Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl aus einem mehrlagigen Stahlwerkstoffverbund umfassend eine erste Lage und mindestens eine mit der ersten Lage stoffschlüssig verbundene zweite Lage. Ferner betrifft die Erfindung eine entsprechende Verwendung.

Technischer Hintergrund

Sicherheitsstähle weisen in der Regel eine hohe Härte und dadurch bedingt eine geringe bis mittlere Zähigkeit auf, um einen ausreichenden Widerstand gegen hochdynamische Beanspruchungen (Impact) durch Geschosse, Schrapnelle, Ansprengungen etc. aufzuweisen. Dies ist erforderlich, um die Anforderungen -hoher Eindringwiderstand-, -starke Aufweitung des auftreffenden Geschosses in seinem Durchmesser-, -Minimierung der Eindringtiefe-, -hohe Impuls- und Energieabsorption- sowie -hoher Widerstand gegenüber Rissausbreitung- in idealer Weise miteinander zu kombinieren. Da diese Eigenschaften konträr sind, sind neben monolithischen Werkstoffen auch Werkstoffverbunde bekannt, die im Verbund im Wesentlichen zu gegensätzlichen Eigenschaften vereint werden, um verbesserte Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich Härte und Zähigkeit im Werkstoffverbund zu erzielen. Werkstoffverbunde, insbesondere aus unterschiedlichen Stahllegierungen sind im Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der europäischen Offenlegungsschrift EP 2 123 447 AI . Die bei einem Verschleißstahl erforderliche hohe Härte zielt auf einen ausreichend hohen Widerstand gegen abrasiven Verschleiß ab.

Die bislang bekannten monolithischen Werkstoffe und Werkstoffverbunde zur Anwendung als Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl haben die Gemeinsamkeit, dass die Oberfläche immer hart ist, entweder weist ein monolithischer Werkstoff eine hohe Härte auf oder ein mehrlagiger Werkstoffverbund erreicht seine vorteilhaften Eigenschaften, wenn ein harter Werkstoff als Außenlage fungiert und ein zäher Werkstoff als Kernlage verwendet wird. Die harten Werkstoffe sind aufgrund ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften in der Regel nicht mit einem Korrosionsschutzüberzug beschichtbar, da sie in der Regel hohe Anteile an für die Be- schichtung ungünstige aber für eine hohe Ansprunghärte erforderlichen Legierungselemente wie zum Beispiel Si, Ni, Cr, Mo und/oder Mn enthalten. Des Weiteren sind Werkstoffe mit einer hohen Härte nicht mit einer ansprechenden Oberflächenqualität herstellbar, da eine gezielte Einstellung der Oberflächenrauheit nicht möglich ist, welche insbesondere nicht den Anforde- rungen im Segment des gepanzerten Fahrzeugbaus genügt. Insbesondere in diesem Segment spielt neben der reinen Funktionalität (ballistischer Schutz) auch die optische Anmutung, insbesondere im Zusammenhang mit anderen, in der Regel beschichteten Bauteilen mit sehr guter Oberflächenqualität, eine zunehmende Rolle. Auch bei Verschleißstählen ist die Oberflächenerscheinung von steigender Relevanz.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl mit im Wesentlichen verbesserten Eigenschaften bereitzustellen, welcher mit einem metallischen Korrosionsschutzüberzug beschichtbar ist und eine gute Oberflächenqualität aufweist, sowie eine entsprechende Verwendung anzugeben.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl mit den Merkmalen des Patentanspruchs l.

Die Erfinder haben festgestellt, dass durch das Vorsehen mindestens einer zweiten Lage aus einem im Vergleich zu einer ersten Lage weicheren Stahl, wobei die zweite Lage eine um mindestens 20%, insbesondere um mindestens 50%, geringere Härte aufweist als die erste Lage im gehärteten oder vergüteten Zustand, welche stoffschlüssig mit einer ersten Lage aus einem Stahl, der im gehärteten oder vergüteten Zustand eine Härte > 350 HBW, insbesondere > 400 HBW, vorzugsweise > 450 HBW, bevorzugt > 500 HBW, weiter bevorzugt > 550 HBW, besonders bevorzugt > 600 HBW aufweist, verbunden ist, ein mehrlagiger Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl mit verbesserter Beschichtbarkeit und sehr guter Oberflächenqualität bereitgestellt werden kann. Die Härte der zweiten Lage beträgt < 250 HBW, insbesondere < 200 HBW, vorzugsweise < 175 HBW, besonders bevorzugt < 150 HBW. Der erfindungsgemäße Werkstoffverbund (Sicherheitsstahl, Verschleißstahl) wird vor seinem bestimmungsgemäßen Einsatz einer Wärmebehandlung zwecks Härten oder Vergüten unterzogen, wobei die Wärmebehandlung auf die erste Lage abgestimmt ist. Die Härte der zweiten Lage wird bevorzugt im Zustand nach dieser Wärmbehandlung bestimmt. Zur Verbesserung der Beschichtbarkeit weist die zweite Lage in mindestens einem der beschichtungskritischen Elemente Si, Ni, Cr, Mo und/oder Mn einen um mindestens 10 % niedrigeren Legierungsgehalt im Vergleich zur ersten Lage auf.

HBW entspricht der Brinellhärte und wird gemäß DIN EN ISO 6506-1 ermittelt. Was die Fachwelt unter„Härten" und„Vergüten" versteht, ist in der DIN EN 10052: 1993 geregelt. Die zweite Lage fungiert erfindungsgemäß lediglich als Beschichtungshilfe und erfüllt bei der späteren Anwendung bzw. Einsatz, insbesondere wenn sie auf der hochdynamisch beanspruchten Seite angeordnet ist, welche im Wesentlichen auch der Sichtseite entspricht, mit einer verglichen zur ersten Lage vernachlässigbaren Schutzwirkung. Ein weicher Stahl ist für die betrachtete Anwendung bzw. Einsatz prinzipiell nicht geeignet, da die geforderten Funktionseigenschaften, wie beispielsweise -hoher Eindringwiderstand-, -starke Aufweitung des auftreffenden Geschosses in seinem Durchmesser-, -Minimierung der Eindringtiefe-, -hohe Impuls- und Energieabsorption- sowie -hoher Widerstand gegenüber Rissausbreitung- und insbesondere eine hohe Härte nicht erreicht werden können. Sowohl bei einer Verschleiß- wie auch bei einer Impactbelastung, z. B. durch Beschuss oder Ansprengung wird der weichere Stahl im Wesentlichen penetriert, ohne Widerstand zu leisten. Ein erfindungsgemäßer Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl muss eine erste Lage aufweisen, deren Dicke einem vergleichbaren monolithischen Stahl entspricht, um einen vergleichbaren Beschusswiderstand bzw. um eine vergleichbare Standfestigkeit im Verschleißeinsatz zu gewährleisten. Der erfindungsgemäße Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl wird für die gleiche Anwendung mit einer geringfügig größeren Dicke als ein vergleichbarer monolithischer Stahl ausgelegt, da die zweite Lage funktional für die Anwendung zu vernachlässigen ist. Insbesondere wird die Beschichtungsnei- gung maßgeblich durch die Eigenschaften an der Oberfläche des Sicherheitsstahls bestimmt, die erfindungsgemäß durch die zweite Lage als funktionale Schicht bereitgestellt werden.

Der Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl umfasst in der einfachsten Ausführung nur eine erste Lage mit einer einseitig stoffschlüssig verbundenen zweiten Lage. Der Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl ist bevorzugt mit einem metallischen Korrosionsschutzüberzug, insbesondere auf Zinkbasis beschichtet. Der Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl kann je nach Ausführung ein- oder beidseitig mit einem elektrolytischen Zinküberzug beschichtet sein. Das Durchführen einer elektrolytischen Beschichtung hat den Vorteil, dass die Eigenschaften insbesondere der ersten Lage nicht negativ insbesondere durch thermische Einflüsse verändert werden. Alternativ kann der Korrosionsschutzüberzug auch durch ein Schmelztauchbeschichten aufgebracht werden, wobei die beim Schmelztauchbeschichten notwendige Erwärmung des Sicherheitsstahls, die in der Regel bei Temperaturen zwischen 450 und 550°C liegt, ein gesondertes Anlassen in einem Prozessschritt übernehmen bzw. ersetzen kann (Vergüten). Alternativ oder Zusätzlich kann Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl ein- oder beidseitig mit einer organischen Beschichtung und/oder Lackierung versehen sein.

Der Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl kann als band-, platten- oder blechförmiges Halbzeug ausgeführt sein bzw. der weiteren Verarbeitung zugeführt werden. Erfindungsgemäß besteht die erste Lage neben Fe und herstellungsbedingt unvermeidbaren

Verunreinigungen in Gew.-% aus

C: 0, 1 bis 0,6 %,

optional N: 0,003 bis 0,01 %

optional Si: 0,05 bis 1,5 %,

Mn: 0, 1 bis 2,5 %,

optional AI: 0,01 bis 2,0 %,

Cr: 0,05 bis 1,5 %,

optional B: 0,0001 bis 0,01 %,

optional eines oder mehrere aus der Gruppe Nb, Ti, V und W: in Summe von 0,005 bis 0,2 %, optional Mo: 0, 1 bis 1,0 %,

optional Cu: von 0,05 bis 0,5 %,

optional P: von 0,005 bis 0, 15 %,

S: bis 0,03 %,

optional Ca: 0,0015 bis 0,015 %,

optional Ni: von 0, 1 bis 5,0 %,

Sn: bis 0,05 %,

As: bis 0,02 %,

Co: bis 0,02 %,

O: bis 0,005 %,

H: bis 0,001 %,

wobei die als optional angegebenen Legierungselemente N, Si, AI, Cr, B, Ti, Nb, V, W, Mo, Cu, P, Ca, Ni alternativ auch als Verunreinigung in geringeren Gehalten vorliegen können.

C ist ein festigkeitssteigerndes Legierungselement und trägt mit zunehmendem Gehalt zur Härtesteigerung bei, indem es entweder als interstitielles Atom im Austenit gelöst vorliegt und bei der Abkühlung zur Bildung härteren Martensits beiträgt oder mit Fe, Cr, Ti, Nb, V oder W Karbide bildet, die einerseits härter als die umgebende Matrix sein können oder diese zumindest so verzerren können, dass die Härte der Matrix steigt. C ist daher mit Gehalten von mindestens 0, 1 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0, 15 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 0,2 Gew.-% vorhanden, um die gewünschte Härte zu erreichen bzw. einzustellen. Mit höherer Härte nimmt auch die Sprödigkeit zu, so dass der Gehalt auf maximal 0,6 Gew.-%, insbesondere maximal 0,55 Gew.-%, vorzugsweise maximal 0,5 Gew.-%, weiter bevorzugt maximal 0,45 Gew.-%, besonders bevorzugt maximal 0,4 Gew.-% beschränkt ist, um die Werkstoffeigenschaften, insbesondere die Duktilität, nicht negativ zu beeinflussen und eine ausreichende Schweißbarkeit sicherzustellen.

N kann als Legierungselement, optional mit einem Mindestgehalt von 0,003 Gew.-% mit ähnlicher Wirkung wie C eingesetzt werden, denn seine Fähigkeit zur Nitridbildung wirkt sich positiv auf die Festigkeit aus. Bei Anwesenheit von AI bilden sich Aluminiumnitride, die die Keimbildung verbessern und das Kornwachstum behindern. Zudem erhöht Stickstoff die Härte des gebildeten Martensits bei der Härtung. Der Stickstoffgehalt für die Schmelzenanalyse ist auf < 0,01 Gew.-% begrenzt. Bevorzugt wird ein maximaler Gehalt von 0,008 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,006 Gew.-% um die unerwünschte Bildung grober Titannitride zu vermeiden, die sich negativ auf die Zähigkeit auswirken würden. Zudem wird bei Einsatz des optionalen Legierungselements Bor dieses von Stickstoff abgebunden, falls der Aluminium- oder Titangehalt nicht hoch genug ist.

Si ist ein Legierungselement, das zur Mischkristallhärtung beiträgt und wirkt sich je nach Gehalt positiv in einer Härtesteigerung aus, so dass optional ein Gehalt von mindestens 0,05 Gew.-% vorhanden ist. Bei geringeren Gehalten ist eine Wirksamkeit von Si nicht klar nachweisbar, Si wirkt aber auch nicht negativ auf die Eigenschaften des Stahls aus. Wird dem Stahl zu viel Silizium zugegeben, hat dies einen negativen Einfluss auf die Schweißbarkeit, das Verformungsvermögen und die Zähigkeitseigenschaften. Daher ist das Legierungselement ist auf maximal 1,5 Gew.-%, insbesondere maximal 0,9 Gew.-% beschränkt, um eine ausreichende Walzbarkeit sicherzustellen, und wird darüber hinaus vorzugsweise auf maximal 0,5 Gew.-% beschränkt, um die Bildung von Rotzunder sicher zu vermeiden, welcher in zu großen Anteilen die Haftung im Verbund an der Grenzschicht zwischen der ersten und mindestens zweiten Lage verringern kann. Zudem kann Si zur Desoxidation des Stahls verwendet werden, falls der Einsatz von AI beispielsweise vermieden werden soll, um eine unerwünschte Abbin- dung z. B. von N zu vermeiden.

Mn ist ein Legierungselement, das zur Härtbarkeit beiträgt, und wird insbesondere zum Abbinden von S zu MnS eingesetzt, so dass ein Gehalt von mindestens 0, 1 Gew.-%, insbesondere mindestens 0,3 Gew.-% vorhanden ist. Mangan setzt die kritische Abkühlgeschwindigkeit herab, wodurch die Härtbarkeit erhöht wird. Das Legierungselement ist auf maximal 2,5 Gew.-%, insbesondere maximal 1,9 Gew.-%, um eine ausreichende Schweißbarkeit und ein gutes Umformverhalten sicherzustellen. Zudem wirkt Mn stark seigernd und ist daher vorzugsweise maximal 1,5 Gew.-% beschränkt. AI trägt insbesondere zur Desoxidation bei, weshalb optional ein Gehalt von mindestens 0,01 Gew.-%, insbesondere mindestens 0,015 Gew.-% eingestellt wird. Das Legierungselement ist auf maximal 2,0 Gew.-%, insbesondere maximal 1,0 Gew.-% zur Gewährleistung einer möglichst guten Vergießbarkeit, vorzugsweise maximal 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt maximal 0, 1 Gew.-% beschränkt, um unerwünschte Ausscheidungen im Werkstoff insbesondere in Form von nichtmetallischen oxidischen Einschlüssen im Wesentlichen zu reduzieren und/oder zu vermeiden, welche die Werkstoffeigenschaften negativ beeinflussen können. Beispielsweise ist der Gehalt zwischen 0,02 und 0,06 Gew.-% eingestellt. AI kann auch dafür eingesetzt werden, den im Stahl vorhandenen Stickstoff abzubinden, so dass das optional zulegierte Bor seine festigkeitssteigernde Wirkung entfalten kann. In alternativen Ausführungen der Erfindung kann Aluminium von über 1,0 Gew.-% bis 2,0 Gew.-% gezielt legiert werden, um durch Dichtereduktion die Gewichtszunahme der zusätzlich aufzubringenden zweiten Lage zumindest teilweise zu kompensieren.

Cr trägt als Legierungselement je nach Gehalt auch zur Einstellung der Festigkeit, insbesondere positiv zur Härtbarkeit bei, mit einem Gehalt insbesondere von mindestens 0,05 Gew.-%. Zudem kann Cr allein oder in Kombination mit anderen Elementen als Karbidbildner eingesetzt werden. Wegen der positiven Wirkung auf die Zähigkeit des Materials kann der Cr-Anteil bevorzugt auf mindestens 0, 1 Gew.-%, besonders bevorzugt auf mindestens 0,2 Gew.-% eingestellt werden. Das Legierungselement ist aus wirtschaftlichen Gründen auf maximal 1,5 Gew.- %, insbesondere maximal 1,2 Gew.-%, vorzugsweise maximal 1,0 Gew.-% beschränkt, um eine ausreichende Schweißbarkeit sicherzustellen.

B kann als optionales Legierungselement in atomarer Form die Gefügeumwandlung zu Fer- rit/Bainit verzögern und die Härtbarkeit und Festigkeit verbessern, insbesondere wenn N durch starke Nitridbildner wie AI oder Nb abgebunden wird und kann mit einem Gehalt insbesondere von mindestens 0,0001 Gew.-% vorhanden sein. Das Legierungselement ist auf maximal 0,01 Gew.-%, insbesondere auf maximal 0,005 Gew.-% beschränkt, da höhere Gehalte sich nachteilig auf die Werkstoffeigenschaften, insbesondere bezogen auf die Duktilität an Korngrenzen, auswirken können und eine Reduzierung der Härte und/oder Festigkeit zur Folge hätte.

Ti, Nb, V und/oder W können als optionale Legierungselemente einzeln oder in Kombination zur Kornfeinung zulegiert werden, zudem kann Ti zur Abbindung von N verwendet werden. Vor allem aber können diese Elemente als Mikrolegierungselemente eingesetzt werden, um festig- keitssteigernde Carbide, Nitride und/oder Carbonitride zu bilden. Zur Gewährleistung ihrer Wirksamkeit können Ti, Nb, V und/oder W mit Gehalten von mindestens 0,005 Gew.-% eingesetzt werden. Zur vollständigen Abbindung von N wäre der Gehalt an Ti mit mindestens 3,42*N vorzusehen. Die Legierungselemente sind in Kombination auf maximal 0,2 Gew.-%, insbesondere maximal 0, 15 Gew.-%, vorzugsweise maximal 0, 1 Gew.-% beschränkt, da höhere Gehalte sich nachteilig auf die Werkstoffeigenschaften, insbesondere sich negativ auf die Zähigkeit des Werkstoffs auswirken.

Mo kann optional zur Erhöhung der Festigkeit und Verbesserung der Durchhärtbarkeit zulegiert werden. Des Weiteren wirkt sich Mo positiv auf die Zähigkeitseigenschaften aus. Mo kann als Karbidbildner zur Erhöhung der Streckgrenze und Verbesserung der Zähigkeit eingesetzt werden. Um die Wirksamkeit dieser Effekte zu gewährleisten, ist ein Gehalt von mindestens 0, 1 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,2 Gew.-% erforderlich. Aus Kostengründen wird der Maximalgehalt auf 1 Gew.-%, bevorzugt 0,7 Gew.-% beschränkt.

Cu als optionales Legierungselement kann mit einem Gehalt von 0,05 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% durch Ausscheidungshärtung zu einer Härtesteigerung beitragen.

P ist ein Eisenbegleiter, der sich stark zähigkeitsmindernd auswirkt und in Verschleiß- oder Sicherheitsstählen zu den unerwünschten Begleitelementen zählt. Um seine festigkeitsstei- gernde Wirkung zu nutzen, kann es optional mit Gehalten von mindestens 0,005 Gew.-% zulegiert werden. P kann aufgrund seiner geringen Diffusionsgeschwindigkeit beim Erstarren der Schmelze zu starken Seigerungen führen. Aus diesen genannten Gründen wird das Element auf max. 0, 15 Gew.-%, insbesondere maximal 0,06 Gew.-%, vorzugsweise maximal 0,03 Gew.-% begrenzt.

S weist im Stahl eine starke Neigung zur Seigerung auf und bildet unerwünschtes FeS, weswegen es durch Mn abgebunden werden muss. Der S-Gehalt wird daher auf maximal 0,03 Gew.-%, insbesondere 0,02 Gew.-%, bevorzugt 0,01 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,005 Gew.-% eingeschränkt.

Ca kann optional der Schmelze als Entschwefelungsmittel und zur gezielten Sulfidbeeinflussung in Gehalten von bis zu 0,015 Gew.-%, bevorzugt bis zu 0,005 Gew.-% hinzugegeben werden, was zu einer veränderten Plastizität der Sulfide bei der Warmwalzung führt. Darüber hinaus wird durch die Kalziumzugabe bevorzugt auch das Kaltumformverhalten verbessert. Die beschriebenen Effekte sind ab Gehalten von 0,0015 Gew.-% wirksam, weswegen diese Grenze bei Einsatz von Ca als Minimum gewählt wird.

Ni, welches optional bis zu maximal 5,0 Gew.-% zulegiert werden kann, beeinflusst positiv die Verformbarkeit des Materials. Durch eine Verringerung der kritischen Abkühlgeschwindigkeit erhöht Nickel darüber hinaus die Durchhärtung und Durchvergütung. Aus Kostengründen werden bevorzugt Gehalte von maximal 1,5 Gew.-%, besonders bevorzugt maximal 1,0 Gew.- % eingestellt. Die beschriebenen Effekte treten ab Gehalten von 0, 1 Gew.-% auf. Bevorzugt wird ein Gehalt von mindestens 0,2 Gew.-% zulegiert.

Sn, As und/oder Co sind Legierungselemente, die einzeln oder in Kombination, wenn sie nicht gezielt zur Einstellung spezieller Eigenschaften zulegiert werden, zu den Verunreinigungen gezählt werden können. Die Gehalte sind beschränkt auf maximal 0,05 Gew.-% Sn, auf maximal 0,02 Gew.-% Co, auf maximal 0,02 Gew.-% As.

0 ist üblicher Weise unerwünscht, kann in geringsten Gehalten in der vorliegenden Erfindung jedoch auch förderlich sein, da Oxidbelegungen insbesondere auf der Trennschicht zwischen der ersten und mindestens zweiten Lage die Diffusion zwischen den bewusst unterschiedlich legierten Stählen behindert, wie beispielsweise in dem Dokument DE 10 2016 204 567.9 beschrieben. Der Maximalgehalt für Sauerstoff wird mit 0,005 Gew.-%, bevorzugt 0,002 Gew.-% angegeben.

H ist als kleinstes Atom auf Zwischengitterplätzen im Stahl sehr beweglich und kann insbesondere in höchstfesten Stählen beim Abkühlen von der Warmwalzung zu Aufreißungen im Kern führen. Das Element Wasserstoff wird daher auf einen Gehalt von maximal 0,001 Gew.-%, insbesondere maximal 0,0006 Gew.-%, vorzugsweise maximal 0,0004 Gew.-%, weiter bevorzugt maximal 0,0002 Gew.-% reduziert.

Als beispielhafte Vertreter für die erste Lage des erfindungsgemäßen Verschleißstahls können handelsübliche Stähle verwendet werden, die beispielsweise von der Anmelderin unter der Handelsbezeichnung „XAR®" vertrieben werden, insbesondere XAR® 400, 450, 500, 600 und 650. Als beispielhafte Vertreter für die erste Lage des erfindungsgemäßen Sicherheitsstahls können handelsübliche Stähle verwendet werden, die beispielsweise von der Anmelderin unter der Handelsbezeichnung„SECURE" vertrieben werden, insbesondere SECURE 400, 450, 500, 600 und 650. Auch andere Stahllegierungen können eingesetzt werden, die die oben genannten Bedingungen erfüllen.

Die zweite Lage zur Bildung der zumindest einseitigen funktionalen Schicht auf der ersten Lage besteht aus einem weichen, duktilen Stahl, der ohne Aufwand einfach und konventionell beschichtet werden kann. Als geeignete Stähle für die erfindungsgemäßen Verschleiß- und Sicherheitsstähle haben sich insbesondere mikrolegierte Stähle, sowie bevorzugt weiche Stähle mit geringem Kohlenstoffgehalt (ULC =„ultra-low-carbon "-Stähle) und besonders bevorzugt IF-Stähle erwiesen. IF („interstitial free")-Stähle werden so legiert, dass insbesondere Stickstoff und Kohlenstoff vollständig durch Elemente wie Ti, Nb, V, W und/oder Cr abgebunden sind. Die zweite Lage besteht neben Fe und herstellungsbedingt unvermeidbaren Verunreinigungen in Gew.-% aus

C: 0,001 bis 0, 15 %,

optional N: 0,001 bis 0,01 %,

optional Si: 0,03 bis 0,7 %,

optional Mn: 0,05 bis 2,5 %,

optional P: 0,005 bis 0, 1 %,

optional Mo: 0,05 bis 0,45 %,

optional Cr: 0, 1 bis 0,75 %,

optional Cu: 0,05 bis 0,75 %,

optional Ni: 0,05 bis 0,5 %,

optional AI: 0,005 bis 0,5 %,

optional B: 0,0001 bis 0,01 %,

optional eines oder mehrere aus der Gruppe Nb, Ti, V und W: 0,001 bis 0,3 %,

S: bis 0,03 %,

optional Ca: 0,0015 bis 0,015 %,

Sn: bis 0,05 %,

As: bis 0,02 %,

Co: bis 0,02 %,

H: bis 0,001 %,

0: bis 0,005 %,

wobei die als optional angegebenen Legierungselemente N, Si, Mn, AI, Cr, B, Ti, Nb, V, W, Mo, Cu, P, Ca, Ni alternativ auch als Verunreinigung in geringeren Gehalten vorliegen können. Zur Erhöhung der Duktilität und Verringerung der Härtbarkeit der Decklage ist C als Legierungselement auf maximal 0, 15 Gew.-%, insbesondere maximal 0, 10 Gew.-% , vorzugsweise maximal 0,06 Gew.-% beschränkt. In einer bevorzugten Ausführung handelt es sich bei der zweite Lage um ULC-Stähle, bei denen der maximale Kohlenstoffgehalt auf 0,03 Gew.-% beschränkt wird. In einer besonders bevorzugten Ausführung werden IF-Stähle als zweite Lage eingesetzt, für die ein C-Gehalt von maximal 0,01 Gew.-% vorgegeben wird. Um die in IF- Stählen erforderliche vollständige Abbindung von C durch Ti, Nb, V, W, Cr und/oder Mo zu gewährleisten, ohne zu hohe Gehalte von Ti, Nb, V, W, Cr und/oder Mo einstellen zu müssen, wird bevorzugt ein Maximalgehalt von 0,005 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,003 Gew.-% eingestellt. Prozessbedingt ist ein minimaler Gehalt an C nicht wirtschaftlich zu vermeiden. Daher wird die Untergrenze für den C-Gehalt mit 0,001 Gew.-% angegeben.

N erhöht als optionales Legierungselement in gelöster Form ebenfalls die Härtbarkeit des Stahls, kann aber optional auch gezielt zur Nitrid- bzw. Carbonitridbildung mit AI, B, Ti, Nb, V, W, Cr und/oder Mo verwendet werden. Um eine zu starke Erhöhung der Aufhärtung der Decklage im Fertigungsprozess sowie die Versprödung der Decklage zu vermeiden, wird Stickstoffgehalt auf maximal 0,01 Gew.-%, bevorzugt 0,005 Gew.-% beschränkt. Prozessbedingt ist ein minimaler Gehalt an N nicht wirtschaftlich zu vermeiden. Daher wird die optionale Untergrenze für den N-Gehalt mit 0,001 Gew.-% angegeben.

Si, Mn, P, Mo, Cr, Cu und Ni sind optionale Legierungselemente, die in einer alternativen Ausführung des erfindungsgemäßen Konzeptes zur Erhöhung der Festigkeit der zweiten Lage eingesetzt werden können, um die Härtedifferenz zwischen der ersten und zweiten Lage zu verringern und die Beständigkeit der zweiten Lage z. B. gegen abrasiven Verschleiß zu erhöhen. Um die jeweilige Wirksamkeit der genannten optionalen Legierungselemente zu gewährleisten, wird für deren Einsatz in der zweiten Lage ein Mindestgehalt von

• 0,03, bevorzugt 0, 1, besonders bevorzugt 0,3 Gew.-% Si

• 0,05, bevorzugt 0,2 Gew.-% Mn

• 0,005 Gew.-% P

• 0,05 Gew.-% Mo

• 0, l Gew.-% Cr

• 0,05 Gew.-%, bevorzugt 0,2 Gew.-% Cu

• 0,05 Gew.-%, bevorzugt 0, 10 Gew.-% Ni

festgelegt. Die jeweiligen Maximalgehalte werden wie folgt festgelegt: • 0,7 Gew.-%, bevorzugt 0,5 Gew.-% Si, um negative Einflüsse auf die Oberfläche und Beschichtbarkeit zu vermeiden.

• 2,5 Gew.-%, bevorzugt 1,5 Gew.-% Mn, um die Festigkeit nicht zu stark zu erhöhen und unerwünschte Effekte durch Mn-Seigerungen und um negative Einflüsse auf die Beschichtbarkeit zu vermeiden.

• 0, 1 Gew.-%, bevorzugt 0,05 Gew.-% P, um die Duktilität der Decklage nicht zu stark zu verringern.

• 0,45 Gew.-%, bevorzugt 0, 15 Gew.-% Mo; 0,75 Gew.-%, bevorzugt 0,40 Gew.-% Cu;

0,75 Gew.-%, bevorzugt 0,25 Gew.-%, besonders bevorzugt 0, 15 Gew.-% Cr; 0,5 Gew.-%, bevorzugt 0,3 Gew.-% Ni, jeweils aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten sowie um die Schweißbarkeit der Decklage sowie die Beschichtbarkeit nicht zu stark negativ zu beeinflussen.

Mn dient zudem zum Abbinden von S zu MnS.

AI kann optional zur Desoxidation eingesetzt werden, wobei ein Gehalt von mindestens 0,005 Gew.-%, insbesondere mit 0,01 Gew.-% vorhanden sein kann. Der Gehalt ist auf maximal 0,5 Gew.-%, insbesondere maximal 0, 1 Gew.-%, vorzugsweise maximal 0,05 Gew.-% beschränkt, um die Werkstoffeigenschaften und die Beschichtbarkeit nicht negativ zu beeinflussen.

B kann optional in einer weniger bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Legierungselement zur Härtbarkeit beitragen, insbesondere wenn N abgebunden wird und kann mit einem Gehalt insbesondere von mindestens 0,0001 Gew.-%, bevorzugt 0,0005 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,0010 Gew.-% vorhanden sein. Das Legierungselement ist auf maximal 0,01 Gew.-%, insbesondere auf maximal 0,005 Gew.-%, da höhere Gehalte sich nachteilig auf die Werkstoffeigenschaften auswirken und zu einer zu starken unerwünschte Aufhärtung der zweiten Lage führen.

Ti, Nb, V, W, Cr und Mo können als Legierungselemente einzeln oder in Kombination zur Korn- feinung und/oder C- und N-Abbindung zulegiert werden, wobei der Einsatz von Ti, Nb und V aus Kostengründen für die genannten Zwecke bevorzugt wird. Ti, Nb und/oder V können mit Gehalten von mindestens 0,001 Gew.-%, bevorzugt 0,005 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,01 Gew.-% eingesetzt werden. Zur vollständigen Abbindung von C und N werden in der be- vorzugten Ausführung auf Grund der Stöchiometrie die Gehalte von Ti, Nb, V, W, Cr und Mo so eingestellt, dass gilt:

(Ti / 47,9 + Nb / 92,9 + V / 50,9 + W / 183,8 + Cr / (52 * 1,5) + Mo / (95,95 *2) / (C / 12 + N / 14) > 1,0. Die Legierungselemente Ti, Nb, V und W sind aus wirtschaftlichen Gründen in Kombination auf maximal 0,3 Gew.-%, insbesondere maximal 0,2 Gew.-% eingeschränkt. Bevorzugt wird der Gehalt von Ti + Nb + V + W auf maximal 0, 15 Gew.-%, besonders bevorzugt 0, 1 Gew.-% beschränkt, da höhere Gehalte sich nachteilig auf die Werkstoffeigenschaften, insbesondere sich negativ auf die Zähigkeit des Werkstoffs auswirken. Die erfindungsgemäßen Maximalgehalte der optionalen Legierungselemente Cr und Mo wurden oben bereits angegeben.

S weist im Stahl eine starke Neigung zur Seigerung auf und bildet unerwünschtes FeS, weswegen es durch Mn abgebunden werden muss. Der S-Gehalt wird daher auf maximal 0,03 Gew.-%, insbesondere 0,02 Gew.-%, bevorzugt 0,01 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,005 Gew.-% eingeschränkt.

Ca kann der Schmelze optional als Entschwefelungsmittel und zur gezielten Sulfidbeeinflussung in Gehalten von bis zu 0,015 Gew.-%, insbesondere bis zu 0,005 Gew.-% hinzugegeben werden, was zu einer veränderten Plastizität der Sulfide bei der Warmwalzung führt. Darüber hinaus wird durch die Kalziumzugabe bevorzugt auch das Kaltumformverhalten verbessert. Die beschriebenen Effekte sind ab Gehalten von 0,0015 Gew.-% wirksam, weswegen diese Grenze bei optionalem Einsatz von Ca als Minimum gewählt wird.

Sn, As und/oder Co sind Legierungselemente, die einzeln oder in Kombination, wenn sie nicht gezielt zur Einstellung spezieller Eigenschaften zulegiert werden, zu den Verunreinigungen gezählt werden können. Die Gehalte sind beschränkt auf maximal 0,05 Gew.-% Sn, auf maximal 0,02 Gew.-% As, auf maximal 0,02 Gew.-% Co.

O ist üblicher Weise unerwünscht, kann in geringsten Gehalten in der vorliegenden Erfindung jedoch auch förderlich sein, da Oxidbelegungen insbesondere auf der Trennschicht zwischen der ersten und zweiten Lage die Diffusion zwischen den bewusst unterschiedlich legierten Stählen behindert, wie beispielsweise in dem Dokument DE 10 2016 204 567.9 beschrieben. Der Maximalgehalt für Sauerstoff wird mit 0,005 Gew.-%, bevorzugt 0,002 Gew.-% angegeben.

H ist als kleinstes Atom auf Zwischengitterplätzen im Stahl sehr beweglich und kann insbesondere in höchstfesten Stählen beim Abkühlen von der Warmwalzung zu Aufreißungen im Kern führen. Das Element Wasserstoff wird daher auf einen Gehalt von maximal 0,001 Gew.-%, insbesondere maximal 0,0006 Gew.-%, vorzugsweise maximal 0,0004 Gew.-%, weiter bevorzugt maximal 0,0002 Gew.-% reduziert.

Zur Verbesserung der Beschichtbarkeit weist die zweite Lage in mindestens einem der be- schichtungskritischen Elemente Si, Ni, Cr, Mo und/oder Mn einen um mindestens 10 % niedrigeren Legierungsgehalt im Vergleich zur ersten Lage auf.

Alle genannten optionalen Legierungselemente können in Gehalten unter dem angegebenen Minimalwert als Verunreinigungen ohne störende Wirkung in der zweiten Lage der erfindungsgemäßen Verschleiß- oder Sicherheitsstähle vorliegen.

Als beispielhafte Vertreter für die zweite Lage sowohl des erfindungsgemäßen Verschleißstahls wie auch des erfindungsgemäßen Sicherheitsstahls können handelsübliche unlegierte Stähle, niedrig legierte Stähle, mikrolegierte Stähle oder IF- Stähle verwendet werden. Die Härte der zweiten Lage nach der Wärmebehandlung (Härten oder Vergüten des Werkstoffverbundes) beträgt < 250 HBW, insbesondere < 200 HBW, vorzugsweise < 175 HBW, besonders bevorzugt < 150 HBW. Auch andere Stähle können eingesetzt werden, die die oben genannten Bedingungen erfüllen.

Die Legierungselemente der zweiten Lage sind vorzugsweise derart auf die Legierungselemente der ersten Lage abgestimmt, dass die bei der im Zuge zur Einstellung der Härte und/oder der Zähigkeit des Sicherheitsstahls oder Verschleißstahls durch Austenitisieren, insbesondere durch Erwärmung des Werkstoffverbundes auf eine Temperatur, die oberhalb der Gefügeumwandlungstemperatur (A _c3 ) der ersten Lage liegt und durch Abschrecken, insbesondere durch schroffes Abkühlen mit einer Abkühlrate > 20 K/s, sich eine Härtegefügestruktur aus einer überwiegend martensitischen und/oder bainitischen Gefügestruktur in der ersten Lage einstellt, wobei bevorzugt die Gefügeumwandlungstemperatur (A _c3 ) in Bezug auf die zweite Lage nicht überschritten wird und dadurch die Beeinflussung der Eigenschaften der zweiten Lage im Stahlwerkstoffverbund im Wesentlichen minimiert wird. In der ersten Lage liegt Martensit, angelassener Martensit und/oder Bainit (weniger bevorzugt) mit mindestens 70 Flächen-%, insbesondere mindestens 80 Flächen-%, vorzugsweise mindestens 85 Flä- chen-%, weiter bevorzugt mindestens 90 Flächen-%, besonders bevorzugt mindestens 95 Flächen-% vor. Herstellungsbedingt kann das Entstehen der weniger erwünschten Gefügebestandteile Ferrit, Restaustenit, Perlit oder Zementit nicht immer sicher vermieden werden. In der zweiten Lage stellt sich eine Gefügestruktur ein, welche mindestens einen Anteil oder mehrere Anteile an Ferrit, Bainit, Martensit aufweist. Bevorzugt ist dabei eine Mikrostruktur der zweiten Lage, deren Gehalt an Martensit um mindestens 20%, besonders bevorzugt mindestens 50%, geringer ist als in der ersten Lage, während der Gehalt an Ferrit mindestens 20%, besonders bevorzugt mindestens 100%, höher ist als in der ersten Lage. Durch ein optionales Anlassen insbesondere bei einer Temperatur insbesondere oberhalb von 200°C und unterhalb von A _cl der ersten Lage für eine Dauer, die abhängig von der Gesamtmaterialdicke des Sicherheitsstahls oder Verschleißstahls ist, können Spannungen innerhalb des Sicherheitsstahls oder Verschleißstahls abgebaut und insbesondere die Zähigkeit des Stahlwerkstoffverbundes verbessert bzw. erhöht werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst der Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl eine dritte Lage aus einem Stahl, welcher weicher als die erste Lage und härter als die zweite Lage ist, und insbesondere stoffschlüssig mit der ersten Lage verbunden ist. Die dritte Lage kann im Wesentlichen die Legierungselemente in Verbindung mit den Gewichtsanteilen, wie sie in der ersten Lage enthalten sind, aufweisen, jedoch mit dem Unterschied, dass die dritte Lage einen im Vergleich zur ersten Lage um mindestens 0,02 Gew.-% geringeren C-Gehalt aufweist. Dadurch kann dem Werkstoffverbund in Abhängigkeit von der Materialdicke der dritten Lage eine höhere Zähigkeit verliehen werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst der Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl zwei zweite Lagen, welche auf beiden Seiten des Sicherheitsstahls oder Verschleißstahls angeordnet sind und stoffschlüssig mit der ersten Lage verbunden sind, und vorzugsweise einseitig, besonders bevorzugt ein- oder beidseitig mit einem metallischen Korrosionsschutzüberzug und/oder organischen Beschichtung und/Lackierung versehen ist.

Gemäß einer alternativen Ausführung umfasst der Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl zwei zweite Lagen, die auf beiden Seiten des Sicherheitsstahls, insbesondere als Außenlagen angeordnet sind, eine dritte Lage als Mittellage und zwei erste Lagen als Zwischenlagen, welche jeweils zwischen der Mittellage und den zweiten Lagen (Außenlagen) angeordnet sind, und vorzugsweise einseitig, besonders bevorzugt ein- oder beidseitig mit einem metallischen Korrosionsschutzüberzug und/oder organischen Beschichtung und/oder Lackierung versehen ist. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Sicherheitsstahls oder Verschleißstahls weist die zweite Lage aus dem weichen Stahl eine Materialdicke zwischen 1 % und 12 %, insbesondere zwischen 2 % und 10 %, vorzugsweise zwischen 3 % und 8 %, besonders bevorzugt 3 % bis 6 % bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Sicherheitsstahls oder Verschleißstahls auf. Ist der Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl als Sandwich, insbesondere dreilagig oder fünflagig, ausgeführt, sind die Angaben bezüglich der Materialdicke der zweiten Lagen pro Seite zu verstehen. Falls eine dritte Lage aus einem Stahl, welcher weicher als die erste Lage und härter als die zweite Lage ist, vorhanden ist, kann die dritte Lage eine Materialdicke zwischen 20 % und 60 %, insbesondere zwischen 25 % und 50 %, vorzugsweise zwischen 30 % und 45 % bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Sicherheitsstahls aufweisen. Die Gesamtmaterialdicke beträgt zwischen 2,0 und 40,0 mm, insbesondere zwischen 3,0 und 30,0 mm und vorzugsweise zwischen 4,0 und 20,0 mm. Überraschend hat sich bei der Sandwich-Ausführung gezeigt, dass insbesondere auf der der Impact-belasteten Seite abgewandten Seite die weiche zweite Lage die Wirkung von abgelösten Teilchen, Splitter bzw. Bestandteilen der ersten Lage und/oder dritten Lage ausgelöst durch den starken Impuls auf der Impact-belasteten Seite abmindern und darüber hinaus eine zusätzliche Stabilität durch vergleichbare Randbedingen auf beiden Seiten bringen kann. Überraschend hat sich weiter für den Verschleißstahl in der Sandwich-Ausführung gezeigt, dass der Verschleiß des erfindungsgemäßen Verschleißstahls gegenüber einem monolithischen Verschleißstahl bei ganz oder teilweise prallender Belastung deutlich verzögert erfolgt, so lange die zweite Lage nicht vollständig abgetragen wurde. Dies wird damit erklärt, dass die zweite Lage gegenüber der prallenden Beanspruchung durch plastische Verformung als Dämpfung fungiert und dass das Herausplatzen harter Bestandteile der ersten Lage vermieden wird.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl mittels Plattieren, insbesondere Walzplattieren oder mittels Gießen hergestellt. Bevorzugt ist der erfindungsgemäße Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl mittels Warmwalzplattieren, wie es beispielsweise in der deutschen Patentschrift DE 10 2005 006 606 B3 offenbart ist, hergestellt. Es wird Bezug auf diese Patentschrift genommen, deren Inhalt hiermit in diese Anmeldung aufgenommen wird, wobei der Fertigungsschritt des Haspeins zu einem Coil als optionaler Prozessschritt zu sehen ist. In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Werkstoffverbunds insbesondere für Dicken ab ca. 10 mm erfolgt dieses vollständig in Platten- bzw. Blechform. Beim Warmwalzplattieren laufen Diffusionsprozesse zwischen der ersten Lage und der mindestens zweiten Lage ab, da im Grenzschichtbereich der ersten Lage durch das Abwandern des Kohlenstoffs aus der ersten Lage in die zweite Lage eine Art Randentkohlung in der ersten Lage stattfindet, wodurch lokal ein im Vergleich zu dem restlichen Bereich der ersten Lage duktilerer Bereich entsteht. Durch die Diffusionsprozesse stellen sich auch ein im Wesentlichen kontinuierlicher und kein sprunghaf- ter Übergang der Materialeigenschaften (Härte/Festigkeit) zwischen der ersten und der zweiten Lage ein. Die zweiten Lagen weisen im warmen Zustand vorteilhaft einen verringerten Formänderungswiderstand im Vergleich zur ersten Lage infolge einer höheren Duktilität auf, so dass sie sich beim Warmwalzplattieren respektive Warmwalzen in Richtung der ersten Lage verformen und dadurch insbesondere produktionsbedingte Fehlstellen, beispielsweise Lufteinschlüsse zwischen den Lagen durch den Walzverbund schließen können. Dies ist vor allem beim späteren Gebrauch bzw. Einsatz vorteilhaft, so dass es im Falle einer Verschleißbelastung nicht zu Ausbrüchen oder im Falle einer Impactbelastung zu unerwünschten Schockwellenbrechungen aufgrund der Fehlstellen kommen kann. Alternativ kann der erfindungsgemäße Sicherheitsstahl mittels Gießen hergestellt werden, wobei eine Möglichkeit zu seiner Herstellung in der japanischen Offenlegungsschrift JP-A 03 133 630 offenbart ist. Die metallische Werkstoffverbundherstellung ist allgemein Stand der Technik.

Zur Einstellung der für den Einsatz als Verschleiß- oder Sicherheitsstahl benötigten Werkstoffeigenschaften der ersten Lage wird der erfindungsgemäße Werkstoffverbund durch beschleunigte Abkühlung gehärtet. Die beschleunigte Abkühlung findet dabei in einer bevorzugten Ausführung direkt nach dem Warmwalzplattieren bzw. Warmwalzen ohne vorherige Abkühlung aus der Walzhitze statt. Die Kühlung wird dabei bei einer Temperatur unterhalb der Martensit- Start-Temperatur Ms der ersten Lage, bevorzugt unterhalb der Martensit-Finish- Temperatur von Mf der ersten Lage, besonders bevorzugt maximal 100°C oberhalb der Raumtemperatur beendet.

In einer alternativen, ebenfalls bevorzugten Ausführung kann die Härtung auch wie folgt stattfinden: nach dem Warmwalzen kühlt das Material zunächst auf Temperaturen von unter 500°C ab, um unerwünschte Effekte wie Kornwachstum oder Vergröberung von Ausscheidungen zu vermeiden. Die Abkühlung kann dabei sowohl im Coil oder als Platte an Luft als auch durch Beaufschlagung mit einem Kühlmedium wie beispielsweise Wasser oder Öl stattfinden. Aus logistischen Gründen wird eine Abkühlung auf unter 100°C bevorzugt, besonders bevorzugt auf eine Temperatur nahe der Raumtemperatur. Anschließend wird der Werkstoffverbund mindestens teilweise austenitisiert und hierfür auf eine Temperatur mindestens oberhalb von A _cl der ersten Lage erwärmt. Bevorzugt werden eine vollständige Austenitisierung und eine dementsprechende Erwärmung auf mindestens A _c3 der ersten Lage durchgeführt. Aus energetischen Gründen wird die Austenitisierungstemperatur auf maximal 1100°C, zur Vermeidung von unerwünschtem Austenitkornwachstum bevorzugt auf maximal (Ac3 + 200°C), besonders bevorzugt auf maximal (Ac3 + 100°C) beschränkt, wobei sich A _c3 jeweils auf die erste Lage bezieht. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Austenitisierung des Werkstoffverbundes auf Temperaturen zwischen der Ac3-Temperatur der ersten Lage und der Ac3-Temperatur der zweiten Lage erwiesen, da hierdurch beim Härten des Werkstoffverbundes der Einfluss auf das Gefüge der zweiten Lage verringert wird.

Im Anschluss an die Erwärmung wird der Werkstoffverbund zur Härtung beschleunigt auf eine Temperatur von weniger als 500°C, bevorzugt weniger als 300°C, besonders bevorzugt weniger als 100°C abgekühlt. Zur Erhöhung der Duktilität kann der Werkstoffverbund anschließend angelassen werden (Vergüten), wobei Temperatur und Dauer der Anlassbehandlung je nach Legierung der ersten Lage und gewünschtem Anlasseffekt gewählt werden. Die Verfahren zur Anlassbehandlung entsprechen dabei den üblichen, im Stand der Technik offenbarten Vorgehensweisen für einlagige Werkstoffe für ein Legierungskonzept, welches der jeweiligen ersten Lage des erfindungsgemäßen Werkstoffverbunds entspricht.

Zwischen den Produktionsschritten Warmwalzplattieren, Warmwalzen, Härten und Anlassen kann der Werkstoffverbund aus logistischen Gründen optional zu einem Coil auf- und in Vorbereitung des nächsten Produktionsschrittes wieder abgewickelt werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist der Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl eine Oberfläche mit einer Oberflächenrauheit Ra zwischen 0,5 und 3 μιτι, insbesondere zwischen 0,6 und 2 μιτι, vorzugsweise zwischen 0,7 und 1,8 μιτι, besonders bevorzugt zwischen 0,9 und 1,6 μιτι auf, wobei Ra gemäß DIN EN 10049:2014-03 bestimmt wird. Eine gezielte Oberflächenrauheit kann durch Nachwalzen bzw. Dressieren, insbesondere bei Raumtemperatur nach dem Austenitisieren und Abschrecken des Sicherheitsstahls oder Verschleißstahls (Härten) und insbesondere vor oder nach dem optionalen Anlassen des Sicherheitsstahls oder Verschleißstahls (Vergüten) eingestellt werden. Insbesondere werden die Nachwalz- bzw. Dressierkräfte derart gewählt, dass die erste Lage bzw. ersten Lagen im Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl nur im elastischen Bereich verformt werden, wobei die zweite Lage bzw. zweiten Lagen im Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl hingegen durch Kaltverformung eingeformt und verfestigt werden. Dadurch kann ein Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl mit einer ansprechenden Oberflächentextur und -qualität bereitgestellt werden. Die bevorzugte Be- schichtung des Sicherheitsstahls oder Verschleißstahls mit einem metallischen Korrosionsschutzüberzug erfolgt vorzugsweise nach dem Nachwalzen bzw. Dressieren. Alternativ oder zusätzlich zum metallischen Korrosionsschutzüberzug kann insbesondere auch eine organische Beschichtung und/oder Lackierung erfolgen. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Sicherheitsstahls zum Schutz von Lebewesen in Fahrzeugen oder Gebäuden. Erfindungsgemäß kommt ein beschichteter Sicherheitsstahl mit ansprechender Oberflächenqualität zur Anwendung. Bezüglich der Vorteile wird auf das Vorhergesagte verwiesen.

Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verschleißstahls in Bau-, Agrar-, Bergbau- oder Transportmaschinen, insbesondere in Muldenkippern. Erfindungsgemäß kommt ein beschichteter Verschleißstahl mit ansprechender Oberflächenqualität zur Anwendung. Bezüglich der Vorteile wird auf das Vorhergesagte verwiesen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Figur 1) einen schematischen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Sicherheitsstahls bzw. Verschleißstahls,

Figur 2) einen schematischen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Sicherheitsstahls bzw. Verschleißstahls und

Figur 3) einen schematischen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines Sicherheitsstahls bzw. Verschleißstahls.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Erfindungsgemäße Sicherheitsstähle oder Verschleißstähle bestehen aus einem mehrlagigen Stahlwerkstoffverbund, welcher im Wesentlichen aus handelsüblichen Stählen zusammengesetzt wird. Vorzugsweise erfolgt die Herstellung mittels Warmwalzplattieren. Dazu werden jeweils Blechzuschnitte aus unterschiedlichen Stählen der ersten, zweiten und optional der dritten Lage, die je nach Anwendung und Einsatz aufeinander gestapelt, welche zumindest bereichsweise entlang ihrer Kanten stoffschlüssig, vorzugsweise mittels Schweißen zu einem Vorverbund miteinander verbunden werden. Der Vorverbund wird auf eine Temperatur > 1100°C gebracht und in mehreren Schritten zu einem Werkstoffverbund mit einer geforderten Gesamtmaterialdicke zu einem band-, platten- oder blechförmigen Halbzeug warmgewalzt und kann optional durch Nachwalzen bzw. Dressieren zum Einstellen einer definierten Oberflächentextur weiterverarbeitet werden.

Aus dem Halbzeug werden in der Regel Platinen abgeteilt und optional zu Formplatinen auf Maß zugeschnitten. Die Platinen/Formplatinen werden auf Austenitisierungstemperatur, insbesondere oberhalb von A _c3 bezogen auf die erste Lage in einem Ofen dickenabhängig für jeweils > 10 min erwärmt und durchwärmt, welche anschließend zur Einstellung der gewünschten Härte in der ersten Lage abgeschreckt werden. Vorzugsweise kann ein Nachwalzen bzw. Dressieren zur Einstellung einer gezielten Oberflächenrauheit insbesondere auf der Seite des Sicherheitsstahls oder Verschleißstahls, auf der die zweite Lage angeordnet ist, erfolgen. Falls die zweite Lage nur einseitig angebracht wird, so bleibt die der zweiten Lage abgewandte Seite durch das Nachwalzen bzw. Dressieren im Wesentlichen unbeeinflusst. Optional kann der Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl auch einem Anlassen unterzogen werden (Vergüten). Abschließend kann der Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl ein- oder beidseitig mit einem metallischen Korrosionsschutzüberzug vorzugsweise auf Zinkbasis, und/oder einer organischen Beschichtung und/oder Lackierung beschichtet werden. Der erfindungsgemäße Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl ist fertiggestellt und kann danach zum Schutz von Lebewesen in Fahrzeugen oder Gebäuden oder in Bau-, Agrar-, Bergbau- oder Transportmaschinen eingesetzt bzw. verwendet werden.

Alternativ kann der gehärtete oder vergütete Zustand in einem erfindungsgemäßen Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl aus einem mehrlagigen Stahlwerkstoffverbund auch an einem bandförmigen Halbzeug kontinuierlich über geeignete Mittel im Durchlauf eingestellt werden, vorausgesetzt der erfindungsgemäße Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl ist coilfähig. Insbesondere ist dadurch auch eine kontinuierliche Beschichtung am Band wirtschaftlich umsetzbar. Dies ist jedoch nur bei einer Gesamtmaterialdicke < 10 mm möglich.

In Figur 1) ist eine schematische Schnittdarstellung durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sicherheitsstahls bzw. Verschleißstahls (1) gezeigt. Der erfindungsgemäße Sicherheitsstahl oder Verschleißstahl (1) umfasst eine erste Lage (1.1) aus einem Stahl mit einer überwiegend martensitischen und/oder bainitischen Gefügestruktur im gehärteten oder vergüteten Zustand, welcher eine Härte > 350 HBW, insbesondere > 400 HBW, vorzugsweise > 450 HBW, weiter bevorzugt > 500 HBW, weiter bevorzugt > 550 HBW, besonders bevorzugt > 600 HBW aufweist, und eine mit der ersten Lage (1.1) stoffschlüssig verbundenen zweite Lage (1.2) aus einem im Vergleich zu der ersten Lage (1.1) weicheren Stahl, wobei die zweite Lage (1.2) eine um mindestens 20%, insbesondere um mindestens 50%, geringere Härte aufweist als die erste Lage (1.1) im gehärteten oder vergüteten Zustand. Die Härte der zweiten Lage (1.2) beträgt < 250 HBW, insbesondere < 200 HBW, vorzugsweise < 175 HBW, besonders bevorzugt < 150 HBW.

Die erste Lage (1.1) besteht neben Fe und herstellungsbedingt unvermeidbaren Verunreinigungen in Gew.-% aus

C: 0, 1 bis 0,6 %,

optional N: 0,003 bis 0,01 %

optional Si: 0,05 bis 1,5 %,

Mn: 0, 1 bis 2,5 %,

optional AI: 0,01 bis 2,0 %,

Cr: 0,05 bis 1,5 %,

optional B: 0,0001 bis 0,01 %,

optional eines oder mehrere aus der Gruppe Nb, Ti, V und W: in Summe von 0,005 bis 0,2 %, optional Mo: 0, 1 bis 1,0 %,

optional Cu: von 0,05 bis 0,5 %,

optional P: von 0,005 bis 0, 15 %,

S: bis 0,03 %,

optional Ca: 0,0015 bis 0,015 %,

optional Ni: von 0, 1 bis 5,0 %,

Sn: bis 0,05 %,

As: bis 0,02 %,

Co: bis 0,02 %,

0: bis 0,005 %,

H: bis 0,001 %.

Vorzugsweise bildet die erste Lage (1.1) eine sehr harte und ausreichend zähe Stahllegierung mit der Handelsbezeichnung„Secure" und einer Härte von 600 HBW bzw.„XAR®" und einer Härte von 600 HBW im gehärteten oder vergüteten Zustand.

Die zweite Lage (1.2) besteht neben Fe und herstellungsbedingt unvermeidbaren Verunreinigungen in Gew.-% aus

C: 0,001 bis 0, 15 %,

optional N: 0,001 bis 0,01 %,

optional Si: 0,03 bis 0,7 %, optional Mn: 0,05 bis 2,5 %,

optional P: 0,005 bis 0, 1 %,

optional Mo: 0,05 bis 0,45 %,

optional Cr: 0, 1 bis 0,75 %,

optional Cu: 0,05 bis 0,75 %,

optional Ni: 0,05 bis 0,5 %,

optional AI: 0,005 bis 0,5 %,

optional B: 0,0001 bis 0,01 %,

optional eines oder mehrere aus der Gruppe Nb, Ti, V und W: 0,001 bis 0,3 %,

S: bis 0,03 %,

optional Ca: 0,0015 bis 0,015 %,

Sn: bis 0,05 %,

As: bis 0,02 %,

Co: bis 0,02 %,

H: bis 0,001 %,

O: bis 0,005 %.

Beispielsweise bildet die weiche Stahllegierung ein weicher, unlegierter Stahl mit der Handelsbezeichnung„DD14" und einer Härte von 105 HBW nach der Wärmebehandlung des Werkstoffverbundes (Härten oder Vergüten).

Die Materialdicke der zweiten Lage (1.2) beträgt beispielsweise 10% bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Sicherheitsstahls bzw. Verschleißstahls (1). Da die zweite Lage (1.2) im Vergleich zur ersten Lage (1.1) des Sicherheitsstahls (1) oder Verschleißstahls einfach und ohne großen Aufwand beschichtbar ist, weist der Sicherheitsstahl bzw. Verschleißstahl (1) einen einseitigen Korrosionsschutzüberzug (1.4) auf Zinkbasis, vorzugsweise einen elektrolytischen Zinküberzug mit einer Dicke von beispielsweise 8 μιτι auf. Beispielsweise ist der Sicherheitsstahl bzw. Verschleißstahl (1) vor dem Beschichten einem Nachwalzen bzw. Dressieren zugeführt worden, um insbesondere die bei den Sicherheitsstählen oder Verschleißstähle neuen Anforderungen hinsichtlich Oberflächenqualität und Oberflächenrauheit zu genügen. Durch das Nachwalzen bzw. Dressieren kann die zweite Lage (1.2) im Wesentlichen stärker als die erste Lage plastisch verformt werden. Dadurch kann die in der zweiten Lage ggf. auftretende ausgeprägte Streckgrenze durch Kaltverfestigung entfernt werden, was dem Oberflächenerscheinungsbild nach einer ggf. bei der Weiterverarbeitung erforderlichen Kaltumformung zuträglich ist. Der Sicherheitsstahl bzw. Verschleißstahl (1) weist vorzugsweise einseitig, auf der Seite, auf der die zweite Lage (1.2) angeordnet ist, eine Oberflächenrauheit Ra zwischen 0,7 und 1,6 μιτι auf. Die Beschussfestigkeit bzw. die Verschleißbeständigkeit wird im Wesentlichen durch die Materialdicke der ersten Lage (1.1) mit 90% bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Sicherheitsstahls bzw. Verschleißstahls (1) sichergestellt.

In Figur 2) ist eine schematische Schnittdarstellung durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sicherheitsstahls bzw. Verschleißstahls (1) gezeigt. Der erfindungsgemäße Sicherheitsstahl bzw. Verschleißstahl (1) unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass zwei zweite Lagen (1.2), welche auf beiden Seiten des Sicherheitsstahls bzw. Verschleißstahls (1) angeordnet sind und stoffschlüssig mit der ersten Lage (1.2) verbunden sind, somit einen dreilagigen Stahlwerkstoffverbund ergeben, welcher in diesem Beispiel beidseitig mit einem Korrosionsschutzüberzug (1.4) beschichtet ist. Vorzugsweise bildet die erste Lage (1.1) ein sehr harter Stahl mit der Handelsbezeichnung„Secure" und einer Härte von 600 HBW bzw.„XAR®" und einer Härte von 600 HBW. Als zweite Lagen (1.2) können weiche Bake-Hardening-Stähle mit der Handelsbezeichnung„HX260" und einer Härte von 125 HBW nach der Wärmebehandlung des Werkstoffverbundes (Härten oder Vergüten) eingesetzt werden.

Die Beschussfestigkeit bzw. Verschleißbeständigkeit wird im Wesentlichen durch die Materialdicke der ersten Lage (1.1) mit 90% bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Sicherheitsstahls bzw. Verschleißstahls (1) sichergestellt. Die Materialdicken der beiden zweiten Lagen (1.2) betragen pro Seite 5% bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Sicherheitsstahls bzw. Verschleißstahls (1). Durch die Sandwich-Ausführung wird dem Sicherheitsstahl bzw. Verschleißstahl (1) eine zusätzliche Stabilität verliehen und die weiche zweite Lage (1.2) auf der der Impact belasteten abgewandten Seite kann durch Impulsimpact beispielsweise in der ersten Lage (1.1) abgelöste Splitter abmindern bzw. hat einen positiven Einfluss auf die Verschleißanwendung. Der Sicherheitsstahl bzw. Verschleißstahl (1) weist vorzugsweise beidseitig eine Oberflächenrauheit R _a zwischen 0,9 und 1,8 μιτι auf, die durch Dressieren des Sicherheitsstahls bzw. Verschleißstahls (1) eingestellt wurde. Der Sicherheitsstahl bzw. Verschleißstahl (1) wurde nach dem Dressieren bevorzugt beidseitig mit einem metallischen Korrosionsschutzüberzug (1.4) auf Zinkbasis durch Schmelztauchbeschichten mit jeweils einer Dicke von 20 μιτι beschichtet. Durch die Erwärmung des Sicherheitsstahls bzw. Verschleißstahls (1) auf Beschichtungstemperatur erfuhr der Sicherheitsstahl bzw. Verschleißstahls (1) eine Anlassbehandlung, welche vorteilhaft Spannungen innerhalb des Stahlwerkstoffverbundes abgebaut und seine Härte um ca. 100 HBW reduziert hatte und durch die Bake-Hardening-Eigenschaf- ten konnten die Streckgrenzen in den zweiten Lagen (1.2) erhöht werden, wodurch die Streck- grenzendifferenz zwischen erster Lage (1.1) und zweiten Lagen (1.2) um ca. 30 MPa reduziert werden konnte.

In Figur 3) ist eine schematische Schnittdarstellung durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sicherheitsstahls bzw. Verschleißstahls (1) gezeigt. Der Sicherheitsstahl bzw. Verschleißstahl (1) umfasst zwei zweite Lagen (1.2), die auf beiden Seiten des Sicherheitsstahls bzw. Verschleißstahls (1) als Außenlagen angeordnet sind, eine dritte Lage (1.3) als Mittellage und zwei erste Lagen (1.1) als Zwischenlagen, welche jeweils zwischen der Mittellage (1.3) und den zweiten Lagen (1.2) angeordnet sind. Der Sicherheitsstahl bzw. Verschleißstahls (1) ist beidseitig mit einem metallischen Korrosionsschutzüberzug (1.4) beschichtet. Die zwei ersten Lagen (1.1) sind vorzugsweise aus einem sehr harten Stahl mit der Handelsbezeichnung„Secure" und einer Härte von 650 HBW bzw. „XAR®" und einer Härte von 650 HBW im gehärteten oder vergüteten Zustand gebildet. Als zweite Lagen (1.2) können weiche IF-Stähle mit der Handelbezeichnung„DX54" und einer Härte von 90 HBW nach der Wärmebehandlung des Werkstoffverbundes (Härten oder Vergüten) eingesetzt werden. Die dritte Lage (1.3) ist vorzugsweise aus einem harten und gleichzeitig im Vergleich zur ersten Lage zäheren Stahl mit der Handelsbezeichnung„Secure" und einer Härte von 450 HBW bzw. „XAR®" und einer Härte von 450 HBW im gehärteten oder vergüteten Zustand gebildet. Die C-Differenz zwischen den ersten Lagen (1.1) und der dritten Lage (1.3) beträgt mindestens 0,2 Gew.-%. Die Kombination aus ersten Lagen (1.1) und dritter Lage (1.3) verleiht dem Sicherheitsstahl bzw. Verschleißstahl (1) eine hohe Härte mit einer ausreichenden Zähigkeit. Die Materialdicken der ersten Lagen (1.1) betragen pro Seite 30% und die dritte Lage (1.3) 36% bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Sicherheitsstahls bzw. Verschleißstahls (1). Die zweiten Lagen (1.2) verleihen dem Sicherheitsstahl bzw. Verschleißstahl (1) aus einem fünfla- gigen Stahlwerkstoffverbund eine zusätzliche Stabilität sowie die im zweiten Ausführungsbeispiel genannten Vorteile, beispielsweise der Impulsminderung, wobei sie eine Materialdicke pro Seite von 2% bezogen auf die Gesamtdicke des Sicherheitsstahls bzw. Verschleißstahls (1) aufweisen. Beschichtet ist der Sicherheitsstahl bzw. Verschleißstahl (1) vorzugsweise beidseitig mit einem metallischen Korrosionsschutzüberzug (1.4) auf Zinkbasis mit einer Dicke von jeweils 6 μιτι, welcher durch elektrolytische Beschichtung aufgebracht wurde. Der Sicherheitsstahl bzw. Verschleißstahl (1) kann vorzugsweise beidseitig eine Oberflächenrauheit Ra zwischen 1, 1 und 1,6 μιτι aufweisen.

Die Erfindung ist nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele sowie auf die Ausführungen in der allgemeinen Beschreibung beschränkt. Die einzelnen vorgenannten Merkmale sind auch miteinander kombinierbar. Eine metallische Korrosionsschutzbeschich- tung und/oder organische Beschichtung und/oder Lackierung ist nicht zwingend erforderlich. Der erfindungsgemäße Sicherheitsstahl bzw. Verschleißstahl kann auch aus einem Tailored Product, beispielsweise einem Tailored Welded Blank und/oder Tailored Roiled Blank gebildet sein.