WO2020119981A1 - Stahlprodukt mit hohem energieaufnahmevermögen bei schlagartiger beanspruchung und verwendung eines solchen stahlproduktes - Google Patents

Stahlprodukt mit hohem energieaufnahmevermögen bei schlagartiger beanspruchung und verwendung eines solchen stahlproduktes Download PDF

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WO2020119981A1
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steel
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Thomas Brecht
Stefan MÜTZE
Andreas Rost
Philipp SCHAFFNIT
Nikolai WIEZCOREK
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Ilsenburger Grobblech Gmbh
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    • F41H5/02—Plate construction
    • F41H5/04—Plate construction composed of more than one layer
    • F41H5/0442—Layered armour containing metal
    • F41H5/045—Layered armour containing metal all the layers being metal layers

Definitions

  • the invention relates to a steel product with a high energy absorption capacity
  • steel products are understood to mean in particular hot-rolled products, such as heavy plate with a thickness of approximately 3 mm to 250 mm and also hot and cold strip with a thickness of approximately 0.5 mm to 25 mm.
  • corresponding steel products should have a high energy absorption capacity in the event of sudden stress, that is to say the impact energy should be as complete as possible
  • the projectile should get stuck in the armor during a bombardment, i.e. not penetrate through the armor.
  • the plastic deformation of the armor by an incoming projectile should not lead to an excessive expansion of the steel product.
  • the utility model DE 7138758 U discloses bulletproof armor for motor vehicles, which consists of an outer, preferably surface-reinforced steel plate and a plastic layer arranged behind it.
  • band-shaped composite material made of steel with an applied non-metal layer, which should be bulletproof.
  • These known steel armor plates are very complex due to the additional non-metallic coatings required
  • security armor for protection against shelling is also known, which is enriched with carbon in the edge zone on the firing side with at least 0.5 mass% and has a minimum hardness of 55 HRC on the top surface.
  • This armor has particular disadvantages due to the high carbon content on the shelling side, which significantly reduces the weldability.
  • the invention has for its object a steel product with high
  • a steel product with high energy absorption capacity is used with sudden stress, with a minimum hardness of 52 HRC and one
  • Alloy composition in% by weight consists of:
  • Equation 1 the minimum energy absorption capacity Emin to be achieved of the steel product fulfilling the following requirement:
  • Emin 450 x D - 2000 (1) and where E is the energy absorption capacity in kilojoules (kJ), the numerical value 450 in kilojoules per mm (kJ / mm), the numerical value 2000 in kilojoules (kJ) and D the thickness of the steel product in Millimeters (mm) is specified.
  • the term “lamellar microstructure” means that the microstructure is strip-shaped in the thickness direction of the steel product.
  • the structure preferably has at least two different structural layers with different ones
  • the disadvantages of the prior art are avoided with the steel product according to the invention.
  • the steel composition can be easily welded by the alloy composition according to the invention and is inexpensive to produce.
  • the findings on which the invention is based are based on investigations which have shown that, in the case of a lamellar structure in the thickness direction, the energy with sudden stress initially causes the steel to deform in the thickness direction of the steel, in the deformation base of which cracks then subsequently occur, which up to now migrate a boundary of the microstructure and from there continue to spread essentially along the structural boundaries perpendicular to the load.
  • the crack caused by the impact energy thus introduced does not run through the sheet in the thickness direction, but is advantageously deflected in a direction essentially perpendicular to the load in the steel in accordance with the layer structure.
  • a bombardment it is advantageously achieved that the projectile gets stuck in the workpiece or bounces off and the energy is thus completely absorbed by the steel according to the invention.
  • the layered microstructure can consist, for example, of different microstructures depending on the thickness.
  • the structure layers can be predominantly martensitic, austenitic, ferritic or bainitic. For example, related to the sheet or strip thickness in the
  • Edge areas are predominantly martensitic and within predominantly ferritic or bainitic microstructures, which have been adjusted, for example, by appropriate heat treatments. It is also possible through targeted
  • Thin strip casting as well as block casting or the vertical or horizontal strip casting process.
  • Steel sheet with a thickness of 10 mm means that that is
  • a lamellar microstructure can also be produced, for example, by roll cladding, spray cladding or weld cladding, in which the applied plating has a different microstructure and / or alloy composition.
  • Other processes for surface hardening include nitriding, boronizing,
  • the hardening of the surface layer is complex and causes high costs.
  • the cast steels can have a different alloy composition and differ, for example, in their carbon contents, so that a gradient material with a lamellar microstructure is created, in which the grading of certain elements contained and thus the microstructure or the final mechanical, technological and / or associated with it functional property changes with increasing distance from the surface.
  • the hot, cold-rolled strip or heavy plate can also be subjected to an austenitizing heat treatment with subsequent hardening in order to produce the at least two different structural layers.
  • Alloy elements are usually added to the steel in order to influence certain properties in a targeted manner.
  • An alloy element in different steels can influence different properties. The effect and interaction generally depends heavily on the amount, the presence of others
  • the minimum content should not be less than 0.10% by weight.
  • the carbon content should not exceed 0.75% by weight. Carbon contents between 0.20 and 0.60% by weight have proven to be favorable, optimal properties being achieved if the carbon content is between 0.20 and 0.40% by weight.
  • Silicon Si The addition of Si in higher contents promotes mixed crystal hardening, reduces the specific density and the
  • Manganese the addition of manganese in the range of 0.50 to 4.00% by weight results from a compromise depending on the respective requirements for the steel alloy
  • the ferritic conversion can be specifically controlled for the setting of a finer structure. Chromium can also contribute to precipitation hardening.
  • Advantageous chromium contents are 0.10 to 1.75% by weight or between 0.25 and 1.50% by weight.
  • Micro alloying elements eg Nb, Ti, V
  • Micro alloying elements can be added to achieve grain refinement, especially in combination with thermo-mechanical rollers.
  • these form precipitates that inhibit the movement of grain boundaries or sub-grain boundaries and / or dislocations.
  • Nitrogen can be in the range from 0.0005% by weight, advantageously 0.0025% by weight to max. 0.025% by weight can be added to form fine precipitates (eg niobium or titanium carbonitrides).
  • aluminum can be alloyed to accelerate the ferritic or bainitic transformation or to shift the martensite start temperature.
  • a targeted combination of aluminum and silicon (, AI + Si> 4 x C ') can suppress cementite precipitation.
  • micro-alloy elements based on vanadium up to 0.20% by weight and / or titanium up to 0.10% by weight and / or niobium up to 0.50% by weight can be added.
  • a total content of Ti, V, Nb of max. 0.75% by weight and a total content of Ni, Mo, Co, W, Zr should be max. 1, 0% by weight are observed.
  • Molybdenum can contribute to solid solution hardening. It can also have a positive effect on the
  • Rare earths and reactive elements the optional addition of rare earths and reactive elements such as Ce, Hf, La, Re, Sc and / or Y can be used to set a targeted lamella spacing and thus for further strength and / or
  • Toughness increases in total contents of up to 1% by weight.
  • FIG. 1 schematically shows the example of the crack propagation in the case of sudden stress on a steel product according to the invention with a lamellar structure.
  • the example shows a heavy plate 1 with a thickness of 8 mm with the following steel composition in% by weight: 0.30 C, 1, 25 Si, 1, 94 Mn, 0.004 P, 0.001 S, 0.12 AI, 0.78 Cr , 0.1 1 Mo, 0.020 Nb, 0.013 N.
  • the energy absorption capacity of the heavy plate was 2100 kJ.
  • the heavy plate 1 has a lamellar structure, in this case thin zones with different mechanical properties, which are represented by lines 2, 2 ′′, 2 ′′, 2 ′′ ”.
  • Lines 2, 2 ', 2 ", 2'” represent thin phases made of low-melting alloy components that characterize the lamellar structure.
  • a hemispherical impression 3 caused by a projectile bombardment can be seen in the sheet 1, at the lowest point in the sheet 1 cracks 4, 4 'were caused in the sheet 1, which initially continued until the next
  • FIG. 2 schematically shows the hardness curve along the sheet thickness from the example from FIG. 1.
  • This hardness curve is characteristic of a steel according to the invention with a lamellar structure, the respective
  • Microstructures have different mechanical properties.
  • a steel product according to the invention with a lamellar microstructure result, above all, in automobile construction for crash-relevant components or as safety steel for armouring in the event of fire or fire.
  • Such a steel product can also advantageously be used as an enclosure for highly dynamic units, e.g. Engines or aircraft engines or for explosion protection. The one too

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stahlprodukt mit hohem Energieaufnahmevermögen mit bei schlagartiger Beanspruchung, mit folgender Legierungszusammensetzung in Gewichts-% 0,10 bis weniger als 0,75 C 0,10 -4,00 Si 0,50 -4,00 Mn 0,05 -2,00 Cr max. 0,025 N max. 0,15 P max. 0,05 S Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen, wobei es eine Gefügestruktur aufweist, die lamellar ausgebildet ist, wobei das mindestens zu erreichende Energieaufnahmevermögen des Stahlproduktes folgende Anforderung erfüllt (Gleichung 1): Emin = 450x D–2000 (1) und wobei E das Energieaufnahmevermögen in Kilojoule (kJ), der Zahlenwert 450 in Kilojoule pro mm (kJ/mm), der Zahlenwert 2000 in Kilojoule (kJ) und D die Dicke des Stahlproduktes in Millimetern (mm) angegeben ist.

Description

Stahlprodukt mit hohem Energieaufnahmevermögen bei schlagartiger Beanspruchung und Verwendung eines solchen Stahlproduktes
Die Erfindung betrifft ein Stahlprodukt mit hohem Energieaufnahmevermögen bei
schlagartiger Beanspruchung, insbesondere im Fahrzeugbau oder bei Beschuss oder Ansprengung und die Verwendung eines solchen Stahlproduktes. Als Synonym für solche Stahlprodukte ist auch der Begriff„Panzerung“ gebräuchlich. Unter„Stahlprodukten“ werden im folgenden insbesondere warmgewalzte Produkte, wie Grobblech mit Dicken von etwa 3 mm bis 250 mm und auch Warm- sowie Kaltband mit Dicken von etwa 0,5 mm bis 25 mm verstanden.
Allgemein sollen entsprechende Stahlprodukte bei schlagartiger Beanspruchung ein hohes Energieaufnahmevermögen haben, also die Schlagenergie möglichst vollständig
absorbieren. Im günstigsten Fall soll zum Beispiel bei einem Beschuss, das Projektil in der Panzerung steckenbleiben, also nicht durch die Panzerung hindurchdringen. Außerdem soll die plastische Verformung der Panzerung durch ein eintreffendes Projektil nicht zu einer zu ausgeprägten Dehnung des Stahlproduktes führen.
Stähle und daraus hergestellte Stahlprodukte mit einem hohen Energieaufnahmevermögen bei schlagartiger Beanspruchung, insbesondere bei Beschuss oder Ansprengungen, sind seit langem bekannt. Beispielsweise offenbart das Gebrauchsmuster DE 7138758 U eine beschusssichere Panzerung für Kraftfahrzeuge, die aus einer äußeren, vorzugsweise oberflächenverfestigten Stahlplatte und einer dahinter angeordneten Kunststoffschicht besteht.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2016 108 278 A1 offenbart einen mehrschichtigen
bandförmigen Verbundwerkstoff aus Stahl mit einer darauf aufgebrachten Nichtmetallschicht, der beschussfest sein soll. Diese bekannten Panzerungen aus Stahl sind durch die erforderlichen zusätzlichen nichtmetallischen Beschichtungen sehr aufwändig in der
Herstellung und damit teuer.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2005 023 952 A1 ist zudem eine Sicherheitspanzerung zum Schutz gegen Beschuss bekannt, die in der Randzone beschussseitig mit mindestens 0,5 Ma.-% mit Kohlenstoff angereichert ist und eine Mindesthärte von 55 HRC auf der Deckfläche aufweist. Diese Panzerung weist insbesondere Nachteile durch den hohen Kohlenstoffgehalt auf der Beschussseite auf, wodurch die Schweißbarkeit deutlich herabgesetzt wird. Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Stahlprodukt mit hohem
Energieaufnahmevermögen bei schlagartiger Beanspruchung bereitzustellen, welches die Nachteile der bekannten Panzerungen vermeidet, kostengünstiger herstellbar ist und zudem eine gute Schweißeignung aufweist. Zudem soll eine vorteilhafte Verwendung eines solchen Stahl Produktes angegeben werden.
Die Erfindung löst diese Aufgaben mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein Stahlprodukt mit hohem Energieaufnahmevermögen mit bei schlagartiger Beanspruchung, mit einer Mindesthärte von 52 HRC und einer
Mindestzähigkeit von 27J bei -40°C bereitgestellt, das aus folgender
Legierungszusammensetzung in Gewichts-% besteht:
0,10 bis weniger als 0,75 C
0,10 - 4,00 Si
0,50 - 4,00 Mn
0,05 - 2,00 Cr
max. 0,025 N
max. 0,15 P
max. 0,05 S Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen mit optionaler Zugabe eines oder mehrerer Elemente von AI, Mo, Ni, Co, W, Ti, Nb, oder V sowie Zr und seltene Erden (REM)
und eine Gefügestruktur aufweist, die lamellar ausgebildet ist, wobei das mindestens zu erreichende Energieaufnahmevermögen Emin des Stahlproduktes folgende Anforderung erfüllt (Gleichung 1 ):
Emin = 450 x D - 2000 (1 ) und wobei E das Energieaufnahmevermögen in Kilojoule (kJ), der Zahlenwert 450 in Kilojoule pro mm (kJ/mm), der Zahlen wert 2000 in Kilojoule (kJ) und D die Dicke des Stahlproduktes in Millimetern (mm) angegeben ist.
Der Begriff„lamellare Gefügestruktur“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Gefüge in Dickenrichtung des Stahlproduktes streifenförmig ausgebildet ist. Bevorzugt weist das Gefüge mindestens zwei unterschiedliche Gefügeschichten mit unterschiedlichen
mechanischen Eigenschaften auf.
Mit dem erfindungsgemäßen Stahlprodukt werden die Nachteile des Standes der Technik vermieden. Das Stahlprodukt ist durch die erfindungsgemäße Legierungszusammensetzung gut schweißbar und ist in der Herstellung kostengünstig. Die der Erfindung zu Grunde liegenden Erkenntnisse beruhen auf Untersuchungen, die gezeigt haben, dass bei einem lamellaren Gefügeaufbau in Dickenrichtung, die Energie bei schlagartiger Beanspruchung zunächst eine Verformung des Stahls in Dickenrichtung des Stahls verursacht, in dessen Verformungsgrund nachfolgend dann Risse entstehen, die bis an eine Grenze der Gefügeschicht wandern und sich von dort im Wesentlichen entlang der Gefügegrenzen senkrecht zur Belastung weiter ausbreiten. Der durch die eingebrachte Schlagenergie verursachte Riss verläuft also nicht in Dickenrichtung durch das Blech hindurch, sondern wird vorteilhaft in eine Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Belastung im Stahl entsprechend der Schichtstruktur abgelenkt. Bei einem etwaigen Beschuss wird somit vorteilhaft erreicht, dass das Projektil im Werkstück steckenbleibt oder abprallt und somit die Energie vollständig durch den erfindungsgemäßen Stahl absorbiert wird.
Die schichtförmige Gefügestruktur kann erfindungsgemäß zum Beispiel darin bestehen, dass dickenbezogen unterschiedliche Gefügeausbildungen vorliegen. Die Gefügeschichten können vorwiegend martensitisch, austenitisch, ferritisch oder bainitisch ausgebildet sein. Zum Beispiel können bezogen auf die Blech- oder Banddicke bezogen in den
Randbereichen vorwiegend martensitische und innerhalb vorwiegend ferritische oder bainitische Gefügeausbildungen vorhanden sein, die zum Beispiel durch entsprechende Wärmebehandlungen eingestellt wurden. Ebenso ist es möglich, durch gezielte
Beeinflussung der Erstarrungsbedingungen bei der Stahlherstellung eine dünne Schicht aus niedrigschmelzenden Phasen im Stahl auszuscheiden, die eine bevorzugte Ebene für die Rissweiterleitung bei schlagartiger Beanspruchung bilden. Hierbei sind die üblichen
Stahlherstellungsverfahren anwendbar, wie Stranggießen, Dünnbrammen- und
Dünnbandgießen sowie Blockgießen oder das vertikale oder horizontale Bandgießverfahren.
Es hat sich herausgestellt, dass das Energieaufnahmevermögen des Stahlproduktes dann ausreichend ist, wenn die Bedingung Emin = 450 x D - 2000 erfüllt wird. Bei einem
Stahlblech mit einer Dicke von 10 mm bedeutet das also, dass das
Energieaufnahmevermögen des Stahls mindestens (450 kJ/mm x10 mm) -2000 kJ = 2500 kJ betragen muss, um den gestellten Anforderungen Stand zu halten.
Die Erzeugung eines lamellaren Gefügeaufbaus kann erfindungsgemäß zum Beispiel auch über ein Walzplattieren, Sprenplattieren oder Schweißplattieren erfolgen, bei denen die aufgebrachte Plattierung ein anderes Gefüge und/oder Legierungszusammensetzung aufweist. Weitere Verfahren zur Randschichthärtung sind beispielsweise Nitrieren, Borieren,
Beschichten, Laserhärten, Lasercladding, Kugel- bzw. Sandstrahlen oder ähnliches. Die Härtung der Randschicht ist aufwendig und verursacht hohe Kosten.
Auch ist es vorteilhaft möglich, dass mittels des horizontalen Bandgießens mehrere
Schichten übereinander vergossen werden. Hierbei können zwei oder mehr sich
voneinander unterscheidende Schmelzen auf das Gießband gegeben werden, die sich beim Erstarren stoffschlüssig miteinander sowie mit dem Gießband zu einem Verbundwerkstoff vereinen.
Die vergossenen Stähle können dabei eine unterschiedliche Legierungszusammensetzung aufweisen und sich beispielsweise in ihren Kohlenstoffgehalten unterscheiden, so dass ein Gradientenwerkstoff mit einer lamellaren Gefügestruktur entsteht, in denen die Gradierung bestimmter enthaltener Elemente und damit die Mikrostruktur bzw. die damit verbundene finale mechanische, technologische und/oder funktionale Eigenschaft sich mit zunehmendem Abstand zur Oberfläche ändert.
Außerdem ist es erfindungsgemäß möglich, dass durch gezielte Erstarrungsbedingungen makroskopische chemische Konzentrationsgradienten entlang der Blech- bzw. Banddicke eingestellt werden.
Auch kann zur Erzeugung der mindestens zwei unterschiedlichen Gefügeschichten das Warm-, Kaltband oder Grobblech einer austenitisierenden Wärmebehandlung mit anschließender Härtung unterzogen werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft möglich, durch Warmwalzen des Bleches im Zweiphasengebiet Alpha-Gamma oder über einen Gradienten in der Wärmebehandlung des gewalzten Bleches unterschiedliche Gefügestrukturen im Blech zu erzeugen.
Die Verwendung des Begriffs„bis“ in den Definitionen der Gehaltsbereiche, wie
beispielsweise 1 ,00 bis 3,00 Gewichts-%, bedeutet, dass die Eckwerte - im Beispiel 1 ,00 und 3,00 - mit eingeschlossen sind.
Legierungselemente werden dem Stahl in der Regel zugegeben, um gezielt bestimmte Eigenschaften zu beeinflussen. Dabei kann ein Legierungselement in verschiedenen Stählen unterschiedliche Eigenschaften beeinflussen. Die Wirkung und Wechselwirkung hängt im Allgemeinen stark von der Menge, der Anwesenheit weiterer
Legierungselemente und dem Lösungszustand im Werkstoff ab. Die Zusammenhänge sind vielseitig und komplex. Im Folgenden soll auf die Wirkung der Legierungselemente in der erfindungsgemäßen Legierung näher eingegangen werden. Nachfolgend werden die positiven Effekte der erfindungsgemäß verwendeten Legierungselemente beschrieben.
Kohlenstoff: aus Gründen einer ausreichenden Festigkeit des Werkstoffs sollte der minimale Gehalt nicht unter 0,10 Gewichts-% liegen. Im Hinblick auf eine ausreichend niedrige Martensit-Start-Temperatur und damit der Einstellung eines sehr feinen
Mikrogefüges aber einer noch guten Schweißbarkeit sollte der Kohlenstoffgehalt nicht über 0,75 Gewichts-% liegen. Als günstig haben sich Kohlenstoffgehalte zwischen 0,20 und 0,60 Gewichts-% erwiesen, wobei optimale Eigenschaften erreicht werden, wenn der Kohlenstoffgehalt zwischen 0,20 und 0,40 Gewichts-% liegt.
Silizium Si: Die Zugabe von Si in höheren Gehalten fördert die Mischkristallhärtung, verringert die spezifische Dichte und die
Dehnungs- sowie Zähigkeitseigenschaften. Höhere Si-Gehalte führen zu
einer Versprödung des Werkstoffs und beeinflussen die Warm- und Kaltwalzbarkeit. Daher wird ein Si-Gehalt von 0,1 bis 4,0 Gewichts-%, bevorzugt 0,10 bis 3,00 Gewichts-%, besonders bevorzugt von 0,25 bis 2,5 Gewichts-%, festgelegt.
Mangan: die Manganzugabe im Bereich von 0,50 bis 4,00 Gewichts-% ergibt sich abhängig von den jeweiligen Anforderungen an die Stahllegierung aus einem Kompromiss
zwischen Festigkeit, die durch höhere Zugaben zu erreichen ist und einer
ausreichenden Zähigkeit, die bei niedrigeren Gehalten zu erreichen ist. Im Hinblick auf eine sehr gute bzw. optimale Eigenschaftskombination sollte der Mangangehalt
zwischen 0,75 und 3,00 Gewichts-% bzw. zwischen 1 ,00 und 2,50 Gewichts-% betragen.
Durch die gezielte Zugabe von Chrom von mindestens 0,05 bis 2,00 Gewichts-% können die ferritische Umwandlung gezielt kontrolliert werden für die Einstellung eines feineren Gefüges. Chrom kann darüber hinaus zu Ausscheidungshärtung beitragen.
Vorteilhafte Chromgehalte liegen bei 0,10 bis 1 ,75 Gewichts-% bzw. zwischen 0,25 und 1 ,50 Gewichts-%.
Mikrolegierungselemente (z.B. Nb, Ti, V) können zulegiert werden, um eine Kornfeinung zu bezwecken, insbesondere in Kombination mit thermo-mechanischen Walzen. Diese bilden in Anwesenheit von Kohlenstoff und Stickstoff Ausscheidungen, die die Bewegung von Korngrenzen bzw. Subkorngrenzen und / oder Versetzungen hemmen. Stickstoff kann in Gehalten von 0,0005 Gewichts-%, vorteilhaft 0,0025 Gewichts-% bis max. 0,025 Gewichts-% zugegeben werden, um feine Ausscheidung (z.B. Niob- bzw. Titancarbonitride) zu bilden. Falls erforderlich kann Aluminium zulegiert werden, um die ferritische bzw. bainitische Umwandlung zu beschleunigen, oder die Martensitstarttemperatur zu verschieben.
Außerdem kann eine gezielte Kombination von Aluminium und Silizium (,AI + Si > 4 x C‘) die Zementitausscheidung unterdrücken.
Falls erforderlich können zur weiteren Festigkeitssteigerung z.B. Molybdän (bis
2,00 Gewichts-%), Nickel (bis 5,00 Gewichts-%), Kobalt (bis 2,00 Gewichts-%) oder Wolfram (bis 1 ,50 Gewichts-%) als Mischkristallhärter zu legiert werden. Alternativ oder zusätzlich können Mikrolegierungselemente auf Basis von Vanadium bis 0,20 Gewichts-% und / oder Titan bis 0,10 Gewichts-% und / oder Niob bis 0,50 Gewichts-% zulegiert werden. Es sollte dabei ein Summengehalt bei Ti, V, Nb von max.0,75 Gewichts-% und bei Ni, Mo, Co, W, Zr ein Summengehalt von max. 1 ,0 Gewichts-% eingehalten werden.
Um den Effekt dieser Legierungselemente ausnutzen zu können, sollte jeweils ein
Mindestgehalt von 0,01 Gewichts-% eingehalten werden. Molybdän kann einen Beitrag zum Mischkristallhärtung leisten. Ebenfalls kann es einen positiven Effekt auf die
Anlassbeständigkeit sowie die Wasserstoffversprödung haben.
Seltene Erden und reaktive Elemente: die optionale Zugabe von seltenen Erden und reaktiven Elementen wie Ce, Hf, La, Re, Sc und/oder Y kann zur Einstellung eines gezielten Lamellenabstandes und somit zur weiteren Festigkeits-/ und
Zähigkeitssteigerung in Gehalten von insgesamt bis zu 1 Gewichts-% erfolgen.
In der Figur 1 ist die schematisch die Rissausbreitung bei schlagartiger Beanspruchung an einem erfindungsgemäßen Stahlprodukt mit lamellarem Gefügeaufbau schematisch beispielhaft dargestellt. Das Beispiel zeigt ein Grobblech 1 mit einer Dicke von 8 mm mit folgender Stahlzusammensetzung in Gewichts-%: 0,30 C, 1 ,25 Si, 1 ,94 Mn, 0,004 P, 0,001 S, 0,12 AI, 0,78 Cr, 0,1 1 Mo, 0,020 Nb, 0,013 N. Das Energieaufnahmevermögen des Grobblechs betrug hierbei 2100 kJ.
Das Grobblech 1 weist einen lamellaren Gefügeaufbau, in diesem Fall dünne Zonen mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften auf, welche durch die Linien 2, 2‘, 2“, 2‘“ dargestellt sind. Die Linien 2, 2‘, 2“, 2‘“ stellen dünne Phasen aus niedrig schmelzenden Legierungsbestandteilen dar, die den lamellaren Gefügeaufbau kennzeichnen. Auf der unteren Seite des Bleches 1 ist ein von einem Beschuss mit einem Projektil verursachter halbkugelförmiger Eindruck 3 im Blech 1 zu erkennen, an dessen tiefster Stelle im Blech 1 Risse 4, 4‘ im Blech 1 hervorgerufen wurden, die sich zunächst bis zur nächsten
Gefügegrenze (Linie 2, 2‘) ausbreiten und dann im Wesentlichen horizontal entlang dieser Grenzen im Stahl weiterwandern. Die Risse 4, 4‘ wandern dann solange weiter, bis die in den Stahl des Grobblechs 1 eingebrachte Energie vollständig verbraucht ist. Ein durch die Dicke des Bleches 1 durchgehender Riss wird also vermieden.
Die Figur 2 zeigt schematisch den Härteverlauf entlang der Blechdicke aus dem Beispiel von Figur 1. Im Randbereich der Probe liegt eine hohe Härte vor, die mit zunehmenden Abstand zum Rand erst abnimmt und dann erneut ansteigt. Dieser Härteverlauf ist charakteristisch für einen erfindungsgemäßen Stahl mit lamellarem Gefügeaufbau, wobei die jeweiligen
Gefügestrukturen unterschiedliche mechanische Eigenschaften besitzen.
Vorteilhaften Verwendungen eines erfindungsgemäßen Stahlproduktes mit einem lamellaren Gefügeaufbau ergeben sich vor allem im Automobilbau für crashrelevante Bauteile oder als Sicherheitsstahl für Panzerungen bei Beschuss oder Ansprengungen. Auch kann ein solches Stahlprodukt vorteilhaft als Einhausung von hochdynamischen Aggregaten, wie z.B. Motoren oder Flugzeugtriebwerken oder für einen Explosionsschutz dienen. Auch die eine
Anwendung in der Raumfahrt zum Schutz vor Mikrometeoriten ist denkbar.

Claims

Patentansprüche
1. Stahlprodukt mit hohem Energieaufnahmevermögen mit bei schlagartiger Beanspruchung, mit einer Mindesthärte von 52 HRC und einer Mindestzähigkeit von 27J bei -40°C
bereitgestellt, das aus folgender Legierungszusammensetzung in Gewichts-% besteht:
0,10 bis weniger als 0,75 C
0,10 - 4,00 Si
0,50 - 4,00 Mn
0,05 - 2,00 Cr
max. 0,025 N
max. 0,15 P
max. 0,05 S Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen mit optionaler Zugabe eines oder mehrerer Elemente von AI, Mo, Ni, Co, W, Ti, Nb, oder V sowie Zr und seltene Erden (REM)
und eine Gefügestruktur aufweist, die lamellar ausgebildet ist, wobei das mindestens zu erreichende Energieaufnahmevermögen des Stahlproduktes folgende Anforderung erfüllt (Gleichung 1 ):
Emin = 450 x D - 2000 (1 ) und wobei E das Energieaufnahmevermögen in Kilojoule (kJ), der Zahlenwert 450 in Kilojoule pro mm (kJ/mm), der Zahlenwert 2000 in Kilojoule (kJ) und D die Dicke des Stahlproduktes in Millimetern (mm) angegeben ist.
2. Stahlprodukt nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch folgende Gehalte in Gewichts-%: 0,05 - 2,00 AI
0,01 - 2,00 Mo
0,01 - 5,00 Ni
0,01 - 2,00 Co
0,01 - 1 ,50 W
bis 0,10 Ti
bis 0,50 Nb
bis 0,20 V
mit einem maximalen Summengahalt an Ti, V, Nb von 0,75 Gewichts-% und einem maximalen Summengehalt an Ni, Mo, Co, W, Zr von 1 ,0 Gewichts-% und REM von max. 1 ,0 Gewichts-%.
3. Stahlprodukt nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch folgende Gehalte in
Gewichts-%: 0,20bis weniger als 0,60 C, vorteilhaft 0,20 bis weniger als 0,40 C.
4. Stahlprodukt nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgende Gehalte in Gewichts-%: AI + Si > 4 x C
5. Stahlprodukt nach mindestens einem der Ansprüchel bis 4, gekennzeichnet durch folgende Gehalte in Gewichts-%: 0,10 - 3,00 Si, vorteilhaft 0,25 - 2,5 Si
6. Stahlprodukt nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Gehalte in Gewichts-%: 0,75 - 3,00 Mn, vorteilhaft 1 ,0 - 2,5 Mn.
7. Stahlprodukt nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Gehalte in Gewichts-%: 0,10 - 1 ,75 Cr, vorteilhaft 0,25 - 1 ,50 Cr.
8. Stahlprodukt nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Gehalte in Gewichts-%: min. 0,0005, vorteilhaft min. 0,0025 N
9. Stahlprodukt nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von
Grobblech mit einer Dicke von 3 mm bis 250 mm oder Warm- sowie Kaltband mit einer Dicke von 0,5 mm bis 25 mm.
10. Stahlprodukt nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die lamellare Gefügestruktur aus mindestens zwei Schichten mit unterschiedlichen Gefügen besteht.
1 1. Stahlprodukt nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefügeschichten vorwiegend martensitisch, austenitisch, ferritisch oder bainitisch sind.
12. Stahlprodukt nach mindestens einem der Ansprüche 10 und 11 , dadurch
gekennzeichnet, dass eine der mindestens zwei Gefügeschichten aus niedrigschmelzenden Phasen des Stahls bestehen.
13. Stahlprodukt nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine der mindestens zwei Gefügeschichten durch Walz-, Spreng- oder
Schweißplattieren erzeugt worden ist.
14. Stahlprodukt nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem die mindestens zwei Gefügeschichten mittels horizontalem Bandgießen durch Aufeinandergießen von Schmelzen mit unterschiedlicher Legierungszusammensetzung erzeugt worden sind.
15. Stahlprodukt nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der mindestens zwei unterschiedlichen Gefügeschichten das Warm-, Kaltband oder Grobblech im Zweiphasengebiet des Gefüges warmgewalzt wurde.
16. Stahlprodukt nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der mindestens zwei unterschiedlichen Gefügeschichten das Warm-, Kaltband oder Grobblech einer austenitisierenden Wärmebehandlung mit anschließender Härtung unterzogen wurde.
17. Stahlprodukt nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der mindestens zwei unterschiedlichen Gefügeschichten, dass das Warm-, Kaltband oder Grobblech einer Randschichthärtung mittels Nitrieren, Borieren, Beschichten, Laserhärten, Lasercladding, Kugel- bzw. Sandstrahlen unterzogen wurde.
18. Verwendung eines Stahlproduktes nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17 im Automobilbau für crashrelevante Bauteile, als Sicherheitsstahl für Panzerungen bei
Beschuss oder Ansprengungen, als Einhausung von hochdynamischen Aggregaten wie Motoren oder Flugzeugtriebwerke, als Explosionsschutz oder im Bereich der Raumfahrt als Schutz vor Meteoriten.
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