DE2720805A1 - METHOD FOR PRODUCING WORKPIECES FROM ALLOY STEEL - Google Patents
METHOD FOR PRODUCING WORKPIECES FROM ALLOY STEELInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken aus legiertem Stahl mit hohen mechanischen Eigenschaften und Beständigkeit gegen Rißbildung durch Spannungskorrosion in Gegenwart von Wasserstoff oder von zur Entwicklung von Wasserstoff geeigneten Medien.The invention relates to a method for the production of workpieces from alloy steel with high mechanical Properties and resistance to stress corrosion cracking in the presence of hydrogen or of media suitable for the development of hydrogen.
Die Erfindung ist besonders auf Stahlwerkstücke mit sehr hoher Elastizitätsgrenze bis zu 930 MPa (95 kg/nm ) anwendbar, die entweder in Wasserstoff oder in hydrierten Oasen unter Druck oder in Gegenwart von durch chemische Reaktionen erzeugtem naszierenden Wasserstoff arbeiten, wie dies beispielsweise bei Werkstücken der Fall ist, die der Rißbildung durch Spannungskorrosion in flüssigen oder praktisch an Schwefelwasserstoff (HgS) gesättigten Medien unter Druck widerstehen müssen.The invention is particularly applicable to steel workpieces with a very high elastic limit of up to 930 MPa (95 kg / nm), which work either in hydrogen or in hydrogenated oases under pressure or in the presence of nascent hydrogen generated by chemical reactions, as is the case, for example, with workpieces of the The case is that the crack formation by stress corrosion in liquid or practically saturated with hydrogen sulfide (HgS) media have to resist under pressure.
310-(76/44)-TBk310- (76/44) -TBk
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Diese Stähle können zur Herstellung von geschmiedeten, gewalzten oder geschweißten Werkstücken verwendet werden.These steels can be used to manufacture forged, rolled or welded workpieces.
Die Erfindung bezieht sich auch auf die nach diesem Verfahren erhaltenen Werkstücke.The invention also relates to the workpieces obtained by this method.
Seit mehreren Jahren hat man versucht, Stähle herzustellen, die ausreichende mechanische Eigenschaften bewahren, wenn die aus diesen Stählen bestehenden Werkstücke in hydrierter Atmosphäre oder in Gegenwart von naszierendem Wasserstoff arbeiten. Man hatte tatsächlich, insbesondere in den Ölbohrungen, eine Versprödung des Stahls und eine Rißbildungsgefahr des Werkstücks durch Spannungskorrosion, vor allem in flüssigem oder einen erheblichen Anteil an Schwefelwasserstoff enthaltendem gasförmigen Medium festgestellt. Daher beschreibt die FR-PS 1 077 011 einen Stahl zur Herstellung von Erdöltiefbohrrohren, die insbesondere einen bestimmten Aluminiumgehalt aufweisen.For several years, attempts have been made to produce steels that retain sufficient mechanical properties, when the workpieces made of these steels are in a hydrated atmosphere or in the presence of nascent Working hydrogen. Indeed, there was one embrittlement of the steel and one, especially in the oil wells Risk of cracking of the workpiece due to stress corrosion mainly found in a liquid medium or in a gaseous medium containing a considerable amount of hydrogen sulphide. Therefore, the FR-PS 1 077 011 describes a steel for the production of deep oil well pipes, in particular have a certain aluminum content.
Obwohl diese Forschungen ziemlich alt sind, hatten die zur Beständigkeit gegenüber Rißbildung in Gegenwart von Wasserstoff entwickelten Stähle ziemlich begrenzte mechanische Eigenschaften, und vor allem eine Elastizitätsgrenze von nicht mehr als 640 MPa (65 kg/mm ). Nun sind solche mechanischen Eigenschaften, die für Erdölbohrrohre ausreichen, für andere Anwendungsfälle, z.B. Flaschen zum Transport von Wasserstoff unter Druck, nicht ausreichend. Zum Erhalten von verbesserten mechanischen Eigenschaften muß ein solcher Stahl nämlich ein MartensitanlaßgefUge aufweisen, und bisher nahm man an, daß ein Martensitgefüge mit einer guten Beständigkeit gegenüber der Spannungskorrosion in Gegenwart von Wasserstoff inkompatibel wäre. Es schien also unmöglich, Stähle mit hohen mechanischen Eigenschaften und dennoch der Although this research is quite old, the steels developed to resist cracking in the presence of hydrogen had rather limited mechanical properties, and most importantly, an elastic limit of no more than 640 MPa (65 kg / mm). Such mechanical properties, which are sufficient for oil wells, are not sufficient for other applications, for example cylinders for the transport of hydrogen under pressure. Namely, in order to obtain improved mechanical properties, such a steel must have a martensitic tempering structure, and it has hitherto been thought that a martensite structure having good resistance to stress corrosion in the presence of hydrogen would be incompatible. So it seemed impossible to find steels with high mechanical properties and still the
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Eignung zum Arbeiten in Gegenwart von Wasserstoff herzustellen. Establish suitability for working in the presence of hydrogen.
Trotz dieser in Fachkreisen allgemein verbreiteten Meinung unternahm die Anmelderin Forschungsarbeiten, um dieses Problem zu lösen, und hat einen Stahl aufgefunden, dessen Zusammensetzung und dessen Wärmebehandlung in sehr genauen Grenzen festgelegt sind, die die angestrebten Eigenschaften zu erhalten gestatten.Despite this opinion, which was generally widespread among experts, the applicant undertook research into this Problem to be solved, and has found a steel, its composition and its heat treatment in very precise Limits are set that allow the desired properties to be obtained.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken aus legiertem Stahl mit hohen mechanischen Eigenschaften und Beständigkeit gegen Rißbildung durch Spannungskorrosion in Gegenwart von Wasserstoff, mit dem Kennzeichen, daß man einen Stahl der Gewichtszusammensetzung: The invention therefore relates to a method for producing workpieces from alloy steel with high mechanical properties and resistance to cracking caused by stress corrosion in the presence of hydrogen, with the indication that a steel of the weight composition:
0,15 - 0,30 % C, 0,1 - 0,5 % Si,0.15-0.30 % C, 0.1-0.5 % Si,
Rest Fe und unvermeidliche VerunreinigungenBalance Fe and inevitable impurities
verwendet und ihn einer Wärmebehandlung unterwirft, die einen ersten Austenitisierungsschritt bei einer Temperatur zwischen 875 und 950 0C mit anschließender Abkühlung bei einer Geschwindigkeit über der kritischen martensitisehen Geschwindigkeit und einen zweiten Schritt umfaßt, der aus einem metallurgischen Anlassen bei einer Temperatur zwischen 620 und 725 0C besteht, wobei die Anlaßtemperatur durch systematischeand subjecting it to a heat treatment comprising a first austenitizing step at a temperature between 875 and 950 0 C with subsequent cooling at a rate above the critical martensitic speed and a second step consisting of a metallurgical tempering at a temperature between 620 and 725 0 C consists, the tempering temperature by systematic
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-χ --χ -
BrUchigkeitsversuche an Proben bestimmt wird und für eine bestimmte Zusammensetzung in den angegebenen Grenzen gleichzeitig das Erhalten einer ElastizitätsgrenzeFragility tests on samples is determined and for a certain composition within the specified limits at the same time obtaining an elastic limit
740 MPa « Re « 930 MPa (75 kg/mm2 «. Re < 95 kg/mm2) und einer Bruchfestigkeit 88O MPa « R « IO8O MPa740 MPa «Re« 930 MPa (75 kg / mm 2 «. Re <95 kg / mm 2 ) and a breaking strength of 88O MPa« R «1080 MPa
(90 kg/mm2« Rei 110 kg/mm2) und eines Brüchigkeitsindex' in Gegenwart von Wasserstoff P < 30 % ermöglicht, welcher Wert(90 kg / mm 2 «Rei 110 kg / mm 2 ) and a fragility index in the presence of hydrogen P <30 % allows which value
x 100x 100
ist, worin £. nc die Einschnürung eines auf elektrolytischem Weg mit Wasserstoff nicht beladenen Probestücks und ^-c die Einschnürung eines auf elektrolytisohem Weg mit Wasserstoff beladenen Probestücks bedeuten.is where £. nc the constriction of an electrolytic Away with the sample not loaded with hydrogen and ^ -c mean the constriction of a test piece loaded with hydrogen by electrolytic means.
Nach einer ersten Verzugsausführungsart der Erfindung weist der Stahl die folgende Zusammensetzung auf:According to a first embodiment of the invention, the steel has the following composition:
Rest Fe und unvermeidliche verunreinigungen. Remainder Fe and unavoidable impurities.
Nach einer zweiten VorzugsausfUhrungsart der Erfindung hat der Stahl die folgende Zusammensetzung:According to a second preferred embodiment of the invention , the steel has the following composition:
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-6 --6 -
0,15 - 0,50 % C,0.15-0.50 % C,
0,1 - 0,5 % Si,0.1-0.5 % Si,
0,5 - 1,5 % Mn,0.5 - 1.5 % Mn,
1 -2 % Cr,1 -2 % Cr,
0,5 - 1 % Mo,0.5 - 1 % Mo,
Die Erfindung wird nun anhand mehrerer nicht einschränkender Beispiele und der einzigen Figur beschrieben, die graphisch als Abszisse die Anlaßtemperatur in 0C und als Ordinate die Elastizitätsgrenze Re in MPa und den BrUchigkeitsindex F in % zeigt und den Verlauf entsprechender Kurven für Stähle gemäß der Erfindung wiedergibt.The invention will now be described on the basis of several non-limiting examples and the single figure which graphically shows the annealing temperature in 0 C as the abscissa and the elastic limit Re in MPa and the fragility index F in % as the ordinate and the course of corresponding curves for steels according to the invention .
Es wurden Stähle mit verschiedenen Zusammensetzungen hergestellt, die in sehr genauen Grenzen eingestellt wurden, um Bleche mit verschiedenen Dicken zwischen 25 und 60 mm zu bilden. Aus Jedem Stahl stellte man eine bestimmte Anzahl von Probestücken her, die der oben definierten Wärmebehandlung unterworfen wurde, wobei man die Anlaßtemperatur in den angegebenen Grenzen variierte. Die Probestücke wurden einem BrUchigkeitsversuch durch kathodischen Wasserstoff nach einer folgenden Methode unterworfen:Steels with different compositions were produced, which were set within very precise limits Form sheets of various thicknesses between 25 and 60 mm. A certain number of Test pieces which have been subjected to the heat treatment defined above, the tempering temperature in the specified limits varied. The test pieces were subjected to a brittleness test by cathodic hydrogen after a subject to the following method:
Zugversuchsproben werden als Kathode in einer Elektrolyseanlage mit angesäuertem Wasser (Lösung mit 10 % reiner Salzsäure) angeordnet; die Kathodenstellung schützt die Probe gegen die Korrosion; andererseits wird naszierender Wasserstoff an der Oberfläche der Probe frei. Ein Teil dieses nas- · zierenden Wasserstoffs dringt in das Metall ein. Nach 48 h einer solchen Beladung wird die Probe im Zugversuch zerbrochen, und ihre Einschnürung beim Bruch wird mit der Einschnürung einer Vergleichsprobe verglichen, die keinerTensile test samples are placed as cathodes in an electrolysis system with acidified water (solution with 10 % pure hydrochloric acid); the cathode position protects the sample against corrosion; on the other hand, nascent hydrogen is released on the surface of the sample. Part of this nascent hydrogen penetrates the metal. After 48 hours of such loading, the sample is broken in the tensile test, and its constriction at break is compared with the constriction of a comparative sample, which is none
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solchen Beladung mit Wasserstoff unterworfen wurde. Wenn das Metall für die BrUchigkeit durch Wasserstoff anfällig ist, ist die Einschnürung der mit Wasserstoff beladenen Probe geringer als die der Vergleichsprobe (Duktilitätsverlust des Metalls infolge des Wasserstoffs). Man definiert einen Brüchigkeitsindex durch Wasserstoff mit der Formelwas subjected to such loading with hydrogen. When the metal is susceptible to fragility from hydrogen is, the necking of the sample loaded with hydrogen is less than that of the comparison sample (loss of ductility of the metal due to the hydrogen). A fragility index is defined by hydrogen with the formula
■η ν £ HO - ^ C■ η ν £ HO - ^ C
worin £- nc die Einschnürung der nicht beladenen Vergleichsprobe und ^. c die Einschnürung der beladenen Probe bedeuten. Je größer F % ist, umso anfälliger ist das Metall für die Versprödung oder BrUchigkeit durch den Wasserstoff.where £ - nc is the constriction of the unloaded comparison sample and ^. c denotes the constriction of the loaded sample. The greater F % , the more susceptible the metal is to embrittlement or brittleness due to the hydrogen.
Man kann annehmen, daß der Brüchigkeitsindex zur Erzielung eines befriedigenden Verhaltens 30 % nicht überschreiten darf, welcher Wert offenbar als Funktion der Verwendungsbedingungen variabel ist.It can be assumed that the fragility index must not exceed 30% in order to achieve satisfactory behavior, which value is apparently variable as a function of the conditions of use.
Eines der Merkmale der Erfindung beruht vor allem auf der Tatsache, daß man bestimmte Zusammensetzungen festgelegt hat, für die die den Brechungsindex je nach der Anlaßtemperatur darstellende Kurve bei etwa 600 0C einen starken Abfall derart zeigte, daß ab einer ziemlich genauen Anlaßtemperatur, die man auf 620 0C festlegen kann, der Brüchigkeitslndex auf einen befriedigenden Wert in der Größenordnung von 25 % abfiel und auf diesem Niveau bis zum Umwandlungspunkt ACl blieb. Die einzige Figur zeigt die F- und Re-Kurven für die Stähle gemäß der Erfindung. Die für jede genaue Zusammensetzung gezogenen Kurven würden den allgemeinen Verlauf der im Diagramm gezeigten Kurventypen aufweisen.One of the features of the invention is based primarily on the fact that certain compositions adopted for which the refractive index representing depending on the tempering temperature curve at about 600 0 C showed a large drop in such a way that from a fairly accurate tempering temperature, which can can set to 620 0 C, the fragility index dropped to a satisfactory value in the order of 25 % and remained at this level up to the transition point ACl. The single figure shows the F and Re curves for the steels according to the invention. The curves drawn for each exact composition would have the general shape of the curve types shown in the diagram.
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So kann man dank systematischer Brüchigkeitsversuche eine minimale Anlaßtemperatur definieren, ab der der BrU-chigkeitsindex befriedigend ist.This is possible thanks to systematic attempts at fragility define a minimum tempering temperature from which the fragility index is satisfactory.
Da sich die Elastizitätsgrenze Re als Funktion der Anlaßtemperatur bis zum Umwandlungspunkt ACl verringert, ist es möglich, im Inneren dieser Grenzen die AnIaßtemperatür zu wählen, die die erforderlichen mechanischen Eigenschaften zu erhalten gestattet, jedoch ist es, je mehr man erhöhte mechanische Eigenschaften unter Begrenzung der Anlaßtemperatur anstrebt, umso wichtiger, den Brüchigkeitsindex zu kontrollieren, der in einem sehr engen Temperaturintervall unannehmbar werden kann.Since the elastic limit Re is a function of the tempering temperature reduced to the transition point AC1, it is possible to adjust the tempering temperature within these limits to choose which allows to obtain the necessary mechanical properties, however, the more one increases strives for mechanical properties while limiting the tempering temperature, the more important the fragility index which can become unacceptable in a very narrow temperature range.
Zu dieser Präzisierung der Anlaßtemperatur kommt die Notwendigkeit hinzu, ein martensitisches Gefüge dank einer äußerst raschen Abkühlung zu bewahren, die auf jeden Pail über der kritischen Geschwindigkeit martensitischer Abschreckung liegen muß. Allgemein nimmt man eine Abkühlung mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von 100 000 °C/h vor.In addition to this specification of the tempering temperature, there is also the need to create a martensitic structure thanks to a extremely rapid cooling to preserve that on each pail above the critical rate of martensitic deterrence must lie. In general, cooling takes place at a rate of the order of 100,000 ° C./h before.
Bisher dachte man, daß es unmöglich sei, ein martensitisches Gefüge in Gegenwart von Wasserstoff zu verwenden, da solche Stähle spontan unter relativ geringen Belastungen brechen können. Die Anmelderin gelangte Jedoch zu diesem Ergebnis durch genaue Justierung der Oehalte der verschiedenen Stahlbestandteile, die offenbar gegenseitig reagieren. Until now it was thought that it was impossible to use a martensitic structure in the presence of hydrogen, because such steels can break spontaneously under relatively low loads. However, the applicant arrived at this Result through precise adjustment of the contents of the various steel components, which apparently react with one another.
Man hat so den zu verwendenden Stahl in ziemlich engen Grenzen festgelegt, in deren Innerem sich indessen nochThe steel to be used has thus been determined within fairly narrow limits, which are, however, still within
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zwei Stahlfamilien definieren lassen.define two steel families.
Im ersten Fall weisen die Stähle einen Chromgehalt von 2 - 3 % auf und enthalten Vanadin und/oder Niob. Ihre Zusammensetzung ist die folgende:In the first case, the steels have a chromium content of 2-3 % and contain vanadium and / or niobium. Their composition is the following:
0,15 - 0,30 % C,0.15-0.30 % C,
0,1 - 0,5 % Si,0.1-0.5 % Si,
0,5-1 % Mn,0.5-1 % Mn,
2 - 3 % Cr,2 - 3 % Cr,
0,25 - 0,5 % Mo,0.25 - 0.5 % Mo,
0,5-1 % Ni,0.5-1 % Ni,
0 - 0,1 % V und/oder 0 - 0,07 # Nb,0 - 0.1 % V and / or 0 - 0.07 # Nb,
Rest Pe und unvermeidliche Verunreinigungen.Remainder Pe and inevitable impurities.
Mit diesem Stahl kann man Werkstücke herstellen, deren Dicke von 25 bis 60 ram reichen kann.This steel can be used to produce workpieces with a thickness ranging from 25 to 60 ram.
So wurden die folgenden Stähle hergestellt:This is how the following steels were made:
Es wurden Proben aus einem Stahl hergestellt, der ein Blech einer Dicke von 60 mm bildete und (gewichtsraäßig) folgende Zusammensetzung hatte:Samples were made from a steel that formed a sheet metal with a thickness of 60 mm and (by weight) had the following composition:
0,23 % C, 0,27 % Si, 0,74 % Mn, 0,77 * Ni, 2,73 % Cr, 0,3^ % Mo, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen.0.23 % C, 0.27 % Si, 0.74 % Mn, 0.77 * Ni, 2.73 % Cr, 0.3 ^ % Mo, the balance Fe and inevitable impurities.
Die kritische martensltische Geschwindigkeit dieses Stahls ist 17000 °C/h (zwischen 85O und 6OO 0C), die das Erhalten einer martensltischen Abschreckung im Kern eines Blechs bis zu 60 mm Dicke oder eines Rundmaterials bis zuThe critical martensitic speed of this steel is 17000 ° C / h (between 85O and 600 0 C), which allows obtaining a martensitic quenching in the core of a sheet up to 60 mm thick or a round material up to
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95 mm Durchmesser zuläßt.95 mm diameter.
Dieser Stahl wurde der folgenden Wärmebehandlung unterworfen, die ihm das Martensitgefüge verlieh.This steel was subjected to the following heat treatment, which gave it the martensite structure.
1. Schritt: Austenitisierung bei einer Temperatur von 875 0C 1st step: Austenitizing at a temperature of 875 ° C
während 1 h, anschließend Abkühlung im Wasser (Abschrecken mit etwa 100 000 °C/h).for 1 hour, then cooling in water (quenching at about 100,000 ° C./h).
2. Schritt: Anlassen bei abgestuften Temperaturen von 6OO - 2nd step: tempering at graduated temperatures from 600 -
700 0C während 1 h.700 ° C. for 1 h.
Das Gefüge des so behandelten Stahls besteht aus einem Anlaßmartensit, der aus globulisierten, fein und regelmäßig in einer Matrix aus freiem Ferrit verteilten Karbiden gebildet ist. Dieses Gefüge wird durch Ätzen mit einer Lösung von Pikrinsäure in Alkohol gut sichtbar gemacht.The structure of the steel treated in this way consists of an annealing martensite, which is globulated, fine and regular is formed in a matrix of free ferrite distributed carbides. This structure is made by etching with a solution of Picric acid made clearly visible in alcohol.
Der so behandelte Stahl wurde dem Brüchigkeitsversuch durch kathodischen Wasserstoff nach der oben erläuterten Methode unterworfen.The steel treated in this way was subjected to the brittleness test subjected by cathodic hydrogen according to the method explained above.
Ab einer Anlaßtemperatur von 610 0C wird der Brüchigkeitsindex befriedigend, jedoch ist es in der Praxis vorzuziehen, eine Temperatur von 620 0C zu wählen.From an annealing temperature of 610 0 C the fragility index is satisfactory, but it is preferable in practice to select a temperature of 620 0 C.
Die mechanischen Eigenschaften sind dann folgende·The mechanical properties are then as follows
Elastizitätsgrenze Re = 765 MPa (78 kg/mm2) Bruchfestigkeit R = 883 MPa (90 kg/mm2) Elastic limit Re = 765 MPa (78 kg / mm 2 ) breaking strength R = 883 MPa (90 kg / mm 2 )
Einschnürung ■£. % = 67 % Constriction ■ £. % = 67 %
Schlagzähigkeit KCV + 20 0C = 154 j/cm2 (15,7 kgra/cm2).Impact strength KCV + 20 0 C = 154 j / cm 2 (15.7 kgra / cm 2 ).
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Für die gleiche Abschreckbehandlung, jedoch mit einem auf 600 0C begrenzten Anlassen würden die mechanischen Ei-For the same quenching treatment, but with a tempering limited to 600 0 C, the mechanical equipment would
genschaften wenig geändert sein (R = 785 MPa (80 kg/mm )), jedoch würde man einen Brüchigkeitsindex F % über 80 Jo, also einen sehr ungünstigen Brüchigkeitsindex erhalten haben.properties have not changed much (R = 785 MPa (80 kg / mm)), but one would have obtained a fragility index F % over 80 Jo, i.e. a very unfavorable fragility index.
Andererseits stellt man, wenn man einen Stahl gleicher Zusammensetzung einer Wärmebehandlung unterwirft, die nicht das Erhalten eines Martensitgefüges gestattet, z.B. einer Austenitisierung bei einer Temperatur von 910 0C während 1 h mit anschließender Abkühlung mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von 3000 °C/h und schließlich, wie vorstehend, einem Anlassen bei von 600 - 700 0C abgestuften Temperaturen während 1 h, fest, daß die erforderliche Anlaßtemperatur zum Erhalten eines befriedigenden Brüchigkeitsindex1 650 0C ist, jedoch die mechanischen Eigenschaften dann viel niedriger liegen:On the other hand, it is when a steel of the same composition subjected to a heat treatment which does not allow obtaining a martensitic structure, for example an austenitization at a temperature of 910 0 C for 1 h followed by cooling at a rate in the order of 3000 ° C / h and finally, as above, annealing at 600 - 700 0 C h stepped temperatures during 1 determines that the required annealing temperature is 1650 0 C to obtain a satisfactory friability index, but the mechanical properties are much lower then:
Man bemerkt also im Fall dieses Stahles, daß das martensitische Gefüge eine Anhebung der Elastizitätsgrenze um 125 MPa (13 kg/mm2) bei gleichzeitiger Bewahrung einer guten Beständigkeit gegenüber der Brüchigkeit durch Wasserstoff dank einer genauen Einstellung der Zusammensetzung und der Wärmebehandlung ermöglicht.In the case of this steel, it can be seen that the martensitic structure allows the elastic limit to be increased by 125 MPa (13 kg / mm 2 ) while maintaining good resistance to hydrogen fragility thanks to precise adjustment of the composition and the heat treatment.
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Es wurden Proben aus einem Metall folgender Gewichtszusammensetzung hergestellt: Samples were made from a metal of the following weight composition:
0,185 % C, 0,225 % Si, 0,605 % Mn, 0,800 % Ni, 2,37 % Cr, 0,3^0 % Mo, 0,050 % V, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen. 0.185 % C, 0.225 % Si, 0.605 % Mn, 0.800 % Ni, 2.37 % Cr, 0.3 ^ 0 % Mo, 0.050 % V, the balance Fe and inevitable impurities.
Die kritische Geschwindigkeit martensitischer Abschreckung ist 65OOO °C/h, die das Erhalten eines martensitischen Gefüges im Kern eines Blechs bis zu 20 mm Dicke oder eines Rundmaterials bis zu 45 mm Durchmesser zuläßt.The critical speed of martensitic deterrence is 65,000 ° C / h, which is getting a martensitic Structure in the core of a sheet metal up to 20 mm thick or a round material up to 45 mm in diameter.
Dieser Stahl wurde folgender Wärmebehandlung unterworfen: This steel was subjected to the following heat treatment:
1. Schritt: Austenitisierung bei einer Temperatur von 910 0C 1st step: Austenitizing at a temperature of 910 ° C
während 1 h, anschließend Abkühlung in der Größenordnung von 100 000 °C/h.for 1 h, then cooling in the order of 100,000 ° C./h.
2. Schritt: Abgestufte Anlaßbehandlungen von 6OO - 7OO 0C Step 2: Graduated occasion of treatments 6OO - 7OO 0 C
(1 h).(1 h).
Das Gefüge ist ein Anlaßmartensit.The structure is an occasional martensite.
Man beobachtete, daß die niedrigste Anlaßtemperatur, ab der man einen befriedigenden Brüchigkeitsindex erzielt, 610 0C ist, doch wählt man zweckmäßig eine Mindesttemperatur von 620 0C. Die mechanischen Eigenschaften sind dann folgende:It was observed that the lowest annealing temperature, reached a satisfactory friability index of from one, 610 0 C, but it is advantageous to choose a minimum temperature of 620 0 C. The mechanical properties are then the following:
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Elastizitätsgrenze Re = 930 MPa ( 95 kg/mm2)Elasticity limit Re = 930 MPa (95 kg / mm 2 )
Bruchfestigkeit R = 1000 MPa (102 kg/mm2)Breaking strength R = 1000 MPa (102 kg / mm 2 )
Einschnürung «£. % = 67 % Constriction «£. % = 67 %
Schlagzähigkeit KCV + 20 0C = 152 J/cm2 (15,5 kgm/cm2).Impact strength KCV + 20 0 C = 152 J / cm 2 (15.5 kgm / cm 2 ).
Für die gleiche Abschreckbehandlung, jedoch ein auf 600 0C begrenztes Anlassen ist der Brüchigkeitsindex durch Wasserstoff 100 % bei einem Wert der Elastizitätsgrenze von 945 MPa (96,5 kg/mm ), way sehr ungünstig ist.For the same quenching treatment, but tempering limited to 600 ° C., the fragility index due to hydrogen is 100 % at a value of the elastic limit of 945 MPa (96.5 kg / mm), which is very unfavorable.
Es wurden Proben aus einem Metall folgender chemischer Gewichtszusammensetzung hergestellt:Samples were made from a metal of the following chemical weight composition:
0,260 % C, 0,225 % Si, 0,680 % Mn, 0,820 % Ni, 2,49 % Cr, 0,350 % Mo, 0,060 % V, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen. 0.260 % C, 0.225 % Si, 0.680 % Mn, 0.820 % Ni, 2.49 % Cr, 0.350 % Mo, 0.060 % V, the balance Fe and inevitable impurities.
Die kritische Martensitabschreckgeschwindigkeit ist 20 500 °C/h, die das Erhalten eines Martensitgefüges im Inneren eines Blechs bis zu 57 mm Dicke oder eines Rundmaterials bis zu 90 mm Durchmesser gestattet.The critical martensite quenching speed is 20,500 ° C./h, which means that a martensite structure can be obtained in the Inside a sheet up to 57 mm thick or a round material up to 90 mm in diameter permitted.
Dieser Stahl wurde der folgenden Wärmebehandlung unterworfen: This steel was subjected to the following heat treatment:
1. Schritt: Austenitisierung bei einer Temperatur von 910 0C 1st step: Austenitizing at a temperature of 910 ° C
während 1 h, anschließend Abkühlung einer Größenordnung von 100 000 °C/h.for 1 hour, then cooling to an order of magnitude of 100,000 ° C./h.
2. Schritt: Von 6OO - 7OO 0C abgestufte Anlaßbehandlungen Step 2: From 6OO - 7OO 0 C graded occasion treatments
(1 h).(1 h).
. 809810/0572. 809810/0572
Das Gefüge ist ein Anlaßmartensit.The structure is an occasional martensite.
Man beobachtete, daß die zum Erhalten eines befriedigenden Brüchigkeitsindex' erforderliche Anlaßtemperatur 625 °C ist.The tempering temperature required to obtain a satisfactory fragility index was observed to be 625 ° C is.
Die mechanischen Eigenschaften sind dann folgende:The mechanical properties are then as follows:
Elastizitätsgrenze Re = 932 MPa ( 95 kg/mm2)Elasticity limit Re = 932 MPa (95 kg / mm 2 )
Bruchfestigkeit R = IO3O MPa (105 kg/mm2)Breaking strength R = IO3O MPa (105 kg / mm 2 )
Einschnürung i.% = 64 % Constriction i.% = 64 %
Schlagzähigkeit KCV = 113 J/cm2 (11,5 kgm/cm2).Impact strength KCV = 113 J / cm 2 (11.5 kgm / cm 2 ).
Für die gleiche Abschreckbehandlung, jedoch ein auf 600 0C begrenztes Anlassen ist der Brüchigkeitsindex durch Wasserstoff 100 % bei einem Wert der Elastizitätsgrenze von 99O MPa (101 kg/mm2), was sehr ungünstig ist.For the same quenching, however, limited to 600 0 C starting the friability index is hydrogen by 100% (mm 101 kg / 2) at a value of the elastic limit of 99O MPa, which is very unfavorable.
Es wurden Proben aus einem Metall folgender chemischer Gewichtszusammensetzung hergestellt:Samples were made from a metal of the following chemical weight composition:
0,250 % C, 0,245 % Si, 0,720 % Mn, 0,835 % Ni, 2,46 % Cr, 0,345 % Mo, 0,060 % V, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen. 0.250 % C, 0.245 % Si, 0.720 % Mn, 0.835 % Ni, 2.46 % Cr, 0.345 % Mo, 0.060 % V, the balance Fe and inevitable impurities.
Die kritische Martensitabschreckgeschwindigkeit ist 21 000 °C/h, die das Erhalten eines martensitischen Gefüges im Kern eines Blechs bis zu 55 mm Dicke oder eines Rundmaterials bis zu 85 mm Durchmesser gestattet.The critical martensite quenching speed is 21,000 ° C / h, which is the maintenance of a martensitic structure in the core of a sheet metal up to 55 mm thick or a round material up to 85 mm in diameter.
809810/0572809810/0572
-A--A-
AlAl
Dieser Stahl wurde folgender Wärmebehandlung unterworfen:This steel was subjected to the following heat treatment:
1. Schritt: Austenitisierung bei einer Temperatur von 910 0C 1st step: Austenitizing at a temperature of 910 ° C
während 1 h, anschließend Abkühlung in der Größenordnung von 100 000 °C/h.for 1 h, then cooling in the order of 100,000 ° C./h.
2. Schritt: Von 6OO - 700 0C abgestufte Anlaßbehandlungen (lh).2. Sch rode: From 6OO - 700 0 C graded occasion treatments (lh).
Das Gefüge ist ein Anlaßmartensit.The structure is an occasional martensite.
Man beobachtete, daß die zum Erhalten eines befriedigenden Brüchigkeitsindex' erforderliche Anlaßtemperatur 620 0C ist.It was observed that the 'required to obtain a satisfactory friability index tempering temperature is 620 0 C.
Die mechanischen Eigenschaften sind dann folgende:The mechanical properties are then as follows:
Elastizitätsgrenze Re = 932 MPa ( 95 kg/mm2)Elasticity limit Re = 932 MPa (95 kg / mm 2 )
Bruchfestigkeit R = IO6O MPa (108 kg/mm2)Breaking strength R = IO6O MPa (108 kg / mm 2 )
Einschnürung £. % - 64 % Constriction £. % - 64 %
Schlagzähigkeit KCV = II8 J/cm2 (12 kgm/cm2).Impact strength KCV = II8 J / cm 2 (12 kgm / cm 2 ).
Für die gleiche Abschreckbehandlung, jedoch mit einem auf 600 0C begrenzten Anlassen ist der Brüchigkeitsindex durch Wasserstoff 80 % bei einer Elastizitätsgrenze von MPa (102,5 kg/mm2), was ungünstig ist.For the same quenching treatment, but with a tempering limited to 600 ° C., the fragility index due to hydrogen is 80 % with an elastic limit of MPa (102.5 kg / mm 2 ), which is unfavorable.
Man bestimmte ebenfalls eine zweite Stahlgruppe mit einem Chromgehalt von 1 - 2 % und einem Molybdängehalt von 0,5 - 1 %. Ihre Zusammensetzung ist die folgende:A second steel group was also determined with a chromium content of 1 - 2 % and a molybdenum content of 0.5 - 1 %. Their composition is the following:
0,15 - 0,30 % c,0.15-0.30 % c,
0,1 - 0,5 % Si, 0,5 -1,5 % Mn, 1 - 2 % Cv, 0,5-1 % Mo, 0.1-0.5% Si, 0.5-1.5 % Mn, 1-2 % Cv, 0.5-1 % Mo,
Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen. 809810/0572 Balance Fe and inevitable impurities. 809810/0572
Beispielsweise stellte man folgende Stähle her:For example, the following steels were produced:
Es wurden Proben aus einem Metall folgender chemischer Gewichtszusammensetzung hergestellt:Samples were made from a metal of the following chemical weight composition:
0,257 % C, 0,235 % Si, 0,665 % Mn, 0,080 % Ni, 1,50 # Cr, 0,750 % Mo, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen.0.257 % C, 0.235 % Si, 0.665 % Mn, 0.080 % Ni, 1.50 # Cr, 0.750 % Mo, balance Fe and inevitable impurities.
Die kritische Martensitabschreckgeschwindigkeit dieses Stahls ist 93 500 °C/h, welche das Erhalten eines martensitischen OefUges im Kern eines Blechs bis zu 23 mm Dicke oder eines Rundmaterials bis zu 40 mm Durchmesser zuläßt.The critical martensite quenching speed of this steel is 93,500 ° C / h, which enables it to be martensitic OefUges in the core of a sheet metal up to 23 mm thick or of a round material up to 40 mm in diameter.
Dieser Stahl wurde der folgenden Wärmebehandlung unterworfen: This steel was subjected to the following heat treatment:
1. Schritt: Austenitisierung bei einer Temperatur von 910 0C 1st step: Austenitizing at a temperature of 910 ° C
während 1 h, anschließend Abkünlung in der Größenordnung von 100 000 0C/h.for 1 h, then Abkünlung in the order of 100 000 0 C / h.
Von 6oo _ γ00 c>c abgestufte Anlaßbehandlungen (1 h) Tempering treatments graded from 6oo _ γ 00 c> c (1 h)
Das Gefüge ist ein Anlaßmartensit.The structure is an occasional martensite.
Man beobachtete, daß die zum Erhalten eines befriedigenden BrUchigkeitsindex' erforderliche Anlaßtemperatur 620 0C ist.It was observed that the 'required to obtain a satisfactory BrUchigkeitsindex tempering temperature is 620 0 C.
Die mechanischen Eigenschaften sind dann folgende:The mechanical properties are then as follows:
Elastizitätsgrenze Re = 920 MPa ( 94 kg/mm2) Bruchfestigkeit R = 1020 MPa (104 kg/mm2)Elastic limit Re = 920 MPa (94 kg / mm 2 ) breaking strength R = 1020 MPa (104 kg / mm 2 )
809810/0572809810/0572
Einschnürung ·£ % = 65 % Constriction £ % = 65 %
Schlagzähigkeit KCV +20^= 137 J/cm2 (14 kgm/cm2).Impact strength KCV + 20 ^ = 137 J / cm 2 (14 kgm / cm 2 ).
PUr die gleiche Abschreckbehandlung, jedoch mit einem auf 6OO 0C begrenzten Anlassen liegt, wenn die mechanischer Eigenschaften wenig verändert sind (Re = 990 MPa oder 101 kg/mm ), der Brüchigkeitsindex in der Größenordnung von 45 %, was wenig günstig ist.However, there is PUr the same quenching with a limited on 6OO 0 C tempering, when the mechanical properties are little changed (Re = 990 MPa, or 101 kg / mm), the friability index in the order of 45%, which is not very favorable.
Es wurden Proben aus einem Stahl folgender chemischer Gewichtszusammensetzung hergestellt:Samples were made from a steel of the following chemical weight composition:
0,255 % C, 0,270 % Si, 1,24 % Mn, 0,10 % Ni, 1,49 % Cr, 0,765 % Mo, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen.0.255 % C, 0.270 % Si, 1.24 % Mn, 0.10 % Ni, 1.49 % Cr, 0.765 % Mo, balance Fe and inevitable impurities.
Die kritische Martensitabschreckgeschwindigkeit ist 24 000 0CAi* die das Erhalten eines martensitischen Gefüges im Kern eines Blechs bis 50 mm Dicke oder eines Rundmaterials bis zu 80 mm Durchmesser zuläßt.The critical martensite quenching speed is 24 000 0 CAi * which allows a martensitic structure to be obtained in the core of a sheet metal up to 50 mm thick or a round material up to 80 mm in diameter.
Dieser Stahl wurde folgender Wärmebehandlung unterworfen: This steel was subjected to the following heat treatment:
1. Schritt: Austenitisierung bei einer Temperatur von 910 0C 1st step: Austenitizing at a temperature of 910 ° C
während 1 h, anschließend Abkühlung in der Größenordnung von 100 000 °C/h.for 1 h, then cooling in the order of 100,000 ° C./h.
2. Schritt: Von 6OO - 700 0C abgestufte Anlaßbehandlungen (1 h), 2nd step: tempering treatments graded from 600 - 700 0 C (1 h),
Das Gefüge ist ein Anlaßmartensit.The structure is an occasional martensite.
809810/0572809810/0572
Ä0Ä0
Man beobachtete, daß die zum Erhalten eines befriedigenden Brüchigkeitsindex' erforderliche Anlaßtemperatur 620 0C ist.It was observed that the 'required to obtain a satisfactory friability index tempering temperature is 620 0 C.
Die mechanischen Eigenschaften sind dann folgende:The mechanical properties are then as follows:
Elastizitätsgrenze Re = 920 MPA ( 94 kg/mm2) Bruchfestigkeit R = 1020 MPa (104 kg/mm2)Elasticity limit Re = 920 MPA (94 kg / mm 2 ) Breaking strength R = 1020 MPa (104 kg / mm 2 )
Einschnürung ^. % = 65 % Constriction ^. % = 65 %
Schlagzähigkeit KCV + 20 0C = 142 J/cm2 (14,5 kgm/cm2)Impact strength KCV + 20 0 C = 142 J / cm 2 (14.5 kgm / cm 2 )
Für die gleiche Abschreckbehandlung, jedoch mit einem auf 600 0C begrenzten Anlassen erhält man bei einer Elastizitätsgrenze von 100 MPa (102 kg/mm ) einen wenig günstigen Brüchigkeitsindex von 50 %. For the same quenching treatment, but with a tempering limited to 600 ° C., an elastic limit of 100 MPa (102 kg / mm) results in a less favorable fragility index of 50 %.
In allen Beispielen wurde die minimale, das Erhalten bester mechanischer Eigenschaften zulassende Anläßtemperatur angegeben. Es ist offensichtlich, daß man, wenn man weniger hohe Eigenschaften zu erhalten wünscht, eine höhere, schließlich nur durch die Umwandlungstemperatur ACl begrenzte Anlaßtemperatur wählen kann, was den Vorteil hat, daß man sie nicht mit einer so großen Genauigkeit einhalten muß, da man in diesem Bereich frei von einer Sprödigkeit durch Wasserstoff aufgrund einer zu niedrigen Anlaßtemperatur ist.In all examples, the minimum tempering temperature which allows the best mechanical properties to be obtained was used specified. It is obvious that if one wishes to obtain less high properties, one will end up with a higher one Tempering temperature limited only by the transition temperature ACl can choose, which has the advantage that it does not have to be adhered to with such great accuracy as one is free in this area from brittleness due to hydrogen due to a too low tempering temperature.
So stellte man dank einer sorgfältigen und genauen Wahl der Zusammensetzung einen Abschreckstahl her, der ein Anlassen bei hoher Temperatur aushalten kann und unter Bewahrung hoher mechanischer Eigenschaften ein thermodynamisch stabiles Oefüge annimmt, das für die Beständigkeit gegenüber Spannungskorrosion in Anwesenheit von Wasserstoff erforderlich ist.Thus, thanks to a careful and precise choice of composition, a quenching steel was made that can withstand high temperature tempering while maintaining high mechanical properties thermodynamically stable structure assumes that for the resistance against stress corrosion in the presence of hydrogen is required.
809610/0572809610/0572
Die Wahl der chemischen Zusammensetzung, der Temperatur und der Zeit des innerhalb der genauen angegebenen Grenzen durchzuführenden Anlassens muß Rechnung tragen:The choice of chemical composition, temperature and time of the specified within the exact Limits to the starting up must take into account:
- der Abschreckmöglichkeiten des Werkstücks unter besonderer Berücksichtigung der Form und der Dicke des Werkstücks, die die Bestimmung einer theoretischen Dicke ermöglichen, von der die kritische Abschreckgeschwindigkeit abhängt; es ist tatsächlich wesentlich, daß die Abkühlung ausreichend schnell ist, um eine Abschreckung mit einer Geschwindigkeit über der kritischen Martensitgeschwindigkeit des verwendeten Stahls zu sichern;- The quenching possibilities of the workpiece with special consideration of the shape and the Thickness of the workpiece that allow a theoretical thickness to be determined from which the critical quenching speed depends; it is actually essential that the cooling is fast enough to quench at a speed above the critical martensite speed to secure the steel used;
- den angestrebten mechanischen Eigenschaften (Elastizitätsgrenze, Bruchfestigkeit), wobei jedoch die Elastizitätsgrenze auf höchstens 930 MPa (95 kg/mm2) begrenzt wird, um eine gute Beständigkeit gegenüber der Versprödung durch Wasserstoff zu bewahren.- the desired mechanical properties (elastic limit, breaking strength), but the elastic limit is limited to a maximum of 930 MPa (95 kg / mm 2 ) in order to maintain good resistance to embrittlement by hydrogen.
Es ist außerdem festzustellen, daß die aus den so definierten Stänlen hergestellten Werkstücke Schweißvorgängen unterworfen werden können. Hierbei ist es unerläßlich, sie e iner Entspannungsbehandlung bei einer besonders hohen Temperatur zu unterwerfen, die glei ch der oder höchstens 20 0C unter der Temperatur des metallurgischen Anlassens ist, jedoch niemals unter 625 0C liegt.It should also be noted that the workpieces made from the stems so defined can be subjected to welding operations. Here, it is essential to subject them to e ne of relaxation treatment at a very high temperature, which is moving the ch or at most 20 0 C below the temperature of the metallurgical annealing, but never less than 625 0C.
Selbstverständlich ist die Erfindung auf die angegebenen Beispiele nicht beschränkt, die nur einer genauen Erläuterung besonderer Ausführungsfälle dienten. Diese chemischen Zusammensetzungen und die Behandlungstemperatüren und -zeiten, dieOf course, the invention is not restricted to the examples given, which are only intended to provide a precise explanation special execution cases were used. These chemical compositions and the treatment temperatures and times that
809810/0572809810/0572
in den Beispielen angegeben sind, können andererseits insbesondere als Funktion der Formen des Werkstücks und der angestrebten Eigenschaften, jedoch einfach innerhalb der engen oben angegebenen Grenzen variieren; ebenso muß die Abschreckgeschwindigkeit stets das Erhalten eines martensitischen Gefüges ermöglichen.are given in the examples, on the other hand, in particular as a function of the shapes of the workpiece and the properties sought, but simply within the vary narrow limits given above; likewise, the quenching speed must always maintain a martensitic one Enable structure.
Schließlich sind Gegenstand der Erfindung auch die aus den Stählen mit den beschriebenen Eigenschaften hergestellten Werkstücke. Ein solcher Stahl kann bei verschiedenen Anwendungsfällen verwendet werden, wie z.B.:Finally, the subject matter of the invention is also those produced from the steels with the properties described Work pieces. Such a steel can be used in various applications such as:
- Vorrichtungen zum Transport oder zur Lagerung, auch unter hohen Drücken, von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigen Gasen (z.B. Erdgas), die Schwefelwasserstoff enthalten oder nicht, wobei die Konstruktionen feste oder bewegliche Behälter sein können, Ventile oder die beweglichen Teile von Turbokompressoren (Elemente der Gebläseräder; Radnaben, Flansche, Schaufeln).- Devices for the transport or storage, even under high pressures, of hydrogen or hydrogen-containing Gases (e.g. natural gas) containing or not containing hydrogen sulfide, the constructions Can be fixed or moving containers, valves or the moving parts of turbo compressors (Elements of the fan wheels; wheel hubs, flanges, blades).
- Elemente der Säulen zur Ausnutzung der Erdöl- oder Erdgaslagerstätten in großen Tiefen, wie z.B. die Rohre oder die Rohrverbinder.- Elements of the pillars for the exploitation of oil or gas deposits at great depths, such as the Pipes or the pipe connectors.
Es ist klar, daß auch andere Anwendungsfälle im Bereioh der Erfindung liegen.It is clear that other applications in the area of the invention.
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Claims (6)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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FR2445888A1 (en) * | 1979-01-08 | 1980-08-01 | Republic Steel Corp | METHOD FOR MANUFACTURING WELL TUBING AND SUCH TUBING |
DE3616098C1 (en) * | 1986-05-13 | 1987-07-16 | Saarstahl Voelklingen Gmbh | Process for increasing the toughness of martensite-hardenable steels |
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1977
- 1977-05-09 DE DE19772720805 patent/DE2720805C2/en not_active Expired
- 1977-06-16 JP JP7157777A patent/JPS52153822A/en active Pending
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FR2445888A1 (en) * | 1979-01-08 | 1980-08-01 | Republic Steel Corp | METHOD FOR MANUFACTURING WELL TUBING AND SUCH TUBING |
DE3616098C1 (en) * | 1986-05-13 | 1987-07-16 | Saarstahl Voelklingen Gmbh | Process for increasing the toughness of martensite-hardenable steels |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2355083B1 (en) | 1979-05-18 |
DE2720805C2 (en) | 1983-03-03 |
FR2355083A1 (en) | 1978-01-13 |
JPS52153822A (en) | 1977-12-21 |
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