DE60220809T2 - Verwendung von austenitischem nichtrostendem stahl - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung einer austenitischen rostfreien Stahllegierung mit hohen Cr-, Mo-, Mn-, N- und Ni-Gehalten mit einer Kombination aus hoher Korrosionsbeständigkeit und guten mechanischen Eigenschaften, wie einer großen Zugfestigkeit und einer guten Duktilität, die insbesondere zur Verwendung in Anwendungen bei der Öl- und Gasextraktion, wie z.B. Draht, und spezieller als Verstärkungsdraht mit einem Durchmesser von 1,0 mm oder weniger in der Anwendung Drahtleitungen geeignet ist.
  • HINTERGRUND
  • Im Zusammenhang mit dem immer stärker eingeschränkten Zugang zu natürlichen Ressourcen, wie z.B. Öl und Gas, immer kleinerer Vorkommen und einer geringeren Qualität, versucht man nun, neue Vorkommen zu finden oder solche, die bislang nie ausgebeutet wurden, weil die Extraktion und nachfolgende Prozesse, wie z.B. Transport und Veredelung des Rohmaterials, die Erhaltung der Quelle und die Messung von Arbeitszyklen, zu teuer waren.
  • Die Extraktion von Öl und Gas aus dem Meeresgrund in sehr tiefem Wasser stellt eine konventionelle Technik dar. Der Transport von sowohl Ausrüstung als auch Waren zu und von der Quelle sowie die Energie- und Signalübertragung werden von der Meeresoberfläche aus verwaltet. In sehr tiefem Wasser kann es sich für diese Anwendungen um Transportdistanzen von bis zu 10.000 Metern handeln.
  • In immer stärkerem Maße werden sogenannte Drahtleitungen oder Bohrlochmeßkabel aus rostfreiem Stahl, d.h. Seile oder Einzeldrähte, für Anwendungen in der Offshore-Öl- und -Gasextraktion eingesetzt. Heutzutage sind diese üblicherweise so ausgestaltet, daß sie eine Mehrzahl isolierter elektrischer Leiter oder Kabel enthalten, wie z.B. faseroptische Kabel, die vollständig mit einer oder mehreren Lagen aus spiralförmig gewundenem Stahldraht überzogen sind.
  • Die GB-A-2329722 , die durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist, gibt einen Überblick über den Stand der Technik hinsichtlich Bohrlochmessung und Ausführungsformen für Bohrlochmeßkabel, ohne einen Anspruch auf Vollständigkeit zu erheben.
  • Die Auswahl der Stahlgüte wird in erster Linie durch die Anforderungen an Festigkeit, Zugfestigkeit, Duktilität und Korrosionseigenschaften, insbesondere unter den in einer Öl- oder Gasquelle vorherrschenden Bedingungen, und durch Temperaturen von bis zu 250°C bestimmt. Die Anwendung ist durch den Belastungswiderstand gegen Ermüdung aufgrund wiederholter Verwendung in der Öl- und Gasindustrie, insbesondere in Anwendungen als Slickline- oder Bohrlochmeßkabel, und in dieser Anwendung von wiederholtem Abwickeln und Transportieren über eine sogenannte Seilrolle, in hohem Maße beschränkt. Des weiteren sind die Anwendungsmöglichkeiten des Materials in diesem Sektor durch die Bruchbelastung der Kabel/Slickline-Drähte beschränkt. Heutzutage maximiert die Verwendung von kaltgezogenem Material die Bruchbelastung. Üblicherweise wird das Ausmaß der Kaltverformung im Hinblick auf die Duktilität optimiert. Heute wird für die Herstellung von Seilen und Einzeldrähten bei dieser Anwendungsform in erster Linie konventioneller rostfreier austenitischer Stahl verwendet, z.B. Stahl des Typs AISI303, AISI304 oder AISI316, wie es aus der US-A-4-214 693 zu entnehmen ist, die durch diese Bezugnahme darauf in der Beschreibung aufgenommen ist, oder es wird rostfreier Duplexstahl verwendet, der unter dem Markennamen FERRINOX 255 vermarktet wird, wie es aus der GB-A-2 354 264 zu entnehmen ist, die durch Bezugnahme darauf in der Beschreibung aufgenommen ist. Die Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit, wo die oben genannten Stähle verwendet werden, sind unbedeutend, wenn der Einzeldraht oder die Schnur mit einem Kunststoffmaterial, wie z.B. Polyurethan, umhüllt ist. Neuere Entwicklungen dienen dem Zweck, das Eigengewicht des Verstärkungsdrahts als äußere Lage zu reduzieren.
  • Das entsprechende Anforderungsprofil kann auch auf Federbandstahl und Federstahldraht gerichtet sein, wo die Anforderungen an Festigkeits-, Ermüdungs- und Korrosionseigenschaften hoch sind. In all diesen Fällen ist die Verwendung aus Gründen von Korrosion oder Belastung zunehmend beschränkt.
  • Weiterhin besteht ein Bedarf nach einer bedeutend größeren Festigkeit, als sie die heutige Technik durch ein gegebenes Ausmaß an Kaltverformung erlaubt. Eine Festigkeit, die dazu führt, daß normalerweise vorkommende Drahtabmessungen an der Oberfläche nicht erweichen, oder die die Verwendung kleinerer Dimensionen, d.h. von Durchmessern von 1,0 mm und kleiner, gestattet, sind wünschenswert.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Draht aus einer rostfreien Stahllegierung mit einer austenitischen Matrix und mit der untenstehenden Zusammensetzung und gleichzeitig großer Festigkeit in Kombination mit hoher Duktilität und Belastungswiderstand gegen eine allgemeine Korrosion bei hohen Temperaturen, insbesondere bei Temperaturen von bis zu 250°C, bereitzustellen.
  • Der Draht aus rostfreier Stahllegierung hat eine Zugfestigkeit von wenigstens 310 kpsi bei Drahtdurchmessern von 1,0 mm oder kleiner in Anwendungen für die Öl- und Gasextraktion.
  • Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Stahllegierung mit guter Korrosionsbeständigkeit in Chlorid enthaltenden Umgebungen und Umgebungen mit hoher allgemeiner Korrosion bereitzustellen.
  • Diese Zwecke werden mit einer Legierung gemäß der vorliegenden Erfindung erfüllt, die die folgende Zusammensetzung hat (in Gewichts-%):
    Cr 24,0-30,0
    Ni 25,0-34,0
    Mo 3,0-6,0
    Mn >2,0-6,0
    N 0,2-0,4
    C bis zu 0,05
    Si bis zu 1,0
    S bis zu 0,02
    Cu bis zu 3,0
    W 0-6,0
    eines oder mehrere der Elemente Mg, Ce, Ca, B, La, Pr, Zr, Ti, Nd
    bis zu 2,0
    und Rest Eisen und normalerweise auftretende Verunreinigungen und Zusätze.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt die Funktion der Festigkeit gegen die Temperatur bei Heißbearbeitung für die Ausführungsformen S und P der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt die Funktion der Festigkeit gegen die Temperatur bei Heißbearbeitung für die Ausführungsformen X und P der vorliegenden Erfindung.
  • 3 zeigt die Zugfestigkeit als Funktion der Reduzierung des Querschnitts.
  • 4 zeigt die Belastung als Funktion der Länge für Draht, der aus der erfindungsgemäßen Legierung hergestellt ist.
  • 5 zeigt die Zugfestigkeit des auslieferungsfertigen Endprodukts.
  • 6 zeigt die Größe der Belastung einschließlich des Eigengewichts und der Biegelast, die ein Draht, hergestellt aus der neuen Legierung, im Vergleich zu einem Draht, hergestellt aus der gut bekannten Legierung UNS N08028, tragen kann, als Funktion des Seilrollendurchmessers.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Ein systematischer Entwicklungsansatz hat überraschenderweise gezeigt, daß eine Legierung mit einem Legierungsgehalt gemäß der vorliegenden Erfindung diese Bedingungen erfüllt. Der erfindungsgemäße Legierungsdraht hat daher die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent:
    Cr 24-30
    Ni 25-34
    Mo 3-6
    Mn >2-6
    N 0,2-0,4
    C bis zu 0,05
    Si bis zu 1,0
    S bis zu 0,02
    Cu bis zu 3,0
    W 0-6,0
    eines oder mehrere der Elemente Mg, Ce, Ca, B, La, Pr, Zr, Ti, Nd
    bis zu 2,0
    und Rest Fe und normalerweise auftretende Verunreinigungen und Zusätze.
  • Die Bedeutung der Legierungselemente für die vorliegende Legierung ist die folgende: Nickel Ein hoher Gehalt an Nickel homogenisiert einen hochlegierten Stahl, indem die Löslichkeit von Cr und Mo erhöht wird. Dadurch unterdrückt der Austenit-stabilisierende Nickel die Bildung der unerwünschten Sigma-, Laves- und Chi-Phasen, die in hohem Maße exakt aus den Legierungselementen Chrom und Molybdän bestehen. Ein Nachteil besteht jedoch darin, daß Nickel die Löslichkeit in der Legierung verringert und sich dadurch die Heißbearbeitbarkeit verschlechtert, was der Nickelmenge in der Legierung eine Obergrenze auferlegt. Die vorliegende Erfindung hat jedoch gezeigt, daß hohe Gehalte an Stickstoff bei Nickelgehalten wie oben ausgeführt den hohen Nickelgehalt mit hohen Chrom- und Mangangehalten ausgleichen.
  • Der Ni-Gehalt der Legierung sollte daher auf 25,0-32,0 Gewichts-%, bevorzugt auf wenigstens 26,0 Gewichts-%, bevorzugter auf wenigstens 30.0 Gewichts-% oder 31,0 Gewichts-% beschränkt sein. Die Obergrenze für den Ni-Gehalt beträgt vorzugsweise 34,0 Gewichts-%.
  • Chrom (Cr) ist ein sehr aktives Element und verbessert die Beständigkeit gegen eine Mehrzahl von Korrosionstypen. Weiterhin impliziert ein hoher Chromgehalt eine sehr gute Löslichkeit von N in dem Material. Es ist daher wünschenswert, den Chromgehalt so hoch wie möglich zu halten, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Für sehr gute Werte bei der Korrosionsbeständig keit sollte der Chromgehalt wenigstens 24,0 Gewichts-%, bevorzugt 27,0-29,0 Gewichts-% betragen. Hohe Cr-Gehalte erhöhen jedoch das Risiko intermetallischer Präzipitationen, so daß der Chromgehalt nach oben auf maximal 30,0 Gewichts-% beschränkt werden muß.
  • Molybdän (Mo) In modernen korrosionsbeständigen austenitischen Stählen wird häufig eine hohe Legierungszugabe an Molybdän vorgenommen, um die Beständigkeit gegen Korrosion allgemein zu verbessern.
  • Anders als Chrom erhöht Molybdän die Korrosionsrate. Eine Erklärung dafür ist die Präzipitationsneigung von Molybdän, die während der Sensibilisierung unerwünschte Phasen entstehen läßt. Daher wird ein hoher Chromgehalt zugunsten eines hohen Molybdängehalts ausgewählt, wenn auch nur, um eine optimale Gefügestabilität der Legierung zu erhalten. Sicher erhöhen beide Legierungselemente die Präzipitationsneigung; Tests haben jedoch gezeigt, daß diese bei Molybdän zweimal höher ist als bei Chrom. Derzeit ist es möglich, den Gehalt an Molybdän vollständig oder teilweise durch Wolfram zu ersetzen. Vorzugsweise sollten jedoch wenigstens 2,0 Gewichts-% Molybdän zu der Legierung zugegeben werden. Daher sollte der Molybdängehalt auf zwischen 2,0 und bis zu 6,0 Gewichts-% beschränkt werden, vorzugsweise auf wenigstens 3,7 Gewichts-%, bevorzugt auf wenigstens 4,0 Gewichts-%. Die Obergrenze für den Molybdängehalt beträgt 6,0 Gewichts-%, bevorzugt 5,5 Gewichts-%.
  • Die Präzipitation intermetallischer Phasen wird durch steigende Gehalte an Chrom und Molybdän begünstigt, kann jedoch durch Zugabe von N sowie Ni zu der Legierung begrenzt werden. Der Ni-Gehalt ist hauptsächlich hinsichtlich der Kosten sowie im Hinblick darauf, daß er die Löslichkeit von N in der Schmelze stark verringert, beschränkt. Folglich ist der N-Gehalt aufgrund der Löslichkeit in der Schmelze und auch in der festen Phase, wo eine Präzipitation von Cr-Nitriden erfolgen kann, beschränkt.
  • Um die Löslichkeit von Stickstoff in der Schmelze zu verbessern, kann der Gehalt an Mn und Cr erhöht werden und der Gehalt an Ni kann verringert werden. Von Mo wird jedoch angenommen, daß es zu einem höheren Risiko einer Präzipitation von intermetallischen Phasen führt, weshalb es als notwendig erachtet wurde, seinen Gehalt zu verringern. Höhere Gehalte an Legierungselementen wurden im Hinblick auf die strukturelle Stabilität jedoch nicht beschränkt.
  • Wolfram (W) erhöht die Belastungsbeständigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorrosion. Ein Legieren mit zu hohen Wolframgehalten in Kombination mit sowohl hohem Cr-Gehalt als auch hohem Mo-Gehalt bedeutet jedoch, daß das Risiko der Bildung intermetallischer Präzipitate zunimmt. Der Gehalt an Wolfram sollte daher im Bereich von 0 bis 6,0 Gewichts-%, bevorzugt 0 bis 4,0 Gewichts-% liegen.
  • Mangan (Mn) Mangan ist aus drei Gründen von äußerst großer Bedeutung für die Legierung. Für das Endprodukt wird auf eine hohe Festigkeit abgezielt, weshalb die Legierung mittels Kaltbearbeitung kaltverfestigt werden sollte. Sowohl Stickstoff als auch Mangan sind dafür bekannt, daß sie die Energie reduzieren, was wiederum dazu führt, daß sich Dislokationen in dem Material ablösen und Shockley-Teilchen bilden. Je niedriger die Stapelfehlerenergie, desto größer ist die Distanz zwischen den Shockley-Teilchen und umso starker ist das seitliche Verrutschen der Dislokationen, was dazu führt, daß das Material die Neigung zur Kaltverfestigung erhält. Aus diesen Gründen sind hohe Gehalte an Mangan und Stickstoff für die Legierung sehr wichtig. Eine rasche Kaltverfestigung ist in den Reduktionsdiagrammen veranschaulicht, die in 2 dargestellt sind, wo die neue Legierung mit den bereits bekannten Stählen UNS N08926 und UNS N08028 verglichen wird.
  • Weiterhin erhöht Mangan die Löslichkeit von Stickstoff in der Schmelze, was weiterhin für einen hohen Gehalt an Mangan spricht. Allein der hohe Gehalt an Chrom macht die Löslichkeit nicht ausreichend, da der Gehalt an Nickel, welcher die Löslichkeit verringert, höher gewählt wurde als der Gehalt an Chrom.
  • Ein dritter Grund für einen Mangangehalt, der innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung liegt, besteht darin, daß eine Analyse der Streckspannung bei erhöhter Temperatur überraschenderweise zeigt, daß Mangan den Einfluß auf die Heißbearbeitbarkeit der Legierung verbessert. Je höher die Stähle legiert sind, desto schwieriger sind sie zu bearbeiten und desto wichtiger sind Zusätze, die die Heißbearbeitbarkeit verbessern und gleichzeitig die Produktion sowohl vereinfachen als auch kostengünstiger machen. Ein Zusatz von Mangan impliziert eine Verringerung der Härte während der Heißbearbeitung, wie es sich aus dem Diagramm von 1 entnehmen läßt, welches die erforderliche Spannung während der Heißbearbeitung für Varianten der Legierung mit hohem bzw. niedrigem Mangangehalt zeigt. Aufgrund der guten Heißbearbeitbarkeit der Legierung eignet sich diese ausgezeichnet für die Herstellung von Rohren, Draht und Bändern usw. Es wurde jedoch herausgefunden, daß Mangan sich negativ auf die Heißduktilität der Legierung auswirkt, wie durch die nachstehende Formel beschrieben. Sein starker positiver Einfluß als die Härte reduzierendes Legierungselement während der Heißbearbeitung wurde als wichtiger eingeschätzt.
  • Daher sollte der Gehalt an Mangan in der Legierung höher als 2,0 Gewichts-% sein und vorzugsweise 3,0 bis 6,0 Gewichts-%, bevorzugter 4,0-6,0 Gewichts-% betragen.
  • Kohlenstoff (C) besitzt eine eingeschränkte Löslichkeit sowohl in Ferrit als auch in Austenit. Die eingeschränkte Löslichkeit birgt ein Risiko der Präzipitation von Chromcarbiden, und daher sollte der Gehalt 0,05 Gewichts-% nicht überschreiten und vorzugsweise 0,03 Gewichts-% nicht überschreiten.
  • Silicium (Si) wird als Desoxidationsmittel für die Stahlproduktion verwendet und steigert auch die Fließfähigkeit während der Herstellung und dem Löten. Zu hohe Gehalte an Si führen jedoch zur Präzipitation unerwünschter intermetallischer Phasen, so daß der Gehalt auf maximal 1,0 Gewichts-%, vorzugsweise maximal 0,8 Gewichts-% und bevorzugter auf 0,5 Gewichts-% beschränkt werden sollte.
  • Schwefel (S) beeinflußt die Korrosionsbeständigkeit negativ, indem es leicht unlösliche Sulfide bildet. Weiterhin verschlechtert sich die Heißbearbeitbarkeit, so daß der Gehalt an Schwefel auf maximal 0,02 Gewichts-% beschränkt ist.
  • Stickstoff (N) ist wie Molybdän ein beliebtes Legierungselement in modernen korrosionsbeständigen Austeniten, um die Korrosionsbeständigkeit, aber auch die mechanische Festigkeit der Legierung zu steigern. Für die vorliegende Legierung ist es hauptsächlich die Steigerung der mechanischen Festigkeit durch Stickstoff, die ausgenutzt wird. Wie oben erwähnt, kann eine starke Zunahme der Festigkeit während der Kaltverformung erhalten werden. Die Erfindung macht sich auch zunutze, daß Stickstoff die mechanische Festigkeit der Legierung infolge interstitieller gelöster Atome, die zu Spannungen in der Kristallstruktur führen, erhöht. Eine hohe Festigkeit ist von großer Bedeutung für die geplante Verwendung als Bleche, Wärmetauscher, Förderrohre, Federdraht und Federbanddraht, Montagedraht, Drahtleitungen und auch Slicklines. Durch Verwendung eines stark zugfesten Materials besteht die Möglichkeit, die gleiche Festigkeit bei einem geringeren Materialverbrauch und dadurch geringerem Gewicht zu erhalten. Gleichzeitig erhöht dies die Anforderungen an die Duktilität des Materials. Bei Federn ist deren Empfänglichkeit für die Aufnahme von elastischer Energie von entscheidender Bedeutung.
  • Daher sollte der Stickstoffgehalt 0,20-0,40 Gewichts-%, vorzugsweise 0,35-0,40 Gewichts-% betragen.
  • Kupfer (Cu) Der Einfluß von Kupfer auf die Korrosionseigenschaften des austenitischen Stahls ist umstritten. Es scheint jedoch klar zu sein, daß Kupfer die Korrosionsbeständigkeit in Schwefelsäure stark verbessert, was für den Anwendungsbereich der Legierung von großer Bedeutung ist. Bei Tests hat sich Kupfer auch als ein Element gezeigt, welches für die Herstellung von Rohren günstig ist, so daß ein Kupferzusatz bei Material, das für Rohranwendungen verwendet werden soll, besonders wichtig ist. Erfahrungsgemäß verschlechtert jedoch ein hoher Kupfergehalt in Kombination mit einem hohen Mangangehalt die Heißduktilität erheblich, so daß die Obergrenze für den Kupfergehalt auf 3,0 Gewichts-% bestimmt wurde. Der Kupfergehalt beträgt vorzugsweise höchstens 1,5 Gewichts-%.
  • Wenigstens einer der Duktilitätszusätze, wie Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Cer (Ce), Bor (B), Lanthan (La), Praseodym (Pr), Zirkonium (Zr), Titan (Ti) und Neodym (Nd), sollte in einer Menge von bis zu 2,0 Gewichts-% zugegeben werden, um die Heißbearbeitbarkeit zu verbessern.
  • Im Folgenden werden einige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Legierungsdrahts be schrieben. Sie sollen die Erfindung veranschaulichen, jedoch nicht beschränken.
  • BEISPIELE:
  • In den nachstehenden Tabellen sind die Zusammensetzungen der getesteten erfindungsgemäßen Legierungen und der bekannten Legierungen zu Vergleichszwecken angegeben. Für die bekannten Legierungen, die als Referenzen verwendet werden, liegt in den Fällen, in denen sie zum Testen verwendet werden, das Intervall, das die getestete Zusammensetzung definiert, innerhalb des Standards für die Legierung. Tabelle 1 zeigt einige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Legierung. Tabelle 1
    Charge C Si Mn Cr Ni Mo Cu N
    A 0,009 0,28 5,04 26,4 30,49 5,78 0,025 0,372
    B 0,011 0,27 5,10 26,5 33,70 5,90 0,011 0,380
    C 0,008 0,27 4,95 26,7 30,77 5,22 0,011 0,357
    E 0,01 0,28 4,73 27,2 30,69 4,47 0,011 0,354
    I 0,015 0,22 1,03 27,71 34,86 3,97 0,500 0,410
    J 0,008 0,33 4,99 26,21 33,37 4,86 1,900 0,370
    K 0,007 0,28 5,29 26,25 33,83 3,70 0,011 0,390
    L 0,012 0,25 5,18 26,36 33,70 5,10 0,940 0,390
    M 0,010 0,25 5,04 27,80 35,40 5,47 2,220 0,400
    N 0,008 0,26 3,96 28,98 34,68 5,61 2,250 0,380
    O 0,008 0,24 5,70 23,57 24,82 5,00 0,013 0,360
    P 0,015 0,24 1,07 26,91 30,77 6,41 1,180 0,220
    S 0,015 0,22 5,57 26,11 30,30 6,20 1,150 0,200
    T 0,017 0,26 2,97 26,18 30,87 5,86 1,160 0,290
    X 0,0147 0,24 1,14 27,72 29,87 3,91 1,480 0,250
  • BEISPIEL 1
  • Die Spannung, die während der Heißbearbeitung der vorliegenden Legierung erforderlich ist, bei unterschiedlichen Mangan- und Molybdängehalten, ist in den 1 und 2 gezeigt. Der negative Einfluß von Molybdän auf die erforderliche Spannung wird für die Varianten X und P in 1 demonstriert. Der positive Einfluß von Mangan auf die erforderliche Spannung wird für die Varianten S und P in 2 demonstriert.
  • BEISPIEL 2
  • Die wesentlich bessere Erhöhung der Zugfestigkeit durch Kaltbearbeitung der vorliegenden Legierungen, Varianten B, C und E, im Vergleich mit den bekannten UNS N08028 und UNS N08926 ist in 3 gezeigt.
  • Die Duktilität des Materials in dem auslieferungsfertigen Endprodukt wurde mit Hilfe fachtypischer Torsinns- und Wicklungstests beurteilt. Der Torsionstest wurde durch Verdrehen eines 20 cm langen Drahts bis zum Bruch, jedoch mit wenigstens 5 Drehungen, durchgeführt. Die Wicklungstests wurden durch Wickeln eines Drahts wenigstens 5-mal um seine eigene Achse und anschließendes Abwickeln des Drahts ohne Bruch- oder Rißbildung durchgeführt. Die vorliegende Erfindung bewältigt die Anforderungen an die Duktilität auch in einem hochfesten Lieferzustand. Wie es in 4 beschrieben ist, bewältigt die Legierung der vorliegenden Erfindung die Anforderungen an die Duktilität auch bei Beträgen der Zugfestigkeit von mehr als 310 kpsi.
  • BEISPIEL 3
  • In 5 und 6 sind wesentliche Eigenschaften des Drahts für die Anwendung Drahtleitungen veranschaulicht.
  • Das Spannungsdiagramm für einen Draht in Drahtleitungsanwendungen besteht hauptsächlich aus drei Komponenten, die in Tabelle 2 gezeigt sind: dem Eigengewicht des Drahts gemäß Gleichung (1), der getragenen Last gemäß Gleichung (2) und der Spannung, die durch das Trägerrad der Meßeinrichtung induziert wird, gemäß Gleichung (3) und die Gesamtspannung als Gesamtsumme der Teilspannungen gemäß Gleichung (4). Wie es durch diese Ausdrücke für die verschiedenen Spannungen beschrieben wird, erlaubt eine höhere Dehngrenze bei Spannung/Zugfestigkeit die Verwendung eines kleineren Zuführrads sowie eine höhere getragene Last pro Querschnittseinheit. Tabelle 2
    Art der Belastung Ausdruck für die induzierte Spannung
    (1) Eigengewicht des Drahts σ1 = ρgl/2; ρ = Dichte des Materials, g = Erdbeschleunigung, l = freie Länge des Drahts im Bohrloch
    (2) Getragene Last σ2 = F/A; F = getragene Last, A = Querschnitt des Drahts
    (3) Seilrolle σ3 = dE/R; d = Durchmesser des Drahts, E = E-Modul, R = Radius der Seilrolle
    (4) Gesamt σ = σ1 + σ2 + σ3
  • Tabelle 2 zeigt die Größe der Belastung oberhalb des Eigengewichts, die Draht, hergestellt aus einer erfindungsgemäßen Legierung, im Vergleich mit Draht, hergestellt aus der gut bekannten Legierung UNS N08028, tragen kann, als Funktion der Länge des Drahts.
  • Die Dichte der Legierungen wurde als ρ = 8.000 kg/m3 angenommen.
  • Die Erdbeschleunigung wurde auf g = 9,8 m/s2 angenähert.
  • Ein langer Draht wie in der beabsichtigten Slickline-Anwendung bis zu ungefähr 30.000 Fuß lang sein und hat ein merkliches Eigengewicht, welches den Draht belastet. Dieses Eigengewicht wird im allgemeinen von einem Rad unterschiedlicher Krümmung getragen, was weitere Belastungen für den Draht entstehen läßt. Je kleiner der Krümmungsradius des Rades ist, umso größer wird die Biegelast für den Draht. Gleichzeitig bewältigt ein kleinerer Drahtdurchmesser stärkere Krümmungen. 6 zeigt die Größe der Last einschließlich des Eigengewichts und der Biegelast, die ein Draht, hergestellt aus der neuen Legierung, im Vergleich zu Draht, hergestellt aus der bekannten Legierung UNS N08028, tragen kann, als Funktion des Durchmessers des Bruchrads.
  • Der Elastizitätsmodul beider Legierungen wurde auf E = 198.000 MPa geschätzt.
  • Die Berechnungen für das Diagramm werden unter der Annahme durchgeführt, daß der Abfall bei der Festigkeit rein linearelastisch ist, und die maximal getragene Last wurde durch die Streckspannung (Rp 0,2) des Materials bestimmt.
  • BEISPIEL 4
  • Der erfindungsgemäße Legierungsdraht zeigt überraschenderweise eine sehr hohe Korrosionsbeständigkeit in Umgebungen, die für die Anwendung Drahtleitungen relevant sind. Bis jetzt zeigt der Test überraschende Ergebnisse, er ist jedoch zum Zeitpunkt der Niederschrift noch nicht abgeschlossen. Der Test wurde in einer Umgebung gemäß dem folgenden durchgeführt:
    Gesättigtes NaCl (26 Gewichts-%) + 5 Gewichts-% MgCl2 + 5% H2S bei 177°C und 5000 psi (34,5 MPa) während 336 Stunden.
  • BEISPIEL 5
  • Ein Draht mit einem Durchmesser von 1,0 mm aus der Stahllegierung gemäß der vorliegenden Erfindung und mit der in Tabelle 3 angegebenen Zusammensetzung, reduziert auf 69,80%, hatte eine Zugfestigkeit vor dem Glühen von 277 kpsi (1910 MPa). Der Draht wurde dann bei 260°C für 24 Stunden geglüht und zeigte danach eine Zugfestigkeit von 310 kpsi (2135 MPa).
  • Das Material zeigte auch gute Ergebnisse in den Torsinns- und Wicklungstests, wie in Beispiel 2 beschrieben. Tabelle 3
    Charge C Si Mn P S Cr Ni Mo Co
    R 0,012 0,34 5,04 0,016 0,001 26,44 33,96 5,26 0,025
    Cu N Al Pb Bi Nb B Ce Ti
    0,08 0,38 0,021 0,00016 0,00003 <0,01 0,0023 0,01 <0,005

Claims (2)

  1. Verwendung einer austenitischen nichtrostenden Legierung mit der folgenden Zusammensetzung in Gewichtsprozent: Cr 24-30 Ni 25-34 Mo 3-6 Mn >2-6 N 0,20-0,40 C bis zu 0,05 Si bis zu 1,0 S bis zu 0,02 Cu bis zu 3,0 W 0-6,0
    eines oder mehrere der Elemente Mg, Ce, Ca, B, La, Pr, Zr, Ti, Nd bis zu 2,0 und Rest Eisen und normalerweise auftretende Verunreinigungen, welche eine Kombination aus guter Korrosionsbeständigkeit und guten mechanischen Eigenschaften zeigt, insbesondere eine Zugfestigkeit von wenigstens 310 kpsi bei Durchmessern von 1,0 mm und dünner, als Draht mit einem Durchmesser von 1,0 mm oder dünner bei der Öl- und Gasextraktion.
  2. Verwendung einer austenitischen nichtrostenden Legierung nach Anspruch 1 als Verstärkungsdraht bei der Anwendung Drahtleitungen.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014108311A1 (de) * 2013-06-13 2014-12-18 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Auswahlverfahren für Stahlgüten

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE531305C2 (sv) * 2005-11-16 2009-02-17 Sandvik Intellectual Property Strängar för musikinstrument
US8150816B2 (en) * 2005-12-29 2012-04-03 Nextlabs, Inc. Techniques of optimizing policies in an information management system
JP4288528B2 (ja) * 2007-10-03 2009-07-01 住友金属工業株式会社 高強度Ｃｒ−Ｎｉ合金材およびそれを用いた油井用継目無管
CN108138295B (zh) * 2015-10-19 2021-09-14 山特维克材料技术公司 新型奥氏体不锈合金
CN107326288A (zh) * 2017-05-27 2017-11-07 苏州铭晟通物资有限公司 一种耐腐蚀性金属材料
CN107419194A (zh) * 2017-06-29 2017-12-01 振石集团东方特钢有限公司 一种超级奥氏体不锈钢板卷的加工方法
JP6823221B1 (ja) * 2020-07-31 2021-01-27 日本冶金工業株式会社 高耐食オーステナイト系ステンレス鋼とその製造方法

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE86328C1 (de) *
US2214128A (en) * 1939-05-27 1940-09-10 Du Pont Composition of matter
US2839391A (en) * 1954-10-21 1958-06-17 Armco Steel Corp Chromium-manganese alloy and products
US3118761A (en) * 1955-05-09 1964-01-21 Westinghouse Electric Corp Crack resistant austenitic stainless steel alloys
US3381637A (en) * 1966-04-11 1968-05-07 Gen Electric Apparatus for disposal of sewage sludge
US3547625A (en) * 1966-08-25 1970-12-15 Int Nickel Co Steel containing chromium molybdenum and nickel
JPS55100966A (en) * 1979-01-23 1980-08-01 Kobe Steel Ltd High strength austenite stainless steel having excellent corrosion resistance
FR2468978A1 (fr) * 1979-10-30 1981-05-08 Commissariat Energie Atomique Chaudiere nucleaire
US4487744A (en) * 1982-07-28 1984-12-11 Carpenter Technology Corporation Corrosion resistant austenitic alloy
DE3407307A1 (de) * 1984-02-24 1985-08-29 Mannesmann AG, 4000 Düsseldorf Verwendung einer korrosionsbestaendigen austenitischen eisen-chrom-nickel-stickstoff-legierung fuer mechanisch hoch beanspruchte bauteile
US4770703A (en) * 1984-06-06 1988-09-13 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Sintered stainless steel and production process therefor
JPS6383248A (ja) * 1986-09-25 1988-04-13 Nkk Corp 耐応力腐食割れ性に優れた油井管用高Ｎｉ合金およびその製造法
US4765957A (en) * 1986-12-29 1988-08-23 Carondelet Foundry Company Alloy resistant to seawater and other corrosive fluids
DE3716665A1 (de) * 1987-05-19 1988-12-08 Vdm Nickel Tech Korrosionsbestaendige legierung
US5011659A (en) * 1990-03-22 1991-04-30 Carondelet Foundry Company Castable corrosion resistant alloy
FR2711674B1 (fr) * 1993-10-21 1996-01-12 Creusot Loire Acier inoxydable austénitique à hautes caractéristiques ayant une grande stabilité structurale et utilisations.
FR2705689B1 (fr) * 1993-05-28 1995-08-25 Creusot Loire Acier inoxydable austénitique à haute résistance à la corrosion par les milieux chlorurés et sulfuriques et utilisations.
FR2732360B1 (fr) * 1995-03-29 1998-03-20 Ugine Savoie Sa Acier inoxydable ferritique utilisable, notamment pour des supports de catalyseurs
US5758865A (en) * 1996-08-21 1998-06-02 Kavlico Corporation Fuel injection valve and engine including the same
US6060662A (en) * 1998-01-23 2000-05-09 Western Atlas International, Inc. Fiber optic well logging cable
EP1263999B1 (de) * 2000-03-15 2005-07-13 Huntington Alloys Corporation Korrosionsbeständige austenitische legierung
SE520027C2 (sv) * 2000-05-22 2003-05-13 Sandvik Ab Austenitisk legering
SE524952C2 (sv) * 2001-09-02 2004-10-26 Sandvik Ab Duplex rostfri stållegering

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014108311A1 (de) * 2013-06-13 2014-12-18 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Auswahlverfahren für Stahlgüten
DE102014108311B4 (de) * 2013-06-13 2015-01-15 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Auswahlverfahren für Stahlgüten

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