EP4326457A1 - Verfahren zur herstellung eines druckbehälters - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines druckbehälters

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EP4326457A1
EP4326457A1 EP22722442.5A EP22722442A EP4326457A1 EP 4326457 A1 EP4326457 A1 EP 4326457A1 EP 22722442 A EP22722442 A EP 22722442A EP 4326457 A1 EP4326457 A1 EP 4326457A1
Authority
EP
European Patent Office
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pressure vessel
blank
preform
carbon steel
pressure
Prior art date
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Pending
Application number
EP22722442.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas FLÖTH
Thomas Grosserüschkamp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP4326457A1 publication Critical patent/EP4326457A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
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    • C21D9/085—Cooling or quenching
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    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/001—Austenite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/008—Martensite

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a pressure vessel.
  • FRP hybrid containers consist of a multi-layer material with a gas-tight inner layer made of stainless steel and an outer layer made of carbon steel, with the multi-layer material made of steel being pressure-rolled into the appropriate shape from a circular blank or tube and then contactedd is covered with a CFRP laminate, see DE 102014 101 972 B4.
  • the cost of this type of pressure vessel is very high.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method for producing a pressure vessel which meets the requirements and can be manufactured with inexpensive materials and at lower manufacturing costs.
  • the method for producing a pressure vessel having a base arranged at one end of the pressure vessel, a wall section and a neck section with an opening arranged at the other end of the pressure vessel opposite the base comprises the following steps: - providing at least one first blank, the first Ronde consists of a carbon steel; - Producing the wall section from the at least one blank by means of pressure rollers to form a pressure vessel preform; - Creation of the neckline Cut from the pressure vessel preform to a pressure vessel by means of swivel moulds.
  • the pressure vessel is at least partially heated to a temperature of Acl, at which the microstructure of the carbon steel is at least partially converted into austenite and then at least partially cooled by active cooling in such a way that the microstructure is at least partially converted into martensite and / or converts bainite and thereby at least partially a tensile strength R m of at least 1000 MPa is set in the carbon steel of the pressure vessel.
  • a carbon steel which is particularly preferably hardenable and/or temperable in order to provide corresponding strengths in the carbon steel or on the finished pressure vessel and thus to be able to meet the required requirements, can be obtained relatively cheaply compared to the materials disclosed in the prior art and to process them correspondingly cheaply.
  • the tensile strength R m can be adjusted individually by a suitable choice of carbon steel, so that at least in sections a tensile strength R m in particular of at least 1100 MPa, preferably of at least 1200 MPa, preferably of at least 1300 MPa , particularly preferably of at least 1400 MPa, more preferably of at least 1900 MPa is possible.
  • Güns term unalloyed carbon steels which are hardenable and / or heat treatable, for example, C-grades such.
  • Flow-forming is understood to be a process for shaping rotationally symmetrical hollow bodies without cutting.
  • a circular blank is clamped and/or fixed on a spinning chuck and set in rotation.
  • At least one pressure disk/roller or another appropriate means is moved against the rotating blank so that a partial deformation occurs due to compressive stresses that are introduced into the material of the blank by the radially guided pressure rollers.
  • the material flows and takes on the contour of the internal spinning chuck in an axial processing step from one end of the blank to the other.
  • the spinning chuck is circular, so that the "flow-formed" spinning container preform has a circular, cylindrical inner geometry.
  • the at least one pressure disk/roller plastically deforms the material as a result of the direct pressure effect, which leads to a defined axial movement of the at least one pressure disk/roller it is possible that the initial wall thickness of the blank is reduced to an adjustable (end wall) or minimum thickness.
  • Flow-forming corresponds to the state of the art.
  • the pressure vessel preform is set in rotation and the open end of the pressure vessel preform opposite the bottom is acted on with a pressure disk/roller in such a way that the neck section is formed into the appropriate shape, in particular without a spinning chuck.
  • the opening in the neck section required for the pressure vessel can be made in the course of pivot forming or subsequently after pivot forming.
  • the swivel forming also corresponds to the state of the art.
  • the structural transformation to austenite begins with Acl and when Ac3 or above is reached, an essentially completely austenitic structure is present.
  • the warm (partially) austenitized carbon steel of the pressure vessel is actively cooled by suitable means in such a way that the structure is converted into a structure of martensite and/or bainite. This can be done, for example, in an appropriate tool or in an oil bath.
  • Heating and cooling curves for setting the required microstructure depend on the chemical composition of the hardenable and/or temperable carbon steel used and can be taken or derived from so-called ZTA or ZTU diagrams.
  • An essentially martensitic structure can thus achieve the highest (tensile) strength of the carbon steel used.
  • the thickness of the first blank can be between 6 and 16 mm, for example.
  • the thickness is in particular at least 6.5 mm, preferably at least 7 mm and is in particular limited to a maximum of 15 mm, preferably a maximum of 14 mm.
  • the diameter of the blank can vary, in particular between 150 and 800 mm.
  • the carbon steel at least in the bottom and in the wall section of the pressure vessel, can have a tensile strength R m of at least 1000 MPa, in particular at least 1100 MPa, preferably at least 1200 MPa, preferably at least 1300 MPa, particularly preferably at least 1400 MPa, more preferably of at least 1900 MPa.
  • the carbon steel of the pressure vessel consistently has a tensile strength R m of at least 1000 MPa, in particular at least 1100 MPa, preferably at least 1200 MPa, preferably at least 1300 MPa. more preferably at least 1400 MPa, more preferably at least 1900 MPa to provide a uniform throughout characteristic.
  • the carbon steel of the pressure vessel in the areas has a tensile strength R m of at least 1000 MPa, in particular at least 1100 MPa, preferably at least 1200 MPa, preferably at least 1300 MPa, particularly preferably at least 1400 MPa, more preferably at least 1900 MPa, a structure of martensite and/or bainite.
  • a hard structure is required in the carbon steel, which comprises at least 70% martensite and/or bainite, in particular at least 80% martensite and/or bainite, preferably at least 90% martensite and/or bainite.
  • microstructure components can be present in the form of ferrite, pearlite, cementite, austenite and/or retained austenite.
  • a base is formed into the at least first blank in a deep-drawing step.
  • the base on the finished pressure vessel can be outwards, so that the deep-drawing step provides for a convex formation of the base, in particular in the middle, in the blank or alternatively, if the later installation space does not allow it, the base on the finished pressure vessel can be inwards, so that the deep-drawing step a concave shape of the bottom, in particular in the middle, in the circular blank.
  • the shape of the base can serve as a fixation on the spinning chuck compared to a flat design.
  • the deep-drawing step can take place in the cold state or, alternatively, also in the warm state.
  • active heating is carried out before and/or during the production of the pressure vessel preform.
  • active heating is carried out before and/or during the production of the neck section.
  • the active heating takes place at least in partial areas, which means that at least the areas which (still) have to be shaped are heated.
  • the blank can be heated completely before the pressure vessel preform is produced, or, for example, only the area of the wall section to be completed can be heated.
  • the heating can thus also take place in a supportive manner during the production of the pressure vessel preform.
  • only the area of the neck section to be finished can be heated before the pivot forming and optionally also during pivot forming to support it.
  • the active heating takes place in particular at a temperature of at least 300° C., which means that the carbon steel is heated to this temperature.
  • the temperature during active heating is in particular 400 to 1100°C, preferably 700 to 1100°C.
  • Ovens can be used as means for heating, through which the corresponding molds (round blanks, pressure vessel preform) are passed and then fed to the corresponding step (optional deep-drawing, flow-forming and/or swing-forming).
  • means such as inductor(s), which may be configured to selectively heat only certain areas, or open flame burner(s) may be used.
  • Inductors as well as burners can be integrated in the respective devices for carrying out the flow-forming and/or swivel-forming in order to enable in situ heating either before and/or during the carrying out of the respective step.
  • the carbon steel contains the following chemical elements in % by weight in addition to Fe and impurities that are unavoidable due to production:
  • P up to 0.1%
  • S up to 0.1%
  • optionally at least one or more elements from the group Al, Cr, Cu, Mo, Ni, Nb, Ti, V, B, Sn, Ca, REM:
  • a second blank is provided, the second blank consisting of an austenitic steel.
  • Austenitic steels in particular CrNi steels, have the advantage that they do not allow gases, in particular atomic hydrogen, to pass through, so they effectively have a barrier effect and are particularly suitable as the inner layer of a pressure vessel.
  • austenitic steels are thermally stable, which means that they do not undergo any changes during the heat treatment of the carbon steel of the pressure vessel to set the required properties and retain their properties.
  • the thickness of the second blank is less than that of the first blank and can be between 0.2 and 4 mm.
  • the thickness is in particular at least 0.3 mm, preferably at least 0.5 mm and is in particular limited to a maximum of 3.5 mm, preferably a maximum of 3 mm.
  • the diameter of the blank can vary, in particular between 150 and 800 mm.
  • the austenitic steel contains the following chemical elements in % by weight in addition to Fe and impurities that are unavoidable due to production:
  • the austenitic steel can contain the following chemical elements in % by weight in addition to Fe and impurities that are unavoidable due to the production process:
  • C up to 0.6%, in particular 0.1 to 0.6%
  • Si up to 1.5%
  • Mn 4.0 to 25.0%, in particular 10.0 to 25.0%
  • N up to 0.2%
  • Steel containing Mn also medium-manganese steel with Mn contents between 4 and 14% by weight or high-manganese steel with Mn contents between >14 and 25% by weight, has an austenitic structure in the as-delivered condition on.
  • components of martensite, tempered martensite and/or ferrite may also be present in the structure, and a remainder of retained austenite and unavoidable impurities.
  • the second blank is provided at the same time as the first blank, the wall section is produced from the two blanks by means of pressure rollers to form a pressure vessel preform, and then the neck section is produced from the pressure vessel preform by means of swivel molding to form a pressure vessel.
  • the provision of the two blanks has the advantage that a pressure vessel with two layers can be produced in one process, whereby it must be ensured that the two blanks are arranged in such a way that in the finished state the austenitic steel is the inner layer and the carbon steel is the outer layer of the pressure vessel are carried out.
  • the second blank can be provided separately, and a wall section can be produced from the second blank by means of spinning rollers to form a pressure vessel preform, with the outer diameter of the pressure vessel blank from the second blank being the same as or smaller than the inner diameter of the pressure vessel preform from the first round produced by means of spinning rollers de, wherein the pressure vessel preform from the second blank is then introduced into the pressure vessel preform from the first blank before the neck section is produced from the pressure vessel preforms by means of swivel molding to form a pressure vessel.
  • Other alternatives to flow-forming to produce a pressure vessel preform from the second blank could also be deep drawing or active media-based molding.
  • the at least partially, preferably fully hardened, carbon steel of the pressure vessel can then be tempered as part of tempering. Tempering takes place at temperatures between 200 and 500 °C for a period of between 5 s and 30 min, which is accompanied by a reduction in tensile strength but an increase in ductility.
  • the quenched and tempered carbon steel of the pressure vessel shows martensitic see structure at least one third, in particular at least half of tempered martensite.
  • the pressure vessel produced by the method according to the invention is used for storing pressurized fluids in mobile applications.
  • Pressurized fluids are gases or liquids with a pressure of more than 200 bar, which serve as a source of energy to drive a vehicle and must be safely accommodated and stored in the vehicle.
  • the gas is hydrogen for hydrogen-powered vehicles or liquefied petroleum gas (LPG) as an alternative fuel for internal combustion engines.
  • Fig. 1 is a schematic perspective view for providing a
  • Fig. 2 is a schematic perspective view for providing a
  • FIG. 3 shows a schematic, perspective representation of the heating of the circular blanks before the production of the pressure vessel preform
  • Fig. 4 is a schematic perspective view for generating the
  • Fig. 5 is a schematic, perspective partial representation for generating the
  • FIG. 6 shows a schematic, perspective view of the joining of two separately produced pressure vessel preforms
  • FIG. 7 shows a schematic side view of a finished pressure vessel.
  • FIG. 1 shows a schematic, perspective representation for the provision of a first circular blank (1).
  • the thickness of the circular blank (1) can be between 6 and 16 mm, for example. Depending on the size of the pressure vessel (10) to be manufactured, the diameter of the blank can vary between 150 and 800 mm.
  • the circular blank (1) consists of carbon steel which is hardened and/or chargeable. Steels of quality C22, C45, but also manganese-boron steels such as 22MnB5, 37MnB4 should be mentioned as examples.
  • FIG. 2 shows a schematic, perspective illustration for providing a first blank (1) with a bottom (2).
  • the step in FIG. 2 is optional if the finished pressure vessel (10) is not to have a flat bottom (2).
  • a base (2) can be formed into the blank (1) in a deep-drawing step, which base points outwards on the finished pressure vessel (10), see FIG alternatively and not shown here, if the installation space does not allow it, the bottom of the finished pressure vessel points inwards.
  • the deep-drawing step for optional shaping of the base (2) can take place when the blank (1) is cold or, alternatively, when it is warm, at least when it is warm in the area of the base (2) to be produced, the blank (1).
  • FIG. 3 shows a schematic, perspective representation of the heating of the first circular blank (1) before the pressure vessel preform is produced.
  • the active heating can be successful at least in some areas, so that at least the areas that still have to be shaped are heated.
  • FIG. 3 shows the example of an inductor which only heats the area of the wall section (3) to be completed.
  • the blank (1) can also be completely heated in the oven, by means of an inductor or by means of a burner.
  • FIG. 4 shows a schematic, perspective representation of the production of the pressure vessel preform at different points in time.
  • the optional deep-drawing has the advantage that the correspondingly manufactured base (2), which has been placed in particular in the center of the circular blank (1), can serve as a fixation on the spinning chuck.
  • the heating or partial heating does not necessarily have to take place outside of the device for flow-forming, but can also take place in the device before and/or during the production of the pressure vessel preform.
  • the heating takes place at a temperature of at least 300° C., with the round blank (1) preferably being heated to a temperature between 400 and 800° C., at least in some areas.
  • a pressure disk/roller acts, as shown schematically in FIG.
  • a second circular blank (1.1) can be made of an austenitic steel, in particular a medium-Mn or high-Mn steel or preferably a Cr-Ni steel, are provided separately, with a wall section (3.1) being produced from the second circular blank (1.1), preferably by means of pressure rollers, to form a pressure vessel preform.
  • a base (2.1) can be molded into the second blank (1.1), see Fig. 2, and the second blank (1.1) can also be heated before the pressure vessel preform is produced, see Fig. 3.
  • the outer diameter (Da) of the pressure vessel preform from the second blank (1.1) is the same as or smaller than the inner diameter (di) of the pressure vessel preform from the first blank (1) produced by means of spinning rollers, so that the pressure vessel preform from the second blank (1.1) can be inserted into the pressure vessel preform from the first blank (1), see Figure 6, before the neck section (4) is produced from the pressure vessel preforms by means of swivel molding to form a pressure vessel (10).
  • the second blank (1.1) can be provided at the same time as the first blank (1) and the wall section (3) can be produced from the two blanks (1, 1.1) by means of pressure rolling to form a pressure vessel preform.
  • FIG. 5 shows a schematic, perspective partial representation of the production of the pressure vessel preform at different points in time from the two blanks (1, 1.1).
  • the two circular blanks (1, 1.1) are arranged in such a way that in the finished state the austenitic steel is the inner layer and the carbon steel is the outer layer of the pressure vessel (10).
  • the neck section (4) is formed from the pressure vessel preform into a pressure vessel (10) by swivel molding.
  • this step can be performed in a swing former.
  • at least the neck section (4) to be produced is heated, preferably to a temperature between 700 and 1100 °C, with an opening (5) being introduced in the course of or subsequent to the pivot forming, cf. figure 7
  • the pressure vessel (10) is at least partially heated to a temperature of Acl at which the microstructure of the carbon steel is at least partially converted into Aus tenit and then at least in sections by active cooling of the Art is cooled that the structure at least partially delt umwan in martensite and / or bainite and thereby at least partially a tensile strength R m of at least 1000 MPa in the carbon steel of the pressure vessel (10) is set.
  • the pressure vessel (10) is preferably completely heated to at least a temperature of Ac3 and completely actively cooled, so that a homogeneous structure of essentially martensite with a tensile strength of at least 100 MPa, in particular, is formed throughout the carbon steel of the pressure vessel (10). of at least 1100 MPa, preferably at least 1200 MPa, preferably at least 1300 MPa, particularly preferably at least 1400 MPa, further preferably at least 1900 MPa.
  • a final quenching and tempering can be carried out to increase the ductility in the carbon steel of the pressure vessel (10).
  • the pressure vessel (10) can thus consist of a single layer of carbon steel or, if hydrogen is to be used as the gas, of two individual layers consisting of an outer layer of carbon steel and an inner layer of austenitic steel, preferably stainless steel.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters (10).

Description

Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters Technisches Gebiet (Technical Field)
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters.
Technischer Hintergrund (Background Art)
Aus Kostengründen und Gewichtsbeschränkungen werden die Drücke in Druckbehältern im Fahrzeugbau immer größer. Für derartige Drücke kommen FVK-Hybridbehälter in Frage, wel che aus einem Mehrlagenwerkstoff mit einer gasdichten inneren Lage aus einem Edelstahl und einer äußeren Lage aus einem Kohlenstoffstahl besteht, wobei der Mehrlagenwerkstoff aus Stahl in die entsprechende Form aus einer Ronde oder einem Rohr drückgewalzt und anschlie ßend mit einem CFK-Laminat ummantelt wird, vgl. DE 102014 101 972 B4. Die Kosten für die se Art von Druckbehältern sind sehr hoch. Des Weiteren ist aus der DE 10 2015 113 869 Al bekannt, ein rotationssymmetrisches Formteil aus mindestens zwei Ronden aus unterschiedli chen Materialien drückzuwalzen, wobei vor oder während des Drückwalzens eine intermetalli sche Verbindung zwischen den unterschiedlichen Materialien erfolgt.
Des Weiteren ist es bekannt, monolithische Behälter aus einem rohrförmigen Edelstähl in ent sprechende Form drückzuwalzen, vgl. WO 2021/040133 Al. Auch derartige Behälter sind auf grund des eingesetzten Materials teuer.
Zusammenfassung der Erfindung (Summary of Invention)
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Druckbe hälters anzugeben, welches den gestellten Anforderungen gerecht wird und mit günstigen Ma terialien und zu günstigeren Herstellungskosten gefertigt werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Das Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters aufweisend einen an einem Ende des Druckbehälters angeordneten Boden, einen Wandabschnitt und einen an dem anderen Ende des Druckbehälters gegenüberliegend zum Boden angeordneten Halsabschnitt mit einer Öff nung, umfasst folgende Schritte: - Bereitstellen mindestens einer ersten Ronde, wobei die erste Ronde aus einem Kohlenstoffstahl besteht; - Erzeugen des Wandabschnitts aus der mindes tens einen Ronde mittels Drückwalzen zu einer Druckbehältervorform; - Erzeugen des Halsab- Schnitts aus der Druckbehältervorform mittels Schwenkformen zu einem Druckbehälter. Erfin dungsgemäß wird der Druckbehälter nach dem Schwenkformen zumindest teilweise auf eine Temperatur von Acl erwärmt, bei welcher das Gefüge des Kohlenstoffstahls zumindest teilwei se in Austenit umwandelt und anschließend zumindest abschnittsweise durch eine aktive Küh lung derart abgekühlt wird, dass das Gefüge zumindest teilweise in Martensit und/oder Bainit umwandelt und dadurch zumindest abschnittsweise eine Zugfestigkeit Rm von mindestens 1000 MPa im Kohlenstoffstahl des Druckbehälters eingestellt wird.
Ein Kohlenstoffstahl, welcher besonders bevorzugt härtbar und/oder vergütbar ist, um entspre chende Festigkeiten im Kohlenstoffstahl respektive am fertiggestellten Druckbehälter bereitzu stellen und somit den geforderten Ansprüchen gerecht werden zu können, ist im Vergleich zu den im Stand der Technik offenbarten Werkstoffen relativ günstig zu beziehen und entspre chend günstig zu prozessieren.
In Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Kohlenstoffstahls kann die Zugfestigkeit Rm bzw. durch geeignete Wahl des Kohlenstoffstahls individuell eingestellt werden, so dass auch zumindest abschnittsweise eine Zugfestigkeit Rm insbesondere von mindestens 1100 MPa, vor zugsweise von mindestens 1200 MPa, bevorzugt von mindestens 1300 MPa, besonders bevor zugt von mindestens 1400 MPa, weiter bevorzugt von mindestens 1900 MPa möglich ist. Güns tige unlegierte Kohlenstoffstähle, welche härtbar und/oder vergütbar sind, sind beispielsweise C-Güten, wie z. B. C15, C22, C45 etc., oder niedrig legierte Stähle, insbesondere Mangan-Bor- Stähle, wie z. B. 22MnB5, 37MnB4, 39MnCrB6-2, 40MnB4 etc.
Unter Drückwalzen wird ein Verfahren zur spanlosen Formgebung rotationssymmetrischer Hohlkörper verstanden. Dabei wird eine Ronde auf ein Drückfutter gespannt und/oder fixiert und in Rotation versetzt. Mindestens eine Andrückscheibe/Walze oder ein anderes entspre chend geeignetes Mittel wird gegen die rotierende Ronde bewegt, so dass eine Umformung partiell durch Druckspannungen erfolgt, die durch das radial geführte Drückwalzen ins Material der Ronde eingebracht werden. Das Material fließt und nimmt in einem axialen Bearbeitungs gang von einem zum anderen Ende der Ronde die Kontur des innenliegenden Drückfutters an. Das Drückfutter ist im Prinzip kreisrund, so die „drückgewalzte“ Drückbehältervorform eine kreisrunde zylindrische Innengeometrie erhält. Beim Drückwalzen verformt die mindestens ei ne Andrückscheibe/Walze durch die unmittelbare Druckeinwirkung den Werkstoff plastisch, wo bei eine definierte axiale Bewegung der mindestens einen Andrückscheibe/Walze dazu führen kann, dass die Ausgangswanddicke der Ronde auf eine einstellbare (Endwand-) respektive Min destdicke reduziert wird. Das Drückwalzen entspricht dem Stand der Technik.
Beim Schwenkformen wird die Druckbehältervorform in Rotation versetzt und auf das offene dem Boden gegenüberliegenden Ende der Druckbehältervorform mit einer Andrückschei be/Walze derart eingewirkt, dass der Halsabschnitt insbesondere ohne Drückfutter in die ent sprechende Form geformt wird. Die für den Druckbehälter benötigte Öffnung im Halsabschnitt kann im Zuge des Schwenkformens oder nachträglich nach dem Schwenkformen eingebracht werden. Auch das Schwenkformen entspricht dem Stand der Technik.
Mit Acl beginnt die Gefügeumwandlung in Austenit und mit Erreichen von Ac3 bzw. oberhalb liegt ein im Wesentlichen vollständig austenitisches Gefüge vor. Nach der Erwärmung wird der warme (teil-)austenitisierte Kohlenstoffstahl des Druckbehälters mittels geeigneten Mittel der- Art aktiv gekühlt, so dass das Gefüge in ein Gefüge aus Martensit und/oder Bainit umwandelt. Dies kann beispielsweise in einem entsprechenden Werkzeug oder in einem Ölbad erfolgen. Er- wärmungs- und Abkühlkurven zur Einstellung der geforderten Gefügestruktur sind abhängig von der chemischen Zusammensetzung des verwendeten härtbaren und/oder vergütbaren Kohlenstoffstahls und lassen sich aus sog. ZTA- bzw. ZTU-Schaubildern entnehmen bzw. ab leiten. Ein im Wesentlichen martensitisches Gefüge kann somit die höchste (Zug-)Festigkeit des eingesetzten Kohlenstoffstahls erzielen.
Die Dicke der ersten Ronde kann beispielsweise zwischen 6 und 16 mm betragen. Die Dicke beträgt insbesondere mindestens 6,5 mm, vorzugsweise mindestens 7 mm und ist insbeson dere auf maximal 15 mm, vorzugsweise maximal 14 mm begrenzt. Je nach Größe des zu ferti genden Druckbehälters kann der Durchmesser der Ronde variieren, insbesondere zwischen 150 und 800 mm.
Je nach Ausführung kann der Kohlenstoffstahl zumindest im Boden und im Wandabschnitt des Druckbehälters eine Zugfestigkeit Rm von mindestens 1000 MPa, insbesondere von mindestens 1100 MPa, vorzugsweise von mindestens 1200 MPa, bevorzugt von mindestens 1300 MPa, besonders bevorzugt von mindestens 1400 MPa, weiter bevorzugt von mindestens 1900 MPa auf. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Kohlenstoffstahl des Druckbehälters durchgehend eine Zugfestigkeit Rm von mindestens 1000 MPa, insbesondere von mindestens 1100 MPa, vorzugsweise von mindestens 1200 MPa, bevorzugt von mindestens 1300 MPa, besonders bevorzugt von mindestens 1400 MPa, weiter bevorzugt von mindestens 1900 MPa auf, um eine einheitliche durchgehende Charakteristik bereitzustellen.
Insbesondere weist der Kohlenstoffstahl des Druckbehälters in den Bereichen mit einer Zugfes tigkeit Rm von mindestens 1000 MPa, insbesondere von mindestens 1100 MPa, vorzugsweise von mindestens 1200 MPa, bevorzugt von mindestens 1300 MPa, besonders bevorzugt von mindestens 1400 MPa, weiter bevorzugt von mindestens 1900 MPa, ein Gefüge aus Martensit und/oder Bainit auf. Um die gewünschte Eigenschaft im Druckbehälter einzustellen, ist somit ein hartes Gefüge im Kohlenstoffstahl gefordert, welches mindestens 70 % Martensit und/oder Bainit, insbesondere mindestens 80 % umfassend Martensit und/oder Bainit, vorzugsweise mindestens 90 % umfassend Martensit und/oder Bainit umfasst, wobei verbleibende Gefüge bestandteile in Form von Ferrit, Perlit, Zementit, Austenit und/oder Restaustenit vorhanden sein können. Bevorzugt ist ein hartes Gefüge mit mindestens 70 % Martensit, insbesondere mindes tens 80 % Martensit, vor zugsweise mindestens 90 % Martensit eingestellt, wobei verbleiben de Gefügebestandteile in Form Ferrit, Perlit, Bainit, Zementit, Austenit, Restaustenit vorhanden sein können.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus der nachfolgenden Be schreibung hervor. Ein oder mehrere Merkmale aus den Ansprüchen, der Beschreibung wie auch der Zeichnung können mit einem oder mehreren anderen Merkmalen daraus zu weiteren Ausgestaltungen der Erfindung verknüpft werden. Es können auch ein oder mehrere Merkma le aus den unabhängigen Ansprüchen durch ein oder mehrere andere Merkmale verknüpft wer den.
Soll der Boden des fertigen Druckbehälters nicht plan ausgeführt sein, so wird gemäß einer Ausgestaltung vor der Erzeugung der Drückbehältervorform ein Boden in einem Tiefziehschritt in die mindestens erste Ronde geformt. Dabei kann der Boden am fertigen Druckbehälter nach außen, so dass der Tiefziehschritt eine konvexe Ausformung des Bodens, insbesondere mittig, in der Ronde vorsieht oder alternativ, wenn es der spätere Bauraum nicht zulässt, der Boden am fertigen Druckbehälter nach innen, so dass der Tiefziehschritt eine konkave Ausformung des Bodens, insbesondere mittig, in der Ronde vorsieht, geformt werden. In beiden Fällen kann die Ausformung des Bodens im Vergleich zu einer planen Ausführung insbesondere als Fixie rung auf dem Drückfutter dienen. Der Tiefziehschritt kann im kalten Zustand oder alternativ auch im warmen Zustand erfolgen. Um den Fließwiederstand des Kohlenstoffstahls und damit die Kräfte beim Drückwalzen und/oder Schwenkformen zu reduzieren, wird gemäß einer Ausgestaltung eine aktive Erwär mung vor und/oder während der Erzeugung der Druckbehältervorform durchgeführt. Alternativ oder zusätzlich wird eine aktive Erwärmung vor und/oder während der Erzeugung des Halsab schnitts durchgeführt. Die aktive Erwärmung erfolgt zumindest teilbereichsweise, soll heißen, dass zumindest die Bereiche erwärmt werden, welche (noch) geformt werden müssen. Alterna tiv kann die Ronde vollständig vor der Erzeugung der Druckbehältervorform oder beispielswei se nur der Bereich des fertigzustellenden Wandabschnitts erwärmt werden. Die Erwärmung kann somit auch während der Erzeugung der Druckbehältervorform unterstützend erfolgen. Des Weiteren kann auch nur der Bereich des fertigzustellenden Halsabschnitts vor dem Schwenk formen erwärmt werden und optional auch während des Schwenkformens unterstützend er wärmt werden.
Die aktive Erwärmung erfolgt insbesondere bei einer Temperatur von mindestens 300 °C, heißt, dass der Kohlenstoffstahl auf diese Temperatur erwärmt wird. Die Temperatur bei der aktiven Erwärmung beträgt insbesondere 400 bis 1100 °C, vorzugsweise 700 bis 1100 °C. Als Mittel zum Erwärmen können Öfen verwendet werden, durch welche die entsprechenden Formen (Ronde, Druckbehältervorform) hindurchgeführt werden und anschließend dem entsprechen den Schritt (optionales Tiefziehen, Drückwalzen und/oder Schwenkformen) zugeführt werden. Alternativ und bevorzugt können Mittel wie zum Beispiel Induktor(en), welche(r) derart ausge bildet sein kann/können, um nur bestimmte Bereiche gezielt zu erwärmen, oder (ein) Brenner mit offener Flamme verwendet werden. Induktoren wie auch Brenner können in den entspre chenden Vorrichtungen zur Durchführung des Drückwalzens und/oder Schwenkformens inte griert sein, um in situ eine Erwärmung entweder vor und/oder während der Durchführung des jeweiligen Schrittes zu ermöglichen.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält der Kohlenstoffstahl neben Fe und herstellungsbedingt unvermeidbaren Verunreinigungen folgende chemischen Elemente in Gew.-%:
C: 0,01 bis 0,7 %,
Si: 0,01 bis 3,0 %,
Mn: 0,01 bis 3,0 %,
N: bis 0,1 %,
P: bis 0,1 %, S: bis 0,1 %, optional mindestens eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe (AI, Cr, Cu, Mo, Ni, Nb, Ti, V, B, Sn, Ca, REM):
AI: bis 1,0 %,
Cr: bis 1,0 %,
Cu: bis 1,0 %,
Mo: bis 1,0 %,
Ni: bis 1,0 %,
Nb: bis 0,2 %,
Ti: bis 0,2 %,
V: bis 0,2 %,
B: bis 0,01 %,
Sn: bis 0,1 %,
Ca: bis 0,1 %,
REM: bis 0,2 %.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine zweite Ronde bereit gestellt, wobei die zweite Ronde aus einem austenitischen Stahl besteht. Austenitische Stähle, insbesondere CrNi-Stähle, haben den Vorteil, dass sie Gase, insbesondere atomaren Wasser stoff, nicht durchlassen, somit effektiv eine Barrierewirkung haben und sich vorzugsweise als innere Lage eines Druckbehälters besonders gut eignen. Des Weiteren sind austenitische Stäh le temperaturstabil, soll heißen, dass sie im Rahmen der Wärmebehandlung des Kohlenstoffs tahls des Druckbehälters zur Einstellung der geforderten Eigenschaften keine Änderungen er fahren und ihre Eigenschaften beibehalten.
Die Dicke der zweiten Ronde ist geringer als die der ersten Ronde und kann zwischen 0,2 und 4 mm betragen. Die Dicke beträgt insbesondere mindestens 0,3 mm, vorzugsweise mindes tens 0,5 mm und ist insbesondere auf maximal 3,5 mm, vorzugsweise maximal 3 mm begrenzt. Je nach Größe des zu fertigenden Druckbehälters kann der Durchmesser der Ronde variieren, insbesondere zwischen 150 und 800 mm. Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält der austenitische Stahl neben Fe und herstellungsbedingt unvermeidbaren Verunreinigungen folgende chemischen Elemente in Gew.-%:
Cr: 11,0 bis 22,0 %,
Ni: 5,0 bis 15,0 %,
C: bis 0,2 %,
Si: bis 1,5 %,
Mn: bis 3,0 %,
N: bis 0,2 %,
P: bis 0,1 %,
S: bis 0,1 %.
Alternativ kann der austenitische Stahl neben Fe und herstellungsbedingt unvermeidbaren Ver unreinigungen folgende chemischen Elemente in Gew.-% enthalten:
C: bis 0,6 %, insbesondere 0,1 bis 0,6 %, Si: bis 1,5 %, Mn: 4,0 bis 25,0 %, insbesondere 10,0 bis 25,0 %, N: bis 0,2 %,
P bis 0,1 %, S bis 0,1 %, optional mindestens eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe (AI, Cr, Cu, Mo, Ni, Nb, Ti, V, B, Sn, Ca):
AI: bis 3,0 %,
Cr: bis 4,0 %,
Cu: bis 1,0 %,
Mo: bis 1,0 %,
Ni: bis 2,0 %,
Nb: bis 0,5 %,
Ti: bis 0,5 %,
V: bis 0,5 %,
B: bis 0,01 %, Sn: bis 0,1 %,
Ca: bis 0,1 %.
Der Mn-haltige Stahl, auch Mittel-Mangan-Stahl mit Mn-Gehalten zwischen 4 und 14 Gew.-% oder Hoch-Mangan-Stahl mit Mn-Gehalten zwischen > 14 und 25 Gew.-% weist im Anliefe rungszustand ein austenitisches Gefüge auf. Nach der Wärmebehandlung im Zuge zur Herstel lung des Druckbehälters können durchaus auch Bestandteile von Martensit, angelassenem Martensit und/oder Ferrit im Gefüge vorhanden sein, und einem Rest Restaustenit und unver meidbaren Verunreinigungen.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zweite Ronde zeit gleich mit der ersten Ronde bereitgestellt, das Erzeugen des Wandabschnitts wird aus den bei den Ronden mittels Drückwalzen zu einer Druckbehältervorform durchgeführt und anschließend wird der Halsabschnitt aus der Druckbehältervorform mittels Schwenkformen zu einem Druck behälter erzeugt. Die Bereitstellung der beiden Ronden hat den Vorteil, dass in einem Prozess ein Druckbehälter mit zwei Lagen hergestellt werden kann, wobei darauf zu achten ist, dass die beiden Ronden derart angeordnet werden, dass im fertigen Zustand der austenitische Stahl als Innenlage und der Kohlenstoffstahl als Außenlage des Druckbehälters ausgeführt sind.
Alternativ kann die zweite Ronde separat bereitgestellt, aus der zweiten Ronde ein Wandab schnitts mittels Drückwalzen zu einer Druckbehältervorform erzeugt wird, wobei der Außen durchmesser der Druckbehältervorform aus der zweiten Ronde gleich oder kleiner ist als der In nendurchmesser der mittels Drückwalzen erzeugten Druckbehältervorform aus der ersten Ron de, wobei anschließend die Druckbehältervorform aus der zweiten Ronde in die Druckbehälter vorform aus der ersten Ronde eingeführt wird, bevor der Halsabschnitt aus den Druckbehälter- vorformen mittels Schwenkformen zu einem Druckbehälter erzeugt wird. Andere Alternativen gegenüber dem Drückwalzen zur Herstellung einer Druckbehältervorform aus der zweiten Ron de könnten auch ein Tiefziehen oder ein wirkmedienbasiertes Formen sein.
Neben dem Härten kann im Anschluss auch ein Vergüten des zumindest teilweise, vorzugswei se vollständig gehärteten Kohlenstoffstahls des Druckbehälters im Rahmen eines Anlassens er folgen. Das Vergüten erfolgt bei Temperaturen zwischen 200 und 500 °C für eine Dauer zwi schen 5 s und 30 min, welche mit einer Reduktion der Zugfestigkeit aber mit einem Anstieg der Duktilität einhergeht. Der vergütete Kohlenstoffstahl des Druckbehälters weist im martensiti- sehen Gefüge zumindest zu einem Drittel, insbesondere zumindest zur Hälfte angelassenen Martensit auf.
Gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung wird der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Druckbehälter zum Speichern von druckbeaufschlagten Fluiden in mobilen Anwen dungen verwendet. Als druckbeaufschlagte Fluide gelten Gase oder Flüssigkeiten mit einem Druck von mehr als 200 bar, welche als Energiequelle zum Antrieb eines Fahrzeugs dienen und im Fahrzeug entsprechend sicher untergebracht und gespeichert werden müssen. Beispiels weise handelt es sich bei dem Gas um Wasserstoff für wasserstoffangetriebene Fahrzeuge oder Flüssiggas (LPG) als alternativer Treibstoff für Verbrennungsmotoren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen (Brief Description of Drawings)
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine schematische, perspektivische Darstellung zur Bereitstellung einer
Ronde,
Fig. 2 eine schematische, perspektivische Darstellung zur Bereitstellung einer
Ronde mit einem Boden,
Fig. 3 eine schematische, perspektivische Darstellung zur Erwärmung der Ron de vor der Erzeugung der Druckbehältervorform,
Fig. 4 eine schematische, perspektivische Darstellung zur Erzeugung der
Druckbehältervorform zu verschiedenen Zeitpunkten,
Fig. 5 eine schematische, perspektivische Teildarstellung zur Erzeugung der
Druckbehältervorform zu verschiedenen Zeitpunkten aus zwei Ronden, Fig. 6 eine schematische, perspektivische Darstellung zum Zusammenführen zweier separat hergestellter Druckbehältervorformen und Fig. 7 eine schematische Seitenansicht eines fertiggestellten Druckbehälters.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen (Best Mode for Carrying out the Invention)
Figur 1 zeigt eine schematische, perspektivische Darstellung zur Bereitstellung einer ersten Ronde (1). Die Dicke der Ronde (1) kann beispielsweise zwischen 6 und 16 mm betragen. Je nach Größe des zu fertigenden Druckbehälters (10) kann der Durchmesser der Ronde zwischen 150 und 800 mm variieren. Die Ronde (1) besteht aus einem Kohlenstoffstahl, welcher härt- und/oder vergütbar ist. Als Beispiele sind Stähle der Güte C22, C45 aber auch Mangan-Bor- Stähle wie zum Beispiel 22MnB5, 37MnB4 zu nennen.
Figur 2 zeigt eine schematische, perspektivische Darstellung zur Bereitstellung einer ersten Ronde (1) mit einem Boden (2). Der Schritt in Figur 2 ist optional, wenn der fertiggestellte Druck behälter (10) keinen planen Boden (2) aufweisen soll. So kann vor der Erzeugung der Drückbe- hältervorform, vgl. Figur 4, ein Boden (2) in einem Tiefziehschritt in die Ronde (1) geformt wer den, welcher am fertigen Druckbehälter (10) nach außen weist, vgl. Figur 7, oder alternativ und hier nicht dargestellt, wenn es der Bauraum nicht zulässt, der Boden am fertigen Druckbehäl ter nach innen weist. Der Tiefziehschritt zum optionalen Formen des Bodens (2) kann im kalten Zustand der Ronde (1) oder alternativ auch im warmen Zustand, zumindest im warmen Zustand im Bereich des zu erstellenden Bodens (2), der Ronde (1) erfolgen.
Nach dem optionalen Tiefziehschritt zur Erzeugung des Bodens (2) zeigt die Figur 3 eine sche matische, perspektivische Darstellung zur Erwärmung der ersten Ronde (1) vor der Erzeugung der Druckbehältervorform. Dabei kann die aktive Erwärmung zumindest teilbereichsweise erfol gen, so dass zumindest die Bereiche erwärmt werden, welche noch geformt werden müssen. Gezeigt ist in Figur 3 am Beispiel eines Induktors, welcher nur den Bereich des fertigzustellen den Wandabschnitts (3) erwärmt. Alternativ und hier nicht dargestellt kann die Ronde (1) auch vollständig erwärmt werden, im Ofen, mittels Induktor oder mittels Brenner.
Die Figur 4 zeigt eine schematische, perspektivische Darstellung zur Erzeugung der Druckbe hältervorform zu verschiedenen Zeitpunkten. Dabei hat das optionale Tiefziehen den Vorteil, dass der entsprechend gefertigte Boden (2), welcher insbesondere mittig in der Ronde (1) er stellt worden ist, als Fixierung auf dem Drückfutter dienen kann. Die Erwärmung oder teilbe reichsweise Erwärmung muss nicht unbedingt außerhalb der Vorrichtung zum Drückwalzen er folgen, sondern kann auch in der Vorrichtung vor und/oder während der Erzeugung der Drück- behältervorform erfolgen. Die Erwärmung erfolgt bei einer Temperatur von mindestens 300 °C, wobei die Ronde (1) zumindest teilbereichsweise vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 400 und 800 °C erwärmt wird. Eine Andrückscheibe/Walze wirkt, wie in Figur 4 schematisch ge zeigt, auf die auf dem Drückfutter fixierte Ronde (1) und erzeugt durch das Drückwalzen eine Drückbehältervorform, welche zu einer Seite hin offen ist. Nach dem Drückwalzen sind der Bo den (2) und zumindest der wesentliche Teil des Wandabschnitts (3) fertiggestellt. Ist eine zweite Lage, insbesondere eine Innenlage, beispielsweise bei einem Einsatz des Druck behälters (10) mit Wasserstoff sinnvoll, kann eine zweite Ronde (1.1) aus einem austenitischen Stahl, insbesondere einem Mittel-Mn- respektive Hoch-Mn-Stahl oder vorzugsweise einem Cr- Ni-Stahl, separat bereitgestellt werden, wobei aus der zweiten Ronde (1.1) ein Wandabschnitt (3.1) vorzugsweise mittels Drückwalzen zu einer Druckbehältervorform erzeugt wird. Die Schritte können analog zur Herstellung der Druckbehältervorform aus der ersten Ronde (1) durchge führt werden, entsprechend den Schritten wie in den Figuren 1 bis 4 gezeigt. Optional können ein Boden (2.1) in die zweite Ronde (1.1) eingeformt werden, vgl. Fig. 2, und auch vor der Er zeugung der Druckbehältervorform eine Erwärmung der zweiten Ronde (1.1) erfolgen, vgl. Fig. 3. Bei dem Drückwalzen der einzelnen Drückbehältervorformen ist darauf zu achten, dass der Außendurchmesser (Da) der Druckbehältervorform aus der zweiten Ronde (1.1) gleich oder klei ner ist als der Innendurchmesser (di) der mittels Drückwalzen erzeugten Druckbehältervorform aus der ersten Ronde (1), so dass die Druckbehältervorform aus der zweiten Ronde (1.1) in die Druckbehältervorform aus der ersten Ronde (1) eingeführt werden kann, s. Figur 6, bevor der Halsabschnitt (4) aus den Drückbehältervorformen mittels Schwenkformen zu einem Druckbe hälter (10) erzeugt wird
Alternativ kann die zweite Ronde (1.1) zeitgleich mit der ersten Ronde (1) bereitgestellt werden und das Erzeugen des Wandabschnitts (3) aus den beiden Ronden (1, 1.1) mittels Drückwal zen zu einer Druckbehältervorform durchgeführt werden. Dabei zeigt die Figur 5 eine schema tische, perspektivische Teildarstellung zur Erzeugung der Druckbehältervorform zu verschiede nen Zeitpunkten aus den zwei Ronden (1, 1.1). Die beiden Ronden (1, 1.1) werden derart an geordnet, dass im fertigen Zustand der austenitische Stahl als Innenlage und der Kohlenstoffs tahl als Außenlage des Druckbehälters (10) ausgeführt sind.
In einem nicht dargestellten Schritt wird der Halsabschnitt (4) aus der Druckbehältervorform durch Schwenkformen zu einem Druckbehälter (10) geformt. Beispielsweise kann dieser Schritt in einer Schwenkformvorrichtung durchgeführt werden. Vorzugsweise wird vor und/oder wäh rend des Schwenkformens zumindest der zu fertigende Halsabschnitt (4) erwärmt, vorzugswei se auf eine Temperatur zwischen 700 und 1100 °C, wobei im Zuge oder nachgelagert nach dem Schwenkformen eine Öffnung (5) eingebracht wird, vgl. Figur 7.
Der Druckbehälter (10) wird nach dem Schwenkformen zumindest teilweise auf eine Tempera tur von Acl erwärmt, bei welcher das Gefüge des Kohlenstoffstahls zumindest teilweise in Aus tenit umwandelt und anschließend zumindest abschnittsweise durch eine aktive Kühlung der- art abgekühlt wird, dass das Gefüge zumindest teilweise in Martensit und/oder Bainit umwan delt und dadurch zumindest abschnittsweise eine Zugfestigkeit Rm von mindestens 1000 MPa im Kohlenstoffstahl des Druckbehälters (10) eingestellt wird. Bevorzugt wird der Druckbehälter (10) vollständig mindestens auf eine Temperatur von Ac3 erwärmt und vollständig aktiv abge- kühlt, so dass sich durchgehend im Kohlenstoffstahls des Druckbehälters (10) ein homogenes Gefüge aus im Wesentlichen Martensit mit einer Zugfestigkeit von mindestens 100 MPa, insbe sondere von mindestens 1100 MPa, vorzugsweise von mindestens 1200 MPa, bevorzugt von mindestens 1300 MPa, besonders bevorzugt von mindestens 1400 MPa, weiter bevorzugt von mindestens 1900 MPa einstellt.
Ein abschließendes Vergüten kann zur Erhöhung der Duktilität im Kohlenstoffstahls des Druck behälters (10) durchgeführt werden.
Der Druckbehälter (10) kann somit aus einem einlagigen Kohlenstoffstahl oder, wenn Wasser- Stoff als Gas verwendet werden soll, aus zwei einzelnen Lagen aus einer Außenlage aus Koh lenstoffstahl und einer Innenlage aus austenitischem Stahl, vorzugsweise CrNi-Stahl, bestehen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters (10) aufweisend einen an einem Ende des Druckbehälters (10) angeordneten Boden (2), einen Wandabschnitt (3) und einen an dem anderen Ende des Druckbehälters (10) gegenüberliegend zum Boden (2) ange ordneten Halsabschnitt (4) mit einer Öffnung (5), wobei das Verfahren folgende Schrit te umfasst:
- Bereitstellen mindestens einer ersten Ronde (1), wobei die erste Ronde (1) aus ei nem Kohlenstoffstahl besteht;
- Erzeugen des Wandabschnitts (3) aus der mindestens ersten Ronde (1) mittels Drückwalzen zu einer Druckbehältervorform;
- Erzeugen des Halsabschnitts (4) aus der Druckbehältervorform mittels Schwenkfor men zu einem Druckbehälter (10); dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (10) nach dem Schwenkformen zu mindest teilweise auf eine Temperatur von Acl erwärmt wird, bei welcher das Gefüge des Kohlenstoffstahls zumindest teilweise in Austenit umwandelt und anschließend zu mindest abschnittsweise durch eine aktive Kühlung derart abgekühlt wird, dass das Ge füge zumindest teilweise in Martensit und/oder Bainit umwandelt und dadurch zumin dest abschnittsweise eine Zugfestigkeit Rm von mindestens 1000 MPa im Kohlenstoffs tahls des Druckbehälters (10) eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei vor der Erzeugung der Drückbehältervorform ein Bo den (2) in einem Tiefziehschritt in die mindestens erste Ronde (1) geformt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine aktive Erwärmung vor und/oder während der Erzeugung der Druckbehältervorform und/oder des Halsabschnitts (4) durchgeführt wird, welche zumindest teilbereichsweise erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die aktive Erwärmung mit einer Temperatur von min destens 300 °C durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Kohlenstoffstahl neben Fe und herstellungsbedingt unvermeidbaren Verunreinigungen folgende chemischen Elemente in Gew.-% enthält:
C: 0,01 bis 0,7 %,
Si: 0,01 bis 3,0 %,
Mn: 0,01 bis 3,0 %,
N: bis 0,1 %,
P: bis 0,1 %,
S: bis 0,1 %, optional mindestens eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe (AI, Cr, Cu, Mo, Ni, Nb, Ti, V, B, Sn, Ca, REM):
AI: bis 1,0 %,
Cr: bis 1,0 %,
Cu: bis 1,0 %,
Mo: bis 1,0 %,
Ni: bis 1,0 %,
Nb: bis 0,2 %,
Ti: bis 0,2 %,
V: bis 0,2 %,
B: bis 0,01 %,
Sn: bis 0,1 %,
Ca: bis 0,1 %,
REM: bis 0,2 %.
6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei eine zweite Ronde (1.1) be reitgestellt wird, welche aus einem austenitischen Stahl besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der austenitische Stahl neben Fe und herstellungs bedingt unvermeidbaren Verunreinigungen folgende chemischen Elemente in Gew.-% enthält:
Cr: 11,0 bis 22,0 %, Ni: 5,0 bis 15,0%,
C: bis 0,2 %,
Si: bis 1,5%,
Mn: bis 3,0%,
N: bis 0,2%,
P: bis 0,1%,
S: bis 0,1%.
8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der austenitische Stahl neben Fe und herstellungs bedingt unvermeidbaren Verunreinigungen folgende chemischen Elemente in Gew.-% enthält:
C: bis 0,6%,
Si: bis 1,5%,
Mn: 4,0 bis 25,0%,
N: bis 0,2%,
P: bis 0,1%,
S: bis 0,1%, optional mindestens eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe (AI, Cr, Cu, Mo, Ni, Nb, Ti, V, B, Sn, Ca):
AI: bis 3,0%,
Cr: bis 4,0%,
Cu: bis 1,0%,
Mo: bis 1,0%,
Ni: bis 2,0%,
Nb: bis 0,5%,
Ti: bis 0,5%,
V: bis 0,5%,
B: bis 0,01 %,
Sn: bis 0,1%,
Ca: bis 0,1%.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die zweite Ronde (1.1) zeitgleich mit der ersten Ronde (1) bereitgestellt wird und das Erzeugen des Wandabschnitts (3) aus den beiden Ronden (1, 1.1) mittels Drückwalzen zu einer Druckbehältervorform durchgeführt wird und anschließend der Halsabschnitt (4) aus der Druckbehältervorform mittels Schwenkformen zu einem Druckbehälter (10) erzeugt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die zweite Ronde (1.1) separat be reitgestellt wird, wobei aus der zweiten Ronde (1.1) ein Wandabschnitt (3.1) mittels Drückwalzen zu einer Druckbehältervorform erzeugt wird, wobei der Außendurchmesser (Da) der Druckbehältervorform aus der zweiten Ronde (1.1) gleich oder kleiner ist als der Innendurchmesser (di) der mittels Drückwalzen erzeugten Druckbehältervorform aus der ersten Ronde (1), wobei anschließend die Druckbehältervorform aus der zweiten Ronde (1.1) in die Druckbehältervorform aus der ersten Ronde (1) eingeführt wird, be vor der Halsabschnitt (4) aus den Druckbehältervorformen mittels Schwenkformen zu einem Druckbehälter (10) erzeugt wird.
11. Verwendung eines nach einem der vorgenannten Ansprüche hergestellten Druckbehäl ters (10) zum Speichern von druckbeaufschlagten Fluiden in mobilen Anwendungen.
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