DE3837400A1 - Verfahren zur herstellung nahtloser druckbehaelter - Google Patents
Verfahren zur herstellung nahtloser druckbehaelterInfo
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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
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
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.
Claims (3)
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.
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.
Priority Applications (6)
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---|---|---|---|
DE3837400A DE3837400C2 (de) | 1988-11-01 | 1988-11-01 | Verfahren zur Herstellung nahtloser Druckbehälter |
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ES89250061T ES2057097T3 (es) | 1988-11-01 | 1989-10-23 | Procedimiento para la fabricacion de recipientes a presion sin costura. |
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EP0367360B1 (de) | 1994-08-03 |
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