DE3837400A1

DE3837400A1 - Verfahren zur herstellung nahtloser druckbehaelter

Info

Publication number: DE3837400A1
Application number: DE3837400A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr Ing Vespermann; Bernhard Dipl Ing Hoffmann; Heinz Mueller; Ingo Von Dr Ing Hagen
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1988-11-01
Filing date: 1988-11-01
Publication date: 1990-05-03
Anticipated expiration: 2008-11-02
Also published as: ATE109515T1; ES2057097T3; US5030297A; EP0367360A3; EP0367360B1; EP0367360A2; DE58908140D1; DE3837400C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung nahtloser Druckbehälter aus einem CrMo-Stahl gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Die Herstellung derartiger Druckbehälter gehört seit vielen Jahren zum bekannten Stand der Technik. Die bei der Fertigung zu beachtenden Randbedingungen sind in technischen Regelwerken wie etwa dem VdTÜV-Werkstoffblatt 431 (Fassung 03. 88) niedergelegt. Außer der Zusammensetzung des zu verwendenden Werkstoffs, die weitgehend mit den Gehaltsgrenzen im Oberbegriff des Patentanspruchs übereinstimmt, sind in diesem Werkstoffblatt u. a. eine Vergütungsbehandlung und ein Anlassen des fertigen Druckbehälters vorgeschrieben. Das Härten im Rahmen der Vergütung erfolgt nach einem Glühen bei 830 bis 880°C und einer Haltedauer von mindestens 1 min je mm Wanddicke des Druckbehälters, mindestens jedoch von 15 min mit einem anschließenden Abschrecken in Öl, das maximal 50°C warm ist. Das Anlassen wird bei 530 bis 680°C mit einer Haltedauer von mindestens 2 min je mm Wanddicke, mindestens jedoch von 30 min und mit anschließendem Abkühlen an Luft durchgeführt. Die Druckbehälter sollen mindestens die folgenden wesentlichen Werkstoffkennwerte aufweisen:

0,2%-Dehngrenze R _{p 0,2}
Å 755 N/mm²
Zugfestigkeit R _m	= 880-1030 N/mm²
Bruchdehnung A _2′′	Å 14%
Kerbschlagzähigkeit a _{K-20°C quer} (Mittelwert von 3 Proben)	Å 25 J/cm²

Bei einem aus dem herkömmlichen Werkstoff 34 CrMo4 mit der Analyse

0,36% C
0,21% Si
0,68% Mn
0,014% P
0,007% S
1,03% Cr
0,24% Mo
0,0081% N

hergestellten Druckbehälter mit 229 mm Durchmesser und 5,8 mm Mindeswanddicke, der nach einer 15minütigen Glühung bei 850°C in Öl abgeschreckt, anschließend 30 min bei 630°C angelassen und schließlich an Luft abgekühlt wurde, wurden folgende Werkstoffkenndaten gemessen:

R _{p 0,2}
= 812 N/mm²
R _m	= 938 N/mm²
A _2′′	= 15,6%
a _{K-20°C quer}	= 87 J/cm²
a _{K-40°C quer}	= 52 J/cm² (mit Sprödbruchanteilen)

Die Werte für die 0,2-Dehngrenze streuten, wobei der Streubereich 85 N/mm² betrug. Ähnliches gilt auch für die Härte, die über einen Bereich von 40 HB streute.

Für besondere Anwendungsfälle ist es erwünscht, die Festigkeitseigenschaften von Druckbehältern unter gleichzeitiger Beibehaltung der Zähigkeitseigenschaften deutlich zu steigern oder unter Beibehaltung der Festigkeitseigenschaften die Zähigkeitseigenschaften wesentlich zu verbessern. Nach dem aus dem im Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren ist bei entsprechender Variation der Wärmebehandlung eine Verbesserung der Zähigkeit stets mit einer deutlichen Verringerung der Festigkeit verbunden und umgekehrt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Druckbehältern aus einem CrMo-Stahl dahingehend zu verbessern, daß eine Steigerung der Festigkeitskennwerte oder Zähigkeitseigenschaften nicht mit einer entsprechenden Verschlechterung der jeweils anderen Eigenschaften verbunden ist. Außerdem sollen die mechanisch-technologischen Eigenschaften vergleichmäßigt werden.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche 2 und 3 gekennzeichnet.

Es ist bekannt, daß mit den Mikrolegierungselementen Ti und B Festigkeits- bzw. Zähigkeitseigenschaften verbessernde Wirkungen nach einem Vergüten verbunden sind. Völlig überraschend war es jedoch, daß bei bestimmten N-Gehalten und einem Zulegieren von Ti und B sowie bei Einhaltung der Bemessungsregel für das Ti/N-Verhältnis und der erfindungsgemäßen Parametergrenzen für die Wärmebehandlung derart drastische Verbesserungen hinsichtlich Festigkeit und Zähigkeit erzielt werden können, wie sie aus den beiden in der Tabelle aufgeführten Ausführungsbeispielen zu entnehmen sind. Zur Verdeutlichung wurde darin auch das bereits angeführte Vergleichsbeispiel zum Stand der Technik aufgenommen. Alle Beispiele beziehen sich auf einen Druckbehälter mit 229 mm Durchmesser und 5,8 mm Mindestwanddicke. In den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wurde ein Werkstoff mit folgender Analyse verwendet:

0,31% C
0,23% Si
0,72% Mn
0,017% P
0,004% S
0,98% Cr
0,21% Mo
0,0068% N
0,031% Ti
0,0014% B

Im erfindungsgemäßen Beispiel 1 wurde bei geringfügig verbessertem R _{p 0,2}-Wert von 819 N/mm² eine Steigerung der Kerbschlagzähigkeit bei -20°C um 55% und bei -40°C sogar um 108% erreicht. Bemerkenswert ist, daß sich die Breite des Streubandes der Dehngrenze R _{p 0,2} um etwa 44% und die Härte um 35% gegenüber den Vergleichswerten gemäß dem Stand der Technik verringerten.

Das Beispiel 2 zielte auf eine Steigerung der Festigkeit unter weitgehender Beibehaltung der Zähigkeitseigenschaften ab. Mit Werten für die Kerbschlagzähigkeit von 95 J/cm² und 68 J/cm² bei -20°C bzw. -40°C ergaben sich sogar noch Zähigkeitsverbesserungen gegenüber dem Vergleichsbeispiel um etwa 9% bzw. 31%; die Dehnung A _2′′ lag dabei mit 13,5% nur geringfügig unter dem an sich geforderten Mindestwert von 14%. Diese Beeinträchtigung ist jedoch vor dem Hintergrund, daß die Dehngrenze R _{p 0,2} ohne Zähigkeitseinbuße von 812 N/mm² auf 1025 N/mm², also um etwa 26% gesteigert werden konnte, ohne weiteres tolerierbar. Die Breite der Streubänder der Dehngrenze und der Härte verringerten sich dabei gleichzeitig noch um 39% bzw. 22%.

Die beiden Ausführungsbeispiele der Erfindung machen deutlich, daß mit geringem Aufwand erhebliche Verbesserungen der Festigkeits- und/oder der Zähigkeitseigenschaften an nahtlosen Druckbehältern aus CrMo-Stahl erreicht werden können.

Tabelle

Claims

1. Verfahren zur Herstellung nahtloser Druckbehälter durch Warmumformung von Stahlrohren aus einem mit Aluminium beruhigten CrMo-Stahl mit (Gew.-%) 0,28 - 38% C
0,15 - 0,40% Si
0,45 - 0,90% Mn
max. 0,02% P
max. 0,005% S
0,90 - 1,30% Cr
0,15 - 0,35% Mo
Rest Eisen und übliche Verunreinigungen,bei dem die Druckbehälter nach dem Warmumformen vergütet werden, indem sie bei 830-880°C austenitisiert, dann mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 5-15 K/s bis auf Raumtemperatur abgekühlt, danach bei Temperaturen bis zu 680°C angelassen und schließlich an Luft abgekühlt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Stahl verwendet wird, der bei einem vorgegebenen N-Gehalt von 0,003-0,010% zusätzlich0,010 - 0,040% Ti
0,001 - 0,003% Benthält, wobei das Verhältnis Ti/N mindestens 3,4 beträgt, und
daß das Anlassen je nach gewünschter Festigkeitsstufe zwischen 510°C und 660°C durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steigerung der Kerbschlagzähigkeit das Anlassen bei 620-660°C durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Festigkeit das Anlassen bei 510-550°C durchgeführt wird.