DE3221878C2 - - Google Patents
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Description
Auskleidungen und Verrohrungen
sowie Bohrgestänge für Tiefbohrungen
nach Öl, Erdgas oder geothermischem Wasser
die im folgenden
unter dem Terminus "Tiefbohrungen" zusammengefaßt werden,
müssen hochbelastbar sein und eine hohe
Widerstandsfähigkeit gegen Spannungsrißkorrosion
aufweisen.
In der Erforschung und Erschließung von neuen Vorräten
an Öl und Erdgas sind in letzter Zeit die Tiefbohrungen
zu immer größeren Tiefen vorangetrieben worden. Tiefbohrungen
nach Öl bis zu 6000 Meter und mehr sind nicht
mehr unüblich; Berichte über Tiefbohrungen nach Öl in
Tiefen bis zu 10 000 Meter und mehr liegen vor.
Eine Tiefbohrung ist unvermeidlich einer rauhen Umgebung
ausgesetzt. Zusätzlich zu dem hohen Druck treten in der
Umgebung einer Tiefbohrung korrodierende Materialien
auf, wie z. B. Kohlendioxid, Chlorionen sowie wäßriger
Schwefelwasserstoff unter hohem Druck.
Aus diesem Grunde müssen Auskleidungen, Rohre und Bohrgestänge
(nachstehend als "Verrohrung" bezeichnet)
bei Öl-Tiefbohrungen oder dergleichen unter
solchen rauhen Bedingungen hochbelastbar sein und gute
Widerstandsfähigkeit gegen Spannungsrißkorrosion aufweisen.
Allgemein ist als eine Maßnahme zur Verringerung von
Spannungsrißkorrosionen bei Verrohrungen bekannt, ein
korrosionshemmendes Mittel, einen sogenannten "Inhibitor"
in den Bereich der Tiefbohrung zu injizieren. Jedoch
kann diese Maßnahme zur Verhinderung von
Spannungsrißkorrosion nicht in allen Fällen angewandt werden,
so z. B. nicht bei Offshore-Ölbohrungen.
Aus diesem Grunde ist in neuerer Zeit versucht worden, hierzu
hochgradig korrosionsresistente, hochlegierte Stähle, wie
rostfreie Stähle, unter den Namen Incoloy und Hastelloy
vertriebene Stähle oder dgl. zu verwenden. Jedoch ist das
Verhalten von solchen Materialien unter einer korrodierenden
Umgebung, die ein H₂S-CO₂-Cl--System enthält, wie es in Öl-Tiefbohrungen
vorzufinden ist, bis jetzt noch nicht
ausreichend untersucht worden.
In der US-PS 41 68 188 ist eine Legierung auf Nickelbasis
beschrieben, die 12 bis 18% Molybdän, 10 bis 20% Chrom und 10
bis 20% Eisen enthält, und die für die Herstellung von
Verrohrungen geeignet ist. In der US-PS 41 71 217 ist eine
ähnliche Legierungskomposition beschrieben, bei der der
Kohlenstoffanteil auf maximal 0,30% begrenzt ist. In der US-PS
42 45 698 ist eine Superlegierung auf Nickelbasis
beschrieben, die 10 bis 20%% Molybdän enthält, und die in
Verbindung mit Bohrungen nach saurem, d. h. einem hohen
Schwefelanteil enthaltenden Gas und Öl verwendet werden kann.
Aus der DE-OS 21 35 179 geht ein Nickel-Chrom-Stahl hervor,
dem zur Verhinderung der Spannungsrißkorrosion 0,2 bis 0,4%
Vanadium und/oder Aluminium zugesetzt sind. Aus der DE-OS 27 21 998
ist eine ferritisch-austenitische Stahllegierung
bekannt, die 10 bis 30% Nickel enthält. Ferner gehen aus der
DE-OS 25 24 621 und der DE-OS 28 57 118 austenitische Stähle
hervor, die sich durch eine hohe Oxidationsbeständigkeit und
Temperaturfestigkeit auszeichnen und daher für
Verbrennungsanlagen und dgl. eingesetzt werden. Der Stahl
nach der DE-OS 25 24 651 enthält dazu Lanthan und nach der
DE-OS 28 57 118 soll der Stickstoffgehalt höchstens 0,03%
betragen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff für
Verrohrungen bei Tiefbohrungen anzugeben, der ausreichend
hoch belastbar ist und ausreichende Widerstandsfähigkeit
gegenüber Spannungsrißkorrosion aufweist, um Tiefbohrungen in
einer stark korrodierenden Umgebung, die Schwefelwasserstoff,
Kohlendioxid und Chlorionen enthält (H₂S-CO₂-Cl--Umgebung),
bei Temperaturen bis 150°C standzuhalten.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine
Legierung verwendet wird, wie sie im Patentanspruch 1
angegeben ist.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen
aus der nachfolgenden
Beschreibung hervor, in der anhand der Zeichnung mehrere
Legierungen erläutert sind. Zur
Vereinfachung sind Elemente und Verbindungen entsprechend
den allgemein üblichen Symbolen gemäß des Periodensystems
abgekürzt. In der Zeichnung stellen dar:
Fig. 1 die Beziehung zwischen dem Verhältnis der
Dehnungen in einer Testumgebung und in Luft
und dem Phosphor (P)-Gehalt;
Fig. 2 die Beziehung zwischen der Verwindungszahl
und dem Schwefel (S)-Gehalt;
Fig. 3-6 die Beziehung zwischen dem Nickel (Ni)-Gehalt
und dem Wert der Gleichung: Cr (%)+10 Mo (%)+5 W (%)
im Hinblick auf die Widerstandsfähigkeit
gegen Spannungsrißkorrosion;
Fig. 7 eine schematische Ansicht einer Probe,
die von einer Dreipunkt-Balkenaufspannvorrichtung
gehalten ist;
Fig. 8 eine schematische Ansicht einer Probe,
die mit einem Schraubbolzen und einer Mutter
unter Spannung gehalten ist.
Im Rahmen von Untersuchungen wurde folgendes gefunden:
- a) Unter Bedingungen einer korrodierenden Umgebung, die H₂S, CO₂ und Chloridionen enthält, entwickelt sich Korrosion hauptsächlich im Wege der Spannungsrißkorrosion. Der Mechanismus der Spannungsrißkorrosion ist in diesen Fällen jedoch ganz unterschiedlich von dem, der im allgemeinen bei rostfreien Austenitstählen gefunden worden ist. Die Hauptursache für Spannungsrißkorrosion im Falle von rostfreien Austenitstählen ist die Gegenwart von Chloridionen. Im Gegensatz dazu ist die Hauptursache für derartige Spannungsrißkorrosion bei Verrohrungen von Öl-Tiefbohrungen die Gegenwart von Schwefelwasserstoff, obwohl die Gegenwart von Cl--Ionen ebenfalls einen gewissen Faktor darstellt.
- b) Verrohrungen aus Legierungen für Tiefbohrungen werden üblicherweise kalt verformt bzw. kalt bearbeitet, um deren Festigkeit zu verbessern. Jedoch vermindert diese Kaltbearbeitung die Widerstandsfähigkeit gegenüber Spannungsrißkorrosion nicht unerheblich.
- c) Die Korrosionsrate einer Legierung in einer korrodierenden
H₂O-CO₂-Cl--Umgebung hängt von dem Gehalt von Chrom,
Nickel, Molybdän und Wolfram innerhalb
der Legierung ab. Wenn die Auskleidung bzw. Verrohrung
eine Oberflächenschicht aufweist, die diese Elemente
enthält, so hat die Legierung nicht nur allgemein eine
bessere Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion, sondern
zusätzlich verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber
Spannungsrißkorrosion sogar unter korrodierender Umgebung,
die in Öl-Tiefbohrungen auftritt. Speziell
wurde gefunden, daß Molybdän zehnfach wirksamer ist
als Chrom, und daß Molybdän zweimal wirksamer ist als
Wolfram, um die Widerstandsfähigkeit gegen Spannungsrißkorrosion
zu verbessern. Es wurde gefunden, daß die
Gewichtsanteile von Chrom, Wolfram und Molybdän folgenden
Gleichungen genügen sollten:
Cr (%) + 10 Mo (%) + 5 W (%) ≧ 50%
1,0 % ≦ Mo (%) + 1/2 W (%) < 3,5% - Außerdem sollte der Nickelanteil 35 bis 60 Gew.-% und der Chromanteil 22,5 bis 40 Gew.-% betragen. In einem solchen Fall weist die Legierungsoberfläche selbst nach der Kaltbearbeitung bemerkenswert verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion in einer H₂S-CO₂-Cl--Umgebung auf, insbesondere einer Umgebung, die konzentrierten Schwefelwasserstoff bei Temperaturen von 150°C oder weniger enthält.
- d) Die Zugabe von Nickel verbessert nicht nur die Widerstandsfähigkeit der Oberflächenschicht gegenüber Spannungsrißkorrosion, sondern verbessert allgemein die metallurgische Struktur der Legierung selbst. So verbessert die Zugabe von Nickel merkbar die Widerstandsfähigkeit gegenüber Spannungsrißkorrosion.
- e) Schwefel ist eine natürlich auftretende Verunreinigung; wenn der Schwefelgehalt nicht mehr als 0,0007% beträgt, kann eine solche Legierung auch merkbar besser warm verarbeitet werden.
- f) Phosphor ist ebenfalls eine natürlich auftretende Verunreinigung; wenn der Phosphorgehalt nicht mehr als 0,003% beträgt, wird die Anfälligkeit gegenüber Wasserstoff-Versprödung merklich reduziert.
- g) Wenn Kupfer in einem Anteil von nicht mehr als 2,0 Gew.-% und/oder Kobalt in einem Gewichtsanteil von nicht mehr als 2,0% der Legierung als zusätzliche Legierungskomponenten zugefügt werden, wird die Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion weiter verbessert.
- h) Wenn eine oder mehrere der folgenden Legierungselemente der Legierung in der angegebenen Anteilsmenge zugefügt werden, kann die Legierung ferner besser warm verarbeitet werden; diese Legierungskomponenten sind: Yttrium in einem Anteil von nicht mehr als 0,2%; Magnesium in einem Anteil von nicht mehr als 0,10%; Kalzium in einem Anteil von nicht mehr als 0,10%.
- i) Wenn eine oder mehrere der folgenden Legierungskomponenten der Legierung zugefügt werden, wobei der Gesamtanteil in dem Bereich zwischen 0,5 bis 4,0% liegt, so wird die Festigkeit der Legierung weiter verbessert aufgrund des Kaltaushärtungseffektes durch diese Zusätze; diese Zusätze sind: Niob, Titan, Tantal und Zirkonium.
- j) Wenn zusätzlich Stickstoff in einem Anteil zwischen 0,05 bis 0,30% Gew.-% zusätzlich der Legierung als Legierungselement zugesetzt wird, so wird die Festigkeit der so erhaltenen Legierung weiterhin verbessert, ohne daß die Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion vermindert wird.
- k) Vorzugsweise ist der Stickstoffanteil zwischen 0,05 und 0,25%, wenn zumindest entweder Nb oder V in einem Gesamtbetrag von 0,5 bis 4,0% der Legierung zugefügt werden. In diesem Falle wird die Festigkeit der so erhaltenen Legierung weiter verbessert, und zwar aufgrund des Kaltaushärtungseffektes dieser Zusätze, ohne daß die Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion reduziert wird.
Die Erfindung wurde auf der Basis der oben erwähnten Ergebnisse
und Entwicklungen aufgebaut und führt zur Verwendung einer
Legierung, die zur Herstellung von hochbelastbaren
Verrohrungen bei Tiefbohrungen mit wesentlich
verbesserter Widerstandsfähigkeit gegenüber Spannungsrißkorrosion
geeignet ist. Diese Legierung enthält:
C: nicht mehr als 0,10%, vorzugsweise nicht mehr als 0,05%
Si: nicht mehr als 1,0%,
Mn: nicht mehr als 2,0%, P: nicht mehr als 0,030%, vorzugsweise nicht mehr als 0,003%,
S: nicht mehr als 0,005%, vorzugsweise nicht mehr als 0,0007%,
Ni: 35-60%,
Cr: 22,5-40%, vorzugsweise 24-35%,
zumindest entweder Mo in einem Anteil weniger als 3,5% und/oder W in einem Anteil weniger als 7%, wobei die folgenden Gleichungen einzuhalten sind:
Si: nicht mehr als 1,0%,
Mn: nicht mehr als 2,0%, P: nicht mehr als 0,030%, vorzugsweise nicht mehr als 0,003%,
S: nicht mehr als 0,005%, vorzugsweise nicht mehr als 0,0007%,
Ni: 35-60%,
Cr: 22,5-40%, vorzugsweise 24-35%,
zumindest entweder Mo in einem Anteil weniger als 3,5% und/oder W in einem Anteil weniger als 7%, wobei die folgenden Gleichungen einzuhalten sind:
Cr (%) + 10 Mo (%) + 5 W (%) ≧ 50%, und
1,0% ≦ Mo (%) + 1/2 W (%) < 3,5%,
1,0% ≦ Mo (%) + 1/2 W (%) < 3,5%,
wobei der Rest Eisen mit üblichen Verunreinigungen ist.
Die Legierung gemäß der Erfindung kann ferner eine
Kombination folgender Komponenten enthalten:
- i) Cu: nicht mehr als 2,0% und/oder Co: nicht mehr als 2,0%.
- ii) Y, in einem Anteil von nicht mehr als 0,20%; Mg, in einem Anteil von nicht mehr als 0,10%; Ca, in einem Anteil von nicht mehr als 0,10%.
- iii) Eine oder mehrere Komponenten von Nb, Ti, Ta und Zr in einem Gesamtanteil zwischen 0,5 und 4,0%.
- iv) Stickstoff kann in einem Anteil von 0,05 bis 0,30%, vorzugsweise 0,10 bis 0,25% der Legierung zugefügt werden.
Im folgenden sollen die Gründe für die Zusammensetzung
der Legierung gemäß der Erfindung entsprechend den obigen
Ausführungen erläutert werden.
Kohlenstoff (C): liegt der Kohlenstoffanteil oberhalb
0,10%, so ist die Legierung relativ anfällig für
Spannungsrißkorrosion. Der obere Grenzwert von Kohlenstoff
liegt bei 0,1%, vorzugsweise ist der Kohlenstoffanteil
nicht mehr als 0,05%.
Silizium (Si): Si ist ein notwendiges Element als
Desoxidationsmittel. Liegt jedoch dessen Anteil über
1,0%, so wird die Fähigkeit zur Warmbearbeitung der
so erhaltenen Legierung verschlechtert. Der obere Grenzwert
von Silizium wird zu 1,0% festgelegt.
Mangan (Mn): Mangan ist ebenso wie Silizium ein Desoxidationsmittel.
Die Zugabe von Mangan hat, wie festgestellt
worden ist, praktisch keine Wirkung auf die Widerstandsfähigkeit
gegen Spannungsrißkorrosion. Der obere Grenzwert
von Mangan ist auf 2,0% beschränkt worden.
Phosphor (P): P liegt in der Legierung als Verunreinigung
vor. Die Gegenwart von Phosphor in einem Anteil von mehr
als 0,030% macht die so erhaltene Legierung anfällig
gegenüber Wasserstoffversprödung. Aus diesem Grunde ist
der obere Grenzwert für Phosphor 0,030%,
so daß die Anfälligkeit gegenüber Wasserstoffversprödung
auf niedrigem Niveau gehalten werden
kann. Hierzu muß bemerkt werden, daß dann, wenn der
Phosphorgehalt kleiner als 0,003% ist, die Anfälligkeit
gegenüber Wasserstoffversprödung drastisch verringert
wird. Aus diesem Grunde ist es wünschenswert, den Phosphorgehalt
auf 0,003% oder weniger zu reduzieren, wenn
beabsichtigt ist, eine Legierung mit wesentlich verbesserter
Widerstandsfähigkeit gegenüber Wasserstoffversprödung
zu erhalten.
In Fig. 1 ist dargestellt, wie eine Reduzierung des
P-Gehaltes die Widerstandsfähigkeit gegenüber Wasserstoffversprödung
verbessert. Eine Anzahl von 25% Cr-50% Ni-3% Mo-Legierungen,
bei denen der P-Anteil variiert wurde,
wurde gegossen, geschmiedet und warmgewalzt, um auf diese
Weise Legierungsplatten mit einer Dicke von 7 mm
zu erhalten. Diese Platten wurden dann mit einer festen
Lösung behandelt, in der die Platten bei einer Temperatur
von 1050°C für 30 Minuten gehalten und dann wassergekühlt
wurden. Nach der Behandlung in fester Lösung wurden die
Platten kalt bearbeitet, wobei deren Querschnittsfläche um 30 Prozent
reduziert wurde, um auf diese Weise ihre Festigkeit zu
verbessern. Aus der kaltgewalzten Platte wurden in einer
Richtung senkrecht zu der Walzrichtung Proben mit einer
Dicke von 1,5 mm, einer Breite von 4 mm und einer Länge von
20 mm herausgeschnitten.
Die Proben wurden dann einem Spannungstest ausgesetzt,
in welchem sie in eine 5%ige NaCl-Lösung bei einer
Temperatur von 25°C und bei Sättigung mit H₂S bei einem
Druck von 10 bar eingetaucht wurden; ein
elektrischer Stromfluß von 5 mA/cm² wurde angelegt, wobei
die Probe als Kathode diente. Dann wurde an die Probe
eine Zugspannung mit einem konstanten Spannungswechsel
von 8,3×10-7/sec angelegt, bis die Probe brach. Ein
Spannungstest wurde ferner auch in Luft durchgeführt,
um die Dehnung in Luft zu bestimmen. Das Verhältnis der
Dehungen in der H₂S-enthaltenden NaCl-Lösung zu derjenigen
in Luft wurde dann berechnet. Wenn Wasserstoffversprödung
auftritt, würde die Dehnung verringert. Aus diesem Grunde
bedeutet ein Verhältniswert von 1, daß keine Wasserstoffversprödung
auftrat. Die Ergebnisse sind in Fig. 1
insgesamt dargestellt. Wie aus Fig. 1
hervorgeht, zeigt die jeweilige Legierung
dann, wenn der Phosphorgehalt auf einen Anteil von 0,003%
oder weniger reduziert wird, bemerkenswerte Widerstandsfähigkeit
gegenüber Wasserstoffversprödung.
Schwefel (S): Wenn der Anteil von Schwefel, der in Stahl
als natürlich vorkommende Verunreinigung vorliegt, oberhalb
0,005% liegt, so wird die Möglichkeit der Warmbearbeitung
verschlechtert. Aus diesem Grund wird der
Schwefelanteil in der Legierung auf einen Wert von nicht
mehr als 0,005% begrenzt, um diese Verschlechterung
bei der Warmbearbeitung zu verhindern. Wenn der Schwefelanteil
auf 0,0007% oder weniger reduziert wird, so wird
die Warmbearbeitbarkeit drastisch verbessert. Wenn demnach
eine Warmbearbeitung unter rauhen Bedingungen erforderlich
ist, sollte der Schwefelanteil auf 0,0007% oder weniger
reduziert werden.
In Fig. 2 sind die Ergebnisse eines Verwindungstests bei
Temperaturen von 1200°C an verschiedenen Proben einer
25% Cr-50% Ni-3% Mo-Legierung dargestellt, bei denen der
Schwefelanteil variiert worden ist. Die Proben, deren Abmessung in
Parallelrichtung 8 mm Durchmesser×30 mm Länge betrug, wurden aus Legierungsblöcken
(Gewicht 150 kg) herausgeschnitten.
Der Verwindungstest wird üblicherweise angewendet, um
die Fähigkeit zur Warmbearbeitung von Metallen auszuwerten.
Die in Fig. 2 dargestellten Daten zeigen an, daß die
Anzahl der Verwindungszyklen, d. h. die an die Probe
angelegte Anzahl von Verwindungen bis zum Bruch des
Materiales, bemerkenswert ansteigt, wenn der Schwefelgehalt
auf einen Betrag von 0,0007% oder weniger reduziert wird.
Dies bedeutet, daß dann die Warmbearbeitung wesentlich
verbessert wird.
Nickel (Ni): Nickel verbessert allgemein die Widerstandsfähigkeit
gegenüber Spannungsrißkorrosion. Wenn Nickel in
einem Betrag von weniger als 35% zugefügt wird, ist es
jedoch schwierig, eine ausreichende Widerstandsfähigkeit
gegenüber Spannungsrißkorrosion zu erzielen. Wenn andererseits
Nickel in einem Anteil von mehr als 60% zugefügt
wird, wird die Widerstandsfähigkeit gegenüber Spannungsrißkorrosion
nicht mehr weiter verbessert.
Der Nickelanteil beträgt daher 35
bis 60%.
Chrom (Cr): Chrom verbessert die Widerstandsfähigkeit
gegenüber Spannungskorrosion in Gegenwart von Ni, Mo und W.
Jedoch wird bei einem Chromanteil von weniger als 22,5% die
Warmbearbeitungsfähigkeit nicht mehr verbessert, und es ist
notwendig andere Elemente wie Molybdän und Wolfram zuzufügen,
um den gewünschten Grad von Widerstandsfähigkeit
gegenüber Spannungsrißkorrosion zu halten. Aus ökonomischen
Gesichtspunkten ist es daher nicht wünschenswert, den
Chromanteil so stark herabzusetzen. Der untere Grenzwert
für den Chromanteil beträgt 22,5%. Wenn andererseits
Chrom in einem Anteil von mehr als 40% zugefügt
wird, kann die Legierung nur schlecht warm verarbeitet
werden, selbst wenn der Schwefelanteil auf weniger als
0,0007% reduziert wird. Der Chromanteil wird vorzugsweise
zwischen 24 und 35% eingestellt, um so die Widerstandsfähigkeit
allgemein gegen Korrosion und auch die Eigenschaften
zur Warmbearbeitung zu verbessern.
Molybdän (Mo) und Wolfram (W): Wie bereits erwähnt, tragen
beide Elemente dazu bei, die Widerstandsfähigkeit gegenüber
Spannungsrißkorrosion in Gegenwart von Nickel und Chrom
zu verbessern. Wenn jedoch Molybdän und Wolfram in Anteilen
von mehr als 3,5% bzw. 7% hinzugefügt werden, kann die
Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion bei einer H₂S-CO₂-Cl--Umgebung
bei einer Temperatur von 150°C oder weniger
nicht mehr verbessert werden. Daher wird aus Materialersparnisgründen
Mo in einem Anteil von weniger als 3,5%
und/oder W in einem Anteil von weniger als 7% hinzugefügt.
Für den Molybdän und Wolframanteil ist eine Beziehung
eingeführt worden, nämlich: Mo (%)+1/2 W (%). Dies deshalb,
da das Atomgewicht von Wolfram doppelt so groß ist wie das
Atomgewicht von Molybdän, d. h. Molybdän ist so wirksam
wie 1/2 W im Hinblick auf die Verbesserung der Widerstandsfähigkeit
gegenüber Spannungsrißkorrosion. Wenn der Wert
der angegebenen Beziehung kleiner als 1,0% ist, ist es
unmöglich, den gewünschten Grad der Widerstandsfähigkeit
gegenüber Spannungsrißkorrosion zu erhalten, insbesondere
bei einer Temperatur von 150°C oder weniger in der rauhen
Umgebung. Auf der anderen Seite ist ein Wert von mehr
als 3,5% aus ökonomischen Gründen nicht mehr wünschenswert.
Daher wird der Wert der Beziehung Mo (%)+1/2 W (%)
zwischen 1,0% bis 3,5% (ausschließlich) festgelegt.
Stickstoff (N): Wenn Stickstoff zu der Legierung hinzugefügt
wird, so wird dadurch die Festigkeit der erhaltenen
Legierung verbessert. Wenn der Stickstoffanteil kleiner
als 0,05% ist, kann ein gewünschtes Festigkeitsniveau
der Legierung gar nicht erreicht werden. Andererseits ist
es recht schwierig, Stickstoff in einem Anteil von mehr
als 0,30% in der Legierung zu lösen. Aus diesem Grunde
wird der Stickstoffanteil, wenn Stickstoff hinzugefügt
wird, auf Werte zwischen 0,05 bis 0,30%, vorzugsweise
0,10 bis 0,25% festgelegt.
Kupfer (Cu) und Kobalt (Co): Kupfer und Kobalt verbessern
die Korrosionsbeständigkeit der Legierung gemäß der
Erfindung. Aus diesem Grunde können Kupfer und/oder Kobalt
zugefügt werden, wenn speziell hohe Korrosionsbeständigkeit
erforderlich ist. Jedoch wird bei Zufügen von Kupfer und/oder
Kobalt in einem Anteil von mehr als jeweils 2,0%
die Eigenschaft der Warmverarbeitung verschlechtert.
Speziell die Wirksamkeit von Kobalt, welches ein teueres
Legierungselement ist, hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit
wird nicht mehr erhöht, wenn der Kobaltanteil
mehr als 2,0% beträgt. Der obere Grenzwert sowohl von
Kupfer als auch Kobalt ist 2,0%.
Y, Mg und Ca: Alle diese Elemente verbessern
die Eigenschaften der Warmverarbeitung. Wenn demnach
die Legierung in hohem Umfange warm verarbeitet
werden soll, so ist es wünschenswert, zumindest eines
dieser Elemente in die Legierung einzuführen. Wenn jedoch
Yttrium in einem Anteil von mehr als 0,20%, Magnesium
in einem Anteil von mehr als 0,10% oder Kalzium in einem
Anteil von mehr als 0,10% hinzugefügt werden, kann keine
wesentliche Verbesserung der Eigenschaft der Warmbearbeitung
beobachtet werden. Es ist teilweise sogar eine Verschlechterung
dieser Eigenschaft gefunden worden. Aus diesem Grunde
wird der Zusatz von diesen Elementen beschränkt auf nicht
mehr als 0,20% für Y, 0,10%
für Magnesium und 0,10 für Ca.
Nb, Ti, Ta, Zr: Diese Elemente sind jeweils geeignet
für die Kaltaushärtung aufgrund der Bildung von
zwischenmetallischen Verbindungen, hauptsächlich mit
Nickel. Wenn zumindest eines dieser Elemente in einem
Gesamtanteil von weniger als 0,5% hinzugefügt wird,
kann ein gewünschtes Festigkeitsniveau nicht erreicht
werden. Wenn andererseits der Gesamtanteil der Zusätze
mehr als 4,0% beträgt, verschlechtern sich die Duktilität
und Festigkeit der erhaltenen Legierung; ebenso wird die
Eigenschaft der Warmbearbeitung verschlechtert. Aus diesem
Grunde wird der Gesamtanteil der Zusätze auf Werte zwischen
0,5 und 4,0% festgelegt.
Da der Zusatz dieser Elemente zudem die Kaltaushärtung
der Legierung verursacht, muß im Verlauf der Herstellung
von Verrohrungen in Verbindung mit Tiefbohrungen die
Legierung gealtert werden, z. B. bei einer Temperatur von
450 bis 800°C für 1 bis 20 Stunden, und zwar entweder vor
oder nach der Kaltbearbeitung, die eine Dickenreduzierung
zwischen 10 und 60% mit sich bringt, oder zu einem anderen
geeigneten Punkt im Herstellungsverlauf.
Von diesen Elementen ist besonders Nb in
Kombination mit N geeignet. Vorzugsweise
wird gemäß der Erfindung Nb mit einem N-Anteil
von 0,05 bis 0,25%, bevorzugt 0,10 bis 0,25%
der Legierung zugesetzt.
Zudem sollten gemäß der Erfindung die Anteile von Chrom,
Molybdän und Wolfram folgende Gleichung erfüllen:
Cr (%) + 10 Mo (%) + 5 W (%) ≧ 50%
In den Fig. 3 bis 6 ist die Beziehung zwischen diesem
Ausdruck Cr (%)+10 Mo (%)+5 W (%) und dem Nickelanteil
im Hinblick auf die Widerstandsfähigkeit gegenüber
Spannungsrißkorrosion unter rauhen korrodierenden Bedingungen
dargestellt.
Um die in den Fig. 3 bis 6 dargestellten Daten zu
erhalten, wurde eine Reihe von Cr-Ni-Mo-Legierungen,
Cr-Ni-W-Legierungen und Cr-Ni-Mo-W-Legierungen vorbereitet,
bei denen jeweils die Anteile von Cr, Ni, Mo und W
variiert wurden. Diese Legierungen wurden gegossen,
geschmiedet und warm gewalzt, so daß Platten von 7 mm
Dicke erhalten wurden. Die so erhaltenen Platten wurden
dann einer Behandlung in fester Lösung ausgesetzt, in
der die Platten jeweils bei 1050°C für 30 Minuten
gehalten und dann wassergekühlt wurden. Nach Ende der
Behandlung in fester Lösung wurden die Platten kalt
bearbeitet, wobei die Dicke um 30% reduziert wurde, um
auf diese Weise die Festigkeit zu verbessern. Proben mit
einer Dicke von 2 mm, einer Breite von 10 mm und einer
Länge von 75 mm wurden aus der kaltgewalzten Platte in
einer Richtung senkrecht zur Walzrichtung ausgeschnitten.
Jede dieser Proben wurde in einer Dreipunkt-Aufspannvorrichtung
vom Balkentyp gehalten, wie dies in Fig. 7
dargestellt ist. Danach wurden die Proben S unter
Spannung auf einem Zugspannungsniveau entsprechend einer
Dehngrenze 0,2% dem Spannungsrißkorrosionstest
ausgesetzt. Jede Probe wurde zusammen mit der Aufspannvorrichtung
in eine 20% NaCl-Lösung mit einer Badtemperatur
von 150°C bei Sättigung mit H₂S und CO₂ bei einem Druck
von 10 bar für jeweils 1000 Stunden eingetaucht.
Nach dem Eintauchen über 1000 Stunden wurden die Proben
visuell auf Spannungsrisse überprüft. Die resultierenden
Ergebnisse zeigen an, daß eine definierte Beziehung
zwischen dem Nickelgehalt und der Gleichung:
Cr (%)+10 Mo (%)+5 W (%) besteht, wie dieses in den
Fig. 3 bis 6 dargestellt ist; diese Beziehung wurde zum
ersten Mal durch die Erfindung entdeckt im Hinblick auf
die Widerstandsfähigkeit gegenüber Spannungsrißkorrosion.
In den Fig. 3 bis 6 wird durch das Symbol "o" angezeigt,
daß keine Spannungsrisse auftraten; durch das Symbol
"x" wird das Auftreten von Spannungsrissen angezeigt.
Wie aus den Ergebnissen in den Fig. 3 bis 6 offensichtlich
hervorgeht, so kann der beabsichtigte Zweck
der Erfindung nicht erreicht werden, wenn die besagte
Gleichung einen Wert weniger als 50% hat oder der Nickelanteil
kleiner als 25% ist.
In Fig. 3 ist der Fall für Legierungen dargestellt, bei
denen der Stickstoffanteil zwischen 0,05 und 0,30%
gehalten ist. In Fig. 4 ist der Schwefelanteil auf einen
Wert bis 0,0005% beschränkt. In Fig. 5 ist der Phosphorgehalt
bis auf 0,003% beschränkt. In Fig. 6 ist der
Fall dargestellt, bei dem Niob in einem Anteil zwischen
0,5 und 4,0% zugefügt ist. In diesem Fall wurde die
Legierung bei 650°C für 15 Stunden nach der Kaltbearbeitung
gealtert.
Eine Legierung gemäß der Erfindung kann als Verunreinigungen
B, Sn, Pb, Zn etc. aufweisen, wobei jedes dieser Elemente
in einem Anteil von weniger als 0,1% vorliegen soll,
ohne daß nachteilige Effekte für die Eigenschaften der
Legierung auftreten.
Es wurden Schmelzlegierungen mit den jeweiligen Legierungskompositionen
gemäß den Tabellen 1, 2 bis 6 und 8
vorbereitet. Hierzu dienten in Kombination ein konventioneller
elektrischer Lichtbogenofen, ein AOD-Ofen (Argon-Sauerstoff-Reduzierungsofen),
falls es notwendig ist, eine
Entschwefelung und Stickstoffzugabe vorzunehmen, und ein
ESU-Ofen (Elektroschlacks-Umschmelzofen), wenn zusätzlich
eine Entphosphorierung nötig ist. Die so vorbereitete
Legierung wurde anschließend in einen runden Vorgußblock
mit einem Durchmesser von 500 mm abgegossen, der bei
einer Temperatur von 1200°C zu einem Block bzw. Barren
von 150 mm Durchmesser warmgeschmiedet wurde.
Während des Warmschmiedens wurde der Barren visuell
auf Risse überprüft, um so die Warmbearbeitungsfähigkeit
der Legierung abzuschätzen. Der Barren wurde dann zu einem
Rohr mit einem Durchmesser von 60 mm und einer Wandstärke
von 4 mm heißstranggepreßt; das so erhaltene Rohr wurde
in einem Kaltreduzierungswalzwerk zur Reduzierung der
Wandstärke um 22% kalt bearbeitet. Das erhaltene Rohr
hatte einen Durchmesser von 55 mm und eine Wandstärke von
3,1 mm.
Außerdem wurden neben den Rohren aus erfindungsgemäß verwendbaren
Legierungen vergleichbare Rohre hergestellt, in deren
Legierung einzelne Legierungselemente außerhalb des
durch die Erfindung gegebenen Bereiches liegen; außerdem
wurden noch konventionelle Rohre hergestellt.
Eine ringförmige Probe von 20 mm Länge wurde von allen
diesen Rohren abgeschnitten; anschließend wurde ein Teil
des Umfangsbereiches der ringförmigen Probe entsprechend
einem Zentrumswinkel von 60° ausgeschnitten, wie dieses
in Fig. 9 dargestellt ist. Jede so erhaltene Probe S wurde
an ihrer Oberfläche unter Spannung gesetzt mit einer
Zugspannung entsprechend einer Dehngrenze von 0,2%;
dies geschah mit Hilfe eines Schraubbolzens und einer
Mutter, wobei der Schraubbolzen gegenüberliegende Wandbereiche
des Ringausschnittes durchdrang. Diese Probe wurde
zusammen mit Schraubbolzen und Mutter in eine 20%ige
NaCl-Lösung bei einer Badtemperatur von 150°C über 1000
Stunden eingetaucht. Die Lösung stand hierbei im Gleichgewicht
mit der darüberliegenden Atmosphäre, in der der
h₂S-Partialdruck 0,1 bar, 1 bar bzw. 15 bar
und der Partialdruck von CO₂ jeweils 10 bar
betrug. Nach Beendigung des Spannungsrißkorrosionstests
in dieser NaCl-Lösung wurde bestimmt, ob
Spannungsrißkorrosionen aufgetragen waren oder nicht.
Die Testergebnisse sind in den Tabellen 2 bis 5, 7 und 9
aufgeführt gemeinsam mit den Testergebnissen für Rißbildung
während des Warmschmiedens, Wasserstoffversprödung und den
mechanischen Eigenschaften der Legierung. In den Tabellen 2 bis
5, 7 und 9 wird in jeder Spalte durch das Symbol "○"
angezeigt, daß keine Rißbildung auftrat, durch das Symbol
"X" hingegen, daß Rißbildung auftrat.
Wie aus diesen experimentellen Daten ersichtlich ist,
erreichen die Vergleichsproben nicht die Standardwerte,
und zwar weder für die Eigenschaften bei der Warmbearbeitung,
für die Dehnfestigkeit und die Widerstandsfähigkeit
gegenüber Spannungsrißkorrosion. Andererseits
genügen sämtliche Rohre aus Legierungen, die der Erfindung
entsprechen, allen diesen Anforderungen. Die Proben, die aus
Legierungen, die der Erfindung entsprechen, hergestellt wurden, genügen
allen diesen Anforderungen hinsichtlich der
mechanischen Festigkeit, der Widerstandsfähigkeit gegenüber
Spannungsrißkorrosion und der Warmverarbeitbarkeit;
ebenso weisen sie wesentlich bessere Eigenschaften auf
als herkömmliche Rohre aus herkömmlichen Legierungen.
Die Legierungen, die der Erfindung entsprechen, haben demnach ausgezeichnete
mechanische Festigkeit und ebensolche Widerstandsfähigkeit
gegen Spannungsrißkorrosion; sie können sehr gut
zur Herstellung von Verschalungen, Verrohrungen, Auskleidungen
und Bohrgestängen zur Verwendung bei Tiefbohrungen
für Erdöl, Erdgas, geothermisches Wasser und
andere Zwecke verwendet werden.
Claims (2)
1. Verwendung einer Eisenlegierung, bestehend aus
(in Gew.-%)
C: 0,1
Si: 1,0
Mn: 2,0
P: 0,030
S: 0,005
N: 0,05 - 0,30
Ni: 35 - 60
Cr: 22,5 - 40
Mo: 0 - 3,5 (exkl.)
W: 0 - 7 (exkl.)
Cr (%) + 10 Mo (%) + 5 W (%) 50
1,0% Mo (%) + 1/2 W (%) < 3,5%
Cu: 0 - 2,0
Co: 0 - 2,0
Y: 0 - 0,20
Mg: 0 - 0,10
Ca: 0 - 0,10
Rest Fe,als Werkstoff zur Herstellung von hochbelastbaren Verrohrungen von Tiefbohrungen in einer Schwefelwasserstoff-, Kohlendioxid- und Chloridionen-haltigen Umgebung bei Temperaturen bis zu 150°C.
Si: 1,0
Mn: 2,0
P: 0,030
S: 0,005
N: 0,05 - 0,30
Ni: 35 - 60
Cr: 22,5 - 40
Mo: 0 - 3,5 (exkl.)
W: 0 - 7 (exkl.)
Cr (%) + 10 Mo (%) + 5 W (%) 50
1,0% Mo (%) + 1/2 W (%) < 3,5%
Cu: 0 - 2,0
Co: 0 - 2,0
Y: 0 - 0,20
Mg: 0 - 0,10
Ca: 0 - 0,10
Rest Fe,als Werkstoff zur Herstellung von hochbelastbaren Verrohrungen von Tiefbohrungen in einer Schwefelwasserstoff-, Kohlendioxid- und Chloridionen-haltigen Umgebung bei Temperaturen bis zu 150°C.
2. Verwendung einer Eisenlegierung nach Anspruch 1 für den
Zweck nach Anspruch 1, mit der Maßgabe, daß der
Stickstoffgehalt 0,10 bis 0,25% beträgt.
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8910481A JPS57203735A (en) | 1981-06-10 | 1981-06-10 | Alloy of high stress corrosion cracking resistance for high-strength oil well pipe |
JP8995981A JPS57203738A (en) | 1981-06-11 | 1981-06-11 | Precipitation hardening alloy of high stress corrosion cracking resistance for high-strength oil well pipe |
JP9060381A JPS57207142A (en) | 1981-06-12 | 1981-06-12 | Alloy for oil well pipe with superior stress corrosion cracking resistance and hot workability |
JP9203081A JPS57207148A (en) | 1981-06-15 | 1981-06-15 | Alloy for oil well pipe with superior stress corrosion cracking resistance and hydrogen cracking resistance |
JP9317281A JPS57207149A (en) | 1981-06-17 | 1981-06-17 | Precipitation hardening type alloy for high strength oil well pipe with superior stress corrosion cracking resistance |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3221878A1 DE3221878A1 (de) | 1982-12-30 |
DE3221878C2 true DE3221878C2 (de) | 1992-10-22 |
Family
ID=27525398
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3221878A Granted DE3221878A1 (de) | 1981-06-10 | 1982-06-09 | Legierung, insbesondere zur herstellung von hochbelastbaren verrohrungen von tiefbohrungen oder dergleichen |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4400209A (de) |
DE (1) | DE3221878A1 (de) |
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GB (1) | GB2103655B (de) |
SE (1) | SE452477B (de) |
Families Citing this family (31)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4489040A (en) * | 1982-04-02 | 1984-12-18 | Cabot Corporation | Corrosion resistant nickel-iron alloy |
US4711665A (en) * | 1985-07-26 | 1987-12-08 | Pennsylvania Research Corporation | Oxidation resistant alloy |
US4755240A (en) * | 1986-05-12 | 1988-07-05 | Exxon Production Research Company | Nickel base precipitation hardened alloys having improved resistance stress corrosion cracking |
US4735771A (en) * | 1986-12-03 | 1988-04-05 | Chrysler Motors Corporation | Method of preparing oxidation resistant iron base alloy compositions |
US4999158A (en) * | 1986-12-03 | 1991-03-12 | Chrysler Corporation | Oxidation resistant iron base alloy compositions |
US4891183A (en) * | 1986-12-03 | 1990-01-02 | Chrysler Motors Corporation | Method of preparing alloy compositions |
WO1989009843A1 (en) * | 1988-04-04 | 1989-10-19 | Chrysler Motors Corporation | Oxidation resistant iron base alloy compositions |
US4840768A (en) * | 1988-11-14 | 1989-06-20 | The Babcock & Wilcox Company | Austenitic Fe-Cr-Ni alloy designed for oil country tubular products |
JP2521579B2 (ja) * | 1990-12-21 | 1996-08-07 | 新日本製鐵株式会社 | V、Na、S、Clの存在する燃焼環境において耐食性を有する合金および複層鋼管 |
US5211911A (en) * | 1992-03-09 | 1993-05-18 | Epri | High vanadium austenitic heat resistant alloy |
US6355117B1 (en) | 1992-10-30 | 2002-03-12 | United Technologies Corporation | Nickel base superalloy single crystal articles with improved performance in air and hydrogen |
DE69623488T2 (de) * | 1996-06-17 | 2003-04-24 | Sumitomo Metal Ind | Nickellegierung mit hohem chromgehalt mit hohem schwefelwasserstoffkorrosionswiderstand |
DE19748205A1 (de) * | 1997-10-31 | 1999-05-06 | Abb Research Ltd | Verfahren zur Herstellung eines Werkstückes aus einer Chromlegierung und dessen Verwendung |
EP0974679A3 (de) * | 1998-07-24 | 2001-07-11 | Inco Alloys International, Inc. | Duktile Legierung aus Nickel-Eisen-Chrom |
CA2398212A1 (en) * | 2000-01-24 | 2001-07-26 | Inco Alloys International, Inc. | High temperature thermal processing alloy |
US6632299B1 (en) | 2000-09-15 | 2003-10-14 | Cannon-Muskegon Corporation | Nickel-base superalloy for high temperature, high strain application |
WO2005070612A1 (ja) * | 2004-01-21 | 2005-08-04 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Ni基高Cr合金溶加材及び被覆アーク溶接用溶接棒 |
WO2006003954A1 (ja) | 2004-06-30 | 2006-01-12 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Ni基合金素管及びその製造方法 |
KR101252478B1 (ko) * | 2005-01-25 | 2013-04-10 | 헌팅턴 앨로이즈 코오포레이션 | 연성 딥 균열 저항성을 갖는 피복 용접봉 및 그로부터제조된 용접부 |
SE0600982L (sv) * | 2006-05-02 | 2007-08-07 | Sandvik Intellectual Property | En komponent för anläggningar för superkritisk vattenoxidation, tillverkad av en austenitisk rostfri stållegering |
US8091625B2 (en) | 2006-02-21 | 2012-01-10 | World Energy Systems Incorporated | Method for producing viscous hydrocarbon using steam and carbon dioxide |
US8568901B2 (en) * | 2006-11-21 | 2013-10-29 | Huntington Alloys Corporation | Filler metal composition and method for overlaying low NOx power boiler tubes |
NZ588683A (en) | 2008-04-10 | 2012-03-30 | Seattle Childrens Hospital Dba Seattle Childrens Res Inst | Using the angle of a distil end of a submerged pipe with a vertical to adjust backpressure in a CPAP system |
JP5270043B2 (ja) * | 2011-02-01 | 2013-08-21 | 三菱重工業株式会社 | Ni基高Cr合金溶接ワイヤ、被覆アーク溶接棒及び被覆アーク溶着金属 |
US9725999B2 (en) | 2011-07-27 | 2017-08-08 | World Energy Systems Incorporated | System and methods for steam generation and recovery of hydrocarbons |
US8733437B2 (en) | 2011-07-27 | 2014-05-27 | World Energy Systems, Incorporated | Apparatus and methods for recovery of hydrocarbons |
DK177487B1 (en) * | 2012-07-06 | 2013-07-15 | Man Diesel & Turbo Deutschland | An exhaust valve spindle for an exhaust valve in an internal combustion engine |
CN104611636B (zh) * | 2015-02-05 | 2016-09-21 | 苏州双金实业有限公司 | 一种耐高温耐腐蚀高强钢及其制造工艺 |
MX2017010156A (es) | 2015-02-07 | 2017-12-20 | World Energy Systems Incorporated | Estimulación de formaciones de aceite de esquisto bituminoso estrecho ligero. |
JP6144402B1 (ja) * | 2016-10-28 | 2017-06-07 | 株式会社クボタ | 炉床金物用の耐熱鋼 |
CN114502757B (zh) * | 2019-10-10 | 2023-04-07 | 日本制铁株式会社 | 合金材料和油井用无缝管 |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU115332A1 (ru) * | 1958-02-01 | 1958-11-30 | Ю.В. Варакин | Жаропрочный листовой сплав |
US2955934A (en) * | 1959-06-12 | 1960-10-11 | Simonds Saw & Steel Co | High temperature alloy |
GB1210607A (en) * | 1967-07-17 | 1970-10-28 | Int Nickel Ltd | Articles or parts of nickel-chromium or nickel-chromium-iron alloys |
CA953947A (en) * | 1970-07-14 | 1974-09-03 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Ni-cr stainless steels excellent in resistance to stress corrosion cracking |
US3876423A (en) * | 1973-10-29 | 1975-04-08 | Miles S Firnhaber | Nickel-chromium alloys |
SE7506229L (sv) * | 1974-08-08 | 1976-02-09 | Crucible Inc | Oxidationsbestendigt austenitiskt rostfritt stal med god varmbearbetbarhet. |
US4095976A (en) * | 1975-12-29 | 1978-06-20 | Cabot Corporation | Weldable alloy |
SE7705578L (sv) * | 1976-05-15 | 1977-11-16 | Nippon Steel Corp | Tvafasigt rostfritt stal |
US4119456A (en) * | 1977-01-31 | 1978-10-10 | Steel Founders' Society Of America | High-strength cast heat-resistant alloy |
JPS53108022A (en) * | 1977-03-04 | 1978-09-20 | Hitachi Ltd | Iron-nickel-chromium-molybdenum alloy of high ductility |
DE2857118A1 (de) * | 1977-10-12 | 1980-12-04 | H Fujikawa | High temperature oxidization proof austenitic steel |
US4168188A (en) * | 1978-02-09 | 1979-09-18 | Cabot Corporation | Alloys resistant to localized corrosion, hydrogen sulfide stress cracking and stress corrosion cracking |
US4171217A (en) * | 1978-02-21 | 1979-10-16 | Cabot Corporation | Corrosion-resistant nickel alloy |
US4245698A (en) * | 1978-03-01 | 1981-01-20 | Exxon Research & Engineering Co. | Superalloys having improved resistance to hydrogen embrittlement and methods of producing and using the same |
-
1982
- 1982-06-01 US US06/383,803 patent/US4400209A/en not_active Expired - Lifetime
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