DE2033070A1

DE2033070A1 - Verfahren zum Spannungsfreiglühen von Mehrlagen Druckbehältern

Info

Publication number: DE2033070A1
Application number: DE19702033070
Authority: DE
Inventors: Takeshi Kobe Yamauchi (Japan) P
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1969-07-05
Filing date: 1970-07-03
Publication date: 1971-01-21
Also published as: DE2033070B2; US3704509A; NL7009813A; JPS5332083B1; GB1320780A; NL146539B; FR2054180A5

Description

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" " Tel. 261989

im

KOBE STEEL, LTD.
Kobe-shl, Japan

Verfahren zum %annungsfreiglühen_von_Meh

Die Erfindung bezieht sich auf ein Glühverfahren zum Entspannen eines MehrLagen-Druckbehälters, dessen MehrLagenwandung aus einem in der Schweißhitze thermisch stark härtbaren Material oder aus verhältnismäßig dicken Platten besteht.

Die üblichen Mehrlagen-Druckbehälter werden meistens nicht ausgeglüht oder angelassen, obwohl sie im Laufe des Herstellungsganges mitunter in Teilen geglüht werden, um sie spannungsfrei zu machen. Ha ihre einzelnen, die Mehrlagenwandung bildenden platten dünn sind und da das Plattenmaterial durch die Schweißhitze nicht nennenswert gehärtet wird, haben die üblichen Druckbehälter eine so geringe Starrheit der Schweißstellen an der Mehrlagenwandung und eine so geringe Eigenspannung, daß ein Spannungsfreiglühen nicht erforderlich ist. In gewissen Fällen, wenn für die Endplatten odor für die innerste Wandungslage ein in der SohwsLOhitzehärtbares Material vorgesehen war, ist man so vorgegangen, daß zur Hers te ί Lung eines Behälters Mehrlagen-Zylindereinheiten la der Umfcxngj.riohtiuig

mi talnatular

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.-,.'· BAD

miteinander verschweißt mirden, worauf der Behälter zum Erhitzen von außen ir, einen Glühofen gegehen wurde. Eine andere übliche Verfahrensweise besteht darin, eine Behandlung des Behälters zum Schutz ■ler äußersten Wandungslage gegen Hit&eelnuirkung vorzunehmen und dann den Behälter durch sine in geeigneter Weise vorgenommene Wärmezufuhr, beispielsweise durch Heißgasbeheizung odsr durch elektrische Beheizung, von innen au erhitses, um ihn spannungsfrei zu machen. Noch eine weitere Möglichkeit ist die₉ d&S mes. die Enden des Behälters durch Verschweißen mit einem durch- dia gehwBißhitza nicht härtbaren Material auskleidet und hierauf nur die ausgekleideten Teile örtlich ausglüht«

fc Ss ist bekannt, daß das Werkstück sum Entspannen je nach

der Art des Materials und nach der Stärke der verarbeiteten Platten während einer vorbestimmten Zeitspanne auf einer geeignetsn Glühtemperatur gehalten werden muß. Boch ist die Besiehung zwischen der Temperatur und der Glühdauer in Wirklichkeit recht kompliziert^ beim Unterschreiben wie beim Überschreiten eines bestimmten Wertes wirkt sich jeder dieser beiden Faktoren sehr naohteilig auf die Festigkeit des Materials bei normaler und bei erhöhter Temperatur aus₅ so daß die Beschaffenheit des Druckbehälters dann zu wünschen übrig läßt.

Bei dem bekannten Glühverfahren zeigt das Mehrlagenprofil im Vergleich zu einem Profil mit .Einzellagenaufbau ein, schlechtes . iVärmeübertragungsverhalten beim Wärmedurchgang durch die zylindri- ^ aohe Wandung. Die für den Temperaturanstieg und für den Temperaturabfall der die innerste und äußerste Wandungelage bildenden Stahlplatten erforderlichen Zeitspannen divergieren stärker, als dies bei der inneren und äußeren Fläche eines Einzellagenzylinders der PaIL ist, und es bereitet Schwierigkeiten, die verschiedenen Teile der inneren und äußeren Lagen mit einer dementsprechend unterschiedlijhen Glühdauer zu glühen» Soll nach Beendigung der Schweißarbeiten eine Glühbehandlung vorgenommen werden, so ist es nicht möglich, gleichzeitig mit unterschiedlichen Glühtemperaturen und unterschiedlicher Glühdauar zu arbeiten, denn wiewohl dia Mehrlagenwandung aus relativ dünnen Platten besteht, so haben die ümfangsfugen sine /on der innersten bis zur äußersten Lage durchgehende Stärke oder eine. Stärke entsprechend der Gesamtstärke der miteinander verbundenen

Lagan

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BAD ORfGiMAL

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Lagen,'und auch die Endplatten sind von unterschiedlicher Stärke und unterscheiden sich hierin also erheblich von der Stärke der die Mehl]agem»andung bildenden Stahlplatten. Auch werden die unteren Lagen durch die beim Auflegen der einzelnen Stahlplatten auftretenden, nach innen gerichteten Spannungskräfte zusammengedrückt, und diese zueemmondrückende Kraft kann unter Umständen zu einem Eindrücken der inneren Lagen führen, wenn das Stahlmaterial beim Glühen erweicht. Bei dem Zylinder einee Druckbehälters mit einer in der ürafangsrichtung verschweißten Mehrlagenwandung ist ale Nachteil .die Tatsache zu verzeichnen, daß da β Risiko des Eindrücken ε *egen der Heat- oder Ui genspannung in der Schweißstelle sogar noch größer ist.

Bei Mehrlagen-lJruckbehältern mit mehreren Lagen eines durch die Schweißhitze stark härtbaren Materials wie beispielsweise Chrommolybdänetahl oder mit verhältnismäßig dicken Platten mit einer Stärke -von mehr als 20 mm, für welche die Erfindung am besten anwendbar ißt, ist das bislang praktisoh vernachlässigte Aueglühen der Mehrlagenwandung heute unerläßlich. Auch hängt die Beschaffenheit eines solchen Erzeugnissee weitgehend davon ab, wie die Glühbehandlung vorgenommen wird. Aus diesen Gründen sollte die bislang übliche Verfahrensweise beim Ausglühen, die mit den vorbezeichneten Mängeln behaftet ist, in der Herstellung von !Druckbehältern dieser Art aufgegeben werden.

Durch die Erfindung, der also die obigen Erwägungen eugrundeliegen, wird ein Glühverfahren für Mehrlagen-Bruckbehälter mit mehreren Lagon eines in nennenswertes Umfang thermisch härtbaren Katerial6 oder mit Platten von relativ großer Stärke geschaffen. Kennzeichnend für dieses Verfahren ist ein Spannungsfreiglühen., das im Fertigungeablauf bei der Herstellung eines Mehrlagen-Druokbehälters in Aufeinanderfolge vorgenommen wird. Genauer gesagt, die Kehrlagen-Zylindereinheit·* werden jeweils nach Fertigstellung einzeln spannungsfrei geglüht, und nach dt« Verbinden der Mehrlagen-Zylindereinheiten miteinander oder »it Endplatten durch Anbringen von üefangsschweißnähten werden diese Uefangasohweißnähte für sich örtlich spannungsfrei geglüht.

Die Erfindung soll la nachfolgenden in der Anwendung als

Verfahren

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. BAD ORlGIMAL

Verfahren zum Herstellen eines Mehrlagen-Druckbehälters, wie er in den beigegebenen Zeichnungen dargestellt ist, eingehender beschrieben werden. In den Zeichnungen zeigent

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines innersten r.vlInders für einen Hehrlnpen-Bruokbehälterj

Figur 2 eine perspektivische Ansicht eineß I.iehrlagtm— Zylinders, der aus mehreren Lagen- oder Schichteinheiten beptohtf

Fifnir 3 eine Endansicht einer-Mehrlagen-ZyUndereinheit.* die tixr Glühbohandlung durch eine innere Stützvorrichtung abge- £jiüi2·t ißt?

Figur 4 einen Längsschnitt der fertiggestellten und an * (lon Handkant <>n ausgekleideten Mehrlagen_rZylindereinheit$ und

Figur 5 eine teilgeschnittene Längsansicht eines durch //.bringen von Umfangsschweißnühten zusammengebauten Iiiehrlagen-Πχ-nolrbehälterß, wobei insbesondere die ümfangsschweißnähte und der geglühte Bereich im Schnitt dargestellt sind.

Wie iir einzelnen der Darstellung der Figur 1 zu entnehmen int, wird ein in der Schweißhitze stark härtbares Material 1, beispielsweise ein 12 ram starkes Stahlblech gemäß der TJS-amerikanischen Kormvorechrift ASWl A387GrL (Stahl mit 2,25$ Cr und ifo Mo) , das als innerste Lage oder als innerster Zylinder vorgesehen ist, zu einer zylindrischen Form gebogen und. bei 2 entlang der Längsfuge unter Zuhilfenahme- eines Sehweißetabes gemäß der japanischen Industrie-™ nor» JIS DT2416 (stahl mit 2,25$ Cr und Vf₀ Mo) verschweißt, so daß

ein gerader Kreisr.yli.nder entsteht. Erforderlichenfalls kann die Innenfläche dee Zylindere mit einem (nicht dargestellten) korrosionsbeständigen Material beispieleweise vom üyp 547 ausgekleidet sein. Im Hahmen diepee Ausführungsbeispiele ist dies der Fall und der innerste Zyliüär.r besteht also aus einem Material mit besonders ausgeprägter thermischer Härtbarkeit, dessen Innenfläche mit einem koricoionsbeständif.u Material überzogen iet. In einem solchen Fall ist im ]ißhinen der Gründung als Verfahrens schritt im 2uge des Entspannens ein Ausglühen nur des innersten Zylindere vorgesehen, das im Anschluß an die Fertigstellung des innersten Zylinders vorgenomjnen wird. Falls der innerste Zylinder lediglich dureh ein Verschweißen

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ßen in der Längsrichtung entlang der Linie 2 hergestellt ist, so. ist weiter nichts erforderlich als ein örtliches Spannungsfreiglühen der Längsschweißnaht. Ist die Innenfläche des Zylinders jedoch mit einem nichtkorrodierenden Material ausgekleidet, so muß der Zylinder in einem Glühofen oder dergleichen im ganzen geglüht werden. In diesem Ausführungsbeispiel wurde zwei Stunden bei 72O⁰O geglüht. Je nach der Art des benutzten Materials kann das Glühen des Inneren Zylinders aber unterbleiben und kann der Zylinder stattdessen anschließend zusammen mit den Mehrlagen-Zylindereinheiten geglüht werden.

Als nächstes wird über dem innersten Zylinder in der üblichen ΐ/eise ein Mehrlagenprofil aufgebaut. X¹Un in der Schweißhitze merklich härtbares Material, so beispielsweise eine lagenbildende Piabte mit einer Stärke von 6 mm» bei de:' ys sich um das gleiche Material wie bei dem innersten Zylinder handelt, das also der US-amerikanischen Noravorschrift ASTM A^üyGrD entspricht, vrird konzentrisch in zehn Lagen oder in zehn zylindrischen Hüllen auf den innersten Zylinder aufgebracht, so daß Mehrlagen-Zylindareinhei ten. ( gebildet werden, wie dies in Dlgur 2 dar^^eLlt Lat, NatürLIjL ktinu aber :'tatt der zehn gesonderten Lagün oder Hüllen aiuh:-'/orge sein, eine einzelne Platte zehnmal zu <rendsIu oder ein.iurc Llen» Hierauf folgt als Verf ahrensschrltt im Zuge dsa in difindun^egei Weise vorgenommenen Entspannens eine \rLiihbehandlun? dor MehrLageri-Zylindereinhei ten 7· Ist das SpaiinungEjf'rei^Lühen vle„s Limarst-in t./iiii ders bereits voraufgegangen, so kann dieser Syliuder bei dar Festlegung der hinsichtlich der Temperatur unl der Zeitdauer beim öLühen einzuhaltenden Bedingungen außer Betracht bleiben und es ist lediglieh darauf zu achten, daß nachteilige Auswirkungen auf den Zylinder vermieden werden. Im Rahmen dieses Ausführiingsbeispiels wurde zwei Stunden bei 700°C geglüht. Werden der innerste Zylinder und die Mehrlageneinheiten gleichzeitig geglüht, so können im. »esentlicnsn die gleichen Glühbedingungen wie Temperatur und Saitdauer In Anwendung kommen und es kann eine einheitliche trlühbehandlang arfolgen, da es sioh bei beiden Bestandteilen um das gleiche Material hand al b und da sich auch die Plattenstärken fmtaprü ;hen, Palis Umstünde »ie die PLattenatärke der innersten Lage dies angezeigt erscheinen lasaen, .so muß aur Vornahme diesar GlühbehandLung eine i3tabLIb SfcütK-

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· BAD ORIGINAL

vorrichtung 5 in der in Figur 3 gezeigten Weise in den innersten Zylinder eingepaßt werä.ea_} um ein Eindrücken des Zylinders infolge der Erweichung des Stahlplattenmaterials zu verhindern. Erwünsch- . terweise werden die beiden Enden der Mehrlagen-Zylindereinheiten 7 an den Handkanten vor dem ßlühen so liargeriehtet, wie dies in Figur 4 bei 4 gezeigt ist, und werde» durch ü«fschtfeiBen eines der japanischen Normvorschrift JIS Bf2416 entsprechenden Stabmaterials- bei 5 ausgekleidet. Bies wirkt siefe in eißar Verringerung der Anomalien und dar Best- oder Ei genspansaugen das Hehrlagenprofils aus, die normalerweise durch die UafangsversehueiSung der Mehrlagen-Zylindereinheiten 7 iffl nächstfolgenden Verfahrensatadium hervorgerufen werden, und erleichtert demzufolge die anschließende Glühbehandlung nach erfolgter Fertigstellung.

Wie am besten aus Figur "5 au entnehmen ist, werden die einzelnen MehrLagen-Zylindereinheiten 7 hierauf miteinander oder mit Endplatten 6 verschleißt, deren Material der US-amerikanischen Norm/oraohrif t ASTLI A132i-'22 (Stahl mit 2,25,4. Cr und i/o Mo) entspricht, »obei diese Platten die Plattenendstärke von 110 mm aufweisen und als Ganzes durch Uafangsversßhweißung bei 8 unter Zuhilfenahme eines Schweißatabes gemäß der japanischen Korravorechrif t JIS UT2416 angebracht «rjrlen. lach Beendigung des eigentlichen Horst el lungeganges werden nur die Umfangsschweißnähfce 8 an der inneren 0.1er äußeren Fläche oder von beiden Seiten für eine hinreichende Zeitdauer auf eine geeignete Temperatur erhitzt, was auf elektrischem Wege oder durch Heißgasbeheizung ©der in ähnlisher Weise erfolgen kann· In dieser Weise wird also das örtlich© Ausglühen der i/mfangsschweißnähte 8 vorgenommen, das den abschließenden Verfahrensschritt des durch die Erfindung geschaffenen Verfahrens sum Spannungsfreiglühen darstellt»· Bei dem hier betrachteten Aueführungsbeispiel wurde aura örtlichen Ausglühen zwei Stunden auf ©ine Temperatur von 700⁰C erhitzt. Aus dem bereits genannten Grund wird auch in diesem Fall das abschließende örtliche Glühen der Umfangsschweißnähte 8 durch ein vorsufgehendea Auskleiden bolder Endssi dar Mehrlagen-Zylindereinheiten und der Endplatten erleichtert, da die Auskleidung der thermischen Verwerfung oder dem Auftreten von Eigen· spannungen in dem Mehrlagenzylinder und in den .Endplatten entgegen-

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wirkt, wie sie durch die Umfangsverechweißung hervorgerufen werden.

Soll ein Mehrlagen-Dniekbehälter, der aus einem thermisch stark härtbaren Material besteht, -wie es bei dem obigen Beispiel in Anwendung kai, in einer nach dem iJtand der Technik bekannten Weise einer GlühVehandlung unterzogen werden, so muß eier durch IJreiangijviTBohwoißuiig hergestellte Behälter auf die ei nc» "ödei ■-'andere Art air Kunzes ausgeglüht werden, da dar Glühen des Mehrlapp.nzylinderiä i)jt.e unabdingbare Kotwendigkeit ist. In diesem Fall muß dann dt r Gesantkörper für die Zeitdauer von 10 bi e I4 Stunden bei TPC⁰C pe-

werden. Wahrend im Rahmen der Erfindung- eine Geefurtflühdauer von HiichsteiiB etwa 6 Stunden in Betracht körtet, erfordert daß bekannte .Verfahren hierfür also eine viel läutere Zeit, die pich etwa auf. «al Tfecho bi β 2,5fache belauft. Im Hinblick toif den Enorgie-Irt»:. a rf int dios natürlich ein achwerwiegender ilfmgel der bekannten Veri ahreiißwei ne . Beachtung verü ent auoh die Tatfiaclxe, daß iei iiiixorflte Zylindpi im Hahnen der Erfindung insgesamt für Sie ilei tdauer Ton 4 Stund on geglüht wird , nämlich twpi Stunden, wenn der iiniörete Zylinder alB solcher geglüht wird, und weitere zwei Stunden-, beim Glühen der Mehrlagen-Zylindereinheiten, βο daB diene dann nur für die iiei tdauer Ton 2 Stunden geglüht zu werden brauchen, wohingegen Im Rahmen der bekannten Verfahrensweise beide Bestandteile gemeinsam für üe Zeitdauer τοη 10 bis 14 Stunden geglüht werden müsßen. Da die Featif kei tswerte des Material β ait der Glühdauer beträchtlich abnehmen, wird der Materialfestigkeitsabbau im Rahmen der Erfindung dank der im Vergleich zu dem bekannten Verfahren weit kürzeren Clühdauer auf'«in Mindestmaß herabgesetzt , ao daß durch die Erfindung die lieratellung von Druckbehältern ermöglicht wird, deren Druckbelastbarkeit erheblich größer ist als die der üblichen Druckbehälter. Ee kommt noch hinzu, daß der^innarßte Zylinder i» Rahmen der Erfindung zwar bei 72O⁰G geglüht wird, der von diesem getragene Mehx-lagenzylinder dagegen bei einer niedrigeren Temperatur, näiclieh bei TOO C. Im Gegensatz zur üblichen Verfahrensweise, bei cer ei a Ausglühen des Behälters als eines Ganzen bei einer einheitlichen Temperatur von 72O⁰C vorgesehen iet_f wras also eine wesentliche Pesiigkeitsverringerung des Mehrlftgenprofils nach sich zieht» ermöglicht die. Erfindung hinsichtlich der Glühtemperater und Glühdauer

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die Anwendung optimaler Bedingungen in der Behandlung der einzelnen Bestandteile des Behälters. Im Rahmen der Erfindung wird demgemäß* das Problem der durch das Ausglühen bewirkten Festigkeiteverringerung dee Mehrlagenprofils gänzlich ausgeschaltet, und man erhält entsprechend hochwertige Produkte.

Wenngleich bei der obigen Beschreibung einer Ausführungs— form der Erfindung von einem Material mit ausgeprägter thermischer Härtbarkeit ausgegangen wurde, so ist aber natürlich klar, daß dies keineewege in einem das erfindungsgemäße Verfahren zum Spannungsfreiglühen einschränkenden Sinn aufzufassen ist,, sondern daß das Verfahren gleichermaßen a.uch für übliche Baustähle Anwendung finalen kann, falle die die verschiedenen; Lagen bildenden Platten ßtark " genug sind, mm ein Ausglühen der Hehrlagenanordnung zu erfordern,

Wie im obigen eingehend erläutert wurdia, erfolgt eine Anwendung der Erfindung in der Weise» daß im Verlauf der !erstelliang eines Kehrlagen-Druckbehältere, bei dem es sieh um eine Zylinderanordnung ait mehreren Lagen eines thermisch stark härtbaren! Materials «der eines relativ atarken Plettenmateriale handelt, in Aufeinanderfolge Arbeitsgänge zur Glühbehandlung ro rgenomnten werden. Beagemäß wird durch die Erfindung das Problem der ünelnheitlichkeit der Glühwirkung einer Lösung zugeführt, das andernfalls durch die Unterschiede aufgeworfen wird, die in der Stärke und in der Materialbeschaffenheit des Mehrlagenprofile in Rechnung zu stellen sind, das aus übereinandergeschichteten Stahlplatten, aus Einzellagen-) Endplatten und aus Uafangsechweißnähten zur Verbindung der Mehrlagen-

Zylindereinheiten Miteinander oder mit den Endplatten besteht. Da die einer Glühbehandlung zu unterwerfenden Bestandteile in dieser Weise jeweils für die gewünschte Zeitspanne einer erwünschten Temperatur ausgesetzt werden, sind die qualitative Beschaffenheit und die Betriebssicherheit bei den gemäß der Erfindung hergestellten Hehr* lagendruckbehältern gegenüber den nach dem Stand der Technik bekannten Produkten erhöht. .

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Claims

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Patentansprüche

'/erfahren zum Ausglühen eines Mehrlagen-DruekbehalterB mit einain aus einem thermisch härtbaren Material oder aus relativ starken Platten bestehenden Mehrlagenzylinder zwecks. Spannungebesei titling, gekennzeichnet durch die Herstellung von Mehrlaiien-Zylindereinhei ten (7) und deren Ausglühen zur Sparaiungsbeaeitigung und durch das Verbinden der einzelnen Mehrlagen-Zylindareinheitan (7) miteinauier ode.vodt Endplatten (6) durch TJmfangsverschweißung und ein anschließende«
örtliches Aueglühen der Umf ings schweißnäh be (ti) zur Spannungsbeaeltigung.' '

Verfahren zum Spannungsfreiglühen eines Mehrlagen-Druokbehältersj mit einem aus einem theraisoh härtbaren Material oder aus relativ starken Platten bestehenden MehrLagenzylinder nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Herstellung von Mehrlagen-Zylindarainheiten (7) naoh dem Spannungsfreiglühen daa jeweils üiiieraten Zylinders ■ (l) ,' der zur Bildung eines geraden Kreiszylinders entlang .ler Längsi'uge (2) verschweißt ist.