DE69821234T2

DE69821234T2 - Process for producing a tube made of stainless martensitic steel

Info

Publication number: DE69821234T2
Application number: DE69821234T
Authority: DE
Inventors: Hisahi Kyoto-shi Amaya; Masakatsu Shiki-gun Ueda; Kunio Sanda-shi Kondo
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-10-15
Filing date: 1998-10-15
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2018-10-16
Also published as: DE69821234D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rohrs aus rostfreiem Martensit-Stahl, das eine gute Festigkeit und Zähigkeit aufweist, sowie dessen Verwendung als Material zum Bohren von Ölbohrlöchern oder Erdgasbohrlöchern und zum Bau verschiedener Anlagen und Gebäude.The The invention relates to a method for producing a tube stainless martensite steel, which has good strength and toughness has, and its use as a material for drilling oil wells or gas wells and for the construction of various plants and buildings.

Rostfreier Martensit-Stahl, repräsentiert durch einen rostfreien Martensit-Stahl mit 13% Cr, wird allgemein im Abschreckhärtungs- und Vergütungszustand verwendet, um dessen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Da ein derartiger Stahlrohrtyp sehr gut härtbar ist, kann er je nach Größe und chemischer Zusammensetzung bis zur Mitte einer Rohrwand gehärtet werden, selbst wenn eine Luftkühlung ausgehend von einer hohen Temperatur vorgenommen wird. Sofern eine Abschreckhärtung unter Verwendung eines Kühlmittels durchgeführt wird, besteht die übliche Praxis in der Verwendung eines Ölkühlmittels, das eine langsame Abkühlgeschwindigkeit ermöglicht.stainless Martensite steel through a stainless martensite steel with 13% Cr, becomes general in quench hardening and state of remuneration used for its strength and corrosion resistance to improve. Since this type of steel tube is very easy to harden, it can vary according to size and chemical Composition to be hardened to the center of a pipe wall, even if one air cooling starting from a high temperature. If one quenching using a coolant carried out the usual one Practice in using an oil coolant, which is a slow cooling rate allows.

Jedoch tendiert Stahl mit guter Härtbarkeit beim Abschrecken zur Bildung von Abschreckrissen oder -deformationen. Die Härtung eines derartigen Stahls wird der durch Abschrecken bei hohen Temperaturen erfolgenden Umwandlung der Austenit-Phase in eine Martensit-Phase zugeschrieben. Diese Umwandlung bringt eine erhebliche Volumenausdehnung mit sich. Wenn demzufolge die Abkühlgeschwindigkeit zu hoch ist, kommt es zu heterogenen, abrupten Deformationen, was zu lokalen Konzentrationen von inneren Spannungen unter Rissbildung führt.however steel tends to harden well when quenching to form quench cracks or deformations. curing of such steel is made by quenching at high temperatures transformation of the austenite phase into a martensite phase attributed. This conversion brings a considerable volume expansion with himself. As a result, if the cooling rate is too high, comes it leads to heterogeneous, abrupt deformations, resulting in local concentrations of internal stresses leading to cracking.

In den letzten Jahren wurde es notwendig, Öl- oder Erdgasbohrlöcher auch unter drastischen Bedingungen einer korrodierenden Umgebung zu bohren. Dies erfordert wiederum ein Stahlrohr von hoher Korrosionsbeständigkeit und hoher Festigkeit zur Verwendung für Rohre für Erdölbohrlöcher oder damit verbundene Anlagen. Zur Herstellung eines derartigen Rohrs wurden direkte Abschreckhärtungsverfahren entwickelt, bei denen ein Stahlrohr unter immer noch hohen Temperaturbedingungen unmittelbar nach der Warmbearbeitung, wie der Lochbildung, und dem Walzen direkt gehärtet wird. Jedoch kann es bei der Herstellung von Rohren aus rostfreiem Stahl mit einer Martensit-Struktur aufgrund einer raschen Abkühlung, z. B. bei der Abkühlung mit Wasser, zu Rissbildungen kommen, da es durch das direkte Abschreckhärtungsverfahren erschwert wird, die Abschreckhärtung in Wasser vorzunehmen. Es erfordert unvermeidlicherweise lange Zeitspannen, um ausgehend von hohen Temperaturen langsam eine ausreichende Kühlung vorzunehmen, so dass das Problem auftritt, dass die Produktivität erheblich absinkt. Außerdem kann die Abkühlgeschwindigkeit nicht hoch gehalten werden, so dass viel Platz für die Aufbewahrung der Stahlrohre während des Abkühlvorgangs über einen langen Zeitraum hinweg erforderlich ist, was zu einem Anstieg der Kosten für die Anlage führt.In In recent years, it has become necessary to drill oil or natural gas wells drilling under harsh conditions in a corrosive environment. This in turn requires a steel tube with high corrosion resistance and high strength for use in oil well pipes or related equipment. Direct quench hardening processes have been used to manufacture such a tube developed in which a steel pipe under still high temperature conditions immediately after hot working, such as hole formation, and the Rolls hardened directly becomes. However, it can be used in the manufacture of stainless steel pipes Steel with a martensite structure due to rapid cooling, e.g. B. with cooling Water, cracking occurs as a result of the direct quench hardening process quench hardening is made more difficult in water. It inevitably takes a long time in order to slowly start adequately cooling from high temperatures, so the problem arises that productivity is significant decreases. Moreover can the cooling rate not to be held high, leaving plenty of space for storing the steel pipes while the cooling process over a long Period of time is required, resulting in an increase in costs for the Plant leads.

Bezüglich eines Härtungsverfahrens für rostfreien Martensit-Stahl mit 9% Cr oder 13% Cr wird in JP-A-3-82711 ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Stahlrohr mit einer Wanddicke von 10 bis 30 mm beschleunigt mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 20°C/Sekunde durch Anblasen mit Wasser aus einer Düse gekühlt wird. Beim Abschrecken mit Wasser, bei dem ein erwärmtes Stahlrohr in ein Wassergefäß getaucht wird, beträgt die Abschreckgeschwindigkeit 40°C/Sekunde oder mehr, was in den meisten Fällen zur Bildung von Abschreckrissen führt. Wenn jedoch die Abkühlgeschwindigkeit in geeigneter Weise gesteuert wird, wie es bei diesem Verfahren beschrieben ist, kommt es nur zu einer geringen oder gar keine Bildung von Rissen, was den damit verbundenen Vorteil aufweist, dass die Abkühlung mit hohem Wirkungsgrad abläuft. Jedoch ist beim vorstehend beschriebenen Verfahren die Anwendung einer speziellen Kühlvorrichtung und von Steuereinrichtungen zusätzlich zu den Bestandteilen, die für Rohre aus üblichem Kohlenstoffstahl erforderlich sind, notwendig. Außerdem ermöglicht das vorstehende Verfahren zwar eine hohe Abkühlgeschwindigkeit, jedoch beträgt diese Geschwindigkeit nicht mehr als die Hälfte der Abkühlgeschwindigkeit beim Eintauchen in Wasser, so dass keine deutliche Verbesserung der Produktivität erreicht werden kann.Regarding one curing for stainless Martensite steel with 9% Cr or 13% Cr is a method in JP-A-3-82711 described in which a steel tube with a wall thickness of 10 to 30 mm accelerates at a speed of 1 to 20 ° C / second is cooled by blowing with water from a nozzle. When quenching with water, in which a heated Steel pipe dipped in a water container will be the quenching speed is 40 ° C / second or more what in most cases leads to the formation of quenching cracks. However, if the cooling rate is appropriately controlled as in this method there is little or no education of cracks, which has the associated advantage that the cooling down runs with high efficiency. However, the method described above is the application a special cooling device and additional control devices to the ingredients for Pipes made from ordinary Carbon steel are necessary, necessary. It also enables The above method has a high cooling rate, but this is Speed not more than half the cooling rate when immersed in water, so no significant improvement of productivity can be achieved.

JP-A-09-164425 beschreibt die Herstellung von geschweißten Rohren aus rostfreiem Martensit-Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt durch Laserstrahl-Schweißen unter anschließendem Erwärmen und Abkühlen nur der Schweißzone.JP-A-09-164425 describes the production of welded pipes made of stainless steel Low carbon martensitic steel by laser beam welding under followed by Heat and just cooling the welding zone.

JP-A-09-155574 betrifft ein lasergeschweißtes Rohr aus rostfreiem Martensit-Stahl, stellt aber keine Abschreck- oder Temperungsstufen nach der Herstellung des Rohrs bereit.JP-A-09-155574 relates to a laser welded Stainless martensitic steel tube, but does not or tempering stages after the tube is manufactured.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Rohrs aus rostfreiem Stahl bereitzustellen, das sich in Bezug auf Festigkeit und Zähigkeit hervorragend verhält und das im wesentlichen aus einer einzigen Phase mit einem Gehalt an 95% oder mehr einer Martensit- Phase besteht. Ferner soll erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Stahlrohrs bereitgestellt werden, ohne dass es zu Abschreckrissen kommt, wenn während des Herstellungsverfahrens ein Abschrecken mit Wasser durchgeführt wird.The object of the invention is to provide a method for producing a stainless steel tube which is excellent in strength and toughness and which consists essentially of a single phase containing 95% or more of a martensite phase. Furthermore, according to the invention, a method for producing such a steel tube is to be provided without it leading to Ab Terrible tears occur when water quenching is performed during the manufacturing process.

Somit wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Rohrs aus rostfreiem Martensit-Stahl durch Lochbildung und Walzen oder Warmstrangpressen unter anschließendem Abschrecken mit Wasser bereitgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist,
dass der Stahl folgende Bestandteile enthält: 0,01 bis 0,2% C, 1% oder weniger Si, 0,1 bis 5% Mn, 7 bis 15% Cr und 0 bis 8% Ni; und gegebenenfalls mindestens einen der Bestandteile Ca, Mg, La und Ce, jeweils in einer Menge von 0,001 bis 0,01%; Mo und/oder W in einer Menge, dass Mo + 0,5 W bis zu 5% beträgt; einen oder mehrere der Bestandteile Nb, Ti und Zr jeweils in einer Menge von 0,005 bis 0,1%; Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen;
und dass die Wanddicke t(mm) des Rohrs und der Gehalt an C und Cr des Stahls die folgende Beziehung erfüllen: t(mm) ≤ exp {5,21–18,1C(%) – 0,0407Cr(%)}. Thus, according to the invention, a method for producing a tube made of stainless martensite steel by hole formation and rolling or hot extrusion with subsequent quenching with water is provided, which is characterized in that
that the steel contains the following components: 0.01 to 0.2% C, 1% or less Si, 0.1 to 5% Mn, 7 to 15% Cr and 0 to 8% Ni; and optionally at least one of the components Ca, Mg, La and Ce, each in an amount of 0.001 to 0.01%; Mo and / or W in an amount such that Mo + 0.5 W is up to 5%; one or more of Nb, Ti and Zr each in an amount of 0.005 to 0.1%; Balance Fe and inevitable impurities;
and that the wall thickness t (mm) of the pipe and the C and Cr content of the steel satisfy the following relationship: t (mm) ≤ exp {5.21-18.1C (%) - 0.0407Cr (%)}.

Die Erfinder haben eine Reihe von Untersuchungen über die Einflüsse von chemischen Komponenten und der Wanddicke auf die Bildung von Abschreckrissen bei Rohren aus rostfreiem Martensit-Stahl mit einer Wanddicke von etwa 10 bis 30 mm durchgeführt.The Inventors have done a number of studies on the influences of chemical components and the wall thickness on the formation of quenching cracks for pipes made of stainless martensite steel with a wall thickness of performed about 10 to 30 mm.

Beim Abschrecken von Stahl ist der Gehalt an C von großer Bedeutung, da er nicht nur die Härte nach dem Abschrecken festlegt, sondern auch in starkem Maße dessen Zähigkeit beeinflusst. Demzufolge wurde die Beziehung zwischen dem C-Gehalt und der Schlagzähigkeit beim Sharpy-Schlagtest an einem Rohr aus rostfreiem Martensit-Stahl mit einem Gehalt an 13% Cr untersucht.At the Quenching steel, the C content is very important, since he's not just the hardship after deterring, but also to a large extent toughness affected. As a result, the relationship between the C content and impact strength in the Sharpy impact test on a tube made of stainless martensite steel examined with a content of 13% Cr.

Die Testergebnisse sind in 1 dargestellt. Aus 1 ist ersichtlich, dass dann, wenn der C-Gehalt 0,2% übersteigt, der Schlagzähigkeitswert erheblich abnimmt. Die Abschreckrisse gelten als Folge von inneren Spannungen, die durch die Differenz der Initiationszeit der Transformation zwischen dem Oberflächenbereich und dem zentralen Bereich der Rohrwand während der Abkühlstufe entstehen. Es wird ferner angenommen, dass dann, wenn die Zähigkeit unbefriedigend ist, es leicht zur Bildung von Abschreckrissen kommt. Um daher Abschreckrisse zu verhindern, ist es wesentlich, den C-Gehalt so zu vermindern, dass eine zufriedenstellende Zähigkeit gewährleistet ist.The test results are in 1 shown. Out 1 it can be seen that when the C content exceeds 0.2%, the impact value decreases significantly. The quenching cracks are considered to result from internal stresses that arise from the difference in the initiation time of the transformation between the surface area and the central area of the tube wall during the cooling stage. It is also believed that if toughness is unsatisfactory, quenching cracks tend to form. Therefore, in order to prevent quenching cracks, it is essential to reduce the C content in such a way that satisfactory toughness is ensured.

Anschließend wurde unter Verwendung von Stahlrohren, deren C-Gehalt unter 0,2% lag und die unterschiedliche chemische Zusammensetzungen und Wanddicken aufwiesen, die Bildung von Abschreckrissen beim Abschrecken mit Wasser untersucht. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass Abschreckrisse tendenziell in der in 2 dargestellten Art auftraten. Genauer ausgedrückt, die Grenze der Wanddicke, bei der sich keine Risse entwickeln, hängt in starkem Maße vom C-Gehalt ab und die Grenze der Wanddicke nimmt mit zunehmendem C-Gehalt ab. Außerdem verändert sich auch die Grenze der Wanddicke, bei der es nicht zu Rissbildungen kommt, in Abhängigkeit vom Cr-Gehalt, wobei dessen Einfluss jedoch nicht so signifikant ist.Subsequently, the formation of quenching cracks when quenching with water was investigated using steel tubes whose C content was below 0.2% and which had different chemical compositions and wall thicknesses. As a result, it was found that quenching cracks tended to occur in the 2 shown type occurred. More specifically, the wall thickness limit at which no cracks develop largely depends on the C content, and the wall thickness limit decreases as the C content increases. In addition, the limit of the wall thickness, at which there are no cracks, changes depending on the Cr content, although its influence is not so significant.

Da beim Abschrecken in Wasser ein Rohr aus rostfreiem Martensit-Stahl durch die gesamte Wand des Stahlrohrs hindurch einer Martensit-Umwandlung unterliegt, lässt sich leicht annehmen, dass bei einer höheren Wanddicke sich tendenziell stärkere innere Spannungen entwickeln. Außerdem bringt ein höherer C-Gehalt selbst dann, wenn die Martensit-Umwandlung im wesentlichen zu 100% abläuft, stärkere innere Spannungen mit sich, da der Volumenausdehnungskoeffizient des Stahls um so größer wird, je höher der C-Gehalt ist. Als Grund, warum wegen eines höheren Gehalts an Cr Rissbildungen auftreten, wird angenommen, dass die Zähigkeit des Stahls mit zunehmender Festigkeit abnimmt.There when quenched in water, a tube of stainless martensite steel through the entire Wall of the steel tube is subject to a martensite transformation, can be easily assume that with a higher wall thickness tends to more develop inner tensions. It also brings a higher C content even if the martensite conversion expires essentially 100%, more internal stresses because of the expansion coefficient the steel gets bigger The higher is the C content. As a reason why because of a higher content of Cr cracks occur, it is believed that the toughness of the steel increases with increasing Strength decreases.

Somit wird erfindungsgemäß die Begrenzung der einzelnen Elemente des Stahls und die Beziehung zwischen der chemischen Zusammensetzung und der Wanddicke des Stahlrohrs geklärt, um Abschreckrisse zu verhindern und es zu ermöglichen, ein Rohr aus rostfreiem Martensit-Stahl einem Wasserabschreckvorgang zu unterziehen, was bis zur vorliegenden Erfindung für ein derartiges Stahlrohr als nicht möglich angesehen wurde. Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben.Consequently according to the invention, the limitation of the individual elements of steel and the relationship between the chemical composition and the wall thickness of the steel pipe clarified to quench cracks prevent and enable a pipe made of stainless martensite steel a water quenching process to undergo what until the present invention for such Steel pipe as not possible was viewed. The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawing described in more detail.

1 ist ein Diagramm, das den Einfluss des C-Gehalts auf die Zähigkeit (Sharpy-Schlagzähigkeitswert (vEo)) eines rostfreien Stahls mit einem Gehalt an 13% Cr nach dem Abschrecken zeigt. 1 Fig. 12 is a graph showing the influence of the C content on toughness (Sharpy impact value (vEo)) of a stainless steel containing 13% Cr after quenching.

2 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem C-Gehalt und der Dicke einer Rohrwand beim Auftreten von Abschreckrissen zeigt, wenn Rohre aus rostfreiem Stahl mit einem Gehalt an 9% und 14% Cr in Wasser abgeschreckt werden. 2 is a graph showing the relationship between the C content and the thickness of a pipe wall quench cracking occurs when stainless steel tubes containing 9% and 14% Cr are quenched in water.

Der Grund für die Begrenzung der chemischen Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Stahls wird nachstehend ausführlich beschrieben, wobei Prozentangaben sich auf das Gewicht beziehen.The reason for the limitation of the chemical composition of the steel according to the invention detailed below described, with percentages based on weight.

Der C-Gehalt beeinflusst in starkem Maße die Festigkeit und die Zähigkeit nach dem Abschrecken. Ein größerer Gehalt führt zu einem Anstieg der Festigkeit, wobei aber die Zähigkeit abnimmt, wie in 1 gezeigt ist. Ein zu hoher Gehalt ist im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit nicht günstig. Angesichts dieser Tatsachen wird zusammen mit dem Auftreten von Abschreckrissen, die sich aus einer Verringerung der Zähigkeit ergeben, der C-Gehalt auf 0,2% oder darunter begrenzt. Es ist darauf hinzuweisen, dass dann, wenn der C-Gehalt äußerst gering ist, ein gewünschter Härtegrad nicht erzielt werden kann. Daher beträgt der C-Gehalt 0,01 bis 0,2%. Vorzugsweise liegt der C-Gehalt im Bereich von 0,01 bis 0,15%.The C content greatly influences the strength and toughness after quenching. A higher content leads to an increase in strength, but the toughness decreases, as in 1 is shown. A too high content is not favorable in terms of corrosion resistance. In view of these facts, together with the occurrence of quenching cracks resulting from a reduction in toughness, the C content is limited to 0.2% or less. It should be noted that if the C content is extremely low, a desired degree of hardness cannot be achieved. Therefore, the C content is 0.01 to 0.2%. The C content is preferably in the range from 0.01 to 0.15%.

Si wird als Desoxidationsmittel bei der Stahlläuterung zugesetzt. Der Si-Gehalt beträgt 1% oder weniger, wie bei üblichen Rohren aus rostfreiem Stahl festgelegt ist.Si is added as a deoxidizer in steel refining. The Si content is 1% or less, as with usual Stainless steel pipes is fixed.

Mn stellt ein Element zur Verbesserung der Warmbearbeitung dar und soll in Mengen von 0,1% oder mehr vorhanden sein, um diese Wirkung bei der Zugabe zu erreichen. Steigt jedoch der Mn-Gehalt, so bleibt nach dem Abschrecken eine Austenit-Struktur erhalten und die Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit werden beeinträchtigt. Somit soll der Mn-Gehalt höchstens 5% betragen. Sofern Beständigkeit gegen Lochkorrosion erforderlich ist, soll der Mn-Gehalt unter 1% liegen und vorzugsweise nicht mehr als 0,5% betragen.Mn represents an element to improve hot working and should be present in amounts of 0.1% or more to achieve this effect to achieve with the addition. However, if the Mn content increases, it remains get an austenite structure after quenching and toughness and corrosion resistance are affected. Thus the Mn content should at most Amount to 5%. If durability against pitting corrosion, the Mn content should be below 1% lie and are preferably not more than 0.5%.

Cr stellt ein wesentliches Element zur Gewährleistung einer korrosionsbeständigen Beschaffenheit von rostfreiem Stahl dar. Der Cr-Gehalt liegt im Bereich von 7 bis 15%. Bei einem Cr-Gehalt von 7% oder mehr lässt sich die Korrosionsgeschwindigkeit des Stahls so weit verringern, dass in der Praxis unter verschiedenen Umweltbedingungen keine Probleme mehr entstehen. Um jedoch einen korrosionsbeständigen Film, der bei rostfreiem Stahl vorliegt, zu bilden, soll Cr vorzugsweise in Mengen von 10% oder mehr enthalten sein. Bei einem übermäßigen Cr-Gehalt tritt beim Erwärmen auf hohe Temperaturen zum Zeitpunkt der Abschreckung eine δ-Phase auf. Sofern eine δ-Phase nach dem Abschrecken zurückbleibt, führt sie zu einer Verringerung der Korrosionsbeständigkeit. Außerdem besteht bei einem übermäßigen Cr-Gehalt die Tendenz zur Entwicklung von Abschreckrissen, so dass die Obergrenze des Cr-Gehalts 15% beträgt.Cr represents an essential element for ensuring a corrosion-resistant quality of stainless steel. The Cr content is in the range of 7 to 15%. With a Cr content of 7% or leaves more the rate of corrosion of the steel decreases so much that in practice under different environmental conditions no problems arise more. However, to make a corrosion-resistant film that is rustproof Steel is present, Cr should preferably be present in amounts of 10% or more may be included. If the Cr content is excessive, it occurs when heated high temperatures at the time of quenching have a δ phase. If a δ phase after quenching, leads them to reduce corrosion resistance. There is also with an excessive Cr content Tendency to develop quenching cracks, so the upper limit of the Cr content is 15%.

Ni muss nicht vorhanden sein. Jedoch bewirkt Ni nicht nur eine Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit, sondern auch eine Verbesserung der Festigkeit und der Zähigkeit. Demzufolge kann Ni gegebenenfalls in einem Bereich bis zu 8% vorhanden sein. Um diese Wirkungen zu entfalten, ist es bevorzugt, dass Ni in Mengen von 0,3% oder mehr enthalten ist. Wenn jedoch Ni in einer überschüssigen Menge vorliegt, so entsteht eine bleibende Austenit-Struktur, was eine Beeinträchtigung sowohl der Korrosionsbeständigkeit als auch der Zähigkeit bewirkt. Daher soll der Ni-Gehalt nur bis zu 8% betragen.Ni does not have to be present. However, Ni does not only bring about an improvement corrosion resistance, but also an improvement in strength and toughness. As a result, Ni may be present in a range up to 8% his. In order to exert these effects, it is preferred that Ni is contained in amounts of 0.3% or more. However, if Ni in an excessive amount there is a permanent austenite structure, which is a impairment both the corrosion resistance as well as toughness causes. Therefore, the Ni content should only be up to 8%.

Zur Verbesserung der Warmbearbeitbarkeit bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Stahlrohrs können mindestens einer der Bestandteile Ca, Mg, La und Ce jeweils in einem Bereich von 0,001 bis 0,01% zugesetzt werden. Durch Zusatz dieser Elemente werden Defekte während des Herstellungsverfahrens für das Rohr sowie Abschreckrisse, die durch das Abschrecken mit Wasser verursacht werden, unterdrückt.to Improvement of the hot workability in the production of a steel pipe according to the invention can at least one of the components Ca, Mg, La and Ce each in one area from 0.001 to 0.01% can be added. By adding these elements become defects during the manufacturing process for the pipe as well as quenching cracks caused by water quenching caused, suppressed.

Bei gemeinsamer Verwendung dienen Cr, Mo und W dazu, die Beständigkeit gegen Lochfraßkorrosion und die Beständigkeit gegen Sulfidbelastungskorrosion erheblich zu verbessern. Gegebenenfalls können Mo und/oder W zugesetzt werden. Eine günstige Wirkung wird erzielt, wenn der Gehalt an Mo + 0,5 W 0,2% oder mehr beträgt. Wenn andererseits der Gehalt an Mo + 0,5 W 5% übersteigt, tritt eine δ-Phase auf, wodurch nicht nur die Korrosionsbeständigkeit gesenkt, sondern auch die Warmbearbeitbarkeit vermindert wird.at When used together, Cr, Mo and W serve to improve durability against pitting corrosion and the durability against sulfide corrosion. Possibly can Mo and / or W can be added. A beneficial effect is achieved when the Mo + 0.5 W content is 0.2% or more. If on the other hand, the Mo + 0.5 W content exceeds 5%, a δ phase occurs, which not only lowers corrosion resistance, but also the hot workability is reduced.

Nb, Ti bzw. Zr bewirken eine Fixierung von C und eine Verringerung von Variationen der Festigkeit. Gegebenenfalls können eines oder mahrere dieser Elemente zugesetzt werden. Sofern sie zugesetzt werden, liegt der Anteil dieser Elemente jeweils im Bereich von 0,005 bis 0,1%.Nb, Ti and Zr fix C and decrease Variations in strength. If necessary, one or more of these Elements are added. If they are added, the Share of these elements in the range from 0.005 to 0.1%.

Weitere unvermeidliche Verunreinigungen, wie P, S, N, O und dergl., beeinträchtigen die Korrosionsbeständigkeit und die Zähigkeit, wie bei üblichen rostfreien Stählen. Ihr Anteil soll vorzugsweise so gering wie möglich sein.Further inevitable impurities such as P, S, N, O and the like the corrosion resistance and the toughness like usual stainless steels. Their share should preferably be as low as possible.

Um die Anforderungen an die chemische Zusammensetzung des Stahls gemäß den vorstehenden Ausführungen zu erfüllen, soll die Wanddicke t(mm) des Stahlrohrs die folgende Beziehung (1) erfüllen: t(mm) ≤ exp {5,21–18,1C(%) – 0,0407Cr(%)} (1). To meet the requirements for the chemical composition of the steel according to the above To fulfill designs, the wall thickness t (mm) of the steel pipe should satisfy the following relationship (1): t (mm) ≤ exp {5.21-18.1C (%) - 0.0407Cr (%)} (1).

Diese Beziehung wurde auf der Basis der in 2 dargestellten Ergebnisse eingeführt, wobei eine ungefähre Grenzlinie zwischen dem Bereich, wo es zu Abschreckrissen kommt, und dem Bereich, wo durch das Abschrecken mit Wasser keine Abschreckrisse auftreten, aufgestellt wurde. Liegt die Wanddicke t(mm) eines Stahlrohrs innerhalb des Bereichs, der die vorstehende Beziehung erfüllt, so treten beim Abschrecken mit Wasser keine Abschreckrisse auf. Übersteigt die Wanddicke den Bereich dieser Beziehung, so steigt die Möglichkeit, dass Abschreckrisse hervorgerufen werden.This relationship was based on the in 2 results are presented, with an approximate boundary between the area where quenching cracks occur and the area where quenching cracks do not occur due to water quenching. If the wall thickness t (mm) of a steel pipe is within the range satisfying the above relationship, no quenching cracks occur when quenched with water. If the wall thickness exceeds the range of this relationship, the possibility that quenching cracks are caused increases.

Es ist darauf hinzuweisen, dass das Abschrecken mit Wasser beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren nicht nur ein Verfahren umfasst, bei dem ein Stahlrohr in Wasser, das sich in einem Wassergefäß befindet, getaucht wird, sondern auch ein Verfahren, bei dem eine große Menge an Wasser auf die innere und äußere Oberfläche eines Stahlrohrs gegossen wird, was es ermöglicht, das Rohr in wesentlichem Umfang im Wasser abzuschrecken.It It should be noted that water quenching in the manufacturing process of the invention not just a process where a steel pipe is in water, which is in a water container is dipped, but also a process in which a large amount of water on the inner and outer surface of a Steel pipe is cast, which allows the pipe to be made in essential To deter scope in water.

Nach dem Abschrecken mit Wasser wird normalerweise an einem Stahlrohr eine Vergütungsbehandlung durchgeführt, um optimale mechanische Eigenschaften für einen bestimmten Anwendungszweck zu erzielen.To water quenching is usually done on a steel pipe a compensation treatment carried out, for optimal mechanical properties for a specific application to achieve.

BeispieleExamples

Blöcke aus Stahl mit der in Tabelle 1 angegebenen chemischen Zusammensetzung wurden hergestellt, wonach durch Warmschmieden vorgewalzte Blöcke mit einem Durchmesser von 200 mm geformt wurden. Die vorgewalzten Blöcke wurden jeweils zu Rohren mit einem Außendurchmesser von 120 mm, einer Wanddicke von 30 mm und einer Länge von etwa 5 m geformt, wobei man sich eines Warmextrusionsverfahrens bediente. Die einzelnen Rohre wurden zu Stücken von 1 m Länge zugeschnitten, wonach eine maschinelle Bearbeitung folgte, um Rohrstücke mit unterschiedlichen Wanddicken von 1,0 bis 28 mm bereitzustellen. Diese Rohre wurden jeweils 30 Minuten auf 1000°C erwärmt, wonach sie durch Eintauchen in ein Wassergefäß mit Wasser abgeschreckt wurden. Nach dem Abschrecken wurde visuell festgestellt, ob Abschreckrisse aufgetreten waren oder nicht.Blocks out Steel with the chemical composition given in Table 1 were manufactured, after which blocks pre-rolled by hot forging with were formed with a diameter of 200 mm. The pre-rolled blocks were each to tubes with an outer diameter of 120 mm, a wall thickness of 30 mm and a length of molded about 5 m using a hot extrusion process served. The individual pipes were cut into pieces of 1 m length, which was followed by machining to make pipe pieces to provide different wall thicknesses from 1.0 to 28 mm. This Tubes were each heated to 1000 ° C for 30 minutes, after which they were immersed in a water container with water were put off. After quenching, it was visually determined whether quenching cracks had occurred or not.

Beim Abschrecken in Wasser wurde ein Wasserstrom so geführt, dass das Wasser gründlich entlang den inneren Oberflächen der Rohre zirkulierte. Die Abkühlgeschwindigkeit wurde bestimmt, indem man die zum Abkühlen des Stahlrohrs von 800 auf 500°C erforderliche Zeitspanne in der Mitte der Rohrwand mit einem Thermoelement maß und den Wert auf eine Einheit von °C/Sekunde umrechnete.At the Quenching in water, a stream of water was conducted so that the water thoroughly along the inner surfaces of the pipes circulated. The cooling rate was determined by using the 800 to 500 ° C required time in the middle of the pipe wall with a thermocouple measure and the value to a unit of ° C / second umrechnete.

Nach dem Abschrecken wurde jedes Rohr bei 550°C vergütet. Sodann wurden ein Zugtest und ein Sharpy-Schlagtest an Prüfkörpern, die aus jedem Rohr entnommen worden waren, zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften durchgeführt. Tabelle 1

After quenching, each tube was tempered at 550 ° C. A tensile test and a Sharpy impact test were then carried out on test specimens removed from each tube to determine the mechanical properties. Table 1

In Tabelle 2 sind die Ergebnisse eines Versuches zur Bestimmung der Beziehung zwischen der Wanddicke eines Stahlrohrs und den Abschreckrissen sowie die mechanischen Eigenschaften eines Stahlrohrs nach dem Abschrecken und Vergüten zusammengestellt. Aus diesen Ergebnissen geht hervor, dass im Fall der Tests 2 bis 6 und 8, bei denen die chemische Zusammensetzung und die Wanddicke innerhalb der erfindungsgemäßen Bereiche lagen, keine Abschreckrisse auftraten. Dagegen kam es bei den Tests Nr. 9 und 10, bei denen die Wanddicke in dem durch die Beziehung (1) definierten Bereich lag, jedoch der Gehalt an C oder Cr den erfindungsgemäß definierten Bereich überstieg, zu Abschreckrissen. Im Fall der Tests Nr. 12 bis 14, bei denen die chemische Zusammensetzung innerhalb des erfindungsgemäß definierten Bereiches lag, jedoch die Wanddicke außerhalb des in der Beziehung (1) definierten Bereiches lag, kam es zu Abschreckrissen. Beim Test Nr. 15 traten keine Spannungsrisse auf, jedoch wurde die Beibehaltung einer Austenit-Struktur festgestellt, so dass der vTs-Wert (Übergangstemperatur) hoch war. Tabelle 2

Table 2 shows the results of an experiment to determine the relationship between the wall thickness of a steel pipe and the quenching cracks, and the mechanical properties of a steel pipe after quenching and tempering. From these results it can be seen that in the case of tests 2 to 6 and 8, in which the chemical composition and the wall thickness were within the ranges according to the invention, no quenching cracks occurred. In contrast, quenching cracks occurred in tests Nos. 9 and 10, in which the wall thickness was in the range defined by the relationship (1), but the content of C or Cr exceeded the range defined according to the invention. In the case of tests Nos. 12 to 14, in which the chemical composition was within the range defined according to the invention, but the wall thickness was outside the range defined in relation (1), quenching cracks occurred. No stress cracks occurred in test No. 15, but the retention of an austenite structure was determined, so that the vTs value (transition temperature) was high. Table 2

Erfindungsgemäß lässt sich ein Rohr aus rostfreiem Martensit-Stahl, das herkömmlicherweise nur einer langsamen Abkühlung oder einer Abkühlung mit Öl unterzogen worden war, um Abschreckrisse zu verhindern, durch Abschrecken mit Wasser herstellen. Auf diese Weise lässt sich die Abkühlzeit bei der Abschreckstufe verkürzen, was nicht nur eine erhebliche Verbesserung der Produktivität mit sich bringt, sondern auch die Kosten für die Anlage verringert.According to the invention a tube made of stainless martensite steel, which is traditional just a slow cool down or a cool down with oil had been subjected to quench cracking by quenching make with water. In this way you can cool down shorten the quenching stage, which is not just a significant improvement in productivity brings, but also reduces the cost of the plant.

Claims

Process for the production of a tube made of stainless martensite steel by hole formation and rolling or hot extrusion with subsequent quenching with water, characterized in that the steel contains the following components: 0.1 to 0.2% C, 1% or less Si, 0, 1 to 5% Mn, 7 to 15% Cr and 0 to 8% Ni; and optionally at least one of the components Ca, Mg, La and Ce, each in an amount of 0.001 to 0.01%; Mo and / or W in an amount such that Mo + 0.5 W is up to 5%; one or more of Nb, Ti and Zr each in an amount of 0.005 to 0.1%; Rest Fe and inevitable impurities; and that the wall thickness t (mm) of the pipe and the C and Cr content of the steel satisfy the following relationship: t (mm) ≤ exp {5.21-18.1C (%) - 0.0407Cr (%)}.

Use one by pitting and rolling or Hot extrusion obtainable by the method of claim 1 Martensite steel pipe in an oil or natural gas well.

A method according to claim 1 or use according to claim 2, the carbon content being 0.01 to 0.15%.

A method according to claim 1 or use according to claim 2, the manganese content being less than 1%.

A method according to claim 1 or use according to claim 2, wherein the manganese content is not more than 0.5%.