DE3731481A1 - Verfahren zur herstellung von druckbehaeltern aus stahl - Google Patents
Verfahren zur herstellung von druckbehaeltern aus stahlInfo
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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%.
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
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.
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
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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.
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.
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
1,74% Mn
0,3% Si
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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.
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.
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.
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|---|---|---|---|
| DE19873731481 DE3731481A1 (de) | 1987-09-16 | 1987-09-16 | Verfahren zur herstellung von druckbehaeltern aus stahl |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19873731481 DE3731481A1 (de) | 1987-09-16 | 1987-09-16 | Verfahren zur herstellung von druckbehaeltern aus stahl |
Publications (1)
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|---|---|
| DE3731481A1 true DE3731481A1 (de) | 1989-04-06 |
Family
ID=6336365
Family Applications (2)
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| DE19873731481 Withdrawn DE3731481A1 (de) | 1987-09-16 | 1987-09-16 | Verfahren zur herstellung von druckbehaeltern aus stahl |
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Also Published As
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|---|---|
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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