用于气囊系统的气压容器和管道元件以及用于制造气压容器的方法与流程

本发明涉及一种特别是用于机动车的气囊系统的气压容器以及一种用于气压容器的管道元件和一种用于制造气压容器的方法。
背景技术：
：这种类型的气压容器在ep1983065a1中得到说明并构成权利要求1的前序部分。用于气囊系统的气压容器包括具有在施加内压时的高破裂强度的管道元件，该管道元件由钢合金构成并且应该在第一长度区段中具有至少零下(-)40摄氏度(℃)的转变温度，并且管道元件包括第二长度区段和第三长度区段，这些长度区段从第一长度区段起轴向向着管道元件的两个相对的端部的方向延伸。这些长度区段由无缝的或焊接的、热轧的和/或冷拉的管道构造成一件式的和材料相同的，其中，第二长度区段和第三长度区段具有外周，该外周与第一长度区段的外周相比缩小。为了即使在低温的情况中也保障高的破裂强度，公开文献提出：将完成成形的管道元件，就是说在将第二长度区段和第三长度区段中的外周减小之后，完全淬火和回火，从而在气压容器的整个管道元件中产生相同的、具有大部分是回火的马氏体的金相组织并且在未缩小的中间长度区段中产生大于700兆帕斯卡(mpa)的抗拉强度。然而缺点是：通过对在端部上变细的管道元件的调质处理使得几何精度以及表面质量下降。此外，由于在冷拉状态中减小第二长度区段和第三长度区段的外周，冷成形性和破裂强度与未缩小的第一长度区段相比受到不利影响。此外，us2002040907a1说明了一种具有由钢制成的管道元件的气压容器，该管道元件由板材拉伸成多级的并且在此最后的长度区段仅仅拉伸成单级的并且长度区段、特别是在不同频度(unterschiedlichoft)拉伸的长度区段之间的过渡区域承受热处理。通过该热处理应该导致有针对性的能量吸收，该能量吸收伴随有测试中开始的轴向裂纹的结束。然而尽管多次的热处理，深拉的管道元件在它们的破裂强度方面对于当今的要求来说依然是不充分的，这些要求的特征是轻结构要求和伴随而生的较高强度的钢的较薄的壁厚。技术实现要素：因此本发明的目的在于：提供一种改进的具有管道元件的气压容器，该气压容器满足在施加内压时对破裂强度和破裂性能的更高的要求。此外的目的是提出一种相应的管道元件，该管道元件为了应用在气压容器中而在机械可加工性方面得到改进。此外存在如下的目的：提出一种制造方法，利用该制造方法可以特别经济地和最高质量地生产气压容器。所述目的的涉及产品的部分通过权利要求1的特征得以实现。从属权利要求2至18构成本发明的有益的改进方案。所述目的的涉及产品的部分关于管道元件还通过权利要求19的特征得以实现。从属权利要求20和21构成这个管道元件的有益的改进方案。所述目的的涉及方法的部分通过权利要求22的特征得以实现，随后的从属权利要求23和24又构成有益的实施方式。提出一种气压容器、特别是用于机动车的气囊系统，其包括在施加内压时具有高破裂强度的管道元件，该管道元件由钢合金构成并且在第一长度区段中具有大于800兆帕斯卡的抗拉强度、至少或小于(零下)-40℃的转变温度和一个外周，其中，所述管道元件包括至少一个第二长度区段以及作为可选另外的长度区段，这些长度区段从第一长度区段起轴向延伸，其中，第二长度区段以及作为可选另外的长度区段以及第一长度区段由无缝的或焊接的、特别是热轧的或冷拉的管构造成整体的和材料相同的，其中，第二长度区段以及作为可选另外的长度区段具有一个外周，该外周与第一长度区段的外周相比缩小。在此具有特征的是：所述管道元件在第二长度区段和作为可选另外的长度区段中具有小于(零下)-50℃以及小于第一长度区段的转变温度的转变温度。在此，通过相应长度区段中的作为环形的缺口冲击试样、就是说作为具有为了测试目的而置入的额定缺口的狭窄的管道区段的取样来测定转变温度。在冷却到测试的低温条件上之后对试样进行轴向冲击。在低温时试样从塑性的断裂特性转变为脆的断裂特性，该低温称为转变温度。不言而喻，为了表示长度区段的特征必须对多个试样进行测试以便对它们进行测定。低于零下40°的转变温度在本发明的意义中意味着向着零下50℃、零下60℃、零下70℃、零下80℃、零下90℃或更低温度的方向的转变温度以及上述值之间的任意值。由于具有缩小的外周的第二长度区段和作为可选另外的长度区段的具有优势的(ueberlegen)转变温度产生大量的优点。首先，可靠地防止在气囊系统的测试中或实际应用中在可能具有灾难性结果的位置上出现裂纹、例如在设置有与另外的构件或安装件的连接的地方，因而在撕裂时产生的力能够穿过内腔击穿这些部件。其次，还防止了由于脆性断裂气压容器自身或其分离的部件可能整个脱落。根据本发明在第二长度区段中和作为可选在另外的长度区段中避免了此外通常的由于外周缩小引入的应力。在本发明的范围中，外周在用于管道元件的圆管的情况中限定为外径，在多角的管道、多角的变细的长度区段或者非对称的管道横截面的情况中由它们的外周长限定。优选地，气压容器为第一长度区段的外周u11、第二长度区段的u12和另外的长度区段的u13、u16具有下列相互关系：u12＝(0.6-0.9)×u11、特别是u12＝(0.7-0.8)×u11，和/或u13＝(0.6-0.9)×u11、特别是u13＝(0.7-0.8)×u11，和/或u16＝(0.65-0.95)×u11、特别是u16＝(0.75-0.85)×u11。这意味着：即使在外周的或外径的列出的缩小的情况中也构成少于或低于-50℃的转变温度。按照趋势假定，转变温度随着外周缩小的增大通过有关的长度区段的冷作硬化的增加而同样微微上升。此外优选地，气压容器在第二长度区段中和/或在另外的长度区段中具有壁厚，该壁厚大于第一长度区段中的壁厚，特别是第二长度区段中的壁厚大至少5％。由于特别是通过借助锥形的外圈模具(aussenringmatrize)对管道元件的一个端部进行的同时镦粗和变细所产生的增厚，绝对地来看(absolutbetrachtet)产生较大的强度和韧度。另外，较厚的壁在安装件或嵌装件诸如破裂盘(berstscheibe)或封板连接时具有优点。然而还可能的是：气压容器的第二长度区段的和/或另外的长度区段的壁厚小于或等于第一长度区段的壁厚。这具有的优点是：为了克服破裂试验时或触发气囊系统时的临界的切向作用的拉伸特性，可以有针对性地在缩小外周时将压力固有应力引入到管道元件中。根据本发明，优选地，至少第二长度区段构造在管道元件的一个端侧的端部上。特别优选第三长度区段构造在管道元件的另外的端部上，而第一长度区段构造成两个端部之间的中间区段。管道元件则可以通过将盖板添加、特别是在周侧焊接在端部上而构造成封闭的。还可能的是：具有缩小外周的第二长度区段或一个另外的长度区段在管道元件的两个具有较大外周的第一长度区段之间延伸。因此从管道内侧起可能的是：嵌装件支撑或接合在内壁上，以便利用或在一个唯一的管道元件中例如构成气体发生的多个轴向腔室的空间分割。此外可以规定：气压容器至少在管道元件的具有缩小外周u12的第二长度区段中与第一长度区段相比具有沿着周向提高的塑性变形性，其中有效的是：变形性，12＞1.05×变形性，11。在此可以将变形性描述为延展性或者特别是也可以描述为断裂延伸率并且借助dinen8495-2004规定的扩管试验来测定。变形性在此是基本形状改变能力(grundformaenderungsvermoegen)。这是一个相对参数、例如u0/u1，其中，u1是出现裂纹时的外周而u0是原始外周，分别在芯棒扩径试验(dornaufweitversuch)中测定。优选地，气压容器在管道元件的第一长度区段中具有金相组织，该金相组织具有至少70％的回火的马氏体的表面份额。特别是回火的马氏体主要以拉伸的针状存在。此外可以规定：管道元件的第二长度区段也具有一种组织，该组织具有表面份额为至少70％的主要回火的马氏体。然而与第一长度区段不同，回火的马氏体构造成没有针状拉伸，因此在还未变细的管道元件上也能够简单地区分各长度区段。根据本发明可能的是：气压容器在第二长度区段中与第一长度区段的抗拉强度rm,11相比具有减小的抗拉强度rm,12，其中有效的是：rm,12＜0.9×rm,11。抗拉强度对破裂强度具有积极的影响并且在变细的长度区段内仅仅稍微低于第一长度区段中的抗拉强度。特别是可以通过回火来降低抗拉强度。这导致至少10％的强化消除，然而由此同时提高了冷态韧性(kaltzaehigkeit)。这也可以如下地适用于所述另外的长度区段：rm,13＜0.9×rm,11和/或rm,16＜0.9×rm,11。此外可以规定：在管道元件的第二长度区段与第一长度区段之间设置有过渡区域，在该过渡区域中抗拉强度rm,14连续增加，其中，过渡区域具有在10mm与100mm之间的、优选在15mm与40mm之间的宽度。在气压容器上优选可以在第二长度区段和/或在第三长度区段与第一长度区段之间设置有过渡区段，在该过渡区段中外周连续地向着第一长度区段的方向增加，其中，该过渡区段具有的宽度大于过渡区域的宽度。因此冶金性能被调节地比几何性能更窄并且优选更精确。特别是因此可避免几何的缺口部位并且宽度有益地受到难设计的过渡区域中的未限定定的组织状态的限制。根据本发明，气压容器可以在管道元件的第二长度区段中和作为可选在另外的长度区段中具有铁素体-珠光体-多相组织，其具有至少70％的表面份额。这个组织则基本上与钢管材料的原始组织相符，然而作为剩余部分也可以具有贝氏体或马氏体。管道元件在这个长度区段中的变形性得到显著改善。根据本发明还可以有益地规定：所述第二长度区段和/或所述另外的长度区段构造成在气压容器施加内压时的局部额定断裂点，优选地，所述额定断裂点设置在气压容器的中心中，由此产生距特别是与盖板焊接的端部的尽可能大的安全距离。然而也可能的是：有针对性地将额定断裂点构造在中心之外、特别是在第一长度区段具有可变的、特别是非对称的径向外周的情况中或在非对称轴向拱形的外周走向的情况中。本发明的另一观点涉及一种如权利要求18所述的管道元件。提出一种管道元件，其在施加内压时具有高破裂强度，其特别是用于应用在如至少权利要求1所述的气压容器中，其中，管道元件是具有恒定外周的无缝的或焊接的、特别是热轧的和冷拉的钢管，其中，管道元件具有抗拉强度大于800mpa的第一长度区段和至少一个第二长度区段和作为可选另外的长度区段，并且各长度区段构造成整体的和材料相同的。在此的特征是：管道元件的第二和作为可选另外的、特别是需通过冷成形加工的长度区段(符号12，13，16)与第一长度区段(符号11)相比具有按照diniso8495-2004的提高的扩管能力,12，13，16，其中有效的是：扩管能力,12＞1.1*扩管能力,11，和/或扩管能力,13＞1.1*扩管能力,11，和/或扩管能力,16＞1.1*扩管能力,11。在此按照dineniso8495:2004在所述的直到断裂为止的管扩孔试验中测定扩管能力。即使扩管与管变细(rohrverjuengung)时的性能不同，试验的结果依然是冷成形技术在气压容器用管道元件中的应用的有根据的数值。优选地，管道元件在需加工的第二长度区段中具有硬度hv12和/或在另外的长度区段中具有硬度hv13，hv16，以及在第一长度区段中具有硬度hv11。需加工的第二长度区段和/或另外的长度区段与第一长度区段相比具有减小的硬度hv12和/或hv13和/或hv16，其中有效的是：hv12/hv11＝0.4至0.99，和/或hv13/hv11＝0.4至0.99，和/或hv16/hv11＝0.4至0.99。此外优选地，管道元件除了铁和由熔化引起的杂质之外以质量百分比为单位包括下列合金元素的后续所述的三种成份之一：c在0.07与0.29之间0.07至0.140.05至0.2si0.1至0.550.1至0.55≤0.5mn从0.2至1.6从0.2至1.60.2至0.6p＜0.025＜0.025＜0.020s＜0.02＜0.02＜0.005cr＜2＜10.6至2ti＜0.03＜0.015＜0.015mo＜0.6＜0.4＜0.4ni＜0.6＜0.4＜0.4al0.001至0.050.001至0.050.001至0.05v＜0.2＜0.1-nb＜0.05＜0.05-重要的是：材料具有好的调质性能和好的淬透性、强度和可焊接性。本发明的另一观点涉及一种用于制造气压容器的方法，该气压容器包括在施加内压时具有高破裂强度的管道元件，该方法从无缝的或焊接的钢管出发以下列步骤为特征：·对管进行淬火、接着回火，优选在冷拉之前，·作为可选，对管进行冷拉，·定尺寸剪切成管道元件，·将管道元件在第二长度区段和/或另外的长度区段中局部地加温到加温温度tw，最长120秒、优选最长30秒，其中，在此不对第一长度区段进行加温，·作为可选，将温度tw保持最长120秒、优选最长30秒，·使第二长度区段和/或另外的长度区段在缩小其外周u12、u13、u16的情况下成形，优选在局部加温或保持之后即刻进行，其中，管道元件具有转变温度为tu,11的第一长度区段和转变温度为tu,12的第二长度区段和/或具有tu,13、tu,16的另外的长度区段，其中有效的是：·tu,12＜tu,11并且tu,12＜-50℃，和/或·tu,13＜tu,11并且tu,13＜-50℃，和/或·tu,16＜tu,11并且tu,16＜-50℃。·在成形之前或之后对第二长度区段和/或另外的长度区段进行冷却。在唯一的制作阶段中特别有益地对第二长度区段或另外的长度区段进行加温和进行半热成形，优选地将成形温度调节为小于钢合金的再结晶温度ac3、特别是小于ac1温度。这主要导致节省费用/降低能耗并且保障第一长度区段中的具有主要拉伸的马氏体针状的回火的马氏体基本组织不受不利影响。可以在过程中通过对第一长度区段的主动冷却和/或通过特别快速的、目标明确的用于局部管道处理的热源来实现热作用。在本发明的意义中在此不对第一长度区段进行加温意味着：它不遭受显著的温度变化。由于管壁内的从经加温的长度区段到未经加温的长度区段的导热导致的微弱的加温在此也不视为经加温的。这特别是意味着：没有造成第一长度区段中的金相组织和/或机械性能的根本变化。此外可以规定：在对第二长度区段进行从加温温度到低于150℃的冷却期间调节有益的切向固有应力(tangentialeeigenspannung)。在此有利的是：克服通过第二长度区段和/或另外的长度区段的成形引入的切向固有应力。这也可以通过按照dr.rainerkrux的2004年由“多特蒙德成形技术”出版的“利用高压板成形制造性能优化的构件和对引起的固有应力(induzierteeigenspannung)的分析”中的所谓的“环分解法(ringzerlegemethode)”实现。附图说明下文参照附图说明进一步阐述本发明的有益的实施方式。为相同的或类似的构件或区域使用意义上一致的附图标记。附图示意性示出并且不限定本发明的可能的其它实施方式的权利。附图中说明的实施方式的特征也可以互相组合。其中：图1a至c示出根据本发明的气压容器的第一实施方式；图2示出根据本发明的气压容器的第二实施方式；图3示出根据本发明的气压容器的第三实施方式；图4示出根据本发明的气压容器的第四实施方式；图5示出第二长度区段中的外周缩小前的管道元件上的硬度变化曲线；图6a至c示出图4所示实施方式的一个侧视图和两个剖视图；图7a至c示出可选的具有缺口的构造变型的侧视图和剖视图；图8示出具有焊接的封板的气压容器的示意性侧视图。具体实施方式图1a示出的是气压容器1，其包括管道元件10，该管道元件具有在该管道元件10的相应端部e1、e2上的具有壁厚wd12的第二长度区段12和具有壁厚wd13的第三长度区段13和设置在第二长度区段12与第三长度区段13之间的第一长度区段11。如在图1b和1c中可以看到的那样，第二长度区段12和第三长度区段13具有比第一长度区段11的外周u11小的外周u12、u13，其中，分别在一个过渡区段15中，外周u15连续地从第一长度区段11过渡到第二长度12或第三长度区段13。第一长度区段11具有恒定的外周u11。第二长度区段12和第三长度区段13具有小于-50℃的转变温度tu,12、tu,13，该转变温度还小于第一长度区段11的转变温度tu,11。第一长度区段11具有至少800mpa的抗拉强度和具有表面份额为至少70％的回火的马氏体的金相组织。在第一长度区段11与第二长度区段12之间的或者在第一长度区段11与第三长度区段13之间的过渡区域14(用虚线示出)中存在确切地说未限定的多相组织和/或未限定的机械特性值，因此过渡区段14的宽度b14小于第二长度区段12的宽度b12和第三长度区段13的宽度b13。优选地，宽度b14也小于过渡区段15的宽度b15。图1b和1c分别示出管道元件10的正视图。可以清楚地看到各个外周u11、u12和u11、u13以及过渡区段15的分别在其间延伸的外周u15。在说明书中提到转变温度tu,10、tu,11、tu,11′、tu,12、tu,13、tu,15、tu,16，然而在图中未画出。图2示出的是气压容器1的根据本发明的第二实施方式，其包括管道元件10，该管道元件具有第二长度区段12和第三长度区段13和设置在第二长度区段12与第三长度区段13之间的第一长度区段11。第二长度区段12和第三长度区段13具有比第一长度区段11的外周u11小的外周u12、u13，其中，分别在一个过渡区段15中，外周u15连续地从第一长度区段11过渡到第二长度区段12和第三长度区段13。第一长度区段11沿着纵向延伸具有略微径向向外拱起的外周u11，在这种实施方式中外周还作为外径示出，因此是圆形的。第二长度区段12和第三长度区段13具有小于-50℃的转变温度tu,12、tu,13，该转变温度还小于第一长度区段11的转变温度tu,11。第一长度区段11具有至少800mpa的抗拉强度和具有表面份额占至少70％的回火的马氏体的金相组织。在第一长度区段11与第二长度区段12之间的或在第一长度区段11与第三长度区段13之间的过渡区域14(用虚线示出)中存在确切地说未限定的多相组织和/或未限定的机械特性值，因此过渡区域14的宽度b14小于第二长度区段12的宽度b12和第三长度区段13的宽度b13。优选地，宽度b14也小于过渡区段15的宽度b15。过渡区域14由此位于过渡区段15中。图3示出的是气压容器1的根据本发明的第三实施方式，其包括管道元件10，该管道元件具有一个在该管道元件10的第一端部e1上的第二长度区段12和一个在该管道元件10的第二端部e2上的第三长度区段13以及设置在端部e1、e2之间的区域中的两个第一长度区段11、11′。第二长度区段12和第三长度区段13与第一长度区段11、11′相比具有较小的外周u12、u13，其中，分别在一个过渡区段15中，外周u15连续地从第一长度区段11、11′过渡到第二长度区段12或第三长度区段13。此外，所述两个第一长度区段11、11′包围另外的长度区段16，该另一长度区段相对第一长度区段11、11′缩小地构造在外周u16中。外周u16、u12和u13可以彼此不同，其中，另外的长度区段16的尺寸特别是可以与需接合在其上的或在管道元件内支撑在其上的嵌装件如破裂盘(未示出)匹配。与此相对，如下地确定第二长度区段12和第三长度区段13的尺寸，即，可以附接、特别是可以与管道元件10的端部e1、e2焊接如图7所示的封板或类似物。第二长度区段12和第三长度区段13具有小于-50℃的转变温度tu,12、tu,13，该转变温度还小于第一长度区段11、11′的转变温度tu,11、tu,11′。第一长度区段11、11′具有至少800mpa的抗拉强度和具有表面份额为至少70％的回火的马氏体的金相组织。在第一长度区段11与第二长度区段12之间的或在第一长度区段11、11′与第三长度区段13之间的以及在第一长度区段11、11′与另外的长度区段16之间的过渡区域14中存在确切地说未限定的多相组织和/或未限定的机械特性值，因此过渡区域14(用虚线示出)的宽度b14小于第二长度区段12的宽度b12和第三长度区段13的宽度b13。优选地，宽度b14也小于过渡区段15的宽度b15。此外，在所述另外的长度区段16中存在一个壁厚wd16。该壁厚wd16可以大于或小于壁厚wd11、wd11′。图4示出的是气压容器1的根据本发明的第四实施方式，其包括管道元件10，该管道元件具有另外的长度区段16，该另外的长度区段具有与两个向着管道元件10的端部e1、e2从该另外的长度区段起轴向延伸的、具有外周u11、u11′的第一长度区段11、11′相比较小的外周u16。外周u16特别是与需在管道元件内接合在该外周上的或支撑在该外周上的嵌装件如破裂盘匹配。在管道元件10的端部e1和e2上构造有关于纵向很短的第二长度区段12和第三长度区段13，它们具有外周u12、u13，这些外周小于第一长度区段的未缩小的外周u11、u11′，而大于中间长度区段中的所述另外的长度区段16的缩小的外周u16。第二长度区段12和第三长度区段13具有小于-50℃的转变温度tu,12、tu,13，该转变温度还小于第一长度区段11、11′的转变温度tu,11。第一长度区段11、11′具有至少800mpa的抗拉强度和具有表面份额为至少70％的回火的马氏体的金相组织。在第一长度区段11、11′与所述另外的长度区段16之间的过渡区域14中存在确切地说未限定的多相组织和/或未限定的机械特性值。图5示出在根据本发明的管道元件10上在外周缩小前从第一端部e1起沿着轴向方向经过第二长度区段12到第一长度区段11的硬度变化曲线。可以看到的是：第二长度区段中的较低的硬度和因此抗拉强度以及具有直到一个最大值为止上升的硬度值的过渡区域14，所述最大值在第一长度区段11中则保持恒定。图6a至c再次示出图4的构造变型。图6b示出图6a中的剖切线b-b。可以看到第一长度区段11的恒定的圆形的外周u11。图6c示出图6a中的穿过另外的长度区段16的剖切线c-c。可以看到这个另外的长度区段同样具有圆形的外周u16，然而该外周小于沿着图6c的视向位于其后的第一长度区段11′的外周u11′。图7a至c示出的是此外可选的构造变型。根据示出图7a中的剖视图b-b的图7b再次示出第一长度区段11的恒定的外周u11。这个第一长度区段在关于纵向的中间区域中具有缺口19或者凹坑(einmuldung)。通过缺口19产生的外周u19与沿着图7c的视向位于其后的外周u11相比扩大。缺口19可以以每种任意的几何形状置入管道元件10的外周面中。特别是产生的另外的具有缺口19的长度区段可以用于这个公开文献内的所有任意的实施例。图8示出的是具有封板17的管道元件10的示意图。封板17利用环绕的焊缝18与管道元件密封焊接。封板可以根据所有前述实施例焊接在端部e1和e2上。附图标记列表1气压容器10管道元件11第一长度区段11′第一长度区段12第二长度区段13第三长度区段14过渡区域15过渡区段16另外的长度区段17封板18焊缝19缺口b1111的宽度b1212的宽度b1313的宽度b1414的宽度b1515的宽度b1616的宽度e110的第一端部e210的第二端部m1的中心s额定断裂点tu,1010的转变温度tu,1111的转变温度tu,11′11′的转变温度tu,1212的转变温度tu,1313的转变温度tu,1515的转变温度tu,1616的转变温度u10的外周u1111的外周u1212的外周u1313的外周u1515的外周u1616的外周u1919的外周e11的端部e22的端部wd1111的壁厚wd11′11′的壁厚wd1212的壁厚wd1313的壁厚wd1616的壁厚rm,1111的抗拉强度rm,1212的抗拉强度rm,1313的抗拉强度rm,1414的抗拉强度rm,1515的抗拉强度rm,1616的抗拉强度当前第1页12