WO2017085135A1 - Stahllegierung mit hohem energieaufnahmevermögen und stahlrohrprodukt - Google Patents

Stahllegierung mit hohem energieaufnahmevermögen und stahlrohrprodukt Download PDF

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steel alloy
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tubular
energy absorption
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Niko GROSSE-HEILMANN
Andreas Peters
Isabella-Maria Zylla
Ernst KOZESCHNIK
Michael Kaufmann
Jozef Balun
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Benteler Steel/Tube Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a high alloy steel
  • TRIP Transformation Induced Plasticity
  • Martensite transformation of retained austenite is also referred to as the TRIP effect.
  • TRIP steels To stabilize the residual austenite and to increase the TRIP effect, it is known to subject TRIP steels to a heat treatment. In particular, a so-called quenching and partitioning (Q & P) is used. Because of this
  • Procedure is a structure with tempered martensite with embedded
  • a disadvantage of low-alloy martensitic / austenitic steels is that the formation of bainite and / or cementite (iron carbide) must be prevented in order to obtain a sufficient amount of retained austenite in the steel. From the prior art it is known, for example, to add silicon to suppress the formation of bainite and cementite in large quantities.
  • a disadvantage of this type of suppression of bainite formation and cementite formation is that the surface properties of the steel product are accompanied by the addition of silicon the hot forming worsened. In addition, these are
  • the object of the present invention is thus to provide a solution by means of which the energy absorption capacity and the formability of a steel can be improved in a simple and reliable manner.
  • the invention is based on the finding that this object can be achieved by adding carbide formers to the steel alloy.
  • the object is therefore achieved by a steel alloy with high energy absorption capacity and good formability, in addition to
  • melting-unavoidable impurities and iron comprises the following by weight:
  • Carbon (C) is necessary for the production of martensitic / austenitic microstructures. According to the invention carbon is added in an amount of at least 0.05%. It has been found that with a carbon content of less than 0.05%, there is not enough carbon in the steel to achieve significant retained austenite stabilization. However, the carbon content is limited according to the invention to a maximum of 0.6%. Above 0.6% is the
  • martensitic matrix of the material in particular the final material after tempering at relatively low temperatures too brittle to represent a technically usable material.
  • Carbon content of the steel alloy in a range of 0.05% to 0.6%, and preferably in the range of 0.1 to 0.6%, and more preferably in the range of 0.15 to 0.5%.
  • the steel alloy also comprises at least one
  • Carbide formers are in particular alloying elements which form carbon carbides with carbon. The formation of iron carbide (FesC cementite) is thereby suppressed.
  • chromium is contained in the steel alloy. Chromium serves as a carbide former. In addition to chromium, one or more other carbide formers may also be included in the steel alloy.
  • alloying elements of subgroups 4 (titanium group), 5 (vanadium group) and 6 (chromium group) of the periodic table can be used.
  • Carbide formers are generally considered to be the
  • Carbide forming the amount of retained austenite in the steel can be increased.
  • bainite also referred to as Bs (bainite start temperature)
  • Bs bainite start temperature
  • this can be seen by a complete separation of the ferrite / perlite and bainite transformation ranges. This area, where no conversions take place, is internationally referred to as Bay. It has been shown that both the unwanted bainite formation and the formation of cementite at these temperatures are made more difficult if carbide formers are added in a targeted manner.
  • Bayrener ie carbide, are therefore alloyed according to the invention.
  • chromium is added as a carbide former.
  • the chromium content is in the range of 2-7, preferably 2.5 to 7 or in the range of 2-4%, and more preferably 3%.
  • chromium in particular molybdenum is alloyed. Chromium and molybdenum suppress the formation of bainite and thus allow a redistribution of carbon into the retained austenite.
  • at least one additional carbide former can be alloyed.
  • the carbide formers according to the invention are the elements Ti (subgroup 4), V, Nb (subgroup 5) and also Cr, Mo, W (subgroup 6).
  • Alloying elements are important from an economic point of view for use in steelmaking. These alloying elements, which serve as carbide formers, have a different effect than Baybildner on. In descending order W, Mo, V, Nb and Ti are suitable as well as chromium as Baybildner.
  • the carbide formers in the steel alloy fulfill the
  • the sum is at most 6.
  • This bainite formation and cementite formation can be reliably prevented and a structure can be generated in which the proportion of retained austenite is high.
  • Manganese (MN) may be present in the steel alloy according to the invention.
  • the addition of manganese is not mandatory. If manganese is added, the manganese content is preferably less than 1.5% and more preferably less than
  • the manganese content may, for example, be in the range of 0.5-0.7%, for example 0.65%.
  • the structure of the steel alloy in addition to martensite constituents of 10 to 40 vol .-% retained austenite on.
  • the minimum content of retained austenite is preferably 20% by volume.
  • Retained austenite in which the structure of the steel alloy also contains a small amount of bainite.
  • the bainite content is limited to a maximum of 30% by volume. With this bainite content, a sufficient content of retained austenite in the martensitic structure can still be achieved.
  • the energy absorption capacity of the steel alloy according to the invention expressed by the product of tensile strength (Rm) and uniform elongation (Ag), according to the invention is greater than 12,000 MPa% and can also be greater than 14,000 MPa% according to the invention.
  • the product of yield strength and elongation at break and the product of tensile strength and elongation at break can also be higher in the steel alloy according to the invention than in known steels.
  • the product of tensile strength (Rm) and elongation at break (A 5 ) in the steel alloy according to the invention is so high that the formability, in particular the cold formability, of a steel product produced from the steel alloy is ensured.
  • the steel alloy according to the invention has a minimum tensile strength of 1000 MPa.
  • the steel alloy according to the invention is thus superior to conventional tempered steels in terms of formability and elongation at break with the same tensile strength.
  • the steel alloy has a silicon content of less than 1.1%. Silicon can be used as a deoxidizer due to its high oxygen affinity and is therefore present in most tempered steel alloys. In low-alloyed steels, silicon is known for suppressing cementite formation in steels. However, silicon-alloyed steels with increasing hot-forming content have been found to tend to form more adherent oxide layers which increase the surface quality
  • the yield ratio yield strength to tensile strength
  • this ratio is higher, for example> 0.9.
  • the present steel alloy therefore, a better deformability of the steel product produced from the steel alloy, in particular tubular steel product can be ensured.
  • the uniform elongation (Ag) of the steel alloy according to the invention can be> 5%.
  • the uniform elongation is lower and is in particular ⁇ 5%.
  • the steel alloy is in a heat-treated state, in particular in a state after one
  • Quenching and Partitioning Heat Treatment (quenching and redistribution) produces a two-phase microstructure consisting of low-carbon martensite and retained austenite
  • the steel is first fully austenitized and then quenched to a temperature intermediate the martensite Start temperature and the martensite finish temperature is. Due to the suppressed cementite precipitation, the carbon diffuses from the supersaturated martensite to the retained austenite during the partitioning step. Carbon stabilizes the austenite, locally lowering the martensite start temperature of the carbon-enriched austenite to below room temperature. Therefore, in a final quench to room temperature, no high-carbon martensite is formed and carbon-enriched austenite remains.
  • the product of the steel alloy for example a tubular element, is subjected to the following process steps: a. Quenching after hot forming at least Ac3 temperature first in a first cooling step with a cooling rate greater than the critical cooling rate on T1 greater than Ms.
  • the second cooling step takes place with a cooling rate that is lower by a factor of 3 to 20 than the first cooling step
  • Step c represents the step of partitioning.
  • Partitioning is shorter, the longer the rewarming (heating rate) takes.
  • a moderate heating rate of, for example, 10K / s with inductive heating and a temperature difference (dT) of 200K
  • the retention time is thus ⁇ 200s.
  • the heat treatment, in particular the step of partitioning is preferably carried out according to the invention with inductive heating. In this way, the desired heating rates and holding phases can be set specifically.
  • the steel alloy according to the invention has next to the high
  • the machinability that is to say the ability to machine the steel product produced from the steel alloy, is determined in particular by the strength and toughness. With the inventively achievable strength and toughness, the machinability of the steel alloy, in particular of the product produced from the steel alloy can be ensured.
  • different steel products can be manufactured.
  • the steel alloy according to the invention is used to produce a tubular steel product.
  • the present invention therefore relates to a
  • the tubular steel product is characterized in that it at least partially consists of the steel alloy according to the invention.
  • the raw steel product comprises a pipe element which consists at least partially and preferably completely of the steel alloy according to the invention.
  • the steel pipe product consists exclusively of such a tubular element.
  • the tubular steel product forms at least part of a perforation gun.
  • the tubular steel product may be the hollow carrier (hollow carrier) of a perforation gun.
  • a perforation gun is a unit used in the oil extraction industry. The perforation gun is used to open or reopen wellbores for gas or crude oil storage.
  • a perforation gun in this case preferably comprises a hollow carrier, which is also referred to as a hollow carrier. In the hollow carrier ignition units are introduced.
  • the hollow carrier As the perforation gun is brought into position, for example, to a depth in which an oil reservoir is located and positioned relative thereto, the hollow carrier must withstand high mechanical stresses, particularly due to the prevailing pressure and temperature.
  • a hollow carrier produced from the steel alloy according to the invention can meet these requirements.
  • the tubular steel product which is at least part of a perforation gun, in particular a hollow carrier, has several, in particular locally limited
  • Sections of reduced wall thickness are provided in the hollow carrier for forming wall openings on the hollow carrier upon ignition of ignition charges introduced into the hollow carrier. Due to the large energy absorption capacity of the invention
  • the steel pipe product is at least a part of a drill pipe, in particular drill pipe for OCTG (Oil Field and Country Tubular Goods). These are used, for example, for drilling for oil, gas or water.
  • OCTG Oil Field and Country Tubular Goods
  • the steel alloy used according to the invention is particularly suitable for this use suitable because the steel tube product made from this steel alloy can withstand the high loads encountered in exploration wells.
  • the steel tube product is at least part of a mineralogical drill pipe. These are used, for example, to implement infrastructure measures such as the construction of telecommunications and power lines or geothermal energy.
  • the steel alloy used according to the invention is particularly suitable for this use, since the steel tube product produced from this steel alloy can withstand a great variety of geological formations.
  • the steel tube product ceases
  • the tubular steel product in this embodiment may be, for example, a shaft, a stabilizer, an injection pipe, or an impact protection unit such as an air bag module, a door impact beam, a roll bar, or an A pillar.
  • an impact protection unit such as an air bag module, a door impact beam, a roll bar, or an A pillar.
  • the steel tube product forms at least part of an airbag gas pressure vessel.
  • airbag gas pressure vessel is the part of a
  • Designated airbag module is stored in the medium, in particular gas, under elevated pressure or in which a high pressure of the medium is generated. By means of the medium, the actual airbag is filled.
  • the medium in particular gas, under elevated pressure or in which a high pressure of the medium is generated.
  • Airbag gas pressure vessel has the steel raw rither at least two
  • Length sections of different outer circumference can have a smaller outer circumference.
  • the outer circumference a length section is in this embodiment preferably at least 5 percent smaller than the outer circumference of the further length section.
  • the retained austenite is present predominantly as a polyhedron-retained austenite. This makes it especially at room temperature to use the TRIP effect.
  • the steel tube product at least in the region in which it is formed by the steel alloy according to the invention, a metallic corrosion-protective coating at least on its outer surface.
  • the metallic corrosion protection layer may be, for example, a zinc layer that is applied by galvanizing.
  • the steel tube product is used for crash-relevant structural components, chassis components, shafts or airbag gas pressure vessel of a motor vehicle.
  • the tubular steel product and in particular the part of the tubular steel product and in particular the part of the tubular steel product and in particular the part of the tubular steel product
  • Steel tube product which consists of the steel alloy according to the invention, heat-treated, in particular by a quenching and partitioning
  • alloy of the invention is formed in a large amount stabilized and so the desired product properties can be adjusted specifically.
  • Figure 1 a schematic representation of a raw steel r.s in the
  • Embodiment as Hollow Carrier of a perforation gun
  • Figure 3 is a schematic representation of a jet pipe product in one embodiment as a stabilizer
  • Figure 4 a schematic representation of a steel pipe product in an embodiment as a drill pipe.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the steel tube product 1 according to the invention as a gas pressure container, in particular an airbag gas pressure container.
  • Steel tube product 1 comprises a tube element 10.
  • the tube ends 101 are tapered or retracted.
  • the taper of the tube ends 101 can be produced by cold forming.
  • the pipe ends 101 each have a in the illustrated embodiment
  • Diameter Di which is less than the diameter D 0 of the tubular element 10 in its central region 102.
  • the diameter of the pipe ends 101 may also be different. In the embodiment shown in Figure 1, the
  • the cold gas storage 15 connects. This is separated from the combustion chamber 14 by the membrane 1 1, which can also be referred to as rupture disk.
  • the cold gas storage 15 is located in the central region 102 of the tubular element 10, which has the larger diameter D 0 .
  • the diffuser 13 connects. In the figure 1, a filling hole 16 is shown in the region of the diffuser 13.
  • the pipe end 101 of the diffuser 13 is welded to a disc 17, that is, through this
  • Steel tube product 1 according to the invention can reliably withstand due to its properties, without that brittle fracture or expansion of a brittle crack is to be feared.
  • FIG. 2 is a schematic view of another embodiment of the invention.
  • the perforation gun 1 comprises a tubular element 10, which may also be referred to as a hollow carrier.
  • the tube element 10 preferably represents a seamless tube element.
  • the localized areas 100 each have a circular area.
  • the regions 100 are distributed over the length of the tubular element 10.
  • an ignition unit 18 is introduced with Zündladungen. By the ignition unit 18, the explosive material of the ignition charge is ignited and thereby on the one hand, the areas 100 of the tubular element 10 is opened and on the other the surrounding material, such as rock, perforated.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the tubular steel product 1.
  • the steel pipe product 1 represents a stabilizer.
  • the stabilizer 1 comprises, in the illustrated embodiment, a tubular element 10, the ends 101 of which are fastened to a respective connection component 2.
  • the pipe ends 101 are connected to the connection component 2 via a connection point 19, for example by a weld.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the tubular steel product 1.
  • the tubular steel product 1 represents a drill pipe, in particular a drill pipe.
  • the drill pipe 1 comprises, in the illustrated embodiment, a pipe element 10, at whose pipe ends 101 threads are provided, these
  • Threads may be external threads as shown at the left tube end 101 or, as shown at the right tube end 101, may be an internal thread inserted into the flared tube end 101.
  • other forms of drill pipe can be used.
  • drill projections or knives may be provided at one of the pipe ends 101. Via the thread a plurality of tube elements 101 can be secured together and so a long drill pipe 1 are formed.
  • the austenite content is significantly increased by alloying in carbide formers, which according to the general opinion would have to further reduce the expected austenite contents due to the expected carbide formation, and a temperature regime which intentionally suppresses bainite and carbide formation.
  • silicon which leads to poorer surfaces in the hot forming, can be omitted according to the invention.
  • the present invention thus creates a new material group of high-strength Q & P steels, which can be used excellently for pipes.
  • the steel products according to the invention have a higher energy absorption capacity compared to conventional tempered pipes. Due to the lower yield ratio of the steel alloy better ductility is achieved. Due to the low content or the absence of silicon in the Steel alloy will achieve a better surface quality of the steel product.
  • a coating of the surface for example galvanizing, is also possible after the hot-forming process.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stahllegierung mit hohem Energieaufnahmevermögen und guter Umformbarkeit, umfassend neben erschmelzungsbedingten unvermeidbaren Verunreinigungen und Eisen folgende Bestandteile in Gewichtsprozent:C 0,05 –0,6% Summe aus Cr + 2*Ti + 3*(Mo+V+Nb) + 4*W = 2 -7 %, wobei das Gefüge der Stahllegierung neben Martensit Bestandteile von 10 –40 Vol.- % Restaustenit aufweist, wobei das Energieaufnahmevermögen ausgedrückt durch das Produkt aus Zugfestigkeit (Rm) und Gleichmaßdehnung (Ag) größer als 12.000 MPa% ist und die Stahllegierung eine Mindestzugfestigkeit von 1000 MPa aufweist. Zudem betrifft die Erfindung ein Stahlrohrprodukt mit hohem Energieaufnahmevermögen und guter Umformbarkeit, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es wenigstens teilweise aus einer solchen Stahllegierung besteht.

Description

Beschreibung
Stahllegierung mit hohem Energieaufnahmevermögen und Stahlrohrprodukt
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stahllegierung mit hohem
Energieaufnahmevermögen sowie ein Stahlrohrprodukt. Zur Herstellung von beispielsweise Kraftfahrzeug komponenten, ist es bekannt sogenannte TRIP (Transformation Induced Plasticity) - Stähle zu verwenden. TRIP Stähle bestehen in der Regel aus Ferrit, Bainit und Restaustenit, der sich
verformungsinduziert in Martensit umwandelt. Die verformungsinduzierte
Martensitumwandlung des Restaustenits wird auch als TRIP-Effekt bezeichnet.
Zur Stabilisierung des Restaustenits und zur Erhöhung des TRIP-Effektes ist es bekannt, TRIP-Stähle einer Wärmebehandlung zu unterwerfen. Insbesondere wird ein sogenanntes Quenching and Partitioning (Q&P) verwendet. Durch dieses
Verfahren wird ein Gefüge mit angelassenem Martensit mit eingelagertem
Restaustenit eingestellt, das stabilisiert ist.
Der Martensit erhöht hierbei die Festigkeit und der Restaustenit gewährleistet auf Grund des TRIP-Effekts weiterhin gute Dehnungseigenschaften. Bei niedriglegierten martensitisch/austenitischen Stählen besteht ein Nachteil darin, dass die Ausbildung von Bainit und/oder Zementit (Eisenkarbid) verhindert werden muss, um einen ausreichenden Anteil an Restaustenit in dem Stahl zu erhalten. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, beispielsweise Silizium zur Unterdrückung der Bildung von Bainit und Zementit in großen Mengen zuzugeben. Ein Nachteil dieser Art der Unterdrückung der Bainitbildung und Zementitbildung besteht darin, dass sich durch die Zugabe von Silizium die Oberflächenbeschaffenheit des Stahl Produktes bei der Warmumformung verschlechtert. Zudem werden bei diesen
martensitisch/austenitischen Stählen in der Regel signifikante Anteile von Bainit und Zementit und eine dadurch unzureichende Austenit-Stabilisierung beobachtet. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit eine Lösung zu schaffen, mittels derer das Energieaufnahmevermögen und die Umformbarkeit eines Stahls auf einfache und zuverlässige Weise verbessert werden kann.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass diese Aufgabe gelöst werden kann, indem in der Stahllegierung Karbidbildner zulegiert werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe daher gelöst durch eine Stahllegierung mit hohem Energieaufnahmevermögen und guter Umformbarkeit, die neben
erschmelzungsbedingten unvermeidbaren Verunreinigungen und Eisen folgende Bestandteile in Gewichtsprozent umfasst:
C 0,05 - 0,6%
Summe aus Cr + 2*Ti + 3*(Mo+V+Nb) + 4*W = 2 - 7 %, wobei das Gefüge der Stahllegierung neben Martensit Bestandteile von 10 - 40 Vol.- % Restaustenit aufweist, wobei das Energieaufnahmevermögen ausgedrückt durch das Produkt aus Zugfestigkeit Rm und Gleichmaßdehnung Ag größer als 14.000 MPa% ist und die Stahllegierung eine Mindestzugfestigkeit von 1000 MPa aufweist. Mit der vorliegenden Erfindung wird somit eine niedriglegierte Stahllegierung geschaffen, die ein hohes Energieaufnahmevermögen und eine gute Umformbarkeit aufweist. Die Stahllegierung wird im Folgenden auch als Legierung, Stahl oder Werkstoff bezeichnet. Gehaltsangaben von Legierungselementen sind als
Gewichtsprozente angegeben, werden aber gegebenenfalls nur mit Prozent bezeichnet. Kohlenstoff (C) ist für die Herstellung martensitisch/austenitischen Gefüge notwendig. Erfindungsgemäß wird Kohlenstoff in einer Menge von mindestens 0,05% zugegeben. Es hat sich gezeigt, dass bei einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,05% nicht genug Kohlenstoff in dem Stahl vorhanden ist, um eine signifikante Restaustenit-Stabilisierung erreichen zu können. Allerdings ist der Kohlenstoffgehalt erfindungsgemäß auf maximal 0,6% begrenzt. Oberhalb von 0,6% ist die
martensitische Matrix des Werkstoffes, insbesondere des finalen Werkstoffes nach einer Anlassbehandlung bei relativ tiefen Temperaturen zu spröde um einen technisch verwendbaren Werkstoff darzustellen. Erfindungsgemäß liegt der
Kohlenstoffgehalt der Stahllegierung in einem Bereich von 0,05% bis 0,6% und vorzugsweise im Bereich zwischen 0,1 - 0,6% und weiter vorzugsweise im Bereich zwischen 0,15 und 0,5%.
Erfindungsgemäß umfasst die Stahllegierung zudem mindestens einen
Karbidbildner. Als Karbidbildner werden insbesondere Legierungselemente bezeichnet, die mit Kohlenstoff Karbide ausbilden. Die Bildung von Eisenkarbid (FesC Zementit) wird hierdurch unterdrückt.
Besonders bevorzugt ist in der Stahllegierung Chrom enthalten. Chrom dient hierbei als Karbidbildner. Zusätzlich zu Chrom können auch einer oder mehrere weitere Karbidbildner in der Stahllegierung enthalten sein.
Als Karbidbildner können Legierungselemente der Nebengruppen 4 (Titangruppe), 5 (Vanadiumgruppe) und 6 (Chromgruppe) des Periodensystems verwendet werden.
Bei Karbidbildnern wird in der Regel davon ausgegangen, dass diese der
Stabilisierung des Restaustenits entgegenwirken, da diese zur Bildung der Karbide Kohlenstoff verbrauchen, der in dem Restaustenit zur Stabilisierung notwendig wäre. Erfindungsgemäß wurde aber festgestellt, dass durch gezielte Zugabe von
Karbidbildnern die Menge an Restaustenit in dem Stahl vergrößert werden kann. Bei Zulegieren von Karbidbildnern zu Eisen-Kohlenstoff Legierungen besteht bei Temperaturen oberhalb der Starttemperatur des Zwischenstufengefüges Bainit, die auch als Bs (Bainit Starttemperatur) bezeichnet wird, ein Bereich in dem keine Umwandlungen stattfinden. Im Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild ist dies durch eine vollständige Trennung der Umwandlungsbereiche für Ferrit/Perlit und Bainit erkennbar. Dieser Bereich, in dem keine Umwandlungen stattfinden, wird international auch als Bay bezeichnet. Es hat sich gezeigt, dass sowohl die unerwünschte Bainitbildung als auch die Zementitbildung bei diesen Temperaturen erschwert werden, wenn gezielt Karbidbildner zulegiert werden.
Erfindungsgemäß werden daher Baybildner, das heißt Karbidbildner, zulegiert.
Insbesondere wird Chrom als ein Karbidbildner zulegiert. Vorzugsweise liegt der Chromgehalt im Bereich von 2-7, vorzugsweise 2,5 bis 7 oder im Bereich von 2 - 4%, und besonders bevorzugt bei 3%.
Zusätzlich zu Chrom wird insbesondere Molybdän zulegiert. Chrom und Molybdän unterdrücken die Bildung von Bainit und ermöglichen so eine Kohlenstoff- Umverteilung in den Restaustenit. Zudem kann erfindungsgemäß zumindest ein weiterer Karbidbildner zulegiert werden. Die Karbidbildner sind erfindungsgemäß die Elemente Ti (Nebengruppe 4), V, Nb (Nebengruppe 5) sowie Cr, Mo, W (Nebengruppe 6). Diese
Legierungselemente sind aus ökonomischen Aspekten wichtig für den Einsatz in der Stahlherstellung. Diese Legierungselemente, die als Karbidbildner dienen, weisen eine unterschiedlich starke Wirkung als Baybildner auf. In absteigender Reihenfolge sind W, Mo, V, Nb und Ti neben Chrom als Baybildner geeignet. Diese
Legierungselemente werden erfindungsgemäß in einer solchen Kombination zugegeben, dass die Anforderung: Cr + 2*Ti + 3*(Mo+V+Nb) + 4*W = 2 - 7 % erfüllt ist.
Auf diese Weise wird der Baybereich zuverlässig vergrößert und eine
Temperaturführung zum Erzielen eines höheren Anteils an Restaustenit vereinfacht.
Besonders bevorzugt erfüllen die Karbidbildner in der Stahllegierung die
Anforderung, dass die Summe aus Cr + 2*Ti + 3*(Mo+V+Nb) + 4*W im Bereich von 2 - 7 % liegt und vorzugsweise mindestens 2,2, 2,5, 3 oder 3,5 beträgt.
Vorzugsweise beträgt die Summe maximal 6. Hierdurch kann Bainitbildung und Zementitbildung zuverlässig verhindert werden und ein Gefüge erzeugt werden, in dem der Anteil des Restaustenits hoch ist.
In der erfindungsgemäßen Stahllegierung kann Mangan (MN) vorliegen. Die Zugabe von Mangan ist nicht zwingend erforderlich. Sofern Mangan zugegeben wird, ist der Mangangehalt vorzugweise kleiner als 1 ,5% und besonders bevorzugt kleiner als
1 %. Der Mangangehalt kann beispielsweise im Bereich von 0,5-0,7%, beispielsweise bei 0,65%, liegen.
Erfindungsgemäß weist das Gefüge der Stahllegierung neben Martensit Bestandteile von 10 - 40 Vol.-% Restaustenit auf. Der Mindestgehalt an Restaustenit beträgt vorzugsweise 20 Vol.-%. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Gefüge der Stahllegierung neben Martensit Bestandteile von 15 - 35 Vol.-% und besonders bevorzugt 20 bis 35 Vol.-% auf. Restaustenit auf. Mit diesem hohen Anteil von Restaustenit in der Martensitmatrix kann der TRIP-Effekt besonders genutzt werden und damit die vorteilhaften Werkstoffeigenschaften erzielt werden.
Obwohl nicht bevorzugt, kann zusätzlich zu dem martensitischen Gefüge mit
Restaustenit, in dem Gefüge der Stahllegierung auch ein geringer Anteil an Bainit vorliegen. Der Bainitanteil ist hierbei allerdings auf höchstens 30 Vol.-% begrenzt. Mit diesem Bainitanteil kann immer noch ein ausreichender Gehalt an Restaustenit in dem martensitischen Gefüge erzielt werden. Das Energieaufnahmevermögen der erfindungsgemäßen Stahllegierung, ausgedrückt durch das Produkt aus Zugfestigkeit (Rm) und Gleichmaßdehnung (Ag), ist erfindungsgemäß größer als 12.000 MPa% und kann erfindungsgemäß auch größer als 14.000 MPa% sein.
Auch das Produkt aus Streckgrenze und Bruchdehnung sowie das Produkt aus Zugfestigkeit und Bruchdehnung können bei der erfindungsgemäßen Stahllegierung höher als bei bekannten Stählen liegen.
Zudem ist erfindungsgemäß das Produkt aus Zugfestigkeit (Rm) und Bruchdehnung (A5) bei der erfindungsgemäßen Stahllegierung so hoch, dass die Umformbarkeit, insbesondere auch die Kaltumformbarkeit eines aus der Stahllegierung hergestellten Stahlproduktes gewährleistet ist.
Die erfindungsgemäße Stahllegierung weist eine Mindestzugfestigkeit von 1000 MPa auf.
Die erfindungsgemäße Stahllegierung ist somit konventionellen Vergütungsstählen hinsichtlich Umformbarkeit und Bruchdehnung bei gleicher Zugfestigkeit überlegen.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Stahllegierung einen Siliziumgehalt von kleiner als 1 ,1 % auf. Silizium kann aufgrund seiner hohen Sauerstoffaffinität als Desoxidationsmittel eingesetzt werden und liegt daher in den meisten beruhigten Stahllegierungen vor. In niedriglegierten Stählen ist Silizium bekannt dafür die Zementitbildung in Stählen zu unterdrücken. Allerdings hat sich gezeigt, dass mit Silizium legierte Stähle mit steigendem Gehalt bei der Warmformgebung zur Bildung von stärker haftenden Oxidschichten neigen, die die Oberflächenqualität
verschlechtern, was sich insbesondere auch nachteilig auf nachfolgende
Beschichtungsprozesse, wie beispielsweise das Verzinken auswirkt. Indem bei der erfindungsgemäßen Stahllegierung der Siliziumgehalt auf 1 ,1 % begrenzt ist, können die negativen Einflüsse des Siliziums auf die Eigenschaften des Stahls, insbesondere die schlechten Oberflächeneigenschaften, minimiert werden. Gemäß einer Ausführungsform ist das Streckgrenzenverhältnis (Dehngrenze zu Zugfestigkeit) Rp0,2 / Rm < 0,8 der Stahllegierung. Bei herkömmlichen
Vergütungsstählen liegt dieses Verhältnis höher, beispielsweise bei >0,9. Mit der vorliegenden Stahllegierung kann daher eine bessere Verformbarkeit des aus der Stahllegierung hergestellten Stahl Produktes, insbesondere Stahlrohrproduktes gewährleistet werden .
Die Gleichmaßdehnung (Ag) der erfindungsgemäßen Stahllegierung kann > 5% sein. Bei herkömmlichen Vergütungsstählen, insbesondere Stähle mit größer als 1000 MPa, ist die Gleichmaßdehnung geringer und liegt insbesondere bei <5%.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Stahllegierung in einem wärmebehandelten Zustand, insbesondere in einem Zustand nach einer
Wärmebehandlung des Quenching and Partitioning (Q&P) vor. Erfindungsgemäß hat sich gezeigt, dass sich mit Karbidbildnern, insbesondere Chrom aber auch Titan, Molybdän, Vanadium, Niob und Wolfram, legierte Stähle herausragend für die Quenching & Partitioning Wärmebehandlung eignen. Diese Erkenntnis steht im Kontrast zur der Meinung des Standes der Technik, dass die Karbidbildner generell kontraproduktiv für Q& P sind.
Eine„Quenching and Partitioning" Wärmebehandlung (Q&P) (Abschrecken und Umverteilen) erzeugt eine zweiphasen Mikrostruktur, die aus niederkohlenstoff- Martensit und Restaustenit besteht. Während des Quenching-Schritts wird der Stahl zunächst vollständig austenitisiert und dann auf eine Temperatur abgeschreckt, die zwischen der Martensit- Starttemperatur und der Martensit-Endtemperatur liegt. Aufgrund der unterdrückten Zementitausscheidung diffundiert der Kohlenstoff während des Partitioning-Schrittes von dem übersättigten Martensit zum Restaustenit. Kohlenstoff stabilisiert den Austenit, wodurch die Martensit-Starttemperatur des kohlenstoffangereicherten Austenit lokal auf unter Raumtemperatur abgesenkt wird. Daher wird bei einem Endabschrecken auf Raumtemperatur kein hochkohlenstoffhaltiger Martensit gebildet und durch Kohlenstoff angereicherter Austenit verbleibt. Der Martensit, der
vorzugsweise angelassen ist, erhöht die Festigkeit und der Restaustenit
gewährleistet durch den TRIP-Effekt weiterhin gute Dehnungseigenschaften.
Gemäß einem Beispiel wird das Produkt aus der Stahllegierung, beispielsweise ein Rohrelement, den folgenden Verfahrensschritten unterworfen: a. Abschrecken nach einer Warmformgebung bei mindestens Ac3 Temperatur zunächst in einem ersten Kühlschritt mit einer Kühlrate größer der kritischen Abkühlgeschwindigkeit auf T1 größer Ms.
b. Abschrecken in einem zweiten Kühlschritt auf eine Temperatur T2
a. Wobei T2<Ms-50°C und größer Raumtemperatur ist;
b. Und der zweite Kühlschritt mit einer im Vergleich zum ersten Kühlschritt um den Faktor 3 bis 20 niedrigeren Kühlrate erfolgt
c. Erwärmung mit einer Heizrate und Haltephase zur Stabilisierung
polyederförmigen Restausten its, die der folgenden Gleichung genügt:
(T3-T2)/10x Heizrate in K/s > Haltezeit (in sec.) bei T3
Wobei T3 > Bainit Start Temperatur
d. Weiterer Kühlschritt auf eine Rohrtemperatur <Ms.
Schritt c stellt hierbei den Schritt des Partitionings dar. Die Haltezeit für das
Partitioning ist umso kürzer, je länger die Wiedererwärmung (Heizrate) dauert. Bei einer moderaten Heizrate von beispielsweise 10K/s bei einem induktiven Erwärmen und einer Temperaturdifferenz (dT) von 200K beträgt die Haltezeit also < 200s. Die Wärmebehandlung, insbesondere der Schritt des Partitionings wird erfindungsgemäß vorzugsweise mit induktiver Erwärmung durchgeführt. Hierdurch können die gewünschten Heizraten und Haltephasen gezielt eingestellt werden.
Die erfindungsgemäße Stahllegierung weist neben dem hohen
Energieaufnahmevermögen und der guten Umformbarkeit auch eine gute
Zerspanbarkeit auf. Die Zerspanbarkeit, das heißt die Eigenschaft das aus der Stahllegierung hergestellte Stahlprodukt spanend bearbeiten zu können, wird insbesondere durch die Festigkeit und Zähigkeit bestimmt. Mit der erfindungsgemäß erzielbaren Festigkeit und Zähigkeit kann die Zerspanbarkeit der Stahllegierung, insbesondere des aus der Stahllegierung hergestellten Produktes gewährleistet werden. Mit der erfindungsgemäßen Stahllegierung können unterschiedliche Stahlprodukte gefertigt werden. Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Stahllegierung zur Herstellung eines Stahlrohrproduktes verwendet.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung daher ein
Stahlrohrprodukt mit hohem Energieaufnahmevermögen und guter Umformbarkeit. Das Stahlrohrprodukt ist dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens teilweise aus der erfindungsgemäßen Stahllegierung besteht. Besonders bevorzugt umfasst das Stahlrohprodukt ein Rohrelement, das zumindest bereichsweise und vorzugsweise vollständig aus der erfindungsgemäßen Stahllegierung besteht. Alternativ ist es auch möglich, dass das Stahlrohrprodukt ausschließlich aus einem solchen Rohrelement besteht.
In der Ölindustrie kann ein Stahlrohrprodukt der vorliegenden Erfindung
beispielsweise als Bohrrohr oder als sogenannte Perforation Gun verwendet werden. Gemäß einer Ausführungsform bildet das Stahlrohrprodukt daher zumindest einen Teil einer Perforation Gun. Insbesondere kann das Stahlrohrprodukt der Hohlträger (Hollow Carrier) einer Perforation Gun sein. Als Perforation Gun wird eine Einheit bezeichnet, die in der Ölgewinnungsindustrie eingesetzt wird. Die Perforation Gun wird hierbei dazu verwendet, Bohrlöcher zu öffnen oder erneut zu öffnen, um zu Gasoder Rohöllagern zu gelangen. Eine Perforation Gun umfasst hierbei vorzugsweise einen Hohlträger, der auch als Hollow Carrier bezeichnet wird. In den Hohlträger werden Zündeinheiten eingebracht. Während die Perforation Gun in Position gebracht wird, beispielsweise in eine Tiefe gebracht wird, in der ein Öllager liegt, und relativ zu diesem positioniert wird, muss der Hollow Carrier großen mechanischen Belastungen standhalten, insbesondere aufgrund des herrschenden Drucks und der erhöhten Temperatur. Ein aus der erfindungsgemäßen Stahllegierung hergestellter Hollow Carrier kann diesen Anforderungen genügen.
Das Stahlrohrprodukt, das zumindest einen Teil einer Perforation Gun, insbesondere einen Hollow Carrier, darstellt, weist mehrere, insbesondere lokal begrenzte
Abschnitte reduzierter Wanddicke auf. Diese lokal begrenzten Abschnitte stellen vorzugsweise punktuelle oder kreisförmige Abschnitte dar. Die Abschnitte sind in dem Hollow Carrier dazu vorgesehen, bei Zündung von in den Hollow Carrier eingebrachten Zündladungen Wandöffnungen an dem Hollow Carrier auszubilden. Aufgrund des großen Energieaufnahmevermögens der erfindungsgemäßen
Stahllegierung, aus der der Hollow Carrier vorzugsweise besteht, kann beim Zünden der Zündladungen sichergestellt werden, dass der Hollow Carrier nicht zerbirst.
Lediglich die Bereiche der verringerten Wandstärke werden zerstört und so die Perforation des umgebenden Gesteins ermöglicht.
Gemäß einem weiteren Beispiel ist das Stahlrohrprodukt zumindest ein Teil eines Bohrrohres, insbesondere Drillpipes für OCTG (Oilfield and Country Tubulär Goods). Diese werden beispielsweise für Bohrungen nach Öl, Gas oder Wasser eingesetzt. Die erfindungsgemäß verwendete Stahllegierung ist für diesen Einsatz besonders geeignet, da das aus dieser Stahllegierung hergestellte Stahlrohrprodukt den bei den Explorationsbohrungen bestehenden hohen Belastungen standhalten kann.
Gemäß einem weiteren Beispiel ist das Stahlrohrprodukt zumindest ein Teil eines mineralogischen Bohrrohres. Diese werden beispielsweise zur Umsetzung von Infrastrukturmaßnahmen, wie der Bau von Telekommunikations- und Stromtrassen oder die Geothermie eingesetzt. Die erfindungsgemäß verwendete Stahllegierung ist für diesen Einsatz besonders geeignet, da das aus dieser Stahllegierung hergestellte Stahlrohrprodukt den unterschiedlichsten geologischen Formationen gut standhalten kann.
Das Einbringen von Abschnitten mit geringerer Wandstärke ist bei der
erfindungsgemäßen Stahllegierung auf einfache Weise möglich, da bei dieser eine gute spanende Bearbeitbarkeit gegeben ist.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform stellt das Stahlrohrprodukt ein
Stahlrohrprodukt für ein Kraftfahrzeug mit hohem Energieaufnahmevermögen dar.
Das Stahlrohrprodukt kann bei dieser Ausführungsform beispielsweise eine Welle, einen Stabilisator, eine Einspritzleitung darstellen, oder in einer Einheit für den Aufprallschutz wie beispielsweise einem Airbagmodul, einem Türaufprallträger, einem Überrollbügel oder einer A-Säule verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform bildet das Stahlrohrprodukt zumindest einen Teil eines Airbaggasdruckbehälters. Als Airbaggasdruckbehälter wird der Teil eines
Airbagmoduls bezeichnet, in dem Medium, insbesondere Gas, unter erhöhtem Druck gespeichert ist oder in der ein hoher Druck des Mediums erzeugt wird. Mittels des Mediums wird der eigentliche Airbag befüllt. Bei der Ausführungsform als
Airbaggasdruckbehälter weist das Stahl roh rprodukt wenigstens zwei
Längenabschnitte verschiedenen Außenumfangs auf. Insbesondere kann zumindest eines der Rohrenden einen geringeren Außenumfang aufweisen. Der Außenumfang eines Längenabschnitts ist bei dieser Ausführungsform vorzugsweise um wenigstens 5 Prozent kleiner ist als der Außenumfang des weiteren Längenabschnitts.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Stahllegierung in dem
Stahlrohrprodukt volumenbezogene Bestandteile von 10 - 40 %, vorzugsweise 15- 35% und besonders bevorzugt 20 bis 35% film- und polyederförmig ausgebildeten Restaustenit auf. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Restaustenit überwiegend als polyederförmiger Restaustenit vor. Hierdurch wird es auch bei Raumtemperatur besonders ermöglicht den TRIP-Effekt zu nutzen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Stahlrohrprodukt zumindest in dem Bereich, in dem dieses durch die erfindungsgemäße Stahllegierung gebildet wird, eine metallische vor Korrosion schützende Beschichtung zumindest an seiner Außenfläche auf. Die metallische Korrosionsschutzschicht kann beispielsweise eine Zinkschicht sein, die durch Verzinken aufgebracht ist. Eine solche Art der
Beschichtung ist bei Verwendung der erfindungsgemäßen Stahllegierung möglich, da deren Oberflächenbeschaffenheit aufgrund des möglichen geringen Siliziumgehaltes verbessert sein kann. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Stahlrohrprodukt für crashrelevante Strukturbauteile, Fahrwerkbauteile, Wellen oder Airbaggasdruckbehälter eines Kraftfahrzeuges verwendet.
Erfindungsgemäß ist das Stahlrohrprodukt und insbesondere der Teil des
Stahlrohrproduktes, der aus der erfindungsgemäßen Stahllegierung besteht, wärmebehandelt, insbesondere durch ein Quenching and Partitioning
Wärmebehandlung behandelt.
Durch diese Wärmebehandlung kann der Restaustenit, der bei der
erfindungsgemäßen Legierung in einer großen Menge gebildet wird, stabilisiert werden und so können die gewünschten Produkteigenschaften gezielt eingestellt werden.
In den beiliegenden Figuren sind Ausführungsformen von Stahlrohrprodukten nach der vorliegenden Erfindung schematisch gezeigt. Hierbei zeigt:
Figur 1 : eine schematische Darstellung eines Stahl roh rproduktes in der
Ausführungsform als Airbaggasdruckbehälter; Figur 2: eine schematische Darstellung eines Stahlrohrprodukts in einer
Ausführungsform als Hollow Carrier einer Perforation Gun;
Figur 3: eine schematische Darstellung eines Strahlrohrproduktes in einer Ausführungsform als Stabilisator; und
Figur 4: eine schematische Darstellung eines Stahlrohrproduktes in einer Ausführungsform als Bohrrohr.
In Figur 1 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stahlrohrproduktes 1 als Gasdruckbehälter, insbesondere Airbaggasdruckbehälter gezeigt. Das
Stahlrohrprodukt 1 umfasst ein Rohrelement 10. In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform sind die Rohrenden 101 verjüngt beziehungsweise eingezogen. Die Verjüngung der Rohrenden 101 kann durch Kaltumformung erzeugt werden. Die Rohrenden 101 weisen in der dargestellten Ausführungsform jeweils einen
Durchmesser Di auf, der geringer ist als der Durchmesser D0 des Rohrelementes 10 in dessen mittleren Bereich 102. Die Durchmesser der Rohrenden 101 können auch verschieden sein. In der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform weist das
Stahlrohrprodukt 1 eine Brennkammer 14 auf, in der ein Zünder 12 sowie die weiteren pyrotechnischen Komponenten vorgesehen sind. An dem einen Rohrende 101 ist die Brennkammer 14 mit einer daran angeschweißten Scheibe 17
verschlossen. An die Brennkammer 14 schließt sich der Kaltgasspeicher 15 an. Dieser ist von der Brennkammer 14 durch die Membran 1 1 , die auch als Berstscheibe bezeichnet werden kann, getrennt. Der Kaltgasspeicher 15 liegt in dem mittleren Bereich 102 des Rohrelementes 10, das den größeren Durchmesser D0 aufweist. An den Kaltgasspeicher 15 schließt sich der Diffusor 13 an. In der Figur 1 ist in dem Bereich des Diffusors 13 ein Füllloch 16 gezeigt. Das Rohrende 101 des Diffusors 13 ist mit einer Scheibe 17 verschweißt, das heißt durch diese
verschlossen.
In dem Kaltgasspeicher 15 kann beispielsweise ein Druck von 580 bar herrschen. In der Brennkammer 14 kann sich der Druck beim Zünden des Zünders von
beispielsweise 580 bar auf 1 .200 bar erhöhen. Diesem Druck kann das
erfindungsgemäße Stahlrohrprodukt 1 aufgrund seiner Eigenschaften zuverlässig standhalten, ohne, dass Sprödbruch oder Ausweitung eines spröden Risses zu befürchten ist.
In Figur 2 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des
Stahlrohrproduktes 1 gezeigt, das eine Perforation Gun darstellt. Die Perforation Gun 1 umfasst ein Rohrelement 10, das auch als Hollow Carrier bezeichnet werden kann. Das Rohrelement 10 stellt vorzugsweise ein nahtloses Rohrelement dar. In dem Rohrelement 10 sind lokal begrenzte Bereiche 100 mit einer verringerten
Wandstärke eingebracht. Die lokal begrenzten Bereiche 100 weisen jeweils eine kreisförmige Fläche auf. Die Bereiche 100 sind über die Länge des Rohrelementes 10 verteilt. In dem Rohrelement 10 ist eine Zündeinheit 18 mit Zündladungen eingebracht. Durch die Zündeinheit 18 wird das explosive Material der Zündladung gezündet und dadurch zum einen die Bereiche 100 des Rohrelementes 10 geöffnet und zum anderen das umliegende Material, beispielsweise Gestein, perforiert.
In Figur 3 ist eine weitere Ausführungsform des Stahlrohrproduktes 1 gezeigt. In dieser Ausführungsform stellt das Stahlrohrproduktes 1 einen Stabilisator dar. Der Stabilisator 1 umfasst in der dargestellten Ausführungsform ein Rohrelement 10, dessen Enden 101 an jeweils einem Anschlussbauteil 2 befestigt sind. Wie sich aus Figur 3 ergibt, sind die Rohrenden 101 mit dem Anschlussbauteil 2 über einen Anbindungspunkt 19, beispielsweise durch eine Schweißnaht verbunden.
In Figur 4 ist eine weitere Ausführungsform des Stahlrohrproduktes 1 gezeigt. In dieser Ausführungsform stellt das Stahlrohrproduktes 1 ein Bohrrohr, insbesondere eine Drillpipe dar. Das Bohrrohr 1 umfasst in der dargestellten Ausführungsform ein Rohrelement 10, an dessen Rohrenden 101 Gewinde vorgesehen sind, diese
Gewinde können, wie an dem linken Rohrende 101 gezeigt, ein Außengewinde darstellen oder wie an dem rechten Rohrende 101 gezeigt ein Innengewinde darstellen, das in das aufgeweitete Rohrende 101 eingebracht ist. Es können aber auch andere Formen von Bohrrohren verwendet werden. Beispielsweise können an einem der Rohrenden 101 Bohrvorsprunge oder Messer vorgesehen sein. Über die Gewinde können mehrere Rohrelemente 101 aneinander befestigt werden und so ein langes Bohrrohr 1 gebildet werden.
Mit der vorliegenden Erfindung kann eine Reihe von unerwarteten Vorteilen erzielt werden. Zum einen wird erfindungsgemäß durch Zulegieren von Karbidbildnern, die nach allgemeiner Auffassung die zu erwartenden Austenitgehalte durch die erwartete Karbidbildung weiter reduzieren müssten, und einer Temperaturführung, die wider Erwartens Bainit- und Karbidbildung gezielt unterdrückt, der Austenitgehalt signifikant gesteigert. Auf den erhöhten Einsatz von Silizium, der zu schlechteren Oberflächen bei der Warmformgebung führt, kann erfindungsgemäß verzichtet werden.
Mit der vorliegenden Erfindung wird somit eine neue Werkstoffgruppe der hochfesten Q&P Stähle geschaffen, die sich für Rohre hervorragend einsetzen lässt. Es können insbesondere Stahlprodukte, insbesondere Rohre hergestellt werden, die eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig hoher Duktilität aufweisen. Insbesondere besitzen die erfindungsgemäßen Stahlprodukte ein höheres Energieaufnahmevermögen gegenüber konventionellen vergüteten Rohren aufweist. Aufgrund des geringeren Streckgrenzenverhältnisses der Stahllegierung wird eine bessere Verformbarkeit erzielt. Aufgrund des geringen Gehaltes oder der Abwesenheit von Silizium in der Stahllegierung wird eine bessere Oberflächenqualität des Stahlproduktes erzielt. Insbesondere ist bei der erfindungsgemäßen Stahllegierung auch nach der Warmfornngebung eine Beschichtung der Oberfläche, beispielsweise ein Verzinken möglich.
Schließlich sind aufgrund der geringen Anteile an Legierungselementen die Kosten für die Stahllegierung gering.
Bezugszeichenliste
1 Stahlrohrprodukt
10 Rohrelement
101 Rohrende
102 mittlerer Bereich
1 1 Membran
12 Zünder
13 Diffusor
14 Brennkammer
15 Kaltgasspeicher
16 Füllloch
17 Scheibe
Bereich geringerer Wandstärke Zündeinheit
Anbindungspunkt
Anschlussbauteil

Claims

Patentansprüche
1 . Stahllegierung mit hohem Energieaufnahmevermögen und guter Umformbarkeit, umfassend neben erschmelzungsbedingten unvermeidbaren Verunreinigungen und Eisen folgende Bestandteile in Gewichtsprozent:
C 0,05 - 0,6%
Summe aus Cr + 2*Ti + 3*(Mo+V+Nb) + 4*W = 2 - 7 %, wobei das Gefüge der Stahllegierung neben Martensit Bestandteile von 10 - 40 Vol.-% Restaustenit aufweist, wobei das Energieaufnahmevermögen ausgedrückt durch das Produkt aus Zugfestigkeit (Rm) und Gleichmaßdehnung (Ag) größer als 12.000 MPa% ist und die Stahllegierung eine Mindestzugfestigkeit von 1000 MPa aufweist.
2. Stahllegierung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Kohlenstoffgehalt im Bereich zwischen 0,1 - 0,6% liegt und vorzugweise im Bereich zwischen 0,15 - 0,5% liegt.
3. Stahllegierung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahllegierung einen Siliziumgehalt von < 1 ,1 % aufweist.
4. Stahllegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Chromgehalt im Bereich von 2 - 7%, vorzugsweise 2,5 - 7% oder 2 - 4% liegt, besonders bevorzugt bei 3% liegt.
5. Stahllegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahllegierung Mangan (Mn) aufweist und der Mangangehalt vorzugsweise kleiner als 1 ,5%, besonders bevorzugt kleiner als 1 % ist.
6. Stahllegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe aus Cr + 2*Ti + 3*(Mo+V+Nb) + 4*W mindestens 2,2, vorzugsweise mindestens 2,5, mindestens 3 oder mindestens 3,5 beträgt.
7. Stahllegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe aus Cr + 2*Ti + 3*(Mo+V+Nb) + 4*W maximal 6 beträgt.
8. Stahllegierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefüge der Stahllegierung neben Martensit Bestandteile von 15 - 35 Vol.-%, vorzugsweise 20 bis 35 Vol.-% Restaustenit aufweist.
9. Stahllegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefüge der Stahllegierung neben Martensit und Restaustenit höchstens 30 Vol.-% Bainit aufweist.
10. Stahllegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieaufnahmevermögen ausgedrückt durch das Produkt aus Zugfestigkeit Rm und Gleichmaßdehnung Ag größer als 14.000 MPa% ist.
1 1 . Stahllegierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Streckgrenzenverhältnis Rp0,2 / Rm < 0,8 ist.
12. Stahllegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Gleichmaßdehnung von > 5% aufweist.
13. Stahllegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahllegierung einer Wärmebehandlung, insbesondere einer Quenching and Partitioning Behandlung unterworfen wird.
14. Stahlrohrprodukt mit hohem Energieaufnahmevermögen und guter
Umformbarkeit, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens teilweise aus einer Stahllegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 besteht.
15. Stahlrohrprodukt nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zumindest einen Teil einer Perforation Gun bildet, wobei das Stahlrohrprodukt mehrere, insbesondere lokal begrenzte Abschnitte reduzierter Wanddicke aufweist.
16. Stahlrohrprodukt nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass dieses
zumindest einen Teil eines Bohrrohres, insbesondere einer Drillpipe für OCTG oder eines mineralogischen Borrohres bildet.
17. Stahlrohrprodukt nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Stahlrohrprodukt für ein Kraftfahrzeug mit hohem Energieaufnahmevermögen darstellt.
18. Stahlrohrprodukt nach Anspruch 14 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass
dieses zumindest einen Teil eines Airbaggasdruckbehälter mit wenigstens zwei Längenabschnitten verschiedenen Außenumfangs bildet, wobei der
Außenumfang eines Längenabschnitts um wenigstens 5 Prozent kleiner ist als der Außenumfang des weiteren Längenabschnitts.
19. Stahlrohrprodukt nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlrohrprodukt volumenbezogene Bestandteile von 10 - 40 % film- und polyederförmig ausgebildeten Restaustenit aufweist und vorzugsweise überwiegend aus polyederförmigem Restaustenit besteht.
20. Stahlrohrprodukt nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefüge 15-35 Vol.-% und besonders bevorzugt 20 bis 35 Vol.-% Restaustenit aufweist.
21 . Stahlrohrprodukt nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine metallische vor Korrosion schützende Beschichtung zumindest an seiner Außenfläche aufweist.
22. Stahlrohrprodukt nach einem der Ansprüche 14, 17, 19, 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlrohrprodukt zumindest einen Teil eines crashrelevante Strukturbauteils des Kraftahrzeuges, insbesondere
Fahrwerkbauteile oder Wellen darstellt.
23. Stahlrohrprodukt nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlrohr wärmebehandelt, insbesondere durch ein Quenching and Partitioning Wärmebehandlung, behandelt ist.
PCT/EP2016/077878 2015-11-16 2016-11-16 Stahllegierung mit hohem energieaufnahmevermögen und stahlrohrprodukt WO2017085135A1 (de)

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