DE10221486B4 - Verwendung einer Stahllegierung als Werkstoff für Rohre zur Herstellung von Druckgasbehältern - Google Patents

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Abstract

Verwendung einer Stahllegierung, die in Masseanteilen aus
0,09–0,12% Kohlenstoff,
0,10–0,50% Silizium,
1,20–1,80% Mangan,
max. 0,020% Phosphor,
max. 0,020% Schwefel,
1,00–2,00% Chrom,
0,20–0,60% Molybdän,
0,020–0,060% Aluminium,
0,10–0,25% Vanadium,
max. 0,20% Kupfer,
max. 0,20% Nickel
und Eisen sowie den üblichen Verunreinigungen als Rest besteht, als Werkstoff für unter Schutzgas luftgehärtete Rohre zur Herstellung von Druckgasbehältern.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Stahllegierung als Werkstoff für Rohre zur Herstellung von Druckgasbehältern.
  • Druckgasbehälter werden in der Regel aus einem Kohlenstoffstahl, wie z.B. St 52-3 oder STE 460, im normal geglühten Zustand hergestellt. Besteht neben der Anforderung Druckhöhe auch die Forderung Gewicht einzusparen, werden flüssigkeitshärtbare Vergütungsstähle wie SAE 1513 eingesetzt.
  • Im Zuge der Fertigung der Druckgasbehälter werden üblicherweise Rohrabschnitte warm umgeformt, wobei die Hälse der Druckgasbehälter und deren Böden ausgebildet werden. Die Bodenzentren werden anschließend verschlossen.
  • Zum Stand der Technik zählt es darüber hinaus, Druckgasbehälter mit angeschweißten Böden auszuführen.
  • Unabhängig von ihrer Herstellung werden die Druckgasbehälter anschließend öl- oder wasservergütet, dann sandgestrahlt und schließlich einer Druckprüfung unterzogen.
  • Die vorstehend beschriebene Verfahrensweise hat zur Folge, dass sowohl beim Öl- als auch beim Wasservergüten die Innenräume der Druckgasbehälter verzundern. Folglich muss der Zunder in einem vergleichsweise aufwendigen Arbeitsgang durch Sandstrahlen entfernt werden. Ferner ist auf die gesundheitsschädigenden Auswirkungen einer Ölabkühlung hinzuweisen. Des Weiteren ist beim Flüssigkeitshärten wegen der geometrischen Form der Druckgasbehälter (Hohlkörper) mit einer relativ großen Streuung der Härtewerte zu rechnen.
  • Aus der DE 195 33 229 C1 ist die Verwendung einer Stahllegierung als Werkstoff für unter Schutzgas luftvergütete Druckbehälter bekannt.
  • Bei dieser Stahllegierung, die insbesondere das teure Legierungselement Nickel enthält, kann eine Luftvergütung erst nach der Herstellung der Druckbehälter erfolgen. Dazu ist es erforderlich, dass die Druckbehälter nach der Lufthärtung in einem zusätzlichen Arbeitsgang angelassen werden, um die erforderliche Zähigkeit zu erreichen. Dieser Anlassvorgang ist mit einer Verrußung der Oberfläche verbunden und steht der Forderung nach einer sauberen Oberfläche entgegen.
  • Von erheblichem Nachteil ist ferner, dass infolge des hohen Kohlenstoffgehalts dieser Werkstoff nicht für die bei der Herstellung von Druckbehältern zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit geforderten schnellen Schweißverfahren, wie Metall-Aktivschweißen mit Mischgas (MAG) oder Laserstrahlschweißen geeignet ist, da die Gefahr der Rissbildung besteht.
  • Der Erfindung liegt = ausgehend vom Stand der Technik – die Aufgabe zugrunde, eine Stahllegierung für Rohre zu schaffen, auf deren Basis Druckgasbehälter, insbesondere Druckgasflaschen, mit geringem Materialaufwand sowie einfacher und wirtschaftlicher hergestelllt werden können) ohne dass eine Wärmebehandlung nach dem Fertigungsprozess und nach dem Schweißen erforderlich ist.
  • Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen 1 und 2 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Die Verwendung eines dort charakterisierten Stahls hat zunächst den Vorteil, dass die endgültige Wärmebehandlung am Halbzeug Rohr im Durchlauf erfolgen und das Anlassen entfallen kann. Man erhält ein sauberes rußfreies Rohr. Der Herstellungsaufwand wird dadurch gesenkt.
  • Durch das Entfallen des teuren Legierungselements Nickel und Verringerung des Chromgehalts besteht ein weiterer Vorteil darin, dass der Stahl wesentlich preisgünstiger zur Verfügung gestellt werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Stahllegierung ist insbesondere aber für schnelle Schweißverfahren, wie MAG oder Laserstrahlschweißen, gut geeignet und trägt damit in einem erheblichen Umfang zur Kostensenkung bei der Herstellung von Druckgasbehältern bei.
  • Schweißversuche mit der Schweißart MAGM haben ergeben, dass im Bereich der Schweißnaht eine geringere Härte vorliegt und dass eine Aufhärtung im Übergang zum Grundwerkstoff sowie der Wärmeeinflusszone stattfindet. Die überaus günstige Härtesteigerung in der Wärmeeinflusszone ist auf die hierin stattfindende Ausscheidungshärtung zurückzuführen. Durch die Ausscheidungshärte reißen die Rohre bei dem Zugversuch im Grundwerkstoff und nicht im Bereich der Schweißnaht. Die Schweißnaht hat zwar eine geringere Härte, diese Eigenart wird jedoch durch den größeren Querschnitt ausgeglichen. Es besteht keine Gefahr zur Rissbildung. Nach dem Schweißen ist keine weitere Wärmebehandlung (Spannungsarmglühen) erforderlich.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Stahl können Zugfestigkeiten Rm ≥ 950 N/mm2 und Streckgrenzen Rp 0,2 ≥ 700 N/mm2 bei einer Bruchdehnung A5 ≥ 14 eingestellt werden.
  • Interne Versuche haben gezeigt, dass der erfindungsgemäße Stahl die geforderte Kerbschlagzähigkeit nach ISO V bei –40°C ≥ 35 Joule/cm2 besitzt.
  • Bedingt durch die Erreichung der hohen und gleichmäßigen Festigkeits- und Streckgrenzwerte sowie Kerbschlagzähigkeit allein durch Lufthärtung der Rohre, ergibt sich im Rahmen der Erfindung der relevante Vorteil, dass die hierdurch erzielte Kosteneinsparung dann eine besondere Bedeutung erlangt, wenn die Druckgasbehälter als Massenprodukte, z.B. als Reaktionsbehälter für Airbag-Systeme, als Feuerlöschbehälter oder Druckgasflaschen in Getränkezubereitungsautomaten hergestellt werden.
  • Bei der Fertigung eines Druckgasbehälters aus einem nahtlosen Präzisionsstahlrohr mit einer Analyse gemäß der Erfindung wird das warmgewalzte nahtlose Ausgangsrohr zunächst weichgeglüht und dann gebeizt, phosphatiert und beseift. Nach dem anschließenden Ziehen erfolgt eine Lufthärtung bei 950°C ± 15°C im Durchlaufofen unter Schutzgas. Danach wird das Präzisionsstahlrohr gerichtet und einer Prüfung, insbesondere einer Ultraschall- und/oder Wirbelstromprüfung, unterzogen.
  • Nach dem darauffolgenden Ablängen wird aus jedem abgelängten Rohrabschnitt durch Umformen zunächst der Boden und der Hals eines Druckbehälters erzeugt. Danach schließt sich die Fertigstellung des Druckgasbehälters an.
  • Bei einer weiteren Variante der Fertigung wird jeder Druckgasbehälter durch Einschweißen eines Bodens erzeugt.
  • Statt eines nahtlosen Ausgangrohrs kann auch ein längsnahtgeschweißtes Ausgangsrohr eingesetzt werden.
  • Auch wenn es aus der praktischen Anwendung heraus ein Ziel ist, den Nickel-Anteil in der Stahllegierung zu vermeiden bzw. zu minimieren, kann die verwendete Stahllegierung grundsätzlich geringe Nickel-Anteile bis maximal 0,20% enthalten. Dieser Anteil resultiert aus dem Einsatz von Stahlschrott bei der Erschmelzung der Stahllegierung. Gleiches gilt für Kupfer, welches infolge des Schrotteinsatzes auftritt, jedoch auf maximal 0,20 Gew.% begrenzt werden soll.
    •

Claims (2)

  1. Verwendung einer Stahllegierung, die in Masseanteilen aus 0,09–0,12% Kohlenstoff, 0,10–0,50% Silizium, 1,20–1,80% Mangan, max. 0,020% Phosphor, max. 0,020% Schwefel, 1,00–2,00% Chrom, 0,20–0,60% Molybdän, 0,020–0,060% Aluminium, 0,10–0,25% Vanadium, max. 0,20% Kupfer, max. 0,20% Nickel und Eisen sowie den üblichen Verunreinigungen als Rest besteht, als Werkstoff für unter Schutzgas luftgehärtete Rohre zur Herstellung von Druckgasbehältern.
  2. Verwendung einer Stahllegierung, die in Masseanteilen aus 0,09–0,12% Kohlenstoff, 0,15–0,30% Silizium, 1,45–1,60% Mangan, max. 0,015% Phosphor, max. 0,011% Schwefel, 1,25–1,50% Chrom, 0,40–0,60% Molybdän, 0,020–0,060% Aluminium, 0,12–0,20% Vanadium, max. 0,20% Kupfer, max. 0,20% Nickel und Eisen sowie den üblichen Verunreinigungen als Rest besteht, als Werkstoff für unter Schutzgas luftgehärtete Rohre zur Herstellung von Druckgasbehältern.
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