JP2018534433A - Corrosion and crack resistant high manganese austenitic steels containing passivating elements - Google Patents

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Abstract

改善された鋼組成物およびそれを製造する方法が提供される。本開示は、有利な耐食性および/または耐割れ性の鋼を提供する。より詳細には、本開示は、向上した耐食性および/または耐割れ性を有する高マンガン(Mn)鋼組成物ならびに(たとえば、不動態化を介して)向上した耐食性および/または耐割れ性を有する高マンガン鋼組成物を製造する方法を提供する。向上した耐食性および/または耐割れ性を有する高マンガン鋼組成物を製造する方法も提供される。Improved steel compositions and methods for making the same are provided. The present disclosure provides an advantageous corrosion and / or crack resistant steel. More particularly, the present disclosure has high manganese (Mn) steel compositions having improved corrosion and / or crack resistance and improved corrosion and / or crack resistance (eg, via passivation). A method for producing a high manganese steel composition is provided. A method for producing a high manganese steel composition having improved corrosion resistance and / or crack resistance is also provided.

Description

(分野)
本開示は、改善された鋼組成物およびそれを製造する方法、より詳細には、向上した耐食性および/または耐割れ性を有する高マンガン(Mn)オーステナイト鋼組成物ならびに(たとえば、不動態化を介して)向上した耐食性および/または耐割れ性を有する高マンガン鋼組成物を製造する方法に関する。本開示のさらなる目的は、高強度と、改善された耐スイート腐食性および耐サワー腐食性と、硫化物応力割れおよび応力腐食割れをはじめとする環境誘起割れに対する耐性との組合せを有し得る、かかるオーステナイト高Mn鋼から製造された装置および部材を提供することである。
(Field)
The present disclosure relates to improved steel compositions and methods of making the same, and more particularly high manganese (Mn) austenitic steel compositions having improved corrosion resistance and / or crack resistance (eg, passivating). To a method for producing a high manganese steel composition having improved corrosion and / or crack resistance. Further objects of the present disclosure may have a combination of high strength, improved sweet and sour corrosion resistance, and resistance to environment induced cracking, including sulfide stress cracking and stress corrosion cracking, It is to provide devices and components made from such austenitic high Mn steel.

(背景)
炭素鋼は、石油工業、ガス工業、および石油化学工業で構造材料として広く使用されている。これらの工業の上流部門は、使用される全構造材料のトン数の約95%を炭素鋼の使用が占める構造材料の主要なユーザーである。一般に、炭素鋼は、強度があり、靭性があり、溶接可能であり、広く市販されており、かつ低コストの構造材料である。しかしながら、炭素鋼は本来の耐食性を有しておらず、高強度の炭素鋼はまた、硫化物応力割れなどの環境誘起割れを起こしやすい。
(background)
Carbon steel is widely used as a structural material in the petroleum, gas, and petrochemical industries. The upstream sector of these industries is a major user of structural materials, where the use of carbon steel accounts for approximately 95% of the tonnage of all structural materials used. In general, carbon steel is a structural material that is strong, tough, weldable, widely marketed, and low cost. However, carbon steel does not have inherent corrosion resistance, and high-strength carbon steel is also prone to environment-induced cracking such as sulfide stress cracking.

石油工業、ガス工業、および石油化学工業の上流部門で使用される構造材料のトン数の残りの5%の大部分は、主に過酷環境および腐食環境で使用するための耐食性合金(「CRA」)であり、そのうちで最も広く使用されているのはオーステナイトステンレス鋼である。一般に、オーステナイトステンレス鋼は、優れた耐食性と、耐割れ性と、耐酸化性と、良好な成形性および靭性との組合せを提供する。こうしたステンレス鋼の優れた耐食性は、典型的には、高クロム(Cr)合金化によるものであり、その高い延性および靭性は、典型的には、高ニッケル(Ni)合金化により安定化された面心立方(FCC)原子結晶構造を有するオーステナイト相によるものである。例として、一般に使用されるオーステナイトステンレス鋼304SSは、約18wt.%Crおよび8wt.%Niの公称組成を有する。したがって、オーステナイトステンレス鋼のコストはより高額であり、供給不足となることもある高価な合金化元素のNiの含有率が高いことが主な原因で、コストは典型的には炭素鋼の5〜6倍である。加えて、オーステナイトステンレス鋼は、フェライト炭素鋼およびフェライトステンレス鋼と比較して相対的により低い強度を呈し、一般に応力腐食割れを起こしやすい。   Most of the remaining 5% of the tonnage of structural materials used in the upstream sector of the petroleum, gas, and petrochemical industries is primarily corrosion resistant alloys (“CRA”) for use in harsh and corrosive environments. Among them, the most widely used is austenitic stainless steel. In general, austenitic stainless steel provides a combination of excellent corrosion resistance, crack resistance, oxidation resistance, good formability and toughness. The superior corrosion resistance of such stainless steel is typically due to high chromium (Cr) alloying, and its high ductility and toughness is typically stabilized by high nickel (Ni) alloying. This is due to the austenite phase having a face-centered cubic (FCC) atomic crystal structure. As an example, a commonly used austenitic stainless steel 304SS is about 18 wt. % Cr and 8 wt. It has a nominal composition of% Ni. Therefore, the cost of austenitic stainless steel is higher, and the cost is typically 5 to 5% that of carbon steel, mainly due to the high Ni content of expensive alloying elements that may be in short supply. 6 times. In addition, austenitic stainless steel exhibits a relatively lower strength compared to ferritic carbon steel and ferritic stainless steel and is generally prone to stress corrosion cracking.

材料コストを削減することおよび/またはニッケル価格の乱高下の影響を最小限に抑えることへの関心に駆られて、より低コストのかつより費用効果的なステンレス鋼への関心が高まってきている。この結果、たとえば、高価なNi合金化が低減されたかつより低コストのオーステナイト安定化剤のマンガン(Mn)で部分的に置き換えられたタイプ201、202、および216により例示される200シリーズオーステナイトCr−Mn−Niステンレス鋼が開発された。一般に、これらの200シリーズステンレス鋼は、304SSと比較して優れた強度および同等の延性を提供する。しかしながら、これらのNi低減鋼のほとんどは、約600℃〜約900℃の範囲内の昇温に曝された場合、炭化物、窒化物、および/または炭窒化物の沈殿に伴って降伏強度の大幅な増加および延性の著しい損失を示す。   Driven by interest in reducing material costs and / or minimizing the impact of nickel price volatility, interest in lower cost and more cost effective stainless steels has increased. This results in, for example, 200 series austenitic Cr exemplified by types 201, 202, and 216, which are partially replaced by manganese (Mn), a less expensive austenite stabilizer and a lower cost austenite stabilizer. -Mn-Ni stainless steel was developed. In general, these 200 series stainless steels provide superior strength and equivalent ductility compared to 304SS. However, most of these Ni-reduced steels exhibit significant yield strength with the precipitation of carbides, nitrides, and / or carbonitrides when exposed to elevated temperatures in the range of about 600 ° C to about 900 ° C. Increase and a significant loss of ductility.

ダウンホール用途の高合金耐食性合金(CRA)パイプおよび/またはチューブは、従来、高圧を収容するためにおよびパイプ/チューブの重量による高張力負荷を支持するために必要なより高い降伏強度および引張り強度を得るため、冷間加工または鍛造される。完成パイプ/チューブに必要な機械的強度を満たすのに十分な高強度を得るために、より大きい中空体がより小さいダイを介して牽引または延伸される延伸を行ってリテインドマンドレル全体にわたりODを低減すると同時にIDを低減することにより、パイプ/チューブを冷間変形し、次いで同一のプロセスを繰り返して所要の機械的強度を得ることが可能である。代替的に、中空パイプ/チューブがダイセットを介して高圧下で機械的に鍛造されるピルガー圧延を行ってマンドレル全体にわたり実質的にODを低減すると同時にIDを低減することにより、パイプ/チューブを冷間変形し、所要の機械的強度を得ることが可能である。高Mn鋼の選択された化学は、冷間変形時および/または昇温変形時に動的歪み時効(DSA)を呈することがある。DSAは、強度および破壊靭性を向上させる有効な方法として利用可能であり、より一様な転位分布およびより有効な転位発生のため、転位滑りによる冷間変形よりも有効であり得る。   High Alloy Corrosion Resistant Alloy (CRA) pipes and / or tubes for downhole applications have traditionally had higher yield and tensile strengths required to accommodate high pressures and to support high tensile loads due to pipe / tube weight Is cold worked or forged. In order to obtain a high enough strength to meet the required mechanical strength of the finished pipe / tube, the larger hollow body is drawn or stretched through a smaller die to provide an OD throughout the retained mandrel. By reducing ID at the same time, it is possible to cold deform the pipe / tube and then repeat the same process to obtain the required mechanical strength. Alternatively, pipe / tubes can be made by performing pilger rolling in which the hollow pipe / tube is mechanically forged through a die set under high pressure to substantially reduce OD and at the same time reduce ID across the mandrel. It is possible to obtain the required mechanical strength by cold deformation. The selected chemistry of the high Mn steel may exhibit dynamic strain aging (DSA) during cold deformation and / or hot deformation. DSA can be used as an effective method to improve strength and fracture toughness and can be more effective than cold deformation due to dislocation slip due to a more uniform dislocation distribution and more effective dislocation generation.

したがって、向上した耐食性および/または耐割れ性を達成する改善された鋼組成物ならびにそれを製造する方法の必要性が存在する。これらのおよび他の非効率性および改善機会は、本開示のシステムおよび方法により対処および/または克服される。   Accordingly, there is a need for an improved steel composition that achieves improved corrosion resistance and / or crack resistance and a method of manufacturing the same. These and other inefficiencies and improvement opportunities are addressed and / or overcome by the systems and methods of the present disclosure.

(要旨)
本開示は、有利な鋼組成物を提供する。より詳細には、本開示は、向上した耐食性/耐割れ性を有する改善された高マンガン(Mn)鋼組成物、および向上した耐食性/耐割れ性を有する鋼組成物の関連する製造方法を提供する。
(Summary)
The present disclosure provides advantageous steel compositions. More particularly, the present disclosure provides an improved high manganese (Mn) steel composition having improved corrosion / cracking resistance and a related method of manufacturing a steel composition having improved corrosion / cracking resistance. To do.

一般的には、本開示は、従来のオーステナイトステンレス鋼(たとえば、304SS)と比較して相対的により低コストの鉄オーステナイトステンレス鋼組成物を提供する。本開示の有利な鉄オーステナイト鋼組成物は、改善された耐食性(たとえば、スイート腐食およびサワー腐食に対して)、耐割れ性、および/または費用効果が望まれる/必要とされるオイル(又は石油)/ガス用途および/または石油化学用途で利用可能である。   In general, the present disclosure provides a relatively lower cost iron austenitic stainless steel composition compared to conventional austenitic stainless steel (eg, 304SS). Advantageous iron austenitic steel compositions of the present disclosure provide improved corrosion resistance (eg, against sweet and sour corrosion), crack resistance, and / or cost-effective oil (or petroleum) ) / Gas and / or petrochemical applications.

例示的な実施形態では、本開示の鉄系鋼組成物のマイクロ構造は、主に面心立方(FCC)原子結晶構造を有するオーステナイト相を含む。特定の実施形態では、例示的な鉄系鋼組成物は、マンガン(たとえば、約8wt.%以上)と、限定されるものではないが、クロム(たとえば、約11wt.%以上)、および/またはアルミニウム(たとえば、約1wt.%以上)、および/またはチタン、および/またはケイ素(たとえば、約0.5wt.%以上)、ならびにそれらの組合せを含む不動態膜形成元素(passive film forming element)とを多量に含む。例示的な鉄系鋼組成物は、たとえば、炭素(たとえば、約0.1wt.%以上)および/または窒素(たとえば、約0.1wt.%以上)などの格子間合金元素(interstitial alloying element)を多量にさらに含有し得る。   In an exemplary embodiment, the microstructure of the iron-based steel composition of the present disclosure includes an austenitic phase having a predominantly face centered cubic (FCC) atomic crystal structure. In certain embodiments, exemplary ferrous steel compositions include manganese (eg, about 8 wt.% Or more), but are not limited to chromium (eg, about 11 wt.% Or more), and / or A passive film forming element comprising aluminum (eg, about 1 wt.% Or more), and / or titanium, and / or silicon (eg, about 0.5 wt.% Or more), and combinations thereof; Contains a large amount. Exemplary ferrous steel compositions include, for example, interstitial alloying elements such as carbon (eg, about 0.1 wt.% Or more) and / or nitrogen (eg, about 0.1 wt.% Or more). May further be included in large amounts.

このため、本開示は、費用効果的な鉄オーステナイトステンレス鋼組成物(たとえば、オイル(又は石油)工業用、ガス工業用、石油化学工業用)および費用効果的な鉄オーステナイトステンレス鋼組成物を製造する方法を提供する。例示的な鋼組成物は、304SSなどの多くの一般に使用されるオーステナイトステンレス鋼よりも優れた利点を有する。たとえば、こうした利点のいくつかは、以下:(i)Mn、C、Nおよび/またはそれらの組合せによりNiを置き換えるまたは低減することによるより低い材料コスト、(ii)高Mn合金化によって促進されるより高い窒素含有率および炭素含有率による、かつ/または冷間変形(cold deformation)および/もしくは昇温変形(elevated temperature deformation)によるより高い強度、(iii)不動態膜形成元素(たとえば、Cr、Al、Tiおよび/またはSi)の高合金化添加による改善された耐食性、(iv)Mn合金化によって促進されるより高窒素の合金化による改善された耐孔食性(pitting corrosion resistance)、ならびに/あるいは(v)オーステナイト相に由来する靭性および耐割れ性の維持の1つ以上を含むが、これらに限定されるものではない。   Thus, the present disclosure produces cost effective iron austenitic stainless steel compositions (eg, for oil (or petroleum) industry, gas industry, petrochemical industry) and cost effective iron austenitic stainless steel compositions. Provide a way to do it. The exemplary steel composition has advantages over many commonly used austenitic stainless steels such as 304SS. For example, some of these advantages are facilitated by: (i) lower material costs by replacing or reducing Ni by Mn, C, N and / or combinations thereof, (ii) high Mn alloying Higher strength due to higher nitrogen and carbon content and / or due to cold deformation and / or elevated temperature deformation, (iii) passive film-forming elements (eg Cr, Al, Ti and / or Si) improved corrosion resistance by high alloying addition, (iv) improved pitting corrosion resistance by higher nitrogen alloying promoted by Mn alloying, and / or Or (v) including one or more of maintaining toughness and cracking resistance derived from the austenitic phase, but not limited thereto Not.

本開示の他の態様は、少なくとも部分的に例示的な鉄オーステナイトステンレス鋼から装置を製造することである。本開示の鋼組成物のいくつかの例示的な使用/用途としては、オイル(又は石油)、ガスおよび石油化学の装置/システム、たとえば、反応槽、パイプ、ケーシング、パッカー、カップリング(又は継ぎ手)、サッカーロッド、シール、ワイヤ、ケーブル、ボトムホールアセンブリ、チューブ、バルブ、コンプレッサ、ポンプ、ベアリング、押出機バレル、成形ダイおよびそれらの組合せにおける使用が挙げられるが、これらに限定されるものではない。   Another aspect of the present disclosure is to manufacture the device from at least partially exemplary iron austenitic stainless steel. Some exemplary uses / applications of the steel compositions of the present disclosure include oil (or petroleum), gas and petrochemical equipment / systems such as reactors, pipes, casings, packers, couplings (or fittings) ), Soccer rods, seals, wires, cables, bottom hole assemblies, tubes, valves, compressors, pumps, bearings, extruder barrels, molding dies, and combinations thereof, including but not limited to .

例示的な製造方法
本開示は、鉄系部材を製造する方法を提供し、当該方法は、
a)約8〜約30重量%のマンガン、約11〜約30重量%のクロムおよび残余の鉄(balance iron)を有する組成物を提供する工程と、
b)組成物を制御環境(又は制御された環境もしくはコントロールされた環境(controlled environment))で溶融する工程であって、液体合金鋼組成物(liquid alloy steel composition)を生成するための工程と、
c)液体合金鋼組成物を冷却する工程であって、合金鋼組成物(alloy steel composition)を形成するための工程と、
d)合金鋼組成物を熱間変形(hot deforming)させる工程と、
e)合金鋼組成物を所定の時間にわたり再加熱する工程と、
f)合金鋼組成物を冷却する工程と
を含む。
Exemplary Manufacturing Method The present disclosure provides a method of manufacturing an iron-based member, the method comprising:
a) providing a composition having about 8 to about 30 weight percent manganese, about 11 to about 30 weight percent chromium, and balance iron;
b) melting the composition in a controlled environment (or a controlled or controlled environment) to produce a liquid alloy steel composition;
c) cooling the liquid alloy steel composition, the step for forming an alloy steel composition;
d) hot deforming the alloy steel composition;
e) reheating the alloy steel composition for a predetermined time;
f) cooling the alloy steel composition.

本開示はまた、組成物が、炭素、窒素、アルミニウム、ケイ素、ニッケル、コバルト、モリブデン、ニオブ、銅、チタン、バナジウム、タングステン、ホウ素、ジルコニウム、ハフニウムおよびそれらの組合せからなる群から選択される1種以上の合金化元素(alloying element)をさらに含む、鉄系部材を製造する方法を提供する。   The disclosure also provides that the composition is selected from the group consisting of carbon, nitrogen, aluminum, silicon, nickel, cobalt, molybdenum, niobium, copper, titanium, vanadium, tungsten, boron, zirconium, hafnium, and combinations thereof 1 Provided is a method of manufacturing an iron-based member further comprising at least one alloying element.

実施形態の任意の組合せまたは入替えが想定される。本開示に開示されたシステムおよび方法の追加の有利な工程、特徴、機能、および用途は、特に添付の図面と組み合わせて読むことで以下の説明から明らかになるであろう。本開示に列挙された参照文献は、すべてその全体が参照により本明細書に組み込まれる。   Any combination or permutation of the embodiments is envisioned. Additional advantageous steps, features, functions, and applications of the systems and methods disclosed in this disclosure will become apparent from the following description, particularly when read in conjunction with the accompanying drawings. All references listed in this disclosure are incorporated herein by reference in their entirety.

添付の図面を参照して実施形態の特徴および態様を以下に説明する。ただし、図面中の要素は必ずしも原寸通り描かれているとは限らない。   The features and aspects of the embodiments are described below with reference to the accompanying drawings. However, the elements in the drawings are not necessarily drawn to scale.

添付の図面を参照して本開示の例示的な実施形態をさらに説明する。以下に記載されたおよび図面に例示された各種の工程、特徴、および工程/特徴の組合せは、依然として本開示の趣旨および範囲に含まれる実施形態をもたらすようにさまざまに配置および構成され得ることに留意すべきである。当業者による本開示のシステム、アセンブリ、および方法の製造および使用を支援するために添付の図面が参照される。   Exemplary embodiments of the present disclosure will be further described with reference to the accompanying drawings. The various steps, features, and process / feature combinations described below and illustrated in the drawings may be variously arranged and configured to provide embodiments that still fall within the spirit and scope of the present disclosure. It should be noted. To assist those skilled in the art in making and using the disclosed systems, assemblies, and methods, reference is made to the accompanying drawings.

合金化学および温度の関数として高Mn鋼の相安定性および変形機構を示す例示的な図である。FIG. 3 is an exemplary diagram showing phase stability and deformation mechanism of high Mn steel as a function of alloy chemistry and temperature. 本開示の例示的な鉄オーステナイトステンレス鋼組成物のFe−Cr−Mn−Ni相図を表す。1 represents an Fe—Cr—Mn—Ni phase diagram of an exemplary iron austenitic stainless steel composition of the present disclosure. (a)主にオーステナイトのマトリックス中に二次Crリッチ炭化物を有する圧延されたままのプレートにおける、本開示の例示的な鋼の典型的なマイクロ構造を示す走査型電子顕微鏡写真を表す。(A) Represents a scanning electron micrograph showing a typical microstructure of an exemplary steel of the present disclosure in an as-rolled plate with secondary Cr-rich carbides in a predominantly austenitic matrix. (b)主にオーステナイトのマイクロ構造を有する溶体化熱処理における、本開示の例示的な鋼の典型的なマイクロ構造を示す走査型電子顕微鏡写真を表す。(B) depicts a scanning electron micrograph showing a typical microstructure of an exemplary steel of the present disclosure in a solution heat treatment having a predominantly austenite microstructure. 圧延されたままの状態および溶体化熱処理された状態の両方の[20wt.%Mn、18wt.%Cr、0.6wt.%C、0.4wt.%N、および残余Fe]合金鋼ならびに市販の比較サンプル304SSの分極曲線を表す。Both as-rolled and solution heat treated [20 wt. % Mn, 18 wt. % Cr, 0.6 wt. % C, 0.4 wt. % N, and the remaining Fe] alloy steel and a commercial comparative sample 304SS. 圧延されたままの状態および溶体化熱処理された状態の両方の[20wt.%Mn、18wt.%Cr、0.6wt.%C、0.4wt.%N、および残余Fe]合金鋼ならびに市販の比較サンプル304SSおよび炭素鋼の腐食速度を表す。Both as-rolled and solution heat treated [20 wt. % Mn, 18 wt. % Cr, 0.6 wt. % C, 0.4 wt. % N, and the remaining Fe] alloy steel and the commercially available comparative sample 304SS and carbon steel represent corrosion rates.

詳細な説明
本明細書に開示される例示的な実施形態は、本開示の有利な鋼組成物およびシステムならびにそれらの方法/技術を例示する。しかしながら、本開示の実施形態は、各種の形態で具現化し得る本開示の単なる例にすぎないことを理解すべきである。したがって、例示的な鋼組成物/製造方法ならびにアセンブリおよび使用の関連プロセス/技術を参照して本明細書に開示される詳細は、限定的なものと解釈すべきではなく、本開示の有利な鋼組成物をどのように製造および使用するかを当業者に教示するための単なる基礎として解釈すべきである。図面は、必ずしも原寸通りとは限らず、特定の図では明確を期して一部が誇張されていることもある。
DETAILED DESCRIPTION The exemplary embodiments disclosed herein illustrate the advantageous steel compositions and systems of the present disclosure and their methods / techniques. However, it should be understood that the embodiments of the present disclosure are merely examples of the present disclosure that may be embodied in various forms. Accordingly, the details disclosed herein with reference to exemplary steel compositions / manufacturing methods and related processes / techniques for assembly and use should not be construed as limiting, It should be construed as merely a basis for teaching those skilled in the art how to make and use steel compositions. The drawings are not necessarily to scale, and certain drawings may be exaggerated for clarity.

本明細書の詳細な説明および特許請求の範囲に含まれる数値は、すべて「約」または「およそ」により指示値が修飾され、当業者が予想するであろう実験誤差および変動が考慮される。   The numerical values included in the detailed description and claims of this specification are all modified by “about” or “approximately” as indicated, taking into account experimental errors and variations that would occur to those skilled in the art.

値の範囲が提供された場合、その範囲の上限と下限との間の各介在値(文脈上明らかに異なる規定がない限り下限の1/10単位まで)およびその指定範囲内の任意の他の指定値または介在値は、本開示の範囲内に包含されるものと理解される。任意の下限から任意の上限までの範囲が企図される。より小さい範囲内に独立して含まれ得るこれらのより小さい範囲の上限および下限も、その指定範囲内の任意の特定的に除外された限界の制約を受けて本開示の範囲内に包含される。指定範囲が一方または両方の限界を含む場合、それらの含まれる一方または両方の限界を除外した範囲も本開示に含まれる。   Where a range of values is provided, each intervening value between the upper and lower limits of the range (up to 1/10 of the lower limit unless the context clearly dictates) and any other value within that specified range Designated or intervening values are understood to be included within the scope of the present disclosure. A range from any lower limit to any upper limit is contemplated. The upper and lower limits of these smaller ranges that may be independently included within the smaller ranges are also encompassed within the scope of this disclosure subject to any specifically excluded limits within that specified range. . Where the specified range includes one or both of the limits, ranges excluding either or both of those included limits are also included in the disclosure.

本明細書に記載のものと類似のまたは均等な方法および材料も本開示の実施または試験に使用可能であるが、好ましい方法および材料を次に記載する。本明細書に挙げられた刊行物は、すべて引用された刊行物に示された関連する方法および/または材料が開示および記載されるように参照により本明細書に組み込まれる。   Although methods and materials similar or equivalent to those described herein can also be used in the practice or testing of the present disclosure, the preferred methods and materials are now described. All publications cited herein are hereby incorporated by reference as if the relevant methods and / or materials set forth in the cited publication are disclosed and described.

本明細書および添付の特許請求の範囲で用いられる場合、単数形の「1つの(a)」、「1つの(an)」、および「その(the)」は、特に文脈上明確な規定がない限り、複数形の参照語を含むことに留意しなければならない。   As used in this specification and the appended claims, the singular forms “a”, “an”, and “the” have specific definitions that are specifically contextual. It should be noted that it includes plural references unless otherwise indicated.

特に定義がない限り、本明細書で用いられる科学技術用語は、すべて本開示が属する技術分野の当業者が通常理解しているものと同じ意味を有する。本明細書の本開示の説明に用いられる用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、本開示を限定することを意図したものではない。本明細書に挙げられる刊行物、特許出願、特許、図面、および他の参照文献は、すべてそれらの全体が参照により明示的に組み込まれる。   Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this disclosure belongs. The terminology used in the description of the disclosure herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the disclosure. All publications, patent applications, patents, drawings, and other references cited herein are expressly incorporated by reference in their entirety.

定義
CRA:耐食性合金とは、腐食環境で使用される装置を製造するために良好な耐食性を有するように特別に配合された材料を意味し得るが、それに何ら限定されるものではない。耐食性合金は、広範にわたる過酷な腐食条件に適するように配合し得る。
Definition CRA: Corrosion resistant alloy may mean, but is not limited to, a material that is specially formulated to have good corrosion resistance to produce equipment used in corrosive environments. Corrosion resistant alloys can be formulated to suit a wide range of harsh corrosion conditions.

延性:破壊前に認知可能な塑性変形を受ける材料の能力の尺度を意味し得るが、それに何ら限定されるものではなく、パーセント伸び(%EL)またはパーセント面積減少(%AR)として表し得る。   Ductility: can mean a measure of a material's ability to undergo perceptible plastic deformation prior to failure, but is not limited thereto and can be expressed as percent elongation (% EL) or percent area reduction (% AR).

耐食性:反応環境または腐食環境に曝されることにより引き起こされる劣化に対する材料の固有の耐性を意味し得るが、それに何ら限定されるものではない。   Corrosion resistance: may mean, but is not limited to, the inherent resistance of a material to degradation caused by exposure to a reactive or corrosive environment.

靭性:割れの開始および伝播に対する耐性を意味し得るが、それに何ら限定されるものではない。   Toughness: can mean resistance to crack initiation and propagation, but is not limited thereto.

応力腐食割れ(SCC):応力と反応および腐食環境との同時作用による材料の割れを意味し得るが、それに何ら限定されるものではない。   Stress corrosion cracking (SCC): It can mean, but is not limited to, cracking of a material due to the simultaneous action of stress and reaction and corrosive environment.

硫化物応力割れ(SSC):硫化水素を含有する流体(たとえば、HS)に曝されることによる材料の割れを意味し得るが、それに何ら限定されるものではない。 Sulfide stress cracking (SSC): It can mean, but is not limited to, cracking of a material by exposure to a fluid containing hydrogen sulfide (eg, H 2 S).

降伏強度:変形することなく負荷に耐える材料の能力を意味し得るが、それに何ら限定されるものではない。   Yield strength: can mean the ability of a material to withstand a load without deformation, but is not limited in any way.

冷却速度:材料片の中心または実質的に中心で一般に測定される材料片の冷却速度を意味し得るが、それに何ら限定されるものではない。   Cooling rate: may mean, but is not limited to, the cooling rate of a piece of material that is generally measured at or near the center of the piece of material.

オーステナイト:面心立方(FCC)原子結晶構造を有する鋼の冶金学的相を意味し得るが、それに何ら限定されるものではない。   Austenite: may mean, but is not limited to, the metallurgical phase of steel having a face-centered cubic (FCC) atomic crystal structure.

マルテンサイト:母相(典型的にはオーステナイト)および生成物相が特定の方位関係を有する無拡散相変態(限定されるものではない)により形成可能な鋼の冶金学的相を意味し得るが、それに何ら限定されるものではない。   Martensite: can mean the metallurgical phase of steel that can be formed by a non-diffusible phase transformation (not limited) with a parent phase (typically austenite) and product phase having a specific orientation relationship However, it is not limited to it.

ε(イプシロン)マルテンサイト:オーステナイト相の冷却または歪みにより生じる六方最密原子結晶構造を有する特定形態のマルテンサイトを意味し得るが、それに何ら限定されるものではない。εマルテンサイトは、典型的にはオーステナイト相の最密(111)面上に生成し、モルフォロジー的には変形双晶または積層欠陥クラスターに類似している。   ε (epsilon) martensite: It can mean a specific form of martensite having a hexagonal close-packed atomic crystal structure caused by cooling or distortion of the austenite phase, but is not limited thereto. ε-martensite typically forms on the close-packed (111) face of the austenite phase and is morphologically similar to deformation twins or stacking fault clusters.

α’(アルファプライム)マルテンサイト:オーステナイト相の冷却または歪みにより生じる体心立方(BCC)または体心正方(BCT)の原子結晶構造を有する特定形態のマルテンサイトを意味し得るが、それに何ら限定されるものではない。α’マルテンサイトは、典型的にはプレートレットとして生成する。   α '(alpha prime) martensite: may mean a specific form of martensite having, but not limited to, a body-centered cubic (BCC) or body-centered square (BCT) atomic crystal structure caused by cooling or distortion of the austenite phase Is not to be done. α 'martensite is typically produced as a platelet.

温度:冷却時にオーステナイトからマルテンサイトへの変態が開始される温度を意味し得るが、それに何ら限定されるものではない。 Ms temperature: It can mean a temperature at which transformation from austenite to martensite is started during cooling, but is not limited thereto.

温度:冷却時にオーステナイトからマルテンサイトへの変態が終了する温度を意味し得るが、それに何ら限定されるものではない。 Mf temperature: It can mean a temperature at which transformation from austenite to martensite is completed during cooling, but is not limited thereto.

温度:規定の変形条件下で指定量のマルテンサイトが生成する最高温度を意味し得るが、それに何ら限定されるものではない。M温度は、典型的には、変形時のオーステナイト相安定性を特徴付けるために使用される。 Md temperature: may mean the maximum temperature at which a specified amount of martensite is produced under defined deformation conditions, but is not limited thereto. The Md temperature is typically used to characterize the austenite phase stability during deformation.

炭化物:鉄/金属と炭素との化合物を意味し得るが、それに何ら限定されるものではない。   Carbide: may mean a compound of iron / metal and carbon, but is not limited thereto.

セメンタイト:斜方晶原子結晶構造を有するMCの近似化学式を有する鉄/金属と炭素との化合物を意味し得るが、それに何ら限定されるものではない。 Cementite: It may mean a compound of iron / metal and carbon having an approximate chemical formula of M 3 C having an orthorhombic atomic crystal structure, but is not limited thereto.

パーライト:典型的にはフェライトとセメンタイト(MC)との交互層から構成される二相のラメラ混合物を意味し得るが、それに何ら限定されるものではない。 Perlite: Typically refers to a two-phase lamellar mixture composed of alternating layers of ferrite and cementite (M 3 C), but is not limited thereto.

粒子:多結晶材料中の個別結晶を意味し得るが、それに何ら限定されるものではない。   Particle: Can refer to an individual crystal in a polycrystalline material, but is not limited thereto.

粒界:一方の結晶方位から他方の結晶方位への遷移、すなわち一方の粒子と他方の粒子との分離に対応する金属中の狭いゾーンを意味し得るが、それに何ら限定されるものではない。   Grain boundary: can mean, but is not limited to, a narrow zone in the metal corresponding to a transition from one crystal orientation to the other, ie, separation of one particle from the other.

焼入れ:空気冷却と対比して鋼の冷却速度を増加させる傾向を示すように選択された流体が利用される任意の手段による加速冷却を意味し得るが、それに何ら限定されるものではない。   Quenching: can mean, but is not limited to, accelerated cooling by any means in which the selected fluid is utilized to show a tendency to increase the cooling rate of the steel relative to air cooling.

加速冷却開始温度(ACST):焼入れ開始時のプレート表面の到達温度を意味し得るが、それに何ら限定されるものではない。   Accelerated cooling start temperature (ACST): It can mean the temperature reached on the plate surface at the start of quenching, but is not limited thereto.

加速冷却終了温度(ACFT):プレートの中間厚さからの熱伝導により焼入れ停止後にプレート表面が到達する最高温度または実質的に最高温度を意味し得るが、それに何ら限定されるものではない。   Accelerated cooling end temperature (ACFT): may mean, but is not limited to, the maximum temperature or substantially the maximum temperature reached by the plate surface after quenching is stopped by heat conduction from the intermediate thickness of the plate.

スラブ:任意の寸法を有する鋼片である。   Slab: A piece of steel having an arbitrary dimension.

再結晶化:臨界温度を介して加熱することにより達成される冷間加工金属からの新しい歪みフリー粒子構造粒子の形成である。   Recrystallization: The formation of new strain free particle structured particles from cold worked metal achieved by heating through a critical temperature.

nr温度:オーステナイトが再結晶化しない上限温度である。 T nr temperature: An upper limit temperature at which austenite does not recrystallize.

動的歪み時効(DSA):溶質原子(たとえば、炭素および/または窒素)と転位との相互作用または溶質原子による転位のピニングに起因する歪みにより、転位運動に必要な応力が増加することによる材料の降伏強度および硬度の増加に関連する現象である。   Dynamic strain aging (DSA): A material due to increased stress required for dislocation motion due to strain due to interaction between solute atoms (eg, carbon and / or nitrogen) and dislocations or dislocation pinning by solute atoms. This is a phenomenon related to an increase in yield strength and hardness.

本開示は、有利な鋼組成物(たとえば、向上した耐食性/耐割れ性を有するもの)を提供する。より詳細には、本開示は、向上した耐食性/耐割れ性を有する改善された高マンガン(Mn)鋼組成物および向上した耐食性/耐割れ性を有する高マンガン鋼組成物を製造する方法を提供する。   The present disclosure provides advantageous steel compositions (eg, those having improved corrosion / cracking resistance). More particularly, the present disclosure provides improved high manganese (Mn) steel compositions having improved corrosion resistance / crack resistance and methods for producing high manganese steel compositions having improved corrosion resistance / crack resistance. To do.

例示的な実施形態では、本開示は、従来のオーステナイトステンレス鋼(たとえば、304SS)と比較して相対的により低コストの鉄オーステナイトステンレス鋼組成物を提供する。このため、本開示の有利な鉄オーステナイト鋼組成物は、改善された耐食性(たとえば、スイート腐食およびサワー腐食に対して)、耐割れ性、および/または費用効果が望まれる/必要とされる石油/ガス/石油化学用途で利用可能である。   In an exemplary embodiment, the present disclosure provides a relatively lower cost iron austenitic stainless steel composition compared to conventional austenitic stainless steel (eg, 304SS). Thus, the advantageous iron austenitic steel compositions of the present disclosure provide for petroleum where improved corrosion resistance (eg, against sweet and sour corrosion), crack resistance, and / or cost effectiveness is desired / required. / Available for gas / petrochemical applications.

特定の実施形態では、例示的な鉄系鋼組成物のマイクロ構造は、主にFCC原子結晶構造を有するオーステナイト相を含む。いくつかの実施形態では、例示的な鋼組成物は、マンガン(たとえば、>8wt.%)と、限定されるものではないが、Cr(たとえば、>11wt.%)、および/またはAl(たとえば、>1wt.%)、および/またはSi(たとえば、>0.5wt.%)、および/またはTi(たとえば、>1wt.%)、ならびにそれらの組合せをはじめとする不動態膜形成元素とを多量に含む。例示的な鋼組成物は、たとえば炭素(たとえば、>0.1wt.%)および/または窒素(たとえば、>0.1wt.%)などの格子間合金元素を多量に含有し得る。   In certain embodiments, the microstructure of an exemplary ferrous steel composition includes an austenitic phase having a predominantly FCC atomic crystal structure. In some embodiments, exemplary steel compositions include manganese (eg,> 8 wt.%), But are not limited to Cr (eg,> 11 wt.%), And / or Al (eg, ,> 1 wt.%), And / or Si (eg,> 0.5 wt.%), And / or Ti (eg,> 1 wt.%), And combinations thereof, and combinations thereof Contains a large amount. Exemplary steel compositions may contain large amounts of interstitial alloy elements such as, for example, carbon (eg,> 0.1 wt.%) And / or nitrogen (eg,> 0.1 wt.%).

このため、本開示は、費用効果的な鉄オーステナイトステンレス鋼組成物(たとえば、石油工業用、ガス工業用、石油化学工業用)および費用効果的な鉄オーステナイトステンレス鋼組成物を製造する方法を提供する。例示的な鋼組成物は、多くの一般に使用されるオーステナイトステンレス鋼(たとえば、304SS)よりも優れた利点を有する。これらの利点のいくつかは、Mn、C、N、および/またはそれらの組合せによりNiを置き換えるまたは低減することによるより低い材料コスト、高Mn合金化および/または予変形によって促進されるより高い窒素含有量および炭素含有率によるより高い強度、不動態膜形成元素(たとえば、Cr、Al、および/またはSi)の高合金化添加による改善された耐食性、Mn合金化によって促進されるより高窒素の合金化による改善された耐孔食性、ならびに/またはオーステナイト相に由来する靭性および耐割れ性の維持を含み得るが、これらに限定されるものではない。   Thus, the present disclosure provides a cost effective iron austenitic stainless steel composition (eg, for the petroleum industry, gas industry, petrochemical industry) and a method for producing a cost effective iron austenitic stainless steel composition. To do. Exemplary steel compositions have advantages over many commonly used austenitic stainless steels (eg, 304SS). Some of these benefits include lower material costs by replacing or reducing Ni by Mn, C, N, and / or combinations thereof, higher nitrogen promoted by high Mn alloying and / or pre-deformation Higher strength due to content and carbon content, improved corrosion resistance due to high alloying addition of passivating film forming elements (eg Cr, Al, and / or Si), higher nitrogen promoted by Mn alloying This may include, but is not limited to, improved pitting corrosion resistance due to alloying and / or maintenance of toughness and crack resistance from the austenite phase.

本開示に記載または包含される鋼組成物は、多くのシステム/用途(たとえば、石油、ガス、および/または石油化学の装置/システム、たとえば、反応槽、パイプ、ケーシング、パッカー、カップリング(又は継ぎ手)、サッカーロッド、シール、ワイヤ、ケーブル、ボトムホールアセンブリ、チューブ、バルブ、コンプレッサ、ポンプ、ベアリング、押出機バレル、成形ダイなど)、特に耐食性/耐割れ性が重要である/望まれるシステム/用途で有利に利用し得る。   Steel compositions described or encompassed by this disclosure may be used in many systems / applications (eg, petroleum, gas, and / or petrochemical equipment / systems such as reactors, pipes, casings, packers, couplings (or Joints), soccer rods, seals, wires, cables, bottom hole assemblies, tubes, valves, compressors, pumps, bearings, extruder barrels, molding dies, etc.), especially where corrosion / crack resistance is important / desired / It can be advantageously used in applications.

例示的な実施形態では、本開示は、マンガンを含有する鉄系部材/組成物を提供する。特定の実施形態では、部材/組成物は、約5〜約40重量%のマンガン、約0.01〜約3.0重量%の炭素、および残余の鉄を含む。部材/組成物はまた、1種以上の合金化元素、たとえば、限定されるものではないが、約0〜30重量%のクロム、約1〜15重量%のアルミニウム、約0.01〜10重量%のケイ素、およびそれらの組合せを含み得る。部材/組成物はまた、1種以上の追加の合金化元素、たとえば、限定されるものではないが、ニッケル、コバルト、タングステン、モリブデン、ニオブ、銅、チタン、バナジウム、窒素、ホウ素、およびそれらの組合せを含み得る。マンガン(および任意選択的に他の合金化元素)を含有する例示的な鉄系部材/組成物は、米国特許出願公開第2012/0160363号明細書(その全内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)に記載および開示されている。   In an exemplary embodiment, the present disclosure provides an iron-based member / composition containing manganese. In certain embodiments, the member / composition comprises about 5 to about 40 weight percent manganese, about 0.01 to about 3.0 weight percent carbon, and the balance iron. The member / composition may also include one or more alloying elements such as, but not limited to, about 0-30% chromium, about 1-15% aluminum, about 0.01-10% % Silicon, and combinations thereof. The member / composition may also include one or more additional alloying elements such as, but not limited to, nickel, cobalt, tungsten, molybdenum, niobium, copper, titanium, vanadium, nitrogen, boron, and their Combinations can be included. An exemplary iron-based member / composition containing manganese (and optionally other alloying elements) is described in US 2012/0160363, the entire contents of which are hereby incorporated by reference in their entirety. And incorporated in the specification).

部材組成
いくつかの実施形態では、以上に述べたように、鉄系組成物は、約5〜約40重量%のマンガン(好ましくは約8〜約30重量%のマンガン)、約0.01〜約3.0重量%の炭素(好ましくは約0.1〜約1.50重量%の炭素)、および残余の鉄を含み得る。
Member Composition In some embodiments, as noted above, the iron-based composition comprises about 5 to about 40 weight percent manganese (preferably about 8 to about 30 weight percent manganese), about 0.01 to about It may contain about 3.0 wt% carbon (preferably about 0.1 to about 1.50 wt% carbon) and the balance iron.

部材/組成物はまた、1種以上の合金化元素、たとえば、限定されるものではないが、約0〜約30wt.%のクロム(より好ましくは11〜30wt.%)、約1〜約15wt.%のアルミニウム(より好ましくは2〜10wt.%)、約0.01〜約10wt.%のケイ素(より好ましくは1.5〜5wt.%)、約0.01〜約10wt.%のチタン(より好ましくは1.5〜5wt.%)、およびそれらの組合せを含み得る。   The member / composition may also include one or more alloying elements such as, but not limited to, about 0 to about 30 wt. % Chromium (more preferably 11-30 wt.%), About 1 to about 15 wt. % Aluminum (more preferably 2 to 10 wt.%), About 0.01 to about 10 wt. % Silicon (more preferably 1.5-5 wt.%), About 0.01 to about 10 wt. % Titanium (more preferably 1.5-5 wt.%), And combinations thereof.

部材/組成物はまた、1種以上の合金化元素、たとえば、限定されるものではないが、ケイ素、ニッケル、コバルト、モリブデン、ニオブ、銅、チタン、バナジウム、タングステン、窒素、ホウ素、ジルコニウム、ハフニウム、およびそれらの組合せを含み得る。重量パーセントは、部材/組成物の全重量を基準にする。   The member / composition may also include one or more alloying elements such as, but not limited to, silicon, nickel, cobalt, molybdenum, niobium, copper, titanium, vanadium, tungsten, nitrogen, boron, zirconium, hafnium. , And combinations thereof. The weight percent is based on the total weight of the part / composition.

ニッケルは、約0〜約20wt.%で部材に含まれ得る。コバルトは、約0〜約20wt.%で部材に含まれ得る。モリブデンは、約0〜約10wt.%(より好ましくは0.3〜5重量%)で部材に含まれ得る。ニオブ、銅、チタン、タングステン、および/またはバナジウムは、それぞれ約0.2〜約10wt.%(より好ましくは0.3〜5重量%)で部材に含まれ得る。窒素は、約0.01〜約3.0wt.%(より好ましくは0.1〜1.5重量%)で部材に含まれ得る。ホウ素は、約0〜約0.1wt.%(より好ましくは0.001〜0.1重量%)で部材に含まれ得る。   Nickel is from about 0 to about 20 wt. % Can be included in the member. Cobalt is about 0 to about 20 wt. % Can be included in the member. Molybdenum is about 0 to about 10 wt. % (More preferably 0.3 to 5% by weight). Niobium, copper, titanium, tungsten, and / or vanadium are each about 0.2 to about 10 wt. % (More preferably 0.3 to 5% by weight). Nitrogen is about 0.01 to about 3.0 wt. % (More preferably, 0.1 to 1.5% by weight). Boron is about 0 to about 0.1 wt. % (More preferably 0.001 to 0.1% by weight).

マンガンを含有する鉄系部材/組成物はまた、ジルコニウム、ハフニウム、およびそれらの組合せからなる群から選択される他の合金化元素も含み得る。これらの他の合金化元素のそれぞれは、約0〜約6wt.%(より好ましくは0.2〜5wt.%)の範囲内で部材/組成物に含まれ得る。   Manganese-containing iron-based members / compositions can also include other alloying elements selected from the group consisting of zirconium, hafnium, and combinations thereof. Each of these other alloying elements is about 0 to about 6 wt. % (More preferably 0.2 to 5 wt.%) In the member / composition.

歪み誘起変態のための合金化
一般に、本開示の高Mn鋼の機械的性質は、典型的には鋼の化学組成および/または処理温度により制御される歪み誘起変態の特性に依存する。従来の炭素鋼と異なり、高Mn鋼は、周囲温度(たとえば、18〜25℃)で面心立方(FCC)原子結晶構造を有する準安定オーステナイト相を含む。歪みを加えると、準安定オーステナイト相は、歪み誘起変態を介していくつかの他の相に変態し得る。より詳細には、オーステナイト相は、鋼の化学および/または温度に依存して、マイクロ双晶(マトリックスにアライメントされたFCC双晶)、εマルテンサイト(六方格子)、およびα’マルテンサイト(体心正方格子)に変態し得る。これらの変態生成物は、一連のユニークな性質を高Mn鋼に付与し得る。たとえば、微細マイクロ双晶は、一次粒子を有効にセグメント化し、転位運動の強い障害物として作用する。これにより有効な粒子微細化がもたらされ、その結果、高い極限強度および延性の優れた組合せが得られる。
Alloying for Strain Induced Transformation In general, the mechanical properties of the disclosed high Mn steels typically depend on the properties of the strain induced transformation controlled by the chemical composition of the steel and / or the processing temperature. Unlike conventional carbon steel, high Mn steel includes a metastable austenite phase having a face centered cubic (FCC) atomic crystal structure at ambient temperature (eg, 18-25 ° C.). When strain is applied, the metastable austenite phase can be transformed into several other phases via strain-induced transformation. More specifically, the austenitic phase is dependent on the chemistry and / or temperature of the steel, depending on the microtwin (matrix aligned FCC twins), ε martensite (hexagonal lattice), and α ′ martensite (body It can be transformed into a heart square lattice. These transformation products can impart a range of unique properties to high Mn steel. For example, fine micro twins effectively segment primary particles and act as obstacles with strong dislocation motion. This results in effective grain refinement, resulting in an excellent combination of high ultimate strength and ductility.

鋼の化学組成および温度は、図1に示されるように歪み誘起相変態経路を制御する主要因子であることが知られている。一般に、高Mn鋼は、歪みおよび温度に対するオーステナイト相の安定性に依存して、4つのグループ、たとえば、高度に安定(A)、軽度に準安定(B)、中度に準安定(C)、および高度に準安定(D)なMn鋼に分けることができる。これらの相の準安定性は、温度および歪みの両方の影響を受ける。これらの鋼は、より高い温度およびより高い歪みで準安定性が増す傾向があるであろう(たとえば、より高い変態傾向)。   It is known that the chemical composition and temperature of steel are the main factors controlling the strain-induced phase transformation pathway as shown in FIG. In general, high Mn steels are divided into four groups, eg, highly stable (A), mildly metastable (B), and moderately metastable (C), depending on the stability of the austenite phase with respect to strain and temperature. And highly metastable (D) Mn steels. The metastability of these phases is affected by both temperature and strain. These steels will tend to increase metastability at higher temperatures and higher strains (eg, higher transformation tendencies).

図1は、合金化学および温度の関数として高Mn鋼の相安定性および変形機構を示す例示的な図である。文字(A、B、C、およびD)は、変形時の各種の変態経路を表す。この図では、鋼Aは、転位滑りにより変形するであろうが、異なる相(他の金属および合金に類似した相)に変態しないであろう。一方、鋼B〜Dは、変形時に変態するであろう。   FIG. 1 is an exemplary diagram showing the phase stability and deformation mechanism of high Mn steel as a function of alloy chemistry and temperature. The letters (A, B, C, and D) represent various transformation paths during deformation. In this figure, Steel A will be deformed by dislocation slip, but will not transform into a different phase (a phase similar to other metals and alloys). On the other hand, steels BD will transform upon deformation.

安定なオーステナイトを有しかつ主に機械的歪みによる転位滑りにより変形する領域Aの鋼は、高Mn含有率(たとえば、約25wt.%以上)で生成し得る。一般に、十分に安定化されたオーステナイト構造を有する鋼は、より低い機械的強度を示すが、極低温で靭性を維持し、低い透磁率を提供し、かつ耐水素脆化性が高い。   The steel in region A having stable austenite and deformed primarily by dislocation slip due to mechanical strain can be produced with a high Mn content (eg, about 25 wt.% Or more). In general, steels with a well-stabilized austenitic structure exhibit lower mechanical strength but maintain toughness at cryogenic temperatures, provide low magnetic permeability, and have high resistance to hydrogen embrittlement.

軽度に準安定なオーステナイト相を有する領域Bの鋼は、中マンガン含有率(たとえば、約15〜約25wt.%のMnおよび約0.6wt.%のC)で生成し得る。これらの鋼は、変形時に双晶を形成する。一般に、このタイプの鋼では、転位滑り(双晶誘起塑性(TWIP)として知られる現象)に伴う広範な変形双晶の形成により大きい塑性伸び量を達成し得る。双晶形成は、マイクロ構造が有効に微細化された場合、双晶境界が粒界のように作用して動的ホール・ペッチ効果により鋼を強化するため、高加工硬化速度をもたらす。TWIP鋼は、きわめて高い引張り強度(たとえば、150ksi超)と、きわめて高い一様伸び(たとえば、95%超)とを兼備するため、多くの用途できわめて魅力的なものとなっている。   Region B steels having a mildly metastable austenitic phase can be produced with medium manganese content (eg, about 15 to about 25 wt.% Mn and about 0.6 wt.% C). These steels form twins when deformed. In general, this type of steel can achieve greater plastic elongation for the formation of a wide range of deformation twins associated with dislocation slip (a phenomenon known as twin induced plasticity (TWIP)). Twinning results in high work hardening rates when the microstructure is effectively refined because twin boundaries act like grain boundaries and strengthen the steel by the dynamic Hall-Petch effect. TWIP steel combines very high tensile strength (eg, greater than 150 ksi) with very high uniform elongation (eg, greater than 95%), making it very attractive for many applications.

中度に準安定なオーステナイト相を有する領域Cの鋼は、より低いマンガン含有率(たとえば、約10〜約18wt.%のMn)で生成し得る。一般に、このタイプの鋼は、歪みによりεマルテンサイト(六方格子)に変態し得る。機械的歪みを加えると、これらの鋼は、主に転位滑りおよび/または機械的双晶形成に伴うεマルテンサイトの形成により変形するであろう。   Region C steels having a moderately metastable austenitic phase can be produced at lower manganese contents (eg, about 10 to about 18 wt.% Mn). In general, this type of steel can be transformed into ε-martensite (hexagonal lattice) by strain. When subjected to mechanical strain, these steels will deform mainly due to the formation of ε-martensite accompanying dislocation slip and / or mechanical twinning.

高度に準安定なオーステナイト相を有する領域Dの鋼は、さらに低いマンガン含有率(たとえば、約4〜約12wt.%のMn)で生成し得る。一般に、このタイプの鋼は、変形させると体心立方原子結晶構造(α’マルテンサイトと呼ばれる)を有する強い相に変態するであろう。この強い相はまた、耐摩耗性および耐侵食性も提供し得る。   Region D steels with highly metastable austenitic phases can be produced with even lower manganese contents (eg, about 4 to about 12 wt.% Mn). In general, this type of steel will transform into a strong phase having a body-centered cubic crystal structure (called α 'martensite) when deformed. This strong phase can also provide wear and erosion resistance.

したがって、高Mn鋼の化学は、変形時のそれらの変態を制御することにより一連の性質を提供するように調整し得る。   Thus, the chemistry of high Mn steel can be tailored to provide a range of properties by controlling their transformation during deformation.

高Mn鋼の他の合金化概念
高Mn鋼中の合金化元素は、オーステナイト相の安定性および歪み誘起変態経路を決定する。一般に、マンガンは、高Mn鋼中の主要合金化元素であり、冷却時および変形時の両方でオーステナイト構造の安定化に重要である。Fe−Mn二元系では、Mn含有率を増加させてオーステナイト相を安定化させると、歪み誘起相変態経路は、α’マルテンサイトからεマルテンサイトに変化し、次いでマイクロ双晶形成へと変化する。
Other Alloying Concepts for High-Mn Steel Alloying elements in high-Mn steel determine the austenite phase stability and strain-induced transformation paths. In general, manganese is the main alloying element in high Mn steels and is important for stabilizing the austenitic structure both during cooling and during deformation. In the Fe-Mn binary system, when the austenite phase is stabilized by increasing the Mn content, the strain-induced phase transformation path changes from α 'martensite to ε martensite and then to micro twin formation. To do.

炭素も有効なオーステナイト安定化剤であり、炭素の溶解度はオーステナイト相で高い。したがって、炭素合金化も溶融物からの冷却時および塑性変形時にオーステナイト相を安定化させるために使用し得る。炭素はまた、固溶強化によりオーステナイトマトリックスの強度を増加させる。記載のように、本開示の部材/組成物中の炭素は、約0.01〜約3.0wt.%の範囲であり得る。   Carbon is also an effective austenite stabilizer, and the solubility of carbon is high in the austenite phase. Thus, carbon alloying can also be used to stabilize the austenite phase during cooling from the melt and during plastic deformation. Carbon also increases the strength of the austenite matrix by solid solution strengthening. As described, the carbon in the member / composition of the present disclosure is about 0.01 to about 3.0 wt. % Range.

アルミニウムはフェライト安定化剤であるため、冷却時にオーステナイト相を不安定化させる。しかしながら、高Mn鋼へのアルミニウムの添加は、変形時の歪み誘起相変態に対抗してオーステナイト相を安定化させる。さらに、固溶強化によりオーステナイトを強化する。アルミニウムの添加はまた、不動態膜の形成を促進することにより、本明細書に開示される高Mn含有鉄系部材の耐食性を増加させる。本開示の部材/組成物中のアルミニウムは、約0.0〜約15wt.%の範囲であり得る。   Since aluminum is a ferrite stabilizer, it destabilizes the austenite phase during cooling. However, the addition of aluminum to high Mn steel stabilizes the austenite phase against strain-induced phase transformation during deformation. Furthermore, austenite is strengthened by solid solution strengthening. The addition of aluminum also increases the corrosion resistance of the high Mn content iron-based members disclosed herein by promoting the formation of a passive film. Aluminum in the members / compositions of the present disclosure is about 0.0 to about 15 wt. % Range.

ケイ素はフェライト安定化剤であり、α’マルテンサイト変態を維持するとともに周囲温度で変形時にεマルテンサイト形成を促進する。固溶強化により、Siの添加は、Siの1wt.%添加当たりオーステナイト相を約50MPa強化する。本開示の部材/組成物中のケイ素は、約0.01〜約10wt.%の範囲であり得る。   Silicon is a ferrite stabilizer that maintains α 'martensite transformation and promotes ε martensite formation during deformation at ambient temperature. Due to solid solution strengthening, the addition of Si is 1 wt. Strengthen the austenite phase by about 50 MPa per% addition. Silicon in the members / compositions of the present disclosure is about 0.01 to about 10 wt. % Range.

チタンはフェライト安定化剤であり、多くの場合、チタン炭化物を形成することにより炭素を安定化させるために合金化される。チタン炭化物の形成による炭素の安定化は、「不動態」層の形成に影響を及ぼし得るクロム炭化物の形成を防止する。本開示の部材/組成物中のチタンは、約0.01〜約10wt.%の範囲であり得る。   Titanium is a ferrite stabilizer and is often alloyed to stabilize carbon by forming titanium carbide. Stabilization of carbon through the formation of titanium carbide prevents the formation of chromium carbides that can affect the formation of "passive" layers. Titanium in the members / compositions of the present disclosure is about 0.01 to about 10 wt. % Range.

クロムはフェライト安定化剤であるため、冷却時にフェライト相の形成を促進する。クロムの添加はまた、本明細書に開示される高Mn含有鉄系部材の耐食性を増加させることにより不動態膜の形成を促進する。さらに、Fe−Mn合金系へのCrの添加は熱膨張係数を低減する。本開示の部材/組成物中のクロムは、部材全体の約0.5〜約30wt.%の範囲であり得る。   Since chromium is a ferrite stabilizer, it promotes the formation of a ferrite phase during cooling. The addition of chromium also promotes the formation of a passive film by increasing the corrosion resistance of the high Mn content iron-based members disclosed herein. Furthermore, the addition of Cr to the Fe—Mn alloy system reduces the thermal expansion coefficient. Chromium in the member / composition of the present disclosure may be about 0.5 to about 30 wt. % Range.

銅はオーステナイト安定化剤であり、固溶硬化により強度を向上させる。本開示の部材/組成物中の銅は、部材全体の約0.5〜約10wt.%の範囲であり得る。   Copper is an austenite stabilizer and improves strength by solid solution hardening. The copper in the member / composition of the present disclosure is about 0.5 to about 10 wt. % Range.

硫黄は、硫化物介在物の場合、機械加工性を改善するために使用される(たとえば、FeS、MnS、および/またはそれらの組合せはチップブレーカーとして作用する)。硫黄は、耐孔食性を低減する可能性があるため、一般に0.02wt.%未満の低レベルに維持される。   Sulfur is used in the case of sulfide inclusions to improve machinability (eg, FeS, MnS, and / or combinations thereof act as a chip breaker). Sulfur generally has a potential to reduce pitting corrosion resistance, so generally 0.02 wt. Maintained at a low level of less than%.

こうした合金化元素の影響を理解すれば、特定用途向けに好適な鋼の化学を設計することが可能である。高Mn鋼のいくつかの設計基準は、臨界マルテンサイト変態温度、たとえば、MおよびMεsであり得る。Mは、オーステナイトからα’マルテンサイトへの変態が起こる上限臨界温度であり、Mεsは、オーステナイトからεマルテンサイトへの変態が起こる上限臨界温度である。 By understanding the effects of these alloying elements, it is possible to design a suitable steel chemistry for a specific application. Some design criteria for high Mn steel can be critical martensitic transformation temperatures, eg, M s and M εs . M s is an upper critical temperature at which transformation from austenite to α ′ martensite occurs, and M εs is an upper critical temperature at which transformation from austenite to ε martensite occurs.

例示的な組成物およびマイクロ構造
本開示の例示的な鋼組成物概念を図2に示す。例示的な実施形態では、鋼組成物は、耐食性を得るためにCr合金化を用いて不動態膜形成を促進し、かつ靭性および/または耐割れ性を得るためにMnおよび/またはNi合金化を用いてオーステナイト(γとしても知られる)相を安定化させる。しかしながら、Crはフェライト(αとしても知られる)安定剤である。したがって、Cr合金化が増加するにつれて、オーステナイト相を安定化させるためにより多量のMnおよび/またはNi合金化添加を必要とし得る。
Exemplary Composition and Microstructure An exemplary steel composition concept of the present disclosure is shown in FIG. In an exemplary embodiment, the steel composition is Cr alloyed to promote corrosion film formation to obtain corrosion resistance, and Mn and / or Ni alloyed to obtain toughness and / or crack resistance. Is used to stabilize the austenite (also known as γ) phase. However, Cr is a ferrite (also known as α) stabilizer. Thus, as Cr alloying increases, more Mn and / or Ni alloying additions may be required to stabilize the austenite phase.

以下に続く実施形態では、本開示により提供される鉄オーステナイトステンレス鋼組成物のいくつかの各種の合金化添加物(alloying addition)を記載する。   In the embodiments that follow, a number of various alloying additions of the iron austenitic stainless steel composition provided by the present disclosure are described.

例示的な実施形態では、例示的な鋼組成物は、従来のオーステナイトステンレス鋼のより高価なNi合金化をより低コストのMn(たとえば、約8〜約30wt.%のMn)に置き換えることにより、その主にオーステナイトの結晶構造を達成する。これによりコストの削減が可能になるが、依然として高い延性および靭性のオーステナイト結晶構造が達成される。   In an exemplary embodiment, an exemplary steel composition replaces the more expensive Ni alloying of conventional austenitic stainless steel with a lower cost Mn (eg, about 8 to about 30 wt.% Mn). , Mainly to achieve the crystal structure of austenite. This allows cost reduction, but still achieves an austenitic crystal structure with high ductility and toughness.

例示的な実施形態では、鋼組成物は、十分量のCr(たとえば、約11〜約30wt.%)を含有し得る。Cr合金化添加物は、耐スイート腐食性および耐サワー腐食性をはじめとする耐食性を提供する。   In an exemplary embodiment, the steel composition may contain a sufficient amount of Cr (eg, about 11 to about 30 wt.%). The Cr alloying additive provides corrosion resistance, including sweet corrosion resistance and sour corrosion resistance.

特定の実施形態では、例示的な鋼組成物は、高炭素および/または高窒素の合金化を含み得る(たとえば、炭素含有率が約0.1〜約1.5wt.%の範囲である場合および/または窒素含有率が約0.1〜約1.5wt.%の範囲である場合)。以上に述べたように、例示的な鉄オーステナイトステンレス鋼組成物は、マンガン合金化添加により溶融物中および鋼中への窒素の溶解性が向上する。   In certain embodiments, exemplary steel compositions may include high carbon and / or high nitrogen alloying (eg, when the carbon content ranges from about 0.1 to about 1.5 wt.%). And / or if the nitrogen content is in the range of about 0.1 to about 1.5 wt.%). As noted above, exemplary iron austenitic stainless steel compositions have improved nitrogen solubility in the melt and in steel due to the addition of manganese alloys.

特定の実施形態では、例示的な鉄オーステナイトステンレス鋼組成物は、Al合金化を含み得る(たとえば、約1〜約15wt.%、好ましくは約2〜約10wt.%の範囲内のAl添加)。   In certain embodiments, exemplary iron austenitic stainless steel compositions can include Al alloying (eg, Al addition in the range of about 1 to about 15 wt.%, Preferably about 2 to about 10 wt.%). .

いくつかの実施形態では、例示的な鉄オーステナイトステンレス鋼組成物は、Siを含み得る(たとえば、Si合金化が約0.5〜約10wt.%の範囲内、好ましくは約1.5〜約5wt.%の範囲である場合)。   In some embodiments, exemplary iron austenitic stainless steel compositions may include Si (eg, Si alloying is in the range of about 0.5 to about 10 wt.%, Preferably about 1.5 to about 5 wt.% Range).

いくつかの実施形態では、例示的な鉄オーステナイトステンレス鋼組成物は、ニオブ(Nb)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、タングステン(W)、およびモリブデンの1つ以上を含み得る(たとえば、これらの各元素の全含有率がそれぞれ約0.3〜約5wt.%の範囲である場合)。   In some embodiments, exemplary iron austenitic stainless steel compositions may include one or more of niobium (Nb), titanium (Ti), vanadium (V), tungsten (W), and molybdenum (eg, When the total content of each of these elements is in the range of about 0.3 to about 5 wt.%).

例示的な実施形態では、鉄オーステナイトステンレス鋼組成物は、主要オーステナイト相と、炭化物、窒化物、および/または炭窒化物ならびにそれらの組合せの副次相とを含む。例示的な鋼組成物の炭素および窒素の含有率は、ある範囲内の強度レベル(たとえば、冷間変形を行わない製造されたままの状態で約50ksi〜約120ksiの範囲内)を提供するように選択される。例示的な鋼組成物は、冷間変形を行うことによりさらに高い降伏強度、たとえば100ksiを超える降伏強度を達成し得る。   In an exemplary embodiment, the iron austenitic stainless steel composition includes a primary austenitic phase and a secondary phase of carbide, nitride, and / or carbonitride and combinations thereof. The carbon and nitrogen content of an exemplary steel composition provides a strength level within a range (eg, within a range of about 50 ksi to about 120 ksi as manufactured without cold deformation). Selected. Exemplary steel compositions can achieve even higher yield strengths, for example, greater than 100 ksi, by performing cold deformation.

用途
本開示の他の態様は、部分的にまたは完全に例示的な鉄オーステナイトステンレス鋼から装置などを製造することである。かかる例示的な装置は、石油/ガスおよび/または石油化学の装置を含み得るが、これらに限定されるものではなく、石油/ガスおよび/または石油化学の装置としては、反応槽、パイプ、ケーシング、パッカー、継ぎ手、サッカーロッド、シール、ワイヤ、ケーブル、ボトムホールアセンブリ、チューブ、バルブ、コンプレッサー、ポンプ、ベアリング、押出し機バレル、成形ダイ、およびそれらの組合せが挙げられ得る。
Applications Another aspect of the present disclosure is to make devices and the like from partially or fully exemplary iron austenitic stainless steel. Such exemplary equipment may include, but is not limited to, oil / gas and / or petrochemical equipment, including, but not limited to, reactors, pipes, casings , Packers, fittings, soccer rods, seals, wires, cables, bottom hole assemblies, tubes, valves, compressors, pumps, bearings, extruder barrels, molding dies, and combinations thereof.

処理
本開示の鋼組成物/部材は、限定されるものではないが、各種の例示的な熱機械的制御処理(「TMCP」)の技術、工程、または方法をはじめとする種々の処理技術により製造または生産し得る。
Processing The steel compositions / members of the present disclosure are subject to various processing techniques including, but not limited to, various exemplary thermomechanical control processing ("TMCP") techniques, processes, or methods. Can be manufactured or produced.

本開示はさらに、例示的な鉄オーステナイトステンレス鋼を製造/生産するための例示的なプロセス工程を提供する。   The present disclosure further provides exemplary process steps for manufacturing / producing exemplary iron austenitic stainless steel.

最初に、制御環境(たとえば、約1600℃で約30分間ならびにNおよび/またはMnの蒸発損失の制御下)で例示的な鉄鋼要素/部材を溶融して液体合金鋼を作製し得る。   Initially, an exemplary steel element / member may be melted to produce a liquid alloy steel in a controlled environment (eg, at about 1600 ° C. for about 30 minutes and under control of evaporation loss of N and / or Mn).

次いで、液体合金鋼をほぼ室温にまたは好適な低温に冷却して合金鋼の主にオーステナイトの構造を形成し得る(たとえば、鋳造インゴットの形態で、またはスラブ、ビレット、および/もしくはブルームとして連続的に鋳造して)。たとえば、液体合金鋼を成形型(たとえば、水冷銅成形型)に入れてインゴット鋳造または連続鋳造し、Mn偏析を抑制しながら鋳造インゴット/スラブを形成し得る。   The liquid alloy steel can then be cooled to about room temperature or a suitable low temperature to form a predominantly austenitic structure of the alloy steel (eg, continuously in the form of a cast ingot or as a slab, billet, and / or bloom) Cast into). For example, liquid alloy steel can be placed in a mold (eg, water-cooled copper mold) and ingot cast or continuously cast to form a cast ingot / slab while suppressing Mn segregation.

次に、その後、合金鋼インゴット/スラブを熱間変形(たとえば、約800℃以上で)させて合金鋼の粒子サイズの制御および/または形状の制御を行ってバー、シート、チューブなどにする。   The alloy steel ingot / slab is then hot deformed (eg, above about 800 ° C.) to control the particle size and / or shape of the alloy steel into bars, sheets, tubes, and the like.

いくつかの実施形態では、次いで、合金鋼(たとえば、合金鋼バー/シート)を任意選択的に再加熱してまたは溶体化処理(たとえば、約1000℃以上で約1時間)に付して、前の熱間変形工程で形成された二次相を実質的に溶解させ得る。   In some embodiments, the alloy steel (e.g., alloy steel bar / sheet) is then optionally reheated or subjected to a solution treatment (e.g., greater than about 1000 <0> C for about 1 hour), The secondary phase formed in the previous hot deformation process can be substantially dissolved.

次いで、再加熱/溶体化された合金鋼を急速に(たとえば、少なくとも約10℃/秒で)好適な冷却停止温度に(たとえば、典型的には約300℃未満またはほぼ室温に)冷却して(たとえば、水焼入れ浴中で)合金鋼の主にオーステナイトの構造を形成し得る。   The reheated / solutionized alloy steel is then rapidly cooled (eg, at least about 10 ° C./second) to a suitable cooling stop temperature (eg, typically below about 300 ° C. or about room temperature). It can form a predominantly austenitic structure of alloy steel (eg, in a water quenching bath).

いくつかの実施形態では、合金鋼(たとえば、合金鋼バー/シート)を任意選択的に冷間変形させて(たとえば、圧延または鍛造して)歪み誘起変態を引き起こすことにより合金鋼の強度をさらに増加させ得る。   In some embodiments, the alloy steel (eg, alloy steel bar / sheet) is optionally cold deformed (eg, rolled or forged) to further increase the strength of the alloy steel by causing strain-induced transformation. Can be increased.

以下の実施例を参照して本開示をさらに説明するが、それにより本開示の範囲を限定するものではない。以下の実施例では、改善された鋼組成物(たとえば、向上した耐食性および/または耐割れ性を有する改善された高Mn鋼組成物)を製造または生産するための改善されたシステムおよび方法を例示する。   The disclosure is further described with reference to the following examples, which do not limit the scope of the disclosure. The following examples illustrate improved systems and methods for producing or producing improved steel compositions (eg, improved high Mn steel compositions having improved corrosion resistance and / or crack resistance). To do.

実施例1
本開示の例示的な合金を減圧誘導溶融により作製した。溶融前、鋼組成物の公称化学は、約20wt.%Mn、18wt.%Cr、約0.6wt.%C、約0.4wt.%N、および残余Feであった。NおよびMnの蒸発損失が制御された制御環境で減圧誘導溶融により鉄鋼組成物を製造して液体合金鋼を作製した。
Example 1
Exemplary alloys of the present disclosure were made by vacuum induction melting. Prior to melting, the nominal chemistry of the steel composition is about 20 wt. % Mn, 18 wt. % Cr, about 0.6 wt. % C, about 0.4 wt. % N and the remaining Fe. A liquid alloy steel was produced by producing a steel composition by reduced pressure induction melting in a controlled environment in which the evaporation loss of N and Mn was controlled.

次いで、液体合金鋼を水冷Cu(銅)成形型中に注加して均一鋳造インゴットを形成し(Mn偏析を抑制しながら)、次いで、ほぼ周囲温度に冷却した。   The liquid alloy steel was then poured into a water-cooled Cu (copper) mold to form a uniformly cast ingot (while suppressing Mn segregation) and then cooled to approximately ambient temperature.

次いで、約800℃超の温度でインゴットを熱間変形して粒子サイズを制御するとともに合金鋼を円柱状バーとして造形した。次いで、約1200℃で約1時間にわたりバーのいくつかを再加熱/溶体化熱処理して熱間変形時に形成された二次相を実質的に溶解させた。次いで、溶体化熱処理サンプルを水焼入れ浴中でほぼ室温に急速冷却して(たとえば、少なくとも約10℃/秒で)合金鋼の主にオーステナイトの構造を形成した。   Next, the ingot was hot deformed at a temperature above about 800 ° C. to control the particle size, and the alloy steel was shaped as a cylindrical bar. Then, some of the bars were reheated / solution heat treated for about 1 hour at about 1200 ° C. to substantially dissolve the secondary phase formed during hot deformation. The solution heat treated sample was then rapidly cooled to about room temperature in a water quench bath (eg, at least about 10 ° C./second) to form a predominantly austenitic structure of the alloy steel.

圧延されたままのサンプル(すなわち非溶体化熱処理サンプル)は、図3Aに示されるように二次Crリッチ炭化物を呈した。このマイクロ構造は、改善された耐食性を確保するために回避すべきである。   The as-rolled sample (ie non-solution heat treated sample) exhibited secondary Cr-rich carbide as shown in FIG. 3A. This microstructure should be avoided to ensure improved corrosion resistance.

図3Bに示されるように、主にオーステナイトの構造は溶体化熱処理サンプルで達成された。このサンプルは、約1200℃で約1時間にわたり溶体化熱処理してから水中で冷却したものである。   As shown in FIG. 3B, mainly the austenite structure was achieved in the solution heat treated sample. This sample is a solution heat-treated at about 1200 ° C. for about 1 hour and then cooled in water.

例示的な鋼および市販の304グレードステンレス鋼(19wt.%Cr、8wt.%Ni、残余Fe)で電気化学的分極曲線を得た。50.2g/LのNaHCOおよび3wt.%のNaClを有する試験水性溶液を分析グレード試薬および脱イオン水から作製した。試験時、約100cc/分の速度で約1barの二酸化炭素(CO2)ガスを用いて、試験水性溶液をパージした。試験前、粒度600番のシリコンカーボンペーパーを用いて鋼サンプルの表面を研磨した。図4Aは、約25℃における本開示の例示的な鋼および市販の304SSの分極曲線を例示している。溶体化処理された本発明の鋼は、図4Bに示されるように、304SSと比較して類似の耐食性を示した。 Electrochemical polarization curves were obtained with exemplary steels and commercially available 304 grade stainless steel (19 wt.% Cr, 8 wt.% Ni, residual Fe). 50.2 g / L NaHCO 3 and 3 wt. A test aqueous solution with% NaCl was made from analytical grade reagent and deionized water. During the test, the test aqueous solution was purged with about 1 bar of carbon dioxide (CO2) gas at a rate of about 100 cc / min. Before the test, the surface of the steel sample was polished with silicon carbon paper having a particle size of # 600. FIG. 4A illustrates an exemplary steel of the present disclosure at about 25 ° C. and a commercially available 304SS polarization curve. The solution treated steel of the present invention exhibited similar corrosion resistance compared to 304SS, as shown in FIG. 4B.

主に、石油、ガス、および/または石油化学の工業/システム/用途の部材に使用するための鋼組成物との関連で本開示を説明してきたが、かかる説明は、単に開示の目的で利用されているにすぎず、本開示を限定することを意図したものでしない。それとは反対に、本開示の鋼組成物は、多様な用途、システム、操作、および/または工業に有用であり得ることを認識すべきである。   While the present disclosure has been described primarily in the context of steel compositions for use in petroleum, gas, and / or petrochemical industry / system / application components, such description is merely used for disclosure purposes. And is not intended to limit the present disclosure. In contrast, it should be appreciated that the steel compositions of the present disclosure may be useful in a variety of applications, systems, operations, and / or industries.

例示的な実施形態を参照して本開示のシステムおよび方法を説明してきたが、本開示は、かかる例示的な実施形態および/または実現形態に限定されるものではない。より正確には、本開示の技術分野の当業者に自明であろうように、本開示のシステムおよび方法は、多くの実現形態および用途が可能である。本開示は、本開示の実施形態のかかる修正形態、改良形態、および/または変形形態を明示的に包含する。以上の構成に対する多くの変更形態がなされ得るため、またその範囲から逸脱することなく本開示の多くの多様な実施形態がなされ得るため、図面および本明細書に含まれるものはすべて例示的なものと解釈されるものとし、限定的な意味で解釈されないものとすることが意図される。以上の本開示では、追加の修正形態、変更形態、および置換形態が意図される。したがって、添付の特許請求の範囲は、広義にかつ本開示の範囲に一致するように解釈するのが適切である。   Although the systems and methods of the present disclosure have been described with reference to exemplary embodiments, the present disclosure is not limited to such exemplary embodiments and / or implementations. More precisely, the system and method of the present disclosure are capable of many implementations and applications, as will be apparent to those skilled in the art of the present disclosure. This disclosure expressly includes such modifications, improvements, and / or variations of embodiments of the present disclosure. Since many variations to the above arrangement can be made and many different embodiments of the present disclosure can be made without departing from the scope thereof, everything contained in the drawings and the specification is illustrative only. And is not intended to be construed in a limiting sense. In the above disclosure, additional modifications, changes, and substitutions are contemplated. Accordingly, it is appropriate that the appended claims be construed broadly and in a manner consistent with the scope of the disclosure.

Claims (22)

a.8〜30重量%のマンガン、11〜30重量%のクロムおよび残余の鉄を有する組成物を提供する工程と、
b.前記組成物を制御環境で溶融する工程であって、液体合金鋼組成物を生成するための工程と、
c.前記液体合金鋼組成物を冷却する工程であって、合金鋼組成物を形成するための工程と、
d.前記合金鋼組成物を熱間変形させる工程と、
e.前記合金鋼組成物を所定の時間にわたり再加熱する工程と、
f.前記合金鋼組成物を冷却する工程と、
g.前記合金鋼組成物を冷間変形させる工程と
を含む、鉄系部材を製造する方法。
a. Providing a composition having 8-30 wt% manganese, 11-30 wt% chromium and the balance iron;
b. Melting the composition in a controlled environment, producing a liquid alloy steel composition;
c. Cooling the liquid alloy steel composition, forming the alloy steel composition;
d. Hot deforming the alloy steel composition;
e. Reheating the alloy steel composition for a predetermined time;
f. Cooling the alloy steel composition;
g. A method for producing an iron-based member, the method comprising cold-deforming the alloy steel composition.
工程b)が、前記組成物を1600℃で30分間にわたり溶融する工程を含む、請求項1に記載の鉄系部材を製造する方法。   The method for producing an iron-based member according to claim 1, wherein step b) comprises melting the composition at 1600 ° C. for 30 minutes. 工程c)が、前記液体合金鋼組成物を周囲温度に冷却する工程であって、前記合金鋼組成物を形成するための工程を含む、請求項1に記載の鉄系部材を製造する方法。   The method for producing an iron-based member according to claim 1, wherein step c) is a step of cooling the liquid alloy steel composition to an ambient temperature, the step comprising forming the alloy steel composition. 工程d)が、前記合金鋼組成物を800℃以上で熱間変形する工程を含む、請求項1に記載の鉄系部材を製造する方法。   The method for producing an iron-based member according to claim 1, wherein step d) includes hot-deforming the alloy steel composition at 800 ° C or higher. 工程e)が、前記合金鋼組成物を1000℃以上で1時間にわたり再加熱する工程を含む、請求項1に記載の鉄系部材を製造する方法。   The method for producing an iron-based member according to claim 1, wherein step e) includes reheating the alloy steel composition at 1000 ° C or higher for 1 hour. 工程e)が、前記合金鋼組成物を1200℃以上で1時間にわたり再加熱する工程を含む、請求項1に記載の鉄系部材を製造する方法。   The method for producing an iron-based member according to claim 1, wherein step e) comprises a step of reheating the alloy steel composition at 1200 ° C or higher for 1 hour. 工程f)が、前記合金鋼組成物を300℃未満に冷却する工程を含む、請求項1に記載の鉄系部材を製造する方法。   The method for producing an iron-based member according to claim 1, wherein step f) includes a step of cooling the alloy steel composition to less than 300 ° C. 工程f)が、前記合金鋼組成物が300℃未満になるまで少なくとも10℃/秒で前記合金鋼組成物を冷却する工程を含む、請求項7に記載の鉄系部材を製造する方法。   The method of manufacturing an iron-based member according to claim 7, wherein step f) comprises cooling the alloy steel composition at a rate of at least 10 ° C / second until the alloy steel composition is less than 300 ° C. 前記組成物が、炭素、アルミニウム、ケイ素、ニッケル、コバルト、モリブデン、ニオブ、銅、チタン、バナジウム、タングステン、窒素、ホウ素、ジルコニウム、ハフニウムおよびそれらの組合せからなる群から選択される1種以上の合金化元素をさらに含む、請求項1に記載の鉄系部材を製造する方法。   One or more alloys wherein the composition is selected from the group consisting of carbon, aluminum, silicon, nickel, cobalt, molybdenum, niobium, copper, titanium, vanadium, tungsten, nitrogen, boron, zirconium, hafnium, and combinations thereof The method for producing an iron-based member according to claim 1, further comprising a chemical element. a.前記ニッケルまたはコバルトのそれぞれが、前記組成物全体の0.5〜20重量%の範囲であり、
b.前記アルミニウムが、前記組成物全体の0.1〜15重量%の範囲であり、
c.前記モリブデン、ニオブ、銅、チタン、タングステンまたはバナジウムのそれぞれが、前記組成物全体の0.2〜10重量%の範囲であり、
d.前記ケイ素が、前記組成物全体の0.01〜10重量%の範囲であり、
e.前記窒素が、前記組成物全体の0.01〜3.0重量%の範囲であり、
f.前記ホウ素が、前記組成物全体の0.001〜0.1重量%の範囲であり、
g.前記ジルコニウムまたはハフニウムのそれぞれが、前記組成物全体の0.2〜6重量%の範囲である、
請求項9に記載の鉄系部材を製造する方法。
a. Each of the nickel or cobalt is in the range of 0.5-20% by weight of the total composition;
b. The aluminum is in the range of 0.1 to 15% by weight of the total composition;
c. Each of the molybdenum, niobium, copper, titanium, tungsten or vanadium is in the range of 0.2 to 10% by weight of the total composition,
d. The silicon is in the range of 0.01 to 10% by weight of the total composition;
e. The nitrogen ranges from 0.01 to 3.0% by weight of the total composition;
f. The boron is in the range of 0.001 to 0.1% by weight of the total composition;
g. Each of the zirconium or hafnium is in the range of 0.2 to 6% by weight of the total composition.
A method for manufacturing the iron-based member according to claim 9.
前記組成物が、
a.8〜30重量%のマンガン、11〜30重量%のクロムと、
b.0.10〜1.5重量%の炭素、0.10〜1.5重量%の窒素およびそれらの組合せを含む合金化添加物の1つ以上と、
c.0.5〜10重量%のケイ素、1.0〜15重量%のアルミニウムおよびそれらの組合せと、
d.残余の鉄と
を含む、請求項1に記載の鉄系部材を製造する方法。
The composition is
a. 8-30 wt% manganese, 11-30 wt% chromium,
b. One or more alloying additives comprising 0.10 to 1.5 wt% carbon, 0.10 to 1.5 wt% nitrogen and combinations thereof;
c. 0.5-10 wt% silicon, 1.0-15 wt% aluminum and combinations thereof;
d. The method of manufacturing the iron-type member of Claim 1 containing remainder iron.
a.8〜30重量%のマンガン、11〜30重量%のクロムおよび残余の鉄を有する組成物を提供する工程と、
b.前記組成物を制御環境で溶融する工程であって、液体合金鋼組成物を生成するための工程と、
c.前記液体合金鋼組成物を冷却する工程であって、合金鋼組成物を形成するための工程と、
d.前記合金鋼組成物を熱間変形させる工程と、
e.前記合金鋼組成物を所定の時間にわたり再加熱する工程と、
f.前記合金鋼組成物を冷却する工程と、
g.前記合金鋼組成物を冷間変形させる工程と
を含む工程によって製造された鉄系部材。
a. Providing a composition having 8-30 wt% manganese, 11-30 wt% chromium and the balance iron;
b. Melting the composition in a controlled environment, producing a liquid alloy steel composition;
c. Cooling the liquid alloy steel composition, forming the alloy steel composition;
d. Hot deforming the alloy steel composition;
e. Reheating the alloy steel composition for a predetermined time;
f. Cooling the alloy steel composition;
g. The iron-type member manufactured by the process including the process of cold-deforming the said alloy steel composition.
工程b)が、前記組成物を1600℃で30分間にわたり溶融する工程を含む、請求項12に記載の鉄系部材。   The iron-based member according to claim 12, wherein step b) comprises melting the composition at 1600 ° C for 30 minutes. 工程c)が、前記液体合金鋼組成物を周囲温度に冷却する工程であって、前記合金鋼組成物を形成するための工程を含む、請求項12に記載の鉄系部材。   13. The iron-based member according to claim 12, wherein step c) is a step of cooling the liquid alloy steel composition to ambient temperature, the step comprising forming the alloy steel composition. 工程d)が、前記合金鋼組成物を800℃以上で熱間変形させる工程を含む、請求項12に記載の鉄系部材。   The iron-based member according to claim 12, wherein step d) includes a step of hot-deforming the alloy steel composition at 800 ° C or higher. 工程e)が、前記合金鋼組成物を1000℃以上で1時間にわたり再加熱する工程を含む、請求項12に記載の鉄系部材。   The iron-based member according to claim 12, wherein step e) includes a step of reheating the alloy steel composition at 1000 ° C or higher for 1 hour. 工程e)が、前記合金鋼組成物を1200℃以上で1時間にわたり再加熱する工程を含む、請求項12に記載の鉄系部材。   The iron-based member according to claim 12, wherein step e) includes a step of reheating the alloy steel composition at 1200 ° C or higher for 1 hour. 工程f)が、前記合金鋼組成物を300℃未満に冷却する工程を含む、請求項12に記載の鉄系部材。   The iron-based member according to claim 12, wherein step f) includes a step of cooling the alloy steel composition to less than 300 ° C. 工程f)が、前記合金鋼組成物が300℃未満になるまで少なくとも10℃/秒で前記合金鋼組成物を冷却する工程を含む、請求項18に記載の鉄系部材。   The iron-based member of claim 18, wherein step f) includes cooling the alloy steel composition at a rate of at least 10 ° C./second until the alloy steel composition is below 300 ° C. 前記組成物が、炭素、アルミニウム、ケイ素、ニッケル、コバルト、モリブデン、ニオブ、銅、チタン、バナジウム、タングステン、窒素、ホウ素、ジルコニウム、ハフニウムおよびそれらの組合せからなる群から選択される1種以上の合金化元素をさらに含む、請求項12に記載の鉄系部材。   One or more alloys wherein the composition is selected from the group consisting of carbon, aluminum, silicon, nickel, cobalt, molybdenum, niobium, copper, titanium, vanadium, tungsten, nitrogen, boron, zirconium, hafnium, and combinations thereof The iron-based member according to claim 12, further comprising a chemical element. a.前記ニッケルまたはコバルトのそれぞれが、前記組成物全体の0.5〜20重量%の範囲であり、
b.前記アルミニウムが、前記組成物全体の0.1〜15重量%の範囲であり、
c.前記モリブデン、ニオブ、銅、チタン、タングステンまたはバナジウムのそれぞれが、前記組成物全体の0.2〜10重量%の範囲であり、
d.前記ケイ素が、前記組成物全体の0.01〜10重量%の範囲であり、
e.前記窒素が、前記組成物全体の0.01〜3.0重量%の範囲であり、
f.前記ホウ素が、前記組成物全体の0.001〜0.1重量%の範囲であり、
g.前記ジルコニウムまたはハフニウムのそれぞれが、前記組成物全体の0.2〜6重量%の範囲である、請求項20に記載の鉄系部材。
a. Each of the nickel or cobalt is in the range of 0.5-20% by weight of the total composition;
b. The aluminum is in the range of 0.1 to 15% by weight of the total composition;
c. Each of the molybdenum, niobium, copper, titanium, tungsten or vanadium is in the range of 0.2 to 10% by weight of the total composition,
d. The silicon is in the range of 0.01 to 10% by weight of the total composition;
e. The nitrogen ranges from 0.01 to 3.0% by weight of the total composition;
f. The boron is in the range of 0.001 to 0.1% by weight of the total composition;
g. The iron-based member according to claim 20, wherein each of the zirconium and hafnium is in the range of 0.2 to 6% by weight of the entire composition.
前記組成物が、
a.8〜30重量%のマンガン、11〜30重量%のクロムと、
b.0.10〜1.5重量%の炭素、0.10〜1.5重量%の窒素およびそれらの組合せを含む合金化添加物の1つ以上と、
c.0.5〜10重量%のケイ素、1.0〜15重量%のアルミニウムと、
d.残余の鉄と
を含む、請求項12に記載の鉄系部材。
The composition is
a. 8-30 wt% manganese, 11-30 wt% chromium,
b. One or more alloying additives comprising 0.10 to 1.5 wt% carbon, 0.10 to 1.5 wt% nitrogen and combinations thereof;
c. 0.5-10 wt% silicon, 1.0-15 wt% aluminum,
d. The iron-based member according to claim 12, comprising the remaining iron.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2644709C1 (en) * 2017-06-01 2018-02-13 Юлия Алексеевна Щепочкина Wear resistant alloy based on iron
KR101918408B1 (en) * 2017-07-24 2018-11-13 포항공과대학교 산학협력단 Austenitic steel excellent in high temperature strength
KR101974815B1 (en) * 2017-11-28 2019-05-07 포항공과대학교 산학협력단 Austenitic steel excellent in high temperature strength using reduction of chromium content
CN111684107B (en) * 2018-03-02 2021-03-19 株式会社德山 Stainless steel member and method for manufacturing same
TWI715852B (en) * 2018-07-11 2021-01-11 永鼎應用金屬股份有限公司 Austenitic alloy steel
WO2020041085A1 (en) 2018-08-21 2020-02-27 Exxonmobil Upstream Research Company Mooring chains comprising high manganese steels and associated methods
CN109487178B (en) * 2018-12-29 2020-06-16 广西长城机械股份有限公司 High-purity ultrahigh manganese steel and preparation process thereof
BR112021025478A2 (en) * 2019-06-21 2022-03-22 Spm Oil & Gas Inc Wear and corrosion resistant steel compositions and high pressure pumps and pump components comprising the same
CN114134286B (en) * 2021-10-12 2023-03-31 广西富川正辉机械有限公司 System for refining high-purity manganese 18 high-manganese steel and application thereof
CN113969374B (en) * 2021-10-26 2022-08-02 东北大学 Preparation method of ultralow-temperature steel for protective sleeve of superconducting magnet of Tokamak device
US20230220528A1 (en) * 2022-01-11 2023-07-13 Garrett Transportation I Inc High silicon stainless steel alloys and turbocharger kinematic components formed from the same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57155350A (en) * 1981-03-20 1982-09-25 Toshiba Corp Corrosion resistant nonmagnetic steel
JPS609823A (en) * 1983-06-29 1985-01-18 Toshiba Corp Manufacture of corrosion resistant nonmagnetic member with high strength
JP2008127590A (en) * 2006-11-17 2008-06-05 Daido Steel Co Ltd Austenitic stainless steel

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1205659A (en) * 1981-03-20 1986-06-10 Masao Yamamoto Corrosion-resistant non-magnetic steel and retaining ring for a generator made of it
US4975335A (en) * 1988-07-08 1990-12-04 Fancy Steel Corporation Fe-Mn-Al-C based alloy articles and parts and their treatments
JPH06235049A (en) * 1993-02-09 1994-08-23 Nippon Steel Corp High strength nonmagnetic stainless steel and its production
JP4379804B2 (en) * 2004-08-13 2009-12-09 大同特殊鋼株式会社 High nitrogen austenitic stainless steel
JP4915202B2 (en) * 2005-11-03 2012-04-11 大同特殊鋼株式会社 High nitrogen austenitic stainless steel
US7754305B2 (en) * 2007-01-04 2010-07-13 Ut-Battelle, Llc High Mn austenitic stainless steel
CN100554480C (en) * 2007-10-10 2009-10-28 江苏省方通新型不锈钢制品股份有限公司 Chromium-manganese-copper-molybdenum series austenite corrosion-resistant wear-proof stainless steel
JP5388589B2 (en) * 2008-01-22 2014-01-15 新日鐵住金ステンレス株式会社 Ferritic / austenitic stainless steel sheet for structural members with excellent workability and shock absorption characteristics and method for producing the same
US20120160363A1 (en) 2010-12-28 2012-06-28 Exxonmobil Research And Engineering Company High manganese containing steels for oil, gas and petrochemical applications
CN103266286A (en) * 2013-06-14 2013-08-28 兰州理工大学 High-alumina 316L stainless steel and preparation method thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57155350A (en) * 1981-03-20 1982-09-25 Toshiba Corp Corrosion resistant nonmagnetic steel
JPS609823A (en) * 1983-06-29 1985-01-18 Toshiba Corp Manufacture of corrosion resistant nonmagnetic member with high strength
JP2008127590A (en) * 2006-11-17 2008-06-05 Daido Steel Co Ltd Austenitic stainless steel

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115109993A (en) * 2021-03-22 2022-09-27 东台市展新不锈钢紧固件制造有限公司 Diamond anti-theft net wire for high-purity chromium-manganese special alloy material and manufacturing method thereof

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Publication number Publication date
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