EP1321535A2 - Material with high ballistic protection - Google Patents
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- EP1321535A2 EP1321535A2 EP02450278A EP02450278A EP1321535A2 EP 1321535 A2 EP1321535 A2 EP 1321535A2 EP 02450278 A EP02450278 A EP 02450278A EP 02450278 A EP02450278 A EP 02450278A EP 1321535 A2 EP1321535 A2 EP 1321535A2
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- C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
Definitions
- the invention relates to the use of steel alloys known per se as Material for products with high ballistic protection.
- a ballistic protective effect of objects is generally characterized by its security against a breakthrough of projectiles and splinters at high energy Weapon impact, with increasing protection and at the same time a reduced weight of the object or part with improved Economics of deployment are required.
- EP-A-180805 discloses a steel helmet made from a low alloyed boron steel, the steel helmet being sandblasted after tempering.
- an armored sheet with a tempering structure which has a yield strength of> 1100 N / mm 2 and a hardness of> 400 HB and with a carbon content in% by weight of 0.15 to 0.2 im Essentially 1 to 2 wt% chromium (Cr), 0.2 to 0.7 wt% molybdenum (Mo), 1.0 to 2.5 wt% nickel (Ni), 0.05 to 0 , 25 wt .-% vanadium (V), balance iron (Fe).
- EP-A-580062 A process for the production of thick armor plates is known from EP-A-580062 became known in which the above, increased in carbon and nickel content Alloy in slab form initially heated to a temperature of over 1150 ° C, Allow to cool increasingly and in the range from 1050 to 900 ° C with high temperatures Degree of deformation is rolled to the final thickness.
- EP-B-731332 is a steel armor plate with improved penetration resistance to projectiles, which contain a large number of inclusions, which Oriented essentially parallel to the plate surface and in a quarter up to three Quarter of the plate thickness are concentrated.
- Between the Base material and the pad is an intermediate layer made of pure nickel or Pure iron with a thickness between 0.1 and 15% of the total sheet thickness arranged by roll cladding with the base material and the support connected is.
- the liner not only facilitates plating the Base material, but also prevents the support material from flaking off, which can be tempered to a hardness of 55 to 60 HRC, but is therefore evident has low toughness.
- the invention wants to create downhill and has the goal of materials indicate from which products with a high ballistic protective effect low weight, can be produced economically in a simple manner.
- This Products or parts are said to have a high bullet or flight part breaking effect possess, consist of an iron-based alloy, through a heat treatment adjustable toughness and strength properties have, with both characteristics maximized.
- Materials Technical a composite production or a multi-layer part production and a Surface hardening is possible and there is weldability.
- C Carbon
- Si Silicon
- Mo Manganese
- Mo Molybdenum
- V Vanadium
- the technology of manufacturing also relies on a ballistic Protective effect from parts made from it.
- the manufacturing technology Measures as set out in claim 3 can be individually and in Combination improving the ballistic protection through parts manufactured in this way affect, because it promotes in particular the isotropy of the material. Remuneration can lead to higher strength values with improved Material toughness take place, whereby the product is significantly increased Resists projectile breakdown.
- Fig. 1 shows the percentage of shots held Depends on the sheet thickness.
- a sheet made of Cr-Mo-V steel, which was treated by ladle metallurgy and was vacuum-degassed, with a composition in% by weight of 0.45 carbon (C), 0.62 silicon (Si), 0.64 manganese (Mn) , 0.016 phosphorus (P), 0.007 sulfur (S), 3.35 chromium (Cr), 1.62 molybdenum (Mo), 0.32 vanadium (V) was rolled from a slab to a thickness of 7.5 mm. Samples were made from the sheet, the same was tempered and tested with different technologies. Table 1 shows the remuneration parameters and the mechanical values achieved. Sample No. Härtetemp.
- Shot test from the sheet metal according to the invention held by about 60% more shots.
- Fig. 1 the percentage of shots held is dependent on the Sheet thickness shown. From a sheet thickness of 6 mm upwards it is the same energetic conditions of shelling the percentage of shots held from an inventive and one from a martensitic steel manufactured sheet metal practically the same. With regard to economy, it must be determined that that the material according to the invention has an alloy content of approx. 6%, that of the martensitic steel (comparison material) has 41.5% and thus has significantly higher costs.
- the alloy one or more elements of which have (have) the concentration (s) in% by weight: Carbon (C) 0.3 to 0.54, preferably 0.41 to 0.49 Silicon (Si) 0.11 to 0.39 Manganese (Mn) 0.18 to 0.49, preferably 0.25 to 0.38 Chrome (Cr) 1.15 to 1.4 Nickel (Ni) 2.9 to 4.9, preferably 2.56 to 3.9
- Manganese (Mn) 0.18 to 0.49 preferably 0.25 to 0.38 Chrome (Cr) 1.15 to 1.4 Nickel (Ni) 2.9 to 4.9, preferably 2.56 to 3.9
- Cr Chrome
- Ni Nickel
- the advantageous material properties achieved according to the invention are increasingly pronounced in the case of bombardment if the parts are tempered to higher strength values of over 1900 N / mm 2 . This is also due to the fact that a narrower range of the concentration of a respective alloy element in interaction with the other constituents of the alloy has a favorable influence on the conversion and the formation of the structure of the material in the thermal treatment, whereby the hardness acceptance and the tempering behavior are improved and such extensive isotropy with low residual stresses.
- a sheet made of ladle-treated steel with a composition in% by weight of 0.52 carbon (C), 0.12 silicon (Si), 0.22 manganese (Mn), 0.014 phosphorus (P), 0.003 sulfur ( S), 1.42 chromium (Cr), 0.11 molybdenum (Mo), 0.09 tungsten (W), 0.004 (As + Sb + Bi + Sn + Zn + B), which was then remelted electroslag, with a thickness of 7.5 mm and tempered to a hardness of 57 HRC, at a hardness temperature of 880 ° C and air cooling after tempering at 200 ° C, the material had a yield strength of Rm 2265 N / mm 2 with a notched bar impact work of on average 202 J. In the shelling test compared to tempered carbon steel under otherwise identical conditions, a 68.7% higher number of shots was recorded.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung von per se bekannten Stahllegierungen als Werkstoff für Erzeugnisse mit hoher ballistischer Schutzwirkung.The invention relates to the use of steel alloys known per se as Material for products with high ballistic protection.
Eine ballistische Schutzwirkung von Gegenständen, insbesondere von solchen aus flächigem Material, ist im Allgemeinen gekennzeichnet durch deren Sicherheit gegen einen Durchschlag von Projektilen und von Splittern bei energiereicher Waffeneinwirkung, wobei in steigendem Maße eine hohe Schutzwirkung und gleichzeitig ein verringertes Gewicht des Gegenstandes oder Teiles bei verbesserter Wirtschaftlichkeit der Bereitstellung gefordert sind.A ballistic protective effect of objects, especially those flat material, is generally characterized by its security against a breakthrough of projectiles and splinters at high energy Weapon impact, with increasing protection and at the same time a reduced weight of the object or part with improved Economics of deployment are required.
Es soll eingangs die anerkannte Fachmeinung festgehalten werden, dass die üblichen mechanischen Messdaten aus einem Zug- und Kerbschlagversuch keine direkte Folgerung in Bezug auf die Eigenschaften eines Werkstoffes bei ballistischer Beanspruchung zulassen. Vielfach werden dennoch die Härte, die Schlagzähigkeit und die Festigkeit des Materials dafür herangezogen, um wenigstens einen Anhalt für einen Eindringwiderstand eines Schutzteiles zu erstellen. Letztendlich kennzeichnen jedoch die "gehaltenden Schüsse" eines Blechteiles dessen ballistische Schutzwirkung.At the beginning, the recognized expert opinion should be stated that the usual mechanical measurement data from a tensile and notch impact test none direct inference regarding the properties of a material in ballistic Allow stress. In many cases, however, the hardness, the impact strength and the strength of the material used to give at least one clue for a penetration resistance of a protective part. At long last however, mark the "held shots" of a sheet metal part thereof ballistic protection.
Wird nun näherungsweise angesetzt, dass sich die Festigkeit, Härte und Zähigkeit nicht mit der Geschwindigkeit der Beanspruchung ändern, so kann davon ausgegangen werden, dass der Werkstoff der Schutzteile sowohl höchste Härte als auch größte Zähigkeit aufweisen muss, um einer Zerstörung bei ballistischer Beaufschlagung standzuhalten und eine brechende Wirkung auf Projektile auszuüben. Nun sind für Stähle und Legierungen diese Eigenschaften im Hinblick auf deren gleichzeitige Maximierung entgegengerichtet, so dass neben einer allgemeinen Verbesserung derselben eine Ausgewogenheit von Zähigkeit und Festigkeit des Materials, insbesondere nach einer thermischen Vergütung beanspruchungsgemäß gefordert ist.It is now approximated that the strength, hardness and toughness not change with the rate of stress, so it can it can be assumed that the material of the protective parts is both extremely hard must also have great toughness in order to destroy ballistic Withstand exposure and a refractive effect on projectiles exercise. Now these properties are taken into account for steels and alloys counter to their simultaneous maximization, so that next to one general improvement thereof a balance of toughness and Strength of the material, especially after thermal tempering is required according to the claim.
Je nach gewünschtem Eigenschaftsprofil wurden für Erzeugnisse mit ballistischer Schutzwirkung Kohlenstoffstähle, niedrig- und mittellegierte Stähle, hochlegierte Stähle und ausscheidungshärtbare Legierungen mit gegebenenfalls einem Eisenanteil von unter 55 Gew.-% vorgeschlagen und vielfach eine Verbundbauweise und/oder eine Hartschicht an der Außenoberfläche des Schutzteiles als vorteilhaft erkannt.Depending on the desired property profile, products with ballistic Protective effect carbon steels, low and medium alloy steels, high alloy Steels and precipitation hardenable alloys with one if necessary Iron content of less than 55% by weight proposed and often a composite construction and / or a hard layer on the outer surface of the protective part is advantageous recognized.
Die EP-A-180805 offenbart beispielsweise einen Stahlhelm aus einem niedrig legierten Bor-Stahl, wobei der Stahlhelm nach dem Vergüten sandgestrahlt wird.For example, EP-A-180805 discloses a steel helmet made from a low alloyed boron steel, the steel helmet being sandblasted after tempering.
Aus der EP-A-1052296 ist ein Panzerblech mit Vergütungsgefüge bekannt, welches eine Streckgrenze von > 1100 N/mm2 sowie eine Härte von > 400 HB besitzt und bei einem Kohlenstoffgehalt in Gew.-% von 0,15 bis 0,2 im Wesentlichen 1 bis 2 Gew.-% Chrom (Cr), 0,2 bis 0,7 Gew.-% Molybdän (Mo), 1,0 bis 2,5 Gew.-% Nickel (Ni), 0,05 bis 0,25 Gew.-% Vanadin (V), Rest Eisen (Fe) aufweist.From EP-A-1052296 an armored sheet with a tempering structure is known, which has a yield strength of> 1100 N / mm 2 and a hardness of> 400 HB and with a carbon content in% by weight of 0.15 to 0.2 im Essentially 1 to 2 wt% chromium (Cr), 0.2 to 0.7 wt% molybdenum (Mo), 1.0 to 2.5 wt% nickel (Ni), 0.05 to 0 , 25 wt .-% vanadium (V), balance iron (Fe).
Ein Verfahren zur Herstellung von dicken Panzerblechen ist aus der EP-A-580062 bekannt geworden, bei welchem obige, im Kohlenstoff- und Nickelgehalt erhöhte Legierung in Brammenform vorerst auf eine Temperatur von über 1150°C erwärmt, verstärkt abkühlen gelassen und im Bereich von 1050 bis 900°C mit jeweils hohem Umformgrad auf die Enddicke gewalzt wird.A process for the production of thick armor plates is known from EP-A-580062 became known in which the above, increased in carbon and nickel content Alloy in slab form initially heated to a temperature of over 1150 ° C, Allow to cool increasingly and in the range from 1050 to 900 ° C with high temperatures Degree of deformation is rolled to the final thickness.
In der EP-B-731332 ist eine Stahlpanzerplatte mit verbesserter Eindringfestigkeit gegenüber Projektilen beschrieben, welche eine Vielzahl von Einschlüssen, die im Wesentlichen parallel zur Plattenoberfläche orientiert und in einem Viertel bis zu drei Viertel der Plattendicke konzentriert sind, aufweist.In EP-B-731332 is a steel armor plate with improved penetration resistance to projectiles, which contain a large number of inclusions, which Oriented essentially parallel to the plate surface and in a quarter up to three Quarter of the plate thickness are concentrated.
Ein Panzerblech mit einem Grundwerkstoff aus zähem Stahl, auf welchem durch Plattieren wenigstens eine harte, dem Beschuss zugewendete Stahlauflage bestehend aus 0,6 bis 1,0 Gew.-% Kohlenstoff (C), 0,2 bis 2,0 Gew.-% Silizium (Si), 0,2 bis 2,0 Gew.-% Mangan (Mn), 0,8 bis 2,0 Gew.-% Chrom (Cr), 0,05 bis 1,0 Gew.-% Molybdän (Mo), 0,05 bis 0,35 Gew.-% Vanadin (V), Rest Eisen (Fe) und Stahlbegleiter aufgebracht ist, offenbart die EP-B-247020. Zwischen dem Grundwerkstoff und der Auflage ist dabei eine Zwischenlage aus Reinnickel oder Reineisen mit einer Dicke zwischen 0,1 und 15 % der Gesamtblechdicke angeordnet, welche durch Walzplattieren mit dem Grundwerkstoff und der Auflage verbunden ist. Die Zwischenlage erleichtert nicht nur das Plattieren des Grundwerkstoffes sondern verhindert auch ein Abplatzen des Auflagewerkstoffes, der zwar auf eine Härte von 55 bis 60 HRC vergütbar ist, jedoch dadurch offenbar geringe Zähigkeit aufweist.An armor plate with a base material made of tough steel, on which by Plate at least one hard steel pad facing the bombardment consisting of 0.6 to 1.0% by weight carbon (C), 0.2 to 2.0% by weight silicon (Si), 0.2 to 2.0 wt% manganese (Mn), 0.8 to 2.0 wt% chromium (Cr), 0.05 to 1.0 % By weight of molybdenum (Mo), 0.05 to 0.35% by weight of vanadium (V), remainder iron (Fe) and Steel companion is applied, discloses EP-B-247020. Between the Base material and the pad is an intermediate layer made of pure nickel or Pure iron with a thickness between 0.1 and 15% of the total sheet thickness arranged by roll cladding with the base material and the support connected is. The liner not only facilitates plating the Base material, but also prevents the support material from flaking off, which can be tempered to a hardness of 55 to 60 HRC, but is therefore evident has low toughness.
Neben obigen niedrig- und mittellegierten Vergütungsstählen wurden auch hochlegierte Chromstahllegierungen (CH-A-648354) und ausscheidungs- bzw. martensitaushärtende Stähle (AT-336659, DE-C-19921961, EP-A-1008659) als Einzelteil oder in Verbundbauweise mit gegebenenfalls einer harten Außenschicht für einen ballistischen Schutz vorgeschlagen. Derartige Stähle mit hohem Legierungsanteil bis 50 % sind zwar als Werkstoff für Komponenten mit hochwirksamem ballistischen Schutz vorteilhaft einsetzbar, haben jedoch den Nachteil hoher Kosten.In addition to the above low and medium alloyed tempering steels high-alloy chrome steel alloys (CH-A-648354) and precipitation or martensitic hardening steels (AT-336659, DE-C-19921961, EP-A-1008659) as Single part or in composite construction with possibly a hard outer layer proposed for ballistic protection. Such steels with high Alloys up to 50% are used as a material for components highly effective ballistic protection can be used advantageously, but have the Disadvantage of high costs.
Hier will die Erfindung Abhillfe schaffen und setzt sich zum Ziel, Werkstoffe anzugeben, aus welchen Erzeugnisse mit hoher ballistischer Schutzwirkung bei geringem Gewicht, wirtschaftlich in einfacher Weise herstellbar sind. Diese Erzeugnisse oder Teile sollen eine hohe geschoss- oder flugteilbrechende Wirkung besitzen, aus einer Eisenbasislegierung bestehen, durch eine Wärmebehandlung bzw. thermische Vergütung einstellbare Zähigkeits- und Festigkeitseigenschaften haben, wobei beide Eigenschaftsmerkmale maximiert sind. Werkstofftechnisch sollen eine Verbundfertigung bzw. eine Mehrschichtteilherstellung und eine Oberflächenhärtung möglich und eine Schweißbarkeit gegeben sein.Here, the invention wants to create downhill and has the goal of materials indicate from which products with a high ballistic protective effect low weight, can be produced economically in a simple manner. This Products or parts are said to have a high bullet or flight part breaking effect possess, consist of an iron-based alloy, through a heat treatment adjustable toughness and strength properties have, with both characteristics maximized. Materials Technical a composite production or a multi-layer part production and a Surface hardening is possible and there is weldability.
Dieses Ziel wird erreicht bei einer Verwendung einer Legierung enthaltend in
Gew.-%:
Antimon (Sb), Wismut (Bi), Zinn (Sn), Zink (Zn) und Bor (B) kleiner ist als 0,011
Antimony (Sb), bismuth (Bi), tin (Sn), zinc (Zn) and boron (B) is less than 0.011
Die mit der Erfindung gemäß obigem Kennzeichen erzielten Vorteile sind im Wesentlichen darin zu sehen, dass durch eine Einschränkung des Gehaltes der Verunreinigungselemente Schwefel (S) plus Phosphor (P) in Kombination auf einen Wert von kleiner als 0,025 Gew.-% die Voraussetzung für ein Erreichen hoher Materialzähigkeit geschaffen wird, wenn, wie gefunden wurde, gleichzeitig die weiteren Verunreinigungskomponenten Arsen (As) plus Antimon (Sb) plus Wismut (Bi) plus Zinn (Sn) plus Zink (Zn) plus Bor (B) eine Summenkonzentration aufweisen, die geringer als 0,011 Gew.-% ist. Weil nun Nickel (Ni) überraschend, in Wechselwirkung mit den übrigen Legierungselementen, insbesondere mit Molybdän (Mo) und Vanadin (V), eine Gefahr einer Korngrenzenbelegung erhöht, ist der Nickel-Gehalt auf einen Wert von unter 0,28 Gew.-% nach oben limitiert. Diese erfindungsgemäß erreichten vorteilhaften Werkstoffeigenschaften, die in einem Beschusstest durch einen hohen Anteil an gehaltenen Schüssen markant ausgeprägt sind, werden an Teilen, die auf eine hohe Festigkeit von über 1900 N/mm2 vergütet wurden, besonders deutlich. Dabei hat sich auch gezeigt, dass bei Schwefelgehalten von kleiner als 0,005 Gew.-% eine weitere Verbesserung der gewünschten Werkstoffeigenschaften erreicht wird.The advantages achieved with the invention according to the above characteristic are essentially to be seen in the fact that by restricting the content of the impurity elements sulfur (S) plus phosphorus (P) in combination to a value of less than 0.025% by weight, the prerequisite for a Achieving high material toughness is achieved if, as was found, the other impurity components arsenic (As) plus antimony (Sb) plus bismuth (Bi) plus tin (Sn) plus zinc (Zn) plus boron (B) have a total concentration that is less than 0.011% by weight. Because nickel (Ni) surprisingly, in interaction with the other alloy elements, in particular with molybdenum (Mo) and vanadium (V), increases the risk of grain boundary occupancy, the nickel content is below 0.28% by weight. limited to the top. These advantageous material properties achieved according to the invention, which are markedly pronounced in a shelling test due to a high proportion of shots held, are particularly evident in parts which have been tempered to a high strength of over 1900 N / mm 2 . It has also been shown that a further improvement in the desired material properties is achieved with sulfur contents of less than 0.005% by weight.
Bei einer Auswahl, bei welcher ein oder mehrere Element(e) die Konzentration(en)
in Gew.-% aufweist (aufweisen):
Neben einer oben angeführten hohen Reinheit bzw. einem geringen Gehalt an Verunreinigungselementen des erfindungsgemäß verwendeten Werkstoffes wirkt sich, wie erkannt wurde, auch die Technologie der Herstellung auf eine ballistische Schutzwirkung von daraus gefertigten Teilen aus. Die herstellungstechnischen Maßgaben, wie diese im Anspruch 3 angeführt sind, können sich einzeln und in Kombination verbessernd auf den ballistischen Schutz durch derart gefertigte Teile auswirken, weil dadurch insbesondere die Isotropie des Materials gefördert wird. Eine Vergütung kann dabei zu höheren Festigkeitswerten bei verbesserter Materialzähigkeit erfolgen, wodurch das Erzeugnis einen wesentlich erhöhten Widerstand gegen Durchschlag von Projektilen erfährt.In addition to a high purity or a low content of Impurity elements of the material used according to the invention acts As has been recognized, the technology of manufacturing also relies on a ballistic Protective effect from parts made from it. The manufacturing technology Measures as set out in claim 3 can be individually and in Combination improving the ballistic protection through parts manufactured in this way affect, because it promotes in particular the isotropy of the material. Remuneration can lead to higher strength values with improved Material toughness take place, whereby the product is significantly increased Resists projectile breakdown.
Wenn der Werkstoff mit der vergütungstechnischen Maßgabe, dass dieser eine Festigkeit von größer als 1800 N/mm, vorzugsweise von größer als 2000 N/mm2, insbesondere von über 2100 N/mm2, bei einer Zähigkeit bei Raumtemperatur von größer als SEP 150 J, vorzugsweise von größer als 185 J, insbesondere von über 245 J, gemessen nach (Stahl Eisen Prüfblatt) SEP 1314, besitzt, sind bei geringen Legierungskosten der Erzeugnisse höchste Durchschlagwiderstände bzw. dergleichen Festigkeit derselben erreichbar.If the material with the remuneration technical requirement that it has a strength of greater than 1800 N / mm, preferably greater than 2000 N / mm 2 , in particular greater than 2100 N / mm 2 , with a toughness at room temperature of greater than SEP 150 J , preferably greater than 185 J, in particular of about 245 J as measured by (S e teel isen rüfblatt P) in September 1314, has the highest breakdown products resistors and the like are the same strength achievable at low alloy cost.
Anhand von Beispielen und von Fig. 1 soll die Erfindung gemäß Ansprüche 1 bis 4 näher erklärt werden, wobei Fig. 1 die Prozentzahl der gehaltenen Schüsse in Abhängigkeit von der Blechdicke wiedergibt.Using examples and from FIG. 1, the invention according to claims 1 to 4 are explained in more detail, wherein Fig. 1 shows the percentage of shots held Depends on the sheet thickness.
Ein erfindungsgemäßes Blech aus einem ESU-Block mit einer Blechdicke von 6,6 mm und einer Zusammensetzung in Gew.-% von 0,49 Kohlenstoff (C), 0,59 Silizium (Si), 0,3 Mangan (Mn), 0,004 Schwefel (S), 0,019 Phosphor (P), 3,23 Chrom (Cr), 1,37 Molybdän (Mo), 0,29 Vanadin (V) sowie 0,19 Nickel (Ni), Rest Eisen (Fe) und Begleitelemente (Arsen (As), Antimon (Sb), Wismut (Bi), Zinn (Sn), Zink (Zn), Bor (B)) mit einer Summenkonzentration von 0,008 wurde auf eine Härte von 56 + 1 HRC vergütet und einem Beschusstest mit 100 Schuss unterworfen, von welchen 93 Schuss gehalten wurden. Unter den gleichen Beschussbedingungen erfolgte eine Erprobung eines Bleches aus vergütetem Kohlenstoffstahl, welches Blech 57 Schuss hielt.A sheet according to the invention made of an ESR block with a sheet thickness of 6.6 mm and a composition in% by weight of 0.49 carbon (C), 0.59 silicon (Si), 0.3 manganese (Mn), 0.004 Sulfur (S), 0.019 phosphorus (P), 3.23 chromium (Cr), 1.37 molybdenum (Mo), 0.29 vanadium (V) and 0.19 nickel (Ni), remainder iron (Fe) and accompanying elements (Arsenic (As), Antimony (Sb), Bismuth (Bi), Tin (Sn), Zinc (Zn), Boron (B)) with a total concentration of 0.008 was tempered to a hardness of 56 + 1 HRC and a shot test with Subjected to 100 rounds, of which 93 rounds were held A sheet made from tempered carbon steel, which held 57 shots, was tested under the same bombardment conditions.
Ein Blech aus Cr-Mo-V-Stahl, welcher pfannenmetallurgisch behandelt und
vakuumentgast war, mit einer Zusammensetzung in Gew.-% von 0,45 Kohlenstoff
(C), 0,62 Silizium (Si), 0,64 Mangan (Mn), 0,016 Phosphor (P), 0,007 Schwefel (S),
3,35 Chrom (Cr), 1,62 Molybdän (Mo), 0,32 Vanadin (V) wurde aus einem
Brammenblock auf eine Dicke von 7,5 mm gewalzt. Aus dem Bleche wurden Proben
gefertigt, selbige mit unterschiedlichen Technologien vergütet und erprobt. Aus der
Tabelle 1 sind die Vergütungsparameter und die erzielten mechanischen Werte
ersichtlich.
Aus den Ergebnissen ist augenscheinlich die Wirkung unterschiedlicher Vergütungsparameter auf die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes ersichtlich, was deutlich auf eine erfindungsgemäß leichte Einstellung von gewünschten Erzeugnisdaten hinweist.From the results, the effects are obviously different Remuneration parameters on the mechanical properties of the material evident, which clearly indicates an easy setting according to the invention indicates the desired product data.
Im Vergleich mit vergütetem Kohlenstoffstahl gleicher Dicke wurden im Beschusstest vom erfindungsgemäßen Blech um ca. 60% mehr Schüsse gehalten. In comparison with tempered carbon steel of the same thickness, Shot test from the sheet metal according to the invention held by about 60% more shots.
In einer weiteren Erprobung erfolgte ein Vergleich von erfindungsgemäßen Blechen mit solchen aus Kohlenstoffstahl und martensitaushärtendem Stahl hinsichtlich gehaltener Schüsse. Die angegebenen bzw. in Fig. 1 eingezeichneten Werte stellen jeweils Mittelwerte von Ergebnissen aus mindestens jeweils drei Schüssen dar.In a further test, a comparison was made of sheets according to the invention with those made of carbon steel and martensitic steel with regard to held shots. Set the values indicated or drawn in Fig. 1 represent mean values of results from at least three shots each.
In Fig. 1 ist der Prozentsatz von gehaltenen Schüssen in Abhängigkeit von der Blechdicke gezeigt. Ab einer Blechdicke von 6 mm aufwärts ist bei gleichen energetischen Bedingungen des Beschusses der Anteil an gehaltenen Schüssen aus einem erfindungsgemäßen und einem aus einem martensitaushärtenden Stahl gefertigten Blech praktisch gleich. Die Wirtschaftlichkeit betreffend ist festzustellen, dass der erfindungsgemäße Werkstoff einen Legierungsanteil von ca. 6 % hat, jener des martensitaushärtenden Stahles (Vergleichswerkstoff) 41,5 % besitzt und somit wesentlich höhere Kosten aufweist.In Fig. 1, the percentage of shots held is dependent on the Sheet thickness shown. From a sheet thickness of 6 mm upwards it is the same energetic conditions of shelling the percentage of shots held from an inventive and one from a martensitic steel manufactured sheet metal practically the same. With regard to economy, it must be determined that that the material according to the invention has an alloy content of approx. 6%, that of the martensitic steel (comparison material) has 41.5% and thus has significantly higher costs.
Das genannte Ziel wird auch erreicht bei einer Verwendung einer Legierung
enthaltend in Gew.-%:
Die gemäß der Erfindung mit den unmittelbar vorgenannten Kennzeichen erzielten Vorteile sind im Wesentlichen darin zu sehen, dass einerseits durch die Wahl der Legierungselemente und deren jeweilige Konzentration eine mittels einer thermischen Vergütung erstellte gewünscht hohe Materialfestigkeit erreichbar ist. Eine hohe Zähigkeit des Werkstoffes andererseits kann, wie gefunden wurde, dabei mittels dreier weiterer legierungstechnischer Maßnahmen erzielt werden. Durch eine Begrenzung des Summengehaltes von Schwefel (S) und Phosphor (Ph) nach oben, welche Elemente bezüglich einer Einschlussbildung und Versprödung, verursacht durch Korngrenzenbelegungen, in Wechselwirkung stehen können, wird zumindest die Voraussetzung hoher Zähigkeit des Werkstoffes geschaffen. Die Elemente Molybdän (Mo) und Wolfram (W) einzeln und in Kombination, welche an sich festigkeitssteigernd in Legierungen wirksam sein können, besitzen jedoch die Tendenz einer versprödenden Korngrenzenanreicherung im Material, so dass eine oben angeführte Limitierung des Gehaltes sich zähigkeitsfördernd auswirkt. Es wurde weiters gefunden, dass die Verunreinigungselemente Arsen (As), Antimon (Sb), Wismut (Bi), Zinn (Sn), Zink (Zn) und Bor (B) schon in geringen Konzentrationen einen Steilabfall der Materialzähigkeit verursachen, wenn es zu schlagartig wirksamen hohen mechanischen Belastungen des Werkstoffes, wie beispielsweise bei einem Beschuss eines daraus gefertigten Teiles kommt, woraus die erfindungsgemäße Festlegung des höchsten Summengehaltes resultiert. Wie auch eingangs erwähnt, können sich die mit Werkstoffuntersuchungen ermittelten mechanischen Materialeigenschaften bei energiereicher Waffeneinwirkung wesentlich ändern, so dass streng genommen, nur durch einen Beschusstest ein Eindringwiderstand von Geschossen oder Splittern sowie ein Rissbildungsverhalten von Schutzteilen bewertet werden kann. Erfindungsgemäß hat die in den Ansprüchen gekennzeichnete Legierung als Werkstoff für Erzeugnisse mit hoher ballistischer Schutzwirkung nicht nur der diesbezüglich verbesserten Eigenschaften wegen, sondern auch aus wirtschaftlichen Gründen besondere Vorteile, weil der Anteil an Legierungselementen im Stahl unter 8,8 Gew.-% liegt, eine verzugsarme thermische Vergütung durchführbar ist und eine ausreichende Schweißbarkeit des Materials für eine Komponentenfertigung, beispielsweise für eine Limousinenpanzerung, vorliegt.The achieved according to the invention with the immediately aforementioned characteristics The main advantages are that, on the one hand, by choosing the Alloy elements and their respective concentration one by means of a thermal tempering created desired high material strength is achievable. On the other hand, a high toughness of the material, as has been found, can do so by means of three further alloying measures. By a Limiting the total content of sulfur (S) and phosphorus (Ph) upwards, which elements cause inclusion and embrittlement through grain boundary assignments, can at least interact created the requirement for high toughness of the material. The Elements Molybdenum (Mo) and tungsten (W) individually and in combination, which in itself strengthening in alloys can, however, have the Tendency of brittle grain boundary enrichment in the material, so that a Limitation of salary mentioned above has a toughening effect. It it was also found that the impurity elements arsenic (As), antimony (Sb), bismuth (Bi), tin (Sn), zinc (Zn) and boron (B) in small amounts Concentrations cause a steep drop in material toughness if there is too abruptly effective high mechanical loads on the material, such as for example, when a part made from it is shot at, comes from what the determination of the highest total content according to the invention results. How also mentioned at the beginning, can be determined with material tests mechanical material properties with high-energy weapon impact change significantly, so strictly speaking, only through a bullet test Penetration resistance of bullets or fragments and cracking behavior of protective parts can be evaluated. According to the invention in the Alloy characterized as a material for products with high demands Ballistic protection effect not only of the improved properties in this regard because of, but also for economic reasons special advantages because of The proportion of alloying elements in the steel is less than 8.8% by weight thermal coating is feasible and adequate weldability of the Materials for a component production, for example for a Limousine armor.
Bei einer Weiterentwicklung der Legierung, wobei ein oder mehrere Element(e)
derselben die Konzentration(en) in Gew.-% aufweist (aufweisen):
Die erfindungsgemäß erreichten vorteilhaften Werkstoffeigenschaften sind zunehmend bei einem Beschuss markant ausgeprägt, wenn die Teile auf höhere Festigkeitswerte von über 1900 N/mm2vergütet sind. Dies ist auch dadurch begründet, dass ein engerer Bereich der Konzentration eines jeweiligen Legierungselementes in Wechselwirkung mit den übrigen Bestandteilen der Legierung die Umwandlung und die Ausbildung des Gefüges des Werkstoffes bei der thermischen Vergütung günstig beeinflusst, wobei die Härteannahme und das Anlassverhalten verbessert werden und derart eine weitgehende Isotropie mit niedrigen Eigenspannungen entsteht.The advantageous material properties achieved according to the invention are increasingly pronounced in the case of bombardment if the parts are tempered to higher strength values of over 1900 N / mm 2 . This is also due to the fact that a narrower range of the concentration of a respective alloy element in interaction with the other constituents of the alloy has a favorable influence on the conversion and the formation of the structure of the material in the thermal treatment, whereby the hardness acceptance and the tempering behavior are improved and such extensive isotropy with low residual stresses.
Die herstellungstechnischen Maßgaben den Werkstoff betreffend, wie diese im
Anspruch 7 angeführt sind, wirken sich einzeln und in Kombination verbessernd auf
den ballistischen Schutz durch daraus gefertigte Teile aus, weil durch diese
Maßgaben die Isotropie des Materials, auch die Mikroseigerungen betreffend,
gefördert wird. Derart kann auch bei einer Vergütung zu höheren Festigkeiten des
Werkstoffes eine Steigerung der Materialzähigkeit in alle Richtungen erfolgen und
der Widerstand gegen Durchschlag von Projektilen angehoben werden. The manufacturing technical requirements regarding the material, as in
Wenn der Werkstoff mit der vergütungstechnischen Maßgabe, dass dieser eine Festigkeit von größer als 1800 N/mm2, vorzugsweise von größer als 2000 N/mm2, insbesondere von über 2100 N/mm2, bei einer Zähigkeit bei Raumtemperatur von größer als SEP 150 J, vorzugweise von größer als 185 J, insbesondere von über 245 J, gemessen nach (Stahl Eisen Prüfblatt) SEP 1314 besitzt, sind daraus Erzeugnisse bzw. Schutzkomponenten mit höchstem Durchschlagwiderstand erstellbar.If the material with the remuneration technical requirement that it has a strength of greater than 1800 N / mm 2 , preferably greater than 2000 N / mm 2 , in particular greater than 2100 N / mm 2 , with a toughness at room temperature of greater than SEP 150 J, preferably having greater than 185 J, in particular of about 245 J as measured by (S e teel isen rüfblatt P) in September 1314, are derived products or protection components with the highest breakdown resistance buildable.
Anhand von Beispielen und mittels Fig. 2 soll die Erfindung gemäß den Ansprüchen
5 bis 8 ebenfalls näher erklärt werden, wobei Fig. 2 wiederum die Prozentzahl von
gehaltenen Schüssen in Abhängigkeit von der Blechmaterialdicke zeigt.Using examples and by means of Fig. 2, the invention according to the
Aus einem Brammenblock aus einem vakuumbehandelten Stahl mit einer
Zusammensetzung von in Gew.-% 0,5 Kohlenstoff (C), 0,32 Silizium (Si), 0,45
Mangan (Mn), 0,017 Phoshor (P), 0,006 Schwefel (S), 1,25 Chrom (Cr), 0,18
Molybdän (Mo), 0,21 Wolfram (W), 3,97 Nickel (Ni) sowie mit einer Summe aus
Arsen (As) plus Antimon (Sb) plus Wismut (Bi) plus Zinn (Sn) plus Bor (B) = 0,0085
wurde ein Blech mit einer Dicke von 6,8 mm gewalzt, welches Walzgut nach
Anwendung unterschiedlicher Vergütetechnologien mechanisch erprobt wurde. Die
Ergebnisse der Erprobungen sind in Tab. 2 zusammengestellt.
Beim Beschusstest wurde gefunden, dass das Blech mit der Probenbezeichnung AA ein Schusshaltevermögen von 95 aufwies, hingegen ein gleich dickes vergütetes Blech aus Kohlenstoffstahl nur 56 von 100 Schussbeaufschlagungen standhielt.During the shooting test it was found that the sheet with the sample designation AA had a shot retention capacity of 95, but an equally thick tempered one Carbon steel sheet withstood only 56 out of 100 shots.
Ein Blech, welches aus pfannenmetallurgisch behandeltem Stahl mit einer Zusammensetzung in Gew.-% von 0,52 Kohlenstoff (C), 0,12 Silizium (Si), 0,22 Mangan (Mn), 0,014 Phosphor (P), 0,003 Schwefel (S), 1,42 Chrom (Cr), 0,11 Molybdän (Mo), 0,09 Wolfram (W), 0,004 (As + Sb + Bi + Sn + Zn + B), der anschließend elektroschlackeumgeschmolzen wurde, mit einer Dicke von 7,5 mm gefertigt und auf eine Härte von 57 HRC vergütet worden war, erbrachte bei einer Härtetemperatur von 880°C und Luftabkühlung nach einem Anlassen bei 200°C eine Streckgrenze des Materiales von Rm = 2265 N/mm2 bei einer Kerbschlagarbeit von im Mittel 202 J. Beim Beschusstest im Vergleich mit vergütetem Kohlenstoffstahl bei sonst gleichen Bedingungen wurde eine um 68,7 % höhere Anzahl von gehaltenen Schüssen registriert.A sheet made of ladle-treated steel with a composition in% by weight of 0.52 carbon (C), 0.12 silicon (Si), 0.22 manganese (Mn), 0.014 phosphorus (P), 0.003 sulfur ( S), 1.42 chromium (Cr), 0.11 molybdenum (Mo), 0.09 tungsten (W), 0.004 (As + Sb + Bi + Sn + Zn + B), which was then remelted electroslag, with a thickness of 7.5 mm and tempered to a hardness of 57 HRC, at a hardness temperature of 880 ° C and air cooling after tempering at 200 ° C, the material had a yield strength of Rm = 2265 N / mm 2 with a notched bar impact work of on average 202 J. In the shelling test compared to tempered carbon steel under otherwise identical conditions, a 68.7% higher number of shots was recorded.
In einer der weiteren Erprobungen erfolgte ein Vergleich von erfindungsgemäßen Blechen und solchen aus jeweils auf höchste Werte vergütetem Kohlenstoffstahl und martensitaushärtendem Stahl mittels Beschusstestes. In Fig. 2 ist der Prozentsatz an gehaltenen Schüssen in Abhängigkeit von der Bleckdicke dargestellt. Ab einer Blechdicke von 5 mm bis zu einer solchen von 10 mm sind anteilsmäßig die von martensitaushärtbarem Stahl und die vom erfindungsgemäßem Stahl gehaltenen Schüsse im Wesentlichen gleich mit geringen Vorteilen des erfindungsgemäßen Werkstoffes im Bereich über einer Blechdicke von 6 mm.In one of the further tests, a comparison of the invention was carried out Sheets and those made of carbon steel that have been tempered to the highest values and martensitic hardening steel using a bullet test. 2 is the Percentage of shots held depending on the sheet thickness shown. From a sheet thickness of 5 mm to 10 mm proportionately that of martensitic steel and that of Steel shots according to the invention held essentially the same with low Advantages of the material according to the invention in the range over a sheet thickness of 6 mm.
Als kennzeichnend stellt sich also dar, dass die Verwendung eines erfindungsgemäßen Werkstoffes einerseits gegenüber einem solchen aus Kohlenstoffstahl bei gleichen Erzeugnisformen und Beanspruchungskriterien eine deutlich höhere ballistische Schutzwirkung besitzt und andererseits gegenüber einem martensitaushärtbaren Stahl einen wesentlich geringeren Anteil an Legierungselementen aufweist und dadurch in der Erstellung wirtschaftliche Vorteile hat.It is therefore characteristic that the use of a material according to the invention on the one hand from such Carbon steel with the same product forms and stress criteria has significantly higher ballistic protection and on the other hand a significantly lower proportion of a hardenable steel Alloy elements and thus economic advantages in the creation Has.
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