EP1008659B1 - Verwendung eines martensitaushärtenden Stahles in Form eines Panzerungsbleches - Google Patents

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EP1008659B1
EP1008659B1 EP99123069A EP99123069A EP1008659B1 EP 1008659 B1 EP1008659 B1 EP 1008659B1 EP 99123069 A EP99123069 A EP 99123069A EP 99123069 A EP99123069 A EP 99123069A EP 1008659 B1 EP1008659 B1 EP 1008659B1
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EP
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sheet
martensite
temperature
maraging steel
nitriding
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Christoph Dr. Dilg
Uwe Hofmann
Claus Dr. Just
Hans-Jürgen Rögele
Helmut Schönberger
Jürgen Vogt
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AG Der Dillinger Huettenwerke
Dillinger Huettenwerke AG
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AG Der Dillinger Huettenwerke
Dillinger Huettenwerke AG
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Definitions

  • the invention is concerned with armor plates made of martensitic steel.
  • DE-A-43 44 879 describes such a composite steel made of martensitic hardening Steels.
  • the outer layer has 4.0 to 6.0% Mo, 17.0 to 18.0% Ni, ⁇ 0.05% Cr, 1.7 to 1.8% Ti and 14.0 to 15.0% Co
  • the inner layer 4.0 to 6.0% Mo, 17.0 to 18.0% Ni, ⁇ 0.08% Cr, 0.5 to 0.8% Ti and 7.0 to 9.0% Co; both layers also contain ⁇ 0.02% C, ⁇ 0.06% Si, ⁇ 0.01% Mn, ⁇ 0.01% P, ⁇ 0.01% S and below ⁇ 0.02% Cu.
  • the thickness ratio of the outer layer to the inner layer should be about 3: 2.
  • DE-A-21 42 360 is mentioned without criticism, which armor from another Composite steel for the content.
  • DE-A-43 09 558 is concerned with projectiles which penetrate the steel sheet lose a substantial part of their energy, but still pierce the steel sheet. This is to be vulcanized or glued to the back of the steel sheet Plastic coating, especially aramid coating, can be counteracted.
  • a drill head made of a martensitic steel which is to be arranged in a freely rotating manner on a drill bit of a rock drill.
  • the drill head is nitrided to increase the sliding ability of its bearing bore on a cemented journal.
  • the abrasion resistance of the surface provided with cutting inserts is increased.
  • the subject of WO-A-96 32 508 is a screwdriver. To increase its wear resistance and service life, it should preferably consist of a martensitic steel and be nitrided.
  • the present invention has for its object to provide an armor plate to provide, which allows protection with comparatively little effort, the high Security requirements.
  • the invention fulfills this purpose by using a martensitic steel, in particular the composition ⁇ 0.03% C, ⁇ 0.1% Si, ⁇ 0.1% Mn, ⁇ 0.01% P, ⁇ 0.01% S. 0.05 to 0.15% Al, 17.0 to 19.0% Ni, 7.0 to 16.0% Co, 4.0 to 6.5% Mo and 0.5 to 2% Ti 0.5% Cr, ⁇ 0.5% Cu, ⁇ 0.2% Nb, ⁇ 0.2% V, ⁇ 0.2% Zr and / or ⁇ 0.2% W, remainder Fe and process-related impurities, the by heating to a temperature below the transformation temperature of martensite ⁇ austenite, and then additionally hardening the surface by nitriding, carbonitriding or sulfonitriding using a temperature which is also below the transformation temperature of martensite ⁇ austenite, in the form of an armor plate to protect against shelling and explosion.
  • a martensitic steel in particular the composition ⁇ 0.03% C, ⁇ 0.1% Si, ⁇ 0.
  • the hardened layer only has a thickness of 0.10 to 0.15 mm, within which the nitrogen concentration and thus the hardness continuously decrease.
  • the layer thickness of the hard layer is 3 to 6 mm and there is an interface between the layers, which always forms a weak point.
  • Plasma nitriding is particularly suitable as the nitriding treatment.
  • Sheets of 9 mm thickness with the composition 0.003% C, 0.03% Si, 0.02% Mn, 0.002% P, 0.003% S, 0.001% N, 0.10% Al, 4.06% Mo, 18.50% Ni, 11.35% Co and 1.24% Ti were solution annealed and hardened by aging.
  • a first sample of the nitrided sheets showed a metallographically determined depth of nitriding of 0.11 mm.
  • the hardness was Distance from the top [mm] 0.04 0.12 0.20 0.28 0.36 0.44 Hardness HRC 60.6 59.4 57.5 56.3 57.1 58.1.
  • a second sample showed a metallographically determined depth of nitriding of 0.10 mm.
  • the hardness was Distance from the top [mm] 0.04 0.12 0.20 0.28 0.36 0.44 HRC 61.0 57.9 57.6 57.1 58.8 58.1.

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Description

Die Erfindung befasst sich mit Panzerungsblechen aus martensitaushärtendem Stahl.
Ein solches Panzerungsblech der Zusammensetzung ≤ 0.03% C, ≤ 0,1 % Si, ≤ 0.1% Mn, ≤ 0,01% P, ≤ 0,01% S, 0,05 bis 0.15% Al, 17,0 bis 19,0% Ni, 7,0 bis 16,0% Co, 4,0 bis 6,5% Mo und 0,5 bis 2% Ti, ggf. ferner ≤ 0,5% Cr, ≤ 0,5% Cu, ≤ 0,2% Nb, ≤ 0,2% V, ≤ 0,2% Zr und/oder ≤ 0,2% W, Rest Fe und verfahrensbedingte Verunreinigungen, ist bekannt aus dem Werkstoffblatt "DILLIDUR X" der DILLINGER HÜTTE GTS (Spezifikation DH- D 02- B, Ausgabe 11.1992) sowie durch Benutzung. Es wird in dem Werkstoffblatt angeboten in Blechdicken von 4,5 bis 9,0 mm (inzwischen auf 12,0 mm vergrößert) zum Schutz z.B. von PKWs und Werttransportern gegen Beschuß und Einwirkung von Explosivstoffen. Der Stahl wird, insbesondere nach dem Ausschneiden und ggf. sonstigen Formen des Zuschnitts, durch Erwärmen auf eine Temperatur unter der Umwandlungstemperatur Martensit → Austenit ausgehärtet.
Aus der Patentliteratur weiterhin bekannt sind zu gleichen Zwecken Verbundstähle mit einer härteren Außenlage und einer zäheren Innenlage.
Die DE-A-43 44 879 beschreibt einen solchen Verbundstahl aus martensitaushärtenden Stählen. Die Außenlage weist 4,0 bis 6,0% Mo, 17,0 bis 18,0% Ni, < 0,05% Cr, 1,7 bis 1,8% Ti und 14,0 bis 15,0% Co auf, die Innenlage 4,0 bis 6,0% Mo, 17,0 bis 18,0% Ni, < 0,08% Cr, 0,5 bis 0,8% Ti und 7,0 bis 9,0% Co; beide Lagen enthalten femer < 0,02% C, < 0,06% Si, < 0,01% Mn, < 0,01% P, < 0,01% S und unter < 0,02% Cu. Das Dickenverhältnis der Außenlage zur Innenlage soll etwa 3:2 betragen.
Referiert ist in der genannten Patentschrift die DE-C-29 21 854 mit dem Hinweis, der in dieser Veröffentlichung angegebene Verbundstahl sei nur bedingt einsetzbar, da die beiden fest miteinander verbundenen Stähle unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten besitzen, so dass es zu Verformungen kommen könne.
Die Zusammensetzungen sind hier andere, es handelt sich um kein martensitaushärtendes Material. Die Offenlegungsschrift befasst sich vornehmlich mit der Schweißbarkeit; vorgesehen ist, die Bleche nur an der weicheren Innenlage zu verschweißen.
Als Stand der Technik erwähnt ist die Verschweißung bestimmter Panzerbleche im Zweiten Weltkrieg, die eine oberflächengehärtete dünne Schicht martensitischen Charakters und auf der anderen Seite eine dicke perlitisch-ferritische Zone aufwiesen, die, wenn auch unter Schwierigkeiten, geschweißt werden konnte. Kritisiert ist an diesem Stand der Technik, die äußere Schicht sei dünn und spröde gewesen, darin entstandene Risse konnten sich bis in den weicheren Bereich fortleiten. Die Herstellung sei aufwendig und mit Verzug der Konstruktion verbunden. Gegenwärtige Anforderungen werden nicht mehr erfüllt.
Ferner ist ohne Kritik die DE-A-21 42 360 erwähnt, die eine Panzerung aus einem weiteren Verbundstahl zum Inhalt hat.
Die DE-A-43 09 558 befasst sich mit Geschossen, die zwar beim Eindringen in das Stahlblech einen wesentlichen Teil ihrer Energie verlieren, trotzdem aber das Stahlblech durchstoßen. Diesen soll durch eine auf der Rückseite des Stahlbleches anvulkanisierte oder angeklebte Kunststoffbeschichtung, insbesondere Aramidbeschichtung, entgegengewirkt werden.
Aus der US-A-4,969,378 ist ein Bohrkopf aus einem martensitaushärtenden Stahl bekannt, der in Mehrzahl frei drehend auf einer Bohrkrone eines Gesteinsbohrers anzuordnen ist. Der Bohrkopf wird nitriergehärtet, um die Gleitfähigkeit seiner Lagerbohrung auf einem zementierten Achszapfen zu erhöhen. Zugleich wird die Abriebfestigkeit der mit Schneideinsätzen versehenen Oberfläche erhöht.
Gegenstand der WO-A-96 32 508 ist ein Schraubendreher. Zur Steigerung seiner Verschleißfestigkeit und Lebensdauer soll er bevorzugt aus einem martensitaushärtenden Stahl bestehen und nitriergehärtet werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Panzerungsblech zur Verfügung zu stellen, das mit vergleichsweise geringem Aufwand einen Schutz ermöglicht, der hohen Sicherheitsanforderungen gerecht wird.
Die Erfindung erfüllt diesen Zweck durch die Verwendung eines martensitaushärtenden Stahles, insbesondere der Zusammensetzung ≤ 0,03% C, ≤ 0,1% Si, ≤ 0,1% Mn, ≤ 0,01% P, ≤ 0,01% S. 0,05 bis 0,15% Al, 17,0 bis 19.0% Ni, 7,0 bis 16,0% Co, 4,0 bis 6,5% Mo und 0,5 bis 2% Ti. ggf. ferner ≤ 0,5% Cr, ≤ 0,5% Cu, ≤ 0,2% Nb, ≤ 0,2% V, ≤ 0,2% Zr und/oder ≤ 0,2% W, Rest Fe und verfahrensbedingte Verunreinigungen, der durch Erwärmen auf eine Temperatur unter der Umwandlungstemperatur Martensit → Austenit worden ist und bei dem auf der Einwirkungsseite anschließend zusätzlich eine Oberflächenhärtung durch Nitrieren, Carbonitrieren oder Sulfonitrieren vorgenommen worden ist unter Anwendung einer Temperatur, die gleichfalls unter der Umwandlungstemperatur Martensit → Austenit liegt,
in Form eines Panzerungsbleches zum Schutz vor Beschuss und Explosionseinwirkung.
Die Beschußsicherheit konnte auf diesem Wege mit einer Nitrierbehandlung bei gleicher Blechdicke von 9 mm um im Mittel mehr als 15% gesteigert werden. Umgekehrt ist bei gleicher Schutzwirkung eine Verringerung der Blechdicke um 0,4 mm und damit eine entsprechende Gewichtseinsparung möglich.
Die gehärtete Schicht hat dabei nur eine Dicke von 0,10 bis 0,15 mm, innerhalb derer überdies die Stickstoffkonzentration und damit die Härte kontinuierlich abnimmt.
Bei den Verbundstählen beträgt demgegenüber die Schichtdicke der harten Schicht 3 bis 6 mm und es besteht eine Grenzfläche zwischen den Lagen, die immer eine Schwachstelle bildet.
Im Unterschied zu der offenbar flammgehärteten, etwa 4 bis 5 mm dicken Schicht der erwähnten Panzerbleche ist die bei wesentlich niedrigerer Temperatur entstandene, nach der Erfindung bevorzugt vorgesehene Nitrierschicht rissefrei und gleichmäßig in das Blech eingebunden. Das Blech bleibt ohne Verzug.
Als die Nitrierbehandlung steht insbesondere Plasmanitrieren in Betracht.
Das Verfahren kann auch auf die äußere Lage eines Verbundstahlbleaes angewandt werden.
  • Hier schließt sich Seite 3, Zeile 12 der ursprünglichen Unterlagen an.
Beispiel:
Bleche von 9 mm Dicke mit der Zusammensetzung 0,003% C, 0,03% Si, 0,02% Mn, 0,002% P, 0,003% S, 0,001% N, 0,10% Al, 4,06% Mo, 18,50% Ni, 11,35% Co und 1,24% Ti wurden lösungsgeglüht und durch Auslagerung gehärtet.
Ein Teil der Bleche wurde daraufhin geschliffen und durch Plasmanitrierung zusätzlich oberflächengehärtet.
Eine erste Probe der nitrierten Bleche zeigte eine metallographisch bestimmte Nitrierhärtetiefe von 0,11 mm.
Die Härte betrug im
Abstand von der Oberseite [mm] 0,04 0,12 0,20 0,28 0,36 0,44
Härte HRC 60,6 59,4 57,5 56,3 57,1 58,1.
Eine zweite Probe zeigte eine metallographisch bestimmte Nitrierhärtetiefe von 0,10 mm.
Die Härte betrug im
Abstand von der Oberseite [mm] 0,04 0,12 0,20 0,28 0,36 0,44
HRC 61,0 57,9 57,6 57,1 58,8 58,1.
Die Beschußsicherheit der verschiedenen Bleche wurde von zwei Beschußämtern untersucht. Ergebnis:
Figure 00050001
In dem nachstehenden Diagramm ist die Abhängigkeit der Beschußsicherheit von der Blechdicke für Stähle vergleichbarer Zusammensetzung aufgetragen.
Figure 00050002
Ausgehend von dieser Abhängigkeit findet man für die erzielte Verbesserung der Beschußsicherheit von 15% den Gegenwert von 0,4 mm Blechdicke.
Erfordert beispielsweise die Ausstattung eines Fahrzeugs in einem bestimmten Beschußsicherheitsniveau 900 kg Blech von 7,7 mm Dicke, so bedeutet die nach der Erfindung mögliche Verringerung um 0,4 mm eine Gewichtseinsparung von rund 50 kg bzw. 5,5%.

Claims (4)

  1. Verwendung eines martensitaushärtenden Stahles, insbesondere der Zusammensetzung ≤ 0,03% C, ≤ 0,1% Si, ≤ 0,1% Mn, ≤ 0,01% P, ≤ 0,01% S, 0,05 bis 0.15% Al, 17,0 bis 19,0% Ni, 7,0 bis 16,0% Co, 4,0 bis 6,5% Mo und 0,5 bis 2% Ti, ggf. ferner ≤ 0,5% Cr, ≤ 0,5% Cu, ≤ 0,2% Nb, ≤ 0,2% V, ≤ 0,2% Zr und/oder ≤ 0,2%W, Rest Fe und verfahrensbedingte Verunreinigungen, der durch Erwärmen auf eine Temperatur unter der Umwandlungstemperatur Martensit → Austenit ausgehärtet worden ist und bei dem auf der Einwirkungsseite anschließend zusätzlich eine Oberflächenhärtung durch Nitrieren, Carbonitrieren oder Sulfonitrieren vorgenommen worden ist unter Anwendung einer Temperatur, die gleichfalls unter der Umwandlungstemperatur Martensit → Austenit liegt,
    in Form eines Panzerungsbleches zum Schutz vor Beschuss und Explosionseinwirkung.
  2. Verwendung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Aushärtung des Panzerungsbleches nach dem Ausschneiden und Formen des Zuschnitts vorgenommen wird.
  3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2 eines Stahles, bei dem eine Plasmanitrierung vorgenommen worden ist.
  4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in Form eines Verbundstahlbleches, bei dem die äußere Lage durch Nitrieren, Carbonitrieren oder Sulfonitrieren oberflächengehärtet worden ist.
EP99123069A 1998-12-11 1999-11-20 Verwendung eines martensitaushärtenden Stahles in Form eines Panzerungsbleches Expired - Lifetime EP1008659B1 (de)

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