DE3312109A1 - Korrosionsbestaendige nickel-eisen-legierung - Google Patents
Korrosionsbestaendige nickel-eisen-legierungInfo
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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Description
Die Erfindung betrifft korrosionsbeständige Legierungen auf der Basis von Nickel, Eisen und Chrom mit -wesentlichen Modifizierern.
Die Legierung gemäß dieser Erfindung ist vorzugsweise geeignet für den Gebrauch in Form von röhrenförmigen
Erzeugnissen in tiefliegenden sauren Erdgasquellen.
Hochlegierter, rostfreier Stahl und Legierungen auf Nickel. Basis finden häufigen Gebrauch in Form von röhrenförmigen
Erzeugnissen bei Anwendungen in tiefen sauren Hochdruck-Erdgas quellen. Die Umgebungen variieren· bei jeder Anwendung,
wobei der Bereich der Bedingungen, in dem legierte Röhren, die in der Öl- und Gasindustrie benutzt werden, Drücke zwischen
100 bis 140 IiPa (15 000 - 20 000 psi) und Temperaturen
bis zu 2300C (4500F) mit H2S-Gehalten, die sich zwischen
50 ppm bis 40 % erstrecken, enthalten können. Die meisten Tiefgasquellen enthalten Wasser mit einem hohen Salzgehalt,
der ferner die Aggressivität der Umgebung erhöht.
Für Legierungen in tiefen, sauren Gasleitungen bzw. -quellen ist ein hoher Grad an Korrosionsbeständigkeit erforderlich.
Wenn sich die Temperaturen, die Drücke und die HpS-Gehalte
und möglicherweise die COp-Gehalte in den Erdgasumgebungen
erhöhen, nimmt die Stärke der Korrosion zu. Kohlenstoff und niedrig legierte Stähle können durch ihre hohe Korrosionsrate nicht länger erfolgreich benutzt werden. Korrosionshemmstoffe bieten keinen adäquaten Schutz in diesen Guelüßn.
in einigen Fällen überschreiten die Umgebungstemperaturen den effektiven (wirksamen) Temperaturbereich des Hemmstoffes.
In anderen Quellen erlauben die dynamischen Flußbedingungen
keine genaue Handhabung der Hemmstoffschichten. Schließlich erfordert die Verwendung von Korrosionshemmstoff in
vielen Fällen die Erstellung von zusätzlichen Off-Shore-Plattformraum
und fortlaufende Kontrolle durch den Menschen, weshalb zur Bekämpfung der Korrosion die Wahl von legierten
röhrenförmigen Gütern wirtschaftlicher ist.
In diesen hoch-aggressiven Umgebungen müssen röhrenförmige
Legierungen eine hohe Festigkeit besitzen. Die erhöhte Festigkeit wird benötigt, um (1) den höheren, bei Betrieb auftretenden
Druck zu halten und (2) um das Gewicht der längeren Rohrstrangleitung zu tragen, "um diesen Festigkeitsstand zu
erreichen, werden legierte Röhren kalt bearbeitet; beispielsweise durch das Pilger-Verfahren (pllgering), Kaltziehen
oder andere geeignete Methoden. Obwohl jede Anwendung ihre besonderen Merkmale besitzt, liegen die für Röhren in tiefen
Gasquellen erforderlichen mechanischen Eigenschaften im Bereich einer Streckgrenze (yield strength) von 758 MPa
bis 1240 MPa (110 000 psi bis 180 000 psi).
Für röhrenförmige Gegenstände zur Anwendung in tiefen sauren
Gasquellen ist eine hohe Beständigkeit in bezug auf sulfidischen Spannungsbruch (sulfide stress cracking = SSC) und auf
Spannungsbruchkorrosion (stress corrosion cracking = SCC) erforderlich. Rostfreier Stahl Typ 304 oder 316 besitzt keine
ausreichende chloridische Spannungsbruchkorrosionsbeständig- · keit. Rostfreier Duplex-Stahl, wie im uS-Patent 3 567 434
beschrieben und unter dem registrierten Warenzeichen FERRALIUM-Legierung
255 im Handel, ist für weniger aggressive Umgebungen
SAD ORIGINAL Q
verwendbar, aber er bietet keine adäquate SCC-Beständigkeit
für aggressive Umgebungen mit einem hohen H2S-Gehalt. Legierungen
auf Nickel-Basis,wie HAS1IELLOY® -Legierung G-3
oder HASTELLOY® -Legierung C-276,besitzen die erforderliche
SSC- und SCC-Beständigkeit. Es besteht ein dringendes Bedürfnis
nach neuen Legierungen mit den Eigenschaften, die vergleichbar mit den G-3- oder C-276-Legierungen sind,die
aber weniger kosten.
Die Legierung 20 stellt eine herkömmliche Legierung dar, die dafür bekannt ist, gute Korrosionsbeständigkeit in
tiefen, sauren gasenthaltenden Umgebungen zu besitzen.
Die Legierung SS28 ist ein anderes Beispiel für eine herkömmliche angebotene Legierung in dieser Klasse.
Das US-Patent 3 203 792 offenbart die Legierung C-276 und die US-Patente 2 955 934 und 3 366 473 offenbaren ähnliche
Legierungen dieser Klasse.
Tabelle X zeigt die Zusammensetzungen dieser bekannten
Legierungen. Es bestehen verschiedene Nachteile, die die maximale Benutzung dieser Legierungen
für den Betrieb als Röhren in tiefen, sauren Gasquellen einschränken. Einige Legierungen besitzen nicht die erforderlichen
mechanischen und physikalischen Eigenschaften zusammen mit adäquater Korrosionsbeständigkeit. Einige Legierungen
weisen alle erforderlichen Eigenschaften auf, sind aber aufgrund des hohen Anteils an Nickel, Molybdän
und anderer Bestandteile teuer.
Die wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Legierung mit der erforderlichen Kombination von Eigenschaften
für die Benutzung als Bestandteil für tiefe, saure Gasquellen (mit einem hohen Anteil an Schwefelverbindungen)
zu schaffen.
Eine andere Aufgabe dieser Erfindung ist, eine kostengünstige Legierung für den Betrieb in tiefen, sauren Gasquellen vorzusehen.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, Bestandteile
für tiefe, saure Gasquellen in Form von kaltreduzierten Röhren zu erstellen.
Diese und andere Aufgaben und Verbesserungen bezüglich dem
Stand der Technik werden durch die Legierung der vorliegenden
Erfindung gelöst.
Die vorliegende Erfindung sieht eine neue Legierung vor, die eine Kombination aus allen vorangegangenen dargestellten
Erfordernissen besitzt. Sie weist eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit,
Spannungsbruchkorrosionsbeständigkeit und Beständigkeit bezüglich sulfidischen Spannungsbrüchen
auf. Mit ihrer sorgfältig ausgewählten chemischen Zusammensetzung konnte die neue Legierung zu hoher Festigkeit
(strength levels) gebracht werden, ohne die SCC- und SSC-Eigenschaften
ernsthaft zu beeinflussen. Ebenfalls sollte die Legierung auf wirtschaftlicher Basis mit derartigen
Legierungen, wie G-3 und Legierung C-276, die die erforderlichen Eigenschaften für die Verwendung in tiefen Gasquellen
mit einem hohen Anteil an Schwefelverbindungen besitzen, günstig im Wettbewerb stehen.
Die Zusammensetzung der Legierung dieser Erfindung ist in
Tabelle 2 dargestellt. Alle Zusammensetzungen in dieser Beschreibung
und in den Ansprüchen sind in Gewichtsprozent angegeben, solange nichts anderes festgesetzt wird.
Das Eisen wird zusammen mit Verunreinigungen als Rest (BaI) gezeigt, während jedoch Nickel und Eisen in der Legierung
dieser Erfindung in im wesentlichen gleichen Teilen vorhanden sein müssen. Eisen muß innerhalb des Bereichs des 0,8-bis
1,2-fachen des Nickel-Gehaltes (Eisen:Nickel = 0,8 bis 1,2:1) vorhanden sein.
Chrom ist in der Legierung grundsätzlich vorhanden, um die Korrosionsbeständigkeit aufrechtzuerhalten und um die Passivität
in aggressiven Umgebungen mit einem hohen Anteil von Schwefelverbindungen zu stabilisieren.
Molybdän ist grundsätzlich vorhanden, um Lochfraßbeständigkeit in aggressiven Umgebungen vorzusehen. Auch Wolfram kann
mit Molybdän bis zu den in Tabelle 2 aufgelisteten Grenzwerten vorhanden sein. Wolfram erhöht die Spannungsbruchkorrosionsbeständigkeit
und kann zusätzliche Carbid-Festigkeit (carbide strengthening) für die Struktur der Legierung ergeben.
Wolfram sollte jedoch Molybdän keinesfalls ersetzen. Molybdän muß immer auch innerhalb des in Tabelle 2 angegebenen Bereiches
vorhanden sein.
Stickstoff ist ein kritisches Element innerhalb der Legierung gemäß der Erfindung. Mit weniger als 0,03 % Stickstoff sind
die entsprechenden Vorteile nicht zu erreichen, jedoch ist mehr als 0,35 % Stickstoff auch nicht zu empfehlen. Ein Uber-
schuß an Stickstoff kann zum Verspröden der Legierung und
zur verminderten Verformbarkeit beitragen.
Eine Serie von experimentellen Legierungen wurde, wie in Tabelle 3 beschrieben, geschmolzen.
Bei der Herstellung von Gußstücken, Pulver, usw. können die wahlweisen Elemente und Verunreinigungen innerhalb der in der
Tabelle 2 aufgezeigten Bereiche .vorhanden sein. Für warmverformte
Erzeugnisse müssen diese Elemente (insbesondere Titan) zur Erzielung optimaler Ergebnisse jedoch so niedrig
wie möglich gehalten werden.
Die Legierungen gemäß der Erfindung können geschmolzen und abschließend durch bekannte Methoden wie Luftbogenschmelzen,
Luftinduktions-Schmelzen, Vakuumbogen-Schmelzen (VAR), Elektroschlacke-Umschmelzung (ESR) und ähnlichem bearbeitet
werden.
Proben der Legierung wurden durch das Pilger-νerfahren
(pilgering) zu nahtlosen Rohren verarbeitet und im sog. kaltbearbeiteten Zustand getestet. Der letzte Pilger-Verfahren-Arbeitsgang
der Verfahrensserie umfaßt die Kaltverformung zu Rohren. Der Grad der Kaltbearbeitung (Flächenverminderung
in Prozent) steuert den Wert der mechanischen Eigenschaften, wobei eine Zunahme der Kaltbearbeitung mit
einer entsprechenden Zunahme von Streck- und Zugfestigkeit einhergeht. Jede Legierungszusammensetzung besitzt jedoch
eine obere Grenze, bei der eine Zunahme der Kaltbearbeitung die Formänderungs- und Zugfestigkeit nur begrenzt erhöht. Dies
tritt bei Reduktionen im Bereich zwischen 40 und 70 % auf. Zusätzlich werden Reduktionen im Bereich von mehr als 60 %
BADORIGiNAL ά
- ίο -
in den meisten Herstellungsverfahren nicht angewendet. Vom Standpunkt des Erzielens und Kontrollieren der mechanischen
Eigenschaften der kaltbearbeiteten Röhren ist es wünschenswert, den gewünschten Stand der Eigenschaften mit
Reduktionen im Bereich von 25 bis 60 % zu erreichen. Wesentlich niedrigere Reduktionen verursachen im Pilger-Verfahren
bei nicht-gleichförmiger Verformung und wesentlich höherer Reduktion während des Verfahrens einen übermäßigen Bruch
wegen der geringeren Dehnbarkeit.
Tabelle 4 zeigt die mechanischen Eigenschaften der im Pilger-Verfahren
aus der Legierung gemäß der Erfindung mit verändernden Stickstoffanteilen hergest eilten Rohrleitung. Die
Legierung mit dem Stickstoffgehalt von 0,118 ergibt Streckgrenzen im Bereich von 827 MPa (120 ksi) bis 965 MPa (140 ksi),
während die Legierungen mit niedrigerem Stickstoffgehalt den Streckbereich (yield range) von 827 MPa (120 ksi)
für vergleichbare abschließende Kaltbearbeitungsreduktionen nicht erreichen. Pur viele Anwendungen ist es notwendig,
Streckgrenzen von 827 MPa (120 ksi) oder über 965 MPa
(140 ksi) für röhrenförmige Erzeugnisse in tiefen, sauren Quellen zu haben.
Tabelle 5 zeigt die Zugfestigkeits-Ergebnisse für warmverformte Erzeugnisse als Funktion der Kaltverformung. Die
Tests wurden an einer kaltgewalzten Stange gemacht. Tabelle 5 zeigt die Härte in Rockwell C. Rockwell C-Messungen
(readings) sind gewöhnlich nicht weit unter Rockwell C-20 aufgelistet. Die Tabelle stellt Werte dar, die in Rockwell B-Messungen
umgerechnet wurden, um einen einzelnen Härtemaßstab zum direkten Vergleich zu haben.
Die in Tabelle 4 und 5 aufgeführten Daten zeigen, daß der Stickstoffgehalt der Legierung dieser Erfindung sehr kritisch
ist. Die Legierungen 1, 2 und 4 (0,118 %9 0,053 %
und 0,228 % Stickstoff enthaltend) besitzen die beste Kombination von Eigenschaften und Kaltverformungscharakteristika.
Legierung 3 (0,018 % Stickstoff enthaltend) ist nicht geeignet
und stellt keine Legierung dieser Erfindung dar.
Für Legierungen dieser Klassifizierung wird eine Korrosionsbeständigkeit
in einer Vielfalt von Medien benötigt. Zwei Proben der Legierung Nr. 1 wurden zusammen mit Legierung 20,
die gemäß der bekannten Art benutzt wird, getestet. Die Proben der Legierung 1 wurden auf eine 31 % und 48 % Reduktion
kaltbearbeitet. Legierung 20 wurde, wie zum Erzielen maximaler Festigkeit erforderlich, auf 59 % Reduktion kaltbearbeitet.
Werte, die im Korrosionstest erzielt wurden, werden in Tabelle 6 dargestellt. Bezeichnenderweise zeigen die Werte,
daß es nicht notwendig ist, bis auf 59 % Reduktion kalt zu bearbeiten, um das Maximum der Eigenschaften hinsichtlich
der Legierungen dieser Erfindung zi erzielen. Diese Werte zeigen ferner (1), daß die Korrosionsbeständigkeit der Legierung
dieser Erfindung, die der Legierung 20 in jedem Test übertrifft, (2), daß die Kaltbearbeitung innerhalb
dieses Bereiches wünschenswert ist und (3), daß der Grad der Kaltbearbeitung zwBchen 31 % und 48 % hinsichtlich der
Korrosionsbeständigkeit nicht besonders bedeutsam ist.
Eine Serie von Tests wurden vervollständigt, um die Beständigkeit hinsichtlich sulfidischen Spannungsbruch (SSC) und
Spannungsbruchkorrosion (SCC) zu bestimmen. Zv;ei Proben der Legierung 1, die 31 % und 48 % kaltbearbeitet wurden, vnirden
zusammen mit Legierung 20 und Legierung G-3 getestet.
.für diese Legierungen sind sowohl Beständigkeit bezüglich
sulfidischem Spannungsbruch als auch Spannungsbruchkorrosionsbeständigkeit erforderlich. Sulfidische Spannungsbruchbeständigkeit
in der Legierung auf Nickel-Basis-Systemen wird durch die Bruchbeständigkeit in der NACE-Umgebung gemessen,
die durch die NACE-Testmethode 'i'M-01-77 beschrieben
wird. Für Legierungen auf Nickel-Basis wurde der Test durch Kopplung der Legierung mit Kohlenstoff-Stahl härter gemacht.
Eine Alterung bei niedriger Temperatur (beispielsweise bei 2040C für 200 Stunden) macht diesen Test noch härter. Sogar
unter härtesten Bedingungen (Stahl-Kopplung und Alterung bei niedriger Temperatur) widersteht die Legierung gemäß
der Erfindung sulfidischem Spannungsbruch, wenn sie als C-Ringe zu 95 % ihrer Streckgrenze beansprucht wird. Die
Werte in Tabelle 7 zeigen dieses Verhalten.
Zu Spannungsrißkorrosion kommt es oft bei hochliegenden Temperaturen
und sie wird begünstigt durch Erhöhung des Chloridgehaltes, durch reduzierten pH-Wert und durch Zunahme des
HpS-Gehaltes. Legierung Nr. 20 wird wegen ihrer SCC-Beständigkeit
oft benutzt, um rostfreien Stahl T304 oder 316 zu
ersetzen, wenn dieser bei Betrieb durch SCC versagt. Tabelle 7 vergleicht die SCC-Beständigkeit der Legierung Nr. 20 und
der Legierung G mit Legierung 1 dieser Erfindung. Die Laborbedingungen, die härter als die meisten Jj'eld-üedingungen
sind, wurden so ausgesucht, daß Legierungsvergleiche angestellt werden konnten. Die in Spalte 3 und 4 protokollierten
BAD ORIGINAL
J) COPt]
• Λ m
- 13 -
Tests wurden auf C-Ring-Proben durchgeführt, und zwar unter einer Beanspruchung von 75 und 95 %
der Streckgrenze der betreffenden Legierung. Die wässrige Lösung und die Testproben wurden in Autoklaven
gegeben. Die Autoklaven wurden abgedichtet und mit den vorbeschriebenen
Gasen (H2S oder 90 % CO2 + 10 % H2S oder j
andere) bis 0,52 MPa (75 psi) Druck beaufschlagt. Die Autoklaven wurden dann auf die vorgeschriebenen Temperaturen erhitzt.
In vorherbestimmten Zeiträumen wurden die Autoklaven gekühlt und geöffnet und die Proben untersucht. Auf diese
Weise wurden die Zeiten zum Initiieren des Spannungsbruchs bestimmt. Wie man sieht, ist die Spannungsbruchleistungsfähigkeit
(stress cracking performance) der Legierung 1 besser als Legierung Nr. 20, aber nicht so gut wie Legierung
G-3. Dieses Verhalten kann dem Nickel-Gehalt der Legierungen zugeschrieben werden. Legierung Nr. 20 enthält
nominell 26 % Nickel, während Legierung 1 36 % Nickel aufweist. Legierung G-3 enthält etwa 47 % Nickel.
Es scheint daher, daß der nominelle Nickel-Gehalt bei 36 % und der Eisen-Gehalt auch bei etwa 36 % das optimale Gleichgewicht
von guten technischen Eigenschaften und von KaItbearbeitungs-Charakteristika
im Hinblick auf die Kosten liefert. Aus diesem Grund muß das Verhältnis zwischen Nickel-
und Eisen-Gehalt innerhalb des Bereichs von 0,8 bis 1,2 gehalten werden.
Legierung 5, die eine Legierung gemäß der Erfindung darstellt, wurde vorbereitet, um im wesentlichen die in Tabelle 2 gezeigte,
typische Legierung darzustellen. Die Legierung enthält in Gewichtsprozenten ausgedrückt: 0,02 Kohlenstoff,
33121
22,18 Chrom, 35,45 Eisen, 0,98 Mangan, 3,0 Molybdän, 0,150
Stickstoff, 36,84 Nickel, 0,56 Silicium und der Rest Verunreinigungen, die normalerweise in Legierungen dieser Art
auftreten. Die Legierung wurde auf Streckrohre mit 43 % Reduktion mit 73 mm (2,875 inch) Außendurchmesser (O.D.)
bei 7,0 mm (0,276 inch) Wandstärke kaltbearbeitet. Eine Zugstangenprobe wurde von jeder der 32 Röhren der Legierung
5 maschinell bearbeitet und getestet. Die 32 l'ests ergaben
durchschnittlich 1014 MPa (147,2 ksi) Reißfestigkeit (Zugfestigkeit)
(ultimate tensile strength), 920 IiPa (133,6 ksi) bei 0,2 % Streckfestigkeit und 19,9 % Dehnung. Diese Durchschnittswerte
treffen völlig die früher festgelegten' Ziele
und Erfordernisse. Legierung 5 ist typisch für die optimale Legierungszusammensetzung für die Benutzung in tiefen, sauren
Gasquellen, wie zuvor dargelegt.
Obwohl der exakte Mechanismus der Lehre dieser Erfindung nicht vollständig verstanden wurde, scheint es einen synergistischen
Effekt zwischen dem Eisen-Nickel-Verhältnis und dem kritischen Gehalt der wesentlichen Elemente Molybdän,
Stickstoff und Chrom zu geben, der die wertvollen Eigenschaften der Legierung gemäß der vorliegenden Erfindung
ergibt.
Die Legierung gemäß dieser Erfindung kann durch jedes beliebige Verfahren hergestellt werden, das jetzt in der Erzeugung von
Superlegierungen dieser Klasse, wie beispielsweise Legierung C-276, angewandt wird. Die Legierung kann aus Pulver der bekannten
pulver-metallurgischen Verfahrensweise hergestellt werden. Die Legierung ist fertig verschweißt und kann als
Schweißartikel wie Schweißstab, Schweißdraht usw. benutzt werden. Die Warm- und Kaltbearbeitungs-Eigenschaften dieser
♦· ·
r. 15 -
Legierung erlauben die Herstellung v/arm- und kaltgewalzter
dünner Bogen und anderer handelsüblicher Formen.
In der vorangegangenen Beschreibung wurden bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele dieser Erfindung ausgewählt, aber
es ist verständlich, daß die vorliegende Erfindung innerhalb des Rahmens der Patentansprüche auf andere Art und Weise
ausgeführt werden kann.
Es Wird eine Legierung offenbart, die für die Benutzung als
röhrenförmiges Erzeugnis bei Betrieb in tiefen, sauren (iasquellen
ausgezeichnet geeignet ist. Die Legierung besitzt eine optimale Korabination bezüglich Korrosionsbeständigkeit,
hoher Festigkeit im kaltbearbeiteten Zustand und. Beständigkeit gegen sulfidischen Spannungsbruch und Spannungsbruchkorrosion.
Eine typische Legierung enthält in Gewichtsprozenten 0,03 Kohlenstoff, 22 Chrom, 36 Eisen, 3 Molybdän,
1 Mangan, 36 Nickel, 0,60 Silicium, 0,15 Stickstoff, bis zu 3 Wolfram und zufällig auftretende Verunreinigungen einschließlich
Kupfer, Kobalt, Niob, 'rantal und l'itan.
Tabelle 1 - Legierungen nach dem Stand der Technik
Nominelle Zusammensetzung in Gewichtsprozent
Nominelle Zusammensetzung in Gewichtsprozent
Legierung Nr. |
304LN | 316LN | 255 | 0,015* | C-276 | 20 | 28 |
C | 0,03* | 0,03* | 0,04* | 22 | 0,02* | 0,05* | 0,02* |
Cr | 18 | 16 | 26 | 19,5 | 15,5 | 22 | 27 |
Fe | Rest | Rest | Rest | 7 | 5,5 | Rest | Rest |
Mo | - | 2,5 | 3 | 0,8 | 16 | 5 | 3,5 |
Mn | 2* | 2* | 0,8 | Rest | 1* | 2,5* | 2* |
Ni | 8 | 10 | 5,5 | 0,4 | Rest | 26 | 31 |
Si | 1* | 1* | 0,45 | 1,5* | 0,08* | 1* | 1* |
W | - | - | - | - | 3,75 | - | |
N | 0,12 | 0,20 | 0,17 | 1,9 - | - | - | - |
Cu | - | - | 1,7 | 5* | - | - | 1,0 |
Co | - | - | - | 0,3 | 2,5* | - | 1,0 |
Nb+Ta | - | - | - | - | - | - | |
Ti | 4xC min. | MM | |||||
*zeigt das Maximum an
Legierungen gemäß dieser Erfindung Zusammensetzung in Gewichtsprozent
Breiter Bereich |
Bevorzugter Bereich |
Typische Legierung |
Legierung 5 |
|
C | 0,06 max | 0,005 - 0,05 | 0,03 | 0,02 |
Cr | 20-24 | 21 - 23 | etwa 22 | 22,18 |
Fe | Rest | Rest | etwa 36 | 35,45 ,; |
Mo | 2 - 4,5 | 2-4 | etwa 3,0 | 3,0 |
Mn | 0,5 - 2,5 | 0,5 - 1,5 | etwa 1 | 0,98 |
Ni | 34 - 38 | 34 - 38 | etwa 36 | 36,84 |
Si | bis zu 1 | 0,25 - 1 | etwa 0,60 | 0,56 |
W | 0 - 3,5 | 0 - 3,5 | bis zu 2,5 | - |
N | 0,03 - 0,35 | 0,10 - 0,20 | etwa 0,15 | 0,150 |
Cu | 0,75 max | 0,50 max | 0,50 max | - |
Co | 4 max | 3 max | 3 max | - |
Nb+Ta | bis zu 1 | bis zu 1 | 1 max | - - |
Ti | 0,25 max | 0,2 max | 0,05 max | - |
Fe: Ni | 0,8 zu 1,2:1 | 0,8 zu 1,2:1 | etwa 1:1 | 1:1 |
IZ IUJ
Experimentelle Legierungen Zusammensetzung in Gewichtsprozent
1* | 2* | Legierung Nr. | 4* | - | 5* | |
0,016 | 0,02 | 3 | 0,04 | 0,02 | ||
C | 21,9 | 21,7 | 0,031 | 22,7 | 22,18 | |
Cr | Rest etwa 36 |
Rest etwa 36 |
22,7 | ■ Rest etwa 36 |
35,45 | |
J^e | 3,11 | 2,94 | Rest etwa 36 |
2,97 | 3,0 | |
Mo | 0,92 | 0,94 | 3,43 | 0,84 | 0,98 | |
Mn | 36,2 | 36,6 | 0,85 | 37,0 | 36,84 | |
Ni | 0,57" | 0,61 | 34,0 | 0,41 | 0,56 | |
Si | 0,16 | 0,06 | 0,37 | 0,11 | — | |
¥ | 0,118 | 0,053 | — | 0,228 | 0,15 | |
N | 0,018 | |||||
* Legierungen gemäß dieser Erfindung
copy]
Legierung
1*
1*
Tabelle,4
Mechanische Eigenschaften und Stickstoffgehalte
Mechanische Eigenschaften und Stickstoffgehalte
Stickstoff- Kaltbear- Streckfestigkeit gehalt in % beitung in % MPa ksi
0,118
0,053
0,053
.0,018
0,228
0,228
31 | 820 |
48 | 978 |
46,3 | 806 |
59 | 785 |
43 | 820 |
31 | 930 |
♦Legierungen gemäß dieser Erfindung
Zugfestigkeit | ksi |
MPa | 133 |
916 | 151 |
1040 | 131 |
903 | 137 |
944 | 125 |
861 | 151 |
1040 |
CO
CD
CD
Härte- und Zugfestigkeit versus Prozent Kaltreduktion,
Legierung 1 (0,118
%
N)
Legierung 2 (0.053
%
N)
Legierung 3 (0.018 % N)
Kaltbear- Kaltbear- Kaltbearbeitung Härte Reißfestigkeit beitung Härte Reißfestigkeit beitung Härte Reißfestigkeit
(90 (RJ MPa ksi {%) (Rj MPa ksi (%) (Rj MPa ksi
0 | 3,0 | 661 | 95,9 | 0 | 7,1 | 599 | 87,0 | 0 | 5,3 | 570 | 82,8 |
7,8 | 13,4 | 730 | 106,0 | 9,8 | 14,4 | 679 | 98,6 | 8,7 | 11,4 | 644 | 93,4 |
17,1 | 21,7 | • 832 | 120,7 | 20,0 | 23,0 | 789 | 114,5 | 19,1 | 20,8 | 738. | - 107,1 |
28,6 | 29,3 | 960 | 139,3 | 31,5 | 28,0 | 918 | 133,3 | 31,2 | 25,6 | 879 | 127,6 |
38,2 | 30,1 | 1025 | 148,7 | 40,5 | 30,3 | 980 | 142,3 | 40,7 | 28,9 | 954 | 138,4 |
49,1 | 32,4 | 1095 | 158,9 | 51,1 | 31,9 | 1052 | 152,7 | 50,5 | 30,8 | 1007 | 146,1 : |
59,0 | 36,5 | 1128 | 163,7 | 60,0 | 34,4 | .1121 | 162,7 | 60,3 | 32,8 | 1098 | 159,3 ' |
Korrosionsbeständigkeit der ausgewählten Legierungen
Korrosionsrate
Korrosionsrate
" 10 % H^
85 % H3PO4 10 % H2SO4 Fe2 (S04)3
Kaltbear- Kochen Kochen Kochen
Legierung beitung nrpy*' mm/Jr** mpy mm/Jr mpy mm/Jr
59 % 710 17,4 86 86 2,11 2,11 12,0 0,29 1 31 % 180 220 4,41 5,39 41 42 1,00 1,03 8,4 0,21
1 48 % 200 200 4,90 4,90 44 45 1,08 1,10 8,4 0,21
* (mpy) mils per year ** mm pro Jahr
* Λ
• · a ι
co co
O CD
SSC und SCC Leistungsfähigkeit der ausgewählten Legierungen
Zeit bis zum Auftreten eines Fehlers, Stunden
Legierung | G-3 | Kaltbear beitung |
Streckfestigkeit MPa ksi |
131 | |
20 | 59 % | 903 ' | 119 | ||
1 | 31 °/o | 820 | 142 | ||
1 | 48 % | 978 | 150 | ||
59 % | 1034 | ||||
8 |
NACE-Lösung 25 % NaCl+0,5 HAc 25 % NaCl+90 % CO.
Stahl-Bolzen + HpS + 1 g/l S +10 %JioS
Raumtemperatur 177 C
NF*
NF
NF
NF
NF
NF
NF
48, 48
168, 168
96, 168
48,
NF 48, NF
NF, NF
*NF bedeutet: kein Fehler
Claims (12)
1. Legierung, gekennzeichnet durch 0,001 bis 0,06 Gew.-%
Kohlenstoff, 20 bis 24 Gew.-% Chrom, 2 bis 4,5 Gew.-%
Molybdän, bis zu 2,5 Gew.-% Mangan, 34 bis 38 Gew.-?o
Nickel, bis zu 1 Gew.-% Silicium, bis zu 3,5 Gew.-% Wolfram, 0,03 bis 0,35 Gew.-% Stickstoff, bis zu 0,75
Gew.-% Kupfer, bis zu 4 Gew.-% Kobalt, bis zu 1 Gev.-%
Niob und Tantal, bis zu 0,25 Gew.-% Titan und den Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen, wobei ein Eisenzu-Nickel-Verhältnis
zwischen 0,8 und 1,2 zu 1 vorgesehen ist.
2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
sie 0,005 bis 0,05 Gew.-% Kohlenstoff, 21 bis 23 Gew.-%
Chrom, 2 bis 4 Gew.-% Molybdän, 0,5 bis 1,5 Gew.-% Mangan,
0,25 bis 1 Gew.-96 Silicium, 0,10 bis 0,20 Gew.-% Stickstoff,
bis zu 0,5 Gew.-% Kupfer,, bis zu 3 Gew.-% Kobalt
und bis zu 0,2 Gew.-% Titan enthält.
3. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ungefähr 0,03 Gew.-96 Kohlenstoff, ungefähr 22 Gew.-Chrom,
ungefähr 3 Gew.-56 Molybdän, ungefähr 1 Gew.-56 Mangan, ungefähr 36 Gew.-56 Nickel, ungefähr 0,6 Gew.-56
Silicium, ungefähr 0,15 Gew.-% Stickstoff enthält, wobei das Verhältnis von Eisen zu Nickel ungefähr 1:1 beträgt.
4. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ungefähr 0,016 Gew.-?6 Kohlenstoff, ungefähr 22 Gew.-%
Chrom, ungefähr 3,10 Gew.-56 Molybdän, ungefähr 0,90 Gew.-56
Mangan, ungefähr 36 Gew.-96 Nickel, ungefähr 0,55 Gew.-56
Silicium und ungefähr 0,12 Gew.-56 Stickstoff enthält.
5. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
sie ungefähr 0,02 Gew.-56 Kohlenstoff, ungefähr 22 Gew.-56
Chrom, ungefähr 2,9 Gew.-56 Molybdän, ungefähr 0,9 Gew.-56 Mangan, ungefähr 36,5 Gew.-56 Nickel, ungefähr 0,6 Gew.-56
Silicium und ungefähr 0,05 Gew.-56 Stickstoff enthält.
6. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ungefähr 0,04 Gew.-56 Kohlenstoff, 22 Gew.-% Chrom,
ungefähr 2,95 Gew.-96 Molybdän, ungefähr 0,8 Gew.-56 Mangan, ungefähr 37 Gew.-96 Nickel, ungefähr 0,4 Gew.-% Silicium
und ungefähr 0,228 Gew.-56 Stickstoff enthält.
7. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ungefähr 0,02 Gew.-% Kohlenstoff, ungefähr 22 Gew.-56
^hrom, ungefähr 35,5 Gew.-96 Eisen, ungefähr 1 Gew.-56
Mangan, ungefähr 3 Gew.-96 Molybdän, ungefähr 0,15 Gew.-56
Stickstoff, ungefähr 36,8 Gew.-% Nickel, ungefähr 0,56 Gew.-% Silicium und den Rest zufällige Verunreinigungen
enthält.
8. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie die kombinierten Eigenschaften der Korrosionsbeständigkeit,
der hohen Festigkeit im kalt bearbeiteten Zustand und Beständigkeit hinsichtlich des sulfidischen
Spannungsbruchs und der Spannungsbruchkorrosion aufweist.
9. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Form eines kalt bearbeiteten röhrenförmigen
Erzeugnisses für die Verwendung in tiefen, sauren Gasquellen aufweist.
10. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens die Form von einem Gußstück, einer Platte,
einem dünnen Bogen, einer Röhre, Metallpulver und Drahtstab aufweist.
11. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
sie die Form eines zum Schweißen geeigneten Artikels aufweist.
12. Legierung, gekennzeichnet durch 0,001 bis 0,06 Gew.-%
Kohlenstoff, 20 bis 24 Gew.-?o Chrom, 2 bis 4,5 Gew.-%
Molybdän, 0,5 bis 2,5 Gew.-Mangan, 34 bis 33 Gev;.->o
Wickel, 0,25 bis 1 Gew.-% Silicium, 0,06 bis 5,5 Gew.-^
Wolfram, 0,03 bis 0,35 Gew.-/o Stickstoff, bis zu
0,75 Gew.-% Kupfer, bis zu 4-Gew.-% Kobalt, bis zu
1 Gew.-% Niob und Tantal, bis zu 0,25 Gew.-% Titan und j
den Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen, wobei ί
ein Eisen-zu-Niekel-Verhältnis zwischen 0,8 und 1,2:1 !
vorgesehen ist. ;
BAD ORIGINAL
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