EP1705257A1 - Panzerung für ein Fahrzeug - Google Patents

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Publication number
EP1705257A1
EP1705257A1 EP06004684A EP06004684A EP1705257A1 EP 1705257 A1 EP1705257 A1 EP 1705257A1 EP 06004684 A EP06004684 A EP 06004684A EP 06004684 A EP06004684 A EP 06004684A EP 1705257 A1 EP1705257 A1 EP 1705257A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
max
steel
armor
vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06004684A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Müller
Christian Gnass
Wilfried Prof. Dr. Rostek
Thomas Dr. Tröster
Rainer Dr. Lübbers
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Benteler Defense GmbH and Co KG
Original Assignee
Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Benteler Automobiltechnik GmbH filed Critical Benteler Automobiltechnik GmbH
Publication of EP1705257A1 publication Critical patent/EP1705257A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/42—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for armour plate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H5/00—Armour; Armour plates
    • F41H5/02—Plate construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H7/00—Armoured or armed vehicles
    • F41H7/02—Land vehicles with enclosing armour, e.g. tanks
    • F41H7/04—Armour construction

Definitions

  • the invention relates to a method for tanking a vehicle with a hardened steel component and a hardened steel component with a wall thickness of 4 to 15 mm for arming a vehicle.
  • Armored steels are low-alloy tempered steels with a high hardness.
  • a steel alloy for a steel armor which is characterized by a low carbon content and by the carbonitride former vanadium.
  • the alloy is expressed as a percentage by mass of 0.15 to 0.2% C, 0.1 to 0.5% Si, 0.7 to 1.7% Mn, ⁇ 0.02% P, ⁇ 0.005% S , ⁇ 0.01% N, 0.009 to 0.1% Al, 0.5 to 1.0% Cr, 0.2 to 0.7% Mo, 1.0 to 2.5% Ni and 0.05 to 0.25% V, remainder iron including unavoidable impurities, which may additionally contain up to 0.005% boron.
  • the alloy has a yield strength of more than 1100 N / mm 2 and a minimum tensile strength of 1250 N / mm 2 . Their elongation at break is more than 10%.
  • Known ballistic steels are ARMOX 500 T, 560 T and 600 T from SSAB or SECURE 400, 450, 500 and 600 from Thyssen Krupp Stahl.
  • each armor steel workpiece is annealed at a temperature above the Curie point for a given soak time to obtain an austenitic structure. Subsequently, the workpiece is cooled at a controlled cooling rate above the formation of martensitic microstructure favorable critical cooling rate and then processed the soft workpiece. Thereafter, the machined workpiece is brought to a temperature above the Curie point and then quenched to restore its hardness.
  • the problem with this method is the distortion of the component due to heating and hardening after machining.
  • accurate dimensional accuracy is crucial in installing such a tank armor component into a vehicle.
  • the DE 197 43 802 C2 describes a method of making a metallic mold component for automotive components having regions of higher ductility.
  • a board is provided of a steel alloy, which is in weight percent of carbon (C) from 0.18% to 0.3%; Silicon (Si) 0.1% to 0.7%; Manganese (Mn) 1.0% to 2.5%; Phosphorus (P) maximum 0.025%; Chromium (Cr) 0.1% to 0.8%; Molybdenum (Mo) 0.1% to 0.5%; Sulfur (S) maximum 0.01%; Titanium (Ti) 0.02% to 0.05%; Boron (B) 0.002% to 0.005%; Aluminum (AL) 0.01% to 0.06% and the balance iron including melting impurities.
  • the named alloy is outstandingly suitable for thermoforming and hardening. For armor purposes, however, the sheet thickness would have to be chosen so strong that the use of the alloy is less interesting for weight reasons.
  • the EP 1 335 036 A1 describes a method of making an aluminum-corrosion protected structural component by piece coating and thermoforming. The aim is to avoid cold forming of the aluminum layer.
  • the DE 102 08 216 C1 describes a method for producing a partially cured component by keeping regions of the component isothermal after austenitization until a transformation into ferrite or pearlite takes place and the areas no longer harden in martensite during the subsequent hardening process.
  • the DE 102 46 164 A1 describes hot stamping of blanks taken from a flexibly rolled strip.
  • the DE 103 07 184 B3 describes the preforming and final forming of a blank from the preform heat without intermediate heating.
  • the DE 100 49 660 A1 describes the thermoforming of a patchwork sheet.
  • the DE 197 23 655 A1 describes the thermoforming of a sheet steel product, wherein the steel in the areas in which it is to be processed, is held by inserts or recesses in the tool in the mild steel region.
  • the DE 100 16 798 A1 discloses an armor for security vehicles, wherein the element according to the invention consists of hot-rolled wear-resistant austenitic manganese steel, which has no randentkohlte layer and is strongly hardening during cold working. According to the method, the edge-decarburized layer formed during hot-rolling is removed on both sides by removal or the adjustment of this layer by the use of protective gas is avoided.
  • the US 5, 458, 704 A shows a hot rolled armor steel which is 0.25 to 0.32% C; 0.05 to 0.75% Si; 0.10 to 1.50% Mn; 0.90 to 2.00% Cr; 0.10 to 0.70% Mo; 1.20 to 4.50% Ni; 0.01 to 0.08% Al; max 0.015% P; max 0.005% S; max 0.012% N; Contains residual iron and impurities caused by melting.
  • This steel is intended for armor with a wall thickness of 50 mm and more.
  • the DE 200 14 361 U1 describes a one-piece thermoformed B-pillar with a high strength upper part and a relatively ductile foot. During production, either parts of the foot are insulated in the oven against austenitization or cooled before curing without reaching the critical cooling rate.
  • the DE 697 07 066 T2 discloses a thermoformed B-pillar with a specially set hardness distribution profile that extends approximately arcuately across the B-pillar, with the highest hardness values being in the middle of the B-pillar.
  • the basic structure of the workpiece is austenitized above the AC 3 temperature.
  • the austenitized steel plate is molded in a tool that may be cooled or uncooled. During the forming process, the heated steel plate is cooled by the heat flow into the tool so that it comes to martensite bainite formation. This will harden the steel.
  • the board To come to a complete curing, the board must be heated to a temperature above 3 AC. If the board is heated less strongly, only a partial microstructure transformation and thus only a partial hardening takes place. Depending on the application, the reduced hardness can also meet the requirements for armor. Decisive are the deformation limits that are significantly extended during the forming steps in the uncured state of the blank, and the accurate, distortion-free final shaping and hardening in the tool.
  • thermoforming and hardening in the tool as mentioned above are known, however, there is no experience with ballistic steels and the associated sheet thicknesses up to 15 mm.
  • the thermoforming properties and forming limits are unknown in the application of this method. It is also unknown to what thicknesses a through hardening of ballistic steels is possible.
  • the armor steel To reward the armor steel, it can be tempered after hardening.
  • armor can be made, which correspond to the final contour of the vehicle to be armored and hardened without distortion until reaching the final contour.
  • bending angles of> 4 ° can be set easily.
  • It can even be made of armor steel structural components even, which in these structural parts such as a B-pillar or a completely deep-drawn door no additional armor is needed. It is therefore possible to replace many small parts welded together by a single component. This reduces the number of welds and the associated security risk and the effort to minimize the security risk again.
  • the single component is characterized by high accuracy, which makes it easy to fit with other components in the vehicle.
  • thermoforming with hardening in the tool only leads to the desired ballistic properties if the finished components have significantly higher hardnesses than in the previously used conventional steels. This means that the steel must be generally recoverable and at the same time have a high level of through hardenability. It was therefore a material to develop, on the one hand has excellent through hardenability as conventional thermoforming steels, and on the other hand has a high hardness in the final state as conventional ballistic steels.
  • the through-cure can be achieved with elements such as e.g. Manganese, molybdenum and chromium are improved.
  • a high hardness can be e.g. Adjust with the elements carbon, silicon and tungsten. Especially tungsten forms very hard carbides and increases the tensile strength, yield strength and toughness.
  • the steel alloy has a hardness of up to 580 HV30.
  • the values of copper and nickel can vary within the specified range. In a preferred embodiment, however, both values are in the ratio 1: 1.
  • the steel alloy according to the invention is suitable by its formability in the soft state and its cooling behavior for an optionally cold preforming and thermoforming combined with a hardening in the tool and at the same time achieves the desired for an armor high degrees of hardness.
  • the steel alloy according to the invention is intended for the armoring of motor vehicles such as, for example, armored passenger cars, in particular by replacing regular body components with armored body components.
  • the invention is not limited thereto.
  • armored personnel carriers and in particular military transport vehicles can be armored with sheet thicknesses around 12 mm easily according to the invention.
  • battle tanks such as the Leopard
  • hot-formed parts made of the steel alloy according to the invention. Usually, these thermoformed parts but because of the large wall thicknesses then tend to be only part of an armor and not represent the entire armor.
  • the armor component according to the invention is described in more detail below with reference to the single FIGURE.
  • the figure shows a thermoformed and hardened component 1 made of a steel armor plate.
  • the component 1 has a sheet thickness 2 of 6.0 mm.
  • the component 1 has at the points 3 to 6 high degrees of deformation. It is bent at points 3, 5 and 6 with an angle> 45 °. At the point 4, an acute angle ⁇ is formed, in addition, the lower boundary line 4a runs obliquely.
  • the component 1 is made in one piece despite the high degree of deformation and has no weld.
  • the required hardness for ballistic protection is given in all places, including in the formed areas 3, 4, 5, 6.
  • the component 1 has been hardened with the final shaping in the tool. It is therefore accurate to measure.

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Abstract

Es wird vorgeschlagen, die Warmformung und Presshärtung für Stahlbauteile einzusetzen, mit denen ein Fahrzeug gepanzert werden soll. Dadurch lassen sich mit wenigen Schweißnähten komplexe Panzerungen mit einer dem Fahrzeug angepassten Kontur herstellen. Außerdem wird eine Legierung vorgeschlagen, die sich gut für die Herstellung warmgeformter und gehärteter Panzerungen eignet.

Description

  • Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Panzern eines Fahrzeugs mit einem Bauteil aus gehärtetem Stahl sowie ein gehärtetes Bauteil aus Stahl mit einer Wanddicke von 4 bis 15 mm zur Panzerung eines Fahrzeugs.
  • Fahrzeuge werden derzeit gegen Beschuss mit Bauteilen aus Stahl gepanzert (ballistischer Schutz), indem zunächst eine spezielle Panzerstahlsorte ausgewählt wird. Panzerstähle sind niedrig legierte Vergütungsstähle mit einer hohen Härte.
  • Aus der EP 1 052 296 B1 ist beispielsweise eine Stahllegierung für einen Panzerstahl bekannt, die sich durch einen niedrigen Kohlenstoffgehalt und durch den Karbonitridbildner Vanadium auszeichnet. Die Legierung setzt sich in Masseprozent ausgedrückt zusammen aus 0,15 bis 0,2 % C, 0,1 bis 0,5 % Si, 0,7 bis 1,7 % Mn, < 0,02 % P, < 0,005 % S, < 0,01 % N, 0,009 bis 0,1 % Al, 0,5 bis 1,0 % Cr, 0,2 bis 0,7 % Mo, 1,0 bis 2,5 % Ni und 0,05 bis 0,25 % V, Rest Eisen einschließlich unvermeidbarer Verunreinigungen, wobei sie zusätzlich bis 0,005 % Bor enthalten kann. Die Legierung verfügt über eine Streckgrenze von über 1100 N/mm2 und eine Mindestzugfestigkeit von 1250 N/mm2. Ihre Bruchdehnung liegt bei mehr als 10 %. Bekannte ballistische Stähle sind ARMOX 500 T, 560 T und 600 T von SSAB oder SECURE 400, 450, 500 und 600 von Thyssen Krupp Stahl.
  • In Abhängigkeit von der Vergütung des Stahls lässt sich entweder eine hohe Festigkeit des Stahls auf Kosten der Duktilität oder eine zum Energieverzehr hinreichende Duktilität bei allerdings verringerter Härte einstellen. Müssen Werkstücke aus Panzerstahlblechen verformt, insbesondere gebogen werden, so werden relativ aufwändige Biegeverfahren und Biegewerkzeuge benötigt. Dennoch lassen sich herkömmliche Panzerstahlbleche nur bedingt und mit geringfügigen Formänderungen spanlos bearbeiten, insbesondere biegen (bis max. 4°), ohne zu brechen bzw. Oberflächenrisse zu zeigen. Aufgrund dieser Probleme wird eine Panzerung in der Regel aus vielen kleinen Stücken aufgebaut, die miteinander verschweißt werden, um eine komplexe Form abzubilden. Beim Schweißen der Panzerstahlwerkstoffe sinkt die Härte im Bereich der Wärmeeinflusszone stark ab. Um dennoch den Schutz gegen Geschosse durch die Panzerung zu gewährleisten, werden zum Beispiel weitere Panzerstahlplatten im Bereich der Schweißnähte überlappend angeordnet. Alternativ werden die Schweißnähte beispielsweise rückseitig mit Aramidlayern hinterlegt. Der Einbau einer von außen nicht sichtbaren Panzerung ist daher insgesamt bauraumintensiv. Durch den Verlust an Bauraum kann es zu Einschränkungen wichtiger Funktionalitäten des Fahrzeugs kommen, wenn diese nicht mehr untergebracht werden können. Ein Beispiel hierfür ist bei zivilen Fahrzeugen der Einbau von Seiten- und Kopfairbags.
  • Aus der DE 103 06 063 A1 ist ein Verfahren zum Bearbeiten von Panzerstahl bekannt, bei dem jedes Werkstück aus Panzerstahl bei einer Temperatur oberhalb des Curie-Punkts für eine vorgegebene Durchwärmzeit weichgeglüht wird, um ein austenitisches Gefüge zu erhalten. Anschließend wird das Werkstück mit einer kontrollierten Abkühlgeschwindigkeit oberhalb der die Bildung von martensitischem Gefüge begünstigenden kritischen Abkühlgeschwindigkeit abgekühlt und das dann weiche Werkstück bearbeitet. Danach wird das bearbeitete Werkstück auf eine Temperatur oberhalb des Curie-Punkts gebracht und dann zum Wiederherstellen seiner Härte abgeschreckt. Problematisch ist an dieser Methode, der durch das Erwärmen und Härten nach dem Bearbeiten auftretende Verzug des Bauteils. Eine genaue Maßhaltigkeit ist jedoch beim Einbau eines solchen Bauteils aus Panzerstahl in ein Fahrzeug entscheidend.
  • Aus der DE 24 52 486 C2 ist ein Verfahren zum Pressformen und Härten eines Stahlblechs mit geringer Materialdicke und guter Maßhaltigkeit bekannt, bei dem ein Stahlblech aus einem borlegierten Stahl in weniger als 5 Sekunden in die endgültige Form zwischen zwei indirekt gekühlten Werkzeugen unter wesentlicher Formveränderung gepresst wird und unter Verbleib in der Presse einer Schnellkühlung so unterzogen wird, dass ein martensitisches und/ oder bainitisches feinkörniges Gefüge erzielt wird. Diese Verfahren hat sich zum Herstellen hochfester, relativ dünner Bauteile mit komplexer Formgebung und hoher Maßhaltigkeit für Struktur- und Sicherheitsteile wie A- und B-Säulen oder Stoßfänger in der zivilen Fahrzeugindustrie bewährt. Hierbei werden jedoch typischerweise Bleche mit Dicken von 3 mm oder weniger geformt und Stähle mit einem geringen Kohlenstoffgehalt eingesetzt. Die Untersuchung dieser Stähle hinsichtlich ihrer ballistischen Eigenschaften ergab ein deutlich schlechteres Verhalten im Vergleich zu konventionell am Markt verfügbaren Panzerstählen. Insbesondere müssen deutlich größere Wanddicken verwendet werden.
  • Die DE 197 43 802 C2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Formbauteils für Kraftfahrzeugkomponenten mit Bereichen höherer Duktilität. Hierbei wird eine Platine bereitgestellt aus einer Stahllegierung, die in Gewichtsprozent ausgedrückt aus Kohlenstoff (C) 0,18 % bis 0,3 %; Silizium (Si) 0,1 % bis 0,7 %; Mangan (Mn) 1,0 % bis 2,5 %; Phosphor (P) maximal 0,025 %; Chrom (Cr) 0,1 % bis 0,8 %; Molybdän (Mo) 0,1 % bis 0,5 %; Schwefel (S) maximal 0,01 %; Titan (Ti) 0,02 % bis 0,05 %; Bor (B) 0,002 % bis 0,005 %; Aluminium (AL) 0,01 % bis 0,06 % und Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen besteht. Die genannte Legierung eignet sich hervorragend zum Warmformen und Härten. Für Panzerungszwecke müsste allerdings die Blechdicke so stark gewählt werden, dass der Einsatz der Legierung aus Gewichtsgründen weniger interessant ist.
  • Die EP 1 335 036 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines durch Aluminium gegen Korrosion geschützten Strukturbauteils mittels Stückbeschichtung und Warmformen. Ziel ist es, die Kaltumformung der Aluminiumschicht zu vermeiden.
  • Die DE 102 08 216 C1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines partiell gehärteten Bauteils, indem Bereiche des Bauteils nach einer Austenitisierung solange isotherm gehalten werden, bis eine Umwandlung in Ferrit oder Perlit stattfindet und die Bereiche beim anschließenden Härtevorgang nicht mehr in Martensit aushärten.
  • Die DE 102 46 164 A1 beschreibt das Warmumformen von Platinen, die aus einem flexibel gewalzten Band entnommen sind.
  • Die DE 103 07 184 B3 beschreibt das Vorformen und Endformen einer Platine aus der Vorformwärme heraus ohne Zwischenerwärmen.
  • Die DE 100 49 660 A1 beschreibt das Warmformen eines Patchworkbleches.
  • Die DE 197 23 655 A1 beschreibt das Warmformen eines Stahlblechproduktes, wobei der Stahl in den Bereichen, in denen er bearbeitet werden soll, durch Einsätze oder Ausnehmungen im Werkzeug im Flussstahlbereich gehalten wird.
  • Die DE 100 16 798 A1 offenbart eine Panzerung für Sicherheitskraftfahrzeuge, wobei das erfindungsgemäße Element aus warmgewalztem verschleißfesten austenitischen Manganstahl besteht, der keine randentkohlte Schicht aufweist und bei Kaltumformung stark aufhärtend ist. Verfahrensgemäß wird die beim Warmwalzen entstandene randentkohlte Schicht beidseitig durch Abtragen entfernt oder die Einstellung dieser Schicht durch Einsatz von Schutzgas vermieden.
  • Die US 5, 458, 704 A zeigt einen warmgewalzten Panzerstahl, der 0,25 bis 0,32 % C; 0,05 bis 0,75 % Si; 0,10 bis 1,50 % Mn; 0,90 bis 2,00 % Cr; 0,10 bis 0,70 % Mo; 1,20 bis 4,50 % Ni; 0,01 bis 0,08 % Al; max 0,015 % P; max 0,005 % S; max 0,012 % N; Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen enthält. Dieser Stahl ist vorgesehen für Panzerungen mit einer Wanddicke von 50 mm und mehr.
  • Die DE 200 14 361 U1 beschreibt eine einteilige warmgeformte B-Säule mit einem hochfesten oberen Teil und einem dazu relativ duktilen Fuß. Bei der Herstellung werden entweder Teile des Fusses im Ofen gegen die Austenitisierung isoliert oder vor dem Härten ohne Erreichen der kritischen Abkühlgeschwindigkeit abgekühlt.
  • Die DE 697 07 066 T2 offenbart eine warmgeformte B- Säule mit einem speziell eingestellten Härteverteilungsverlauf, der sich in etwa bogenförmig über die B- Säule erstreckt, wobei die höchsten Härtewerte sich in der Mitte der B- Säule befinden.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, die Formgebungsgrenzen ballistischer Stähle zu erweitern, um eine Panzerung herzustellen, die dem Fahrzeuginnenraum besser angepasst ist.
  • Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig durch den Anspruch 1 und gegenständlich durch den Anspruch 4 gelöst. Zum Herstellen einer Panzerung wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem zunächst eine Platine aus ungehärtetem Panzerstahl mit einer Blechdicke von 4 bis 15 mm bereitgestellt wird und das Bauteil vor der Endformgebung auf eine Temperatur über den AC3 Punkt der Legierung erhitzt wird. Dann wird das über AC3 erhitzte Bauteil in einem Pressenwerkzeug in die Endform gebracht und gleichzeitig unter Verbleib in dem Pressenwerkzeug gehärtet. Das Bauteil wird ohne einen weiteren Umformschritt in das Fahrzeug zur Panzerung eingebaut. Mit Umformschritt ist hier die aktive Formgebung durch beispielsweise Tiefziehen, Biegen oder Prägen gemeint. Ein randseitiges Beschneiden oder ein Trennen von mehreren endgeformten Bauteilen kann auch nach dem Härten noch durchgeführt werden.
  • Zu beachten sind die gegenüber dem Warmformen von dünnen Blechen deutlich längeren Aufheizzeiten. Dabei wird das Grundgefüge des Werkstücks oberhalb der AC3 Temperatur austenitisiert. Die austenitisierte Stahlplatine wird in einem Werkzeug, das gekühlt oder ungekühlt sein kann, geformt. Während des Umformprozesses wird die erwärmte Stahlplatine durch den Wärmeabfluss in das Werkzeug derart gekühlt, dass es zur Martensit- Bainitbildung kommt. Dadurch wird der Stahl gehärtet. Um zu einer vollständigen Durchhärtung zu kommen, muss die Platine auf eine Temperatur über AC3 erhitzt werden. Wird die Platine weniger stark erwärmt, findet nur eine teilweise Gefügeumwandlung und damit auch nur eine teilweise Härtung statt. Je nach Anwendungsfall kann auch die reduzierte Härte den Anforderungen an die Panzerung genügen. Entscheidend sind die während der Formgebungsschritte im ungehärteten Zustand der Platine deutlich erweiterten Formgebungsgrenzen und die maßgenaue, weil verzugfreie Endformgebung und Härtung im Werkzeug.
  • Zwar sind die Warmformung und das Härten im Werkzeug wie eingangs erwähnt bekannt, es gibt allerdings keine Erfahrungen mit ballistischen Stählen und den damit verbundenen Blechdicken bis zu 15 mm. Die Tiefzieheigenschaften und Formgebungsgrenzen sind in der Anwendung dieses Verfahrens unbekannt. Ebenfalls ist unbekannt, bis zu welchen Blechdicken eine Durchhärtung ballistischer Stähle möglich ist.
  • In umfangreichen, dieser Erfindung zugrundeliegenden Untersuchungen sind speziell entwickelte Panzerstahlbleche bis 8 mm Wanddicke, vorzugsweise mit 5 bis 6 mm Wanddicke oberhalb AC3 austenitisiert, warm umgeformt und im Werkzeug gehärtet worden. Mit diesem Prozess ist es möglich, hochfeste Panzerelemente mit höchsten Genauigkeiten herzustellen. Durch die an die Fahrzeuginnenkontur angepasste Form ist es möglich gewichtssparend zu bauen. Gleichzeitig wird die Zahl der Schweißnähte um ein Vielfaches reduziert, so dass auch die zusätzlichen Schutzmaßnahmen entsprechend reduziert werden können. Durch die bessere Bauraumausnutzung können Funktionselemente wie zum Beispiel Seiten- und Kopfairbags eingebaut werden.
  • Um den Panzerstahl zu vergüten, kann er nach dem Härten angelassen werden.
  • Gegenständlich können so Panzerungen hergestellt werden, die der Endkontur der zu panzernden Fahrzeugstelle entsprechen und erst mit Erreichen der Endkontur verzugfrei gehärtet worden sind. Dabei lassen sich vor allem auch Biegewinkel > 4° problemlos einstellen. Während des Tiefziehens und/ oder Biegens sind Biegewinkel bis zu 90° realisierbar. Es können sogar Strukturbauteile selbst aus Panzerstahl hergestellt werden, wodurch bei diesen Strukturteilen wie beispielsweise einer B-Säule oder auch einer komplett tiefgezogenen Tür keine zusätzliche Panzerung nötig ist. Es besteht daher die Möglichkeit, viele kleine miteinander verschweißte Einzelteile durch ein einzelnes Bauteil zu ersetzen. Dies verringert die Zahl der Schweißnähte und das damit verbundene Sicherheitsrisiko sowie den Aufwand, das Sicherheitsrisiko wiederum zu minimieren. Das einzelne Bauteil zeichnet sich durch eine hohe Genauigkeit aus, aufgrund derer es sich problemlos mit anderen Komponenten im Fahrzeug fügen lässt.
  • Das Verfahren der Warmformgebung mit Härten im Werkzeug führt aber nur dann zu den gewünschten ballistischen Eigenschaften, wenn die fertigen Bauteile deutlich höhere Härten als bei den bisher verwendeten konventionellen Stählen aufweisen. Das bedeutet, der Stahl muß generell vergütbar sein und gleichzeitig über ein hohes Maß an Durchhärtbarkeit verfügen. Es war daher ein Material zu entwickeln, das einerseits über eine ausgezeichnete Durchhärtbarkeit wie konventionelle Warmformstähle verfügt, und andererseits eine hohe Härte im Endzustand wie konventionelle ballistische Stähle aufweist.
  • Die Durchhärtbarkeit kann mit Elementen wie z.B. Mangan, Molybdän und Chrom verbessert werden. Eine hohe Härte läßt sich z.B. mit den Elementen Kohlenstoff, Silizium und Wolfram einstellen. Speziell Wolfram bildet sehr harte Karbide und erhöht die Zugfestigkeit, Streckgrenze und Zähigkeit.
  • Als besonders vorteilhaft hat sich daher eine Stahllegierung für einen Panzerstahl herausgestellt, die in Gewichtsprozent ausgedrückt eine Zusammensetzung aufweist von
    • 0,2 bis 0,4 %
    Kohlenstoff
    0,3 bis 0,8 %
    Silizium
    1,0 bis 2,5 %
    Mangan
    max. 0,02 %
    Phosphor
    max. 0,02 %
    Schwefel
    max. 0,05 %
    Aluminium
    max. 2 %
    Kupfer
    0,1 bis 0,5 %
    Chrom
    max. 2 %
    Nickel
    0,1 bis 1 %
    Molybdän
    0,001 bis 0,01 %
    Bor
    0,01 bis 1 %
    Wolfram
    max. 0,05 %
    Stickstoff
  • Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen. Die Stahllegierung besitzt eine Härte von bis zu 580 HV30.
  • In einer besonders geeigneten Variante liegen die einzelnen Werte bei C = 0,29 bis 0,31 %, Si = 0,4 bis 0,65 %, Mn = 1,5 bis 1,6 %, P = 0,012 bis 0,016 %, S = 0,0008 bis 0,0017 %, Al = 0,02 bis 0,03 %, Cu = max. 1,05 %, Cr = 0,25 bis 0,265 %, Ni = max. 1,05 %, Mo = 0,4 bis 0,5 %, B = 0,002 bis 0,003 %, W = 0,01 bis 0,35 % und N = 0,01 bis 0,015 %, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen. Die Werte von Kupfer und Nickel können im angegebenen Rahmen schwanken. In einer bevorzugten Ausführungsform stehen beide Werte jedoch im Verhältnis 1 : 1.
  • Die erfindungsgemäße Stahllegierung eignet sich durch ihre Formbarkeit im weichen Zustand und ihr Abkühlverhalten für ein gegebenenfalls kaltes Vorformen sowie die Warmformung verbunden mit einer Härtung im Werkzeug und erreicht zugleich die für eine Panzerung erwünschten hohen Härtegrade.
  • Zum einen ist die erfindungsgemäße Stahllegierung gedacht für die Panzerung von Kraftfahrzeuge wie zum Beispiel gepanzerte Personenkraftwagen, insbesondere indem reguläre Karosseriebauteile durch gepanzerte Karosseriebauteile ersetzt werden. Die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Auch beispielsweise Schützenpanzer und insbesondere militärische Transportfahrzeuge können mit Blechdicken um die 12 mm problemlos erfindungsgemäß gepanzert werden. Bei Kampfpanzern wie dem Leopard können ebenfalls Warmformteile aus der erfindungsgemäßen Stahllegierung zum Einsatz kommen. Üblicherweise werden diese Warmformteile wegen der großen Wandstärken dann aber eher nur Teil einer Panzerung sein und nicht die gesamte Panzerung darstellen.
  • Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Panzerbauteil anhand der einzigen Figur näher beschrieben. Die Figur zeigt ein warmgeformtes und gehärtetes Bauteil 1 aus einer Panzerstahlplatine. Die Platine weist eine Legierungszusammensetzung von C = 0,29 bis 0,31 %, Si = 0,4 bis 0,65 %, Mn = 1,5 bis 1,6 %, P = 0,012 bis 0,016 %, S = 0,0008 bis 0,0017 %, Al = 0,02 bis 0,03 %, Cu = max. 1,05 %, Cr= 0,25 bis 0,265 %, Ni = max. 1,05 %, Mo = 0,4 bis 0,5 %, B = 0,002 bis 0,003 %, W = 0,01 bis 0,35 % und N = 0,01 bis 0,015 %, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen auf. Das Bauteil 1 verfügt über eine Blechdicke 2 von 6,0 mm. Das Bauteil 1 weist an den Stellen 3 bis 6 hohe Umformgrade auf. Es ist an den Stellen 3, 5 und 6 mit einem Winkel > 45° gebogen. An der Stelle 4 ist ein spitzer Winkel α ausgeformt, zudem läuft die untere Begrenzungslinie 4a schräg zu. Das Bauteil 1 ist trotz der hohen Umformgrade einteilig ausgeführt und weist keine Schweißnaht auf. Die erforderliche Härte für den ballistischen Schutz ist an allen Stellen, auch in den umgeformten Bereichen 3, 4, 5, 6 gegeben. Das Bauteil 1 ist mit der Endformgebung im Werkzeug gehärtet worden. Es ist daher maßgenau.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Panzern eines Fahrzeugs mit einem Bauteil aus gehärtetem Stahl,
    wobei zur Herstellung des Bauteils zunächst eine Platine aus ungehärtetem Panzerstahl mit einer Blechdicke von 4 bis 15 mm bereitgestellt wird,
    wobei das Bauteil vor der Endformgebung auf eine Temperatur über den AC3 Punkt der Legierung erhitzt wird,
    wobei das über AC3 erhitzte Bauteil in einem Pressenwerkzeug in die Endform gebracht und gleichzeitig unter Verbleib in dem Pressenwerkzeug gehärtet wird und wobei das Bauteil ohne einen weiteren Umformschritt in das Fahrzeug zur Panzerung eingebaut wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Stahllegierung eingesetzt wird, die sich ausgedrückt in Gewichtsprozent zusammensetzt aus
    0,2 bis 0,4 % Kohlenstoff
    0,3 bis 0,8 % Silizium
    1,0 bis 2,5 % Mangan
    max. 0,02 % Phosphor
    max. 0,02 % Schwefel
    max. 0,05 % Aluminium
    max. 2 % Kupfer
    0,1 bis 0,5 % Chrom
    max. 2 % Nickel
    0,1 bis 1 % Molybdän
    0,001 bis 0,01 % Bor
    0,01 bis 1 % Wolfram
    max. 0,05 % Stickstoff
    Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Bauteil nach dem Härteprozess angelassen wird.
  3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Verhältnis von Kupfer zu Nickel 1 zu 1 ist.
  4. Gehärtetes Bauteil aus Stahl mit einer Wanddicke von 4 bis 15 mm zur Panzerung eines Fahrzeugs,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Bauteil der Endkontur der zu panzernden Fahrzeugstelle entspricht und erst mit Erreichen der Endkontur verzugfrei gehärtet worden ist und dass das Bauteil aus einer Stahllegierung besteht, die sich in Gewichtsprozent ausgedrückt zusammensetzt aus
    0,2 bis 0,4 % Kohlenstoff
    0,3 bis 0,8 % Silizium
    1,0 bis 2,5 % Mangan
    max. 0,02 % Phosphor
    max. 0,02 % Schwefel
    max. 0,05 % Aluminium
    max. 2 % Kupfer
    0,1 bis 0,5 % Chrom
    max. 2 % Nickel
    0,1 bis 1 % Molybdän
    0,001 bis 0,01 % Bor
    0,01 bis 1 % Wolfram
    max. 0,05 % Stickstoff
    Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.
  5. Bauteil nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Bauteil ein Teil der Strukturbauteile der Fahrzeugkarosserie selbst ist.
  6. Bauteil nach einem der Ansprüche 4 und 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Bauteil geformte Bereiche mit einem Biegewinkel > 4° aufweist.
  7. Bauteil nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Verhältnis von Kupfer zu Nickel 1 zu 1 ist.
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