(12) Oversettelse av europeisk patentskrift - Patentstyret
(12) Oversettelse av europeisk patentskrift - Patentstyret
(12) Oversettelse av europeisk patentskrift - Patentstyret
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
(<strong>12</strong>) <strong>Oversettelse</strong> <strong>av</strong><br />
<strong>europeisk</strong> <strong>patentskrift</strong><br />
(11) NO/EP 2133442 B1<br />
(19) NO<br />
NORGE (51) Int Cl.<br />
C22C 38/00 (2006.01)<br />
C21D 8/10 (2006.01)<br />
C21D 9/08 (2006.01)<br />
C22C 38/24 (2006.01)<br />
C22C 38/28 (2006.01)<br />
<strong>Patentstyret</strong><br />
(21) <strong>Oversettelse</strong> publisert 20<strong>12</strong>.06.11<br />
(80) Dato for Den Europeiske<br />
Patentmyndighets<br />
publisering <strong>av</strong> det meddelte<br />
patentet 20<strong>12</strong>.02.01<br />
(86) Europeisk søknadsnr 08739231.2<br />
(86) Europeisk innleveringsdag 2008.03.28<br />
(87) Den <strong>europeisk</strong>e søknadens<br />
Publiseringsdato 2009.<strong>12</strong>.16<br />
(30) Prioritet 2007.03.30<br />
JP 2007092144<br />
(84) Utpekte stater AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC<br />
MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR<br />
(73) Inneh<strong>av</strong>er Sumitomo Metal Industries, Ltd., 5-33, Kitahama 4-chome Chuo-ku Osaka-shi,<br />
Osaka 541-0041, Japan<br />
(72) Oppfinner TOMOMATSU, Kuniaki, c/o Sumitomo Metal Industries Ltd.5-33 Kitahama 4-<br />
chomeChuo-ku, Osaka-shi, Osaka 541-0041, Japan<br />
OMURA, Tomohiko, c/o Sumitomo Metal Industries Ltd.5-33 Kitahama 4-chome<br />
Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka 541-0041, Japan<br />
ARAI, Yuji, c/o Sumitomo Metal Industries Ltd.5-33 Kitahama 4-chome Chuo-ku,<br />
Osaka-shi Osaka 541-0041, Japan<br />
ABE, Toshiharu, c/o Sumitomo Metal Industries Ltd.5-33 Kitahama 4-chome Chuoku,<br />
Osaka-shi Osaka 541-0041, Japan<br />
(74) Fullmektig Oslo Patentkontor AS, Postboks 7007 Majorstua, 0306 OSLO, Norge<br />
(54) Benevnelse L<strong>av</strong>legert stål, sømløst stålrør for oljebrønn og fremgangsmåte for fremstilling <strong>av</strong> sømløst<br />
stålrør<br />
(56) Anførte<br />
publikasjoner EP-A1- 1 413 639 B1, EP-A1- 1 7<strong>12</strong> 651 B1, JP-A- 2 050 915 B1, JP-A- 2000 017 389 B1,<br />
JP-A- 2003 166 037 B1, JP-A- 54 119 324 B1, US-A1- 2006 231 168 B1, JP-A- 60 046 317<br />
B1, JP-A- 61 006 208 B1, JP-A- 62 040 345 B1, JP-A- 7 197 <strong>12</strong>5 B1, US-A1- 2006 219 333<br />
B1, JP-A- 6 172 859 B1
1<br />
Beskrivelse<br />
TEKNISK OMRÅDE<br />
5<br />
Den foreliggende oppfinnelsen angår et l<strong>av</strong>legert stål, og angår spesielt et l<strong>av</strong>legert<br />
stål egnet for anvendelse i svært korroderende, dype oljebrønner inneholdende hydrogensulfid<br />
ved høyt trykk, et sømløst ståloljefeltrør og en fremgangsmåte for<br />
fremstilling <strong>av</strong> et sømløst stålrør.<br />
BAKGRUNNSTEKNIKK<br />
10<br />
Stål benyttet under strenge høytemperaturforhold slik som oljebrønner må yte bed-<br />
re med hensyn på styrke, seighet og syrebestandighet. I dypere brønner må stålet<br />
inneha enda høyere styrke og enda bedre spenningskorrosjonssprekkingsmotstand.<br />
15<br />
20<br />
I stålprodukter blir hardheten høyere etter som materialstyrken øker, som igjen<br />
øker forflytningstettheten slik at hydrogeninnholdet i stålproduktet øker som gjør<br />
at det blir sprøtt med spenning. Styrking <strong>av</strong> stålproduktet fører derfor vanligvis til<br />
dårlig sulfidspenningskorrosjonssprekkingsmotstand. Spesielt når et stålelement<br />
produseres ved en ønsket strekkgrense i et stålprodukt hvis "strekkgrense/strekkstyrke"<br />
forhold (heretter kalt "strekkforhold") er l<strong>av</strong>, da har strekkstyrken og hardheten<br />
en tendens til å bli høyere, slik at sulfidspenningskorrosjonsspekingsmotstanden<br />
drastisk svekkes. Så når styrken <strong>av</strong> et stålprodukt økes, er økning <strong>av</strong> strekkforholdet<br />
viktig for å holde hardheten l<strong>av</strong>.<br />
25<br />
Oppnåelse <strong>av</strong> et høyt strekkforhold <strong>av</strong> stål oppnås fortrinnsvis ved å fremstille stålproduktet<br />
til å ha en ensartet temperert martensittstruktur. Det å gjøre det tidlige-<br />
re austenittkornet finere er også effektivt.<br />
30<br />
35<br />
For eksempel beskriver patentdokumenter 1 og 2 en oppfinnelse for forbedring <strong>av</strong><br />
sulfidspenningskorrosjonssprekkingsmotstanden i sømløse stålrør ved å undertrykke<br />
utfelling <strong>av</strong> M 23 C 6 -type karbid på korngrenseflate ved å regulerere resten <strong>av</strong><br />
karbid-dannende grunnstoffer som V, Nb, Ti, Cr og Mo. Patentdokument 3 beskriver<br />
en fremgangsmåte for forbedring <strong>av</strong> sulfidspenningskorrosjonssprekkingsmotstanden<br />
ved å gjøre kornene finere. Patentdokument 4 beskriver en oppfinnelse for forbedring<br />
<strong>av</strong> seigheten <strong>av</strong> sømløse ståloljefeltrør ved å benytte en spesifisert kjemisk<br />
sammensetning inneholdende fra 0.0003 til 0.005% <strong>av</strong> B. Patentdokument 5 beskriver<br />
et stålmateriale med et høyt seighetsnivå egnet for anvendelse i fremstilling
2<br />
<strong>av</strong> stålrør som skal bli anvendt under strenge betingelser i oljebrønnforhold og en<br />
fremgangsmåte for fremstilling <strong>av</strong> dem.<br />
5<br />
[Patentdokument 1] JP 3449311 B<br />
[Patentdokument 2] JP 2000-17389 A<br />
[Patentdokument 3] JP H9-111343 A<br />
[Patentdokument 4] WO 2005/073421 A1<br />
[Patentdokument 5] EP 1413639 A1<br />
BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN<br />
10<br />
Problemer som skal løses ved oppfinnelsen<br />
15<br />
De ovennevnte dokumentene 1-4 beskrev syremotstand <strong>av</strong> l<strong>av</strong>legert stål anvendt i<br />
hydrogensulfidforhold på ca. 1 atm. Imidlertid fant studien utført <strong>av</strong> de foreliggende<br />
opppfinnerne at syremotstandsmekanismen i l<strong>av</strong>legert stål i et hydrogensulfidforhold<br />
ved l<strong>av</strong>e trykk på ca. 1 atm er forskjellig fra det i hydrogensulfidforhold ved<br />
høyere trykk.<br />
20<br />
De foreliggende oppfinnerne testet sulfidspenningskorrosjonssprekkingsmotstand i<br />
mange typer <strong>av</strong> l<strong>av</strong>legert stål ved firepunktsbøyning og oppnådde de følgende funnene.<br />
Det l<strong>av</strong>legerte stålet anvendt i denne testen inneholder i vekt%, Mn på 0.5 til<br />
1.3%, Cr på 0.2 til 1.1% og Mo på 0 til 0.7%.<br />
25<br />
30<br />
(1) Korrosjonsraten øker ved 2 atm eller mer, og blir spesielt høy ved 5 til<br />
10 atm hydrogensulfid, men synker ved 15 atm hydrogensulfid.<br />
(2) Sulfidspenningskorrosjonsprekking har blitt antatt å skje i hydrogensulfid<br />
ved et partialtrykk rundt 1 atm i den senere tid. Imidlertid viser den foreliggende<br />
undersøkelsen klart at den har en tendens til å skje i hydrogensulfid<br />
ved et partialtrykk på 2 atm eller mer og spesielt 5 til 10 atm. Omvendt, når<br />
hydrogensulfidpartialtrykket blir så høyt som 15 atm, så skjer knapt noen<br />
sulfidspenningskorrosjonssprekking.<br />
35<br />
Basert på de ovennevnte funnene erkjente de foreliggende oppfinnerne at i l<strong>av</strong>legert<br />
stål anvendelig i et hydrogensulfidforhold på 2 atm eller mer og spesielt ved 5<br />
til 10 atm, at korrosjonsraten i høytrykkshydrogensulfidforhold kan senkes ved økning<br />
<strong>av</strong> krom (Cr) innholdet til 1.0% eller mer.<br />
I det sømløse ståloljefeltrøret beskrevet i det foregående patentdokumentet 4 til-
3<br />
5<br />
settes bor (B) for å forbedre herdbarheten for det formål å forsterke motstand mot<br />
sulfidspenningskorrosjonsprekking. I tilfeller ved fremstilling <strong>av</strong> sømløse ståloljefeltrør<br />
ved in-line <strong>av</strong>kjøling som beskrevet i oppfinnelsen i patentdokument 4, er<br />
imidlertid omdannelse <strong>av</strong> austenittkornet til fine korn vanskelig. I dette tilfellet, når<br />
B er til stede i en legering med høyt Cr-innhold, utfelles M 23 C 6 -type karbidet i legeringen<br />
og forgroves i den tidligere austenittkorngrenseflaten under varmebehandling<br />
etter <strong>av</strong>kjøling, og som en konsekvens svekkes sulfidspenningskorrosjonssprekkingsmotstanden.<br />
Den foreliggende oppfnnelsen tilveiebringer både herdbarhet<br />
og seighet i stål uten tilsetning <strong>av</strong> bor (B).<br />
10<br />
15<br />
"In-line <strong>av</strong>kjøling" refererer til rask kjøling (heretter kalt "in-line <strong>av</strong>kjøling") etter<br />
supplerende in-line oppvarming <strong>av</strong> sømløst rør oppnådd for eksempel ved Mannesmann-rørproduksjonsmetoden.<br />
Imidlertid kan varmebehandlinger slik som temperering,<br />
<strong>av</strong>spenningsgløding og normalisering utført etter <strong>av</strong>kjøling bli utført offline<br />
etter behov.<br />
20<br />
Sammenliknet med <strong>av</strong>kjøling etter gjenoppvarming i en separat prosess har in-line<br />
<strong>av</strong>kjøling l<strong>av</strong>ere produksjonskostnader og er overlegen uttrykt ved oppnåelse <strong>av</strong><br />
<strong>av</strong>kjølingstemperaturen sammenliknet med den såkalte direkt <strong>av</strong>kjølingen, hvor<br />
røret <strong>av</strong>kjøles rett etter at det har blitt produsert. Imidlertid har den ovennevte inline<br />
<strong>av</strong>kjølingen en tendens til å forgrove M 23 C 6 -type karbidet i korngrenseflater i<br />
det l<strong>av</strong>legerte stålet. Dette grove karbidet i korngrenseflater blir mer merkbar i<br />
stålproduksjonsmetoder hvor stålet inneholder bor (B).<br />
25<br />
30<br />
Den foreliggende oppfinnelsen ble gjort på grunnlag <strong>av</strong> den kunnskap. Et formål<br />
med denne oppfinnelsen er å tilveiebringe et l<strong>av</strong>legert stål med herdbarhet og seighet<br />
samt økt motstand mot sulfidspenningskorrosjon ved økning <strong>av</strong> krom (Cr) innholdet<br />
og ved ikke å benytte et bor (B) additiv normalt anvendt på det konvensjonelle<br />
området, og et sømløst ståloljefeltrør som benytter det l<strong>av</strong>legerte stålet, og<br />
en fremgangsmåte for fremstilling <strong>av</strong> sømløst stålrør. Skjønt oppnåelse <strong>av</strong> en flytgrense<br />
(YS) på 654 til 793 MPa (95 til 115 ksi) i det l<strong>av</strong>legerte stålet er et mål med<br />
den foreliggende oppfinnelsen, må ikke dette tallet alltid tilfredsstilles.<br />
35<br />
Det l<strong>av</strong>legerte stålet ifølge den foreliggende oppfinnelsen er også anvendelig under<br />
forhold ved 2 atm eller mer, og kan også bli anvendt ved et hydrogensulfidforholdpå<br />
5 til 10 atm hvor sulfidspenningskorrosjonssprekking mest sannsynlig skjer.<br />
Uansett kan dette stålet også anvendes i hydrogensulfidforhold ved et l<strong>av</strong>ere trykk<br />
eller et høyere trykk.
4<br />
MÅTER FOR å LØSE PROBLEMENE<br />
5<br />
Den foreliggende oppfinnelsen løser de nevnte problemene. En beskrivelse <strong>av</strong> det<br />
l<strong>av</strong>legerte stålet er vist i det følgende (A), et sømløst ståloljefeltrør er vist i (B) og<br />
en fremgangsmåte for fremstilling <strong>av</strong> det sømløse stålrøret er vist i (C).<br />
10<br />
15<br />
(A) Et l<strong>av</strong>legert stål som har en temperert martensittstruktur med et martensittforhold<br />
på 90% eller større, og bestående <strong>av</strong>, ved vekt%, C : 0.10 til<br />
0.18%, Si : 0.05 til 1.0%, Mn : 0.05 til 1.5%, Cr : 1.1 til 2.0%, Mo : 0.05 til<br />
2.0%, løsn. Al : 0.10% eller mindre og Ti : 0.002 til 0.05%, og valgfritt en<br />
eller flere grunnstoffer valgt fra 0.03 til 0.2% V, 0.002 til 0.04% Nb, 0.0003<br />
til 0.005% Ca, 0.0003 til 0.005% Mg og 0.0003 til 0.005 REM, og med en<br />
Cekv-verdi oppnådd ved den følgende formelen (1) på 0.65 eller mer, hvor<br />
resten er Fe og urenheter, hvor i urenhetene P er 0.025% eller mindre, S er<br />
0.010% eller mindre, N er 0.007% eller mindre, og B er mindre enn<br />
0.0003%, og antallet per enhetsareal <strong>av</strong> M 23 C 6 type utfellinger (M: et metallgrunnstoff),<br />
hvis korndiameter er 1 μm eller mer, er 0.1/mm 2 eller mindre.<br />
Cekv = C+(Mn/6) + (Cr+Mo+V)/5 formel (1)<br />
20<br />
hvor C, Mn, Cr, Mo og V i formelen (1) betegner innholdet <strong>av</strong> de respektive<br />
grunnstoffene (vekt%).<br />
(B) Et sømløst ståloljefeltrør kjennetegnet ved benyttelse <strong>av</strong> det l<strong>av</strong>legerte<br />
stålet beskrevet i (A).<br />
25<br />
30<br />
(C) En fremgangsmåte for fremstilling <strong>av</strong> et sømløst stålrør omfattende de<br />
følgende trinnene:<br />
(a) varmperforering <strong>av</strong> en stålblokk som innehar den kjemiske sammensetningen<br />
beskrevet i (A) og en Cekv-verdi oppnådd ved den følgende formelen<br />
(1) på 0.65 eller mer;<br />
(b) strekkvalsing; som produserer et rør ved en sluttvalsetemperatur på 800<br />
til 1100°C;<br />
(c) supplerende oppvarming <strong>av</strong> det resulterende stålrøret in-line i et temperaturområde<br />
fra Ar 3 -overgangspunktet til 1000°C;<br />
(d) <strong>av</strong>kjøling <strong>av</strong> røret fra en temperatur på Ar 3 -overgangspunktet eller høyere;<br />
og så
5<br />
(e) temperering <strong>av</strong> røret ved temperaturen på Ac 1 -overgangspunktet eller<br />
l<strong>av</strong>ere.<br />
Cekv = C+(Mn/6) + (Cr+Mo+V)/5 formel (1)<br />
5<br />
hvor C, Mn, Cr, Mo og V i formelen (1) indikerer innholdet <strong>av</strong> de respektive<br />
grunnstoffene (vekt%).<br />
EFFEKT AV OPPFINNELSEN<br />
10<br />
Det l<strong>av</strong>legerte stålet ifølge den foreliggende oppfinnelsen forbedrer motstand mot<br />
sulfidspenningskorrosjonssprekking og tilveiebringer herdbarhet og seighet. Det<br />
l<strong>av</strong>legerte stålet ifølge den foreliggende oppfinnelsen er effektivt når det anvendes<br />
under hydrogensulfidomforhold ved 2 atm eller mer, og spesielt under 5 til 10 atm<br />
forholdet mest utsatt for sulfidspenningskorrosjonssprekking.<br />
15<br />
BEST MÅTE FOR UTFØRELSE AV OPPFINNELSEN<br />
20<br />
Det l<strong>av</strong>legerte stålet ifølge den foreliggende oppfinnelsen som allerede beskrevet,<br />
senker korrosjonsraten <strong>av</strong> sulfidspenningskorrosjonssprekking ved å inneholde et<br />
høyere krom (Cr) innhold, samt tilveiebringe herdbarhet og seighet uten et bor (B)<br />
additiv, og tilveiebringe forbedret motstand mot sulfidspenningskorrosjonssprekking.<br />
Grunnen til begrensning <strong>av</strong> hver komponent beskrives i det etterfølgende.<br />
25<br />
30<br />
C: 0.10 til 0.18%<br />
Karbon (eller C) er et grunnstoff som øker styrken på stålet. Når C (karbon) innholdet<br />
er mindre enn 0.1%, er temperering ved en l<strong>av</strong> temperatur da nødvendig for å<br />
oppnå den ønskede styrken. Denne tempereringen senker følgelig motstanden mot<br />
sulfidspenningskorrosjonssprekking. Den senkede motstanden kan kompenseres<br />
ved å heve tempereringstemperaturen og forbedring <strong>av</strong> mykningsmotstanden mot<br />
temperering, men det behøves mye tilsetning <strong>av</strong> dyre grunstoffer. Når imidlertid<br />
innholdet <strong>av</strong> C er over 0.18%, svekkes strekkforholdet. Forsøk på å oppnå den<br />
ønskede styrken mens dette overskuddet <strong>av</strong> C-innholdet opprettholdes, øker hardheten<br />
og senker motstanden mot sulfidspenningskorrosjonssprekking. I lys <strong>av</strong> disse<br />
omstendigheter ble C-innholdet satt fra 0.10 til 0.18%. Den nedre C-innholdsgrensen<br />
er fortrinnsvis 0.14%.<br />
35<br />
Si: 0.05 til 1.0%
6<br />
5<br />
Silisium (eller Si) er et grunnstoff som innehar en deoksideringseffekt. Dette grunnstoffet<br />
øker også herdbarheten til stål og forbedrer styrke. For å oppnå denne effekten<br />
må Si-innholdet være 0.05% eller mer. Når imidlertid innholdet er over<br />
1.0%, senkes motstanden mot sulfidspenningskorrosjonssprekking. Derfor ble Siinnholdet<br />
satt fra 0.05 til 1.0%. Den nedre Si-innholdsgrensen er fortrinnsvis 0.1%.<br />
Den øvre grensen er fortrinnsvis 0.6%.<br />
10<br />
Mn: 0.05 til 1.5%<br />
Mangan (eller Mn) er et grunnstoff som innehar en deoksideringseffekt. Dette<br />
grunnstoffet øker også herdbarheten til stål og forbedrer styrke. For å oppnå denne<br />
effekten må Mn-innholdet være 0.05% eller mer. Når imidlertid innholdet er over<br />
1.5%, svekkes motstanden mot sulfidspenningskorrosjonssprekking. Innholdet <strong>av</strong><br />
Mn ble derfor satt fra 0.05 til 1.5%.<br />
15<br />
20<br />
Cr: 1.1 til 2.0%<br />
Krom (eller Cr) er et effektivt grunnstoff for økning <strong>av</strong> herdbarheten til stål og forbedring<br />
<strong>av</strong> motstanden mot sulfidspeningskorrosjonssprekking. For å oppnå denne<br />
effekten må Cr-innholdet være 1.1% eller mer. Omvendt fører et innhold over<br />
2.0% til l<strong>av</strong>ere motstand mot sulfidspenningskorrosjonssprekking. Cr-innholdet ble<br />
derfor satt fra 1.1 til 2.0%. Den nedre Cr-innholdsgrensen er fortrinnsvis 1.2%.<br />
Den øvre Cr-innholdsgrensen er fortrinnsvis 1.8%.<br />
25<br />
Mo: 0.05 til 2.0%<br />
Molybden (eller Mo) er et effektivt grunnstoff som øker herdbarheten til stål og gir<br />
høy styrke. Dette grunnstoffet innehar også effekten <strong>av</strong> å øke motstand mot sulfidspenningskorrosjonssprekking.<br />
For å oppnå disse effekter må Mo-innholdet være<br />
0.05% eller mer. Når imidlertid Mo-innholdet er over 2.0%, dannes et grovt karbid<br />
på den tidligere austenittkorngrenseflaten, og motstand mot sulfidspenningskorrosjonssprekking<br />
svekkes. Mo-innholdet er derfor satt fra 0.05 til 2.0%. Det foretrukkede<br />
Mo-innholdsområdet er 0.1 til 0.8%.<br />
30<br />
35<br />
løs. Al: 0.10% eller mindre<br />
Aluminium (eller Al) er et grunnstoff som har deoksideringseffekt. Dette grunnstoffet<br />
er også effektivt for økning <strong>av</strong> seigheten og bearbeidbarheten til stålet. Når<br />
imidlertid innholdet er over 0.10%, blir feilproduksjonen merkbar. Al-innholdet ble<br />
derfor satt til 0.10% eller mindre. Al-innholdet kan være urenhetsnivået men<br />
0.005% eller mer er foretrukket. Den øvre Al-innholdsgrensen er fortrinnsvis<br />
0.05%. Al-innholdet i den foreliggende oppfinnelsen betegner innholdet <strong>av</strong> syrelø-
7<br />
selig Al (såkalt løs. Al).<br />
5<br />
Ti: 0.002 til 0.05%<br />
Titan (eller Ti) er et effektivt grunnstoff for å ordne N i stål som nitrid og forbedre<br />
herdbarheten til stålet. For å oppnå denne effekten må Ti-innholdet være 0.002%<br />
eller mer. Når imidlertid Ti-innholdet er over 0.05%, dannes et grovt nitrid, og sulfidspenningssprekking<br />
har en tendens til å skje. Ti-innholdet ble satt fra 0.002 til<br />
0.05%. Den nedre grensen er fortrinnsvis 0.005% og den øvre grensen er fortrinnsvis<br />
0.025%.<br />
10<br />
15<br />
Én <strong>av</strong> de l<strong>av</strong>legerte stålene ifølge den foreliggende oppfinnelsen har en kjemisk<br />
sammensetning inneholdende hvert grunnstoff beskrevet ovenfor, og resten er Fe<br />
og urenheter. Det l<strong>av</strong>legerte stålet ifølge den foreliggende oppfinnelsen kan ytterligere<br />
omfatte enten en eller begge <strong>av</strong> 0.03 til 0.2% V og 0.002 til 0.04% Nb i tillegg<br />
til de ovennevnte grunnstoffene, for å danne fine utfellinger slik som karbider.<br />
20<br />
V: 0.03 til 0.2%<br />
Vanadium (V) er et grunnstoff som øker styrken til l<strong>av</strong>legert stål ved utfelling som<br />
fint karbid under temperering. For å oppnå denne effekten er et V-innhold på<br />
0.03% eller mer foretrukket. Imidlertid kan seigheten synke når V-innholdet er<br />
over 0.2%. Innholdet er derfor fortrinnsvis satt til 0.03 til 0.2% ved tilsetning <strong>av</strong> V.<br />
25<br />
30<br />
Nb: 0.002 til 0.04%<br />
Nobium (Nb), som danner karbonnitrid i høytemperaturområder og forhindrer krystallkorn<br />
å forgroves, er et effektivt grunnstoff for forbedring <strong>av</strong> motstand mot sulfidspenningskorrosjonssprekking.<br />
For å oppnå disse effekter er Nb-innholdet fortrinnsvis<br />
0.002% eller mer. Omvendt, når imidlertid innholdet er over 0.04%, blir<br />
kabonnitridet for grovt, som lett forårsaker sulfidspenningssprekking. Nb-additivinnholdet<br />
er derfor fortrinnsvis 0.002 til 0.04%. Den øvre grensen er fortrinnsvis<br />
0.02%.<br />
35<br />
For å forbedre motstand mot sulfidspenningskorrosjonssprekking kan det l<strong>av</strong>legerte<br />
stålet ifølge den foreliggende oppfinnelsen ytterligere inneholde minst en valgt fra<br />
0.0003 til 0.005% Ca, 0.0003 til 0.005% Mg og 0.0003 til 0.005% REM i tillegg til<br />
hver <strong>av</strong> de ovennevnte grunnstoffene.<br />
Ca: 0.0003 til 0.005%<br />
Mg: 0.0003 til 0.005%<br />
REM: 0.0003 til 0.005%
8<br />
5<br />
Ca, Mg og REM reagerte alle med S i stål for å danne sulfid som forbedrer fasonger<br />
på inklusjoner for å forbedre sulfidspenningskorrosjonssprekkingsmotstanden. For å<br />
oppnå disse effekter kan en eller flere valgt fra Ca, Mg og REM (sjeldne jordartsmetaller<br />
slik som Ce, La, Y og liknende) bli tilsatt. Imidlertid blir de ovennevnte<br />
effektene merkbare når innholdende <strong>av</strong> disse grunnstoffene hver er 0.0003% eller<br />
mer. På den annen side når ethvert grunnstoff er over et innhold på 0.005%, øker<br />
mengden <strong>av</strong> inklusjoner i stålet, og stålrenhet reduseres slik at sulfidspenningssprekking<br />
har en tendens til å skje. Ved tilsetning <strong>av</strong> disse grunnstoffer er derfor<br />
deres respektive innhold fortrinnsvis 0.0003 til 0.005%.<br />
10<br />
I det l<strong>av</strong>legerte stålet ifølge den foreliggende oppfinnelsen må P, S, N og B i urenhetene<br />
begrenses innenfor det følgende området.<br />
15<br />
P: 0.025% eller mindre<br />
Fosfor (eller P) er et grunnstoff til stede i stål som en urenhet. Dette grunnstoffet<br />
reduserer seighet, og når innholdet er over 0.025%, blir et fall i sulfidspenningskorrosjonssprekkingsmotstanden<br />
mer merkbar. I lys <strong>av</strong> dette ble P satt til 0.025% eller<br />
mindre. P-innholdet er fortrinnsvis 0.020% eller mindre, og er mer foretrukket<br />
0.015% eller mindre.<br />
20<br />
25<br />
S: 0.010% eller mindre<br />
Svovel (eller S) er et grunnstoff til stede i stål som en urenhet. Når S-innholdet er<br />
over 0.010%, blir degraderingen i sulfidspenningskorrosjonssprekkingsmotstanden<br />
merkbar. S-innholdet ble derfor satt til 0.010% eller mindre. S-innholdet er fortrinnsvis<br />
0.005% eller mindre.<br />
30<br />
N: 0.007% eller mindre<br />
Nitrogen (eller N) er et grunnstoff til stede i stål som en urenhet. Det danner nitrider<br />
ved binding med Al, Ti eller Nb. Når N er til stede i store mengder, finner forgroving<br />
<strong>av</strong> AlN eller TiN sted. N-innholdet ble derfor begrenset til 0.007% eller<br />
mindre.<br />
35<br />
B: mindre enn 0.0003%<br />
Bor (eller B) er et grunnstoff til stede i stål som en urenhet. Når det er et økt Crinnhold<br />
i legeringen, fører B til at M 23 C 6 -type grenseflatekarbidene i legering blir<br />
grove, som reduserer seigheten og forårsaker l<strong>av</strong>ere sulfidspenningskorrosjonssprekkingsmotstand.<br />
B-innholdet ble derfor begrenset til mindre enn 0.0003%.
9<br />
5<br />
Cekv: 0.65 eller mer<br />
Herdbarhet kan vise seg å være dårlig selv om stålet er <strong>av</strong> den ovennevnte kjemiske<br />
sammensetningen, slik at i det l<strong>av</strong>legerte stålet ifølge den foreliggende oppfinnelsen<br />
må den kjemiske sammensetningen reguleres for å oppnå en Cekv på 0.65<br />
eller mer som uttrykt ved den følgende formelen (1).<br />
Cekv = C+(Mn/6) + (Cr+Mo+V)/5 formel (1)<br />
hvor C, Mn, Cr, Mo og V i formelen (1) indikerer innholdet <strong>av</strong> respektive grunnstoffer<br />
(vekt%).<br />
10<br />
15<br />
Skjønt C er et effektivt grunnstoff for forbedring <strong>av</strong> herdbarhet, når C-innholdet<br />
økes, øker hardheten og YR’et svekkes. I den foreliggende oppfinnelsen anvendes<br />
derfor Cekv oppnådd fra det relasjonsmessige uttrykket (1) for grunnstoffer som<br />
forbedrer herdbarhet annet enn C (Mn, Cr, Mo og V) som en indeks for å sikre<br />
herdbarhet. I tilfeller hvor Cekv’en oppnådd fra den ovennevnte formelen (1) er<br />
mindre enn 0.65, vil herdbarheten være utilstrekkelig, spesielt i tykkveggede produkter,<br />
og motstand mot sulfidspenningskorrosjonssprekking vil svekkes. Så<br />
Cekv’en i den foreliggende oppfinnelsen ble derfor regulert til 0.65 eller mer.<br />
20<br />
Siden M 23 C 6 -type utfelling med en korndiameter på 1 μm eller mer reduserer seighet<br />
og syremotstand, må antallet per enhetsareal i det l<strong>av</strong>legerte stålet ifølge den<br />
foreliggende oppfinnelsen derfor være 0.1/mm 2 eller mindre.<br />
25<br />
30<br />
Det l<strong>av</strong>legerte stålet ifølge den foreliggende oppfinnelsen, som hovedsakelig har<br />
temperert martensittstruktur, har et høyt strekkforhold og utmerket motstand mot<br />
sulfidspenningskorrosjonssprekking, skjønt stålet har en grovkornet struktur slik at<br />
et austenittkrystallkorntall definert i JIS G 0551 er No. 7 eller mindre. Ved anvendelse<br />
<strong>av</strong> en råstålblokk med den ovennevnte kjemiske sammensetningen som råmaterialet,<br />
tilbys derved en høy frihetsgrad ved valg <strong>av</strong> produksjonsmetoder for<br />
l<strong>av</strong>legert stål. Produksjonsmetoden for det l<strong>av</strong>legerte stålet ifølge den foreliggende<br />
oppfinnelsen er beskrevet ved anvendelse <strong>av</strong> en fremgangsmåte for fremstilling <strong>av</strong><br />
sømløst stålrør som et eksempel.<br />
35<br />
Et stålrør kan produseres ved perforering og strekkvalsing for eksempel ved Mannesmann-formkjernevalserørproduksjonsmetode,<br />
og matet uten kjøling til et varmebehandlingsanlegg<br />
i det senere trinnet i en sluttvalse ved opprettholdelse <strong>av</strong><br />
temperaturen på Ar 3 -overgangspunktet eller høyere, utsatt for <strong>av</strong>kjøling, og deret-
10<br />
ter temperert ved 600 til 750°C. Dette stålrøret vil inneha et høyt strekkforhold<br />
selv om en energibesparende, in-line rørproduksjons/varmebehandlingsprosess ble<br />
valgt og vil også ha den ønskede styrken og den høye motstanden mot sulfidspenningskorrosjonssprekking.<br />
5<br />
10<br />
Et stålrør kan alternativt produseres ved varm sluttbearbeiding; midlertidig kjølt til<br />
romtemperatur; gjenoppvarmet i en <strong>av</strong>kjølingsovn og bløtgjøring i et temperaturområde<br />
på 900 til 1000°C, deretter vann<strong>av</strong>kjølt, og deretter temperert ved 600 til<br />
750°C. Prosessen, dvs. en off-line-rørproduksjonsprosess, har en effekt på dannelse<br />
<strong>av</strong> temperert martensittstruktur og ytterligere en effekt på tidligere-austenittkornraffinering.<br />
Følgelig har stålrøret produsert ved den ovennevnte prosessen mye<br />
høyere strekkforhold, og derfor kan stålrøret med høyere styrke og høy sulfidspenningskorrosjonssprekkingsmotstand<br />
oppnås.<br />
15<br />
20<br />
Imidlertid er den følgende produksjonsmetoden mest ønskelig. Grunnen til dette er<br />
at rør holdt ved en høy temperatur fra rørfremstillingen gjennom <strong>av</strong>kjølingsprosesser,<br />
lett beholder grunnstoffer slik som V og Mo i en fast løsningstilstand, og høytemperaturtemperering<br />
er fordelaktig for forbedring <strong>av</strong> sulfidspenningskorrosjonssprekkingsmotstand<br />
fordi disse grunnstoffene utfeller som fint karbid som øker<br />
styrken på stålrøret.<br />
25<br />
Produksjonsmetoden for det sømløse stålrøret ifølge den foreliggende oppfinnelsen<br />
er kjennetegnet ved en sluttvalsetemperatur for strekkvalsing, og at varmebehandling<br />
utføres etter at valsing er <strong>av</strong>sluttet. Hvert <strong>av</strong> disse trekkene er beskrevet i det<br />
etterfølgende.<br />
(1) Sluttvalsetemperatur for strekkvalsing<br />
30<br />
Denne temperaturen er satt til 800 til 1100°C. Når temperaturen er l<strong>av</strong>ere enn<br />
800°C, så blir deformasjonsmotstand <strong>av</strong> stålrøret for stor, som fører til problemet<br />
verktøyslitasje. På den annen side, når temperaturen er høyere enn 1100°C, så blir<br />
krystallkornene for grove, og degraderer sulfidspenningskorrosjonssprekkingen. I<br />
tillegg kan perforeringsprosessen før strekkvalsing være en konvensjonell metode<br />
slik som Mannesmann-perforeringsmetoden.<br />
35<br />
(2) Supplerende varmebehandling<br />
Etter <strong>av</strong>slutning <strong>av</strong> strekkvalsingen føres stålet in-line, eller nemlig lastes inn i en
11<br />
supplerende varmeovn tilveiebrakt i en kontinuerlig stålrørproduksjonslinje, og utsettes<br />
for supplerende oppvarming i et temperaturområde fra Ar 3 -punktet til<br />
1000°C. Formålet med denne supplerende oppvarmingen er å redusere temperaturvariasjoner<br />
i stålrørets lengderetning for å gjøre strukturen ensartet.<br />
5<br />
10<br />
15<br />
Når den supplerende oppvarmingstemperaturen er l<strong>av</strong>ere enn Ar 3 -punktet, starter<br />
genereringen <strong>av</strong> ferritt, og ingen ensartet <strong>av</strong>kjølt struktur kan oppnås. På den annen<br />
side, når høyere enn 1000°C, akseleres krystallkornveksten, som forverrer sulfidspenningskorrosjonssprekkingsmotstanden<br />
på grunn <strong>av</strong> grovere korn. Tiden for<br />
den supplerende oppvarmingen settes til tiden nødvendig for å gjøre hele veggtykkelsen<br />
<strong>av</strong> røret en ensartet temperatur. Denne nødvendige tiden kan være ca. 5 til<br />
10 minutter. I tillegg, når sluttvalsetemperaturen for strekkvalsing er i et temperaturområde<br />
fra Ar 3 -punktet til 1000°C, så kan den supplerende opvarmingsprosessen<br />
utelates, men supplerende oppvarming er foretrukket fordi den reduserer temperaturvariasjoner<br />
i rørets lengderetning og langs rørets veggtykkelse.<br />
(3) Avkjøling og temperering<br />
20<br />
De ovennevnte prosessene tjener til å <strong>av</strong>kjøle stålrøret i et temperaturområde som<br />
går fra Ar 3 -punktet til 1000°C. Avkjøling utføres ved en kjølingsrate tilstrekkelig for<br />
hele rørets veggtykkelse til å bli en martensittstruktur. Vanligvis kan <strong>av</strong>kjøling bestå<br />
<strong>av</strong> vannkjøling. Temperering utføres ved en l<strong>av</strong>ere temperatur enn Ac 1 -punktet.<br />
Fortrinnsvis utføres temperering ved 600 til 700°C. Tempereringstiden er forskjellig<br />
<strong>av</strong>hengig <strong>av</strong> rørets veggtykkelse, og kan være ca. 20 til 60 minutter.<br />
25<br />
De ovennevnte prosessene tilveiebringer et l<strong>av</strong>legert stål med utmerkede egenska-<br />
per og laget <strong>av</strong> temperert martensitt.<br />
Eksempler<br />
30<br />
35<br />
En blokk <strong>av</strong> l<strong>av</strong>legert stål med den kjemiske sammesetningen vist i Tabell 1 ble<br />
produsert, og ble formet til et sømløst stålrør på 273.1 mm i ytre diameter og 16.5<br />
mm i veggtykkelse ved Mannesmann-formkjernevalserørproduksjonsmetode. Temperaturen<br />
på dette stålrøret var ikke l<strong>av</strong>ere enn Ar 3 -punktet under forming. Røret<br />
ble umiddelbart ført inn i en supplerende oppvarmingsovn, bløtgjort ved 950°C i 10<br />
minutter, deretter vann<strong>av</strong>kjølt, ytterligere utsatt for tempereringsvarmebehandling,<br />
hvorved strekkgrensen (YS) i stålrørets lengderetning ble regulert til ca. 758 MPa<br />
(110 ksi) i en bueliknende strekktest spesifisert <strong>av</strong> API.
<strong>12</strong><br />
5<br />
10<br />
Korrosjonstesten i et høytrykkshydrogensulfidforhold på 10 atm ble utført ved den<br />
følgende metoden. Stålrøret ble formet langs lengderetningen og varmebehandlet<br />
som beskrevet ovenfor. Et spenningskorrosjonsteststykke 2 mm tykk, 10 mm bred<br />
og 75 mm lang ble samplet fra hvert testmateriale. Ved å påføre en spesifikk<br />
strekkmengde til teststykket ved 4-punktsbøyning i henhold til metoden spesifisert i<br />
ASTM-G39, ble et strekk på 90% <strong>av</strong> den ovennevnte strekkspenningen påført. Etter<br />
at teststykket i denne tilstanden ble puttet inn i en autokl<strong>av</strong>e sammen med testverktøyene,<br />
ble en 5% <strong>av</strong>gasset saltløsning hellet inn i autokl<strong>av</strong>en som etterlot en<br />
dampfaseporsjon. Hydrogensulfidgass ved 10 atm ble tilført under trykksetting, og<br />
denne hydrogensulfidgassen ved høyt trykk ble mettet i væskefasen ved røring <strong>av</strong><br />
væskefasen. Etter at autokl<strong>av</strong>en var forseglet ble den holdt ved 25°C i 720 timer<br />
under røring <strong>av</strong> væsken, og deretter dekomprimert for å fjerne teststykket.<br />
15<br />
Etter testing ble teststykket observert ved det blotte øye for nærvær <strong>av</strong> sulfidspenningskorrosjonssprekking<br />
(SSC). I Tabell 1 angir "x" i "SSC motstand" genereringen<br />
<strong>av</strong> SSC, og "o" angir ingen generering <strong>av</strong> SSC.<br />
20<br />
25<br />
Antallet per enhetsareal <strong>av</strong> M 23 C 6 -type utfellinger (M: et metallgrunnstoff), hvis<br />
korndiameter var 1 μm eller mer, ble målt som følger. Ti stykker <strong>av</strong> ekstraksjonskopiprøver<br />
for observasjon <strong>av</strong> karbid (synsområde for én kopiprøve: 3 mm 2 ) ble<br />
samplet fra vilkårlige posisjoner på stålrøret produsert gjennom rørfremstilling, <strong>av</strong>kjøling<br />
og temperering som beskrevet ovenfor. Disse stykkene ble observert ved<br />
hver tidligere y korngrenseflate ved hjelp <strong>av</strong> TEM, for kornstørrelser <strong>av</strong> korngrenseflatekarbid<br />
som var 1 μm eller mer i diameter. Om disse kornene var M 23 C 6 -typen<br />
eller ikke, ble bestemt fra diffraksjonsmønstret til karbidet. Hvis det var M 23 C 6 -typen,<br />
så ble antallet talt, og ble delt med det totale arealet <strong>av</strong> observasjonssynsfelt<br />
som antallet per enhetsareal.<br />
30<br />
I Tabell 1 indikerer "o" i "antall M 23 C 6 " at antallet per enhetsareal <strong>av</strong> M 23 C 6 -type<br />
utfellinger (M: et metallgrunnstoff), hvis korndiameter var 1 μm eller mer, var<br />
0.1/mm 2 eller mindre. "x" indikerer at antallet var mer enn 0.1/mm 2 .<br />
35<br />
Om en ensartet martensittstruktur ble oppnådd eller ikke ble bestemt ved den følgende<br />
metoden. En blokk <strong>av</strong> l<strong>av</strong>legert stål med en kjemisk sammensetning vist i<br />
Tabell 1 ble produsert. Denne råblokken ble formet til et sømløst stålrør på 273.1<br />
mm i ytre diameter og 16.5 mm i veggtykkelse ved Mannesmann-formkjernevalserørproduksjonsmetode.<br />
Under denne formingen var ikke temperaturen på det-
13<br />
5<br />
10<br />
te stålrøret l<strong>av</strong>ere enn Ar 3 -punktet, og ble umiddelbart ført inn i en supplerende<br />
oppvarmingsovn, bløtgjort ved 950°C i 10 minutter, deretter vann<strong>av</strong>kjølt for å produsere<br />
et as-<strong>av</strong>kjølt stålrør. Den gjennomsnittlige kjølingsraten fra 800 til 500°C<br />
ved vann<strong>av</strong>kjøling var ca. 10°C per sekund i midtdelen <strong>av</strong> veggykkelsen i midten <strong>av</strong><br />
stålrørets lengderetning. Hardheten i midtdelen <strong>av</strong> veggtykkelsen <strong>av</strong> dette as<strong>av</strong>kjølte<br />
stålrøret ble målt ved en Rockwell-hardhetstest. Den <strong>av</strong>kjølte strukturen<br />
ble vurdert som tilfredsstillende når verdien var høyere enn en predikert Rockwell C<br />
hardhetsverdi på [(C%*58) + 27] som tilsvarer en 90% martensittrate. Den <strong>av</strong>kjølte<br />
strukturen ble vurdert som utilfredsstillende hvis den var under den predikerte<br />
Rockwell C hardhetsverdien.
14<br />
[Tabell 1]
15<br />
Som vist i Tabell 1 skjedde ingen sulfidspenningskorrosjonssprekking (SSC) i Nr. 1<br />
til 5 som oppfylte betingelsen spesifisert <strong>av</strong> den foreliggende oppfinnelsen. I Nr. 7<br />
til 10 skjedde sulfidspenningskorrosjonssprekking (SSC), og betingelsene spesifisert<br />
<strong>av</strong> den foreliggende oppfinnelsen var ikke oppfylt.<br />
5<br />
INDUSTRIELL ANVENDBARHET<br />
10<br />
Det l<strong>av</strong>legerte stålet ifølge den foreliggende oppfinnelsen forbedrer motstand mot<br />
sulfidspenningskorrosjonssprekking og gir hardhet og seighet. Det l<strong>av</strong>legerte stålet<br />
ifølge den foreliggende oppfinnelsen er effektivt når det blir anvendt i hydrogensulfidforhold<br />
ved 2 atm eller mer, og er spesielt under forhold på 5 til 10 atm mest<br />
utsatt for sulfidspenningskorrosjonssprekking.
16<br />
Patentkr<strong>av</strong><br />
5<br />
10<br />
1. L<strong>av</strong>legert stål som har en temperert martensittstruktur med et martensittforhold<br />
på 90% eller større, og bestående <strong>av</strong>, ved vekt%, C : 0.10 til 0.18%, Si : 0.05 til<br />
1.0%, Mn : 0.05 til 1.5%, Cr : 1.1 til 2.0%, Mo : 0.05 til 2.0%, løsn. Al : 0.10%<br />
eller mindre og Ti : 0.002 til 0.05%, og valgfritt en eller flere grunnstoffer valgt fra<br />
0.03 til 0.2% V, 0.002 til 0.04% Nb, 0.0003 til 0.005% Ca, 0.0003 til 0.005% Mg<br />
og 0.0003 til 0.005 REM, og med en Cekv-verdi oppnådd ved den følgende formelen<br />
(1) på 0.65 eller mer, hvor resten er Fe og urenheter, hvor i urenhetene P er<br />
0.025% eller mindre, S er 0.010% eller mindre, N er 0.007% eller mindre, og B er<br />
mindre enn 0.0003%, og antallet per enhetsareal <strong>av</strong> M 23 C 6 type utfellinger (M: et<br />
metallgrunnstoff), hvis korndiameter er 1 μm eller mer, er 0.1/mm 2 eller mindre.<br />
Cekv = C+(Mn/6) + (Cr+Mo+V)/5 formel (1)<br />
15<br />
hvor C, Mn, Cr, Mo og V i formelen (1) betegner innholdet <strong>av</strong> de respektive<br />
grunnstoffene (vekt%).<br />
2. Sømløst ståloljefeltrør, som anvender det l<strong>av</strong>legerte stålet ifølge kr<strong>av</strong> 1.<br />
20<br />
25<br />
3. Fremgangsmåte for fremstilling <strong>av</strong> et sømløst stålrør, omfattende de følgende<br />
trinnene:<br />
(a) varmperforering <strong>av</strong> en stålblokk som innehar den kjemiske sammensetningen<br />
angitt i kr<strong>av</strong> 1 og en Cekv-verdi oppnådd ved den følgende formelen (1) på 0.65<br />
eller mer;<br />
(b) strekkvalsing; som produserer et rør ved en sluttvalsetemperatur på 800 til<br />
1100°C;<br />
(c) supplerende oppvarming <strong>av</strong> det resulterende stålrøret in-line i et temperaturområde<br />
fra Ar 3 -overgangspunktet til 1000°C;<br />
(d) <strong>av</strong>kjøling <strong>av</strong> røret fra en temperatur på Ar 3 -overgangspunktet eller høyere; og<br />
så<br />
(e) temperering <strong>av</strong> røret ved temperaturen på Ac 1 -overgangspunktet eller l<strong>av</strong>ere.<br />
30<br />
Cekv = C+(Mn/6) + (Cr+Mo+V)/5 formel (1)<br />
hvor C, Mn, Cr, Mo og V i formelen (1) betegner innholdet <strong>av</strong> de respektive grunnstoffene<br />
(vekt%).