DE19857156A1 - Verfahren zum Herstellen eines Bleches aus martensitaushärtendem Stahl - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Bleches aus martensitaushärtendem Stahl, insbesondere der Zusammensetzung 0,03% C, 0,1% Si, 0,1% Mn, 0,01% P, 0,01% S, 0,05 bis 0,15% Al, 17,0 bis 19,0% Ni, 7,0 bis 16,0% Co, 4,0 bis 6,5% Mo und 0,5 bis 2% Ti, ggf. ferner 0,5% Cr, 0,5% Cu, 0,2% Nb, 0,2% V, 0,2% Zr und/oder 0,2% W, Rest Fe und verfahrensbedingte Verunreinigungen, bei dem das Blech, insbesondere nach dem Ausschneiden und ggf. sonstigen Formen des Zuschnitts, durch Erwärmen auf eine Temperatur unter der Umwandlungstemperatur Martensit -> Austenit ausgehärtet wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß anschließend zusätzlich eine Oberflächenhärtung vorgenommen wird unter Anwendung einer Temperatur, die gleichfalls unter der Umwandlungstemperatur Martensit -> Austenit liegt. DOLLAR A Die Oberflächenhärtung kann eine chemisch-thermische Randschichtbehandlung sein. Bevorzugt wird eine Plasmanitrierung. DOLLAR A Weiter sind eine Hartverchromung oder eine Beschichtung mit einem sonstigen Hartstoff, vorzugsweise durch Plasma- oder Flammspritzen, PVD oder CVD, vorgeschlagen. DOLLAR A Das Verfahren kann auch auf die äußere Lage eines Verbundstahles angewandt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Bleches aus martensitaus­ härtendem Stahl, insbesondere der Zusammensetzung ≦ 0,03% C, ≦ 0,1% Si, ≦ 0,1% Mn, ≦ 0,01% P, ≦ 0,01% S, 0,05 bis 0,15% Al, 17,0 bis 19,0% Ni, 7,0 bis 16,0% Co, 4,0 bis 6,5% Mo und 0,5 bis 2% Ti, ggf. ferner ≦ 0,5% Cr, ≦ 0,5% Cu, ≦ 0,2% Nb, ≦ 0,2% V, ≦ 0,2% Zr und/oder ≦ 0,2% W, Rest Fe und verfahrensbedingte Verunreinigungen, bei dem das Blech, insbesondere nach dem Ausschneiden und ggf. sonstigen Formen des Zuschnitts, durch Erwärmen auf eine Temperatur unter der Umwandlungstemperatur Martensit → Austenit ausgehärtet wird.

Ein Stahl zur Durchführung eines solchen Verfahrens ist bekannt aus dem Werkstoffblatt "DILLIDUR X" der DILLINGER HÜTTE GTS (Spezifikation DH- D 02- B, Ausgabe 11.1992). Er wird angeboten in Blechdicken von 4,5 bis 9.0 mm zum Schutz z. B. von PKWs und Werttrans­ portern gegen Beschuß und Einwirkung von Explosivstoffen. Die Blechdicken sind inzwischen auf 12,0 mm vergrößert.

Aus der Patentliteratur weiterhin bekannt sind zu gleichen Zwecken Verbundstähle mit einer härteren Außenlage und einer zäheren Innenlage.

Die DE 43 44 879 C2 beschreibt einen solchen Verbundstahl aus martensitaushärtenden Stählen. Die Außenlage weist 4,0 bis 6,0% Mo, 17,0 bis 18,0% Ni, < 0,05% Cr, 1,7 bis 1,8% Ti und 14,0 bis 15,0% Co auf, die Innenlage 4,0 bis 6,0% Mo, 17,0 bis 18,0% Ni, < 0,08% Cr, 0,5 bis 0,8% Ti und 7,0 bis 9,0% Co; beide Lagen enthalten ferner < 0,02% C, < 0,06% Si, < 0,01% Mn, < 0,01% P, < 0,01% S und unter < 0,02% Cu. Das Dickenverhältnis der Außenlage zur Innenlage soll etwa 3 : 2 betragen.

Referiert ist in der genannten Patentschrift die DE 29 21 854 C1 mit dem Hinweis, der in dieser Veröffentlichung angegebene Verbundstahl sei nur bedingt einsetzbar, da die beiden fest miteinander verbundenen Stähle unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten besitzen, so daß es zu Verformungen kommen könne.

Die Zusammensetzungen sind hier andere, es handelt sich um kein martensitaushärtendes Material. Die Offenlegungsschrift befaßt sich vornehmlich mit der Schweißbarkeit; vorge­ sehen ist, die Bleche nur an der weicheren Innenlage zu verschweißen.

Als Stand der Technik erwähnt ist die Verschweißung bestimmter Panzerbleche im Zweiten Weltkrieg, die eine oberflächengehärtete dünne Schicht martensitischen Charakters und auf der anderen Seite eine dicke perlitisch-ferritische Zone aufwiesen, die, wenn auch unter Schwierigkeiten, geschweißt werden konnte. Kritisiert ist an diesem Stand der Technik, die äußere Schicht sei dünn und spröde gewesen, darin entstandene Risse konnten sich bis in den weicheren Bereich fortleiten. Die Herstellung sei aufwendig und mit Verzug der Kon­ struktion verbunden. Gegenwärtige Anforderungen werden nicht mehr erfüllt.

Ferner ist ohne Kritik die DE-OS 21 42 360 erwähnt, die eine Panzerung aus einem weiteren Verbundstahl zum Inhalt hat.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit vergleichsweise geringem Auf­ wand einen Schutz zu ermöglichen, der hohen Sicherheitsanforderungen gerecht wird.

Die Erfindung geht zu diesem Zweck aus von dem eingangs angegebenen Verfahren und sieht vor, daß anschließend an das genannte Aushärten zusätzlich eine Oberflächenhärtung vorgenommen wird bei einer Temperatur, die gleichfalls unter der Umwandlungstemperatur Martensit → Austenit liegt.

Die Beschußsicherheit konnte auf diesem Wege mit einer Nitrierbehandlung bei gleicher Blechdicke von 9 mm um im Mittel mehr als 15% gesteigert werden. Umgekehrt ist bei gleicher Schutzwirkung eine Verringerung der Blechdicke um 0,4 mm und damit eine ent­ sprechende Gewichtseinsparung möglich.

Die gehärtete Schicht hat dabei nur eine Dicke von 0,10 bis 0,15 mm, innerhalb derer über­ dies die Stickstoffkonzentration und damit die Härte kontinuierlich abnimmt. Bei den Verbundstählen beträgt demgegenüber die Schichtdicke der harten Schicht 3 bis 6 mm und es besteht eine Grenzfläche zwischen den Lagen, die immer eine Schwach­ stelle bildet.

Im Unterschied zu der offenbar flammgehärteten, etwa 4 bis 5 mm dicken Schicht der er­ wähnten Panzerbleche ist die bei wesentlich niedrigerer Temperatur entstandene, nach der Erfindung bevorzugt vorgesehene Nitrierschicht rissefrei und gleichmäßig in das Blech ein­ gebunden. Das Blech bleibt ohne Verzug.

Als Alternativen zu der Nitrierbehandlung werden eine andere chemisch-thermische Rand­ schichtbehandlung, wie Carbonitrieren oder Sulfonitrieren, sowie Verfahren der Ober­ flächenveredlung durch Beschichtung, wie Hartverchromen, Plasma- und Flammspritzen von Hartstoffen oder PVD- oder CVD-Verfahren (physical vapor deposition oder chemical vapor deposition) vorgeschlagen.

Das Verfahren kann auch auf die äußere Lage eines Verbundstahles angewandt werden. Andere Verwendungen des Stahls als zur Panzerung sind denkbar.

Beispiel

Bleche von 9 mm Dicke mit der Zusammensetzung 0,003% C, 0,03% Si, 0,02% Mn, 0,002% P, 0,003% S, 0,001% N, 0,10% Al, 4,06% Mo, 18,50% Ni, 11,35% Co und 1,24% Ti wurden lösungs­ geglüht und durch Auslagerung gehärtet.

Ein Teil der Bleche wurde daraufhin geschliffen und durch Plasmanitrierung zusätzlich ober­ flächengehärtet.

Eine erste Probe der nitrierten Bleche zeigte eine metallographisch bestimmte Nitrierhärte­ tiefe von 0,11 mm.

Eine zweite Probe zeigte eine metallographisch bestimmte Nitrierhärtetiefe von 0,10 mm.

Die Beschußsicherheit der verschiedenen Bleche wurde von zwei Beschußämtern untersucht. Ergebnis:

In dem nachstehenden Diagramm ist die Abhängigkeit der Beschußsicherheit von der Blechdicke für Stähle vergleichbarer Zusammensetzung aufgetragen.

Ausgehend von dieser Abhängigkeit findet man für die erzielte Verbesserung der Beschuß­ sicherheit von 15% den Gegenwert von 0,4 mm Blechdicke.

Erfordert beispielsweise die Ausstattung eines Fahrzeugs in einem bestimmten Beschuß­ sicherheitsniveau 900 kg Blech von 7,7 mm Dicke, so bedeutet die nach der Erfindung mög­ liche Verringerung um 0,4 mm eine Gewichtseinsparung von rund 50 kg bzw. 5,5%.

Claims (5)

1. Verfahren zum Herstellen eines Bleches aus, martensitaushärfendem Stahl, insbesondere der Zusammensetzung ≦ 0,03% C, ≦ 0,1% Si, ≦ 0,1% Mn, ≦ 0,01% P, ≦ 0,01% S. 0,05 bis 0,15% Al, 17,0 bis 19,0% Ni, 7,0 bis 16,0% Co, 4,0 bis 6, 5% Mo und 0,5 bis 2% Ti, ggf. ferner ≦ 0,5% Cr, ≦ 0,5% Cu, ≦ 0,2% Nb, ≦ 0,2% V, ≦ 0,2% Zr und/oder ≦ 0,2% W, Rest Fe und verfahrensbe­ dingte Verunreinigungen, bei dem das Blech, insbesondere nach dem Ausschneiden und ggf. sonstigen Formen des Zuschnitts, durch Erwärmen auf eine Temperatur unter der Um­ wandlungstemperatur Martensit → Austenit ausgehärtet wird dadurch gekennzeichnet, daß anschließend zusätzlich eine Oberflächenhärtung vorgenommen wird unter Anwendung einer Temperatur, die gleichfalls unter der Umwandlungstemperatur Martensit → Austenit liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als die Oberflächenhärtung eine chemisch-thermische Randschichtbehandlung vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nitrierbehandlung, vorzugsweise eine Plasmanitrierung, vorgenommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als die Oberflächenhärtung eine Hartverchromung oder eine Beschichtung mit einem sonstigen Hartstoff, vorzugsweise durch Plasma- oder Flammspritzen, PVD oder CVD, vorgenommen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es auf die äußere Lage eines Verbundstahles angewandt wird.