EP2027298B1 - Verfahren zur herstellung von schmiedestahl für hoch beanspruchte waffen, rohr-rohlinge sowie eine damit ausgerüstete waffe - Google Patents

Verfahren zur herstellung von schmiedestahl für hoch beanspruchte waffen, rohr-rohlinge sowie eine damit ausgerüstete waffe Download PDF

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    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/46—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium

Definitions

  • the invention relates to a production method for gun barrel blanks for machine guns, in particular in the caliber range 25-50mm.
  • Standard materials for such highly loaded machine guns are heat-resistant CrMoV alloyed tempering steels, such as the previously used steel 32 CrMoV 12-10, material no. 1.7765 according to Stahl-Eisen-Liste (Verlag Stahleisen, Dusseldorf) for 30 mm machine guns.
  • This material meets the requirements of high yield strength (at least 950 N / mm 2 ) with high heat resistance up to 450 ° (at least 550 N / mm 2 ) to achieve a sufficiently long service life of the pipes.
  • the invention has the object to show a method for producing tubes in the middle caliber range with higher cadence and a corresponding pipe, which also meets the new requirements.
  • the invention is based on the idea, similar to the tubes of the large caliber range, to provide a change in the tube material as well as their shares as well as an already known from the large caliber, but specially adapted manufacturing process for medium caliber tubes.
  • a tube for the middle caliber in functional use is exposed to a higher continuous load, as is known in large calibers, is included in the further considerations, the requirement for these medium caliber weapons that the so-called first shot of a Mittelkaliber- or Rapid Firearm in practice should provide the necessary accuracy of hit. Therefore, when choosing the pipe material is also to be considered that the gun barrel is designed for single shot as well as for high cadence.
  • the new material concept be developed on the basis of an electrofusion-melted and suspended-rotationally tempered NiCrMoV steel, which even allows the steel known for large-caliber weapons to be 35NiCrMoV 12-5, material no. 1.6959 largely corresponds.
  • This steel has hitherto not been used for high-performance machine guns, in particular because of the high heat resistance requirements for the pipe.
  • this steel in modified form in conjunction with increased coating strength corresponds to the required heat resistance values.
  • this new NiCrMoV steel has a significantly increased toughness potential due to its martensitic microstructure, in contrast to the Baintian CrMoV steel. Due to the high toughness, the required safety requirements up to -50 ° C can be met.
  • the tube produced by the new method is characterized by the fact that a higher yield strength is achieved (about 1050 N / mm 2 ). Furthermore, the pipe has a sufficiently high impact strength and fracture toughness of up to -50 ° C. and has a sufficiently high heat resistance of up to + 50 ° C. The high degree of purity (K o value of about 12) is a further advantage.
  • the production of the gun barrel blank takes place without direct tensions, ie, the tempering takes place without subsequent straightening operation.
  • the steel is preferably remelted in the cast state using the ESU process (electro-slag remelting process).
  • the high microstructural homogeneity associated with this is the basis for the low-warpage annealing, which is carried out by means of oil or water cooling in the vertical dip direction.
  • the blanks, forged as a rod are tempered by the vertical liquid coating to yield strengths> 1000 N / mm 2 .
  • the rods rotate permanently about their axis or are mechanically rotated permanently about their axis. The mechanical processing takes place without prior straightening operation.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für Kanonenrohrrohlinge für Maschinenkanonen insbesondere im Kaliberbereich 25-50mm.
  • Standartwerkstoffe für derartig hoch belastete Maschinenkanonen sind warmfeste CrMoVlegierte Vergütungsstähle, wie der bisher gebräuchliche Stahl 32 CrMoV 12-10, Werkstoff - Nr. 1.7765 nach Stahl-Eisen-Liste (Verlag Stahleisen, Düsseldorf) für 30 mm Maschinenkanonen. Dieser Werkstoff erfüllt die Anforderungsmerkmale von hoher Streckgrenze (min. 950 N/mm2) bei hoher Warmfestigkeit bis 450° (min. 550 N/mm2) zur Erreichung einer ausreichend hohen Lebensdauer der Rohre.
  • Im Rahmen der Leistungssteigerung, Qualitätsverbesserung und Erhöhung des Sicherheitsstandards werden auch höhere Anforderungen an den Werkstoff als auch die Güte des Schmiederohlings gestellt. Diese resultieren aus den Entwicklungsmerkmalen wie erhöhte Gasdruckbelastung durch neue Munitionskonzepte, Induzierung von Eigenspannungen durch hydraulisches Aufweiten der Rohrinnenwand zur Verbesserung der Ermüdungslebensdauer, größere Anforderungen an die Zielgenauigkeit infolge erhöhter Mündungsgeschwindigkeiten der neuen Munitionen, gute Verchrombarkeit und Haltbarkeit der Chromschicht beim Beschuss und höheres Sicherheitspotential gegen Sprödbruch im Temperaturbereich - 50 bis + 80°C.
  • Die eingesetzte Stahl - Güte 32 CrMoV 12-10 hat zwar ein ausreichendes Potential zur Erfüllung der Festigkeitsanforderungen beispielsweise an eine neue 30 mm Maschinenkanone, verfehlen aber die Zielvorgaben bezüglich des geforderten Zähigkeitswertes. Weitere Unzulänglichkeiten des herkömmlichen Werkstoffes sind der geringe Reinheitsgrad bei der offenen Verschmelzung und die ausgeprägte Neigung zur Rohrverkrümmung infolge von Richteinspannung beim Beschuss.
  • Aus der DE 101 11 304 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung von Rohren für schwere Geschütze bekannt. Der in unterschiedlichen Zusammensetzungen hergestellte Vergütungsstahl wird gehärtet und angelassen, anschließend gebohrt und dann fertig bearbeitet. Dadurch wird erreicht, dass ein Maximum an Geradheit erreicht wird und die so gefertigten Rohre gegenüber herkömmlich gerichteten Rohren qualitativ überlegen sind. Bekanntlich werden jedoch an Großkaliberrohlinge andere Anforderungen gestellt, als an Mittelkaliberrohlinge. Mittelkaliberwaffen sind einer höheren Kadenz ausgesetzt, als Großkaliberwaffen.
  • DE /953/260 A1 offensat ein Umschmelztechik für NiCrMoV- Stähle zum Ausgleich der Kristallseigeung
  • Auf dieses Verfahren aufbauend stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung für Rohre im Mittelkaliberbereich mit höherer Kadenz sowie ein entsprechendes Rohr aufzuzeigen, das auch den neuen Anforderungen gerecht wird.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgezeigt.
  • Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, ähnlich der Rohre des Großkaliberbereiches, eine Veränderung des Rohrmaterials als auch deren Anteile sowie ein aus dem Großkaliber bereits bekanntes, jedoch speziell angepasstes Herstellungsverfahren für Mittelkaliberrohre vorzusehen. Obwohl zu berücksichtigen ist, dass ein Rohr für das Mittelkaliber in funktionalem Gebrauch einer höheren Dauerbelastung ausgesetzt ist, als das bei Großkalibern bekannt ist, fließt bei den weiteren Überlegungen auch die Anforderung an diese Mittelkaliberwaffen mit ein, dass der so genannte Erstschuss einer Mittelkaliber- bzw. Schnellfeuerwaffe in der Praxis die notwendige Treffergenauigkeit erbringen soll. Daher ist bei der Wahl des Rohrmaterials auch zu berücksichtigen, dass das Waffenrohr für Einzelschuss als auch für Hochkadenz auszulegen ist. Entsprechend wird vorgeschlagen, dass das neue zum Tragen kommende Werkstoffkonzept auf Basis eines elektro- schlacke- umgeschmolzen und hängend- rotierend vergüteten NiCrMoV- Stahles zu entwickeln, welches damit sogar dem Stahl den für großkalibrige Waffen bekannten Stahl 35NiCrMoV 12-5, Werkstoff-Nr. 1.6959 weitestgehend entspricht. Dieser Stahl wurde bisher für hochkadent arbeitende Maschinenkanonen insbesondere wegen der hohen Warmfestigkeits- Anforderungen an das Rohr nicht verwendet.
  • Die Praxis hat zudem gezeigt, dass dieser Stahl in modifizierter Form in Verbindung mit erhöhter Vergütungsfestigkeit den geforderten Warmfestigkeitswerten entspricht. Gleichzeitig besitzt dieser neue NiCrMoV- Stahl aufgrund seiner martensitischen Gefügestruktur im Gegensatz zum baintischen CrMoV- Stahl ein deutlich erhöhtes Zähigkeitspotential. Aufgrund der hohen Zähigkeit können die geforderten Sicherheitsanforderungen bis -50°C erfüllt werden.
  • Das mit dem neuen Verfahren hergestellte Rohr zeichnet sich dadurch aus, dass eine höhere Streckgrenze erreicht wird (ca. 1050 N/mm2). Des Weiteren weist das Rohr eine ausreichend hohe Kerbschlag- und Bruchzähigkeit bis - 50° C auf und besitzt eine ausreichend hohe Warmfestigkeit bis +50° C. Der hohe Reinheitsgrad (Ko -Wert max. ca. 12) ist ein weiterer Vorteil. Die Herstellung des Kanonenrohr-Rohlings erfolgt ohne Richteigenspannungen, d.h., das Vergüten erfolgt ohne nachfolgende Richtoperation.
  • Ein Verfahren zur Herstellung von Kanonenrohr-Rohlingen für Maschinenkanonen im bevorzugten Kaliberbereich zwischen 25 - 50 mm zeichnet sich durch nachfolgende Zusammensetzung aus:
    • 0,25 -0,50,% Kohlenstoff
    • max. 0,60 % Silizium
    • mac.1,00 % Mangan
    • max. 0,010 % Phosphor
    • max. 0,010 % Schwefel
    • 1,00- 1,40 % Chrom
    • 2,00 -4,00 % Nickel
    • 0,30 - 0,70 % Molybdän
    • 0,10 - 0,30 Vanadium
    • max. 0,05 % Aluminium
    und Rest aus Eisen und üblichen (unvermeidbaren) Verunreinigungen,
    wobei die Rohlinge aus Umschmelzstahl oder aus offen erschmolzenem Stahl mit hohem Reinheitsgrad hergestellt werden.
  • Als bevorzugt hat sich folgende Zusammensetzung des Vergütungsstahls erwiesen:
    • 0,30 -0,35,% Kohlenstoff
    • max. 0,40 % Silizium
    • 0,4 - 0,70 % Mangan
    • max. 0,005 % Phosphor
    • max. 0,005 % Schwefel
    • 1,00- 1,40 % Chrom
    • 2,50 - 3,3 % Nickel
    • 0,50 -0,60 % Molybdän
    • 0,10 - 0,20 Vanadium
    • max. 0,03 % Aluminium
    und Rest aus Eisen und üblichen Verunreinigungen.
  • Zur Sicherstellung der hohen Anforderungen an den Reinheitsgrad wird der Stahl bevorzugt im Gusszustand nach dem ESU- Verfahren (Elektro -Schlacke -Umschmelzverfahren) umgeschmolzen. Die damit verbundene hohe Gefüge-Homogenität (durch bessere Seigerung) ist die Basis für das verzugsarme Vergüten, welches mittels Öl- oder Wasserabkühlung in vertikaler Tauchrichtung durchgeführt wird. Die als Stab geschmiedeten Rohlinge werden dabei durch die vertikale Flüssigkeitsvergütung auf Streckgrenzen > 1000 N/mm2 angelassen. Während der Vergütungsbehandlung rotieren die Stäbe permanent um ihre Achse oder werden mechanisch permanent um ihre Achse gedreht. Die mechanische Bearbeitung erfolgt ohne vorherige Richtoperation.
  • Mit dem neuen Stahl für ein Mittelkaliberrohr ist zudem eine bessere Autofrettage möglich (das Rohr wird warmfester - bis 500°C). Dadurch kann das Rohr selbst besser Eigenspannungen aufnehmen, wodurch das Druckaufnahmevermögen des Rohres erhöht wird.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung von Kanononrohr-Rohlingen, bestehend aus NICrMoV - Stahl, für Maschlnenkanonen im Kaliberbereich zwischen 25-50 mm mit nachfolgender Zusammensetzung
    - 0,25 -0,50,% Kohlenstoff
    - max. 0,60 % Sillzlum
    - mac.1,00 % Mangan
    - max. 0,010 % Phosphor
    - max. 0,010 % Schwefel
    - 1,00- 1,40 % Chrom
    - 2,00 - 4,00 % Nickel
    - 0,30 - 0,70 % Molybdän
    - 0,10 - 0,30 Vanadium
    - max. 0,05 % Aluminium
    - und Rest aus Elsen und Üblichen Verunreinigungen, wobei der Stahl bevorzugt im Gusazustand vor dem Schmleden im Elektro- Schlacke- Umschmelzv erfahren umgeschmolzen wird, sodass die Rohlinge aus Umschmelzstahl oder aus offen erschmolzenem Stahl mit hohem Reinheitsgrad hergestellt werden und die damit verbundene hohe Gefügehomogenität die Basis für das verzugsarme Vergüten ist,
    ein verzugsarmes Vergüten, welches mittek Öl- oder Wasserabkühlung in vertikalar Tauchrichtung durchgeführt wird, und
    die Stäbe während der Vergütungsbehandlung permanent um ihre Achse rotieren oder mechanisch gedreht werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die bevorzugte Zusammensetzung des stahls aus
    - 0,30 -0,35,% Kohlenstoff
    - max. 0,40 % Sllizium
    - 0,4 - 0,70 % Mangan
    - max. 0.005 % Phosphor
    - max. 0,005 % Schwefel
    - 1,00- 1,40 % Chrom
    - 2,50 - 3,3 % Nickel
    - 0,50 -0,60 % Molybdän
    - 0,10 - 0,20 Vanadium
    - max. 0,03 % Aluminium
    - und Rest aus Eisen und üblichen Verunreinigungen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die als Stab geschmiedeten Rohlinge durch die vertikale Flüssigkeitsbehandlung auf eine Streckgrenze 1000N/mm2 angelassen werden.
  4. Rohling für den Lauf der Maschinenkanone Im Kaliberbereich zwischen 25-50 mm, gekennzeichnet durch ein Vergütungsstahl hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
  5. Rohr aus einem Rohling nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein hohes Zahigkeitspotential bedingt durch eine martensltische Gefügetruktur des NiCrMoV- Stahls.
  6. Rohr nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine höhere Streckgrenze - ca. 1050 N/mm2.
  7. Rohr nach Anspruch 5 oder 6. gekennzeichnet, durch eine ausreichend hohe Kerbschlag- und Bruchzählgkeit bis -50°C.
  8. Rohr nach einem der Ansprüche 5 bis 7 gekennzeichnet durch eine ausreichend hohe Warmfeatigkait bis +50°C.
  9. Rohr nach einem der Ansprüche 5 bis 8, herge stellt durch eine Autofrattage.
  10. Rohr nach einem der Ansprüche 5 bis 9, gekennzeichnet durch eine Warmfestigkeit bis 500°C.
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