DK159556B - Lavtlegeret staal samt gaslagringscylinder, der er fremstillet deraf - Google Patents

Description

i

DK 159556 B

Den foreliggende opfindelse angår et lavti egeret stål og deraf fremstillede gaslagringscylindre med forbedret cylindereffektivitet, trækbrudstyrke, brudsejhed og ildbestandighed i forhold til de gaslagringscylindre, som for tiden er tilgængelige.

5

Gasser som for eksempel oxygen, nitrogen og argon leveres til et anvendelsessted på flere måder. Når anvendelsen af sådanne gasser kun nødvendiggør en relativ lille gasmængde ad gangen, som det for eksempel er tilfældet ved metal skæring, svejsning, stansning eller metal-10 fremstil!ingsoperationer, leveres gassen typisk til anvendelsesstedet og lagres dér i en gasflaske.

De fleste gasflasker, der anvendes i USA i dag, er fremstillet i overensstemmelse med US Department of Transportation Specification 3AA, 15 som kræver, at gasflaskerne er fremstillet af angivne stål inklusiv DOT 4130X stål. Gasflasker, der svarer til denne specifikation 3AA, betragtes som sikre og udviser en god brudsejhed ved de tilladte trækstyrker.

20 Med de forøgede transportomkostninger er der opstået et behov for en forbedret gaslagringscylinder. Navnlig er der opstået et behov for en gaslagringscylinder, som har meget bedre cylindereffektivitet end den ifølge specifikation 3AA. Imidlertid kan en sådan forøgelse i cylinderens effektivitet ikke tilvejebringes på bekostning af cylinderens 25 brudsejhed med de anvendelige trækstyrker.

Da trækstyrken og brudsejheden, i en stor udstrækning, er egenskaber for det materiale, hvoraf cylinderen er fremstillet, vil det være meget ønskeligt at have et materiale til fremstilling af en gaslagrings-30 cylinder, som har en forbedret cylindereffektivitet, medens den også har en forbedret trækstyrke og brudsejhed.

Det er derfor formålet med den foreliggende opfindelse at tilvejebringe et stål samt en gaslagringscylinder, der er fremstillet deraf og 35 som har en forøget cylindereffektivitet i forhold til den for konventionelle gaslagringscylindre.

Det er et andet formål med opfindelsen at tilvejebringe et stål samt en gaslagringscylinder, der er fremstillet deraf, og som har en for- øget trækbrudstyrke i forhold til den for konventionelle gaslagrings cylindre.

DK 159556 B

2

Det er endnu et formål med den foreliggende opfindelse at tilvejebrin-5 ge et stål samt en gaslagringscylinder, der er fremstillet deraf, og som har en forøget ildbestandighed i forhold til den for konventionelle gaslagringscylindre.

Det er et yderligere formål med opfindelsen at tilvejebringe et stål 10 samt en gaslagringscylinder, der er fremstillet deraf, og som har en forøget styrke ved høj temperatur i forhold til den for konventionelle gaslagri ngscyli ndre.

Det er endnu et formål med den foreliggende opfindelse at tilvejebrin-15 ge et stål samt en gaslagringscylinder, der er fremstillet deraf, og som har en forøget brudsejhed i forhold til den for konventionelle gaslagri ngscyli ndre.

Ovenstående formål opnås med et lavti egeret stål, der er kendetegnet 20 ved, at det består af: (a) fra 0,28 til 0,50 vægtprocent carbon, (b) fra 0,6 til 0,9 vægtprocent mangan, (c) fra 0,15 til 0,35 vægtprocent silicium, (d) fra 0,8 til 1,1 vægtprocent chrom, 25 (e) fra 0,15 til 0,25 vægtprocent molybden, (f) fra 0,005 til 0,05 vægtprocent aluminium, (g) fra 0,04 til 0,10 vægtprocent vanadium, (h) ikke mere end 0,040 vægtprocent phosphor, (i) ikke mere end 0,015 vægtprocent svovl, 30 (j) eventuelt kalcium i en koncentration på 0,3 til 3 gange koncentra tionen af svovl, (k) eventuelt sjældne jordarter i en koncentration på 2 til 4 gange koncentrationen af svovl, (l) eventuelt op til 0,012 vægtprocent nitrogen, 35 (m) eventuelt op til 0,010 vægtprocent oxygen, (n) eventuelt op til 0,20 vægtprocent kobber, og (o) den resterende del af jern bortset fra urenheder

Den foreliggende opfindelse angår endvidere:

DK 159556 B

3 en gaslagringscylinder der udviser lækage-før-brudopførsel, hvorhos en forøget cylindereffektivitet, trækbrudstyrke, brudsejhed og ildbestan-dighed er opnået, og som omfatter en cylinderskal af et lavtlegerende stål, der væsentligst består af: 5 (a) fra 0,28 til 0,50 vægtprocent carbon, (b) fra 0,6 til 0,9 vægtprocent mangan, (c) fra 0,15 til 0,35 vægtprocent silicium, .

(d) fra 0,8 til 1,1 vægtprocent chrom, (e) fra 0,15 til 0,25 vægtprocent molybden, 10 (f) fra 0,005 til 0,05 vægtprocent aluminium, (g) fra 0,04 til 0,10 vægtprocent vanadium, (h) ikke mere end 0,040 vægtprocent phosphor, (i) ikke mere end 0,015 vægtprocent svovl, (j) eventuelt kalcium i en koncentration på 0,3 til 3 gange koncentra- 15 tionen af svovl, (k) eventuelt sjældne jordarter i en koncentration på 2 til 4 gange koncentrationen af svovl, (l) eventuelt op til 0,012 vægtprocent nitrogen, (m) eventuelt op til 0,010 vægtprocent oxygen, 20 (n) eventuelt op til 0,20 vægtprocent kobber, og (o) den resterende del af jern bortset fra urenheder.

Således som anvendt heri vil udtrykket "cylinder" betyde en hvilken som helst beholder til lagring af gas under tryk, og det er ikke hen-25 sigten at begrænse dette til beholdere, som har en geometrisk cylindrisk udformning.

Således som anvendt heri vil udtrykket "lækage-før-brud" opførsel betyde en gaslagringscylinders evne til at svigte gradvis i stedet for 30 pludseligt. En cylinders lækage-før-brud evne er bestemt i overensstemmelse med etablerede fremgangsmåder, som for eksempel beskrevet i Fracture and Fatioue Control in Structures - Application of Fracture Mechanisms, af S.T. Rolfe og J.M Barxom, Prentice Hall Inc.; Englewood Cliffes, New Jersey, 1977, Section 13.6, "Leak-Before-Break".

Således som anvendt heri vil udtrykket "cylindereffektivitet" betyde forholdet mellem det maksimale volumen af lagret gas udregnet ved standardtilstande og cylinderens vægt.

35

DK 159556 B

4 Således om anvendt heri vil udtrykket "trækbrudstyrke" betyde den maksimale belastning, som materialet kan tåle uden sammenbrud.

Således som anvendt heri vil udtrykket "hærdelighed" referere til ev-5 nen til at fremstille en helt martensitisk stål struktur ved en varmebehandling, der består af et opløsnings- eller austenitiseringstrin efterfulgt af køling i et kølemedium, som for eksempel en olie eller et syntetisk polymerbaseret kølemiddel. Hærdeligheden kan måles ved Jominy end quench test, således som beskrevet i The Hardenabilitv of 10 Steels, af C. A. Siebert, S.U. Doane og D.H. Breen, American Society for Metals, Metals Park, Ohio, 1977.

Således som anvendt heri vil udtrykket "urenheder" betyde ikke-metal-1 i ske faser, der er fundet i alle stål og som væsentligst består af 15 oxid- og sulfidtyper.

Således som anvendt heri vil udtrykket "tempermodstand" betyde evnen i et stål, der har en afkølet martensitisk struktur, til at modstå blødgør i ng, når det udsættes for hævede temperaturer.

20 Således som anvendt heri vil udtrykket "brudsejhed Klc" betyde et mål for et materiales modstand mod udbredelse af en skarp spalte eller hærderevne, således som for eksempel beskrevet i ASTM E616-81. Brudsejhed måles ved hjælp af den standardiserede fremgangsmåde, der er 25 beskrevet i ASTM E813-81.

Således som anvendt heri vil udtrykket "ringspænding" betyde den i omkredsen udstrakte spænding, der er tilstede i cylindervæggen på grund af et indre tryk.

30 Således som anvendt heri vil udtrykket "Charpy påvirkningsstyrke" betyde et mål for et materiales evne til at absorbere energi under en revneudbredelse og måles ved den fremgangsmåde, der er beskrevet i ASTM E23-81.

35 Således som anvendt heri vil udtrykket "ildbestandighed" betyde en cylinders evne til at modstå en modsættelse for høje temperaturer, som for eksempel ved brand, således at den resulterende forøgelse i gastrykket på en sikker måde reduceres ved en sikkerhedsudløsningsmeka

DK 159556 B

5 nisme, som for eksempel en ventil eller skive i stedet for ved et katastrofalt sammenbrud af cylinderen på grund af utilstrækkelig styrke ved høj temperatur.

5 Opfindelsen vil herefter blive beskrevet mere detaljeret under henvisning til den medfølgende tegning, hvor fig. 1 viser et forenklet tværsnitsbillede gennem en gaslagringscylinder med typisk udformning, 10 fig. 2 en grafisk kurve af trækbrudstyrken ved rumtemperatur som funktion af hærdevarmen for gaslagringscylindre ifølge opfindelsen og for gaslagringscylindre, der er fremstillet af DOT 4130X i overensstemmelse med specifikation 3AA, fig. 3 en grafisk kurve af brudsejheden ved rumtemperatur som funk- 15 ti on af trækbrudstyrken ved rumtemperatur for gaslagringscy lindre ifølge opfindelsen og for gaslagringscylindre, der er fremstillet af DOT 4130X i overensstemmelse med specifikation 3AA, og fig. 4 en grafisk kurve af Charpy påvirkningsmodstanden ved rumtem- 20 peratur som funktion af trækbrudstyrken ved rumtemperatur for gaslagringscylindre ifølge opfindelsen og for gaslagringscylindre fremstillet af DOT 4130X i overensstemmelse med specifikation 3AA.

25 Idet der herefter henvises til fig, 1 ses en gaslagringscylinder 10, der består af en skal, som omfatter en cylindrisk midtersektion 11, der har en relativt ensartet sidevægstykkelse, en bunddel 13, som er noget tykkere sidevæggen og en topdel 12, som udgør en indsnævret halsdel, der er beregnet til at understøtte en gasventil og -regulator 30 afhængigt af hvad der kræves, for således at fylde og udlede gas fra cylinderen. Bunddelen 13 er dannet med et indefter konkavt tvætsnit for at være i stand til på en bedre måde at understøtte cylinderens indre trykbelastning. Selve cylinderen er beregnet til at stå oprejst på bunddelen.

35

Cylindre, således som vist i fig. 1, har en bred anvendelse til lagring og transport af mange forskellige gasser fra fremstillings- eller fyldesteder til et anvendelsessted. Når cylinderen er tømt for den ønskede gas, returneres den for genfyldning. Under denne aktivitet må

6 DK 159556 B

cylinderen tåle et betragteligt slid i form af hakker, buler og svejsegnister. Sådan brugsslid forøger eventuelle fejl, som kan være tilstede i cylinderen fra fremstil!ingstidspunktet. Disse originale eller ved brugen fremkaldte fejl forværres ved den gentagne ladning til 5 tryk, udladning, genladning osv., som en cylinder undergår såvel som udsættelsen for korrosi onsfremmende omgivelser.

Det er klart, at en cylinder ikke må svigte katastrofalt som følge af den mishandling, den vil udsættes for ved normalt brug. En væsentlig 10 bidragyder til gaslagringscylindres ydelse er det materiale, hvoraf de er fremstillet. Det har vist sig, at stål!egeringen ifølge opfindelsen på en vellykket måde er rettet imod alle de problemer, som en gaslagringscylinder normalt vil møde, samtidig med at den samtidig udviser en forøget trækstyrke og brudsejhed i forhold til disse for konventio-15 nelle cylindre. Den forbedrede ydelse for stål1egeringen ifølge den foreliggende opfindelse medfører et mindre materialeforbrug til fremstilling af en cylinder, end det der kræves til at fremstille en konventionel cylinder.

20 Stållegeringen ifølge den foreliggende opfindelse, som er så perfekt egnet til de specifikke problemer, som opstår under cylinderens brug, er, udover jern, sammensat af visse specifikke elementer i visse præcist definerede mængder. Det er denne præcise definering af legeringen som gør den så perfekt egnet til brug som materiale til fremstilling 25 af gaslagnngscylindre.

Stållegeringen ifølge den foreliggende opfindelse indeholder fra 0,28 til 0,50 vægtprocent carbon, fortrinsvis fra 0,30 til 0,42 vægtprocent, og især fra 0,32 til 0,36 vægtprocent. Carbon er det enkelte 30 mest vigtige element, som påvirker hårdheden og trækstyrken af et afkølet og hærdet martensitisk stål. Et carbonindhold under ca. 0,28 vægtprocent vil ikke være tilstrækkeligt til at tilvejebringe en trækstyrke i det ønskede område 10,34 - 12,07 N/m2 efter hærdning ved en temperatur, der er højere end den, der er mulig for DOT 4130X. En så-35 dan hærdning ved hævet temperatur gør det muligt for stållegeringen ifølge opfindelsen at have en forøget ildmodstand i forhold til den for hidtil almindeligt anvendt cylinderstål. Et carbonindhold over 0,50 vægtprocent kan medføre dannelse af hærderevner. Således vil det definerede område for carbonkoncentrationen sikre tilstrækkeligt car-

DK 159556 B

7 bon for den ønskede trækstyrke efter hærdningen, medens det samtidig sikrer et tilstrækkeligt lavt carbonindhold og som-hærdet hårdhed til at udelukke revnedannelse under cylinderens hærdning for fremstilling af martensit. Carbon vil i den angivne mængde også bidrage til hærde-5 ligheden og være medvirkende til at sikre, at cylinderen vil have en ren martensitisk struktur.

Det er vigtigt, at sikre en endelig struktur, som i alt væsentlig er en, der består af hærdet martensit gennem hele cylinderens vægtykkel-10 se. En sådan mi krostruktur tilvejebringer den højeste brudsejhed ved de interessante styrkeniveauer. Følgeligt skal stållegeringen indeholde en tilstrækkelig mængde elementer, som for eksempel mangan, silicium, chrom, molybden, nikkel, tungsten, vanadium, bor og lignende for at sikre en passende hærdelighed. Hærdeligheden må være tilstrækkelig 15 til at tilvejebringe mindst 90% martensit gennem hele cylindervæggen efter en afkøling fra én side enten i en olie eller et syntetisk polymer kølemiddel, som simulerer en olieafkøling, således som angivet i DOT specifikation 3AA. En mere voldsom vandafkøling anbefales ikke på grund af den større sandsynlighed for dannelse af hærderevner, som 20 alvorligt vil forringe beholderens konstruktionsmæssige helhed. Car-bonindholdet er blevet begrænset til 0,50 vægtprocent for yderligere at reducere muligheden for sådanne hærderevner. Fagfolk på området vil være familiære med bestemmelsen af hærdeligheden for et givet stål ved beregning af en ideal kritisk diameter eller ved at udføre en afslut-25 ningsafkølingstest, som for eksempel Jominy testen. Da det krævede niveau for hærdeligheden afhænger af vægtykkelsen, afkølingsmedium og -betingelser, overfladetilstand, cylinderstørrelse og -temperatur og lignende må sådanne empiriske metoder anvendes, at der tilvejebringes et akceptabelt niveau for hærdeligheden og et passende legeringsind-30 hold for at tilvejebringe en sådan hærdelighed. Standardteknikker, som for eksempel optisk mikroskopi eller røntgenstrålediffraktion kan anvendes for at bestemme martensitindholdet.

Andre materialekrav, som legeringen må tilfredsstille, er tilstrække-35 lig tempermodstand. Det er ønskeligt at sikre en hærdningstemperatur på mindst ca. 538°C og fortrinsvis mindst ca. 593°C. Evnen til at hærde til det interessante styrkeområde 10,34 - 12,07 N/m2 ved anvendelse af dette område for hærdningstemperatur, vil yderligere sikre udviklingen af en optimalt afkølet og helt hærdet mikrostruktur under var-

DK 159556 B

8 mebehandlingen. Et sådant område for hærdningstemperatur vil også eliminere muligheden for at opveje en manglende evne til at opnå en ren martensitisk struktur på grund af en utilstrækkelig afkøling ved hærdning ved en lav temperatur. En sådan varmebehandling vil medføre lav 5 brudsejhed og hærderevnetolerance.

Tempermodstand og et tilstrækkelig højt hærdningstemperaturområde er også vigtigt, da cylinderen eventuelt udsættes for hævede temperaturer, medens den anvendes. Dette kan for eksempel være tilfældet under 10 en brand eller på grund af utilsigtet kontakt med svejse- og skærebrændere. En høj hærdningstemperatur vil minimere den grad af blødgø-ring, som vil optræde under en sådan indvirkning. Endvidere vil en legering, som gør det muligt at anvende en høj hærdningstemperatur, også fremvise en bedre styrke ved høj temperatur. Dette vil forøge 15 cylinderens modstand mod udbuling og katastrofalt sammenbrud på grund af indvirkning af sådanne tilstande under brug. For at opfylde disse mål skal stållegeringen have tilstrækkelige mængder elementer fra gruppen af mangan, silicium, chrom, molybden, vanadium og lignende for at gøre muligt at anvende en hærdningstemperatur på mindst 538°C. Et 20 mindste carbonindhold på 0,28 vægtprocent er også blevet specificeret af samme grund.

Stållegeringen ifølge den foreliggende opfindelse indeholder fortrinsvis fra 0,6 til 0,9 vægtprocent mangan. Denne afgrænsede mængde, i 25 kombination med andre angivne elementer og mængder ifølge opfindelsen, gør det muligt for stållegeringen ifølge opfindelsen at have tilstrækkelig hærdelighed til at tilvejebringe en ren martensitisk struktur ved afkølingshastigheder, som ikke medfører dannelse af hærderevner.

Dette er væsentligt for at opnå en optimal kombination af styrke og 30 brudsejhed. Mangan vil også medvirke til at binde svovl i form af mangansul f i durenheder i stedet for som jernsulfid. Jernsulfid optræder i stål som tynde film ved før austeniske korngrænser og er yderst skadelig for brudsejheden. Stållegeringen ifølge den foreliggende opfindelse har almindeligvis svovl tilvejebragt i form af reguleret calcium 35 eller sjælden jord, der indeholder oxi-sulfider. Imidlertid er det vanskeligt at sikre, at absolut al svovl er indeholdt i denne type urenhed. Tilstedeværelsen af mangan i den angivne mængde er rettet imod dette problem og frigør opfindelsen fra eventuelle skadelige jernsulfidfilm.

DK 159556 B

9

Stållegeringen ifølge den foreliggende opfindelse indeholder fortrinsvis fra 0,15 til 0,35 vægtprocent silicium. Silicium er tilstede som deoxideringsmiddel, som vil støtte genvindingen af senere aluminium, calcium eller sjældne jordtilsætninger. Silicium bidrager også til 5 tempermodstanden og forbedre følgelig cylinderens ildbestandighed. Endvidere er silicium et af de elementer, som bidrager til hærdelighe-den. Et siliciumindhold under 0,15 vægtprocent vil ikke være tilstrækkelig til at opnå en god genvinding af senere tilsætninger. Et siliciumindhold der er større end 0,35 vægtprocent vil ikke medføre yderi i -10 gere reduktion i iltindholdet i nogen større udstrækning.

Stål legeri ngen ifølge den foreliggende opfindelse indeholder fortrinsvis fra 0,8 til 1,1 vægtprocent chrom. Chrom er tilstede for at forøge stålets hærdelighed. Det bidrager også til tempermodstanden, som er 15 vigtig for ildbestandigheden. Et chromindhold under 0,8 vægtprocent i kombination med de andre angivne elementer og mængder ifølge opfindelsen vil ikke være tilstrækkelig til at tilvejebringe en passende hærdel ighed. Ved et chromindhold der er større end 1,1 vægtprocent, vil chromets effektivitet til yderligere forøgelse af hærdeligheden være 20 væsentligt reduceret.

Stållegeringen ifølge den foreliggende opfindelse indeholder fortrins vis fra 0,15 til 0,25 vægtprocent molybden. Molybden er et ekstremt kraftigt element til forøgelse af hærdeligheden, og det forbedrer også 25 tempermodstanden og styrken ved høj temperatur. Molybden er særlig effektiv i denne egenskab i kombination med chrom, og det definerede område for molybden svarer til de molybdenmængder, som er særlig effektive i forbindelse med det angivne chromkoncentrationsområde.

30 Stållegeringen ifølge den foreliggende opfindelse indeholder fortrins vis fra 0,005 til 0,05, især fra 0,01 til 0,03 vægtprocent aluminium. Aluminium er tilstede som et deoxideringsmiddel og på grund af dets nyttige effekt på inklusionskemien. Et aluminiumsindhold under 0,005 vægtprocent er ikke tilstrækkeligt til at frembringe et opløst oxygen-35 indhold på mindre end 20 parts per million (ppm), som ønskes for at minimere dannelse af oxidurenheder under størkningen. Ydermere vil et aluminiumindhold under 0,005 vægtprocent ikke være tilstrækkeligt til at forhindre dannelsen af oxidurenheder af silikattypen, som er plast og som vil reducere brudsejheden i den væsentlige tværretning. Et .alu- miniumsindhold der er større end 0,05 vægtprocent vil medføre et mere urent stål, som indeholder aluminiumoxid galaksestrenge.

DK 159556 B

10

Stål!egeri ngen ifølge den foreliggende opfindelse indeholder fortrins-5 vis fra 0,04 til 0,10 vægtprocent, især fra 0,07 til 0,10 vægtprocent vanadium. Vanadium er tilstede på grund af dets stærke nitrid- og car-biddannende tendens, som fremmer sekundær hærdning og er den væsentligste grund til den forøgede tempermodstand ved opfindelsen, som tydeligt er vist i fig. 2. Et vanadiumindhold under 0,04 vægtprocent i 10 kombination med de andre angivne elementer og mængder ifølge opfindelsen vil ikke være tilstrækkeligt til at opnå den ønskede forøgelse i tempermodstanden. Da høje vanadiumniveauer har en tendens til at formindske hærdeligheden, vil et vanadiumindhold, der er større end 0,10 vægtprocent imidlertid ikke være ønskeligt og er ikke nødvendigt med 15 henblik på tempermodstanden. Carbon og mangan koncentrationerne ifølge den foreliggende opfindelse er angivet for at kompensere for en eventuel hærdelighedsformindskelse, der er forårsaget af det angivne vanadiumindhold.

20 Stål!egeri ngen ifølge den foreliggende opfindelse indeholder ikke mere end 0,040 vægtprocent, fortrinvis ikke mere end 0,25 vægtprocent phosphor. En phosphorkoncentration, der er større end 0,040 vægtprocent vil forøge sandsynligheden for korngrænseskørhed og følgelig et tab i sejhed.

25

Stållegeringen ifølge den foreliggende opfindelse indeholder ikke mere end 0,015 vægtprocent svovl og fortrinvis ikke mere end 0,010 vægtprocent. Tilstedeværelsen af mere end 0,015 vægtprocent svovl vil drastisk reducere brudsejheden navnlig i tværgående og kort-tværgående 30 retninger. Da den største cylinderspænding er ringspændingen, er det bydende nødvendigt at brudsejheden i de tværgående retninger bliver maksimeret. En begrænsning af svovlindholdet til ikke mere end 0,015 vægtprocent, navnlig i forbindelse med regulering af calcium eller sjældne jordformer tilvejebringer den ønskede tværgående brudsejhed på 35 mindst 77 MPa og fortrinsvis 93 MPa Jm for at opnå en lækage-før-brudopførsel i området for trækstyrken mellem 10,34 og 12,07 N/m2.

Stål1egeringen ifølge den foreliggende opfindelse indeholder fortrinsvis kalcium i en koncentration fra 0,8 til 3 gange koncentrationen af

DK 159556 B

11 svovl. Svovl har en skadelig effekt på brudsejheden i tværgående retning på grund af tilstedeværelsen af langstrakte mangansulfidurenheder. Tilstedeværelsen af kalcium i en mængde, der stort set er identisk med den for svovl medfører at svovl vil forekomme i form af sfæ-5 risk oxi-sulfidurenheder i stedet for langstrakte mangansulfidurenhe-der. Dette forbedrer betydeligt den tværgående brudsejhed. Tilstedeværelsen af kalcium medfører også dannelsen af regulerede oxidurenheder med sfærisk form i stedet for aluminiumoxid galaksestrenge. Dette medfører en yderligere forbedring i den tværgående brudsejhed. Kalcium 10 forbedrer også stålets fluiditet, hvilket kan reducere genoxidation, forbedre stålrenheden og forøge effektiviteten ved stål fremstillingen.

Ved den regulering af urenhedernes form, der kan opnås ved tilstedeværelsen af kalcium, kan også opnås ved tilstedeværelsen af sjælde jord-15 arter eller zirconium. Når sjælde jordarter, som for eksempel lanthan, cerium, praseodym, neodym og lignende, anvendes til en sådan regulering af urenhedernes form, er de tilvejebragt i en mængde fra 2 til 4 gange mængden af tilstedeværende svovl.

20 Stållegeringen ifølge opfindelsen indeholder fortrinsvis ikke mere end 0,012 vægtprocent nitrogen. En nitrogenkoncentration, der er større end 0,012 vægtprocent kan reducere brudsejheden, hvilket medfører en intergranulær brudmåde og medfører en reduceret varmbearbejdelighed.

25 Stållegeringen ifølge opfindelsen indeholder fortrinvis ikke mere end 0,010 vægtprocent oxygen. Oxygen i stål optræder som oxidurenheder. En oxygenkoncentration, der er større end 0,010 vægtprocent vil medføre et meget stort antal urenheder, hvilket reducerer stålets sejhed og reducerer dets mi krorenhed.

30

Stål legeri ngen ifølge den foreliggende opfindelse indeholder fortrinsvis ikke mere end 0,20 vægtprocent kobber. En kobberkoncentration, der er større end 0,20 vægtprocent har en skadelig effekt på varmbearbej-deligheden og forøger sandsynligheden for varmerevner, som kan medføre 35 for tidlig udmatningssammenbrud.

Andre normale stål urenheder, som kan være tilstede i små mængder, er bly, bismuth, tin, arsenik, antimon, zink og lignende.

DK 159556 B

12

Gaslagringscylindre fremstilles af stållegeri ngen ifølge den foreliggende opfindelse på en hvilken som helst effektiv måde, der er kendt i faget. Fagfolk på området for gaslagringscylinderfremsti11 ing er familiære med sådanne teknikker, og det er ikke nødvendigt at give yderli-5 gere beskrivelse af cylinderfremstillingen.

En ofte anvendt fremgangsmåde til cylinderfremsti11 ing medfører op-trækning af cylinderskallen. Denne teknik har, selv om den er meget effektiv såvel kommerciel som teknisk, en tendens til at forlænge 10 eventuelle defekter i cylinderens aksi ale retning. Da de største materi al espændi nger i belastede cylindre er ringspændinger i cylindervæggen, vil sådanne aksialt langstrakte defekter være orienteret på tværs af den største cylinderbelastning og derved maksimere dens skadelige effekt på cylinderens helhed. Det har vist sig, at højstyrkestållege-15 ringen ifølge den foreliggende opfindelse udviser overraskende ensartet retningsstyrke og duktilitet og udmærket tværgående sejhed, det vil sige, at stålet har en overraskende lav anisotropy. Denne lave anisotropy modvirker effektivt eventuelle tab af strukturfuldstændig-hed, som er fremkaldt ved forlængelsen af defekter. Denne egenskab for 20 stållegeringen ifølge opfindelsen forbedrer yderligere dens enestående egnethed som materiale til fremstilling af gaslagringscylindre.

For en mere detaljeret demonstation af fordelene ved cylinderne ifølge opfindelsen i forhold til konventionelle cylindre henvises til fig. 2, 25 3 og 4, hvori der sammenlignes materialeegenskaber ifølge opfindelsen med disse for konventionelle cylindre. I fig. 2, 3 og 4 er linierne A-F de bedst tilpassede kurver for data fra et antal cylinderforsøg.

En vilkårlig enkel cylinder kan have en specifik materialeegenskab, der er noget over eller under den vedkommende linie.

30

Idet der herefter henvises til fig. 2 repræsenterer linie A trækbrudstyrken ved rumtemperatur for stål1 egeringen ifølge opfindelsen som funktion af hærdetemperaturen, og linie B repræsenterer trækbrudstyrken ved rumtemperatur som funktion af hærdetemperaturen for DOT 4130X.

35 Trækbrudstyrken er vigtig, fordi en højere trækbrudstyrke for et mate riale og tilsvarende dimensioneret belastningsniveau vil medføre, at mindre materiale er nødvendig for en givet cylinderkonstruktion. Denne formindskelse i materialeforbruget er ikke alene i sig selv økonomisk fordelagtigt, men den formindskede vægt medfører en meget forbedret

DK 159556 B

13 cylindereffektivitet. Således som det ses af fig. 2, vil, for en givet varmebehandling, trækbrudstyrken for stållegeri ngen ifølge denne opfindelse være væsentligt større end den for DOT 4130X, der, som tidligere nævnt, er det sædvanlige materiale, som hidtil har været anvendt 5 ved fremstilling af gaslagringscylindre. Den forbedrede trækstyrke for stål legeri ngen ifølge opfindelsen optræder sammen med akceptabel brud-sejhed, således som vist i fig. 3. Dette er ikke tilfældet for DOT 4130X, som har en uakceptabel lav brudsejhed ved højere trækstyrker.

Da forbindelsen mellem trækbrudstyrke og hærdetemperatur for stållege-10 ringen ifølge opfindelsen har en lavere hældning end den for DOT 4130X, kan der endvidere anvendes et bredere hærdetemperaturområde for at opnå det ønskede trækbrudstyrkeområde for stål 1 egeri ngen ifølge opfindelsen, hvilket således giver større fremstil!ingsfleksibilitet.

15 Fig. 2 demonstrerer en anden fordel ved stål legeri ngen ifølge opfindelsen. Som det ses er siuttrækbrudstyrken ifølge opfindelsen ved hærdning ved ca. 593°C cirka den samme som trækbrudstyrken for DOT 4130X, når dette er hærdet ved kun ca. 482°C. Da stållegeringen ifølge opfindelsen kan varmebehandles til en givet styrke ved en højere hær-20 detemperatur end det er tilfældet for DOT 4130X, har stållegeringen ifølge opfindelsen en større styrke ved hævet temperatur, og har derfor en meget bedre ildbestandighed end DOT 4130X. Denne egenskab forbedrer den specielle egnethed af stållegeringen ifølge opfindelsen, som et materiale til fremstilling af gaslagringscylindre.

25

Den forbedrede ildbestandighed af stållegeringen ifølge opfindelsen i forhold til den for DOT 4130X er endvidere demonstreret under henvisning til tabel I, som angiver resultaterne af forsøg, der er udført med DOT 4130X hærdet ved ca. 482°C, og stållegeringen ifølge opfindel-30 sen hærdet ved ca. 579°C. Stænger af hvert stål med et nominelt tværsnit på 0,48 x 0,95 cm blev induktionsopvarmet ved den anførte temperatur i 15 minutter, og derefter blev trækstyrken for hver stang målt ved anvendes af et Instron servo-hydraulisk forsøgsudstyr. Resultaterne for stållegeringen ifølge opfindelsen (kolonne A) og for DOT 4130X 35 (kolonne B) er vist i tabel I. Således som det ses har stållegeringen ifølge opfindelsen en væsentlig forbedret ildbestandighed i forhold til den for DOT 4130X.

tarh , DK 159556 B

Temperatur Trækstyrke-A Trækstyrke-B Forøgelse _°C_N/m?_N/rnz_(%) 5 538°C 8,02 7,00 15 593°C 6,22 4,69 33 649°C 4,01 3,64 10 760°C 2,11 1,89 12 10

Idet der herefter henvises til fig. 3 repræsenterer linie C den tværgående brudsejhed ved rumtemperatur for stållegeri ngen ifølge opfindelsen som en funktion af trækbrudstyrken ved rumtemperatur, og linie D repræsenterer den tværgående brudsejhed ved rumtemperatur som funk-15 tion af trækbrudstyrken ved rumtemperatur for DOT 4130X. Brudsejheden er en vigtig parameter, da den er et mål for en cylinders evne til at bibeholde sin konstruktionsmæssige fuldstændighed, på trods af revner der er tilstede og som eventuelt er gjort værre under fremstillingen og af hakker, buler samt svejsebrændinger, der opstår under brug. Så-20 ledes som det ses i fig. 3 er den tværgående brudsejhed for stållege-ringen ifølge opfindelsen væsentligt større end den for DOT 4130X.

Brudsejhed er en væsentlig parameter af andre grunde. Det er, for trykbeholdere, ønskeligt at udvise lækage-før-brudopførsel. Det vil 25 sige, at hvis en trykbeholder skal svigte, skal den svigte gradvis, således at beholderens indhold under tryk kan slippe ud på en uskadelig måde i modsætning til et pludseligt katastrofalt sammenbrud, som kan være ekstremt farligt. I en cylinder kan eventuelle små revner i skallen, hvadenten de er tilstede oprindeligt eller bibragt under brug 30 vokse, når cylinderen gentagne gange genlades og eventuelt vil denne cykliske belastning af cylindervæggen forårsage at fejlen eller revnen når en kritisk størrelse, der vil få cylinderen til at svigte under påtrykt belastning. Sådanne fejl eller revner kan også vokse, hvis de er udsat for korrosivt påvirkende omgivelser, medens de er under tryk, 35 Den almindelig akcepterede standard for lækage-før-brudopførsel er, at cylinderen må bibeholde sin konstruktionsmæssige fuldstændighed ved tilstedeværelsen af en fejl, der går gennem væggen, og som også har en længde, som mindst er identisk med den dobbelte vægtykkelse. Et materiales brudsejhed bestemmer forholdet mellem de påtrykte belastnings-

DK 159556 B

15 niveauer og de kritiske revnestørrelser. Stål legeri ngen ifølge den foreliggende opfindelse har en brudsejhed på mindst 77 MPa Jm, fortrinsvis 93 MPa Jm ved en trækbrudstyrke på mindst 10,34 N/m2. Stål 1e-geringen ifølge opfindelsen har en forbedret brudsejhed i sammen!ig-5 ning med den for konventionelle cylinderfremstillingsmaterialer, og er 1 stand til at bibeholde en lækage- før-brudopførsel ved større revner eller fejl og ved større belastninger end der tilvejebringes i forbindelse med det konventionelle materiale. Denne evne er en yderligere indikation af den specielle egnethed af stål legeri ngen ifølge opfin- 10 delsen, som materiale til fremstilling af gaslagringscylindre.

En anden måde at demonstrere den forøgede sejhed af stållegeri ngen ifølge opfindelsen i forhold til den for DOT 4130X er ved dens Charpy påvirkningsmodstand. Sådanne data er vist i grafisk form i fig. 4.

15 Idet der herefter henvises til fig. 4 repræsenterer linie E Charpy påvirkningsmodstanden ved rumtemperatur for stål!egeri ngen ifølge opfindelsen som en funktion af trækbrudstyrken, og linie F repræsenterer Charpy påvirkningsmodstanden ved rumtemperatur som funktion af trækbrudstyrken for DOT 4130X. Som det ses af fig. 4, er Charpy påvirk-20 ningsmodstanden for stållegeringen ifølge opfindelsen væsentlig større end den for DOT 4130X.

Tabel II tabulerer og sammenligner parametre for cylinderen ifølge opfindelsen (kolonne A) og en sammenligneligt dimensioneret cylinder 25 ifølge DOT specifikation 3AA (kolonne B), når oxygen er den gas, der skal lagres. Oxygenvolumenent er beregnet ved ca. 21°C og ved atmosfæretryk.

TABEL II 30

A B

Maksimalt gastryk N/m2 0,2069 0,1820 02 gaskapacitet 35 m3 10,8 9,34 kg 14,32 12,38

Cylinder

Indvendig diameter cm 22,23 22,23 16

DK 159556 B

TABEL II fortsat A B _ 5 Vægtykkelse cm 0,51 0,51 Højde cm 139,7 139,7 Vægt kg 50,80 65,77

Maksimal anvendelsesspænding N/m2 4,69 3,05 10 Maksimal trækbrudstyrke N/m2 10,34 7,24

Effektivitet m302/kg cyl. 0,213 0,142

Som det fremgår af tabel II er gaslagringscylinderen ifølge den fore-15 liggende opfindelse en væsentlig forbedring i forhold til konventionelle cylindre. Gaslagringscylinderen ifølge den foreliggende opfindelse udviser navnlig en cylindereffektivitet på ca. 0,213 i sammenligning med 0,142 for den konventionelle cylinder. Dette er en forbedre! se af ydelsen på ca. 48%.

20

Stållegeri ngen ifølge den foreliggende opfindelse er ekstremt velegnet til brug ved fremstilling af gaslagringscylindre, der er beregnet til at lagre andre gasser end hydrogenbæregasser, det vil sige hydrogen, hydrogensulfid osv. Ved sådan anvendelse kan der nu fremstillet en 25 meget mere effektiv cylinder, end det hidtil har været muligt. Stål1e-geringen og gascylinderen, der er fremstillet deraf ifølge opfindelsen, udviser samtidigt betydeligt bedre brudsejhed ved højere trækbrudstyrker og tillige en forbedret ildbestandighed end nogen hidtil kendte stållegering. Denne kombination af egenskaber er yderst veleg-30 nede til gaslagringscylindre.

35

Claims (8)

1. Lavlegeret stål kendetegnet ved, at det består af: (a) fra 0,28 til 0,50 vægtprocent carbon, 5 (b) fra 0,6 til 0,9 vægtprocent mangan, (c) fra 0,15 til 0,35 vægtprocent silicium, (d) fra 0,8 til 1,1 vægtprocent chrom, (e) fra 0,15 til 0,25 vægtprocent molybden, (f) fra 0,005 til 0,05 vægtprocent aluminium, 10 (g) fra 0,04 til 0,10 vægtprocent vanadium, (h) ikke mere end 0,040 vægtprocent phosphor, (i) ikke mere end 0,015 vægtprocent svovl, (j) eventuelt kalcium i en koncentration på 0,3 til 3 gange koncentrationen af svovl, 15 (k) eventuelt sjældne jordarter i en koncentration på 2 til 4 gange koncentrationen af svovl, (l) eventuelt op til 0,012 vægtprocent nitrogen, (m) eventuelt op til 0,010 vægtprocent oxygen, (n) eventuelt op til 0,20 vægtprocent kobber, og 20 (o) den resterende del af jern bortset fra urenheder.

2. Stållegering ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den indeholder 0,30 til 0,42 og fortrinsvis 0,32 til 0,36 vægtprocent carbon.

3. Stållegering ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den inde holder 0,01 til 0,03 vægtprocent aluminium.

4. Stållegering ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den indeholder 0,07 til 0,10 vægtprocent vanadium. 30

5. Stållegering ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den indeholder mere end 0,025 vægtprocent phosphor.

6. Stållegering ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, 35 kendetegnet ved, at den har en trækbrudstyrke på mindst 10,34 N/m2 og en brudsejhed på mindst 77 MPa Jm.

7. Stållegering ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at den ikke indeholder mere end 0,010 vægt- DK 159556 B procent svovl.

8. Gaslagringscylinder der udviser lækage-før-brudopførsel, hvorhos en forøget cylindereffektivitet, trækbrudstyrke, brudsejhed og ildbestan-5 dighed er opnået, kendetegnet ved, at den omfatter en cylinderskal af et lavtiegeret stål, der består af: (a) fra 0,28 til 0,50 vægtprocent carbon, (b) fra 0,6 til 0,9 vægtprocent mangan, (c) fra 0,15 til 0,35 vægtprocent silicium, 10 (d) fra 0,8 til 1,1 vægtprocent chrom, (e) fra 0,15 til 0,25 vægtprocent molybden, (f) fra 0,005 til 0,05 vægtprocent aluminium, (g) fra 0,04 til 0,10 vægtprocent vanadium, (h) ikke mere end 0,040 vægtprocent phosphor, 15 (i) ikke mere end 0,015 vægtprocent svovl, (j) eventuelt kalcium i en koncentration på 0,3 til 3 gange koncentrationen af svovl, (k) eventuelt sjældne jordarter i en koncentration på 2 til 4 gange koncentrationen af svovl, 20 (1) eventuelt op til 0,012 vægtprocent nitrogen, (m) eventuelt op til 0,010 vægtprocent oxygen, (n) eventuelt op til 0,20 vægtprocent kobber, og (o) den resterende del af jern bortset fra urenheder. 25 30 35