EP3899065A1 - Bohrstrangkomponente mit hoher korrosionsbeständigkeit und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Bohrstrangkomponente mit hoher korrosionsbeständigkeit und verfahren zu ihrer herstellung

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EP3899065A1
EP3899065A1 EP19835388.0A EP19835388A EP3899065A1 EP 3899065 A1 EP3899065 A1 EP 3899065A1 EP 19835388 A EP19835388 A EP 19835388A EP 3899065 A1 EP3899065 A1 EP 3899065A1
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EP
European Patent Office
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bohrstrangkom
detection limit
alloy
component according
nitrogen
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EP19835388.0A
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EP3899065C0 (de
EP3899065B1 (de
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Rainer FLUCH
Andreas KEPLINGER
Martin WÖLS
Bernd HOLPER
Walter SPRUZINA
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Schoeller Bleckmann Oilfield Technology GmbH and Co KG
Voestalpine Boehler Edelstahl GmbH and Co KG
Original Assignee
Schoeller Bleckmann Oilfield Technology GmbH and Co KG
Voestalpine Boehler Edelstahl GmbH and Co KG
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a Bohrstrangkom component, in particular for use in media with a high corrosive attack and a method for their production.
  • Such parts are in particular the so-called drill collars or MWD (measurement while drilling) and LWD (logging while drilling) parts, which are arranged above the actual drill head and serve, among other things, to accommodate the corresponding measuring electronics.
  • MWD measurement while drilling
  • LWD logging while drilling
  • drill string components are not only made from the corresponding alloys, but that appropriate post-treatments ensure that there is a homogeneous, high-strength and, in particular, high-impact structure, in which, for example, intermetallic phases, coarse carbides or the like , no crack exit is brought about.
  • drill string components in order to be particularly suitable for deep hole drilling, are selected so that the minimum values of the mechanical properties, in particular the 0.2% proof stress and tensile strength, are able to withstand the dynamically changing loads that occur.
  • Such a drill string component is known, for example, from AT 412 727 B.
  • the corrosion-resistant austenitic steel alloy chosen here is an alloy that in particular comprises high manganese, chromium and molybdenum and nickel contents.
  • nitrogen is present in a content of 0.35% by weight to 1.05% by weight, nitrogen also supposed to contribute to corrosion resistance and being a strong austenite former.
  • nitrogen-containing precipitates in particular chromium nitride, increases with increasing nitrogen content.
  • manganese in particular in amounts of more than 19-30% by weight is provided. This is to ensure that non-porous materials can also be produced when solidifying under atmospheric pressure. Incidentally, the manganese is said to be stabilize the austenite structure against the formation of forming martensite at high degrees of deformation.
  • EP 1 069 202 A1 discloses a paramagnetic, corrosion-resistant, austenitic steel with a high yield strength, strength and toughness, which is said to be corrosion-resistant in particular in media with a high chloride concentration, this steel being 0.6% by mass to 1.4% .-% nitrogen should contain, with 17 to 24 M .-% chromium and manganese are included.
  • WO 02/02837 Al discloses a corrosion-resistant material for use in media with a high chloride concentration in oil field technology. This is a chromium nickel molybdenum super austenite, which is formed with comparatively low nitrogen contents, but with very high chromium and very high nickel contents.
  • chrome manganese nitrogen steels are a rather inexpensive alloy composition, which nevertheless offers an excellent combination of strength, toughness and corrosion resistance.
  • the chromium nickel molybdenum steels mentioned achieve significantly higher corrosion resistance than chromium manganese nitrogen steels, but are associated with considerably higher costs due to the very high nickel content.
  • Superaustenites usually have a molybdenum content> 4% in order to achieve the high corrosion resistance.
  • molybdenum increases the tendency to segregation and thus an increased susceptibility to excretions, especially sigma or chi phases. The consequence of this is that these alloys require a homogenization annealing or, if the values are above 4% molybdenum, remelting is necessary to reduce segregation.
  • MARC Cr + 3.3 Mo + 20 N + 20 C - 0.25 Ni - 0.5 Mn.
  • Classic chrome bar steels are the chrome manganese nitrogen steels that have already been mentioned because they are still relatively cheap with excellent properties. They are used here without niobium, manganese sulfides being formed due to the higher manganese content, which has a negative effect on the corrosion properties.
  • Comparable steel grades are also known for use as shipbuilding steels for submarines, which are chromium-nickel manganese nitrogen steels alloyed with that of niobium to stabilize the carbon, but this worsens the impact strength. These steels are generally low in manganese and have a relatively good corrosion resistance here, but they do not achieve the strength of very high quality rods and, above all, not their toughness.
  • the object of the invention is to provide a drill string component, in particular for use in oil field technology, in particular a drill collar which shows high corrosion resistance, high strength and good paramagnetic behavior.
  • the drill string component should have a completely austenitic structure, in particular without deformation martensite, even after cold working, the magnetic permeability p r ⁇ 1.01 preferably p r ⁇ 1.005. Since ferrite or deformation martensite exhibit a magnetic behavior, they therefore increase the permeability and should therefore be avoided according to the invention.
  • the yield strength is R p o, 2 > 450 MPa and can easily reach values> 500 MPa, whereby the impact energy at 20 ° C is greater than 350 J and also reaches values up to 440 J become.
  • the yield strength is safely at R po , 2 > 1000 MPa and in practice values of up to 1100 MPa are achieved, whereby strain hardening work at 20 ° C is safely greater than 80J, with values of 200 J being reached in practice become.
  • the impact energy was determined according to DIN EN ISO 148-1.
  • values for the product of tensile strength Rm with impact strength KV of more than 100000 MPa J, preferably> 200000 MPa J, particularly preferably> 300000 MPa J, can be achieved.
  • the alloy according to the invention comprises the following elements (all figures in% by weight):
  • Phosphorus (P) ⁇ 0.05 ⁇ 0.05 ⁇ 0.05
  • Tungsten (W) ⁇ 0.5 ⁇ 0.1
  • copper (Cu) ⁇ 0.5 ⁇ 0.15 ⁇ 0.1
  • Co Co
  • Ti titanium
  • AI detection limit aluminum
  • Niobium (Nb) ⁇ 0.1 ⁇ 0.025 below detection limit
  • the rest consists of 100% iron (as noted in the table) and inevitable impurities.
  • the first column (far left) shows the composition with which it is basically possible to implement a collar according to the invention with the respective positive properties.
  • Preferred variants are shown in the following columns, although not all alloying elements necessarily have to be present in a restricted manner; combinations of, for example, 5.2% Mn with 23.1% chromium are also conceivable.
  • Carbon can be contained in a steel alloy according to the invention in contents of up to 0.25%. Carbon is an austenite former and has a positive effect on high mechanical properties. With a view to avoiding carbide precipitates, the carbon content can be set between 0.01 and 0.1% by weight.
  • Silicon is provided in a content of up to 0.5% by weight and mainly serves to deoxidize the steel.
  • the specified upper limit certainly avoids the formation of intermetallic phases. Since silicon is also a ferrite former, the upper limit with a safety range has also been selected in this regard. In particular, silicon can be provided in a content of 0.1-0.3% by weight.
  • Manganese is contained in amounts of 3 - 8% by weight. This is an extremely low value compared to prior art materials. So far, it has been assumed that manganese contents of more than 19% by weight, if possible more than 20% by weight, are necessary for high nitrogen solubility. Surprisingly, it has been found in the present alloy that even with the low manganese contents according to the invention, a nitrogen solubility is achieved which is above what is possible according to the prevailing technical opinion. However, it has been found according to the invention that this is apparently not necessary due to the unexplained synergistic effects in the present alloy.
  • the lower limit for manganese can be selected at 3.0 or 3.5 or 4.0 or 4.5 or 5.0%.
  • the upper limit for manganese can be selected at 6.0 or 6.5 or 7.0 or 7.5 or 8.0%.
  • the upper limit for copper can be selected at ⁇ 0.5% by weight or ⁇ 0.15% by weight or ⁇ 0.10% by weight or below the detection limit (i.e. without any deliberate addition).
  • the alloying of copper has been found to be advantageous for the resistance in sulfuric acid according to the literature, it was found that copper> 0.5% increases the tendency to precipitate chromium nitrides, which has a negative effect on the corrosion properties. According to the invention, the upper limit is therefore set at 0.5%.
  • Chromium has a content of 17% by weight or more than is necessary for a higher corrosion resistance. According to the invention, at least 23% and at most 30% are chromium contain. It has previously been assumed that contents higher than 24% by weight have a disadvantageous effect on the magnetic permeability because chromium is one of the ferrite-stabilizing elements. In contrast, it was found in the alloy according to the invention that even very high chromium contents above 23% did not negatively influence the magnetic permeability in the present alloy, but, as is known, the resistance to pitting and stress corrosion cracking was optimally influenced.
  • the lower limit for chrome can be selected at 23 or 24 or 25 or 26%.
  • the upper limit for chromium can be selected at 28 or 29 or 30%.
  • Molybdenum is an element that contributes significantly to corrosion resistance in general and pitting corrosion resistance in particular, the effect of Mo lybdän is enhanced by nickel. According to the invention, 2 to 4% by weight of molybdenum are added.
  • the lower limit for molybdenum can be selected at 2.0 or 2.1 or 2.2 or 2.3 or 2.4 or 2.5.
  • the upper limit for molybdenum can be chosen as 3.5 or 3.6 or 3.7 or 3.8 or 3.9 or 4.0%. Higher levels of molybdenum make ESU treatment imperative to prevent segregation. Remelting processes are very complex and expensive. Therefore, according to the invention, DESU or ESU routes should be avoided.
  • tungsten is present in contents below 0.5% and contributes to increasing the corrosion resistance.
  • the upper limit for tungsten can be selected at 0.5 or 0.4 or 0.3 or 0.2 or 0.1% or below the detection limit (i.e. without any deliberate allowance).
  • nickel is present in contents of 10 to 16%, as a result of which a high stress corrosion cracking resistance is achieved in media containing chloride.
  • the lower limit for nickel can be selected at 10 or 11 or 12 or 13%.
  • the upper limit for nickel can be selected at 15 or 15.5 or 16%.
  • Contents of up to 5% by weight of cobalt can be provided in particular for the substitution of nickel.
  • the upper limit for cobalt can be chosen at 5 or 3 or 1 or 0.5 or 0.4 or 0.3 or 0.2 or 0.1% or below the detection limit (ie without any deliberate addition).
  • Nitrogen is contained in amounts of 0.50 to 0.90% by weight in order to ensure high strength. Nitrogen also contributes to corrosion resistance and is a strong tenite former, which is why higher contents than 0.52% by weight, in particular higher than 0.54% by weight, are favorable.
  • the upper limit of nitrogen is limited to 0.90% by weight, whereby it has been shown that, in contrast to known alloys, despite the very low manganese content, this high nitrogen content in the alloy without any pressure embroidery (DESU) can be achieved.
  • any pressure increase within a DESU route is even forbidden. Due to the low molybdenum content according to the invention and compensated for by chromium and nitrogen, this is also not necessary. It is particularly advantageous if the nitrogen to carbon ratio is greater than 15.
  • the lower limit for nitrogen can be selected at 0.50 or 0.52 or 0.54 or 0.60 or 0.65%.
  • the upper limit for nitrogen can be selected at 0.80 or 0.85 or 0.90%.
  • Boron, aluminum and sulfur can also be included as further alloy components, but only optionally.
  • the alloy components vanadium and titanium are not necessarily contained in the present steel alloy. Although these elements contribute positively to the solubility of nitrogen, the high nitrogen solubility according to the invention can also be offered in their absence.
  • Niobium should not be contained in the alloy according to the invention, since it can lead to precipitates which reduce the toughness. Historically, niobium was only used to bind carbon, which is not necessary with the alloy according to the invention. The Levels of niobium are still tolerable up to 0.1%, but should not exceed the level of inevitable impurities.
  • Figure 1 a table showing the components of the alloy according to the invention
  • Figure 3 a table with three different alloys within the inventive concept and the resulting actual values of the nitrogen content against the arithmetic nitrogen solubility of such an alloy according to the current teaching.
  • FIG. 4 mechanical properties of the three alloys from FIG. 3 produced by a setting method according to the invention with work hardening
  • ESR Electro-slag remelting
  • DESU pressure-electroslag remelting
  • An advantage of the alloy according to the invention is that a flomogenization annealing or remelting is not necessary.
  • FIG. 2 shows an example of the possible process routes for the production of the alloy composition according to the invention.
  • a possible route is now described as an example.
  • VID vacuum induction melting unit
  • melted material is melted and treated by secondary metallurgy at the same time.
  • the melt is then poured into ingot molds and solidifies there into blocks.
  • These are then hot formed in several steps. For example, pre-forged on the P52 forging press and brought to the final dimension on the long forging machine (Rotary Forging Machine).
  • a solution annealing step and / or water cooling can also be carried out.
  • the cold forming is carried out on a long forging machine and the parts manufactured in this way are then processed.
  • the product according to the invention shows that e.g. Chromium nitride precipitates occur to a significantly lesser extent, the corrosion properties are thereby optimally influenced.
  • the necessary cold forming steps are then carried out, during which work hardening takes place.
  • the degree of deformation here is between 10 and 50%.
  • the MARC formula has been optimized to the effect that it has been found that the usual nickel removal for the system according to the invention does not apply and that the limit value of 40 is necessary.
  • a superaustenitic material according to the invention can not only be produced via the described (and in particular shown in FIG. 2) production routes, the advantageous properties of the alloy according to the invention can also be achieved by a powder metallurgical production route.
  • FIG. 3 shows three different variants within the alloy compositions according to the invention, with the nitrogen values measured in each case which have resulted in the procedure according to the invention in connection with the alloys according to the invention.
  • These very high levels of nitrogen contradict the nitrogen solubility according to Stein, Satir, Kowandar and Medovar given in the right-hand columns from “On restricting aspects in the production of non-magnetic Cr-Mn-N-alloy steels, Sailer, 2005. "Different temperatures are given at Medovar. However, it can be seen that the high nitrogen values far exceed the theoretically expected.
  • the three alloys from FIG. 3 are produced by a process according to the invention and subjected to strain hardening.
  • R p o, 2 was around 1000 MPa for all three materials and the tensile strength Rm was between 1100 MPa and 1250 MPa.
  • the notched bar impact work was an excellent 270 J to even over 300 J (alloy C - 329.5 J).

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  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Abstract

Bohrstrangkomponente, insbesondere Schwerstange, MWD-oder LWD-Komponente zur Anwendung in der Ölfeldtechnologie und insbesondere beim Tiefbohren, aus einer Legierung bestehend mit folgender Zusammensetzung (alle Angaben in Gew.-%) sowie unvermeidbaren Verunreinigungen: Elemente Kohlenstoff (C) 0,01-0,25 Silizium (Si) < 0,5 Mangan (Mn) 3,0 -8,0 Phosphor (P) < 0,05 Schwefel (S) < 0,005 Eisen (Fe) Rest Chrom (Cr) 23,0 –30,0 Molybdän (Mo) 2,0 –4,0 Nickel (Ni) 10,0 –16,0 Vanadium (V) < 0,5 Wolfram (W) < 0,5 Kupfer (Cu) < 0,5 Kobalt (Co) < 5 Titan (Ti) < 0,1 Aluminium (Al) < 0,2 Niob (Nb) < 0,1 Bor (B) < 0,01 Stickstoff (N) 0,50-0,90.

Description

Bohrstranqkom ponente mit hoher Korrosionsbeständigkeit und Verfahren zu ihrer Herstel lung
Die Erfindung betrifft eine Bohrstrangkom ponente, insbesondere zur Verwendung in Medien mit hohem korrosiven Angriff und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
In der Tiefbohrtechnik, insbesondere in der Ölfeld- oder Gasfeldtechnik ist es notwendig, ei nen Bohrlochverlauf möglichst exakt festzustellen. Dies betrifft insbesondere auch Bohrun gen, bei denen nicht ausschließlich senkrecht oder lotrecht gebohrt wird, sondern auch Boh rungen, bei denen Richtungsänderungen im Verlauf der Bohrung vorgesehen sind. Hierzu ist es notwendig, den Bohrlochverlauf möglichst exakt festzustellen, um den Bohrlochverlauf entsprechend steuern zu können. Dies erfolgt üblicherweise durch Bestimmung der Lage des Bohrkopfes mit Hilfe von Magnetfeldsonden, bei welchen das magnetische Feld der Erde zur Messung genutzt wird. Hierfür sind bestimmte Komponenten des Bohrstranges aus nicht magnetischen Legierungen gefertigt. Dies bedeutet, dass üblicherweise in unmittelbarer Nähe von Magnetfeldsonden befindliche Teile von Bohrsträngen eine relative magnetische Permeabilität PR<0,1 besitzen müssen.
Solche Teile sind insbesondere die sogenannten Schwerstangen oder MWD- (Measurement While Drilling) und LWD- (Logging While Drilling) Teile, die oberhalb des eigentlichen Bohr kopfes angeordnet sind und unter anderem dazu dienen, die entsprechende Messelektronik aufzunehmen.
Um sicherzustellen, dass die Legierungen, aus der diese Schwerstangen gefertigt sind, nicht magnetisch sind, ist man darauf angewiesen, nicht-ferritische Stahllegierungen zu verwen den. Dies sind im Wesentlichen voll- bzw. superaustenitische Legierungen. Eine weitere Anforderung an Bohrstrangkomponenten ist aber auch, dass diese einem korro siven Angriff, insbesondere einem Angriff in Medien mit hohen Chloridkonzentrationen wider stehen.
Hiermit hängt auch zusammen, dass Bohrstrangkomponenten insbesondere hohen Torsions lastwechselbeanspruchungen und Torsionsbeanspruchungen unterliegen. Ein korrosiver An griff würde hier durch Schwingungsrisskorrosion eine Schwächung herbeiführen, die die the oretische Standzeit einer solchen Bohrstrangkomponente herabsetzt.
Darüber hinaus ist es wichtig, dass derartige Bohrstrangkomponenten nicht nur aus den ent sprechenden Legierungen gefertigt sind, sondern über entsprechende Nachbehandlungen si chergestellt ist, dass ein homogenes, hochfestes und insbesondere hochschlagzähes Gefüge vorliegt, bei dem beispielsweise durch intermetallische Phasen, grobe Karbide oder ähnli ches, kein Rissausgang herbeigeführt wird.
Daher sind derartige Bohrstrangkomponenten, um insbesondere für Tieflochbohrungen ge eignet zu sein, so gewählt, dass die Mindestwerte der mechanischen Eigenschaften, insbe sondere der 0,2% Dehngrenze und Zugfestigkeit den auftretenden, dynamisch wechselnden Belastungen gewachsen sind.
Eine solche Bohrstrangkomponente ist beispielsweise aus der AT 412 727 B bekannt.
Bei der hier gewählten korrosionsbeständigen austenitischen Stahllegierung handelt es sich um eine Legierung, die insbesondere hohe Gehalte an Mangan, Chrom und Molybdän sowie Nickel umfasst.
Um eine hohe Festigkeit einzustellen, ist Stickstoff in Gehalten von 0,35 Gew.-% bis 1,05 Gew.-% vorhanden, wobei Stickstoff auch zur Korrosionsbeständigkeit beitragen soll und ein starker Austenitbildner ist. Auf der anderen Seite steigt mit zunehmendem Stickstoffgehalt die Neigung zur Bildung von stickstoffhaltigen Ausscheidungen, insbesondere Chromnitrid.
Um diese hohe Stickstofflöslichkeit zu erzielen, wird insbesondere Mangan in Gehalten von mehr als 19 - 30 Gew.% vorgesehen. Dies soll gewährleisten, dass porenfreie Werkstoffe auch beim Erstarren unter Atmosphärendruck herstellbar sind. Im Übrigen soll das Mangan bei hohen Verformungsgraden das Austenitgefüge gegen die Bildung von Umformmartensit stabilisieren.
Aus der EP 1 069 202 Al ist ein paramagnetischer, korrosionsbeständiger, austenitischer Stahl mit hoher Dehngrenze, Festigkeit und Zähigkeit bekannt, der insbesondere in Medien mit hoher Chloridkonzentration korrosionsbeständig sein soll, wobei dieser Stahl 0,6 M.-% bis 1,4 M.-% Stickstoff enthalten soll, wobei 17 bis 24 M.-% Chrom, sowie Mangan enthalten sind.
Aus der WO 02/02837 Al ist ein korrosionsbeständiger Werkstoff für die Anwendung in Me dien mit hoher Chloridkonzentration in der Ölfeldtechnik bekannt. Hierbei handelt es sich um ein Chromnickelmolybdänsuperaustenit, der mit vergleichsweise niedrigen Stickstoffgehalten, jedoch sehr hohen Chrom- und sehr hohen Nickelgehalten ausgebildet ist.
Diese Chromnickelmolybdänstähle besitzen gegenüber den davor genannten Chrommangan- stickstoffstählen üblicherweise noch ein verbessertes Korrosionsverhalten. Insgesamt sind Chrommanganstickstoffstähle eine eher kostengünstige Legierungszusammensetzung, die gleichwohl eine hervorragende Kombination aus Festigkeit, Zähigkeit und Korrosionsbestän digkeit bietet. Die genannten Chromnickelmolybdänstähle erreichen wesentlich höhere Korro sionsbeständigkeiten als Chrommanganstickstoffstähle, sind jedoch aufgrund des sehr hohen Nickelgehaltes mit wesentlich höheren Kosten verbunden.
Superaustenite weisen für gewöhnlich Molybdängehälte > 4% auf, um die hohen Korrosions beständigkeiten zu erreichen. Jedoch erhöht Molybdän die Neigung zu Seigerung und somit eine erhöhte Anfälligkeit für Ausscheidungen, insbesondere Sigma- oder Chi-Phasen. Dies hat zur Folge, dass diese Legierungen eine Homogenisierungsglühung benötigen bzw. bei Werten über 4% Molybdän ein Umschmelzen zur Reduzierung der Seigerung notwendig ist.
Grundsätzlich ist es notwendig, dass die Werkstoffe auch nach einer Kaltverformung noch eine magnetische Permeabilität in Höhe pr < 1,01 aufweisen.
Derartige Stähle haben üblicherweise eine Dehngrenze Rp o,2 von 140 KSI = 965 MPa. Kennwerte für die Korrosionsbeständigkeit sind unter anderem der sogenannte PRENi6-Wert, wobei es auch üblich ist, die sogenannte pitting equivalent number mittels MARCOPT ZU defi nieren, wobei ein Superaustenit mit einer PREN16 zu a>42 gekennzeichnet ist, wobei PREN = % Cr + 3,3 x % Mo + 16 x % N ist.
Die bekannte MARC-Formel zur Beschreibung des Lochfraßwiderstands für derartige Stähle lautet wie folgt: MARC = Cr + 3,3 Mo + 20 N + 20 C - 0,25 Ni - 0,5 Mn.
Klassische Schwerstangenstähle sind die Chrommanganstickstoffstähle, die bereits erwähnt wurden, weil sie bei hervorragenden Eigenschaften noch relativ günstig sind. Sie werden hierbei ohne Niob verwendet, wobei aufgrund höherer Mangangehalte sich Mangansulfide bilden, was sich negativ auf die Korrosionseigenschaften auswirkt.
Vergleichbare Stahlgüten sind auch für die Verwendung als Schiffbaustähle für Untersee boote bekannt, wobei es sich hierbei um Chromnickelmanganstickstoffstähle handelt, die zu dem mit Niob legiert sind, um den Kohlenstoff zu stabilisieren, was jedoch die Kerbschlagzä higkeit verschlechtert. Diese Stähle besitzen grundsätzlich wenig Mangan und besitzen hier durch eine relativ gute Korrosionsbeständigkeit, erreichen jedoch nicht die Festigkeit von Schwerstangengüten und vor allem nicht deren Zähigkeit.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bohrstrangkomponente, insbesondere für die Anwendung in der Ölfeldtechnologie zu schaffen, insbesondere eine Schwerstange, die eine hohe Korrosi onsbeständigkeit, eine hohe Festigkeit und gutes paramagnetisches Verhalten zeigt.
Die Aufgabe wird mit einer Komponente mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteil hafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
Es ist darüber hinaus eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Fierstellen der Kompo nente zu schaffen, mit der eine Bohrstrangkom ponente geschaffen wird, die bei erhöhter Korrosionsbeständigkeit eine hohe Festigkeit und ein gutes paramagnetisches Verhalten zeigt.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet. Wenn nachfolgend Prozentangaben gemacht werden, sind dies immer Gew.-% (Gewichts prozent).
Erfindungsgemäß soll die Bohrstrangkomponente ein vollkommen austenitisches Gefüge ins besondere ohne Verformungsmartensit auch nach der Kaltumformung besitzen, wobei die magnetische Permeabilität pr < 1,01 bevorzugt pr < 1,005 liegt. Da Ferrit oder Verformungs martensit ein magnetisches Verhalten zeigen, erhöhen sie daher die Permeabilität und sind daher erfindungsgemäß zu vermeiden.
Nach dem Warmumformschritt dem der Gussblock unterworfen wurde, liegt die Dehngrenze bei Rpo,2>450 MPa und kann ohne weiteres Werte >500 MPa erreichen, wobei die Kerb schlagarbeit bei 20°C größer 350 J liegt und auch Werte bis 440 J erreicht werden.
Nach der Kaltverfestigung liegt die Dehngrenze sicher bei Rpo,2>1000 MPa und wobei in der Praxis Werte bis 1100 MPa erreicht werden, wobei kaltverfestigt die Kerbschlagarbeit bei 20°C sicher größer 80J liegt, wobei in der Praxis Werte von 200 J erreicht werden.
Die Kerbschlagarbeit wurde nach DIN EN ISO 148-1 bestimmt.
Diese ausgezeichnete Kombination von Festigkeit und Zähigkeit war bislang nicht erreichbar und auch nicht erwartbar und wird durch die spezielle Legierungslage nach der Erfindung be wirkt, die diesen synergistischen Effekt erzeugt.
Erfindungsgemäß können Werte für das Produkt aus Zugfestigkeit Rm mit Kerbschlagzähig keit KV von mehr als 100000 MPa J bevorzugt > 200000 MPa J besonders bevorzugt > 300000 MPa J erreicht werden.
Die erfindungsgemäße Legierung umfasst die nachfolgenden Elemente (alle Angaben in Gew.-%):
Elemente bevorzugt weiter bevorzugt Kohlenstoff (C) 0,01 - 0,25 0,01 0,2 0,01 0,1
Silizium (Si) < 0,5 < 0,5 < 0,5
Mangan (Mn) 3,0 - 8,0 4,0 - 7,0 5,0 - 6,0
Phosphor (P) < 0,05 < 0,05 < 0,05
Schwefel (S) < 0,005 < 0,005 < 0,005 Eisen (Fe) Rest Rest Rest
Chrom (Cr) 23,0 - 30,0 24,0 - 28,0 26,0 - 28,0
Molybdän (Mo) 2,0 - 4,0 2,5 - 3,5 2,5 - 3,5
Nickel (Ni) 10,0 - 16,0 12,0 - 15,5 13,0 - 15,0
Vanadium (V) < 0,5 < 0,3 Unter Nachweisgrenze
Wolfram (W) < 0,5 < 0,1 Unter Nachweisgrenze Kupfer (Cu) < 0,5 < 0,15 < 0,1
Kobalt (Co) < 5,0 < 0,5 Unter Nachweisgrenze Titan (Ti) < 0,1 < 0,05 Unter Nachweisgrenze Aluminium (AI) < 0,2 < 0,1 < 0,1
Niob (Nb) < 0,1 < 0,025 Unter Nachweisgrenze
Bor (B) < 0,01 < 0,005 < 0,005
Stickstoff (N) 0,50 - 0,90 0,52 - 0,85 0,54 - 0,80 Wobei der Rest auf 100% aus Eisen (wie in der Tabelle vermerkt) und unvermeidlichen Ver unreinigungen besteht.
Die erste Spalte (ganz links) zeigt die Zusammensetzung, mit welcher grundsätzlich eine er findungsgemäße Schwerstange mit den jeweiligen positiven Eigenschaften realisierbar ist. Bevorzugte Varianten werden in den folgenden Spalten dargestellt, wobei aber nicht zwin gend sämtliche Legierungselemente eingeschränkt vorliegen müssen, es sind auch Kombina tion von zb unter anderem 5,2 % Mn mit 23,1 % Chrom denkbar.
Mit einer solchen Legierung werden die positiven Eigenschaften der unterschiedlichen Stahl- güten zusammengeführt.
Bei der erfindungsgemäßen Legierung ist völlig überraschend, dass sich sehr hohe Stickstoff werte einstellen lassen, welches für die Festigkeit ausgesprochen gut ist, wobei diese Stick stoffwerte überraschenderweise über denen liegen, die in der Fachliteratur als möglich ange- geben werden. Laut empirischen Methoden sind die hohen Stickstoffgehalte der erfindungs gemäßen Legierung überhaupt nicht möglich.
Im Folgenden werden die jeweiligen Elemente und gegebenenfalls im Zusammenwirken mit den übrigen Legierungsbestandteilen näher beschrieben. Alle Angaben bzgl. der Legierungs- Zusammensetzung werden in Gewichtsprozent (Gew.-%) angeführt. Obere und untere Gren zen der einzelnen Legierungselemente können innerhalb der Grenzen der Ansprüche frei mit einander kombiniert werden.
Kohlenstoff kann in einer erfindungsgemäßen Stahllegierung in Gehalten bis zu 0,25% ent halten sein. Kohlenstoff ist ein Austenitbildner und wirkt sich in Bezug auf hohe mechanische Kennwerte günstig aus. Im Hinblick auf eine Vermeidung von karbidischen Ausscheidungen kann der Kohlenstoffgehalt zwischen 0,01 und 0,1 Gew.-% eingestellt werden.
Silizium ist in Gehalten bis 0,5 Gew.-% vorgesehen und dient in der Hauptsache der Desoxi dation des Stahls. Die angegebene Obergrenze vermeidet sicher eine Ausbildung intermetalli scher Phasen. Da Silizium überdies ein Ferritbildner ist, ist auch diesbezüglich die Obergrenze mit einem Sicherheitsbereich gewählt. Insbesondere kann Silizium in Gehalten von 0,1 - 0,3 Gew.-% vorgesehen sein.
Mangan ist in Gehalten von 3 - 8 Gew.-% enthalten. Dies ist gegenüber Werkstoffen nach dem Stand der Technik ein ausgesprochen niedriger Wert. Bislang wurde angenommen, dass Mangangehalte von mehr als 19 Gew.-%, möglichst mehr als 20 Gew.-% für eine hohe Stick stofflöslichkeit notwendig sind. Überraschenderweise hat sich bei der vorliegenden Legierung ergeben, dass auch mit den erfindungsgemäß niedrigen Mangangehalten eine Stickstofflös lichkeit erzielt wird, die über dem, was nach der herrschenden Fachmeinung möglich ist, liegt. Jedoch hat sich erfindungsgemäß ergeben, dass durch nicht aufgeklärte synergistische Effekte bei der vorliegenden Legierung dies offenbar nicht notwendig ist. Die untere Grenze für Mangan kann bei 3,0 oder 3,5 oder 4,0 oder 4,5 oder 5,0 % gewählt werden. Die obere Grenze für Mangan kann bei 6,0 oder 6,5 oder 7,0 oder 7,5 oder 8,0 % gewählt werden.
Die obere Grenze für Kupfer kann bei < 0,5 Gew.-% oder < 0,15 Gew.-% oder < 0,10 Gew.- % oder unter der Nachweisgrenze (d.h. ohne jegliche bewusste Zulegierung) gewählt wer den. Obwohl laut Literatur das Zulegieren von Kupfer sich als vorteilhaft für die Beständigkeit in Schwefelsäure erweist, zeigte sich, dass Kupfer bei Werten > 0,5 % die Neigung zur Aus scheidung von Chromnitriden erhöht, was sich negativ auf die Korrosionseigenschaften aus wirkt. Erfindungsgemäß wird daher der obere Grenzwert auf 0,5 % festgelegt.
Chrom erweist sich in Gehalten von 17 Gew.-% oder mehr als für eine höhere Korrosionsbe ständigkeit notwendig. Nach der Erfindung sind mindestens 23% und höchstens 30% Chrom enthalten. Bislang wurde angenommen, dass höhere Gehalte als 24 Gew.-% sich nachteilig auf die magnetische Permeabilität auswirken, weil Chrom zu den ferritstabilisierenden Ele menten zählt. Dem gegenüber konnte bei der erfindungsgemäßen Legierung festgestellt werden, dass selbst sehr hohe Chromgehalte oberhalb von 23% die magnetische Permeabili tät in der vorliegenden Legierung nicht negativ beeinflussen, jedoch bekanntermaßen die Be ständigkeit gegen Lochfraß und Spannungsrisskorrosion optimal beeinflusst werden. Die un tere Grenze für Chrom kann bei 23 oder 24 oder 25 oder 26 % gewählt werden. Die obere Grenze für Chrom kann bei 28 oder 29 oder 30 % gewählt werden.
Molybdän ist ein Element, welches wesentlich zur Korrosionsbeständigkeit im Allgemeinen und zur Lochfraßkorrosionsbeständigkeit im Besonderen beiträgt, wobei die Wirkung von Mo lybdän durch Nickel verstärkt wird. Erfindungsgemäß werden 2 bis 4 Gew.-% Molybdän zu gesetzt. Die untere Grenze für Molybdän kann bei 2,0 oder 2,1 oder 2,2 oder 2,3 oder 2,4 oder 2,5 gewählt werden. Die obere Grenze für Molybdän kann 3,5 oder 3,6 oder 3,7 oder 3,8 oder 3,9 oder 4,0 % gewählt werden. Höhere Gehalte an Molybdän machen eine ESU- Behandlung zwingend notwendig, um Seigerungen auszuschließen. Umschmelzverfahren sind sehr aufwendig und teuer. Deshalb sollen erfindungsgemäß DESU- oder ESU-Routen vermieden werden.
Wolfram ist erfindungsgemäß in Gehalten unter 0,5% anwesend und trägt zur Steigerung der Korrosionsbeständigkeit bei. Die obere Grenze für Wolfram kann bei 0,5 oder 0,4 oder 0,3 oder 0,2 oder 0,1 % oder unter der Nachweisgrenze (d.h. ohne jegliche bewusste Zule gierung) gewählt werden.
Nickel ist erfindungsgemäß in Gehalten von 10 bis 16% anwesend, wodurch in chloridhalti gen Medien eine hohe Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit erreicht wird. Die untere Grenze für Nickel kann bei 10 oder 11 oder 12 oder 13 % gewählt werden. Die obere Grenze für Nickel kann bei 15 oder 15,5 oder 16% gewählt werden.
Kobalt kann in Gehalten bis 5 Gew.-% insbesondere zur Substitution von Nickel vorgesehen sein. Die obere Grenze für Kobalt kann bei 5 oder 3 oder 1 oder 0,5 oder 0,4 oder 0,3 oder 0,2 oder 0,1 % oder unter der Nachweisgrenze (d.h. ohne jegliche bewusste Zulegierung) gewählt werden. Stickstoff ist in Gehalten von 0,50 bis 0,90 Gew.-% enthalten, um eine hohe Festigkeit si cherzustellen. Weiter trägt Stickstoff zur Korrosionsbeständigkeit bei und ist ein starker Aus tenitbildner, weshalb höhere Gehalte als 0,52 Gew.-%, insbesondere höher als 0,54 Gew.-% günstig sind. Um stickstoffhaltige Ausscheidungen, insbesondere Chromnitrid, zu vermeiden, ist die Obergrenze des Stickstoffs auf 0,90 Gew.-% begrenzt, wobei sich erwiesen hat, dass trotz des sehr geringen Mangangehaltes im Gegensatz zu bekannten Legierungen, diese ho hen Stickstoffgehalte in der Legierung ohne jede Druckaufstickung (DESU) erzielbar sind.
Aufgrund der guten Stickstofflöslichkeit einerseits und der Nachteile, die mit höheren Gehal ten an Stickstoff, insbesondere über 0,9% erhalten werden, verbietet sich jede Druckaufsti ckung im Rahmen einer DESU-Route sogar. Durch den erfindungsgemäß niedrigen und durch Chrom und Stickstoff kompensierten Molybdängehalt, ist dies auch nicht notwendig. Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn das Verhältnis Stickstoff zu Kohlenstoff größer 15 ist. Die untere Grenze für Stickstoff kann bei 0,50 oder 0,52 oder 0,54 oder 0,60 oder 0,65 % gewählt werden. Die obere Grenze für Stickstoff kann bei 0,80 oder 0,85 oder 0,90 % ge wählt werden.
Laut V.G. Gavriljuk, H. Berns;„High Nitrogen Steels", S. 264, 1999 erreichen unter Atmosphä rendruck erschmolzene CrNiMn(Mo)-Austenitstähle wie der erfindungsgemäße Stickstoffgeh alte von 0,2% bis 0,5%. Im Stand der Technik erreichen nur CrMn(Mo)-Austenite Mn-Ge- halte von 0,5 bis 1%. Bei der erfindungsgemäßen Legierung ist jedoch von Vorteil, dass es offensichtlich gelungen ist, sehr viel höhere Stickstoffgehalte als erwartet zu erzielen, ohne dass ein Druckaufsticken notwendig wäre.
Zudem können als weitere Legierungsbestandteile Bor, Aluminium und Schwefel enthalten sein, jedoch lediglich optional.
Die Legierungsbestandteile Vanadium und Titan sind in der vorliegenden Stahllegierung nicht notwendigerweise enthalten. Obwohl diese Elemente positiv zur Löslichkeit von Stickstoff beitragen, kann auch bei deren Abwesenheit die erfindungsgemäß hohe Stickstofflöslichkeit geboten werden.
Niob soll in der erfindungsgemäßen Legierung nicht enthalten sein, da es zu Ausscheidungen führen kann, welche die Zähigkeit herabsetzt. Historisch wurde Niob nur zur Abbindung von Kohlenstoff verwendet, was bei der erfindungsgemäßen Legierung nicht notwendig ist. Die Gehalte von Niob sind bis 0,1% noch tolerierbar, sollten aber den Gehalt unvermeidlicher Verunreinigungen nicht übersteigen.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen dabei:
Figur 1: eine Tabelle, zeigend die Bestandteile der erfindungsgemäßen Legierung;
Figur 2: stark schematisiert den Fierstellungsweg;
Figur 3: eine Tabelle mit drei unterschiedlichen Legierungen innerhalb des erfindungs gemäßen Konzepts und den daraus resultierenden Ist-Werten des Stickstoff gehaltes gegen die rechnerische Stickstofflöslichkeit einer derartigen Legie rung laut geltender Lehrmeinung.
Figur 4: mechanische Eigenschaften der drei Legierungen aus Figur 3 nach einem er findungsgemäßen Fierstellungsverfahren mit Kaltverfestigung hergestellt
Die Bestandteile werden unter atmosphärischen Bedingungen erschmolzen und anschließend sekundärmetallurgisch weiter behandelt. Anschließend werden Blöcke gegossen, die direkt anschließend warmgeschmiedet werden. Direkt im Sinne der Erfindung bedeutet, dass kein zusätzlicher Umschmelzprozess wie zb. Elektroschlacke-Umschmelzung (ESU) oder Druck- Elektroschlackeumschmelzung (DESU) erfolgt.
Bei der erfindungsgemäßen Legierung ist von Vorteil, dass eine Flomogenisierungsglühung oder ein Umschmelzen nicht notwendig sind.
Figur 2 zeigt beispielhaft die möglichen Verfahrensrouten für die Fertigung der erfindungsge mäßen Legierungszusammensetzung. Exemplarisch wird nun eine mögliche Route beschrie ben. Im Vakuuminduktionsschmelzaggregat (VID) wird Schmelzgut gleichzeitig erschmolzen und sekundärmetallurgisch behandelt. Im Anschluss wird die Schmelze in Kokillen (Ingot) gegossen und erstarrt dort zu Blöcken. Diese werden danach in mehreren Schritten warm- umgeformt. Z.B. auf der P52 Schmiedepresse (Forging Press) vorgeschmiedet und auf der Langschmiedemaschine (Rotary Forging Machine) auf Endmaß gebracht. Je nach Anforde rungen kann noch ein Lösungsglühschritt und/oder Wasserabkühlung erfolgen. Zur Festlegung der finalen Eigenschaften erfolgt die Kaltumformung auf einer Langschmiede maschine und im Anschluss werden die so gefertigten Teile noch bearbeitet.
Nach dem letzten Warmumformungsteilschritt erfolgt eine rasche Abkühlung auf Raumtem peratur. Mit diesem besonderen Verfahrensschritt werden kritische Temperaturbereiche ra scher durchlaufen und es wird die Bildung von Korngrenzenausscheidungen hintangehalten. Am erfindungsgemäßen Produkt erkennt man, dass z.B. Chromnitridausscheidungen in deut lich geringerem Ausmaß auftreten, die Korrosionseigenschaften werden dadurch optimal be einflusst. Anschließend erfolgen die erforderlichen Kaltumform sch ritte, bei denen eine Kalt verfestigung stattfindet. Der Verformungsgrad liegt hier zwischen 10 und 50 %.
Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, wenn der folgende Zusammenhang gilt:
MARCopt: 40 < wt%Cr + 3,3 x wt%Mo + 20 x wt%C + 20 x wt%N - 0,5 x wt%Mn
Die MARC-Formel ist dahingehende optimiert, dass herausgefunden wurde, dass der sonst übliche Abzug von Nickel für das erfindungsgemäße System nicht zutrifft sowie der Grenz wert von 40 notwendig ist.
Anschließend erfolgen die erforderlichen Kaltumform sch ritte, bei denen eine Kaltverfestigung stattfindet, und anschließend die mechanische Bearbeitung, die insbesondere ein Drehen o- der Schälen sein kann.
Ein erfindungsgemäßer superaustenitischer Werkstoff kann nicht nur über die beschriebenen (und insbesondere in Figur 2 dargestellten) Flerstellungsrouten erzeugt werden, die vorteil haften Eigenschaften der erfindungsgemäßen Legierung lassen sich auch durch einen pulver metallurgischen Erzeugungsweg erzielen lassen.
In Figur 3 sind drei unterschiedliche Varianten innerhalb der erfindungsgemäßen Legierungs zusammensetzungen gezeigt, mit den jeweils gemessenen Stickstoffwerten, die sich bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Legierungen ergeben haben. Diese sehr hohen Stickstoffanteile stehen im Widerspruch zu den in den rechten Spalten angegebenen Stickstofflöslichkeit nach Stein, Satir, Kowandar und Medovar aus„On restricting aspects in the production of non-magnetic Cr-Mn-N-alloy steels, Sailer, 2005." Bei Medovar sind unterschiedliche Temperaturen angegeben. Es ist jedoch erkennbar, dass die hohen Stickstoffwerte die theoretisch zu erwartenden weit übersteigen.
Dies ist umso erstaunlicher, als dass bei der erfindungsgemäßen Legierung ein Weg gegan gen wurde, der eine so hohe Stickstofflöslichkeit nicht erwarten lässt, insbesondere weil der die Stickstofflöslichkeit stark positiv beeinflussende Mangangehalt gegenüber bekannten ent sprechenden Legierungen stark herabgesetzt ist.
In Figur 4 werden die drei Legierungen aus Figur 3 nach einem erfindungsgemäßen Verfah ren hergestellt und einer Kaltverfestigung unterzogen.
Nach dieser Kaltverfestigung lag Rpo,2 bei alle drei Werkstoffen bei etwa 1000 MPa und die Zugfestigkeit Rm jeweils zwischen 1100 MPa und 1250 MPa. Zusätzlich lag die Kerbschlagar beit bei hervorragenden 270 J bis sogar über 300 J (Legierung C - 329,5 J).
Damit konnten ausgezeichnete Kombination an Festigkeit und Zähigkeit erreicht werden, wo bei das Produkt aus Rm*KV bei allen drei Beispielen mehr als 300000 MPa J betrug.
Somit ist bei der Erfindung von Vorteil, dass eine Schwerstangenlegierung mit erhöhter Kor rosionsbeständigkeit und niedrigem Nickelgehalt geschaffen wurde, die gleichzeitig hohe Festigkeit und paramagnetisches Verhalten zeigt. Auch nach Kaltumformung liegt ein voll kommen austenitisches Gefüge mit einer magnetischen Permeabilität pr< 1,005 vor, so dass es gelungen ist, die positiven Eigenschaften eines kostengünstigen Chrommangannickelstahls mit den technischen herausragenden Eigenschaften eines Chromnickelmolybdänstahls zu kombinieren.

Claims

Internationale Patentanmeldung voestalpine BÖHLER Edelstahl GmbH & Co KG, Schoeller-Bleckmann Oilfield Technology GmbH BÖE1038PWÖ Patentansprüche
1. Bohrstrangkomponente, insbesondere Schwerstange, MWD- oder LWD-Kom ponente zur Anwendung in der Ölfeldtechnologie und insbesondere beim Tiefbohren, aus einer Legierung bestehend mit folgender Zusammensetzung (alle Angaben in Gew.-%) so wie unvermeidbaren Verunreinigungen:
Elemente
Kohlenstoff (C) 0,01 - 0,25
Silizium (Si) < 0,5
Mangan (Mn) 3,0 - 8,0
Phosphor (P) < 0,05
Schwefel (S) < 0,005
Eisen (Fe) Rest
Chrom (Cr) 23,0 - 30,0
Molybdän (Mo) 2,0 - 4,0
Nickel (Ni) 10,0 - 16,0
Vanadium (V) < 0,5
Wolfram (W) < 0,5
Kupfer (Cu) < 0,5
Kobalt (Co) < 5
Titan (Ti) < 0,1
Aluminium (AI) < 0,2
Niob (Nb) < 0,1
Bor (B) < 0,01
Stickstoff (N) 0,50 - 0,90
2. Bohrstrangkom ponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung aus folgenden Elementen besteht (alle Angaben in Gew.-%) sowie unvermeidbare Verunreinigungen:
Elemente
Kohlenstoff (C) 0,01 0,20
Silizium (Si) < 0,5
Mangan (Mn) 4,0 - 7,0
Phosphor (P) < 0,05
Schwefel (S) < 0,005
Eisen (Fe) Rest
Chrom (Cr) 24,0 - 28,0
Molybdän (Mo) 2,5 - 3,5
Nickel (Ni) 12,0 - 15,5
Vanadium (V) < 0,3
Wolfram (W) < 0,1
Kupfer (Cu) < 0,15
Kobalt (Co) < 0,5
Titan (Ti) < 0,05
Aluminium (AI) < 0,1
Niob (Nb) < 0,025
Bor (B) < 0,01
Stickstoff (N) 0,52 - 0,85
3. Bohrstrangkom ponente nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung aus folgenden Elementen besteht (alle Angaben in Gew.-%) sowie unvermeidbaren Verunreinigungen:
Elemente
Kohlenstoff (C) 0,01 0,10
Silizium (Si) < 0,5
Mangan (Mn) 5,0 - 6,0
Phosphor (P) < 0,05
Schwefel (S) < 0,005
Eisen (Fe) Rest
Chrom (Cr) 26,0 - 28,0 Molybdän (Mo) 2,5 - 3,5
Nickel (Ni) 13,0 - 15,0
Vanadium (V) Unter Nachweisgrenze
Wolfram (W) Unter Nachweisgrenze
Kupfer (Cu) < 0,1
Kobalt (Co) Unter Nachweisgrenze
Titan (Ti) Unter Nachweisgrenze
Aluminium (AI) < 0,1
Niob (Nb) Unter Nachweisgrenze
Bor (B) < 0,01
Stickstoff (N) 0,54 - 0,80
4. Bohrstrangkom ponente nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass, bei der Legierungszusammensetzung das Element Kobalt bei < 5 oder < 1 oder < 0,5 % oder < 0,4 % oder < 0,3 % oder < 0,2 % o- der < 0,1 % oder unter der Nachweisgrenze liegt.
5. Bohrstrangkom ponente nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass, bei der Legierungszusammensetzung das Element Kupfer <0,3 oder <0,2 oder <0,1 oder unter der Nachweisgrenze liegt.
6. Bohrstrangkom ponente nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass, bei der Legierungszusammensetzung das Element Wolfram bei <0,5 oder< 0,3 % oder < 0,2 % oder < 0,1 % oder unter der Nachweis grenze liegt.
7. Bohrstrangkom ponente nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass Nickel als oberen Grenzwert 15 % oder 15,5 % oder
15,8 %
und
als unteren Grenzwert 10,2 % oder 11 % oder 12 % oder 13 % aufweist
8. Bohrstrangkom ponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass, die Bohrstrangkom ponente durch sekundärmetallurgische Behandlung der Schmelze Abgießen in Blöcke, direkt nachfolgend Warmschmieden, Kaltschmieden und gegebe nenfalls mechanische Weiterverarbeitung erzielt wird.
9. Bohrstrangkom ponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die magnetische Permeabilität pr <1,01 nach der Kaltumformung beträgt.
10. Bohrstrangkom ponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dehngrenze kaltverfestigt Rpo,2>1000 MPA ist.
11. Bohrstrangkom ponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass kaltverfestigt die Kerbschlagarbeit bei 20°C größer 80J vorzugsweise > 110J be sonders bevorzugt > 130J liegt und insbesondere das Produkt aus Rm * KV > 100000 MPaJ beträgt.
12. Bohrstrangkom ponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Material nach der Kaltverformung vollständig austenitisch, also frei von Ver formungsmartensitist.
13. Bohrstrangkom ponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass Schwefel als Verunreinigung nicht mehr als 0,005 Gew.-% ausmacht.
14. Bohrstrangkom ponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass Phosphor als Verunreinigung mit nicht mehr als 0,05 Gew.-% vorhanden ist.
15. Verfahren zum Herstellen einer Bohrstrangkom ponente insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Legierung mit den folgenden Bestandteilen (alle Angaben in Gew.-%) sowie unvermeidbaren Verunreinigungen:
Elemente
Kohlenstoff (C) 0,01 - 0,25
Silizium (Si) < 0,5
Mangan (Mn) 3,0 - 8,0
Phosphor (P) < 0,05
Schwefel (S) < 0,005
Eisen (Fe) Rest
Chrom (Cr) 23,0 - 30,0
Molybdän (Mo) 2,0 - 4,0
Nickel (Ni) 10,0 - 16,0
Vanadium (V) < 0,5
Wolfram (W) < 0,5
Kupfer (Cu) < 0,5
Kobalt (Co) < 5,0
Titan (Ti) < 0,1
Aluminium (AI) < 0,2
Niob (Nb) < 0,1
Bor (B) < 0,01
Stickstoff (N) 0,50 - 0,90 erschmolzen wird und anschließend sekundärmetallurgisch behandelt wird anschlie ßend die so erhaltene Legierung in Blöcke abgegossen und erstarren gelassen wird und anschließend aufgeheizt und im direkten Anschluss durch Schmieden warm um geformt wird, wobei die Schmiedestücke einer weiteren Kaltumformung und anschlie ßender mechanischen Bearbeitung unterworfen werden.
16. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Legierung mit den folgenden Bestandteilen (alle Angaben in Gew.-%) sowie unvermeidbaren Verunreinigungen erschmolzen wird: Elemente
Kohlenstoff (C) 0,01-0,20
Silizium (Si) <0,5
Mangan (Mn) 4,0 - 7,0
Phosphor (P) < 0,05
Schwefel (S) < 0,005
Eisen (Fe) Rest
Chrom (Cr) 24,0 - 28,0
Molybdän (Mo) 2,5 - 3,5
Nickel (Ni) 12,0 - 15,5
Vanadium (V) < 0,3
Wolfram (W) < 0,1
Kupfer (Cu) < 0,15
Kobalt (Co) < 0,5
Titan (Ti) < 0,05
Aluminium (AI) < 0,1
Niob (Nb) < 0,025
Bor (B) < 0,01
Stickstoff (N) 0,52 - 0,85
17. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Legierung mit den folgenden Bestandteilen (alle Angaben in Gew.-%) sowie unvermeidbaren Verunreinigungen erschmolzen wird
Elemente
Kohlenstoff (C) 0,01 - 0,10
Silizium (Si) < 0,5
Mangan (Mn) 5,0 - 6,0
Phosphor (P) < 0,05
Schwefel (S) < 0,005
Eisen (Fe) Rest
Chrom (Cr) 26,0 - 28,0 Molybdän (Mo) 2,5 - 3,5
Nickel (Ni) 13,0 - 15,0
Vanadium (V) Unter Nachweisgrenze
Wolfram (W) Unter Nachweisgrenze
Kupfer (Cu) <0,1
Kobalt (Co) Unter Nachweisgrenze
Titan (Ti) Unter Nachweisgrenze
Aluminium (AI) < 0,1
Niob (Nb) Unter Nachweisgrenze
Bor (B) < 0,005
Stickstoff (N) 0,54 - 0,80
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Warmverformung in mehreren Teilschritten erfolgt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen den Warmverformungsteilschritten das Schmiedestück wieder aufge heizt wird, und nach dem letzten Warmverformungsschritt ein Lösungsglühen bei Be darf erfolgt.
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