EP0243663A2 - Druckgasbehälter aus einer austenitischen Stahllegierung - Google Patents
Druckgasbehälter aus einer austenitischen Stahllegierung Download PDFInfo
- Publication number
- EP0243663A2 EP0243663A2 EP87104162A EP87104162A EP0243663A2 EP 0243663 A2 EP0243663 A2 EP 0243663A2 EP 87104162 A EP87104162 A EP 87104162A EP 87104162 A EP87104162 A EP 87104162A EP 0243663 A2 EP0243663 A2 EP 0243663A2
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- containers
- container
- weight
- ultra
- steel alloy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 title claims description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 14
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000012611 container material Substances 0.000 abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 abstract 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 3
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 3
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000009172 bursting Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
- F17C2201/01—Shape
- F17C2201/0104—Shape cylindrical
- F17C2201/0109—Shape cylindrical with exteriorly curved end-piece
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
- F17C2201/05—Size
- F17C2201/058—Size portable (<30 l)
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
- F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
- F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
- F17C2203/0612—Wall structures
- F17C2203/0626—Multiple walls
- F17C2203/0629—Two walls
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
- F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
- F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
- F17C2203/0636—Metals
- F17C2203/0639—Steels
- F17C2203/0643—Stainless steels
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
- F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
- F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
- F17C2203/0636—Metals
- F17C2203/0648—Alloys or compositions of metals
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
- F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
- F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
- F17C2205/0323—Valves
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
- F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
- F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
- F17C2205/0323—Valves
- F17C2205/0329—Valves manually actuated
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
- F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
- F17C2205/0388—Arrangement of valves, regulators, filters
- F17C2205/0394—Arrangement of valves, regulators, filters in direct contact with the pressure vessel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2209/00—Vessel construction, in particular methods of manufacturing
- F17C2209/21—Shaping processes
- F17C2209/2172—Polishing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
- F17C2221/01—Pure fluids
- F17C2221/011—Oxygen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
- F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
- F17C2223/0107—Single phase
- F17C2223/0123—Single phase gaseous, e.g. CNG, GNC
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
- F17C2223/03—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
- F17C2223/036—Very high pressure (>80 bar)
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2260/00—Purposes of gas storage and gas handling
- F17C2260/01—Improving mechanical properties or manufacturing
- F17C2260/011—Improving strength
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2260/00—Purposes of gas storage and gas handling
- F17C2260/01—Improving mechanical properties or manufacturing
- F17C2260/012—Reducing weight
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2260/00—Purposes of gas storage and gas handling
- F17C2260/05—Improving chemical properties
- F17C2260/053—Reducing corrosion
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2270/00—Applications
- F17C2270/07—Applications for household use
- F17C2270/0781—Diving equipments
Definitions
- the invention relates to a pressurized gas container made of an austenitic steel alloy according to the preamble of claim 1, which is provided in particular for the storage of ultra-pure gases. is.
- the equipment and devices used to store and distribute ultra-pure gases which are increasingly used, for example, in the semiconductor industry, must meet very special requirements. So only materials may be used whose surfaces can be pretreated so that the composition of the. gases in contact with them are not changed. In particular, no surface particles may be released that would contaminate the gases in an inadmissible manner.
- All storage and distribution components for ultra-pure gases are therefore made of austenitic CrNi steels and their gas-side surface is polished electrolytically. Electrolytic polishing removes the surface layer that is particularly contaminated and disturbed by production and processing. Surface roughness is also leveled, reducing the effective surface in contact with the medium.
- the main problem is the extraordinarily low mechanical strength of the austenitic CrNi steels.
- austenitic CrNi steels when used in the usual way, have strength values that are three to four times lower are. For containers with the same capacity, this means a correspondingly greater material expenditure and a correspondingly higher weight.
- the weight-related storage capacity of conventional austenitic compressed gas containers is negligibly small. Their use for gas transport, e.g. as a compressed gas bottle, is therefore economically justifiable only in exceptional cases.
- the invention is therefore based on the object of creating a pressurized gas container for storing ultra-pure gases which, on the one hand, makes it possible for gas purity reasons to use the required CrNi steels as the container material, on the other hand makes the weight-related storage capacity of the container so large that it approximately corresponds to that of pressure containers made of conventional ferritic materials.
- cryogenic deformation of austenitic materials is known, for example from DE-OS 14.52 533 and DE-PS 26 54 702.
- Container materials suitable for the invention are, for example, the metastable steel grades 1.4301, 1.4306 and 1.4404 according to DIN 17 440, however with analytical tolerances that deviate from the norm.
- An essential prerequisite for carrying out the solidification process while simultaneously meeting the purity requirements and the associated surface treatment is that the materials used do not contain titanium and niobium (Ti + Nb below 0.02% by weight).
- the carbon and nickel content must be additionally limited in the manner specified.
- the prefabricated containers are deformed by applying a certain amount of pressure at low temperatures.
- the temperature must be below the. Martensite formation temperature Md. This is the temperature above which regardless of size there is no martensitic transformation due to mechanical deformation. Under these conditions, the material solidifies more than is the case with normal cold forming, because the structure is partly transformed into martensite. The degree of solidification corresponds to the amount of the transformed structure.
- the structural component converted into martensite increases with falling deformation temperature and increasing degree of deformation, the most favorable hardening conditions for the containers are achieved if the deformation process is carried out at a temperature which is significantly lower than Md. The most practical is if the deformation is below the Ms Temperature takes place. This is the temperature at which the martensite transformation of the structure begins even without simultaneous deformation. Only a relatively small amount of deformation, for example a degree of deformation below 12%, is then required in order to convert a sufficiently large proportion of the structure and to achieve the desired high strength.
- the Ms temperatures of the suitable metastable CrNi steels with the carbon and nickel contents according to the invention can be calculated using the known formulas from Eichelmann and Hull and are close to the temperature of the liquid nitrogen. It is therefore best to deform the prefabricated containers after they have been cooled by filling or immersing them in liquid nitrogen. Either liquid nitrogen itself or a gas that does not condense at this temperature, e.g. Helium.
- the height of the pressure to be applied depends on the container geometry and the desired material strength.
- a device for performing the method according to the invention is shown in the drawing.
- the prefabricated container 1 is located in an insulated cryogenic container 2, which is filled with liquid nitrogen 3. Gaseous helium is drawn off from a storage container 4, brought to the desired deformation pressure by means of the compressor 5 and introduced through the line 6 into the interior of the prefabricated container. The deformation pressure is checked with the manometer 7.
- the following table contains the characteristic data of test containers produced according to the invention from a cylindrical tube and two welded hemispherical bases made of modified material 1.4301 and, in comparison, the corresponding values of a container manufactured according to conventional methods.
- this process expediently takes place with the raw container which has not yet been cryoformed.
- the container material still has a homogeneous, austenitic structure, the polishability of which is not impaired by the simultaneous presence of austenitic and martensitic structural components.
- This surface condition remains essentially unchanged in the subsequent solidification process, because the deformation of the raw container, as described, takes place at a low temperature, so that despite a high increase in strength, the overall deformation of the container material and thus also that of the electrolytically polished surface remains small.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
- Pens And Brushes (AREA)
- Pressure Vessels And Lids Thereof (AREA)
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Druckgasbehälter aus einer austenitischen Stahllegierung nach dem Oberbegriff des Anspruches.1, der insbesondere für die Speicherung ultrareiner Gase vorgesehen. ist. Die zur Speicherung und Verteilung von ultrareinen Gasen, die in zunehmendem Maße z.B. in der Halbleiterindustrie verwendet werden, eingesetzten Einrichtungen und Geräte müssen ganz besondere Anforderungen erfüllen. So dürfen nur Materialien verwendet werden, deren Oberflächen so vorbehandelt werden können, daß sich die Zusammensetzung der mit. ihnen in Berührung kommenden Gase nicht verändert. Insbesondere dürfen keine Oberflächenpartikel abgegeben werden, welche die Gase in unzulässiger Weise verunreinigen würden.
- Diese Voraussetzungen sind mit den herkömmlichen ferritischen Werkstoffen nicht mehr erfüllbar. Alle Speicher-und Verteilungskomponenten für ultrareine Gase werden daher aus austenitischen CrNi-Stählen hergestellt und ihre gasseitige Oberfläche wird elektrolytisah poliert. Durch das elektrolytische Polieren wird die durch die Herstellung und Verarbeitung besonders verunreinigte und gestörte Oberflächenschicht abgetragen. Außerdem werden Oberflächenrauhigkeiten eingeebnet und somit die effektive mediumberührte Oberfläche verringert.
- Während diese Technik bei Transport- und Speicherbehältern für tiefkalte verflüssigte Gase bereits weitgehend eingeführt ist, bestehen große, bisher nicht gelöste Schwierigkeiten bei der Übertragung dieser Maßnahmen auf Druckgasbehälter für komprimierte ultrareine Gase.
- Das Hauptproblem stellt die außerordentlich geringe mechanische Festigkeit der austenitischen CrNi-Stähle dar. Im Vergleich zu den üblichen ferritischen Druckbehälterwerkstoffen haben austenitische CrNi-Stähle, wenn sie in der gängigen Weise eingesetzt werden,-Festigkeitskenn- werte, die um den Faktor 3 bis 4 geringer sind. Für Behälter mit gleicher Kapazität bedeutet dies einen entsprechend größeren Materialaufwand und ein entsprechend höheres Gewicht. Dadurch wird die gewichtsbezogene Speicherkapazität herkömmlicher austenitischer Druckgasbehälter verschwindend klein. Ihre Verwendung für den Gastransport, z.B. als Druckgasflasche, ist deshalb nur in Ausnahmefällen wirtschaftlich vertretbar.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,einen Druckgasbehälter - - für die Speicherung ultrareiner Gase zu schaffen, welcher es einerseits ermöglicht, die aus Gründen der Gasreinheit erforderlichen CrNi-Stähle als Behältermaterial zu verwenden, andererseits die gewichtsbezogene Speicherkapazität der Behälter so groß macht, daß sie annähernd der von Druckbehältern aus üblichen ferritischen Werkstoffen entspricht.
- Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 berücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.
- Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch angegeben.
- Die Kryoverformung austenitischer Werkstoffe, auch zur Herstellung von Druckbehältern, ist bekannt, beispielsweise aus der DE-OS 14.52 533 und der DE-PS 26 54 702. Für die Erfindung geeigneteBehälterwerkstoffe sind beispielsweise die metastabilen Stahlgualitäten 1.4301, 1.4306 und 1.4404 nach DIN 17 440, jedoch mit von der Norm abweichenden Analysentoleranzen. Eine wesentliche Voraussetzung für die Durchführung des Verfestigungsprozesses bei gleichzeitiger Erfüllung der Reinheitsanforderungen und der damit zusammenhängenden Oberflächenbehandlung ist nämlich, daß die verwendeten Werkstoffe kein Titan und Niob enthalten (Ti + Nb unter 0,02 Gew.%). Außerdem muß der Kohlenstoff- und Nickelgehalt in der angegebenen Weise zusätzlich eingeschränkt werden.
- Um die Druckgasbehälter auf die gewünschte hohe Festigkeit zu bringen, werden die vorgefertigten Behälter durch Aufbringen von Innendruck um einen bestimmten Betrag bei tiefen Temperaturen verformt. Die Temperatur muß unterhalb der. Martensitbildungstemperatur Md liegen. Dies ist die Temperatur, oberhalb der unabhängig von der Größe der mechanischen Verformung keine martensitische Umwandlung stattfindet. Unter diesen Bedingungen verfestigt sich das Material stärker, als dies bei normaler Kaltverformung der Fall ist, weil sich das Gefüge zu einem Teil in Martensit umwandelt. Der Grad der Verfestigung entspricht dabei der Menge des umgewandelten Gefüges.
- Da der in Martensit umgewandelte Gefügeanteil mit sinkender Verformungstemperatur und steigendem Verformungsgrad zunimmt, erreicht man die günstigsten Verfestigungsbedingungen für die Behälter, wenn der Verformungsprozeß bei einer Temperatur durchgeführt wird, die deutlich unter Md liegt- Am xweckmäBigsten ist es, wenn die Verformmg unterhalb der Ms-Temperatur stattfindet. Dies ist die Temperatur, bei der die Martensitumwandlung des Gefüges auch ohne gleichzeitige Verformung einsetzt. Es ist dann nur eine relativ geringe Verformung, beispielsweise ein Verformungsgrad unter 12%, erforderlich, um einen ausreichend großen Anteil des Gefüges umzuwandeln und die gewünschtehohe Festigkeit zu erreichen.
- Die Ms-Temperaturen der geeigneten metastabilen CrNi-Stähle mit den erfindungsgemäßen Gehalten an Kohlenstoff und Nickel lassen sich durch die bekannten Formeln von Eichelmann und Hull berechnen und liegen in der Nähe der Temperatur des flüssigen Stickstoffs. Daher erfolgt die Verformung der vorgefertigten Behälter am zweckmäßigsten, sie durch Befüllen oder Eintauchen in flüssigen Stickstoff abgekühlt worden sind. Als Medium zur Erzeugung des für die Verformmg erforderlichen Innendrucks kamm emtweder flüssiger Stickstoff selbst oder ein bei dieser Temperatur micht kondensierendes Gas, z.B. Helium, verwendet werdem. Die Höhe des anzuwendenden Druckes richtet sich mach der Behältergeonetrie und der angestrebten Materialfestigkeit.
- Eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Zeichnung dargestellt.
- Der vorgefertigte Behälter 1 befindet sich in einen isolierten Kryobehälter 2, welcher mit flüssigem Stickstoff 3 gefüllt ist. Aus einem Vorratsbehälter 4 wird gasförmiges Helium abgezogen, mittels des Kompressors 5 auf den gewünschten Verformungsdruck gebracht und durch die Leitung 6 in das Innere des vorgefertigten Behälters eingeführt. Der Verformungsdruck wird mit dem Manometer 7 kontrolliert.
-
- Dm: mittlerer zylindrischer Durchmesser(mm)
- p: Innendruck .(bar)
- s: zylindrische Wanddicke (mm)
- Die sich nach dieser Formel beim Kryoverformen einstellende Spannung entsprich der erzielten Materialfestigkeit Rp (Kryo) (Streckgrenze bei der Verformungstemperatur) . Wie Versuche mit entsprechend hergestellten Behältern ergeben haben, ist diese wiederum mit der Zerreißfestigkeit des Material bei Umgebungstempeatur Rm (RT) gleichzusetzen, da sich herausgestellt hat, daß der Berstdruck der durch Kryoverformung hergestellten Behälter in guter Übereinstimmung mit dem bei der Kryoverfestigung angewendeten Druck steht. Bei Kenntnis dieser Zusammenhänge ist es möglich, die herzustellendem Behälter ihren betrieblichen Erfordernissen entsprechend auszulegen und in der beschriebenen Weise zu verfestigen.
- Die folgende Tabelle enthält als Beispiel die Kenndaten von erfindungsgemäß aus einem zylindrischen Rohr und zwei angeschweißten Halbkugelböden aus modifiziertem Werkstoff 1.4301 hergestellten Versuchsbehältern und im Vergleich dazu die entsprechenden Werte eines nach herkömmlichen Verfahren gefertigten Behälters.
- Wie eingangs dargestellt, ist es unbedingt erforderlich, die Innenoberflächen der Druckgasbehälter elektrolytisch zu polieren. Dieser Prozeß kann sowohl vor als auch nach der Kryoverformung durchgeführt werden.
- Um ein optimales Polierergebnis zu erzielen, findet dieser Prozeß jedoch zweckmäßigerweise mit dem noch nicht kryoverformten Rohbehälter statt. In diesem Zustand besitzt der Behälterwerkstoff noch ein homogenes, austenitisches Gefüge, dessen Polierbarkeit durch das gleichzeitige Vorliegen austenitischer und martensitischer Gefügebestandteile nicht beeinträchtigt ist.
- Dieser Oberflächenzustand bleibt auch bei dem anschließenden Verfestigungsprozeß im wesentlichen erhalten, weil die Verformung des Rohbehälters, wie beschrieben, bei tiefer Temperatur erfolgt, so daß trotz hoher Festigkeitssteigerung die Gesamtverformung des Behälterwerkstoffes und damit auch die der elektrolytisch polierten Oberfläche gering bleibt.
Claims (2)
dadurch gekennzeichnet,
daß die austenitische Stahllegierung ein metastabiler CrNi-Stahl ist, der einen Titan- und Niobgehalt von zusammen gleich oder kleiner 0,02 Gew.% und einen Kohlenstoffgehalt von gleich oder kleiner 0,045 Gew.% besitzt, wobei bei Nickelgehalten bis 9,5 Gew% der Kohlenstoffgehalt zwischen 0,03 und 0,045 Gew.% liegt und bei Nickelgehalten zwischen.9,5 und 10,0 Gew.% der Kohlenstoffgehalt unter 0,03 Gew.% liegt.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rohbehälter vor der Kryoverformung elektrolytisch poliert wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
AT87104162T ATE75641T1 (de) | 1986-04-26 | 1987-03-20 | Druckgasbehaelter aus einer austenitischen stahllegierung. |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863614290 DE3614290A1 (de) | 1986-04-26 | 1986-04-26 | Druckgasbehaelter aus einer austenitischen stahllegierung |
DE3614290 | 1986-04-26 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP0243663A2 true EP0243663A2 (de) | 1987-11-04 |
EP0243663A3 EP0243663A3 (en) | 1988-11-30 |
EP0243663B1 EP0243663B1 (de) | 1992-05-06 |
Family
ID=6299672
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP87104162A Expired - Lifetime EP0243663B1 (de) | 1986-04-26 | 1987-03-20 | Druckgasbehälter aus einer austenitischen Stahllegierung |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4772337A (de) |
EP (1) | EP0243663B1 (de) |
JP (1) | JPS62278249A (de) |
AT (1) | ATE75641T1 (de) |
DE (1) | DE3614290A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0840054A2 (de) * | 1996-11-04 | 1998-05-06 | Messer Griesheim Gmbh | Verbundbehälter für Gase |
WO2012175499A3 (de) * | 2011-06-22 | 2013-02-21 | Mt Aerospace Ag | Druckbehälter zum aufnehmen und speichern von kryogenen fluiden, insbesondere von kryogenen flüssigkeiten, und verfahren zu dessen herstellung sowie dessen verwendung |
EP2865612A1 (de) | 2013-10-22 | 2015-04-29 | Reemtsma Cigarettenfabriken GmbH | Verpackung für Tabakprodukte oder tabakverwandte Waren oder Rauchvorrichtungen und dessen Verwendung |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3726960A1 (de) * | 1987-08-13 | 1989-02-23 | Messer Griesheim Gmbh | Verfahren zur herstellung eines druckgasbehaelters aus austenitischen staehlen durch kryoverformung |
DE3736579C3 (de) * | 1987-10-26 | 1996-10-17 | Mannesmann Ag | Druckbehälter zur Speicherung von Gasen hoher Reinheit |
US5085745A (en) * | 1990-11-07 | 1992-02-04 | Liquid Carbonic Corporation | Method for treating carbon steel cylinder |
DE4114301A1 (de) * | 1991-05-02 | 1992-11-05 | Messer Griesheim Gmbh | Verfahren zur martensitischen umwandlung von metastabilem austenit, insbesondere bei der herstellung von druckgasbehaeltern aus metastabilem austenit |
US5259935A (en) * | 1991-05-03 | 1993-11-09 | The Boc Group, Inc. | Stainless steel surface passivation treatment |
DE19711844B4 (de) * | 1997-03-21 | 2005-06-02 | Metall-Spezialrohr Gmbh | Verfahren zum Herstellen eines Druckgasbehälters |
DE19934851A1 (de) * | 1999-07-24 | 2001-02-01 | Messer Griesheim Gmbh | Taucherflasche und Verfahren für deren Herstellung |
WO2002065015A2 (en) * | 2001-02-13 | 2002-08-22 | African Oxygen Limited | Transportation of liquefiable petroleum gas |
DE10239372B3 (de) * | 2002-08-28 | 2004-03-11 | Mq Engineering Gmbh | Verfahren zur Herstellung von Umformteilen |
US20040188272A1 (en) * | 2003-03-25 | 2004-09-30 | Blanks Jeremy Daniel | Method for reducing degradation of reactive compounds during transport |
EP1985388B1 (de) * | 2008-08-06 | 2010-03-24 | Witzenmann GmbH | Hochdruckfester Metallbalg und Verfahren zum Herstellen eines solchen |
DE102011105426B4 (de) | 2011-06-22 | 2013-03-28 | Mt Aerospace Ag | Druckbehälter zum Aufnehmen und Speichern von kryogenen Fluiden, insbesondere von kryogenen Flüssigkeiten, und Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwendung |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1093394B (de) * | 1956-08-16 | 1960-11-24 | Mannesmann Ag | Verfahren zum Herstellen von Walzerzeugnissen aus stabilaustenitischen Chrom-Nickel-Staehlen |
DE1452533A1 (de) * | 1962-03-28 | 1969-02-20 | Arde Portland Inc | Verfahren zur Herstellung von Druckbehaeltern mit hoher Zugfestigkeit und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens |
DE2654702B2 (de) * | 1975-12-03 | 1979-08-16 | Union Carbide Corp., New York, N.Y. (V.St.A.) | Verfahren zum Verbessern der Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften einer austenitischen Stahllegierung |
GB2147840A (en) * | 1983-10-10 | 1985-05-22 | Sodastream Ltd | Manufacture of metal containers |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB622713A (en) * | 1947-03-21 | 1949-05-05 | Electro Metallurg Co | Improvements in stainless steels |
US3255051A (en) * | 1962-07-25 | 1966-06-07 | Aerojet General Co | Method for strengthening iron base alloys |
US3258370A (en) * | 1964-07-27 | 1966-06-28 | Int Nickel Co | High strength, notch ductile stainless steel products |
US3919061A (en) * | 1973-12-13 | 1975-11-11 | John F Jumer | Polishing large cylindrical vessels or tanks with closed ends |
JPS592740B2 (ja) * | 1980-01-14 | 1984-01-20 | 新日本製鐵株式会社 | 耐食・耐高温使用中脆化特性に優れた化学容器 |
-
1986
- 1986-04-26 DE DE19863614290 patent/DE3614290A1/de active Granted
-
1987
- 1987-03-20 EP EP87104162A patent/EP0243663B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1987-03-20 AT AT87104162T patent/ATE75641T1/de not_active IP Right Cessation
- 1987-04-10 US US07/037,018 patent/US4772337A/en not_active Expired - Lifetime
- 1987-04-24 JP JP62100193A patent/JPS62278249A/ja active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1093394B (de) * | 1956-08-16 | 1960-11-24 | Mannesmann Ag | Verfahren zum Herstellen von Walzerzeugnissen aus stabilaustenitischen Chrom-Nickel-Staehlen |
DE1452533A1 (de) * | 1962-03-28 | 1969-02-20 | Arde Portland Inc | Verfahren zur Herstellung von Druckbehaeltern mit hoher Zugfestigkeit und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens |
DE2654702B2 (de) * | 1975-12-03 | 1979-08-16 | Union Carbide Corp., New York, N.Y. (V.St.A.) | Verfahren zum Verbessern der Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften einer austenitischen Stahllegierung |
GB2147840A (en) * | 1983-10-10 | 1985-05-22 | Sodastream Ltd | Manufacture of metal containers |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0840054A2 (de) * | 1996-11-04 | 1998-05-06 | Messer Griesheim Gmbh | Verbundbehälter für Gase |
EP0840054A3 (de) * | 1996-11-04 | 1998-11-04 | Messer Griesheim Gmbh | Verbundbehälter für Gase |
WO2012175499A3 (de) * | 2011-06-22 | 2013-02-21 | Mt Aerospace Ag | Druckbehälter zum aufnehmen und speichern von kryogenen fluiden, insbesondere von kryogenen flüssigkeiten, und verfahren zu dessen herstellung sowie dessen verwendung |
EP2865612A1 (de) | 2013-10-22 | 2015-04-29 | Reemtsma Cigarettenfabriken GmbH | Verpackung für Tabakprodukte oder tabakverwandte Waren oder Rauchvorrichtungen und dessen Verwendung |
US10287090B2 (en) | 2013-10-22 | 2019-05-14 | Reemtsma Cigarettenfabriken Gmbh | Package for tobacco products or tobacco related commodities or smoking devices and use thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0243663B1 (de) | 1992-05-06 |
US4772337A (en) | 1988-09-20 |
DE3614290A1 (de) | 1987-10-29 |
ATE75641T1 (de) | 1992-05-15 |
JPS62278249A (ja) | 1987-12-03 |
EP0243663A3 (en) | 1988-11-30 |
DE3614290C2 (de) | 1988-05-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3614290C2 (de) | ||
EP0256450B1 (de) | Pulvermetallurgisches Verfahren zur Herstellung eines grünen Presskörpers hoher Festigkeit und niedriger relativer Dichte aus einer warmfesten Aluminiumlegierung | |
DE3242607A1 (de) | Superlegierungsmaterial auf nickelbasis, sowie verfahren zur herstellung | |
DE2413977B2 (de) | Verfahren zum traenken eines poroesen koerpers mit einem traenkmetall | |
DE2853575B2 (de) | Verfahren zum pulvermetallurgischen Herstellen von Legierungskörpern aus hydrierten Metallpulverchargen | |
EP1076794B1 (de) | Verfahren zum speichern von tiefsiedenden permanenten gasen oder gasgemischen in druckbehältern | |
DE3237761C2 (de) | Verfahren zum Herstellen eines Druckbehälters in Verbundbauweise | |
EP0303840A2 (de) | Ventilmuffe zur Aufnahme des Gasflaschenventils von Druckgasbehältern aus hochlegierten Chrom-Nickelstählen | |
DE2435463A1 (de) | Hochdruckgefaess und verfahren zu seiner herstellung | |
WO2010127668A2 (de) | Pulvermetallurgisches verfahren zur herstellung von metallschaum | |
EP0303016B1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Druckgasbehälters aus austenitischen Stählen durch Kryoverformung | |
EP0660029A1 (de) | Verfahren zum Transport von Acetylen | |
EP0840054B1 (de) | Verbundbehälter für Gase | |
DE4012163A1 (de) | Verfahren zur herstellung von hohlkoerpern aus tantal | |
EP0632923B1 (de) | Im wesentlichen sphärische partikel aus lithiumsilikaten mit verbesserten mechanischen eigenschaften und verbesserter oberflächenbeschaffenheit | |
DE962291C (de) | Verfahren zum Herstellen von federnden Koerpern aus elastischen organischen Stoffen | |
DE3608563C2 (de) | ||
DE2512552A1 (de) | Verfahren zur abtrennung von uran, plutonium und deren verbindungen | |
DE3844164C2 (de) | ||
EP0246557A1 (de) | Innenoberfläche einer Gasflasche und Verfahren zu deren Herstellung | |
DE2643440C3 (de) | Imprägnier- und Nachformierverfahren zur getakteten Herstellung von Elektrolytkondensatoren | |
EP1206662B1 (de) | Taucherflasche und verfahren für deren herstellung | |
DE2547269A1 (de) | Verfahren zum herstellen eines metallgussteiles | |
EP0813024A2 (de) | Verfahren zum Befüllen einer Druckgasflasche mit Ethen | |
DE846526C (de) | Verfahren zum UEberziehen nichtmetallischer Werkstoffe |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A2 Designated state(s): AT CH FR GB LI NL |
|
PUAL | Search report despatched |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009013 |
|
RHK1 | Main classification (correction) |
Ipc: B21D 51/24 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A3 Designated state(s): AT CH FR GB LI NL |
|
17P | Request for examination filed |
Effective date: 19890309 |
|
17Q | First examination report despatched |
Effective date: 19900730 |
|
GRAA | (expected) grant |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: B1 Designated state(s): AT CH FR GB LI NL |
|
REF | Corresponds to: |
Ref document number: 75641 Country of ref document: AT Date of ref document: 19920515 Kind code of ref document: T |
|
ET | Fr: translation filed | ||
GBT | Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977) | ||
PLBE | No opposition filed within time limit |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: LI Effective date: 19930331 Ref country code: CH Effective date: 19930331 |
|
26N | No opposition filed | ||
REG | Reference to a national code |
Ref country code: CH Ref legal event code: PL |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: GB Ref legal event code: IF02 |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: FR Payment date: 20040309 Year of fee payment: 18 |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: NL Payment date: 20040310 Year of fee payment: 18 |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: AT Payment date: 20040311 Year of fee payment: 18 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: AT Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20050320 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: NL Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20051001 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: FR Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20051130 |
|
NLV4 | Nl: lapsed or anulled due to non-payment of the annual fee |
Effective date: 20051001 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: FR Ref legal event code: ST Effective date: 20051130 |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: GB Payment date: 20060213 Year of fee payment: 20 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: GB Free format text: LAPSE BECAUSE OF EXPIRATION OF PROTECTION Effective date: 20070319 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: GB Ref legal event code: PE20 |