EP3096067A1 - Verfahren zur oberflächenbehandlung einer gasflasche - Google Patents

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EP3096067A1
EP3096067A1 EP16169697.6A EP16169697A EP3096067A1 EP 3096067 A1 EP3096067 A1 EP 3096067A1 EP 16169697 A EP16169697 A EP 16169697A EP 3096067 A1 EP3096067 A1 EP 3096067A1
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Hendrik Fritzsche
Hans Jürgen Werner
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Schmitt Prof Mohlmann & Collegen Wirtschaftskanzlei Insolvenzverwalter AG
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Definitions

  • the invention relates to a method for surface treatment of a lightweight gas cylinder from a dual-phase steel, in which the gas cylinder is blasted to a minimum weigth of 30 microns, then powder coated with paint and finally heat treated in an oven at a temperature of 150 ° C to 250 ° C. becomes.
  • the invention further relates to gas bottles produced by this process.
  • Liquid gas cylinders in particular propane gas bottles are widely used for commercial and private purposes, especially for the operation of grill stations. These are portable, refillable, welded steel cylinders, which have to withstand a test pressure of 30 bar and, for example, have a diameter of 300 mm with a capacity of, for example, 12.5 to 27.2 I. Such gas cylinders are on as ownership and rental bottles the market, are often refillable and require regular maintenance and testing for safety of use.
  • the weight of the gas bottle makes up a significant part of the total weight. This has a disadvantageous effect on the handling and transportability.
  • Dual-phase steel or DP steel are steels whose microstructure consists of a ferritic matrix in which a predominantly martensitic second phase is incorporated.
  • the ferritic matrix is rather soft, the martensitic second phase with a content of, for example, about 20% brings about an increased tensile strength.
  • DP steels are significantly stronger than conventional steels and thus allow the use of thinner sheets without loss of strength in various applications, for example in the automotive industry, but also in the production of gas cylinders.
  • Dual phase steels are available, for example, from the companies ThyssenKrupp and ArcelorMittal under the name DP 600.
  • Conventional gas cylinders are made, for example, from P 310 sheet steel with a thickness of 2.3 mm.
  • sheets of 1.6 mm can be used, which results in a weight saving of around 30%.
  • Gas cylinders are made from appropriately cut sheets by cold forming (deep drawing).
  • the DP steel has the advantage of a very good cold workability with solidification and improvement of the mechanical properties that are important for the gas cylinder. In particular, the yield point is improved compared to the starting steel.
  • Gas cylinders must be protected against corrosion especially on their outer side and are therefore usually painted. The painting must be sufficient to withstand a standardized salt spray test over 480 hours (corrosion protection category C4). For gas cylinders made of DP steel, however, a higher stability is required in the salt spray test over 720 h. This is not with a simple coating, as used for standard gas bottles (polyester paint coating) not represented. As a rule, this requires a higher layer thickness of the coating or even a multilayer structure.
  • the object of the invention is therefore to provide a surface treatment process, can be permanently and corrosion resistant coated with the manufactured from dual-phase steel LPG bottles.
  • Powder coatings are used in particular for the coating of coatings.
  • the inventive method for surface treatment and compensation of lightweight gas cylinders from dual-phase steel includes in a first step, the roughening of the surface.
  • a minimum roughness of 30 microns, preferably 40 microns must be achieved to allow a durable coating that meets the required salt spray test.
  • a blasting method with coarse-grained steel particles (GK-rays) is used, which detects all coming into contact with the paint parts of the bottle.
  • At least one lacquer layer is applied, preferably at least two.
  • the application of a primer and then a topcoat has proven successful.
  • the primer in particular an epoxy powder coating in question, which has a compared to polyester powder coating significantly improved adhesion.
  • the epoxy powder coating is first gelled at elevated temperature before the topcoat layer is then applied.
  • the topcoat is preferably a polyester powder coating.
  • the two paint layers are then subjected to a heat treatment at 150 C to 200 ° C, wherein it is important that the object (the gas cylinder) reaches this temperature.
  • this thermal treatment takes place at a temperature of 170 ° C to 220 ° C for 15 to 30 minutes and in particular at about 180 ° C for 20 minutes. At this temperature setting, the solidification effect has also been shown for the steel jacket of the gas cylinder.
  • the layer thickness is in particular 120 to 180 ⁇ m, for two lacquer layers 40 to 60 ⁇ m for the primer, 50 to 100 ⁇ m for the cover layer.
  • the invention further relates to a lightweight dual-phase steel gas cylinder having a corrosion protection coating as described above.
  • this anticorrosive coating is applied to a roughened surface with a minimum weigth of 30 microns, preferably 40 microns, at least one coating layer.
  • the gas cylinder preferably has a primer and a cover layer, the primer consisting of an epoxy lacquer layer and the cover layer being a polyester lacquer layer. Due to the heat treatment of the powder-coated lightweight gas cylinder, there is a further increase in strength of the DP steel used for the gas cylinder.
  • the dome for the upper part is transported in a hole tool and prepared for the determination of the valve device.
  • a fit for the plastic cap and for the neck ring is formed in the upper part.
  • the drawing oil is washed down from the calotte.
  • a threaded sleeve is welded on and internally equipped with a kronic thread to receive the valve. Possibly. becomes a steel collar and steel handles are welded on, as far as a plastic collar is used for valve safety. In this case, the handles can be integrated in the plastic collar.
  • the bottle blanks are blasted to a minimum roughness of about 40 microns.
  • a GK process is used, which works with steel particles.
  • the pressure resistance of the gas cylinder preferably with air, is tested up to a pressure of 30 bar.
  • a conventional powder coating method is used, in which initially an epoxide powder layer is applied to the gas cylinders. This powder layer is gelled in an oven at a relatively low temperature to improve the application and adhesion of a topcoat layer.
  • a polyester powder layer is applied for the topcoat. Both layers of paint are then crosslinked in an oven at a temperature of 180 ° C (object temperature) for about 20 minutes.
  • the DP 600 material undergoes a further increase in firmness via so-called bake hardening.
  • the gas cylinders are completed with a plastic collar, a valve, the safety sticker, if necessary a screen imprint with customer logo and a print on the dead weight and date of manufacture.
  • this example method may be deviated from.
  • gas bottles with only one coat or more than 2 layers of paint are possible.
  • only one coat of lacquer is needed, it is preferably an epoxy coating.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenvergütung einer Leichtbau-Gasflasche aus einem Dualphasenstahl, bei dem die Gasflasche auf eine Mindestrautiefe von 30 µm gestrahlt wird, danach mit Lack pulverbeschichtet wird und schließlich in einem Ofen bei einer Temperatur von 150 bis 250°C wärmebehandelt wird, sowie eine danach hergestellte Gasflasche.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Leichtbau-Gasflasche aus einem Dualphasenstahl, bei dem die Gasflasche auf eine Mindestrautiefe von 30 µm gestrahlt wird, danach mit Lack pulverbeschichtet wird und schließlich in einem Ofen bei einer Temperatur von 150°C bis 250°C wärmebehandelt wird.
  • Die Erfindung betrifft ferner nach diesem Verfahren hergestellte Gasflaschen.
  • Flüssiggasflaschen, insbesondere Propangasflaschen werden vielfältig für gewerbliche und private Zwecke eingesetzt, insbesondere auch für den Betrieb von Grillstationen. Es handelt sich um ortsveränderliche, wiederbefüllbare, geschweißte Stahlflaschen, die einem Prüfdruck von 30 bar standhalten müssen und beispielsweise einen Durchmesser von 300 mm aufweisen bei einem Fassungsvolumen von beispielsweise 12,5 bis 27,2 I. Derartige Gasflaschen sind als Eigentums- und Leihflaschen auf dem Markt, sind vielfach wiederbefüllbar und bedürfen einer regelmäßigen Wartung und Prüfung auf Gebrauchssicherheit.
  • Insbesondere bei kleineren Füllvolumina macht das Eigengewicht der Gasflasche einen erheblichen Teil des Gesamtgewichts aus. Dies wirkt sich nachteilig auf die Handhabbarkeit und Transportierbarkeit aus.
  • Zur Verminderung des Eigengewichts der Flüssiggasflaschen wurden eine Reihe von Maßnahmen getroffen. So wurden beispielsweise die Ventilschutzkragen auf Kunststoff umgestellt. Gleichzeitig wurden die metallenen Haltegriffe in den Kunststoffkragen integriert. Der Großteil des Eigengewichts ergibt sich aber aus dem Metallkörper der Gasflasche selbst.
  • Hier schafft eine neue Stahlqualität Abhilfe, der sogenannte Dualphasenstahl. Als Dualphasenstahl oder DP-Stahl werden Stähle bezeichnet, deren Gefüge aus einer ferritischen Matrix besteht, in die eine überwiegend martensitische Zweitphase eingelagert ist. Die ferritische Matrix ist eher weich, die martensitische Zweitphase mit einem Anteil von beispielsweise etwa 20% bringt eine gesteigerte Zugfestigkeit mit sich. DP-Stähle sind erheblich fester als herkömmliche Stähle und erlauben damit bei verschiedenen Einsatzzwecken, beispielsweise im Automobilbau, aber auch bei der Herstellung von Gasflaschen, die Verwendung von dünneren Blechen ohne Festigkeitsverlust.
  • Dualphasenstähle sind beispielsweise von den Firmen ThyssenKrupp und ArcelorMittal unter der Bezeichnung DP 600 erhältlich.
  • Herkömmliche Gasflaschen werden beispielsweise aus Stahlblechen der Qualität P 310 mit einer Dicke von 2,3 mm hergestellt. Für die Gasflaschen aus DP 600-Stahl können Bleche von 1,6 mm verwandt werden, was eine Gewichtsersparnis von rund 30% mit sich bringt.
  • Gasflaschen werden aus entsprechend zugeschnittenen Blechen durch Kaltumformung (Tiefziehen) hergestellt. Der DP-Stahl hat den Vorteil einer sehr guten Kaltverformbarkeit unter Verfestigung und Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, die für die Gasflasche wichtig sind. Insbesondere ist gegenüber dem Ausgangsstahl die Streckegrenze verbessert.
  • Gasflaschen müssen insbesondere an ihrer Außenseite gegen Korrosion geschützt werden und werden daher in der Regel lackiert. Die Lackierung muss ausreichen, einen genormten Salzsprühtest über 480 h Stand zu halten (Korrosionsschutz Kategorie C4). Für aus DP-Stahl gefertigte Gasflaschen wird allerdings eine darüber hinausgehende Standfestigkeit im Salzsprühtest über 720 h verlangt. Dies ist mit einer einfachen Beschichtung, wie sie für Standardgasflaschen verwandt wird (Polyesterlackbeschichtung) nicht darstellbar. In der Regel erfordert dies eine höhere Schichtdicke der Lackierung oder gar einen mehrschichtigen Aufbau.
  • Der Korrosion ist auch insoweit problematisch, als auf den sehr glatten DP-Stahloberflächen die herkömmlichen Lacke schlecht haften. Auch diesem Sachverhalt muss Rechnung getragen werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist damit die Bereitstellung eines Oberflächenbehandlungsverfahrens, mit dem aus Dualphasenstahl gefertigte Flüssiggasflaschen dauerhaft und korrosionsfest beschichtet werden können.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine entsprechend gefertigte Flüssiggasflasche ist Gegenstand des Anspruchs 8. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Für die Lackbeschichtung werden insbesondere Pulverlacke verwandt.
  • In der Praxis hat sich gezeigt, dass das Beschichtungsverfahren mit einer finalen Wärmebehandlung zu einem auch hinsichtlich der Stahlqualität weiter verbesserten Produkt führt. Messungen haben ergeben, dass eine Wärmebehandlung im Bereich von 150 bis 250°C (Objekttemperatur) über eine definierte Zeit die mechanische Festigkeit des verwandten Stahls weiter verbessert. Insbesondere bei der Stahlqualität DP 600 erfolgt bei dieser nachfolgenden Wärmebehandlung ein sogenanntes Bake Hardening also eine nochmalige Festigkeitssteigerung.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Oberflächenbehandlung und Vergütung von Leichtbau-Gasflaschen aus Dualphasenstahl beinhaltet in einem ersten Schritt die Aufrauung der Oberfläche. Dabei muss eine Mindestrautiefe von 30 µm, vorzugsweise von 40 µm erreicht werden, um eine dauerhafte Beschichtung zu ermöglichen, die dem geforderten Salzsprühtest gerecht wird. Für die Aufrauung wird insbesondere ein Strahlverfahren mit grobkörnigen Stahlpartikeln (GK-Strahlen) eingesetzt, das alle mit dem Lack in Berührung kommenden Teile der Flasche erfasst.
  • Nach dem Strahlen der Oberfläche wird zumindest eine Lackschicht aufgebracht, vorzugsweise wenigstens zwei. Dabei hat sich das Aufbringen zunächst einer Grundierung und anschließend eines Decklacks bewährt. Für die Grundierung kommt insbesondere ein Epoxidpulverlack in Frage, der ein gegenüber Polyesterpulverlack deutlich verbessertes Haftungsvermögen hat. Der Epoxidpulverlack wird nach dem Aufbringen zunächst bei erhöhter Temperatur geliert, bevor dann die Decklackschicht aufgebracht wird. Bei dem Decklack handelt es sich vorzugsweise um einen Polyesterpulverlack. Die beiden Lackschichten werden dann einer Wärmebehandlung bei 150 C bis 200°C unterzogen, wobei wichtig ist, dass das Objekt (die Gasflasche) diese Temperatur erreicht. Vorzugsweise findet diese thermische Behandlung bei einer Temperatur von 170°C bis 220°C über 15 bis 30 Minuten statt und insbesondere bei etwa 180°C über 20 Minuten. Bei dieser Temperatureinstellung hat sich der Verfestigungseffekt auch für den Stahlmantel der Gasflasche gezeigt.
  • Wird nur eine Lackschicht aufgebracht, beträgt die Schichtdicke insbesondere 120 bis 180 µm, bei zwei Lackschichten 40 bis 60 µm für die Grundierung, 50 bis 100 µm für die Deckschicht.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Leichtbau-Gasflasche aus einem Dualphasenstahl, die eine Korrosionsschutzbeschichtung, wie vorstehend beschrieben aufweist. Bei dieser Korrosionsschutzbeschichtung ist auf eine aufgeraute Oberfläche mit einer Mindestrautiefe von 30 µm, vorzugsweise 40 µm wenigstens eine Lackschicht aufgebracht. Vorzugsweise weist die Gasflasche eine Grundierung und eine Deckschicht auf, wobei die Grundierung aus einer Epoxidlackschicht besteht und die Deckschicht eine Polyesterlackschicht ist. Aufgrund der Wärmebehandlung der pulverlackierten Leichtbau-Gasflasche kommt es zu einer weiteren Festigkeitssteigerung des für die Gasflasche verwandten DP-Stahls.
  • Nachstehend wird die Herstellung einer Gasflasche aus DP-Stahl näher erläutert.
  • Aus einem Ausgangsstahl der Firma ArcelorMittal mit einer Blechstärke von 1,6 mm werden Ronden geschnitten, die mit einem herkömmlichen Ziehöl benetzt werden. Die Ronden werden mit einem Stempel in einem Ziehring zur Kalotte kalt umgeformt. Nach der Umformung wird der Kalottenrand vergleichmäßigt und jede zweite Kalotte zusätzlich am Rand eingesickt. Aus den Kalotten entstehen Ober- und Unterteil der Gasflasche, wobei die Sicke das Positionieren der Bauteile zueinander erleichtert und der Schweißbadsicherung dient.
  • Anschließend wird die Kalotte für das Oberteil in ein Lochwerkzeug transportiert und für die Festlegung der Ventileinrichtung hergerichtet. Zugleich wird im Oberteil noch eine Passung für die Kunststoffkappe und für den Halsring angeformt. Das Ziehöl wird von den Kalotten herunter gewaschen.
  • Im Anschluss an die Vorbereitung und Reinigung werden die Schweißarbeiten vorgenommen. Eine Gewindemuffe wird aufgeschweißt und innen mit einem kronischen Gewinde ausgerüstet, zur Aufnahme des Ventils. Ggf. wird ein Stahlkragen und werden Stahlgriffe aufgeschweißt, soweit nicht ein Kunststoffkragen zur Ventilsicherung verwandt wird. In diesem Fall können die Griffe in den Kunststoffkragen integriert sein.
  • Im Anschluss an das Aufschweißen der Ventilaufnahme werden Oberteil, Unterteil und Fußring miteinander durch Schweißen verbunden. Für die Fußringe können hier herkömmliche StahlquaGSlitäten verwandt werden. Bei Gasflaschen mit Kunststoffkragen werden die Herstellungsdaten in den Fußring eingeprägt, ansonsten auf den Tragegriffen bzw. dem Stahlkragen ausgewiesen.
  • Zur Vorbereitung der Lackierung werden die Flaschenrohlingen auf eine Mindestrautiefe von ca. 40 µm gestrahlt. Für die Strahlung wird ein GK-Verfahren verwandt, das mit Stahlpartikeln arbeitet. Im Anschluss wird die Druckhaltigkeit der Gasflasche, vorzugsweise mit Luft, bis zu einem Druck von 30 bar geprüft.
  • Für die Beschichtung wird ein übliches Pulverbeschichtungsverfahren verwandt, bei dem zunächst eine Epoxidpulverschicht auf die Gasflaschen aufgebracht wird. Diese Pulverschicht wird in einem Ofen bei einer relativ niedrigen Temperatur geliert, um das Aufbringen und die Haftung einer Decklackschicht zu verbessern. Für den Decklack wird eine Polyesterpulverschicht aufgebracht. Beide Lackschichten werden dann in einem Ofen bei einer Temperatur von 180°C (Objekttemperatur) ca. 20 Minuten vernetzt.
  • Durch das Wärmebehandlungsverfahren bei 180°C erfährt das DP 600-Material über das sogenannte Bake Hardening eine nochmalige Festigungssteigerung.
  • Bei der Endmontage werden die Gasflaschen mit einem Kunststoffkragen, einem Ventil, den Sicherheitsaufkleber, ggf. einem Siebaufdruck mit Kundenlogo und einem Aufdruck zum Eigengewicht und Herstellungsdatum komplettiert.
  • Es versteht sich, dass in einigen Produkten von diesem beispielhaften Verfahren abgewichen werden kann. Beispielsweise sind Gasflaschen mit nur einer Lackschicht oder mehr als 2 Lackschichten möglich. Für den Fall, dass nur eine Lackschicht benötigt wird, handelt es sich dabei vorzugsweise um eine Epoxidbeschichtung.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Leichtbau-Gasflasche, hergestellt unter Verwendung eines Dualphasenstahls, bei dem die Gasflasche auf eine Mindestrautiefe von 30 µm gestrahlt wird, danach mit Lack pulverbeschichtet wird und schließlich in einem Ofen bei einer Temperatur von 150°C bis 250°C wärmebehandelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mindestrautiefe 40 µm beträgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rautiefe durch GK-Strahlen erzeugt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das Aufbringen zunächst einer Grundierung und anschließend eines Decklacks.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Grundierung ein Epoxidpulverlack verwandt wird, der bei erhöhter Temperatur geliert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass für den Decklack ein Polyesterpulverlack verwandt wird, der auf den gelierten Epoxipulverlack aufgebracht wird.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lackbeschichtung bei einer Temperatur von 170°C bis 220°C über 15 bis 30 Minuten gehärtet wird.
  8. Leichtbau-Gasflasche aus einem Dualphasenstahl, gekennzeichnet durch eine Oberflächenbehandlung, bei der auf eine aufgeraute Oberfläche mit einer Mindestrautiefe von 30 µm wenigstens eine Lackschicht aufgebracht ist, die bei einer Temperatur von 150 bis 250°C wärmebehandelt wurde.
  9. Leichtbau-Gasflasche nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Mindestrautiefe von 40 µm.
  10. Leichtbau-Gasflasche nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine Grundierungsschicht und eine Decklackschicht.
  11. Leichtbau-Gasflasche nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet dass die Grundierung aus einer Epoxipulverlackbeschichtung besteht.
  12. Leichtbau-Gasflasche nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht aus einer Polyesterpulverlackbeschichtung besteht.
  13. Leichtbau-Gasflasche nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beschichtete Gasflasche bei 170°C bis 220°C über 15 bis 30 Minuten wärmebehandelt wurde.
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