DE3617725A1

DE3617725A1 - Verfahren zur herstellung eines hochfesten elektrisch geschweissten rohres fuer oelquellen

Info

Publication number: DE3617725A1
Application number: DE19863617725
Authority: DE
Inventors: Motofumi Tokai Aichi Koyuba; Hiroshi Murayama; Youji Yamamoto
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1985-05-28
Filing date: 1986-05-27
Publication date: 1986-12-04
Also published as: JPH0213007B2; FR2582674B1; KR900006607B1; CA1270426A; JPS61272318A; DE3617725C2; FR2582674A1; KR860009146A; US4772771A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten, elektrisch geschweißten Rohres für Ölquellen.

Durch die immer größer werdenden Bohrtiefen für Öl und Gas besteht eine Nachfrage für hochfeste Rohre für

Ölquellen. Diese Nachfrage kann kaum durch die Verwendung hochfester Rohre in Form von nahtlosen Rohren, die einem Abschrecken und Anlassen (Vergüten) unterworfen wurden, befriedigt werden.
15

Es wurden jedoch in der letzten Zeit hochfeste Rohre für Ölquellen durch ein Verfahren hergestellt, bei dem ein elektrisch geschweißtes Rohr einem Abschrecken und Anlassen (Vergüten) unterworfen wurde. Ein derartig elektrisch geschweißtes Rohr ist billiger als ein nahtloses Rohr, hat jedoch die folgenden Nachteile:

1. Das feinere, durch das gesteuerte Walzen und Abkühlen erzeugte Gefüge, ein Vorteil eines elektrisch geschweißten

25 Rohres, kann nicht voll ausgenutzt werden.

2. Elemente, wie Nb, V oder Ti für eine Ausscheidungshärtung, ein weiterer Vorteil eines elektrisch geschweißten Rohres, können nicht verwendet werden.

3. Da die Genauigkeit der Abmessungen, ein weiterer Vorteil eines elektrisch geschweißten Rohres, durch das Abschrecken nachteilig beeinflußt wird, ist ein Ausrichten und Nivellieren erforderlich.

Somit besteht der Nachteil des Standes der Technik darin, daß die Herstellung hochfester Rohre für Ölquellen, in der man ein elektrisch geschweißtes Rohr einer Vergütung unterwirft, die einem elektrisch geschweißten Rohr innewohnenden Vorteile zunichte macht.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisch geschweißten Stahlrohres für Ölquellen, das einen ausgezeichneten 15 Widerstand gegen Zusammendrücken und gegen

Schwefelverbindungen aufweist, zu schaffen.

Mit der Erfindung soll weiter ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisch geschweißten Rohres für Ölquellen 20 geschaffen werden, bei dem das Rohr in hohem Maße rund und gerade ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es 25 zeigt:

Fig. 1 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung

zwischen der Wendeltemperatur und der Streckfestigkeit (in ksi = kp/square inch).

Die grundsätzliche Zusammensetzung des Stahls gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt 0,08 bis 0,26 Gew.% C, 0,8 bis 1,9 Gew.% Mn, 0,5 oder weniger Gew.% Si und den Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen; und einen

anderen Stahl mit ein oder mehreren hinzugefügten Elementen, die aus der Gruppe, enthaltend 0,05 oder

weniger Gew.% Nb, 0,05 oder weniger Gew.% V, 0,03 oder weniger Gew.% Ti, und 0,0020 oder weniger Gew.% B enthält.

Die Erfordernisse hinsichtlich der Gefügebestandteile sollen im folgenden beschrieben werden.

C ist wichtig, um die notwendige Zugfestigkeit zu erhalten und sollte daher mindestens in einer Menge von 0,08 Gew.% vorhanden sein. Es sollten jedoch nicht mehr als 0,26 Gew.% C vorhanden sein, da bei einer ansteigenden Menge C der Unterschied in der Gefügehärte zwischen den geschweißten Abschnitten und dem Muttermetall zunimmt, obwohl nur die geschweißte Zone abgeschreckt und das gesamte elektrisch geschweißte Rohr nach Beendigung des

20 Schweißens getempert wird.

Weiter ist ebenfalls 0,8 oder mehr Gew.% Mn wesentlich, um die erforderliche Zugfestigkeit sicherzustellen, wobei es ebenfalls dazu beiträgt, das Ferritgefüge zu verfeinern. Wenn jedoch Mn 1,9 Gew.% übersschreitet, werden das Formänderungsvermögen und die Zähigkeit verschlechtert, so daß der spezifizierte Bereich von Mn zwischen 0,8 Gew.% bis 1,9 Gew.% liegt.

Si ist ebenfalls erforderlich, um die notwendige Zugfestigkeit sicherzustellen. Wenn jedoch mehr als 0,5 Gew.% Si vorhanden ist, wird die Häufigkeit der Schweißoxyderzeugung hoch, und daher sollte der spezifizierte Bereich von Mn zwischen 0,10 Gew.% bis 0,5 Gew.% liegen.

Ein Ausscheidungshärtungselement, wie z.B. Nb, V oder Ti wird dem Stahl hinzugefügt, um die erforderliche Festigkeit

5 sicherzustellen. Diese Elemente verbessern ebenfalls die Streckgrenze aufgrund der höheren Ausscheidungshärtung im Ferritgefüge und die Kornverfeinerung des Ferritgefüges. Entsprechend werden eins, zwei oder
mehrere Elemente innerhalb der Grenzwerte des Misch-

10 kristalle hinzugefügt. Der Grenzwert der Elemente

beträgt 0,05 Gew.% Nb, 0,05 Gew.% V und 0,03 Gew.% Ti. Weiter ist B ein wirksames Element, um die Härtbarkeit des Stahls zu verbessern, wobei jedoch, wenn B 0,0020 Gew.% überschreitet, es eine größere Menge an schädlichen Kohlenstoffnitridbestandteilen erzeugt, so daß B nicht den Wert von 0,0020 Gew.% überschreiten sollte.

Weiter wird der Stahl durch die Verwendung von Al desoxidiert und die übliche Menge von Al verbleibt in ihm.

Knüppel oder Blöcke können durch Kokillenguß zur Blockherstellung (ingot making), durch Brammenherstellung (slabbing), Stranggießen oder ähnliches hergestellt werden, wobei jedoch hinsichtlich der Herstellung eines

25 feinen Gefüges das Stranggießen die meisten Vorteile bietet.

Im folgenden sollen die dem Heißwalzen folgenden Kühlbedingungen beschrieben werden. Zum Abschrecken des Stahls sollte die Kühlgeschwindigkeit so hoch wie möglich sein. Allgemein gilt, daß beim Abschrecken des Rohres die Kühlung nur von der Außenfläche des Rohres fortschreitet. Die vom Heißwalzwerk kommende Wendel kann auf beiden Seiten gekühlt werden.

Entsprechend ist es ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß das Härten leichter als bei einem Rohr erfolgen kann.

Entsprechend wird das Abschrecken von der Austenitgefüge-Nichtrekristallisationsphase zur Verfeinerung des Ferritgefüges, und daher bei etwa 850°C durchgeführt.

Abgesehen von dem Härten des gesamten Rohres ist das Härten gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine sehr feine homogene Struktur erhalten werden kann, daß das Wxedererwarmen des elektrisch geschweißten Rohres nicht länger erforderlich ist, und daß weiter das sich von dem Heißwalzen ergebende feine Gefüge direkt verwendet werden kann.

Das gesteuerte Walzen wird beim Heißwalzen durchgeführt, um ein sehr feines Korn zu erzeugen, da dies vorteilhafter ist.

Wie in Fig. 1 dargestellt, kann das gehärtete Gefüge dauerhaft durch Wendeln des Stahlblechs bei einer Temperatur, die 250⁰C nicht überschreitet, sichergestellt werden. Wenn das Stahlblech bei einer Temperatur über 25O⁰C gewendelt wird, wird das gehärtete Gefüge durch einen Selbsttempereffekt erweicht und die spezifizierte Festigkeit wird nicht beibehalten.

Die Beanspruchung beim Formen des Blechs in ein elektrisch geschweißtes Rohr erleichtert das darauffolgende Tempern. Mit anderen Worten, wird die Diffusion im Laufe des Temperas durch die hohe Versetzungsdichte der Verformungsspannung des elektrisch geschweißten Rohres erleichtert, wodurch sich einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung ergibt, daß nämlich das Tempern innerhalb einer sehr kurzen Zeitdauer erfolgen kann.

Im folgenden soll die elektrische Schweißzone beschrieben werden. Da die Stahlwendel bereits abgeschreckt wurde, verliert die geschweißte Zone ihr gehärtetes Gefüge aufgrund der Hitze beim elektrischen Schweißen der Naht. Entsprechend wird nur die geschweißte Zone bis zur Ar₃-

10 Umbildungstemperatur oder darüber durch elektrisches

Induktionserwärmen erwärmt, so daß der Stahl vollständig austenitisiert, und wird dann dem Härten in dem oben erwähnten Zustand unterworfen. Nach dem Erwärmen der Teile des Rohres auf eine Temperatur von 900⁰C oder mehr, bei der es gehärtet werden kann, wird nämlich das gesamte Rohr durch Abschrecken in ein gehärtetes Gefüge überführt.

Im folgenden wird das gesamte Rohr getempert und die Diffusion wird auch nach Beendigung des Härtens durch die Verformungsspannung beschleunigt. Insgesamt ist die Tempertemperatur niedriger und die Zeit kürzer als im üblichen Fall. Dies bedeutet eine Energieersparnis, ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für ein elektrisch geschweißtes Rohr wird das hergestellte Rohr dem Tempern nach dem Ausbildungsschritt unterworfen, mit dem Vorteil, daß die heißgewalzte Wendel mit Ausnahme der durch die Schweißwärme angegriffenen Teile nicht beeinträchtigt wird, so daß der Stahl ein sehr feines Gefüge hat. Es ist ebenfalls möglich, die durch das Hinzufügen von Nb und ähnlichem ermöglichte Ausscheidungshärtung vollständig zu nutzen, wodurch sich keine Verschlechterung in der Genauigkeit der Abmessung des Rohres von dem Härten

35 ergibt.

Bei dem üblichen Abschrecken und Tempern des gesamten

Rohres wird nämlich das vom Heißwalzen erhaltene feine Gefüge zu einem groben Gefüge durch das Wiedererwärmen bis zur A₃-überführungstemperatur oder darüber überführt. Die feine Ausscheidung des Nb und ähnlichem verliert ihren Vorteil der gesteigerten Ausscheidungshärte aufgrund der Kornvergrößerung durch die vom Wxedererwarmungsschritt herrührende Ansammlung.

Das beim gesamten Rohr durchgeführte Härten bewirkt einen Verlust in der Rundheit und Linearität des Rohres, so daß ein Richten und Nivellieren erforderlich ist.

Da die Rundheit und Linearität des Rohres durch das übliche Tempern des Rohres so verschlechtert wird, daß Korrekturen erforderlich sind, um die erforderte Genauigkeit nach dem Tempern zu erreichen, tritt der Bauschinger-Effekt oder andere unerwünschte Effekte ein. Da bei der Erfindung das Formen zu einer bestimmten Größe jedoch nach dem Härten durchgeführt wird, treten derartige Probleme nicht auf. Weiter ist die Tempertemperatur niedriger und die Zeit kürzer als bei den üblichen Verfahren aufgrund der beschleunigten Diffusion, die von der Formbelastung herrührt.

Verglichen mit dem in üblicher Weise hergestellten Rohr, bei dem das Rohr insgesamt dem Härten und Tempern unterworfen wird, hat das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Rohr ein feines Gefüge, das eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Zusammendrücken und gegen Schwefelverbindungen (souring) aufweist. Weiter kann es bei niedrigen Kosten mit einer guten Ausbeute hergestellt werden. Entsprechend ist die vorliegende Erfindung für die Stahlindustrie von Vorteil.

20

30

5 Beispiel

Es wurde ein Versuch bei Proberohren mit einer Abmessung von 7" χ 0,362" durchgeführt, wobei übliche Rohre und die erfindungsgemäßen Rohre verwendet wurden. Die Bedingungen und Ergebnisse des Versuches sind in Tabelle 1 wiedergegeben. Das erfindungsgemäße Rohr zeigt ausgezeichnete

Werte hinsichtlich des Widerstands gegen Zusammendrücken
und gegen hohe Anteile an Schwefelverbindungen (souring).

15

35

3-6l±1725

t-l Φ

ca

! 8 2_^ JJ Jj	900	j 026	900	900 j	•	810	I	•	I	■	I	■	650	•	I	I	I
Wendel härtung (⁰C)	820	810	790	800	820	250	790	800	650	I	■	0.0020	I	•	1	I
Wende1- temp. (⁰C)	250	002	200	250	200	I	250	250	0.0015	650	650	0.018	ODL	DOL	720	02 L
CQ	0.0015	•	ι	0.0020	0.0015	I	■	0.0020	0.015	I		I	0.0010	0.0010	0.0018	0.0018
	0.015	I	UOO	0.018	0.015	•	O.OU	0.018		I	UOO	t	0.020	0.020	0.025	0.025
>	I	I	0.045	■	■	•	0.045	■	0.041	I	0045	0.20	■	■	I	■
	IVOO	I	0.039		0.041	0.19	0.039	•	0.15	-	0039	1.60	■	■	I
CO	0,15	0.19	LlO	0.20	0.15	1.85	LlO	0.20	1.32	0.19	0.17	0.18	0.15	0.15	0.18	0.18
G	1.32	1.85	1.15	1.60	1.32	0,24	IO	1.60	Ü.10	1.85	1.15		1.25	1.25	1.40	1.40
^QI	d	0.24	0.20	0.18	0.10	ta O	G O	0.18	Gi	α	0.20	0.23	0.23	0,25	0,25
1 0 -I	α	ό	co O	rf O	VO α	C- α	CO σ	O	-			iß	to

Tabelle 1 (bis)

	Proben Nü.	Rohr- härtunq (⁰C)	RoIu-- tanpern (⁰C)	Streck festigkeit ( kp/mnrr)	Zusannnen- Irückdruck ( kp/cm²)	Schwefelwider- ι stand(Rohr) (10 ksi)	Schwefelwider- stand (Naht) (lOlcsi)	Bemerkungen	617725
	01	-	520	© 60	© 570	© 18	© 18	Erfindunq
	02	-	520	© 67	© 580	O 19	0 17	M
	03	-	550	© 65	© 580	Θ 19	© 19	·■
	04	-	530	© 63	© 560	© 19	© 18	Il
	05	-	520	© 61	© 570	© 19	X 8
	06	-	520	© 67	© 570	' © 19	X 4
	07	-	550	Ö 64	U 600	U 20	X 5
	08	-	530	© 64	© 570·	Θ 19	X 7
	09	-	520	X 51	X 490	X 9	X 7
	10	-	520	X 55	' X 470	X 10	X 5	Vergleichsrohr
	11	-	550	X 52	X 490	X 8	X 6	It
	12	-	530	X 53	X 480	X 9	X 7	»1
	13	900	600	<0 60	O 520	O 12	χ π	tt
	14	900	620	O 57	O 500	O 12	O 12	Il
O J)	15	900	600	U 62	O 530	O 12	O 12	Il
Q	16	900	620	U 60	O 520	O 13	O 14	M
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		Il
		Il
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Rohrgröße :7"χ 0.362" Schwefelwiderstand gemessen nach Shell-type Bent ©:gut O: besser X: schlecht ksi = kp/square inch

Claims

VOSSIUS & PARTNER PATENTANWÄLTE EUROPEAN PATENT ATTORNEYS Dr. VOLKER VOSSIUS, Dipl.-Chem. OOROTHEA VOSSIUS, Dipl.-Chem. Dr. PAUL TAUCHNER, Dipl.-Chem. Dr. DIETER HEUNEMANN, Dipl.-Phys. Dr. PETER RAUH, Dipl.-Chem. Dr. GERHARD HERMANN. Dipl.-Phys. U.Z.: U 608 Case: 5810 SIEBERTSTRASSE 4 P.O.SOX 86O7 67 8OOO MÜNCHEN 86 PHONE: (089) 47 AO 75 CABLE: BENZOLPATENT MÜNCHEN TELEX: 529453 VOPAT D TELEFAX: (089) 47 2001 (GR. Il MII) Z 7. MA! NIPPON STEEL CORPORATION Tokyo, Japan "Verfahren zur Herstellung eines hochfesten elektrisch geschweißten Rohres für Ölquellen" Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines hochfesten, elektrisch geschweißten Rohres für Ölquellen, gekennzeichnet durch

- Bereitstellen eines Stahls, enthaltend 0,08 bis 0,26 Gew.% C, 0,8 bis 1,9 Gew.% Mn, 0,5 oder weniger Gew.% Si und den Rest Fe sowie unvermeidbare Verun-

25 reinigungen,

- Warmwalzen des Stahls,

- Abschrecken des warmgewalzten Stahls,

- Wendeln des gehärteten Stahls bei einer Temperatur, die 250⁰C nicht überschreitet, - Umformen des Stahls zu einer rohrförmigen Form,

- Verschweißen der rohrförmigen Form mittels Elektroschweißen,

- Wiedererwärmen der durch die Schweißwärme beeinträchtigten Zone auf 900⁰C oder mehr, - Abschrecken des Rohres, und

5 - Tempern des gesamten Rohres.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl ein, zwei oder mehr Elemente aus einer Gruppe, enthaltend 0,05 oder weniger Gew.% Nb, 0,05 oder weniger Gew.% V, 0,03 oder weniger Gew.% Ti und 0,0020 oder weniger Gew.% B enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch geschweißte Zone auf

eine Temperatur von 900⁰C oder mehr durch elektrische Induktionserwärmung wiedererwärmt wird.