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 (A ₅ ) 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 D ₀ 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 D ₀ 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