Titel

Umwandlungsträge Stahllegierung, Verfahren zur Herstellung der umwandlungsträgen Stahllegierung und Wasserstoffspeicher mit einer

Komponente aus der umwandlungsträgen Stahllegierung

Stand der Technik

EP 1375681 Bl offenbart einen hochfesten Stahl, der eine ausgezeichnete Kaltzähigkeit und Zähigkeit der Schweißwärmeeinflusszone aufweisen soll. Der hochfeste Stahl enthält massebezogen die Legierungselemente C: 0,02 bis 0,10 %, Si: höchstens 0,8 %, Mn: 1,5 bis 2,5 %, P: höchstens 0,015 %, S: höchstens 0,003 %, Ni: 0,01 bis 2,0 %, Mo: 0,2 bis 0,8 %, Nb: höchstens 0,009 %, Ti: höchstens 0,030 %, AI: höchstens 0,1 %, N: höchstens 0,008 % sowie optional V: 0,001 bis 0,3 %, Cu: 0,01 bis 1,0 %, Cr: 0,01 bis 1,0 %, Ca: 0,0001 bis 0,01 %, SEM: 0,0001 bis 0,02 % und/oder Mg: 0,0001 bis 0,006 %, wobei der Rest aus Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht; der P-Wert des Stahls in der Festlegung durch den nachfolgenden Ausdruck im Bereich von 1,9 bis 3,5 liegt; und sich die Mikrostruktur des Stahls hauptsächlich aus Martensit und Bainit zusammensetzt: P = 2.7 C + 0.4 Si + Mn + 0.8 Cr + 0.45 Ni + Cu + 2 V + Mo - 0.5.

DE 69834932 T2 offenbart ein Blech mit einer Zugfestigkeit von zumindest 930 MPa. Das Blech wird aus einem wiedererwärmten Stahl produziert, der die folgenden Legierungselemente in den dargestellten Gewichts- Prozenten umfasst: 0,05% bis 0,10% C, 1,7% bis 2,1% Mn, weniger als 0,015% P, weniger als 0,003% S, 0,001% bis 0,006% N, 0,2% bis 1,0% Ni, 0,01% bis 0,10% Nb, 0,005% bis 0,03% Ti, und 0,25% bis 0,6% Mo; 0,01% bis 0,1% V, weniger als 1% Cr, weniger als 1% Cu, weniger als 0,6% Si, weniger als 0,06% AI, weniger als 0,002% B, weniger als 0,006% Ca, weniger als 0,02% seltene Erdenmetalle, sowie weniger als 0,006% Mg; Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine umwandlungsträge Stahllegierung für eine zum Beinhalten oder Durchströmen von Wasserstoff ausgebildete Komponente eines Wasserstoffspeichers, wobei die umwandlungsträge Stahllegierung eine Vickershärte von zumindest 300 HV aufweist, wobei die umwandlungsträge Stahllegierung C, Si, Mn, P, S, Cr, Mo, Ni und/oder V als Legierungselemente enthält, und wobei die Masseanteile der Legierungselemente betragen:

C: zumindest 0,125 % bis höchstens 0,525 %,

Si: 0,0 % bis höchstens 0,375 %,

Mn: 0,0 % bis höchstens 0,375 %,

P: 0,0 % bis höchstens 0,0145 %,

S: 0,0 % bis höchstens 0,0225 %,

Cr: 0,0 % bis höchstens 0,25 %,

Mo: zumindest 0,81 % bis höchstens 4,05 %,

Ni: zumindest 0,50 % bis höchstens 3,75 % und V: zumindest 0,15 % bis höchstens 0,45 %.

Vorteilhaft an der umwandlungsträgen Stahllegierung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist insbesondere, dass diese an der Luft abgekühlt bzw. abgeschreckt werden kann und dennoch gute Festigkeiten und hohe Härten erreicht. Dadurch ermöglicht die umwandlungsträge Stahllegierung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung eine Wärmebehandlung ohne ein spezielles Medium, wie beispielsweise Öl oder Wasser, zum Abschrecken.

Das Abschrecken an der Luft gegenüber einem Abschrecken mit anderen Medien ist besonders vorteilhaft bei großen Bauteilen. Die umwandlungsträge Stahllegierung ist demgemäß hervorragend für eine Komponente eines Wasserstoffspeichers geeignet, die dazu ausgebildet ist, Wasserstoff zu beinhalten oder zu durchströmen. Eine derartige Komponente kann beispielsweise ein Tank zum Beinhalten bzw. zur Speicherung von Wasserstoff, also ein Wasserstofftank sein. Auch kann eine derartige Komponente beispielsweise ein Rohr zum Durchströmen mit bzw. Transportieren von Wasserstoff sein. Entsprechend sind derartige Bauteile meist relativ groß dimensioniert. Wenn derartige Komponenten nicht an der Luft sondern mit anderen Medien abgeschreckt werden, um die gewünscht guten Festigkeiten und hohe Härten zu erreichen, ist die Fertigung dementsprechend aufwendig und kostenintensiv.

Selbstverständlich ist die umwandlungsträge Stahllegierung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung nicht auf zum Beinhalten oder Durchströmen von Wasserstoff ausgebildete Komponente eines Wasserstoffspeichers beschränkt, sondern kann auch für andere Zwecke und Bauteile genutzt werden. Allerdings hat es sich gezeigt, dass er für die Verwendung in einer Wasserstoffatmosphäre besonders gut geeignet ist.

Nur der Vollständigkeit halber sei der Name der Legierungselemente im Folgenden aufgeführt: C: Kohlenstoff, Si: Silicium, Mn: Mangan, P: Phosphor, S: Schwefel, Cr: Chrom, Mo: Molybdän, Ni: Nickel und V: Vanadium. Der weit überwiegende Masseanteil der umwandlungsträgen Stahllegierung ist aus Fe: Eisen gebildet.

Bevorzugt ist, dass die Masseanteile der Legierungselemente betragen:

C: zumindest 0,1875 % bis höchstens 0,4375 %,

Si: zumindest 0,0075 % bis höchstens 0,3125 %,

Mn: zumindest 0,0075 % bis höchstens 0,3125 %,

P: zumindest 0,00225 % bis höchstens 0,01125 %,

S: zumindest 0,00225 % bis höchstens 0,01875 %,

Cr: zumindest 0,075 % bis höchstens 0,125 %,

Mo: zumindest 1,5 % bis höchstens 3,375 %,

Ni: zumindest 1,125 % bis höchstens 3,125 % und V: zumindest 0,225 % bis höchstens 0,375 %.

Hierdurch kann die umwandlungsträge Stahllegierung modifiziert werden, um noch höhere Vickershärten durch das Abschrecken an der Luft zu erreichen. Ferner bevorzugt ist, dass die Masseanteile der Legierungselemente betragen: C: zumindest 0,225 % bis höchstens 0,385 %,

Si: zumindest 0,009 % bis höchstens 0,275 %,

Mn: zumindest 0,009 % bis höchstens 0,275 %,

P: zumindest 0,0027 % bis höchstens 0,0099 %,

S: zumindest 0,0027 % bis höchstens 0,0165 %,

Cr: zumindest 0,09 % bis höchstens 0,11 %,

Mo: zumindest 1,8 % bis höchstens 2,92 %,

Ni: zumindest 1,35 % bis höchstens 2,75 % und V: zumindest 0,27 % bis höchstens 0,33 %.

Auch hierdurch kann der umwandlungsträgen Stahllegierung weiter modifiziert werden, um noch höhere Vickershärten nach dem Abschrecken an der Luft zu erreichen.

Weiterhin ist bevorzugt, dass die Masseanteile der Legierungselemente betragen:

C: zumindest 0,25 % bis höchstens 0,35 %,

Si: zumindest 0,01 % bis höchstens 0,25 %,

Mn: zumindest 0,01 % bis höchstens 0,25 %,

P: zumindest 0,003 % bis höchstens 0,009 %,

S: zumindest 0,003 % bis höchstens 0,015 %,

Cr: 0,1 %,

Mo: zumindest 2 % bis höchstens 2,7 %,

Ni: zumindest 1,5 % bis höchstens 2,5 % und V: 0,3%.

Auch hierdurch kann der umwandlungsträgen Stahllegierung weiter modifiziert werden, um noch höhere Vickershärten durch das Abschrecken an der Luft zu erreichen.

Ferner ist bevorzugt, dass die Masseanteile der Legierungselemente betragen: C: 0,25 % oder 0,35 %,

Si: 0,01 % oder 0,25 %,

Mn: 0,01 % oder 0,25 %, P: 0,003 % oder 0,009 %, S: 0,003 % oder 0,015 %, Cr: 0,1 %,

Mo: 2 % oder 2,7 %,

Ni: 1,5 % oder 2,5 % und V: 0,3%.

Beispielsweise kann eine umwandlungsträge Stahllegierung Masseanteile der Legierungselemente von C: 0,25 %, Si: 0,25 %, Mn: 0,25 %, P: 0,009 %, S:

0,015 %, Cr: 0,1 %, Mo: 2,7 %, Ni: 2,5 % und V: 0,3% betragen. Ferner beispielsweise kann eine umwandlungsträge Stahllegierung Masseanteile der Legierungselemente von C: 0,35 %, Si: 0,25 %, Mn: 0,25 %, P: 0,009 %, S:

0,015 %, Cr: 0,1 %, Mo: 2 %, Ni: 1,5 % und V: 0,3% betragen. Zudem beispielsweise kann eine umwandlungsträge Stahllegierung Masseanteile der Legierungselemente von C: 0,35 %, Si: 0,01 %, Mn: 0,01 %, P: 0,003 %, S:

0,003 %, Cr: 0,1 %, Mo: 2 %, Ni: 1,5 % und V: 0,3% betragen.

Weiterhin ist bevorzugt, dass der restliche Massenanteil der umwandlungsträgen Stahllegierung durch Fe gebildet wird. Insofern weist die umwandlungsträge Stahllegierung keine anderen Legierungselemente auf. Zu beachten ist jedoch, dass die umwandlungsträge Stahllegierung selbstverständlich ungewollte aber möglicherweise nicht zu vermeidende Verunreinigungen aufweisen kann.

Außerdem ist bevorzugt, dass die umwandlungsträge Stahllegierung Sekundärkarbide aufweist. Diese können beim Aushärten der umwandlungsträgen Stahllegierung ausgeschieden werden. Insbesondere ermöglichen die Legierungselemente Mo und V bei einer Anlasswärmebehandlung der umwandlungsträgen Stahllegierung die Bildung dieser Sekundärkarbide. Dadurch kann eine Steigerung der Vickershärte von 40 HV oder mehr erreicht werden.

Ferner ist bevorzugt, dass die umwandlungsträge Stahllegierung eine Zugfestigkeit im Bereich von 700 MPa bis 1500 MPa, insbesondere im Bereich von 800 MPa bis 1200 MPa, aufweist. Die umwandlungsträge Stahllegierung eignet sich in diesem Zugfestigkeitsbereich besonders hervorragend zur Herstellung der Komponente des Wasserstoffspeichers.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung einen Wasserstoffspeicher mit zumindest einer zum Beinhalten oder Durchströmen von Wasserstoff ausgebildeten Komponente, wobei die zumindest eine Komponente aus einer erfindungsgemäßen umwandlungsträgen Stahllegierung besteht. Die zumindest eine Komponente kann beispielsweise ein Tank zum Beinhalten bzw. zur Speicherung von Wasserstoff, also ein Wasserstofftank sein. Alternativ oder zusätzlich kann die zumindest eine Komponente beispielsweise ein Rohr zum Durchströmen mit bzw. Transportieren von Wasserstoff sein. Der Wasserstoffspeicher kann insbesondere ein mobiler Wasserstoffspeicher sein. Ein solcher mobiler Wasserstoffspeicher kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug mit Brennstoffzellenantrieb eingesetzt werden.

Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen umwandlungsträgen Stahllegierung, wobei die umwandlungsträge Stahllegierung an der Luft abgeschreckt wird und/oder die umwandlungsträge Stahllegierung angelassen wird. In einem ersten Schritt kann die umwandlungsträge Stahllegierung austenitisiert werden. In einem zweiten Schritt kann die umwandlungsträge Stahllegierung an der Luft abgeschreckt werden. In einem dritten Schritt kann die umwandlungsträge Stahllegierung angelassen werden. Eine Anlasstemperatur beim Anlassen kann beispielsweise im Bereich 200 °C bis 800 °C, insbesondere 300 °C bis 700 °C, ferner insbesondere 400 °C bis 650 °C liegen. Beispielsweise kann die Anlasstemperatur ca. 600 °C betragen.