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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR PRODUCING A PRESSURE VESSEL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/223358
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing a pressure vessel (10).

Inventors:
FLÖTH THOMAS (DE)
GROSSERÜSCHKAMP THOMAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2022/059682
Publication Date:
October 27, 2022
Filing Date:
April 12, 2022
Export Citation:
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Assignee:
THYSSENKRUPP STEEL EUROPE AG (DE)
International Classes:
B21D22/14; B21B17/00; B21D35/00; B21D51/24; C21D9/08
Domestic Patent References:
WO2021040133A12021-03-04
Foreign References:
US20150231684A12015-08-20
US20150083284A12015-03-26
DE4323167C11994-05-19
CN104451419A2015-03-25
EP2163325A22010-03-17
DE102014101972B42018-06-07
DE102015113869A12017-02-23
EP3571323A12019-11-27
Other References:
DUBBEL, HEINRICH (ED.): "Taschenbuch für den Maschinenbau : mit Tabellen", 1 January 2007, SPRINGER , DE , ISBN: 978-3-540-49714-1, article GROTE KARL-HEINRICH, FELDHUSEN JORG: "DUBBEL. Taschenbuch für den Maschinenbau (auszug)", pages: K22 - K23, XP055978808
"Hertsch AG", 1 January 2016, HERTSCH AG, article ANONYMOUS: "Hertsch AG Edelstähle / Aciers fins", pages: 1 - 41, XP093075392
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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.

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 R m 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 R m bzw. durch geeignete Wahl des Kohlenstoffstahls individuell eingestellt werden, so dass auch zumindest abschnittsweise eine Zugfestigkeit R m 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 R m 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 R m 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 R m 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 R m 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.