DE112017002177T5

DE112017002177T5 - Schützendes Verbundstahlblech und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE112017002177T5
Application number: DE112017002177.4T
Authority: DE
Inventors: Fengming Song; Donghui Wen; Xiaoping Hu
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2019-03-14
Also published as: JP6743282B2; US20190134948A1; JP2019518875A; CN107310218B; US10882277B2; CN107310218A; WO2017186113A1

Abstract

Ein schützendes Verbundstahlblech, umfassend Hartstahlschichten (1, 3, 5) und Weichstahlschichten (2, 4), die einander wechselnd angeordnet sind, wobei die Oberflächenschicht des schützenden Verbundstahlbleches eine Hartstahlschicht (1, 3, 5) ist, wobei durch Verbundwalzen jeweils eine Atomverbindung zwischen Hartstahlschichten (1, 3, 5) und Weichstahlschichten (2, 4) erreicht wird, wobei der Massenprozent von jeweiligen chemischen Elementen von Weichstahlschicht (2, 4) ist: C: 0,001-0,01%, 0 <Si ≤ 0,005%, Mn: 0,05-0,15%, 0 <Al ≤ 0,005%, Ti: 0,01-0,10%, wobei Rest Fe und andere unvermeidbare Verunreinigungen sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stahlblech und Verfahren zu seiner Herstellung, insbesondere ein Verbundstahlblech und Verfahren zu seiner Herstellung.
Stand der Technik
Für Schutzausrüstungen oder -einrichtungen, wie beispielsweise Panzerwagen, werden Schutzanforderungen an Schlüsselteile gestellt, dass das Stahlblech nicht gerissen oder durchgedringt wird, wenn es einem Aufprall mit hoher Geschwindigkeit innerhalb einer bestimmten Entfernung ausgesetzt ist. Bekannte Schutzmaterialien umfassen reine hochfeste schützende Stahlbleche, keramische Verbundmaterialien oder hochmolekulare Fasermaterialien. Das schützende Stahlblech kann aufgrund einer hohen elastischen Verformung die Aufprallenergie des Aufprallkörpers absorbieren. Wenn seine Zähigkeit unzureichend ist (insbesondere das ultrahochfeste Stahlblech), bricht es leicht und verliert es die Schutzfunktion. Das keramische Material hat eine extrem hohe Härte, aber die Zähigkeit ist schlecht. Wenn das keramische Material mit dem Aufprallkörper in Berührung kommt, zerbricht es in kleinere Stücke, um die Aufprallenergie zu absorbieren. Das keramische Material muss normalerweise zusammen mit dem hochmolekularen Fasermaterial verwendet werden. Das letztere hat eine gute Zähigkeit und es wird elastisch deformiert, wenn es einem Aufprall ausgesetzt ist, um die Aufpralllast zu absorbieren. Es wird hauptsächlich zum Produzieren von Beschusshemmende Westen verwendet.
Im Prinzip können durch die Verwendung eines ausreichend dicken Stahlbleches die Schutzanforderungen unter verschiedenen Bedingungen erfüllt werden. Aber ein zu dickes Stahlblech führt zu einer Erhöhung des Gewichts, zu einem Verlust der Mobilität und gleichzeitig zu einer Erhöhung des Energieverbrauchs. Zurzeit entwickelt sich das schützende Stahlblech in Richtung höherer Festigkeit und dünnerer Dicke.
Das chinesische Patentdokument, dessen Veröffentlichungsnummer CN1814845A und dessen Veröffentlichungsdatum der 2. Januar 2008 ist, mit dem Titel „Ein hochfestes warmgewalztes kugelsicheres Stahlblech mit Festigkeit von 1000Mpa und Verfahren zu seiner Herstellung“ offenbart ein hochfestes warmgewalztes kugelsicheres Stahlblech mit Festigkeit von 1000Mpa. Das Stahlblech enthält folgende Zusammensetzung (Gew.-%): C 0,17-0,21%, Si 1,5-2,2%, Mn 1,5-2,0%, P ≤ 0,035%, S ≤ 0,010%, Al 0,015-0,060%, N ≤ 0,0060%, Nb 0,010%-0,050%, in dem Ti 0,010-0,060% und Ca ≤ 0,0050% zugegeben werden können, und als Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen. Aus der Veröffentlichung geht hervor, dass die Streckgrenze nur 1000 MPa beträgt, was den derzeitigen Marktanforderungen zum Schützen nur schwer erfüllen kann.
Das chinesische Patentdokument, dessen Veröffentlichungsnummer CN102181795A und dessen Veröffentlichungsdatum der 14. September 2011 ist, mit dem Titel „Ein ultrahochfestes kugelsicheres Stahlblech und Verfahren zu seiner Herstellung“ offenbart ein ultrahochfestes kugelsicheres Stahlblech und Verfahren zu seiner Umformung. Das Stahlblech enthält folgende chemische Zusammensetzung in Gew.-%: C 0,30-0,5, Si 0,40-0,60, Mn 1,50-1,80, P≤0,025, S≤0,01, Cr + Ni + Mo≤2,5, Nb + V + Ti + B≤ 0,20, als Rest Fe. Das kugelsichere Stahlblech hat in diesem Dokument eine Zugfestigkeit von etwa 2000 MPa. In diesem Dokument wird keinerlei Hinweis auf die Zähigkeit erwähnt, aber seine Härte beträgt sogar mehr als 600HB, so daß die zu hohe Härte führt dazu, dass die Zähigkeit des Stahlbleches verringert wird und es leicht gebrochen wird, wenn es unter einem Aufprall ausgesetzt ist.
Daher ist es notwendig, ein schützendes Stahlblechprodukt bereitzustellen, bei dem die Dicke des Stahlbleches verringert und die Zähigkeit des Stahlbleches verbessert wird, während die Festigkeit des schützenden Stahlbleches beibehalten wird.
Darstellung der Erfindung
Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein schützendes Verbundstahlblech bereitzustellen, das aufgrund wechselnder Anordnung von Hartstahlschichten und Weichstahlschichten eine ausgezeichnete Schutzwirkung aufweist.
Um die obige Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein schützendes Verbundstahlblech bereit, das Hartstahlschichten und Weichstahlschichten umfasst, die wechselnd angeordnet sind, wobei die Oberflächenschicht des schützenden Verbundstahlbleches eine Hartstahlschicht ist. Durch Verbundwalzen wird jeweils eine Atomverbindung zwischen Hartstahlschichten und Weichstahlschichten erreicht, wobei der Massenprozent von jeweiligen chemischen Elementen von Weichstahlschicht ist:
C: 0,001-0,01%, 0 <Si ≤ 0,005%, Mn: 0,05-0,15%, 0 <Al ≤ 0,005%, Ti: 0,01-0,10%, wobei Rest Fe und andere unvermeidbare Verunreinigungen sind.
In der Weichstahlschicht des schützenden Verbundstahlbleches gemäß der vorliegenden Erfindung sind die unvermeidbaren Verunreinigungen hauptsächlich Elemente P, S und N, wobei es vorgesehen wird, dass P ≤ 0,01%, S ≤ 0,006% und N ≤ 0,005%.
Bei dem erfindungsgemäßen schützenden Verbundstahlbleches wird vorgesehen, dass die Hartstahlschichten und die Weichstahlschichten einander wechselnd derart angeordnet sind, dass die Hartstahlschichten in kleine Stücke zerbricht werden, wenn sie einem Aufprall ausgesetzt werden, und die Aufprallenergie verbraucht wird.
Dabei wird durch die Weichstahlschichten die Bewegungsrichutng des Aufprallkörpers geändert und der Widerstand gegen der Vorwärtsbewegung des Aufprallkörpers erhöht, so dass eine ausgezeichnete Schutzwirkung erreicht wird.
Das Funktionsprinzip jedes chemischen Elements in der Weichstahlschicht der vorliegenden Erfindung ist:
C kann durch Festlösungsverfestigung bewirken, dass die Streckgrenze erhöht wird und die Dehnung verringert wird. Gemäß dem tatsächlichen Stahlherstellungsverfahren sollte der C-Gehalt so weit wie möglich reduziert werden. Daher wird der C-Gehalt in der Weichstahlschicht der vorliegenden Erfindung so eingestellt, dass er zwischen 0,001 und 0,01% liegt.
Si ist ein Desoxidationselement und ist auch ein Festlösungsverfestigungselement, mit dem die Streckgrenze erhöht und die Dehnung verringert wird, so dass die Menge an Si minimiert werden sollte. Daher enthält die Weichstahlschicht der vorliegenden Erfindung einen Si-Gehalt von nicht mehr als 0,005%.
Mn ist auch ein übliches Verstärkungselement in Stahl. Seine Streckgrenze wird durch Festlösungsverfestigung verbessert, um die Dehnung zu verringern. Daher wird der Mn-Gehalt in der Weichstahlschicht der vorliegenden Erfindung zwischen 0,05 und 0,15% eingestellt.
Al ist ein wesentliches Element für die Desoxidation, mit dem aber auch die Festigkeit des Stahls erhöht werden kann. Daher enthält die Weichstahlschicht der vorliegenden Erfindung einen Al-Gehalt unter 0,005%.
Ti dient zu Fixierung von C- und N-Atome, um ihre Behinderung der Versetzungsbewegung zu verringern. Ti kann im Stahl nacheinander TiN → Ti4C2S2 → TiS und TiC bilden, um freie C- und N-Atome im Stahl zu eliminieren. Dadurch wird die Streckgrenze verringert. Gleichzeitig verliert es durch Vergröberung von TiC, TiN und anderen Partikeln den Pinning-Effekt der Korngrenzen und die Korngröße wird erhöht sowie der Verstärkungseffekt der Korngrenzen wird verringert. Jedoch kann mehr Ti dazu führen, dass die Dehnung des schützenden Stahlbleches verringert wird. Daher enhält die Weichstahlschicht der vorliegenden Erfindung Ti-Gehalt von 0,01 bis 0,10%.
Ferner ist die Matrixstruktur der Weichstahlschicht des schützenden Verbundstahlbleches gleichachsiger Ferrit.
Ferner hat der gleichachsige Ferrit des schützenden Verbundstahlbleches eine Kristallkorngröße von 40 bis 120 µm.
Da in dieser technischen Lösung die C-Si-Mn-Zusammensetzung sehr gering ist und die C- und N-Zwischengitteratome durch Ti fixiert sind, wird die Festlösungsverfestigungswirkung der C- und N-Atome eliminiert und mittels der vergröberten TiN- und TiC-Teilchen eine größere Korngröße erhalten, so dass die Matrixstruktur der Weichstahlschicht des schützenden Verbundstahlbleches auch in einem abgeschreckten Zustand gleichachsiger Ferrit ist. Die Kristallgröße des gleichachsigen Ferrits beträgt 40-120 µm und selbst unter Abschreckbedingungen überschreitet der Härtewert der Weichstahlschicht 90 Hv nicht. Dadurch hat die Weichstahlschicht eine gute Plastizität.
In dieser technischen Lösung weist die Weichstahlschicht des schützenden Verbundstahlbleches eine Streckgrenze von 80-180 MPa, eine Härte von nicht mehr als 90 Hv und eine Dehnung von mehr als 40% auf.
Ferner ist im schützenden Verbundstahlblech der Massenprozent von jeweiligen chemischen Elementen in Hartstahlschicht:
C: 0,40-0,50%, Si: 0,1-0,3%, Mn: 1,0-1,5%, Al: 0,01-0,05%, Cr: 0,1-0,3%, Ni: 0,1-0,3%, Ti: 0,01-0,03%, B : 0,001-0,003%, Mo: 0,05-0,5%, wobei Rest Fe und andere unvermeidbare Verunreinigungen sind.
In der Hartstahlschicht des schützenden Verbundstahlbleches gemäß der vorliegenden Erfindung sind die unvermeidbaren Verunreinigungen hauptsächlich Elemente P, S und N, wobei es vorgesehen wird, dass P ≤ 0,015%, S ≤ 0,005% und N ≤ 0,005%.
In der obigen technischen Lösung ist das Funktionsprinzip jedes chemischen Elements in der Hartstahlschicht der vorliegenden Erfindung:
C ist das billigste Verstärkungselement in Stahl. Jedoch bewirkt ein zu hohes C, dass der Stahlbarren des schützenden Stahlbleches mit Hochtemperatur während des Abkühlprozesses leicht bricht, was nicht zur Konservierung des Stahlbarrens des schützenden Stahlbleches beiträgt und die Herstellungsschwierigkeiten erhöht. Daher enthält die Hartstahlschicht der vorliegenden Erfindung einen C-Gehalt von 0,40 bis 0,50%.
Si-Gehalt wird auf 0,1-0,3% eingestellt. Si weist eine hohe Feststofflöslichkeit in Stahl auf, was den Volumenanteil von Ferrit im Stahl erhöhen und die Körner verfeinern kann, so dass die Zähigkeit vorteilhaft verbessert wird. Wenn jedoch der Si-Gehalt zu hoch ist, wird die Schweißbarkeit verschlecht..
Mn hat eine starke Festlösungsverfestigungswirkung. Mit Mn wird die Phasenübergangstemperatur von Stahl signifikant reduziert und die Mikrostruktur von Stahl verfeinert. Mn ist ein wichtiges verstärkend zähmachendes Element. Aber der überschüssige Mn-Gehalt führt zu einer Erhöhung der Härtbarkeit, was zu einer Verschlechterung der Schweißbarkeit und der Zähigkeit eines Bereich, der durch die Wärme von Schweißen beeinflusst wird, führt. Daher ist der Mn-Gehalt auf 1,0-1,5% eingestellt.
Al wird während der Stahlherstellung als Desoxidationsmittel zugesetzt. Eine geringe Menge an Al ist auch vorteilhaft für die Verfeinerung der Körner und die Verbesserung der Zähigkeit des Stahls. Ein zu hohes Al führt jedoch zu einer Erhöhung der Sprödigkeit von Ferrit im Stahl und zu einer Verringerung der Zähigkeit des Stahls. Der Al-Gehalt ist daher auf 0,01-0,05% eingestellt.
Cr hat eine Festlösungsverfestigungswirkung. Aber Cr ist ein wertvolles Legierungselement. Daher enthält die Hartstahlschicht der vorliegenden Erfindung einen Cr-Gehalt von 0,1 bis 0,3%.
Ni kann nicht nur zu einer Erhöhung der Festigkeit des Stahlbleches sondern auch zu einer Verbesserung der Zähigkeit des Stahlbleches dienen. Aber Ni ist ein wertvolles Legierungselement. Daher enthält die harte Stahlschicht der vorliegenden Erfindung einen Ni- Gehalt von 0,1 bis 0,3%.
Durch Zugabe von 0,01-0,03% Ti wird im Wesentlichen das Wachstum von Austenitkörnern während des Wiedererwärmens der Bramme verhindert und das Wachstum von Ferritkörnern während des Rekristallisations- und Walzprozesses verhindert, wodurch die Zähigkeit des Stahls verbessert wird.
B hat eine gute Härtbarkeit, wodurch die Härte des Stahlbleches erhöht wird. Ein übermäßiger B-Gehalt ist jedoch für das Schweißen ungünstig. Daher enthält die Hartstahlschicht der vorliegenden Erfindung einen B-Gehalt von 0,001 bis 0,003%.
Mo hat eine gute Härtbarkeit, mit dem die Härte des Stahlblechs erhöht wird. Aber Mo ist ein wertvolles Legierungselement. Daher enthält die Hartstahlschicht der vorliegenden Erfindung einen Mo-Gehalt von 0,05 bis 0,5%.
Ferner ist die Matrixstruktur der Hartstahlschicht des Verbundschutzstahlbleches Martensit.
Ferner weist die Hartstahlschicht des Verbundschutzstahlbleches eine Streckgrenze von mehr als 2000 MPa und eine Härte von mehr als 600 HBW auf.
In diesem technischen Lösung enthält die Hartstahlschicht des schützenden Verbundstahlbleches einen hohen C-Gehalt und wird in die Hartstahlschicht Mo- und B-Elemente zur Verbesserung der Härtbarkeit hinzugefügt. Nach Wärmebehandlung kann die Matrixstruktur zu hochfestem Martensit verarbeitet werden. Die Streckgrenze beträgt größer als 2000Mpa und die Härte beträgt größer als 600HBW.
In einer Ausführungsform weist das schützende Verbundstahlblech zwei Hartstahlschichten mit diesen Oberflächenschichten und eine zwischen den zwei Hartstahlschichten angeordnete Weichstahlschicht auf. Das heißt, dass in dieser Ausführungsform das schützende Verbundstahlblech drei Schichten aufweist.
Ferner weist das schützende Verbundstahlblech mindestens zwei Weichstahlschichten auf. Das heißt, dass in dieser Ausführungsform das schützende Verbundstahlblech fünf Schichten aufweist.
In dieser technischen Lösung kann eine Rohlinggruppe des schützenden Verbundstahlbleches in Form von Sandwich ausgelegt werden, wobei die spezifische Schichtenanzahl gemäß verschiedenen Schutzanforderungen bestimmt werden kann.
Ferner weist das schützende Verbundstahlblech gemäß der vorliegenden Erfindung eine Dicke von 2 bis 20 mm auf. Im Vergleich zu bekanntem schützendem Stahlblech weist das schützende Verbundstahlblech gemäß der vorliegenden Erfindung unter Beibleiben der Spezifikationen eine bessere Schutzwirkung auf.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung des oben genannten schützenden Verbundstahlbleches bereitzustellen, mit dem ein schützendes Verbundstahlblech mit ausgezeichneter Leistungsfähigkeit hergestellt werden kann.
Um die obige Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines schützenden Verbundstahlbleches bereit, umfassend Schritte:

(1) Zusammensetzen der Hartstahlschicht- und Weichstahlschicht-Rohlingen zu einer Rohlinggruppe;
(2) Vakuumschweißen;
(3) Verbundwalzen;
(4) Luftkühlen oder Wasserkühlen nach dem Walzen;
(5) Aufwickeln;
(6) Abwickeln Richten und Schneiden;
(7) Durchführen einer Abschreck- und Temperierung.

Da in der technischen Lösung Oxidschicht und Ölfleck auf der Verbindungsfläche des Hartstahlschichtrohlings und des Weichstahlschichtrohlings vorliegen, werden der Hart- und der Weichstahlschichtrohling vorzugsweise vor Rohlinggruppierung einer Oberflächenreinigung unterzogen. Das Verfahren zur Oberflächenreinigung kann unter Verwendung einer Drahtbürste oder eines Schleifbands durchgeführt werden. Eine Oberflächenreinigung kann auch mit einem direkten Beizverfahren oder in einer dem Fachmann bekannten Weise erfolgen.
Die Schichtenanzahl der Rohlinggruppe aus Hartstahlschicht-Rohling und Weichstahlschicht-Rohling kann in der technischen Lösung entsprechend den spezifischen Anforderungen bestimmt werden.
Da bei dem schützenden Verbundstahlblech während des Erhitzens eine Oxidation erzeugt wird, wird in der technischen Lösung das Schweißen direkt unter Vakuum in der Vakuumkammer anstelle des Vakuumschweißens durchgeführt, das im Stand der Technik häufig verwendet wird, wenn das Schweißen am Umfang zwischen dem Hartstahlschichtrohling und dem Weichstahlschichtrohling durchgeführt wird. Auf dieser Weise wird die Schwierigkeit der Herstellung verringert und eine Oxidation wirksam verhindert.
Ferner beträgt in Schritt (1) das Dickenverhältnis der einzelnen Schichten von Weichstahlschichtrohling und Hartstahlschichtrohling 0,5-0,8 sowie das Verhältnis der Gesamtdicke der Weichstahlschichtrohlingen zur Gesamtdicke der Hartstahlschichtrohlingen 0,15-0,40.
Die Einstellung vom Verhältnis der Gesamtdicke der Weichstahlschichtrohlingen zur Gesamtdicke der Hartstahlschichtrohlingen bewirkt in diesem technischen Lösung, dass das Verbundstahlblech eine ausreichende Energiedissipation aufweist und die Bewegungsrichtung des eindringenden Aufprallkörpers geändert ist, wodurch die Schutzwirkung verbessert wird.
Ferner wird bei dem Verfahren zur Herstellung des schützenden Verbundstahlbleches es in Schritt (3) im Bereich von 1100 bis 1200°C erhitzt, für 2-3 Stunden gehalten und dann einem Verbundwalzen unterzogen, wobei die Endwalztemperatur auf 850 bis 900°C eingestellt wird.
Ferner wird bei dem Verfahren zur Herstellung des schützenden Verbundstahlbleches in Schritt (4) das schützende Verbundstahlblech nach dem Walzen auf 650-750 °C luftgekühlt oder wassergekühlt.
In dieser technischen Lösung wird nach dem Walzen Wasserkühlung oder Luftkühlung entsprechend der Dicke des fertigen Produkts angewendet, wobei ein dünneres Stahlblech meist luftgekühlt wird.
Ferner liegt bei dem Verfahren zur Herstellung des schützenden Verbundstahlbleches in Schritt (7), i.e. im Abschreckschritt, die Abschrecktemperatur mindestens 50°C über der Ac3-Temperatur der Hartstahlschicht und die Haltezeit beträgt mindestens 3mm/min multipliziert mit der Dicke (mm) des Verbundstahlbleches. Dann wird es mit einer Geschwindigkeit von ≥ 50 °C/s auf Raumtemperatur abgekühlt.
Die Abschrecktemperatur wird auf mindestens 50°C über der Ac3-Temperatur der Hartstahlschicht eingestellt und die Haltezeit beträgt mindestens 3mm/min multipliziert mit der Dicke (mm) des Verbundstahlbleches, und dann wird es mit einer Geschwindigkeit von ≥ 50 °C/s auf Raumtemperatur abgekühlt. Diese Einstellungen bestehen darin, dass bei der Temperatur über Ac3 die Mikrostruktur in der Stahlmatrix zu austenitisieren beginnt. Je höher die Temperatur über Ac3 ist, desto höher ist die Antriebskraft zur Austenitisierung, so dass je schneller die Austenitisierungsgeschwindigkeit ist, desto kürzer ist die Haltezeit. Jedoch führt eine übermäßige Erwärmungstemperatur zum Abschrecken zu einer Erhöhung des Energieverbrauchs und der Produktionskosten. Daher ist die Abschrecktemperatur auf 50°C oberhalb der Ac3-Temperatur eingestellt und die Haltezeit beträgt das dreifache der Dicke des Stahlbleches.
Ferner liegt bei dem Verfahren zur Herstellung des schützenden Verbundstahlbleches in Schritt (7), i.e. in dem Temperierungsschritt, eine Temperierungstemperatur 150 bis 230°C und eine Haltezeit 15 bis 60 Minuten.
Das erfindungsmäße schützende Verbundstahlblech wird in Bereich von 150-230°C temperiert, um die Abschreckspannung zu verringern und eliminieren sowie die Zähigkeit des schützenden Verbundstahlbleches zu verbessern.
Das schützende Verbundstahlblech gemäß der vorliegenden Erfindung hat folgende Vorteile:

(1) Das schützende Verbundstahlblech gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem Weich- und Hartstahlschichten einander wechselnd angeordnet sind, weist eine Mehrschichtstruktur auf, wobei die äußere Hartstahlschicht bei Aufprall einer Stoßverformung, Rissbildung oder sogar Ablösung unterworfen ist. Durch die Verformungsarbeit, Rissbildung, Expansionsarbeit, die Schichten-Bindungsenergie und die kinetische Ablösungsenergie von der inneren Weichstahlschicht wird ein Teil der kinetischen Energie des Aufprallkörpers absorbiert und verbraucht, so dass der Aufprallkörper die Vorwärtsfähigkeit verliert. Die innere Weichstahlschicht weist hingegen eine gute Plastizität und damit ausgezeichnete Verformung auf, so dass die Bewegungsrichtung des Aufprallkörpers geändert, die Eindringstärke des Aufprallkörpers erhöht und die Beschädigung durch den Aufprallkörper weiter reduziert wird.
(2) Bei dem Verbundstahlblech gemäß der vorliegenden Erfindung ist es aufgrund eines gewalzten Verbundstahlblech realisiert, dass durch das Metall zwischen Schichten eine Atombindung bei einer hohen Temperatur erreicht wird, wobei die Verbindungsfestigkeit zwischen Schichten hoch ist und es nicht leicht geschichtet wird.
(3) In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Dickenverhältnis eines einzelnen Weichstahlschichtrohlings zu einem einzelnen Hartstahlschichtrohling 0,5-0,8 beträgt und das Gesamtdickenverhältnis von Weichstahlschichten zu Hartstahlschichten 0,15-0,40 beträgt, so dass die Weichstahlschicht eine bestimmte Dicke aufweist, um sicherzustellen, dass bei Eindringen des Aufprallkörpers seine Richtung geändert wird und die Beschädigungsfähigkeit und die Gefahr des Aufprallkörpers verringert wird. Daher wird die Schutzfähigkeit des Verbundstahlbleches verbessert. Die Dicken der äußeren Hartstahlschichten kann symmetrisch gestaltet sein, um die Dicken der oberen und unteren Hartstahlschichten gleich zu halten. Alternativ ist eine asymmetrische Anordnung auch denkbar, d.h. die Dicken der oberen und unteren Hartstahlschichten kann unterschiedlich sein, um die Schutzwirkung weiter zu verbessern.
(4) Zwischenschichte, i.e. Weichstahlschichte in der vorliegenden Erfindung ist mit sehr niedriger C-Si-Mn-Zusammensetzung ausgebildet und gleichzeitig ist der Al-Gehalt auf einem niedrigeren Niveau eingestellt und wird mit einer geeigneten Menge an Ti-Element ergänzt,, so dass die Härte des Zwischenweichstahlbleches selbst unter Abschreckbedingungen nicht mehr als 90Hv liegt.
(5) Bei dem schützenden Stahlblech der Erfindung ist die Anzahl der Weich- und Hartstahlschichten flexibel und einstellbar. Die Anzahl von Schichten kann nach unterschiedlichen Schutzanforderungen bestimmt werden, wobei drei oder fünf Schichten oder sogar mehr vorgesehen sein können. Die Gesamtdicke ist dabei einstellbar, so dass unterschiedliche Schutzanforderungen erfüllt werden können.
(6) Bei dem schützenden Verbundstahlblech gemäß der vorliegenden Erfindung sind Weich- und Hartstahlschichten einander wechselnd angeordnet, wodurch die Plastizität des schützenden Stahlbleches verbessert wird, es eine bessere Kaltbiegeverarbeitungsleistung aufweist und der Anwendungsbereich des schützenden Stahlbleches erhöht wird.

Das Verfahren zur Herstellung des schützenden Verbundstahlbleches gemäß der vorliegenden Erfindung hat folgende Vorteile:

(1) Das Herstellungsverfahren der Erfindung verwendet in Schritt zur Rohlinggruppierung des Verbundstahlbleches die Vakuumschweiß-Kantendichtungstechnik, so dass der Evakuierungsprozess nach dem herkömmlichen Schweißen vermieden wird und eine bessere Dichtwirkung erreicht wird.
(2) Bei dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird nach dem Rohlinggruppierungs-Schritt ein herkömmlicher Warmwalzprozess wie bei dem konventionellen Stahlbarren durchgeführt, wodurch die Anwendbarkeit verbessert wird und die Produktionsschwierigkeiten und die Produktionskosten reduziert werden.

In bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich bei dem Aufprallkörper um Kugel oder Pellet. In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei Schutzwirkungen oder Schutzfähigkeiten um kugelsicherbeständigkeiten. In einigen bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich bei dem schützenden Stahlblech der vorliegenden Erfindung um ein kugelsicheres Stahlblech.
Figurenliste

1 eine konstruktive Darstellung eines schützenden Verbundstahlbleches des Ausführungsbeispiels A2.
2 eine CCT Kurve (Übergangskurve bei kontinuierlicher Abkühlung) für Weichstahlschicht des schützenden Verbundstahlbleches gemäß der Erfindung.
3 ein metallographisches Bild für die Weichstahlschicht des Ausführungsbeispiels A1.
4 ein metallographisches Bild für die Hartstahlschicht des Ausführungsbeispiels A1.
5 ein metallographisches Bild für die Weichstahlschicht des Ausführungsbeispiels A2.
6 ein metallographisches Bild für die Hartstahlschicht des Ausführungsbeispiels A2.

Nachfolgend wird das schützende Verbundstahlblech sowie das Verfahren zu seiner Herstellung gemäß der Erfindung nach Zeichnungen und Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben. Allerdings sollen die Beschreibung und die Erläuterung nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden.
Ausführungsbeispiele A1-A6
In Tabelle 1 werden der Massenprozent von jeweiligen chemischen Elementen in den Ausführungsbeispielen A1-A6 von schützendem Verbundstahlblech aufgelistet.
1 zeigt schematisch den Aufbau des Ausführungsbeispiels A2 der Erfindung. 1 ist zu entnehmen, dass das schützende Verbundstahlblech in diesem Ausführungsbeispiel aus fünf Schichten besteht, von den eine zweite und eine vierte Schicht jeweils eine Weichstahlschicht sind sowie eine erste, dritte, und fünfte Schicht jeweils eine Hartstahlschicht sind, wobei die Hart- und Weichstahlschichten wechselnd angeordnet sind.
In dem obigen Ausführungsspiel wird das schützende Verbundstahlblech mit folgenden Schritten gefertigt ist:

(1) Herstellung von Hartstahlschicht- und Weichstahlschicht-Rohlinge gemäß den in Tabelle 1 aufgeführten Bestandteilen;
(2) Bilden einer Rohlinggruppe aus den Hartstahlschicht- und Weichstahlschicht-Rohlingen;
(3) Vakuumschweißen in einer Vakuumkammer;
(4) Verbundwalzen, wobei es im Bereich 1100-1200°C erhitzt wird und für 2-3 Stunden gehalten wird und dann verbundgewalzt wird, wobei Endtemperatur auf 850 bis 900°C eingestellt wird;
(5) Luftkühlen oder Wasserkühlen bis zu 650-750°C nach dem Walzen;
(6) Aufwickeln, wobei Aufwickeltemperatur 650-750°C liegt;
(7) Abwickeln, Richten und Schneiden;
(8) Durchführen einer Abschreck- und Temperierung, wobei die Abschrecktemperatur mindestens 50°C über der Ac3-Temperatur der Hartstahlschicht liegt und die Haltezeit mindestens 3mm/min multipliziert mit der Dicke des Verbundstahlbleches beträgt, wobei die Einheit der Dicke mm beträgt; Abkühlen dann mit Abkühlrat ≥ 50 °C /s auf Raumtemperatur, wobei die Temperierungstemperatur 150-230°C liegt und die Haltezeit 15-60 min beträgt.

In Tabelle 2 werden Dicken und Sandwich-Design von jeweiligen Hartstahlschicht- und Weichstahlschicht-Rohlingen der Rohlinggruppe in den Ausführungsbeispielen A1-A6 von schützendem Verbundstahlblech aufgelistet. Tabelle 2

Ausführungsbeispiel	Sandwich-Design	Stahlbarren	Dicke/mm	Dickenverhältnis der einzelnen Schicht von Hartstahlschicht- und Weichstahlschicht-Rohlingen	Gesamtdickenverhältnis von Hartstahlschicht- und Weichstahlschicht-Rohlingen
A1	Hart+Weich +Hart	Hartstahl-schicht	100+100	0,5	0,25
A1	Hart+Weich +Hart	Weichstahl-schicht	50	0,5	0,25
A2	Hart+Weich +Hart	Hartstahl-schicht	95+95	0,42	0,21
A2	Hart+Weich +Hart	Weichstahl-schicht	40	0,42	0,21
A3	Hart+Weich+Hart	Hartstahl-schicht	100+100	0,8	0,4
A3	Hart+Weich+Hart	Weichstahl-schicht	80	0,8	0,4
A4	Hart+Weich +Hart+Weich+Hart	Hartstahl-schicht	70+70+70	0,57	0,38
A4	Hart+Weich +Hart+Weich+Hart	Weichstahl-schicht	40+40	0,57	0,38
A5	Hart+Weich +Hart	Hartstahl-schicht	80+180	0,5	0,154
A5	Hart+Weich +Hart	Weichstahl-schicht	40	0,5	0,154
A6	Hart+Weich +Hart+Weich+Hart	Hartstahl-schicht	72+72+72	0,583	0,39
A6	Hart+Weich +Hart+Weich+Hart	Weichstahl-schicht	42+42	0,583	0,39

Aus der Tabelle 2 ist ersichtlich, dass das Dickenverhältnis der einzelnen Schicht von Hartstahlschicht- und Weichstahlschicht-Rohlingen gemäß den Ausführungsbeispielen A1-A6 auf 0,5-0,8 eingestellt wird und das Gesamtdickenverhältnis von Hartstahlschicht- und Weichstahlschicht-Rohlingen 0,15-0,40 beträgt. Das Sandwich-Design von Rohlinggruppe des schützenden Verbundstahlbleches ist flexibel und einstellbar, wobei die Anzahl von Schichten nach verschiedenen Schutzanforderungen bestimmt werden kann. Dabei können drei oder mehr Schichten vorgesehen werden. Das Design bewirkt, dass das Verbundstahlblech eine ausreichende Energiedissipation hat und die Bewegungsrichtung des eindringenden Aufprallkörpers geändert ist, wodurch die Schutzwirkung verbessert wird.

In Tabelle 3 werden Prozessparameter des Herstellungsverfahrens für die Ausführungsbeispiele A1-A6 aufgelistet. Tabelle 3

Ausf ühru ngsb eisp iel	Schritt (4)			Schritt (5)				Schritt (6)	Schritt (8)
Ausf ühru ngsb eisp iel	Heiztemperatur (℃)	Haltezeit (h)	Endwa lztem peratur (°C)	Abkühlungsart	Abkühltemperatur nach dem Walzen (℃)	Enddicke (mm)	Kühlrate (℃/s)	Aufwickeltemperatur (℃)	Ac3 (℃)	Absc hrec ktem pera tur (℃)	Haltez eit für Absch recku ng (min)	Tempe rierungstemperatu r (°C)	Halteze it für Temperierung ( min)
A1	1120	2	880	Luftkühlung	680	3	80	720	796	850	15	180	20
A2	1150	2	900	Wasse rkühlung	650	3	80	720	788	850	12	160	20
A3	1100	2,5		Wasse rkühlung	700	6		680		860		180
A3			850	Wasse rkühlung			60		795		20		25
A4	1180	2,4		Wasse rkühlung	720	6		680		860		210
A4			860	Wasse rkühlung			60		785		20		25
A5	1190	2,8		Wasse rkühlung	740	12		650		880		230
A5			870	Wasse rkühlung			50		789		30		40
A6	1200	3,0		Wasse rkühlung	750	12	50	650		880		230
A6			890	Wasse rkühlung					787		30		40

Für die Hart- und Weichstahlschichten der Ausführungsbeispiele A1-A6 des schützenden Verbundstahlbleches werden die mechanischen Eigenschaften ermittelt und die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4

Ausführungsbeispiel	Stahlbarren	Härte	Streckgrenze/MPa	Dehnung
A1	Hartstahlschicht	642HBW	2150	-
A1	Weichstahlschicht	78Hv	144	54%
A2	Hartstahlschicht	655HBW	2180	-
A2	Weichstahlschicht	84Hv	168	52%
A3	Hartstahlschicht	638HBW	2100	-
A3	Weichstahlschicht	72Hv	148	48%
A4	Hartstahlschicht	635HBW	2080	-
A4	Weichstahlschicht	84Hv	175	50%
A5	Hartstahlschicht	622HBW	2050	-
A5	Weichstahlschicht	76Hv	150	56%
A6	Hartstahlschicht	625HBW	2070	-
A6	Weichstahlschicht	88Hv	170	58%

Aus der Tabelle 4 ist ersichtlich, dass die Hartstahlschichten der Ausführungsbeispiele A1-A6 jeweils Streckgrenze von ≥ 2000Mpa und jeweils Härte über 600HBW aufweisen, während die Weichstahlschichten der Ausführungsbeispiele A1-A6 jeweils Streckgrenze von höchstens 180Mpa, Dehnungsrate über 40% und Härte von höchstens 90Hv aufweisen, so dass sie eine gute Plastizität aufweisen.
2 zeig eine CCT Kurve für die Weichstahlschicht des schützenden Verbundstahlbleches gemäß der Erfindung, wobei aus der Kurver sich ergibt, dass die Weichstahlschicht in einem abgeschreckten Zustand gleichachsiges Ferrit erhalten kann.
3 zeigt Matrixstruktur für die Weichstahlschicht des Ausführungsbeispiels A1, wobei aus 3 ersichtlich ist, dass die Matrixstruktur der Weichstahlschicht ein gleichachsiges Ferrit ist.
4 zeigt Matrixstruktur für die Hartstahlschicht des Ausführungsbeispiels A1, wobei aus 4 ersichtlich ist, dass die Matrixstruktur der Hartstahlschicht hauptsächlich einen Martensit ist.
5 zeigt Matrixstruktur für die Weichstahlschicht des Ausführungsbeispiels A2, wobei aus 5 ersichtlich ist, dass die Matrixstruktur der Weichstahlschicht ein gleichachsiges Ferrit ist.
6 zeigt Matrixstruktur für die Hartstahlschicht des Ausführungsbeispiels A2, wobei aus 6 ersichtlich ist, dass die Matrixstruktur der Hartstahlschicht hauptsächlich einen Martensit ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass die oben genannten lediglich Beispiele der vorliegende Erfindung sind. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt und damit es gibt viele identische Variationen. Alle Modifikationen, die direkt aus der Offenbarung der vorliegenden Erfindung abgeleitet oder ihr zugeordnet werden, sollten in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CN 1814845 A [0004]
CN 102181795 A [0005]

Claims

Ein schützendes Verbundstahlblech, umfassend Hartstahlschichten und Weichstahlschichten, die abwechselnd angeordnet sind, wobei die Oberflächenschicht des schützenden Verbundstahlbleches eine Hartstahlschicht ist, wobei durch Verbundwalzen jeweils eine Atomverbindung zwischen Hartstahlschichten und Weichstahlschichten erreicht wird, wobei der Massenprozent von jeweiligen chemischen Elementen von Weichstahlschicht ist: C: 0,001-0,01%, 0 <Si ≤ 0,005%, Mn: 0,05-0,15%, 0 <Al ≤ 0,005%, Ti: 0,01-0,10%, wobei Rest Fe und andere unvermeidbare Verunreinigungen sind.
Schützendes Verbundstahlblech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Matrixstruktur der Weichstahlschicht gleichachsiger Ferrit ist.
Schützendes Verbundstahlblech nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gleichachsige Ferrit eine Kristallkorngröße von 40 bis 120 µm aufweist.
Schützendes Verbundstahlblech nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Weichstahlschicht eine Streckgrenze von 80-180 MPa, eine Härte von nicht mehr als 90 Hv und eine Dehnung von mehr als 40% aufweist.
Schützendes Verbundstahlblech nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenprozent von jeweiligen chemischen Elementen in Hartstahlschicht ist: C: 0,40-0,50%, Si: 0,1-0,3%, Mn: 1,0-1,5%, Al: 0,01-0,05%, Cr: 0,1-0,3%, Ni: 0,1-0,3%, Ti: 0,01-0,03%, B : 0,001-0,003%, Mo: 0,05-0,5%, wobei Rest Fe und andere unvermeidbare Verunreinigungen sind.
Schützendes Verbundstahlblech nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Matrixstruktur der Hartstahlschicht Martensit ist.
Schützendes Verbundstahlblech nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstahlschicht eine Streckgrenze von mehr als 2000 MPa und eine Härte von mehr als 600 HBW aufweist.
Schützendes Verbundstahlblech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das schützende Verbundstahlblech zwei Hartstahlschichten als diesen Oberflächenschichten und eine zwischen den zwei Hartstahlschichten angeordnete Weichstahlschicht aufweist.
Schützendes Verbundstahlblech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Weichstahlschichten vorgesehen sind.
Schützendes Verbundstahlblech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Dicke von 2-20mm aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Schützenden Verbundstahlbleches nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit Schritten: (1) Zusammensetzen der Hartstahlschicht- und Weichstahlschicht-Rohlingen zu einer Rohlinggruppe; (2) Vakuumschweißen; (3) Verbundwalzen; (4) Luftkühlen oder Wasserkühlen nach dem Walzen; (5) Aufwickeln; (6) Abwickeln, Richten und Schneiden; (7) Wärmebehandlung zum Abschrecken und Anlassen.
Verfahren zur Herstellung eines Schützenden Verbundstahlbleches nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (1) das Dickenverhältnis der einzelnen Schichten von Weichstahlschichtrohling und Hartstahlschichtrohling 0,5-0,8 sowie das Verhältnis der Gesamtdicke der Weichstahlschichtrohlingen zur Gesamtdicke der Hartstahlschichtrohlingen 0,15-0,40 beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Schützenden Verbundstahlbleches nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es in Schritt (3) mit einer Temperatur im Bereich von 1100 bis 1200°C erhitzt, diese Temperatur für 2-3 Stunden gehalten und dann es einem Verbundwalzen unterzogen wird, wobei die Endwalztemperatur auf 850 bis 900 °C eingestellt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Schützenden Verbundstahlbleches nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es in Schritt (4) nach dem Walzen auf eine Temperatur von 650-750°C luftgekühlt oder wassergekühlt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Schützenden Verbundstahlbleches nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (7), i.e. im Abschreckschritt, die Abschrecktemperatur mindestens 50 °C über der Ac3-Temperatur der Hartstahlschicht liegt und die Haltezeit mindestens 3mm/min multipliziert mit der Dicke des Verbundstahlbleches mit einer Einheit von mm beträgt, wobei dann es mit einer Geschwindigkeit von ≥ 50 °C/s auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Schützenden Verbundstahlbleches nach Anspruch 11 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (7), i.e. in dem Anlassenschritt, eine Temperierungstemperatur 150 bis 230 °C und eine Haltezeit 15 bis 60 Minuten liegt.