DE3844164C2 - - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D51/00—Making hollow objects
- B21D51/16—Making hollow objects characterised by the use of the objects
- B21D51/24—Making hollow objects characterised by the use of the objects high-pressure containers, e.g. boilers, bottles
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von zylindrischen
Druckbehältern aus längsnahtgeschweißtem Stahlrohr
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Das Drücken nach dem sogenannten Spinning-Verfahren gehört seit Jahren zum bekannten Stand der
Technik auf dem Gebiet der Druckbehälterfertigung. Dabei werden die auf
Verarbeitungstemperatur erwärmten Rohrenden unter ständiger Drehung
durch Fließdrücken zu einem kalottenförmigen Boden geschlossen (z. B.
gemäß DE-OS 23 21 326) bzw. zu einem Flaschenhals umgeformt. Als
Ausgangsmaterial kommen nahtlose oder geschweißte Stahlrohre zum
Einsatz.
Es ist üblich, daß die verwendeten geschweißten Stahlrohre eine normal
geglühte Längsnaht aufweisen. Vielfach kommen auch Stahlrohre zum
Einsatz, die darüber hinaus aus thermomechanisch gewalztem Warmband
hergestellt wurden und daher entsprechend hohe mechanische
Festigkeitswerte aufweisen.
Bisher wurde es stets als unumgänglich angesehen, Druckbehälter, die
aus geschweißten Stahlrohren gefertigt wurden, nach dem Spinning-Prozeß
einer Wärmebehandlung, insbesondere einem Normalglühen zu unterziehen.
Dies hat zum Beispiel seinen Niederschlag gefunden in "Allgemeine
Anforderungen an Druckgasbehälter, Herstellen, Wärmebehandlung"
(Technische Regeln Druckgase TRG 242 des Deutschen Druckgasausschusses,
Abschnitt 3.1).
Eine solche Wärmebehandlung durch Normalisieren soll die
technologischen Eigenschaften im Kopf- und Fußteil eines Druckbehälters
verbessern und gleichzeitig eine Vergleichmäßigung dieser Eigenschaften
im Hinblick auf die Eigenschaften im zylindrischen Teil bewirken.
Ein Nachteil des Normalglühens ist in dem damit verbundenen Aufwand für
Anlagen, Arbeitszeit und Energie zu sehen, der die Herstellkosten
erheblich verteuert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das eine
kostengünstigere Herstellung von Druckbehältern aus längsnahtgeschweißten
Stahlrohren ermöglicht, ohne die Bauteilsicherheit zu beeinträchtigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den
Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Durch die Merkmale des
Unteranspruchs 2 läßt sich dieses Verfahren in vorteilhafter
Weise ausgestalten.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht die Herstellung von
Druckbehältern aus geschweißten Stahlrohren unter Verzicht auf die
bisher als unumgänglich angesehene und von der TRG 242 vorgeschriebene
Normalglühung, wobei die mechanische Festigkeitskennwerte ohne weiteres
die Mindestwerte gemäß DIN 17 178 und DIN 17 172 einhalten:
Dehngrenze Rp 0,2 | |
360 N/mm² | |
Zugfestigkeit Rm | = 490-630 N/mm² |
Dehngrenzverhältnis Rp 0,2/Rm | 85% |
Ein Entfallen der nachträglichen Wärmebehandlung wird dadurch erreicht,
daß für die Herstellung der verwendeten Stahlrohre mit normal geglühter
Schweißnaht ein Warmband mit der chemischen Zusammensetzung gemäß dem
Patentanspruch 1 eingesetzt wird, welches normalisierend gewalzt wurde,
d. h. die Endumformung beim Walzen des Bandes erfolgte in einem
Temperaturbereich, in dem ein Werkstoffzustand eintritt, der dem Zustand
nach einer Normalglühung entspricht. Zum anderen wird die Warmumformung
der Rohrenden nach dem Drück-Verfahren derart durchgeführt, daß der
Verformungsgrad in Abhängigkeit von der örtlichen Temperatur jeweils
ausreichend groß eingestellt wird, um eine Gefügefeinkörnigkeit zu
erzielen, die derjenigen eines normalisierten Gefüges gleichwertig ist.
Je höher die örtliche Temperatur ist, um so größer muß auch der
Umformungsgrad εges sein. Beispielsweise bei 900 Grad Celsius sollte er über
5% und bei 1200 Grad Celsius über 90% betragen.
Die Feinkörnigkeit des Gefüges und damit dessen mechanische
Festigkeitskennwerte lassen sich weiter verbessern, wenn am Ende des
Drückprozesses eine beschleunigte Abkühlung bis auf unter 500 Grad
Celsius durchgeführt wird. Die Abkühlgeschwindigkeit sollte möglichst im
Bereich von 3 bis 15 K/s liegen, wobei in Abhängigkeit vom Werkstoff bei
höherem C-Gehalt eine um so kleinere Abkühlgeschwindigkeit gewählt wird.
Mit besonderem Vorteil wird die beschleunigte Abkühlung unter Verwendung
von Druckluft oder Luft/Wasser-Gemischen vorgenommen und bis unter 300
Grad Celsius geführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren bringt neben der Kostenersparnis den
Vorteil mit sich, daß die beim Walzen des Warmbandes erzielten sehr
guten Festigkeitseigenschaften nicht mehr durch ein abschließendes
Normalglühen des Druckbehälters verschlechtert werden können. Damit
bleiben gerade im zylindrischen Teil des Druckbehälters, in dem die
stärkste mechanische Belastung durch den Innendruck auftritt, deutlich
bessere Festigkeitseigenschaften erhalten, als dies nach den
Vorschriften gefordert wird.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden vier Figuren
näher erläutert.
Die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch eine
Gegenüberstellung der Eigenschaften eines erfindungsgemäß hergestellten
Druckbehälters C und derjenigen zweier Vergleichsbeispiele A und B
deutlich. In den Fig. 1 bis 4 sind schematische Schnitte durch den
Kopf- bzw. Fußteil eines Druckbehälters dargestellt, in denen die
Meßstellen mit den jeweils ermittelten Durchschnittswerten für die
Dehngrenze Rp 0,2, die Zugfestigkeit Rm und das Dehngrenzenverhältnis
Rp 0,2/Rm an den Druckbehältern A, B bzw. C eingetragen sind. Die
chemische Zusammensetzung des Stahles vom Behälter C unterscheidet sich,
wie die nachfolgende Tabelle zeigt, nur unwesentlich von der
Zusammensetzung des Stahles der Vergleichsbehälter A und B.
Während das Warmband für die Behälter A und B thermomechanisch gewalzt
wurde, ist das Warmband für Behälter C erfindungsgemäß normalisierend
gewalzt worden. Die aus dem Warmband erzeugten Stahlrohre (Durchmesser
229 mm, Wanddicke 3,2 mm) wurden alle HFI-geschweißt, wobei die
Schweißnaht jeweils nachträglich doppelt induktiv normalisierend
geglüht wurde.
Zur Herstellung der Druckbehälter A und B wurden die Rohre an den Enden
erwärmt und nach dem Drück-Verfahren eingeformt. Während Behälter A
entsprechend den Vorschriften der TRG 242 im Anschluß an den
Spinning-Prozeß normalisierend geglüht wurde, ist bei Behälter B auf
eine solche nachträgliche Wärmebehandlung verzichtet worden. Die
mechanische Prüfung der Festigkeitseigenschaften erfolgte an
Mikro-Rundzerreißproben B 1,5×7,5 nach DIN 50125 im Kopf- und
Fußbereich bzw. im zylindrischen Teil an Flachzugproben 6×30 nach DIN
50114. Die Meßstellen und Meßwerte für Rp 0,2, Rm und Rp 0,2/Rm, die für
die Behälter A und B ermittelt wurden, sind für den Kopfteil in Fig. 1
und für den Fußteil in Fig. 2 dargestellt.
Wie der Vergleich der Dehngrenzen- und der Zugfestigkeitswerte,
insbesondere im zylindrischen Teil deutlich zeigt, tritt durch die
Normalisierungsbehandlung im Falle des Behälters A eine deutliche
Abnahme der Dehngrenze ein. Im Kopf- bzw. Fußteil sind mit der
Wärmebehandlung darüber hinaus auch deutliche Einbußen in der
Zugfestigkeit verbunden. Der normalisierte Behälter A erfüllt jedoch
sämtliche geforderten Mindestwerte. Dagegen entspricht Behälter B trotz
der höheren Werte für die Dehngrenze und die Zugfestigkeit nicht den
Anforderungen, weil das Verhältnis Rp 0,2/Rm im zylindrischen Teil mit
89% deutlich zu hoch liegt.
Der in erfindungsgemäßer Weise aus normalisierend gewalztem Warmband
im Drück-Verfahren mit geregelter Temperaturführung und definiertem
Umformgrad ohne die sonst übliche Normalisierung im Anschluß an das
Drück-Verfahren erzeugte Behälter C erfüllt aber die gestellten
Bedingungen wiederum ebenso wie Behälter A vollständig. Die gefundenen
Meßwerte gehen aus Fig. 3 für den Kopfteil und aus Fig. 4 für den
Fußteil hervor. Aufgrund des normalisierenden Walzens bei der
Warmbandherstellung sind die Ausgangswerte für Rp 0,2 und Rm, wie ein
Vergleich zwischen den Behältern B und C im zylindrischen Teil zeigt,
geringer, erfüllten jedoch voll die gestellten Anforderungen. Ein
Vorteil des normalisierenden Walzens gegenüber dem thermomechanischen
Walzen (Behälter B) ist aber das deutlich günstigere
Dehngrenzenverhältnis von 77% gegenüber 89%. Vergleicht man nun die
Eigenschaften des nach dem Stand der Technik normalisierten Behälters A
mit denen des erfindungsgemäß erzeugten Behälters C, so stellt man bei
Behälter C nur geringfügig niedrigere Werte für Rp 0,2 und Rm fest, die
durch Abweichungen in der Analyse (C, Si, Nb) bedingt sind, jedoch den
erforderlichen Sollwerten auch im Hinblick auf das Dehngrenzenverhältnis
voll entsprechen.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von zylindrischen Druckbehältern mit
einer Dehngrenze Rp 0,2 von mindestens 355 N/mm², einer
Zugfestigkeit Rm von 490 bis 630 N/mm² und einem
Dehngrenzenverhältnis Rp 0,2/Rm von maximal 85% aus einem
längsnahtgeschweißten Stahlrohr mit normalgeglühter Naht durch
Warmumformen der Rohrenden mittels Drücken mit anschließendem
Abkühlen auf Raumtemperatur, wobei das verwendete Stahlrohr die
folgende Werkstoffzusammensetzung (Massenprozent) aufweist:
0,08-0,25% C
0,15-0,50% Si
1,1-1,8% Mn
0,02-0,06% Al
bis 0,04% Nb
bis 0,025% Ti
bis 0,05% V
bis 0,02% P
bis 0,005% S
bis 0,018% NRest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen,dadurch gekennzeichnet, daß Stahlrohre aus normalisierend gewalztem Warmbreitband eingesetzt werden, und daß der Verformungsgrad beim Drücken in Abhängigkeit von der örtlichen Temperatur zur Erzeugung eines Gefüges mit einer Feinkörnigkeit, die derjenigen eines normalisierten Gefüges gleichwertig ist, ausreichend groß eingestellt wird.
0,15-0,50% Si
1,1-1,8% Mn
0,02-0,06% Al
bis 0,04% Nb
bis 0,025% Ti
bis 0,05% V
bis 0,02% P
bis 0,005% S
bis 0,018% NRest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen,dadurch gekennzeichnet, daß Stahlrohre aus normalisierend gewalztem Warmbreitband eingesetzt werden, und daß der Verformungsgrad beim Drücken in Abhängigkeit von der örtlichen Temperatur zur Erzeugung eines Gefüges mit einer Feinkörnigkeit, die derjenigen eines normalisierten Gefüges gleichwertig ist, ausreichend groß eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rohrenden am Ende des Drück-Prozesses mit einer vom
C-Gehalt abhängigen Abkühlgeschwindigkeit von 3 bis 15 K/s bis auf
unter 500 Grad Celsius abgekühlt werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883844164 DE3844164A1 (de) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | Verfahren zur herstellung von druckbehaeltern |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883844164 DE3844164A1 (de) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | Verfahren zur herstellung von druckbehaeltern |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3844164A1 DE3844164A1 (de) | 1990-06-28 |
DE3844164C2 true DE3844164C2 (de) | 1991-02-21 |
Family
ID=6370425
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19883844164 Granted DE3844164A1 (de) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | Verfahren zur herstellung von druckbehaeltern |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3844164A1 (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10313146B4 (de) * | 2002-04-19 | 2005-11-24 | Mannesmannröhren-Werke Ag | Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters zur Speicherung von gasförmigen Medien unter Druck und Druckbehälter |
DE102020213620A1 (de) | 2020-10-29 | 2022-05-05 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Verfahren zur Herstellung eines Druckgasbehälters, Druckgasbehälter sowie Fahrzeug mit Druckgasbehälter |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BR7202690D0 (pt) * | 1972-05-02 | 1973-04-10 | Nakata Katsuhide | Novo processo para a formacao de capsulas metalicas |
-
1988
- 1988-12-23 DE DE19883844164 patent/DE3844164A1/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3844164A1 (de) | 1990-06-28 |
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