unterschiedlichen Eigenschaften

Technisches Gebiet (Technical Field)

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines warmgewalzten Stahlwerkstoffverbunds mit unterschiedlichen Eigenschaften. Ferner betrifft die Erfindung einen warmgewalzten Stahlwerkstoffverbund mit unterschiedlichen Eigenschaften. Des Weiteren ist eine Verwendung des warmgewalzten Stahlwerkstoffverbunds Gegenstand der Erfindung.

Technischer Hintergrund (Background Art)

Die Herstellung von mehrlagigen Stahlwerkstoffverbunden durch Walzplattieren, insbesondere durch Warmwalzplattieren, ist aus dem Stand der Technik bekannt. Dafür werden ein erstes und mindestens ein zweites Flachprodukt bereitgestellt, wobei sich die Flachprodukte hinsichtlich mindestens einer Eigenschaft voneinander unterscheiden. Die Flachprodukte werden aufeinandergestapelt, wobei zumindest die einander zugeordneten und zu verbindenden Oberflächen der Flachprodukte vor dem Aufeinanderstapeln gereinigt und/oder abtragend bearbeitet werden. Die einzelnen Flachprodukte werden zur Erzeugung eines Flachproduktpakets zumindest bereichsweise miteinander verschweißt. Das Flachproduktpaket wird auf mindestens eine Warmwalzanfangstemperatur erwärmt und anschließend zu einem Warmband warmgewalzt, wobei das Warmband anschließend zu Blechen abgetafelt oder zu einem Bund aufgehaspelt werden kann, vgl. Patentschrift DE 10 2005 006 606 B3.

Für die Herstellung mehrlagiger Stahlwerkstoffverbunde werden die zu einem Flachproduktpaket aufgebauten Flachprodukte, die aus unterschiedlichen Werkstoffen/Lagen bestehen und insbesondere umlaufend verschweißt und damit fixiert sind, gemeinsam durch den Walzspalt eines Walzgerüstes transportiert und dadurch in der Dicke reduziert. Mit jedem Stich wird die Dicke weiter reduziert. Dabei ist es insbesondere bei einem dreilagigen Flachproduktpaket von großem Vorteil für das Verhalten beim Walzen, wenn durch die Verwendung einer Kernlage und in der Regel zweier gleichartiger und gleichdicker Decklagen eine weitgehende Symmetrie beim Walzen herrscht. Unter Symmetrie ist dabei das Gleichgewicht der beteiligten Lagen in Bezug auf ihr Verformungsverhalten gemeint. Grundsätzlich macht ein mehrlagiger Werkstoffverbund nur dann technischen Sinn, wenn die Eigenschaften der kombinierten Verbundpartner (Kernlage und Decklage) unterschiedlich sind, so dass auch das Verhalten der einzelnen Verbundpartner bei einer Walzung unterschiedlich sein kann. Dies kann insbesondere am Formänderungswiderstand, dem Verformungs- bzw. Fließverhalten, dem Umwandlungsverhalten und an den Faktoren wie Flaftung/Kleben an den Walzen und weiteren mehr, wie z.B. der Warmfestigkeit, ermittelt bzw. festgestellt werden.

Sind zum Beispiel die Decklagen eines mehrlagigen Werkstoffverbundes identisch hinsichtlich ihrer Eigenschaften bzw. ihres Anteils (Dicke der Lage), werden sie sich gleich verhalten und es kommt zu keinen Problemen, weil etwaige Unterschiede zwischen Decklagenwerkstoff und Kernlagenwerkstoff in den oben genannten Eigenschaften gleichermaßen auf die Kernlage wirken und sich in ihrer Wirkung durch die oben genannte Symmetrie weitgehend ausgleichen bzw. im Falle der Faktoren Reibung, Kleben/Haftung an den Walzen ja ohnehin nur die (gleichartigen) Decklagen Kontakt zu den Walzen haben und somit keine gravierend unterschiedlichen Verhältnisse an Ober- und Unterwalze eines Walzgerüsts herrschen. Solange die Decklagenwerkstoffe nicht zu unterschiedlich sind bzw. solange die Schichtdicken der beiden Decklagen sich nicht zu weit voneinander unterscheiden, kommt es auch bei leicht asymmetrischen Werkstoffverbunden von drei- und mehr Lagen zu keinen nennenswerten Beeinträchtigungen des Walzverfahrens.

Symmetrische Stahlwerkstoffverbunde, insbesondere dreilagige Stahlwerkstoffverbunde, können beispielsweise durch eine beidseitig hohe Härte ihrer Decklagen eine im Vergleich zur Kernlage geringe Zähigkeit aufweisen. Dies kann beispielsweise im Falle von ballistischer bzw. prallender Belastung zu unerwünschten Abplatzungen auf der belastungsabgewandten Seite führen, so dass für Anwendungen im Bereich Sicherheit und Verschleiß eine wesentlich höhere Härte für die belastete Seite (Decklage) erstrebenswert wäre, während eine zähe unbelastete Seite (Rücklage) für die Verarbeitung, wie zum Beispiel Spanen, Kaltumformen, Schweißen etc. sowie im Einsatz bei prallendem Verschleiß oder ballistischer Belastung (Ansprengung) hilfreich sein kann.

Anders ist die Situation beim Walzen von zweilagigen Werkstoffverbunden respektive von asymmetrischen Werkstoffverbunden mit unterschiedlichen Werkstoffen und/oder Dicken. Durch die nicht vorhandene Symmetrie des Flachproduktpakets können Probleme bei einer Walzung auftreten, insbesondere beim Walzen mittels längs- und guerwalzendem Reversiergerüst. Hier kann es aufgrund werkstoffspezifischer Fließspannungen, welche während des Walzens im längs- und guerwalzenden Reversiergerüst zu unterschiedlichem Formänderungswiderstand führen, schließlich zu ungleicher Plastifizierung kommen, wodurch sich das Flachproduktpaket aus der Ebene unkontrolliert verziehen und/oder wölben kann, so dass eine Weiterwalzung nicht mehr möglich ist. Des Weiteren können auch im Zuge der Aufwärmung eines Flachproduktpakets mit unterschiedlichen Werkstoffen auf eine Warmwalzanfangstemperatur zu unterschiedlicher Volumenzunahme sowie eine anschließende Abkühlung im oder nach einem Walzprozess zu unterschiedlicher Gefügeausbildung führen, dadurch zur Bildung von Eigenspannungen und zu einer unkontrollierten Deformation führen, wodurch eine Weiterarbeitung nicht mehr oder nur sehr aufwendig möglich ist.

Zusammenfassung der Erfindung (Summary of Invention)

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Flachproduktpaket bereitzustellen sowie ein Verfahren zum Herstellen eines warmgewalzten Stahlwerkstoffverbunds anzugeben, mit welchem die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden können, insbesondere eine unkontrollierte Deformation während des Warmwalzens im Wesentlichen unterdrückt werden kann, sowie einen warmgewalzten Stahlwerkstoffverbund anzugeben, welcher besser weiterverarbeitbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Das Verfahren zur Herstellung eines Stahlwerkstoffverbunds umfasst die Schritte:

- Bereitstellen mindestens eines Stahlwerkstücks mit einer ersten Eigenschaft und mindestens eines Stahlwerkstücks mit einer zweiten Eigenschaft, wobei sich die erste Eigenschaft von der zweiten Eigenschaft unterscheidet, wobei das mindestens eine Stahlwerkstück mit der zweiten Eigenschaft eine außen umlaufende Bezugsfläche und das mindestens eine Stahlwerkstück mit der ersten Eigenschaft zumindest eine innen umlaufende Bezugsfläche aufweisen,

- Verbinden der mindestens beiden Stahlwerkstücke zur Bildung eines Flachproduktpakets mit einer Länge, Breite und Dicke, wobei das mindestens eine Stahlwerkstück mit der zweiten Eigenschaft eine geringere Abmessung im Vergleich zur Länge, Breite und Dicke des Flachproduktpakets aufweist, wobei das mindestens eine Stahlwerkstück mit der ersten Eigenschaft zumindest der Länge, der Breite und/oder der Dicke des Flachproduktpakets entspricht, wobei die Bezugsflächen der mindestens beiden Stahlwerkstücke zueinander positioniert werden und einen umlaufenden Spalt bilden, über welchen die mindestens beiden Stahlwerkstücke zumindest abschnittsweise miteinander verbunden werden, so dass das mindestens eine Stahlwerkstück mit der ersten Eigenschaft das mindestens zweite Stahlwerkstück mit der zweiten Eigenschaft in einer Ebene umlaufend umgibt,

- Aufwärmen des Flachproduktpakets auf mindestens eine Warmwalzanfangstemperatur,

- Zuführen des aufgewärmten Flachproduktpakets zum Längs- und Querwarmwalzen in einem Reversiergerüst zu einem Stahlwerkstoffverbund bei einer Walzendtemperatur zwischen 600 und 1250 °C,

- Abkühlen des warmgewalzten Stahlwerkstoffverbunds auf eine Temperatur zwischen der Raumtemperatur RT und 500°C.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens ein Stahlwerkstück mit einer ersten Eigenschaft und mindestens ein Stahlwerkstücks mit einer zweiten Eigenschaft bereitgestellt werden, wobei sich die erste Eigenschaft von der zweiten Eigenschaft unterscheidet, wobei das mindestens eine Stahlwerkstück mit der zweiten Eigenschaft eine außen umlaufende Bezugsfläche und das mindestens eine Stahlwerkstück mit der ersten Eigenschaft zumindest eine innen umlaufende Bezugsfläche aufweisen, die mindestens beiden Stahlwerkstücke zur Bildung eines Flachproduktpakets mit einer Länge, Breite und Dicke miteinander verbunden werden, wobei das mindestens eine Stahlwerkstück mit der zweiten Eigenschaft eine geringere Abmessung im Vergleich zur Länge, Breite und Dicke des Flachproduktpakets aufweist, wobei das mindestens eine Stahlwerkstück mit der ersten Eigenschaft zumindest der Länge, der Breite und/oder der Dicke des Flachproduktpakets entspricht, wobei die Bezugsflächen der mindestens beiden Stahlwerkstücke zueinander positioniert werden und einen umlaufenden Spalt bilden, über welchen die mindestens beiden Stahlwerkstücke zumindest abschnittsweise miteinander verbunden werden, so dass das mindestens eine Stahlwerkstück mit der ersten Eigenschaft das mindestens zweite Stahlwerkstück mit der zweiten Eigenschaft in einer Ebene umlaufend umgibt.

Die Erfinder haben festgestellt, dass werkstoffspezifische Unterschiede hinsichtlich der Eigenschaften der bereitgestellten Stahlwerkstücke während des Warmwalzens in Längs- und Querrichtung in einem Reversiergerüst zu einem Stahlwerkstoffverbund durch den gezielten Aufbau des Flachproduktpakets ausgeglichen werden können und/oder zumindest die Plastifizierung und/oder Volumenzunahme soweit kontrollierbar ist, dass das Flachproduktpaket respektive der Stahlwerkstoffverbund warmgewalzt werden kann. Durch die Walzung des Flachproduktpakets in einem längs- und guerwalzenden Reversiergerüst, z.B. in einem Quartowalzgerüst, können insbesondere deutlich größere Breiten des ausgewalzten Verbunds im Vergleich zu den bisher bekannten Stahlwerkstoffverbunden mittels konventionellem Warmwalz(plattier)en erzielt werden.

Das Flachproduktpaket wird auf mindestens eine Warmwalzanfangstemperatur erwärmt, beispielsweise in einem Flubbalkenofen oder mittels anderen geeigneten Mitteln, bei der eine möglichst vollständige Flomogenisierung innerhalb der jeweiligen Stahlwerkstücke gewährleistet ist und bei der sich eventuell gebildete Ausscheidungen, die im Flerstellungsprozess der Stahlwerkstücke entstanden sein könnten, möglichst vollständig auflösen. Das Erwärmen bzw. Durchwärmen des Flachproduktpakets wird insbesondere bei einer Temperatur durchgeführt, bei der die Mikrostruktur in den jeweiligen Stahlwerkstücken des Flachproduktpakets im Wesentlichen vollständig aus Austenit besteht, insbesondere bei einer Temperatur oberhalb von Ac3, vorzugsweise oberhalb von Ac3 + 50K, um sicherzustellen, dass eine vollständig austenitische Mirkostruktur vorliegt. Zur Verringerung des Verformungswiderstands wird bevorzugt eine Temperatur von mindestens 1000°C, zum Sicherstellen der möglichst vollständigen Auflösung eventuell vorhandener Ausscheidungen besonders bevorzugt von mindestens 1100°C gewählt. Die Halte- bzw. Erwärmungstemperatur sollte eine Temperatur von 1300°C nicht überschreiten, um ein partielles Aufschmelzen der Stahlwerkstücke zu vermeiden. Aus ökologischen und ökonomischen Gründen wird die Halte- bzw. Erwärmungstemperatur bevorzugt auf maximal 1260°C beschränkt.

Das aufgewärmte Flachproduktpaket wird zum Längs- und Querwarmwalzen einem Reversiergerüst zugeführt und zu einem Stahlwerkstoffverbund bei einer Walzendtemperatur zwischen 600 und 1250 °C warmgewalzt. Längs- und Querwarmwalzen in einem Reversiergerüst, vorzugsweise in einem Quarto-Walzgerüst, wird insbesondere bei einer Walzendtemperatur zwischen 600 und 1200 °C durchgeführt.

Vorzugsweise wird für das Walzen zu einem Blech, vorzugsweise in einem Quarto-Walzgerüst, eine Walzendtemperatur von mindestens 800 °C gewählt, um den Umformwiderstand nicht zu stark ansteigen zu lassen, insbesondere werden mindestens 900 °C, vorzugsweise mindestens 950 °C, als Walzendtemperatur eingestellt, um den kornfeinenden Effekt der Rekristallisation nach den Walzstichen möglichst sicher auszunutzen. Aus Gründen der Energieeffizienz wird insbesondere eine Walzendtemperatur von maximal 1100 °C gewählt. Um eine unerwünschte Grobkornbildung zu vermeiden, wird die Walzendtemperatur bevorzugt auf maximal 1050 °C beschränkt.

Alternativ wird bevorzugt das Walzen zu einem Warmband bei einer Walzendtemperatur zwischen 750 und 1000 °C durchgeführt. Insbesondere wird die Walzendtemperatur beim Walzen zur Gewährleistung eines möglichst hohen Austenitgehalts auf mindestens 850 °C, zur Sicherstellung der Rekristallisation auf vorzugsweise mindestens 880 °C eingestellt. Zur Begrenzung der benötigten Kühlmittelmenge werden bevorzugt Walzendtemperaturen von maximal 950 °C, zur Vermeidung der unerwünschten Grobkornbildung besonders bevorzugt maximal 930 °C gewählt.

Unter Eigenschaft sind mechanische Kennwerte, mindestens eine der folgenden Kennwerte, wie zum Beispiel Zugfestigkeit, Härte, Bruchdehnung, Fließspannung, Formänderungswiderstand; Reibbeiwert; Hochtemperaturfestigkeit; Längenausdehnung, chemische Zusammensetzung des jeweiligen Stahlwerkstücks zu verstehen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor. Ein oder mehrere Merkmale aus den Ansprüchen, der Beschreibung wie auch der Zeichnung können mit einem oder mehreren anderen Merkmalen daraus zu weiteren Ausgestaltungen der Erfindung verknüpft werden. Es können auch ein oder mehrere Merkmale aus den unabhängigen Ansprüchen durch ein oder mehrere andere Merkmale verknüpft werden.

Gemäß einer Ausgestaltung entspricht das eine Stahlwerkstück mit der ersten Eigenschaft mindestens der Länge, Breite und Dicke des Flachproduktpakets und weist mindestens eine Ausnehmung mit einer innen umlaufenden Bezugsfläche auf, die derart bemessen ist, dass das mindestens eine Stahlwerkstück mit der zweiten Eigenschaft und seiner außen umlaufenden Bezugsfläche im Wesentlichen vollständig in der Ausnehmung aufgenommen werden kann und die Bezugsflächen zueinander positioniert werden können. Dadurch kann ein besonders stabiles Flachproduktpaket bereitgestellt werden, insbesondere wenn die Dicke des mindestens einen Stahlwerkstücks mit der zweiten Eigenschaft mindestens um die Hälfte geringer ist als die Dicke des Flachproduktpakets. Vorzugsweise entspricht die Dicke des mindestens einen Stahlwerkstücks mit der zweiten Eigenschaft bis zu maximal 1/3, bevorzugt bis zu maximal 1/4, besonders bevorzugt bis zu maximal 1/5 der Dicke des Flachproduktpakets. Die mindestens eine Ausnehmung wird spanend in das Stahlwerkstück mit der ersten Eigenschaft eingebracht wird, insbesondere durch Fräsen, Hobeln oder anderen/weiteren mechanisch abtragenden Verfahren. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung entspricht ein erstes Stahlwerkstück mit der ersten Eigenschaft mindestens der Länge und der Breite des Flachproduktpakets, wobei ein zweites Stahlwerkstück mit der ersten Eigenschaft bereitgestellt wird, das zweite Stahlwerkstück mit der ersten Eigenschaft weist die Form eines Rahmens mit mindestens einer Öffnung, welche eine innen umlaufende Bezugsfläche aufweist, auf, wobei die mindestens eine Öffnung derart bemessen ist, dass das mindestens eine Stahlwerkstück mit der zweiten Eigenschaft und seiner außen umlaufenden Bezugsfläche im Wesentlichen vollständig in der mindestens einen Öffnung aufgenommen werden kann und die Bezugsflächen zueinander positioniert werden können, wobei das zweite Stahlwerkstück mit der ersten Eigenschaft und das mindestens eine Stahlwerkstück mit der zweiten Eigenschaft über den durch die Bezugsflächen gebildeten Spalt zumindest abschnittsweise miteinander verbunden werden und das zweite Stahlwerkstück mit der ersten Eigenschaft mit dem ersten Stahlwerkstück mit der ersten Eigenschaft zumindest abschnittsweise entlang des Umfangs des Flachproduktpakets miteinander verbunden werden, um das Flachproduktpaket mit seiner Länge, Breite und Dicke zu komplettieren. Vorzugsweise sind die Bezugsflächen korrespondierend und zumindest abschnittsweise in einem Winkel zur Senkrechten des Flachproduktpakets ausgerichtet, dadurch eine Art Fase bilden, welche einen Winkel zwischen 0,1° und 45°, insbesondere zwischen 2° und 40°, vorzugsweise zwischen 5° und 30°, bevorzugt zwischen 10° und 20° einnimmt. Der Winkel respektive Fase kann je nach Stahlwerkstoffkombination und Bauweise unterschiedlich sein. Durch den Winkel respektive durch die Fase kann ein kontinuierlicher statt sprunghafter (ohne Fase bzw. bei senkrecht stehender Bezugsflächen) Übergang zwischen den unterschiedlichen Stahlwerkstoffen während des Walzens eingestellt werden. Besonders bevorzugt kommt dieser Ansatz bei hochfesten Stahlwerkstoffen mit großem Unterschied in den Walzwiderständen zur Anwendung. Insbesondere wird die mindestens eine Öffnung mittels Schneiden in das zweite Stahlwerkstück mit der ersten Eigenschaft eingebracht, beispielsweise mittels Brennscheiden, Wasserstrahlschneiden, Laserstrahlschneiden oder anderen/weiteren geeigneten Verfahren.

Gemäß einer Ausgestaltung werden das mindestens eine Stahlwerkstück mit der ersten Eigenschaft und das mindestens eine Stahlwerkstück mit der zweiten Eigenschaft über den durch die Bezugsflächen gebildeten Spalt vollständig umlaufend und insbesondere gasdicht und/oder das zweite Stahlwerkstück mit der ersten Eigenschaft mit dem ersten Stahlwerkstück mit der ersten Eigenschaft vollständig entlang des Umfangs des Flachproduktpakets und insbesondere gasdicht stoffschlüssig miteinander verbunden. Erfolgt vorzugsweise eine gasdichte, stoffschlüssige Verbindung, so kann sichergestellt werden, dass insbesondere während der Erwärmung des Flachproduktpakets keine Ofenatmosphäre und/oder Luft zwischen den Stahlwerkstücken des Flachproduktpakets gelangt, was zu Nachteilen während des Walzens, insbesondere zu Einwalzungen von Partikel und/oder Oxiden, führen würde.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das mindestens eine Stahlwerkstück mit der zweiten Eigenschaft einen höheren Kohlenstoffgehalt als das mindestens eine Stahlwerkstück mit der ersten Eigenschaft auf.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung besteht das mindestens eine Stahlwerkstück mit der ersten Eigenschaft aus einem Stahlwerkstoff mit folgenden chemischen Elementen in Gew.-%:

C = 0,1 bis 0,4 %; insbesondere 0,15 bis 0,38 %;

Si = 0,05 bis 0,8 %; insbesondere 0, 1 bis 0,5 %;

Mn = 0,3 bis 1 ,5 %; insbesondere 0,6 bis 1 ,2 %;

P bis 0,1 %; insbesondere bis 0,04 %;

S bis 0, 1 %; insbesondere bis 0,01 %;

N bis 0,1 %; insbesondere bis 0,01 %; sowie optional eines oder mehrerer der Elemente (Cr, Cu, Nb, Mo, Ti, V, Ni, B, Sn, H, As, Ca, AI) mit

Cr bis 1,0 %; insbesondere 0,5 bis 1,0 %;

Cu bis 0,3 %; insbesondere bis 0,2 %;

Nb bis 0,2 %; insbesondere 0,01 bis 0,05 %;

Mo bis 0,5 %; insbesondere 0, 1 bis 0,4 %;

Ti bis 0,2 %; insbesondere bis 0,1 %;

V bis 0,2 %; insbesondere bis 0,1 %;

Ni bis 1 ,8 %; insbesondere bis 1,5 %;

B bis 0, 1 %; insbesondere 0,0010 bis 0,0050 %;

Sn bis 0,1 %; insbesondere bis 0,05 %;

H bis 0,01 %; insbesondere bis 0,0010 %;

As bis 0, 1 %; insbesondere bis 0,01 %;

Ca bis 0, 1 %; insbesondere bis 0,01 %; AI bis 0,2 %; insbesondere 0,02 bis 0,15 %;

Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung besteht das mindestens eine Stahlwerkstück mit der zweiten Eigenschaft aus einem Stahlwerkstoff mit folgenden chemischen Elementen in Gew.-%:

C = 0,4 bis 0,9 %; insbesondere 0,4 bis 0,85 %;

Si = 0,05 bis 0,8 %; insbesondere 0, 1 bis 0,5 %;

Mn = 0,3 bis 1 ,5 %; insbesondere 0,5 bis 1 ,1 %;

P bis 0,1 %; insbesondere bis 0,04 %;

S bis 0, 1 %; insbesondere bis 0,01 %;

N bis 0,1 %; insbesondere bis 0,02 %; sowie optional eines oder mehrerer der Elemente (Cr, Cu, Nb, Mo, Ti, V, Ni, B, Sn, Fl, As, Ca, AI) mit

Cr bis 2,0 %; insbesondere 0,3 bis 1,5 %;

Cu bis 0,3 %; insbesondere bis 0,2 %;

Nb bis 0,2 %; insbesondere bis 0,05 %;

Mo bis 0,3 %; insbesondere bis 0,2 %

Ti bis 0,1 %; insbesondere bis 0,01 %;

V bis 0,5 %; insbesondere bis 0,3 %;

Ni bis 0,5 %; insbesondere bis 0,3 %;

B bis 0, 1 %; insbesondere bis 0,0050 %;

Sn bis 0,1 %; insbesondere bis 0,05 %;

Fl bis 0,01 %; insbesondere bis 0,0010 %;

As bis 0, 1 %; insbesondere bis 0,02 %;

Ca bis 0, 1 %; insbesondere bis 0,01 %;

AI bis 0,2 %; insbesondere bis 0, 15 %;

Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen. io

Gelöst wird die Aufgabe gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung durch einen warmgewalzten Stahlwerkstoffverbund mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11.

Erfindungsgemäß weist der warmgewalzte Stahlwerkstoffverbund eine Längserstreckung, Quererstreckung und eine Dicke auf und ist insbesondere nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. Der Stahlwerkstoffverbund besteht aus einem Stahlwerkstoff mit einer ersten Eigenschaft und einem Stahlwerkstoff mit einer zweiten Eigenschaft, wobei sich die erste Eigenschaft von der zweiten Eigenschaft unterscheidet, wobei der Stahlwerkstoff mit der zweiten Eigenschaft in einem oder mehreren Bereichen innerhalb des Stahlwerkstoffs mit der ersten Eigenschaft integriert ist, wobei der eine oder die Bereiche eine Dimension aufweisen, welche kleiner ist als die Längserstreckung, Quererstreckung und Dicke des Stahlwerkstoffverbunds.

Dadurch, dass die Geometrie bzw. Dimension des Stahlwerkstoffs mit der zweiten Eigenschaft innerhalb des Stahlwerkstoffs mit der ersten Eigenschaft kleiner ist, kann in vorteilhafterweise ein Stahlwerkstoffverbund bereitgestellt werden, welcher ein zumindest abschnittsweise insbesondere umlaufend um den Stahlwerkstoff mit der zweiten Eigenschaft einheitliches Eigenschaftsprofil mit der ersten Eigenschaft aufweist, so dass in vorteilhafterweise der Stahlwerkstoffverbund in seiner Längserstreckung und/oder Quererstreckung zumindest lokal bearbeit- und/oder fügbar, insbesondere bieg- , schweiß- und/oder zerspanbar, ist und damit lokal vergleichbare Eigenschaften zu einem monolithischen Werkstoff aufweisen kann. Bei Bedarf kann der oder können die Bereiche teilweise in Längs- und/oder Quererstreckung des Stahlwerkstoffverbunds oder umlaufend um den Stahlwerkstoff mit der zweiten Eigenschaft am Stahlwerkstoffverbund abgetrennt werden.

Gemäß einer Ausgestaltung weist der eine oder die Bereiche des Stahlwerkstoffs mit der zweiten Eigenschaft einen höheren Kohlenstoffgehalt als der Stahlwerkstoff mit der ersten Eigenschaft auf. Kohlenstoff korreliert insbesondere bei entsprechender Wärmehandlung des Stahlwerkstoffverbunds mit der Härte, so dass individuell an den Anwendungsfall lokal angepasste Bereiche mit einer höheren Härte vorgesehen werden können.

Gemäß einer Ausgestaltung kann der warmgewalzte Stahlwerkstoffverbund in Form eines Blechs mit einer Dicke zwischen 3 und 150 mm, insbesondere zwischen 8 und 150 mm, vorzugsweise zwischen 15 und 150 mm, oder in Form eines Warmbands mit einer Dicke zwischen 1,5 und 25 mm, insbesondere zwischen 6 und 25 mm, vorzugsweise zwischen 8 und 20 mm ausgeführt sein. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung durch eine Verwendung eines warmgewalzten Stahlwerkstoffverbunds mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16.

Zur Herstellung von Bauteilen können aus dem Blech oder Warmband Zuschnitte oder Platinen herausgearbeitet bzw. aus- oder abgeschnitten werden, welche eben oder geformt, je nach Bauteildesign auch mit engen Biegeradien, durch Kaltumformung als Bauteil verwendet werden können, insbesondere in Verschleiß- oder Sicherheitsanwendungen.

Bauteile für Landwirtschafts- oder Baumaschinen unterliegen aufgrund ihres bestimmungsgemäßen Einsatzzwecks einem sehr hohen abrasiven Verschleiß. Auch Bauteile für den ballistischen Einsatz müssen entsprechenden Anforderungen genügen. Des Weiteren nehmen auch bei diesen Bauteilen der Designaspekt einen immer größeren Stellenwert ein. Herkömmliche konventionell, gehärtete Stähle sind hierbei, insbesondere bei der Umsetzung von engen Beigeradien, nicht geeignet, da sie zwar die geforderte Festigkeit besitzen, ihnen aber die notwendige Umformbarkeit fehlt. Werkstoffverbunde mit mehreren Lagen, wobei jede Lage in ihrer Erstreckung/Ebene monolithisch ausgeführt ist, ermöglicht zwar eine bessere Umformbarkeit, ist aber nur begrenzt weiterverarbeitbar. Durch die unterschiedlichen Eigenschaften zumindest abschnittsweise über die Länge, Breite und Dicke respektive Längserstreckung, Quererstreckung und Dicke des erfindungsgemäß warmgewalzten Stahlwerkstoffverbunds werden sowohl hohe Festigkeiten als auch gegenüber der herkömmlichen Ausführung, verbesserte Umformbarkeit und Weiterverarbeitbarkeit erreicht, insbesondere wenn beispielsweise der oder die Bereiche mit einem höheren Kohlenstoffgehalt (Stahlwerkstoff mit der zweiten Eigenschaft, hohe Härte) von dem Stahlwerkstoff mit der ersten Eigenschaft und geringerem Kohlenstoffgehalt (geringere Härte) umgeben bzw. eingeschlossen ist, so dass unterschiedlich harte Bereiche bereitgestellt werden, wobei die Weiterverarbeitung bevorzugt im Bereich des Stahlwerkstoffs mit der ersten Eigenschaft (geringere Härte) durchgeführt werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnung (Brief Description of Drawing)

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Teile sind stets mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Einzelnen zeigen: Fig. 1 : einen Aufbau eines Flachproduktpakets gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2: einen Aufbau eines Flachproduktpakets gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in perspektivischer Ansicht,

Fig. 3: ein erstes Ausführungsbeispiel eines Stahlwerkstoffverbunds in schematischer Draufsicht,

Fig. 4: ein zweites Ausführungsbeispiel eines Stahlwerkstoffverbunds in schematischer Draufsicht,

Fig. 5: ein drittes Ausführungsbeispiel eines Stahlwerkstoffverbunds in schematischer Draufsicht (5a), eine schematische Querschnittsansicht entlang der in Fig. 5a eingezeichneten Linie A-A (5b) und eine schematische Querschnittsansicht eines zu einem Profil geformten Bauteils aus dem Stahlwerkstoffverbund aus Fig. 5b (5c).

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen (Best Mode for Carrying out the Invention)

In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel zum Aufbau eines Flachproduktpakets (1) in perspektivischer Ansicht dargestellt. Ein erstes Stahlwerkstück (2.2) und ein zweites Stahlwerkstück (2.1) mit einer ersten Eigenschaft und ein Stahlwerkstück (3) mit einer zweiten Eigenschaft werden bereitgestellt. Die Stahlwerkstücke (2.1, 2.2, 3) werden zur Bildung eines Flachproduktpakets (1) mit einer Länge (L), Breite (B) und Dicke (D) verbunden, rechte Darstellung in Fig. 1. Die erste Eigenschaft unterscheidet sich von der zweiten Eigenschaft, insbesondere hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung der Stahlwerkstücke (2.1 , 2.2, 3), vorzugsweise weist das Stahlwerkstück (3) mit der zweiten Eigenschaft einen höheren Kohlenstoffgehalt als die Stahlwerkstücke (2.1 , 2.2) mit der ersten Eigenschaft auf. Vorzugsweise haben die beiden Stahl werkstücke (2.1, 2.2) die gleiche chemische Zusammensetzung. Das Stahlwerkstück (3) mit der zweiten Eigenschaft weist eine außen umlaufende Bezugsfläche (3.1) auf. Das mindestens eine Stahlwerkstück, insbesondere das zweite Stahlwerkstück (2.1) mit der ersten Eigenschaft weist zumindest eine innen umlaufende Bezugsfläche (2.11) auf. Das erste Stahlwerkstück (2.1) mit der ersten Eigenschaft entspricht mindestens der Länge (L) und der Breite (B) des Flachproduktpakets (1). Das zweite Stahlwerkstück (2.1) mit der ersten Eigenschaft weist die Form eines Rahmens mit mindestens einer Öffnung (2.3), welche eine innen umlaufende Bezugsfläche (2.11) aufweist, auf, wobei die mindestens eine Öffnung (2.2) derart bemessen ist, dass das mindestens eine Stahlwerkstück (3) mit der zweiten Eigenschaft und seiner außen umlaufenden Bezugsfläche (3.1) im Wesentlichen vollständig in der mindestens einen Öffnung (2.3) aufgenommen werden kann und die Bezugsflächen (2.11 , 3.1) zueinander positioniert werden können. Das zweite Stahlwerkstück (2.1) mit der ersten Eigenschaft und das mindestens eine Stahlwerkstück (3) mit der zweiten Eigenschaft werden über den durch die Bezugsflächen (2.11 , 3.1) gebildeten Spalt (4) zumindest abschnittsweise miteinander verbunden. Das zweite Stahlwerkstück (2.1) mit der ersten Eigenschaft wird mit dem ersten Stahlwerkstück (2.2) mit der ersten Eigenschaft zumindest abschnittsweise entlang des Umfangs (U) des Flachproduktpakets (1) miteinander verbunden, um das Flachproduktpaket mit seiner Länge (L), Breite (B) und Dicke (D) zu komplettieren. Vorzugsweise wird das zweite Stahlwerkstück (2.1) mit der ersten Eigenschaft und das mindestens eine Stahlwerkstück (3) mit der zweiten Eigenschaft über den durch die Bezugsflächen (2.11, 3.1) gebildeten Spalt (4) vollständig umlaufend und gasdicht und das zweite Stahlwerkstück (2.1) mit der ersten Eigenschaft mit dem ersten Stahlwerkstück (2.2) mit der ersten Eigenschaft vollständig entlang des Umfangs (U) des Flachproduktpakets (1) und gasdicht stoffschlüssig miteinander verbunden. Das zweite Stahlwerkstück (2.1) mit der ersten Eigenschaft umgibt umlaufend bzw. begrenzt das mindestens zweite Stahlwerkstück (3) mit der zweiten Eigenschaft in einer Ebene (E). Vorzugsweise sind die Bezugsflächen (2.11 , 3.1) korrespondierend und zumindest abschnittsweise in einem Winkel (a) zur Senkrechten (S) des Flachproduktpakets ausgerichtet, dadurch eine Art Fase bilden, welche einen Winkel zwischen 0, 1° und 45°, insbesondere zwischen 2° und 40°, vorzugsweise zwischen 5° und 30°, bevorzugt zwischen 10° und 20° einnimmt.

In Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel zum Aufbau eines Flachproduktpakets (1) in perspektivischer Ansicht dargestellt. Ein Stahlwerkstück (2.1) mit einer ersten Eigenschaft und ein Stahlwerkstück (3) mit einer zweiten Eigenschaft werden bereitgestellt. Die Stahlwerkstücke (2.1 , 3) werden zur Bildung eines Flachproduktpakets (1) mit einer Länge (L), Breite (B) und Dicke (D) verbunden, rechte Darstellung in Fig. 1. Die erste Eigenschaft unterscheidet sich von der zweiten Eigenschaft, insbesondere hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung der Stahlwerkstücke (2.1 , 3), vorzugsweise weist das Stahlwerkstück (3) mit der zweiten Eigenschaft einen höheren Kohlenstoffgehalt als das Stahlwerkstück (2.1) mit der ersten Eigenschaft auf. Das Stahlwerkstück (3) mit der zweiten Eigenschaft weist eine geringere Abmessung im Vergleich zur Länge (L), Breite (B) und Dicke (D) des Flachproduktpakets (1) auf, wobei das Stahlwerkstück (2.1) mit der ersten Eigenschaft zumindest der Länge (L), der Breite (B) und der Dicke (D) des Flachproduktpakets (1) entspricht. Das Stahlwerkstück (3) mit der zweiten Eigenschaft weist eine außen umlaufende Bezugsfläche (3.1) und das Stahlwerkstück (2.1) mit der ersten Eigenschaft eine innen umlaufende Bezugsfläche (2.11) auf. Das Stahlwerkstück (2.1) mit der ersten Eigenschaft entspricht der Länge (L), Breite (B) und Dicke (D) des Flachproduktpakets (1) und weist mindestens eine Ausnehmung (2.4) mit einer innen umlaufenden Bezugsfläche (2.11) auf, die derart bemessen ist, dass das mindestens eine Stahlwerkstück (3) mit der zweiten Eigenschaft und seiner außen umlaufenden Bezugsfläche (3.1) im Wesentlichen vollständig in der Ausnehmung (2.4) aufgenommen werden kann. Die Bezugsflächen (2.11 , 3.1) der beiden Stahlwerkstücke (2.1, 3) werden zueinander positioniert und bilden einen umlaufenden Spalt (4), über welchen die beiden Stahlwerkstücke (2.1 , 3) zumindest abschnittsweise miteinander verbunden werden, so dass das Stahlwerkstück (2.1) mit der ersten Eigenschaft das Stahlwerkstück (3) mit der zweiten Eigenschaft in einer Ebene (E) umlaufend umgibt bzw. begrenzt.

Nicht dargestellt, wird das Flachproduktpaket (1), sei es gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel in den Figuren 1 und 2 oder mit einer anderen, der Beschreibung zu entnehmenden entsprechenden Ausführungsform, auf mindestens eine Warmwalzanfangstemperatur erwärmt, das aufgewärmte Flachproduktpaket (1) anschließend zum Längs- und Querwarmwalzen in einem Reversiergerüst zu einem Stahlwerkstoffverbund bei einer Walzendtemperatur zwischen 600 und 1250°C zugeführt und der warmgewalzte Stahlwerkstoffverbund auf eine Temperatur zwischen der Raumtemperatur RT und 500°C abgekühlt.

In den Figuren 3, 4 und 5a sind drei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Stahlwerkstoffverbunde (10) in schematischer Draufsicht gezeigt. Die Stahlwerkstoffverbunde können aus einem Flachproduktpaket gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel in den Figuren 1 und 2 oder mit einer anderen, der Beschreibung zu entnehmenden entsprechenden Ausführungsform hergestellt sein. Der warmgewalzte Stahlwerkstoffverbund (10) weist eine Längserstreckung (I), Quererstreckung (g) und Dicke (d) auf, wobei der Stahlwerkstoffverbund (10) aus einem Stahlwerkstoff (20) mit einer ersten Eigenschaft und einem Stahlwerkstoff (30) mit einer zweiten Eigenschaft besteht, wobei sich die erste Eigenschaft von der zweiten Eigenschaft unterscheidet, wobei der Stahlwerkstoff (30) mit der zweiten Eigenschaft in einem Bereich (31), s. Figuren 3 und 4, oder mehreren Bereichen (31), s. Figur 5a, innerhalb des Stahlwerkstoffs (20) mit der ersten Eigenschaft integriert ist. Der eine oder die Bereiche (31) weisen eine Dimension auf, welche kleiner ist als die Längserstreckung (I), Quererstreckung (g) und Dicke (d) des Stahlwerkstoffverbunds (10). Der bzw. die Bereiche (31), die den Stahlwerkstoff (3) mit der zweiten Eigenschaft umfassen, sind, bis auf eine Seite, vom Stahlwerkstoff (20) mit der ersten Eigenschaft im Wesentlichen umgeben. Der warmgewalzte Stahlwerkstoffverbund (10) weist je nach Bedarf und Ausführung eine Dicke (d) zwischen 1,5 und 150 mm auf.

Figur 5b zeigt eine schematische Querschnittsansicht entlang der in Fig. 5a eingezeichneten Linie A-A. Zu erkennen ist, dass der bzw. die Bereiche (31) bestehend aus dem Stahlwerkstoff (30) mit der zweiten Eigenschaft eingebettet in dem Stahlwerkstoff (20) mit der ersten Eigenschaft ist bzw. sind. Zudem erstreckt sich der Stahlwerkstoff (30) mit der zweiten Eigenschaft nur maximal bis zur Hälfte, insbesondere maximal bis zu 1/3, vorzugsweise bis zu 1/4, bevorzugt bis zu 1/5 der Dicke (d) des Stahlwerkstoffverbunds (10).

Figur 5c zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines zu einem Profil geformten Bauteils (B) aus dem Stahlwerkstoffverbund aus Fig. 5b. Dadurch, dass die Dimension des bzw. der Bereiche (31) des Stahlwerkstoffs (30) mit der zweiten Eigenschaft, welche insbesondere einen höheren Kohlenstoff und somit eine höhere Härte, insbesondere nach entsprechender Wärmebehandlung, im Vergleich zum Stahlwerkstoff (20) mit der ersten Eigenschaft aufweisen kann, kleiner ist als die Längserstreckung (I), Quererstreckung (g) und Dicke (d) des Stahlwerkstoffverbunds (10), führt die Einbettung des bzw. der Bereiche (31) innerhalb des Stahlwerkstoffverbunds (10) zu einem deutlich besseren Umformverhalten, insbesondere durch den um den Bereich (31) weicheren umgebenden Stahlwerkstoff (20), zu einer besseren Weiterverarbeitbarkeit, vorzugsweise in der weicheren, rahmenartigen Zone, die den Bereich (31) umgibt bzw. begrenzt, in welcher zerspanend, beispielsweise gebohrt, gefräst, etc., ohne große Aufwendung gearbeitet werden kann, und insbesondere aufgrund des geringeren Kohlenstoffäguivalent auch besser geschweißt werden kann, wobei der Bereich (31) bei einer Formgebung im Wesentlichen nur auf eine Biegebeanspruchung reduziert wird.