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DE3731481A1 - Verfahren zur herstellung von druckbehaeltern aus stahl - Google Patents

Verfahren zur herstellung von druckbehaeltern aus stahl

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Publication number
DE3731481A1
DE3731481A1 DE19873731481 DE3731481A DE3731481A1 DE 3731481 A1 DE3731481 A1 DE 3731481A1 DE 19873731481 DE19873731481 DE 19873731481 DE 3731481 A DE3731481 A DE 3731481A DE 3731481 A1 DE3731481 A1 DE 3731481A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
steel
maximum
pressure vessels
production
titanium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19873731481
Other languages
English (en)
Inventor
Ingo Von Dr Ing Hagen
Axel Dr Mont Kulgemeyer
Ekkehardt Dipl Ing Schnabel
Dieter Dr Ing Vespermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vodafone GmbH
Original Assignee
Mannesmann AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mannesmann AG filed Critical Mannesmann AG
Priority to DE19873731481 priority Critical patent/DE3731481A1/de
Priority to AT88730190T priority patent/ATE95844T1/de
Priority to EP88730190A priority patent/EP0308361B1/de
Priority to DE88730190T priority patent/DE3884900D1/de
Publication of DE3731481A1 publication Critical patent/DE3731481A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0068Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for particular articles not mentioned below

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  • Thermal Sciences (AREA)
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  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Pressure Vessels And Lids Thereof (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Druckbehältern aus Stahl gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Sicherheitsanforderungen an Druckbehälter, wie sie beispielsweise in den "Technische Regeln Druckgase" des Deutschen Druckbehälterausschusses (DBA) festgelegt sind, schlagen sich in gleichermaßen hohen Anforderungen an die eingesetzten Werkstoffe nieder. Bei Stahlflaschen (Prüfdruck 300 bar) wird in diesem Zusammenhang gefordert:
0,2%-Dehngrenze über 755 N/mm2
Zugfestigkeit 880-1030 N/mm2
ISO-V-Kerbschlagarbeit (quer) bei -20°C über 25 J
Dehngrenzenverhältnis unter 90%.
Zur Einhaltung dieser Forderungen werden im Druckbehälterbau im allgemeinen Vergütungsstähle wie beispielsweise Werkstoff 34 CrMo4 eingesetzt.
Um den Transport und die Handhabung von Druckbehältern zu verbilligen bzw. zu erleichtern, ist man bestrebt, den Druckbehälter möglichst gewichtsarm, d. h. mit geringen Wanddicken, herzustellen. Dabei sollen die Sicherheitsanforderungen jedoch voll erfüllt bleiben. Dies ist aber nur möglich, wenn die Festigkeitseigenschaften des verwendeten Werkstoffs entsprechend gesteigert werden. Das aber ist bei den üblichen Vergütungsstählen unter Einhaltung der genannten Bedingungen nur in geringem Maße durchführbar.
Ein weiterer Nachteil ist in der eingeschränkten Schweißbarkeit dieser Stähle zu sehen, die durch den hohen Kohlenstoff-Gehalt von über 0,3% bedingt ist. Daneben entspricht auch die in der Regel erforderliche Ölvergütung für solche Stähle nicht mehr den heutigen Anforderungen an moderne Fertigungsanlagen, die nach Möglichkeit eine Wasservergütung vorsehen. Schließlich weisen die für die Behälterfertigung üblicherweise verwendeten Werkstoffe Mängel hinsichtlich ihrer Kerbschlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen auf. Einsatztemperaturen von unter -20°C sind schon als problematisch anzusehen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, mit dem Druckbehälter herstellbar sind, die diese Nachteile nicht aufweisen. Insbesondere soll eine Verringerung des Druckbehältergewichts durch erhöhte Festigkeitseigenschaften (Reduzierung der Wanddicken) bei ausreichender Sicherheit und unter günstigen Kosten ermöglicht werden, wobei der verwendete Werkstoff mindestens folgende Festigkeits- und Zähigkeitskennwerte quer zur Verformungsrichtung aufweisen soll:
0,2%-Dehngrenze über 900 N/mm2
Dehngrenzenverhältnis maximal 95%
Bruchdehnung mindestens 16%
ISO-V-Kerbschlagarbeit bei +20°C über 80 J
ISO-V-Kerbschlagarbeit bei -60°C über 36 J
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Zur weiteren Verbesserung der Durchhärtbarkeit der Druckbehälter (insbesondere bei Wanddicken über 30 mm) wird dem verwendeten Stahl vorteilhaft entsprechend Patentanspruch 2 Chrom bis maximal 0,3% zugesetzt.
Der erfindungsgemäß verwendete Vergütungsstahl ist aufgrund des Kohlenstoffanteils von maximal 0,25% nach den üblichen Verfahren problemlos, d. h. heißrißfrei schweißbar. Darüberhinaus kann er sowohl öl- als auch wasservergütet werden. In Kombination mit der Mischkristallverfestigung und der Verbesserung der Durchhärtbarkeit durch Bor ergeben sich außerordentlich gute Festigkeits- und Zähigkeitskennwerte. Diese überschreiten die gesetzten Grenzwerte zum Teil deutlich. Um die festigkeitssteigernde Wirkung des Bors maximal ausnutzen zu können, ist ein Titan/Stickstoff-Verhältnis von 3,6 bis 6,5 erforderlich. Durch Zusatz von bis zu 0,04% Niob kann die Feinkörnigkeit und damit die Zähigkeit des erfindungsgemäßen Stahls noch weiter gesteigert werden. Wenngleich sich das Dehngrenzenverhältnis bei dem erfindungsgemäßen Stahl auf etwa 95% erhöhen kann, so ist dennoch eine ausreichende Sicherheit gegen ein Zerlegen des Behälters vorhanden, weil die Brucheinschnürung auf jeden Fall auf Werten von mindestens 16% gehalten werden kann. Besonders wesentlich ist, daß die Kerbschlagarbeit bei -60°C quer zur Verformungsrichtung (ISO-V-Kerbschlagproben) üer 36 J liegt. Dies macht den Werkstoff auch für eine Anwendung bei tiefen Temperaturen, wie sie unter arktischen Bedingungen herrschen, verwendbar.
Die besondere Eignung des erfindungsgemäßen Stahl für den Bau von Druckbehältern wird durch die beiden nachfolgenden Beispiele weiter verdeutlicht.
Beispiel 1
Für eine Flasche (Wanddicke 4 mm) aus einem Stahl mit der Zusammensetzung:
0,24% C
1,4% Mn
0,28% Si
0,013% P
0,0018% S
0,29% Mo
0,023% Ti
0,0020% B
0,0037% N
ergaben sich nach der erfindungsgemäßen Vergütungsbehandlung (15 min bei 870°C, Abschrecken im Ölbad; 30 min bei 600°C, Abkühlen an Luft) folgende Eigenschaften:
0,2%-Dehngrenze 903 N/mm2
Zugfestigkeit 950 N/mm2
Dehngrenzenverhältnis 95%
Bruchdehnung 20%
ISO-V-Kerbschlagarbeit bei +20°C (quer) 133 J
ISO-V-Kerbschlagarbeit bei -60°C (quer) 58 J.
Beispiel 2
Für einen Serienbehälter (6 mm Wanddicke) aus einem Stahl mit der Zusammensetzung:
0,2% C
1,74% Mn
0,3% Si
0,013% P
0,0014% S
0,30% Mo
0,021% Ti
0,0022% B
0,0048% N
ergaben sich nach der erfindungsgemäßen Vergütungsbehandlung (15 min bei 880°C, Abschrecken im Wasserbad; 30 min bei 500°C, Abkühlen an Luft) folgende Eigenschaften:
0,2%-Dehngrenze 992 N/mm2
Zugfestigkeit 1042 N/mm2
Dehngrenzenverhältnis 95%
Bruchdehnung 17%
ISO-V-Kerbschlagarbeit bei +20°C (quer) 114 J
ISO-V-Kerbschlagarbeit bei -60°C (quer) 40 J.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung von Druckbehältern aus Stahl durch Warm- und/oder Kaltformgebung und anschließendes Härten und Anlassen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stahl mit der Zusammensetzung
0,15-0,26% Kohlenstoff
1,25-2,00% Mangan
0,2-0,5% Silizium
maximal 0,02% Phosphor
maximal 0,005% Schwefel
0,1-0,5% Molybdän
0,010-0,035% Titan
0,0030-0,0100% N
0,001-0,003% Bor
0-0,04% Niob
Rest Eisen und übliche Verunreinigungen
verwendet wird, wobei das Verhältnis des Titangehaltes zum Stickstoffgehalt zwischen 3,6 und 6,5 eingstellt wird, daß die Druckbehälter zum Härten auf 30-50 K oberhalb Ac3 erwärmt und anschließend mit einer Geschwindigkeit von 15-40 K/s abgekühlt werden und daß das Anlassen bei Temperaturen von mindestens 500°C bis maximal 50 K unterhalb Ac1 und einer Haltezeit von mindestens 5 min durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Stahl zusätzlich maximal 0,3% Chrom enthält.
DE19873731481 1987-09-16 1987-09-16 Verfahren zur herstellung von druckbehaeltern aus stahl Withdrawn DE3731481A1 (de)

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Also Published As

Publication number Publication date
EP0308361A1 (de) 1989-03-22
ATE95844T1 (de) 1993-10-15
EP0308361B1 (de) 1993-10-13
DE3884900D1 (de) 1993-11-18

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