ES2207104T3

ES2207104T3 - Procedimiento para la fabricacion de una chapa de acero compuesto, en particular para la proteccion de vehiculos contra bombardeo.

Info

Publication number: ES2207104T3
Application number: ES99123070T
Authority: ES
Inventors: Christoph Dr. Dilg; Uwe Hofmann; Claus Dr Just; Hans-Jurgen Rogele; Helmut Schonberger; Jurgen Vogt
Original assignee: Dillinger Huettenwerke AG
Current assignee: Dillinger Huettenwerke AG
Priority date: 1999-05-11
Filing date: 1999-11-20
Publication date: 2004-05-16
Anticipated expiration: 2019-11-20
Also published as: EP1052089A3; DK1052089T3; DE19921961C1; ATE249336T1; US6360936B1; EP1052089B1; EP1052089A2

Abstract

Procedimiento para la fabricación de una chapa de acero compuesto de acero maraging, en particular para la protección de vehículos, en particular vehículos de transporte de personal y mercancías valiosas, contra bombardeo y el efecto de explosivos, con una capa exterior dura y una capa interior más blanda, caracterizado porque el acero de la capa interior se produce con una composición química en porcentaje en peso de C<=0, 01, Si<0, 1, Mn<0, 1 P<0, 005, S<=0, 005, Cu<=0, 1, Mo entre 4, 80 y 5, 20, Ni entre 17, 5 y 18, 5, Cr<0, 1, Ti entre 0, 55 y 0, 70, Co entre 8, 0 y 9, 0, así como, dado el caso, Al entre 0, 05 y 0, 15, y el acero de la capa exterior con una composición química en porcentaje en peso, una vez purificada mediante fusión por zonas, de C<=0, 01, Si<0, 1, Mn entre 0, 02 y 0, 20, P<0, 005, S<=0, 005, Cu entre 0, 01 y 0, 20, Mo entre 4, 80 y 5, 20, Ni entre 17, 5 y 18, 5, Cr entre 0, 01 y 0, 20, Ti entre 1, 80 y 1, 95, Co entre 14, 0 y 15, 5, Al entre 0, 05 y 0, 15, en cada caso, el resto Fe e impurezas debidas a las condiciones de fabricación.

Description

Procedimiento para la fabricación de una chapa de acero compuesto, en particular para la protección de vehículos contra bombardeo.

La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de una chapa de acero compuesto de acero maraging, en particular para la protección de vehículos, en particular vehículos de transporte de personal y mercancías valiosas, contra bombardeo y el efecto de explosivos, con una capa exterior dura y una capa interior más blanda.

Por el documento DE4344879C2 se conoce una chapa de acero compuesto semejante.

La capa exterior presenta aquí entre 4,0 y 6,0% Mo, entre 17,0 y 18,0% Ni, <0,05% Cr, entre 1,7 y 1,8% Ti y entre 14,0 y 15,0% Co, la capa interior entre 4,0 y 6,0 Mo, entre 17,0 y 18,0% Ni, <0,08% Cr, entre 0,5 y 0,8% Ti y entre 7,0 y 9,0% Co; las dos capas contienen, además, <0,02% C, <0,06% Si, <0,01% Mn, <0,01% P, <0,01% S y por debajo de <0,02% Cu, el resto Fe e impurezas debidas a las condiciones de fabricación.

En dos bloques de los dos aceros, una capa de contacto de cada uno de ellos ha de ser laminada mediante cepillado y purificada, después de lo cual, las planchas se colocan una sobre otra, se presionan una contra otra y se unen con un cordón de soldadura circunferencial. Una vez calentadas a aproximadamente 1300ºC se tienen que laminar con una fuerza de laminación de aproximadamente 8x10^{4}kN.

Partiendo de los datos de esta memoria de patente, no se pueden fabricar, sin más, chapas de acero compuesto que satisfagan los requerimientos.

La invención tiene como objetivo, la consecución de un procedimiento para la fabricación de una chapa que ofrezca una elevada seguridad contra bombardeo y el efecto de explosivos.

Según la invención, a estos efectos, se prevé en un procedimiento del tipo mencionado al principio, que se produzca el acero de la capa interior con una composición química en porcentaje en peso de C\leq0,01, Si\leq0,1, Mn\leq0,1, P\leq0,005, S\leq0,005, Cu\leq0,1, Mo entre 4,80 y 5,20, Ni entre 17,5 y 18,5, Cr\leq0,1, Ti entre 0,55 y 0,70, Co entre 8,0 y 9,0, así como, dado el caso, Al entre 0,05 y 0,15, y el acero de la capa exterior con una composición química en porcentaje en peso, una vez purificada mediante fusión por zonas, de C\leq0,01, Si\leq0,1, entre Mn 0,02 y 0,20, P\leq0,005, S\leq0,005, Cu entre 0,01 y 0,20, Mo entre 4,80 y 5,20, Ni entre 17,5 y 18,5, Cr entre 0,01 y 0,20, Ti entre 1,80 y 1,95, Co entre 14,0 y 15,5, Al entre 0,05 y 0,15, en cada caso, el resto Fe e impurezas debidas a las condiciones de fabricación.

Una chapa de acero compuesto fabricada de este modo, cumple con requerimientos muy exigentes, como se detalla más adelante.

En comparación con la fabricación de la chapa de acero compuesto conocida, mencionada anteriormente, según la invención, al menos la capa exterior adquiere otra composición.

Se diferencia en la composición química especialmente por el componente añadido aluminio, por otros, mayores contenidos en Ti y Mn y por un contenido esencialmente diferente, mayor en Cu. Además, se reducen los contenidos máximos en C, P y S y se limita fuertemente el intervalo de Mo. En este contexto, adquiere especial importancia la etapa de procedimiento añadida de la fusión por zonas.

El contenido restante en Al, entre 0,05-0,15%, presente después de la fusión por zonas, significa el aseguramiento de un grado de pureza altamente oxídico. El contenido en Al presente anteriormente, que sobrepasaba este valor, evita la formación de otros óxidos, en particular, TiO y Ti_{2}O_{3}, y se elimina, con la fusión por zonas, del desbaste plano junto con el oxígeno combinado con él. Con ello, el acero queda en gran parte libre de oclusiones oxídicas, que según el concepto de la invención deberían evitarse, dentro de lo posible, por el efecto de entallado con iniciación de grietas, que no debe ser despreciado durante la solicitación del acero producida por el bombardeo.

Aproximadamente en la misma línea se encuentra la disminución de la tendencia a la segregación mediante la disminución decisiva del contenido en fósforo y azufre.

El alto contenido previsto en Mn provoca una formación de solución sólida reforzada en martensita de níquel, que aumenta la resistencia mecánica y la dureza.

Del mismo modo, la resistencia mecánica y la dureza mejoran además con el aumento del contenido en cobre.

Sin embargo, en el acero de la capa interior, el Mn queda limitado a un máximo de 0,1% y el Cu disminuye como máximo a la mitad para no mermar la tenacidad deseada de la capa interior.

En el mismo sentido, si bien con una mayor coincidencia con el análisis del acero compuesto conocido, está previsto para la capa exterior un contenido en Cr mínimo y un contenido máximo considerablemente aumentado; por el contrario, el contenido en Cr para la capa interior permanece de nuevo limitado.

La limitación estricta del contenido en Mo es aconsejable para conseguir el grado óptimo constante del rendimiento total de los elementos y contenidos de la aleación previstos.

Debido a que, según la invención, no sólo el contenido aumentado en Ti, sino también el contenido en C está limitado a la mitad, se combina menos Ti con C y, por ello, el efecto aumentado de la resistencia mecánica y dureza del Ti en el acero de la capa exterior se aprovecha todavía más, especialmente mediante revestimiento en las fases metálicas internas. Al mismo tiempo, se consigue un mejor comportamiento de la tenacidad frente al elevado esfuerzo dinámico durante el bombardeo.

Por el contrario, el contenido en Ti del acero de la capa interior se reduce para ajustar una buena tenacidad.

Para el acero de la capa interior no es necesaria una fusión por zonas, pero es igualmente ventajosa. Lo mismo se aplica, en este caso, para el componente opcional aluminio.

Debido a la pureza deseada, los dos aceros deberían fundirse bajo vacío, preferentemente por fusión por inducción bajo vacío.

La fabricación mecánica de la chapa de acero compuesto se produce preferentemente de modo que la capa exterior y la capa interior, una vez efectuada la purificación de las superficies de contacto, por ejemplo, mediante rectificado, se unen entre sí mediante chapeado con explosivos seguido del laminado de dos planchas compuestas por los dos aceros.

Sin embargo, también es posible un plaqueado por laminación puro. Para ello, sin embargo, se tienen que obtener superficies de contacto metálicas en las dos planchas por unir, mediante un mecanizado con desprendimiento de virutas, como cepillado o fresado.

Además, antes del plaqueado por laminación, las planchas se deberían soldar entre sí a lo largo del borde, debiendo generarse un vacío elevado entre las dos planchas.

La mejor resistencia de la chapa de acero compuesto contra el bombardeo se obtiene cuando, para cumplir con los requisitos de seguridad según la norma EN 1522, clase de bombardeo B7 (munición de núcleo duro), la relación de espesor entre la capa exterior y la capa interior se dimensiona entre 1,5:1 y 4:1, y para cumplir con los requisitos de seguridad según la norma EN 1522, clase de bombardeo B6/B5, entre 0,3:1 y 1:1.

Ejemplo 1

Una chapa de acero compuesto se fabricó del modo siguiente:

Para la capa interior se fundió un acero en un horno por inducción bajo vacío, que una vez fundido por zonas en un horno de arco bajo vacío, presentó un porcentaje en peso de 4,91 Mo, 17,75 Ni, 0,034 Cr, 0,60 Ti, 8,40 Co, 0,007 C, 0,038 Si, 0,032 Mn, 0,002 P, 0,005 S, 0,013 Cu y 0,105 Al.

Para la capa exterior, se fundió un acero, igualmente en un horno por inducción bajo vacío, que una vez fundido por zonas en un horno de arco bajo vacío, presentó un porcentaje en peso de 4,93 Mo, 17,95 Ni, 0,037 Cr, 1,85 Ti, 14,19 Co, 0,006 C, 0,035 Si, 0,032 Mn, 0,003 P, 0,003 S, 0,018 Cu y 0,095 Al.

Los bloques obtenidos se laminaron, en primer lugar, en desbaste plano, cuyos espesores se correspondían con la relación de espesor de las capas en la chapa.

Los desbastes planos se fresaron y purificaron por un lado para formar superficies de contacto metálicas, se juntaron por las superficies de contacto y se unieron entre sí mediante chapeado con explosivos.

Una vez calentado en el horno de laminación a 1250ºC, el desbaste plano chapeado por explosivos se laminó en varias capas.

En la chapa terminada, la capa prevista como capa interior tenía un grosor de 3,1 mm, la capa prevista como capa exterior un grosor de 5,7 mm.

Entre las dos superficies metálicas recién descubiertas de los dos aceros, con una trabazón cristalina ampliamente similar, determinada por la martensita de níquel, se produce bajo estas circunstancias, en gran medida, un enlace metálico.

La chapa fue recocida de disolución. Una vez recortadas unas muestras, éstas fueron endurecidas por precipitación.

Se originó un acero compuesto compacto con las siguientes durezas:

	Dureza (HRC)
Capa exterior	59,9	60,9	60,5
Capa interior	51,5	49,8	49,9

Dos muestras con una superficie de 300x300 mm^{2} fueron bombardeadas en un campo de tiro oficial, según la norma EN 1522, clase de bombardeo FB7, con munición maciza de núcleo duro del calibre 7,62x51.

La totalidad de los doce disparos, seis sobre cada una de las muestras, fueron detenidos.

Ejemplo 2

Una chapa, como en el ejemplo 1, fue elaborada con un espesor de la capa interior de 3,0 mm y un espesor de 5,5 mm de la capa exterior. De la tabla siguiente se extraen las durezas de las dos capas después de la precipitación:

	Dureza (HRC)
Capa exterior	60,7	60,0	60,5
Capa interior	51,1	51,3	51,2

Una sola muestra con una superficie de 300x300 mm^{2}, por lo demás, como en el ejemplo anterior, fue bombardeada con doce disparos. Todos los disparos fueron detenidos.

Ejemplo 3

Se procedió del mismo modo que en el ejemplo 1 para la fabricación de los dos aceros, sin embargo, el acero para la chapa exterior obtuvo una composición en porcentaje en peso de 5,07 Mo, 18,00 Ni, 0,015 Cr, 1,83 Ti, 14,5 Co, 0,004 C, 0,029 Si, 0,051 Mn, 0,003 P, 0,003 S, 0,012 Cu, 0,107 Al.

Los bloques obtenidos, en primer lugar, se laminaron de nuevo en desbaste plano, cuyos espesores se correspondían con la relación de espesor de las capas en la chapa.

Los desbastes planos se fresaron y purificaron por un lado para formar superficies de contacto metálicas, se juntaron por las superficies de contacto y se soldaron circunferencialmente. El espacio restante inevitable, encerrado por la costura soldada entre las superficies de contacto, se evacuó a menos de 10^{-11} Pa. Una vez calentado en el horno de laminación a 1250ºC, el paquete de desbaste plano se laminó en varias capas.

En la chapa terminada, la capa prevista como capa interior tenía un grosor de 2,95 mm, la capa prevista como capa exterior un grosor de 5,40 mm.

Aquí también se obtuvo, en gran medida, un enlace metálico y un acero compuesto compacto. Las durezas siguientes se obtuvieron tras la precipitación:

	Dureza (HRC)
Capa exterior	60,7	60,7	60,8
Capa interior	49,7	49,3	48,5

Diez muestras con una superficie de 300x300 mm^{2} fueron bombardeadas tres veces cada una, como en el ejemplo anterior. La totalidad de los treinta disparos fueron detenidos.

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Ejemplo 4

Otra chapa, por lo demás, como en el ejemplo 3, fue elaborada con un espesor de la capa interior de 1,5 mm y un espesor de 5,0 mm de la capa exterior. Durezas obtenidas:

	Dureza (HRC)
Capa exterior	59,6	61,1	61,2
Capa interior	49,7	49,7	49,5

La chapa está prevista para su uso en combinación con otros materiales inhibidores de los disparos.

Claims

1. Procedimiento para la fabricación de una chapa de acero compuesto de acero maraging, en particular para la protección de vehículos, en particular vehículos de transporte de personal y mercancías valiosas, contra bombardeo y el efecto de explosivos, con una capa exterior dura y una capa interior más blanda, caracterizado porque el acero de la capa interior se produce con una composición química en porcentaje en peso de C\leq0,01, Si\leq0,1, Mn\leq0,1 P\leq0,005, S\leq0,005, Cu\leq0,1, Mo entre 4,80 y 5,20, Ni entre 17,5 y 18,5, Cr\leq0,1, Ti entre 0,55 y 0,70, Co entre 8,0 y 9,0, así como, dado el caso, Al entre 0,05 y 0,15, y el acero de la capa exterior con una composición química en porcentaje en peso, una vez purificada mediante fusión por zonas, de C\leq0,01, Si\leq0,1, Mn entre 0,02 y 0,20, P\leq0,005, S\leq0,005, Cu entre 0,01 y 0,20, Mo entre 4,80 y 5,20, Ni entre 17,5 y 18,5, Cr entre 0,01 y 0,20, Ti entre 1,80 y 1,95, Co entre 14,0 y 15,5, Al entre 0,05 y 0,15, en cada caso, el resto Fe e impurezas debidas a las condiciones de fabricación.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el acero de la capa interior se purifica igualmente mediante fusión por zonas.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el acero de la capa exterior, preferentemente también el acero de la capa interior, se funden bajo vacío, preferentemente por fusión por inducción bajo vacío.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la capa exterior y la capa interior, una vez efectuada la purificación de las superficies de contacto, se unen entre sí mediante chapeado con explosivos seguido del laminado de dos planchas compuestas por los dos aceros.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la capa exterior y la capa interior, una vez obtenidas las superficies de contacto metálicas en dos planchas compuestas por los dos aceros, se unen mediante mecanizado con desprendimiento de virutas por plaqueado por laminación.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque antes del plaqueado por laminación, las dos planchas se sueldan entre sí alrededor del borde, generándose un vacío entre las dos planchas.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque para cumplir con los requisitos de seguridad según la norma EN 1522, clase de bombardeo B7 (munición de núcleo duro), la relación de espesor entre la capa exterior y la capa interior se dimensiona entre 1,5:1 y 4:1.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque para cumplir con los requisitos de seguridad según la norma EN 1522, clase de bombardeo B6/B5, la relación de espesor entre la capa exterior y la capa interior se dimensiona entre 0,3:1 y 1:1.