DE69015103T2

DE69015103T2 - Stahl mit hoher Härte für Panzerungen, Panzerungen und deren Herstellungsverfahren.

Info

Publication number: DE69015103T2
Application number: DE69015103T
Authority: DE
Inventors: Jacques Leger; Remi Roux; Laurent Sangoy
Original assignee: Creusot Loire SA
Current assignee: Industeel Creusot
Priority date: 1989-10-09
Filing date: 1990-10-05
Publication date: 1995-05-04
Anticipated expiration: 2010-10-06
Also published as: ATE115642T1; US5122336A; DE69015103D1; CA2027185A1; CA2027185C; FR2652821A1; FR2652821B1; EP0423004A1; EP0423004B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stahl hoher Härte für eine Panzerung, Aufpanzerung und Schutzklappe, der als Blech und/oder stückweise verwendbar ist und ein besseres ballistisches Verhalten zeigt.
Die vorliegende Erfindung hat gleichfalls ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Stahls zum Gegenstand.
Man kennt Stähle für eine Panzerung wie beispielsweise den Stahl 28 NCD6, der die folgende Gewichtszusammensetzung hat:
Kohlenstoff: 0,28 %
Nickel: 1,6 %
Chrom: 1,6 %
Molybdän: 0,3 %,
oder den Stahl 50 CDV5, der die folgende Gewichtszusammensetzung hat:
Kohlenstoff: 0,5 %
Chrom: 5 %
Molybdän: 1,3 %
Vanadium: 0,45 %.
Das Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der ballistischen Festigkeit von Panzerungseinzelblöcken.
Tatsächlich ist es durch eine Erhöhung der Härte möglich, daß Stähle gegenüber dem Aufschlag eines Projektils beständiger sind, da der Stahl das Projektil zertrümmern kann. Mit der Erhöhung der Härte kann eine Verringerung der Elastizität, d.h. eine Erhöhung der Sprödigkeit einhergehen.
Die Erfindung hat einen Stahl zum Ziel, der eine vergleichbare Härte und sogar eine höhere Härte als die gegenwärtig bekannten Stähle und eine Elastizität in Einklang bringt, die dennoch sehr hoch ist.
Der Stahl gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß er die folgende Gewichtszusammensetzung hat:
- 0,4 bis 0,7 % Kohlenstoff
- 0,3 bis 1,5 % Mangan
- 0,1 bis 2 % Chrom
- 0,5 bis 1,5 % Silicium
- 1 bis 5 % Nickel
- 0,2 bis 1 % Molybdän
- weniger als 0,015 % Phosphor
- weniger als 0,005 % Schwefel,
wobei der Rest Eisen und Restverunreinigungen sind, die aus dem Schmelzen der zum Herstellen notwendigen Materialien resultieren, mit der Ausnahme eines Zusammensetzungsbereiches, der durch folgende Bereiche definiert ist:
0,45 bis 0,6 % Kohlenstoff
0,45 bis 0,65 % Mangan
0,85 bis 1,15 % Chrom
0,55 bis 1 Silicium
1 bis 1,75 % Nickel
0,90 bis 1 % Molybdän in Kombination.
Das Vorliegen von Karbid bildenden Elementen wie Kohlenstoff, Chrom, Mangan und Molybdän in der Zusammensetzung erlaubt es, ein hohes Niveau der Härte sicherzustellen.
Der Gehalt an Nickel ist so bestimmt, daß eine gute Härtbarkeit sichergestellt ist, und ein Stahl mit hoher Elastizität erhalten werden kann.
Der Gehalt an Schwefel liegt vorzugsweise unter 0,002 %, um die Elastizität zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung hat gleichfalls ein Verfahren zum Herstellen einer Panzerung aus einem Stahl hoher Härte zum Gegenstand, der die folgende Gewichtszusammensetzung hat:
0,4 bis 0,7 % Kohlenstoff
0,3 bis 1,5 % Mangan
0,1 bis 2 % Chrom
0,5 bis 1,5 % Silicium
1 bis 5 % Nickel
0,2 bis 1 % Molybdän
weniger als 0,015 % Phosphor
weniger als 0,005 % Schwefel
wobei der Rest aus Eisen und Restverunreinigungen besteht.
Bei diesem Verfahren wird der Stahl einem Warmformwalzen bei einer Temperatur zwischen 1000 und 1300ºC,
einem Härten unter Druck,
und einem Anlassen bei einer Temperatur zwischen 150 und 200ºC unterworfen.
Vorzugsweise erfolgt das Warmwalzen bei einer Temperatur zwischen 1150 unmd 1250ºC bei einem Reduktionsverhältnis von mehr als 2. Das Härten unter Druck, das eine wesentliche Verformung des Bleches vermeidet, erfolgt nach einem Aufheizen auf eine Temperatur zwischen 800 und 960ºC.
Die Erfindung hat weiterhin eine Panzerung zum Gegenstand, die nach diesem Verfahren erhalten wird.
Gemäß weiterer Merkmale der Erfindung
- besteht die Panzerung aus einem Stahlblech hoher Härte, das mit regelmäßig verteilten Öffnungen durchschlagen ist und 30 bis 60% Leerraum bezüglich des Gesamtvolumens zeigt,
- besteht die Panzerung aus einem Stahlblech hoher Härte, das von einem Elastomermaterial überzogen ist,
- ist das Elastomermaterial mit Kunstfasern gemischt.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine ballistische Schutzklappe für die Verglasung von Fenstern oder die Windschutzscheibe von gepanzerten Fahrzeugen, die mit einer Panzerung aus Stahl gemäß der Erfindung versehen sind.
Die Schutzklappe erlaubt eine annehmbare Sicht und stellt einen wirksamen ballistischen Schutz sicher.
Die Erfindung läßt sich besser mit Hilfe der Beschreibung verstehen, die nur als Beispiel unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen gegeben wird, in denen
- Fig. 1 eine Schnittansicht eines Stahlblechs für eine Panzerung gemäß der Erfindung und
- Fig. 2 eine teilperspektivische Ansicht eines gepanzerten Fahrzeuges zeigen, das mit einer Schutzklappe gemäß der Erfindung versehen ist.
Der Stahl hoher Härte gemäß der Erfindung für eine Panzerung wird vorzugsweise in Form eines Bleches für den ballistischen Schutz benutzt. Das gewalzte und behandelte Stahlblech zeigt bessere ballistische Eigenschaften.
Ein Beispiel der Zusammensetzung des Stahls gemäß der Erfindung in Gewichtsanteilen wird in der folgenden Tabelle I gegeben. Tabelle 1 Elemente Anteile in %
Der Anteil an Kohlenstoff von 0,5 % erlaubt es, nach dem Härten ein viel höheres Härteniveau zu erzielen. Dabei sollte für eine gute Schlagfestigkeit der Schwefelgehalt so niedrig wie möglich sein.
Um die Eigenschaften einer Panzerung zu erzielen, wird der hergestellte Stahl einem Warmwalzen unterworfen. Die Aufheiztemperatur vor dem Walzen liegt zwischen 1000 und 1300ºC und vorzugsweise zwischen 1150 und 1250ºC, das Reduktionsverhältnis liegt bei über 2.
Nach dem Herstellung des Bleches mit einer Stärke von beispielsweise 7 mm wird dieser einer Wärmebehandlung in Form einer Ölhärtung unterworfen. Während des Härtungsvorganges wird es unter Druck gehalten, damit eine Ebenheit von etwa 3 mm/m erhalten wird, wobei die Austenitisierungstemperatur bei 850ºC liegt. Das Härten wird mit einem Anlassen auf einer Temperatur zwischen 150 und 250ºC und vorzugsweise gleich 220ºC fortgesetzt.
Die mechanischen Eigenschaften des Bleches, das in der oben beschriebenen Weise hergestellt und behandelt wurde, wurden mit denen der Stähle 28 NCD6 und 50 CDV5 verglichen und in der folgenden Tabelle II zusammengestellt. Tabelle 2 Zugfestigkeit Elastizität J/cm² Stahl Härte Stahl gemäß der Erfindung
Die an den Blechen gemessenen mechanischen Eigenschaften sind die Brinell-Härte HB, die Zugeigenschaften des Stahls, nämlich die Elastizitätsgrenze Re, die Bruchfestigkeit Rm und die Bruchdehnung A sowie die Stoßeigenschaften bei zwei bestimmten Temperaturen (+ 20ºC und - 40ºC).
Bei einem Vergleich der in der Tabelle II angegebenen Werte stellt man fest, daß der Stahl gemäß der Erfindung eine bessere Elastizität als der Stahl 50 CDV5 bei einer vergleichbaren Härte hat.
Der Stahl gemäß der Erfindung hat bessere Eigenschaften hinsichtlich der Elastizität und der Härte als der Stahl 28 NCD6 bei einer vergleichbaren Schlagfestigkeit.
Darüber hinaus kann der Stahl gemäß der Erfindung mit einem Plasmaverfahren, mit einem Sauerstoffschneidverfahren oder mit einem Laserstrahl bei Anwendung geeigneter Sicherheitsmaßnahmen für die verschiedenen Stärken der Bleche geschnitten werden.
Um die ballistischen Eigenschaften des Bleches zu optimieren, das Einschlägen von Projektilen ausgesetzt ist, werden nach dem Walzen Öffnungen durch das Blech geschlagen. Diese Öffnungen haben beispielsweise einen Durchmesser zwischen 3 und 15 mm. Das Blech mit den durchgeschlagenen Öffnungen wird anschließend gehärtet und dann unter den im vorhergehenden beschriebenen Bedingungen angelassen.
Bei einer Verwendung als Aufpanzerung soll das perforierte und behandelte Blech den Kern des Projektils ohne eine unmittelbare Beschädigung an der Aufpanzerung zertrümmern oder platzen lassen.
Die Deckmasse des perforierten Bleches ist im Verhältnis der Gesamtoberfläche der Öffnungen zur Gesamtfläche des Bleches prozentual verringert, das Blech kann eine Gewichtsverringerung von 30 bis 60 % bei einer gleichen Wirksamkeit des ballistischen Schutzes haben. Die Öffnungen verbessern die Rißfestigkeit bei Aufschlägen.
Um in anderer Weise den ballistischen Widerstand zu verbessern, wird die Panzerung aus einem massiven Blech 1 (Fig. 1) gemäß der Erfindung gebildet und an einer seiner Flächen oder an seinen beiden Flächen mit einem Kunststoffmaterial 2 wie beispielsweise einem Elastomermaterial überzogen, das dadurch verstärkt sein kann, daß eine Kunstfaser zu gemischt ist.
Die Panzerung gemäß der Erfindung hat insbesondere gegenüber Durchschlagprojektilen von Waffen mit dem Kaliber 5,56 mm, 7,62 mm und 12,7 mm bessere ballistische Eigenschaften.
Im Falle einer Verwendung als Aufpanzerungsblech ist der Stahl gemäß der Erfindung insbesondere gegenüber Durchschlagprojektilen von Waffen des Kalibers 12,7 mm, 14,5 mm und 20 mm beständig.
Seine Dauerhaftigkeit, d.h. seine Beständigkeit bei mehreren aufeinander folgenden Aufschlägen ist im prozentualen Anteil der Öffnungen und/oder durch einen Überzug mit einem Kunststoffmaterial verbessert.
Die Erfindung findet ihre Anwendung insbesondere bei Aufpanzerungen, die vor bereits bestehenden Konstruktionspanzerungen angeordnet werden, welche Aufpanzerungen es erlauben, das Projektil zu zertrümmern und damit seine Durchschlagskraft zu verringern.
Die Erfindung findet ihre Anwendung auch bei ballistischen Schutzklappen für Fenster oder Windschutzscheiben von leichten gepanzerten Fahrzeugen.
In Fig. 2 ist schematisch der vordere Teil eines leichten gepanzerten Fahrzeuges dargestellt, das von einem gepanzerten Gehäuse 10 gebildet ist.
Das gepanzerte Gehäuse 10 weist Öfffnungen und insbesondere vorne eine Öffnung 20 auf, die mit einer leichten Panzerverglasung 30 versehen ist und dem Fahrer eine gute Sicht und somit ein Steuern des Fahrzeuges ermöglicht.
Um den ballistischen Schutz jedes Fensters und insbesondere der Verglasung der Windschutzscheibe 30 zu verbessern, ist das Fahrzeug mit umklappbaren Klappen 40 versehen, die aus einer Panzerung 50 aus einem Stahl mit sehr großer Härte gemäß der Erfindung gebildet sind.
Die Panzerung 50 ist mit einer Vielzahl von kleinen Öffnungen 60 durchbohrt, die regelmäßig verteilt sind und 30 bis 60 % des Raumes bezüglich der Oberfläche der Platte einnehmen.
Die Öffnungen 60 haben einen Durchmesser, der unter dem kleinsten Kaliber liegt, vor dem bereits die Windschutzscheibe selbst geschützt ist, und die Klappe 40 bildet zusammen mit der Verglasung 30 einen Hohlraum. Diese Anordnung erlaubt es, einen Schutz der Fenster oder der Windschutzscheibe des Fahrzeuges bei einer guten Sicht dank der großen Anzahl von kleinen Öffnungen 60 zu erzielen.
Die Klappe 40 zertrümmert oder bremst darüber hinaus die Projektile insbesondere Durchschlagsprojektile, so daß es möglich ist, daß die verlangsamten Projektile oder die durch die Klappe hindurchgehende Splittergarbe an der Windschutzscheibe zum Stillstand kommen.

Claims

1. Stahl zum Herstellen von Panzerungsblechen und/oder Panzerungsteilen mit höheren ballistischen Eigenschaften durch Walzen und Wärmebehandlung, dadurch gekennzeichnet, daß er die folgende chemische Gewichtszusammensetzung hat:

0,4 % bis 0,7 % Kohlenstoff

0,3 % bis 1,5 % Mangan

0,1 % bis 2 % Chrom

0,5 % bis 1,5 % Silicium

1 % bis 5 % Nickel

0,2 % bis 1 % Molybdän

weniger als 0,015 % Phosphor

weniger als 0,005 % Schwefel

und dem Rest Eisen und Restverunreinigungen, die sich aus dem Schmelzen der zum Herstellen notwendigen Materialien ergeben, mit der Ausnahme des Zusammensetzungsgebietes, das durch die folgenden Bereiche gegeben ist:

0,45 bis 0,6 % Kohlenstoff

0,45 bis 0,65 % Mangan

0,85 bis 1,15 % Chrom

0,55 bis 1 % Silicium

1 bis 1,75 % Nickel

0,90 bis 1,0 % Molybdän

in Kombination.

2. Stahl nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Schwefelgehalt unter 0,002 % liegt.

3. Verfahren zum Herstellen einer Panzerung aus Stahl dadurch gekennzeichnet, daß man ein Blech durch Warmwalzen auf einer Temperatur zwischen 1000º und 1300ºC aus einem Stahl herstellt, der die folgende Gewichtszusammensetzung hat:

0,4 bis 0,7 % Kohlenstoff

0,3 bis 1,5 % Mangan

0,1 bis 2 % Chrom

0,5 bis 1,5 % Silicium

1 bis 5 % Nickel

0,2 bis 1 % Molybdän

weniger als 0,015 % Phosphor

weniger als 0,005 % Schwefel,

der Rest Eisen und Restverunreinigungen und man anschließend das Blech unter Druck härtet und einem Anlassen zwischen 150º und 250ºC unterwirft.

4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Härten mit Öl erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, daß das Walzen nach einem Aufheizen auf eine Temperatur zwischen 1150ºC und 1250ºC mit einem Reduktionsverhältnis von über 2 erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß das Härten nach einem Aufheizen auf eine Temperatur zwischen etwa 800ºC und 960ºC erfolgt.

7. Panzerung dadurch gekennzeichnet, daß sie nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6 erhalten ist.

8. Panzerung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Stahlblech hoher Härte besteht, das mit regelmäßig verteilten Öffnungen durchschlagen ist, die 30 bis 60 % des Raumes bezüglich des Gesamtvolumens einnehmen.

9. Panzerung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Stahlblech hoher Härte besteht, das von einem Elastomermaterial überzogen ist.

10. Panzerung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomermaterial mit Kunstfasern gemischt ist.

11. Ballistische Schutzklappe für die Verglasung der Fenster und der Frontschutzscheibe von gepanzerten Fahrzeugen dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Stahlpanzerung nach einem der Ansprüche 7 bis 10 gebildet ist.