahlpulver mit einem niedrigeren Härtepotenzial bestand.For one first try is from the first and the second steel powder one Mixture made up to 65 vol .-% of the steel powder with the higher one hardness potential and to 35% by volume of the steel powder having a lower hardness potential duration.
Die so zusammengesetzte Mischung ist in ein Pressformwerkzeug eingefüllt worden, in dem sie bei einer Temperatur von 1150°C und einem Druck von 1000 bar zu einem Block verpresst worden ist. Der erhaltene Block ist anschließend zu Platinen zersägt worden, die auf eine Temperatur von 1240°C erwärmt und anschließend zu Sturzen warmgewalzt worden sind. Die 1050°C heißen Sturzen sind dann auf eine Temperatur von 100°C abgeschreckt worden. Anschließend sind die Sturzen in zwei Stufen zu warmgewalztem Blech verarbeitet worden. Im Zuge der ersten Stufe dieser Verarbeitung sind die Sturzen auf eine Temperatur von 910°C wiedererwärmt und ausgehend von dieser Temperatur warmgewalzt worden. Anschließend sind die Bleche bei einer weniger als 820°C betragenden Temperatur ein zweites Mal auf eine Enddicke von 8,7 mm so warmgewalzt worden, dass die erhaltenen warmgewalzten Bleche jeweils ein Gefüge mit äquiaxial ausgebildeten Körner aufwiesen. Sofern aus dem Blech ein Bauteil geformt werden soll, das beispielsweise als Panzerung in einer PKW-Türe eingesetzt werden soll, so würde es in der Praxis an dieser Stelle aus dem warmgewalzten, noch nicht gehärteten Blech kaltgeformt werden. Daran anschließend oder, wie beim hier beschriebenen Testbetrieb, unmittelbar im Anschluss an das zweite Warmwalzen sind die warmgewalzten Bleche bei einer Temperatur von 480°C für 8 Stunden ausgelagert worden, um die Härte der beiden Komponenten einzustellen.The such compound mixture has been poured into a mold, in which they at a temperature of 1150 ° C and a pressure of 1000 bar has been pressed into a block. The resulting block is then closed Sheets sawed which is heated to a temperature of 1240 ° C and then to Storms have been hot rolled. The 1050 ° C hot falls are then on one Temperature of 100 ° C been deterred. Subsequently The falls are processed in two stages to hot-rolled sheet metal Service. In the course of the first stage of this processing are the falls reheated to a temperature of 910 ° C and hot rolled from this temperature. Then are the sheets are at a temperature lower than 820 ° C second hot rolled to a final thickness of 8.7 mm, that the obtained hot-rolled sheets each have a structure with equiaxial trained grains exhibited. If a component is to be formed from the sheet, that should be used as armor in a car door, for example, so would in practice at this point from the hot rolled, not yet hardened Sheet cold formed. Then, or as described here Test operation, immediately following the second hot rolling are the hot-rolled sheets at a temperature of 480 ° C for 8 hours has been outsourced to the hardness to adjust the two components.
Das so erhaltene Stahlblech wies eine Mischhärte von 58,5 HRC auf. Mit einer aus diesem Stahlblech entnommenen Probe sind im Beschusskanal neun Beschussversuche durchgeführt worden, deren Ergebnisse in Tabelle 1 zusammengefasst sind. Bei den Versuchen betrug der Abstand zwischen der Mündung der Waffe und der Probe bei einem Auftreffwinkel von 90° jeweils 10 m. Es konnte bei jedem der Treffer eine leichte Beulenbildung auf der Rückseite festgestellt werden, ohne dass es zur Entstehung von Rissen kam.The The steel sheet obtained had a mixed hardness of 58.5 HRC. With a The sample taken from this steel sheet is nine in the firing channel Bombardment tests carried out whose results are summarized in Table 1. at the experiments were the distance between the mouth of the weapon and the sample at an impact angle of 90 ° respectively 10 m. It could with each of the hits a slight bump formation on the back side be detected without causing cracks.
Für einen zweiten Versuch ist in das Pressformwerkzeug zunächst eine erste Pulverschicht eingebracht worden, die aus dem ersten, ein geringeres Härtepotenzial besitzenden Pulver bestand. Auf diese erste Schicht ist eine zweite Pulverschicht aufgetragen worden, die aus dem zweiten, ein höheres Härtepotenzial besitzenden Stahlpulver bestand. Der Anteil des Pulvers mit dem geringeren Härtepotenzial an der in das Pressformwerkzeug geschichteten Pulvergesamtmenge betrug 33 Vol.-%, während der Anteil des Pulvers mit dem höheren Härtepotenzial bei 66 Vol.-% lag.For one The second attempt is in the mold first a first powder layer introduced, which from the first, a lower hardness potential owning powder. On this first layer is a second Powder layer has been applied, which from the second, a higher hardness potential possessing Steel powder existed. The proportion of the powder with the lower hardness potential on the total powder amount stacked in the die was 33% by volume while the proportion of the powder with the higher hardness potential at 66% by volume.
Die in das Pressformwerkzeug geschichtete Pulvergesamtmenge ist anschließend bei einer Temperatur von 1150°C und einem Druck von 1000 bar zu einem Block verpresst worden. Der erhaltene Block ist dann wiederum zu Platinen zersägt worden, die auf eine Temperatur von 1240°C erwärmt und anschließend zu Sturzen warmgewalzt worden sind. Die 1050°C heißen Sturzen sind daraufhin bis zu einer Temperatur von 120°C abgeschreckt worden. Anschließend sind die Sturzen in einer ersten Stufe ihrer Weiterverarbeitung auf eine Temperatur von 910°C wiedererwärmt und ausgehend von dieser Temperatur im ersten Schritt warmgewalzt worden. In der zweiten Stufe der Verarbeitung der Sturzen ist das nach dem ersten Warmwalzen jeweils erhaltene Blech bei weniger als 820°C betragenden Walztemperaturen zu einem Stahlblech mit einer Enddicke von 8,6 mm und äquiaxial ausgebildeten Körnern fertig warmgewalzt worden. Im Anschluss an das Warmwalzen ist das so erhaltene Stahlblech bei einer Temperatur von 480°C für 8 Stunden ausgelagert worden, wobei unter den in der Praxis geltenden Bedingungen auch in diesem Fall vor der Auslagerung das warmgewalzte Blech zu einem Bauteil umgeformt würde, wenn dies gewünscht wäre.The in the press mold layered total powder amount is then at a temperature of 1150 ° C and pressed to a block of 1000 bar. Of the the block obtained has then again been sawed into blanks, at a temperature of 1240 ° C heated and subsequently have been hot rolled to falls. The 1050 ° C hot falls are thereupon quenched to a temperature of 120 ° C Service. Subsequently are the falls in a first stage of their further processing to a temperature of 910 ° C reheated and hot rolled from this temperature in the first step. In the second stage of the processing of the falls is after the first hot rolling respectively obtained sheet at less than 820 ° C amounts Rolling temperatures to a steel sheet with a final thickness of 8.6 mm and equiaxial trained grains finished hot rolled. After the hot rolling is the thus obtained steel sheet at a temperature of 480 ° C for 8 hours outsourced, taking under the conditions prevailing in practice Also in this case before the removal of the hot-rolled sheet to a component would be transformed, if desired would.
Das so erhaltene Stahlblech wies auf seiner einen durch das Pulver mit dem höheren Härtepotenzial gebildeten Seite eine Härte von 62 HRC auf, während auf seiner durch das Pulver mit geringerem Härtepotenzial gebildeten anderen Seite eine Härte von 52 HRC gemessen werden konnte.The thus obtained steel sheet showed on its one by the powder the higher one Hardness potential formed Side a hardness from 62 HRC to while on its other formed by the powder with lower hardness potential Side a hardness of 52 HRC could be measured.
Auch an einer aus dem auf diese Weise erzeugten Stahlblech entnommenen Probe sind neun Beschussversuche durchgeführt worden, bei denen bei einem Auftreffwinkel von 90° der Abstand zwischen der Mündung der Waffe und der Probe 10 m betrug und die härtere Seite der Probe der Waffe zugewendet worden ist. Die Ergebnisse dieser Beschussversuche sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Keiner der Treffer führte zum Durchschuss. Wie beim ersten Versuch ergab keiner der Treffer einen Durchschuss. Es ergaben sich jedoch auch hier jeweils leichte Beulen auf der Rückseite, die jedoch ebenfalls frei waren von Rissen.Nine bombardment tests have also been carried out on a sample taken from the steel sheet produced in this way, in which at an angle of incidence of 90 ° the distance between the mouth of the weapon and the sample was 10 m and the harder side of the sample was turned towards the weapon , The results of these bombardment tests are summarized in Table 2. None of the results led to Bullet. Like the first try, none of the hits resulted in a kill. However, there were also slight bumps on the back, but they were also free of cracks.
Zum Vergleich wurde aus einer Stahlschmelze, die neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen Gehalte an N, Cu, Sn, As, Cr und Nb enthielt, in konventioneller Weise eine Bramme erzeugt, die anschließend auf 1240°C wiedererwärmt und vorgewalzt worden ist. Nach dem Vorwalzen ist das erhaltene Zwischenprodukt abgeschreckt worden. Anschließend ist es auf eine Temperatur von 910°C wiedererwärmt worden, von der ausgehend es in zwei Stufen warmgewalzt worden ist. Die zweite Stufe des Warmwalzens erfolgte bei einer jeweils weniger als 820°C betragenden Temperatur. An einer Probe dieses Stahlblechs sind im Beschusskanal ebenfalls Schussversuche vorgenommen worden, bei denen bei einem Aufprallwinkel von 90° der Abstand zwischen der Mündung der Waffe und der Probe wiederum 10 m betrug. Die Ergebnisse dieser Beschussversuche sind in Tabelle 3 zusammengefasst. Bei den Treffern, die bei diesem Versuch nicht zum Durchschuss führten, konnten keine besonderen Merkmale auf der vom Treffer abgewandten Rückseite der Probe festgestellt werden. Insbesondere kam es zu keiner Beulenbildung.To the Comparison was made of a molten steel, in addition to iron and unavoidable Impurities contained contents of N, Cu, Sn, As, Cr and Nb, in conventional manner produces a slab, which subsequently on Reheated 1240 ° C and has been rolled. After rough rolling, the resulting intermediate been deterred. Subsequently it has been reheated to a temperature of 910 ° C, starting from the it has been hot rolled in two stages. The second stage of hot rolling took place at a temperature of less than 820 ° C. At A sample of this steel sheet firing tests are also made in the bombardment in which at an impact angle of 90 ° the distance between the mouth the weapon and the sample again amounted to 10 m. The results of this Bombardment tests are summarized in Table 3. At the matches, which did not lead to the shot-through in this attempt, could no special Identified features on the back of the sample facing away from the hit become. In particular, no buckling occurred.
Die voranstehend zusammengefassten Versuche belegen, dass sich bei den erfindungsgemäß hergestellten und beschaffenen Blechen bei geringerer Blechdicke höhere Beschusswiderstände realisieren lassen. Die jeweils auftretende Beulenbildung auf der vom Treffer abgewandten Rückseite der Bleche ist dabei ein Indiz für die optimierte Duktilität der erfindungsgemäß pulvermetallurgisch hergestellten Bleche.The Experiments summarized above prove that the produced according to the invention and procured sheets with lower sheet thickness realize higher bombardment resistances to let. The occurring bump formation on the hit facing away back The sheets is an indication of the optimized ductility the invention powder metallurgical produced sheets.
In
den Tabellen 1–3
ist mit "Geschw.
V2,5'' die Geschwindigkeit
des Projektils 2,5 m vor dem Ziel bezeichnet. Der Eintrag "Trefferdreieck" kennzeichnet einen
mehrfachen Beschussversuch, bei dem dreimal geschossen wird und
die Treffer einen Abstand von 120 mm aufweisen (Standardversuch).
Der Eintrag "Multihit" zeigt ebenfalls
einen mehrfachen Beschussversuch an, bei dem dreimal geschossen
wird und die Ziele einen dreifachen Kaliberabstand haben (verschärfter Versuch).
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