DE1957375B2 - Austenitische chrom-nickel-stickstoff-stahllegierung fuer nichtmagnetisierbare schwerstangen und gestaengeteile - Google Patents
Austenitische chrom-nickel-stickstoff-stahllegierung fuer nichtmagnetisierbare schwerstangen und gestaengeteileInfo
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Description
Bei den für Tiefbohrungen notwendigen Bohrgestängen werden für Richtbohrungen nichtmagnetisierbare
Schwerstangen und Gestängeteile benötigt, um eine Beeinflussung der Meßgeräte, die in die Bohrung der
Gestänge eingeführt werden, zu vermeiden.
Für solche unmagnetische Schwersiangen wurden zunächst ausschließlich Metallegierungen auf der Basis
65% Nickel, 25% Kupfer, maximal 5% Aluminium verwendet, weil sich diese als verläßlich unmagnetisch
erwiesen haben und auch die erforderlichen Festigkeitseigenschaften besitzen.
Neben diesen naturgemäßen teuren Legierungen wurde zur Erzielung wirtschaftlicherer Produkte vorgeschlagen,
zur Herstellung nichtmagnetisierbarer Schwerstangen auch austenitische Stähle zu verwenden.
Dabei sind jedoch bei Schwerstangen aus den üblichen 18/8 Chrom-Nickel-Stählen vielfach Schwierigkeiten
wegen des ungünstigen unmagnetischen Verhaltens eingetreten. Außerdem waren die Festigkeitseigenschaften
wegen der niedrig liegenden Streckgrenze dieser Werkstoffe ungünstig. Nicht zuletzt neigen diese
Stähle auch sehr zum Fressen, so daß sich bei der Verwendung im Bohrstrang erhebliche Schwierigkeiten
ergeben können. Diesem Merkmal trachtete man dadurch auszuweichen, daß die Gewindeteile aus
magnetischen Vergütungsstählen, wie sie für normale Schwerstangen Verwendung finden, angefertigt und
diese Endstücke sodann an den unmagnetischen Mittelteil angeschweißt wurden. Eine solche Schwerstange
mit Anschweißenden besitzt den Machteil, daß sie nicht über die ganze Länge unmagnetisch ist und
daher für die Verwendung nicht den vollen Wert einer nur aus nichtmagnetisierbarem Werkstoff hergestellten
Schwerstange aufweist.
Zur Beseitigung dieses nicht befriedigenden Zustandes ist es bekanntgeworden, für nichtmagnetisierbare
Schwerstangen Stähle zu verwenden, die sehr stabil austenitisch sind und sich darüber hinaus besonders gut
verfestigen lassen. Dies trifft besonders für Mangan-Austenite zu. Da reine Manganstähle nicht wirtschaft-
lieh bearbeitbar sind, wurden austenitische Stähle auf
de: Basis Mangan-Chrom herangezogen. Bei der Herstellung von homogenen, aus einem Stück bestehenden
Schwerstangen aus diesen Stählen wird dabei so vorgegangen, daß getrachtet wird, durch ein sogenanntes
Warm-Kaltverformen im Temperaturbereich von zirka 500-8000C höhere Festigkeiten zu erreichen. Bei
diesem Vorgang werden die Schwerstangen üblicherweise zuerst über die ganze Länge warm-kaltverformt
und abschließend die Enden, die die Verbindungsgewinde erhalten, noch zusätzlich einer Verformung unterzogen,
um diesen höher beanspruchten Teilen der Schwerstange die notwendigen Festigkeitseigenschaften
zu geben.
Für Schwerstangen, die auf diese Weise hergestellt werden, ergeben sich beispielsweise folgende Festigkeitwerte:
Für den Mittelteil
Streckengrenze
(0,2%-Dehngrenze)
Zugfestigkeit
Für die Endteile mit Gewinde
Streckgrenze
(0,2%-Dehngrenze)
Zugfestigkeit
Dehnung (I=4d)
Kerbschlagzähigkeit
(Charpy-V-Probe)
(0,2%-Dehngrenze)
Zugfestigkeit
Dehnung (I=4d)
Kerbschlagzähigkeit
(Charpy-V-Probe)
mind. 55 kp/mm2
mind. 75 kp/mm2
mind. 75 kp/mm2
mind. 70 kp/mm2
mind. 85 kp/mm2
zirka 30%
mind. 85 kp/mm2
zirka 30%
zirkal5mkp/cm2
Solche Schwerstangen entsprechen in ihren Eigenschaften den üblichen Anforderungen im ölfeld. Sie
haben aber den Nachteil, daß sie gegen die Korrosionsangriffe von aggressiven Chloridlösungen, die in
Bohrlöchern öfters auftreten, nicht immer genügend beständig sind und unter Umständen zu Erscheinungen
von Spannungsrißkorrosion neigen. Es können dadurch Brüche eintreten, die dann den Ausfall solcher
unmagnetischer Schwerstangen verursachen.
Die vorliegende Erfindung betrifft nunmehr die Verwendung einer an sich bekannten austenitischen
Chrom-Nickel-Stickstoff-Stahllegierung mit maximal 0,07% Kohlenstoff, bis 1,00% Silizium, 0,50 bis 2,00%
Mangan, 20,00 bis 25,00% Chrom, 10,00 bis 15,00% Nickel. 0,05 bis 0,50% Stickstoff, Rest Eisen mit den
üblichen Begleitelementen als Werkstoff zur Herstellung von nichtmagnetisierbaren und gegen Spannungsrißkorrosion
beständigen Schwerstangen und Gestängeteilen, die durch Warm-Kaltverformung auf Streckgrenzenwerte
(0,2%-Dehngrenze) bis 70 kp/mm2 und darüber gebracht werden und im Bereich der Enden
eine Mindeststreckgrenze (0,2%-Dehngrenze) von 70 kp/mm2 aufweisen.
Bei Schwerstangen aus den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Stählen zeigte sich überraschend, daß sie
auch nach stärkster Verformung unter ausgesprochen sensibilisierenden Bedingungen bei Prüfung unter einer
Spannung in Höhe der Streckgrenze beim Angriff von kochendem künstlichem Meerwasser nach einem
' Zeitraum von zirka 5000 Stunden nicht zur Spannungsrißkorrosion neigen. Außerdem gelingt es, mit diesen
Stählen durch das Warm-Kaltverformen unerwartet günstige Festigkeitseigenschaften zu erreichen.
Erfindungsgemäße Schwerstangen aus Stählen mit maximal 0,05% Kohlenstoff, 0,35 bis 0,60% Silizium, 1,00
bis 1,10% Mangan, 21,50 bis 23,00% Chrom, 12,00 bis
13,00% Nickel, 0,27 bis 032% Stickstoff, Rest Eisen,
ergaben folgende Gütewerte:
a) Für den Mittelteil | 58,6 kp/mm2 | 84,5 kp/mm2 |
Streckgrenze | 78,2 kp/mm2 | 92,4 kp/mm2 |
(0,2%-Dehngrenze) | 44% | 27,0% |
Zugfestigkeit | 73% | 65,0% |
Dehnung (7=4d) | ||
Einschnürung | 21 mkp/cm2 | 15,6 mkp/cm |
Kerbschlagzähigkeit | ||
(Charpy-V-Probe) | Probe 1 Probe 2 | |
b) Für die Enden | ||
87,7 | ||
Stnxkgrenze | 95,2 | |
(0,2%-Dehngrenze) | 28,0 | |
Zugfestigkeit | 64,0 | |
Dehnung(/=4d) | ||
Einschnürung | 15,0 | |
Kerbschlagzähigkeit | ||
(Charpy-V-Probe) | ||
Die Permeabilität dieser Schwerstangen ergaben Werte unter 1,005 Gauß/Oerstedt bei einem Feld von
lOOOerstedt
Wie aus diesen Zahlenangaben ersichtlich ist, können
mit dem erfindungsgemäßen Stahl ohne Schwierigkeiten die bei Mangan-Chrom-Austeniten erreichbaren
Festigkeitseigenschaften eingehalten werden. Diese Festigkeiten schränken die Neigung zum Fressen beim
Verschrauben der Schwerstangen bedeutend ein. Auch die magnetischen Eigenschaften liegen sehr günstig.
Von wesentlicher Bedeutung für die Erzeugung sind schließlich auch die günstigen Bearbeitungseigenschaften
der erfindungsgemäßen Stähle, die es ohne weiteres zulassen, die Bohrung des Hohls dieser meist bis zu 10 m
langen Schwerstangen wirtschaftlich herzustellen.
Schwerstangen nach der Erfindung besitzen neben ihrer Nichtmagnetisierbarkeit auch die geforderten
hohen Festigkeitswerte und widerstehen darüber hinaus der bei Tiefbohrungen auftretenden Spannungsrißkorrosion.
Erst bei Verwendung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Stähle besteht Sicherheit, daß keine
Brüche durch Spannungsrißkorrosion beim Angriff von Ckioiidlösungen, wie sie in Tiefbohrungen vorkommen
können, eintreten.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verwendung von an sich bekannten austenitischen Chrom-! ,'ickel-Stickstoff-Stahllegierungen mitbis 0,07% Kohlenstoff,
bis 1,00% Silizium,
0,50 bis 2,00% Mangan,
20,00 bis 25,00% Chrom,
10,00 bis 15,00% Nickel,
0,05 bis 0,50% Stickstoff,
Rest Eisen mit den üblichen Begleitelementen
als Werkstoff zur Herstellung von nichtmagnetisierbaren und gegen Spannungsrißkorrosion beständigen Schwerstangen und Gestängeteilen, die durch Warm-Kaltverformung auf Streckgrenzenwerte (0,2%-Dehngrenze) bis 70kp/mm2 und darüber gebracht werden und im Bereich der Enden eine Mindeststreckgrenze (0,2%-Dehngrenze) von 70 kp/mm2 aufweisen.
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