KR20180133780A - 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 및 그로 제조된 왕복 펌프 - Google Patents

고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 및 그로 제조된 왕복 펌프 Download PDF

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KR20180133780A
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martensitic stainless
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high toughness
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앨저더스 언더리스
루이-필리프 라피에르
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에이.핀클 앤드 선스 컴퍼니
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Abstract

왕복 펌프가 개시된다. 왕복 펌프는 동력 단부 및 상기 동력 단부에 작동가능하게 연결된 유체 단부를 포함할 수 있다. 상기 유체 단부는 플런저, 상기 플런저에 작동가능하게 맞물리도록 구성된 실린더 및 단부 블록을 포함할 수 있다. 상기 유체 단부의 플런저, 실린더 및 단부 블록은 각각, 11.50 중량% 내지 17.00 중량%의 크롬, 3.50 중량% 내지 6.00 중량%의 니켈, 0.30 중량% 내지 1.50 중량%의 몰리브덴, 0.01 중량% 내지 0.20 중량%의 바나듐 및 철을 포함하는 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물로부터 제조될 수 있다.

Description

고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 및 그로 제조된 왕복 펌프{HIGH TOUGHNESS MARTENSITIC STAINLESS STEEL AND RECIPROCATING PUMP MANUFACTURED THEREWITH}
본 개시내용은 일반적으로 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물, 및 보다 특히 그로부터 제조된 왕복 펌프의 유체 단부(fluid end)에 관한 것이다.
왕복 펌프는 처리 재료, 예컨대 비제한적으로 콘크리트, 산처리(acidizing) 재료, 수압 파쇄 재료 또는 프로판트(proppant) 재료를 가스 또는 오일 유정(wellbore) 내로 추진하도록 구성될 수 있다. 왕복 펌프는 동력 단부(power end) 및 유체 단부를 포함할 수 있으며, 동력 단부는 모터 및 모터와 회전가능하게 맞물린 크랭크샤프트(crankshaft)를 포함한다. 또한, 동력 단부는 크랭크샤프트와 회전가능하게 맞물린 크랭크 아암(crank arm)을 포함할 수 있다.
유체 단부는 일 단부에서 크랭크 아암에 다른 단부에서 플런저(plunger)에 작동가능하게 연결된 커넥팅 로드(connecting rod), 플런저에 작동가능하게 맞물리도록 구성된 실린더 및 실린더에 맞물리도록 구성된 단부 블록을 포함할 수 있다. 단부 블록은 유입 포트, 유출 포트, 및 유입 포트와 유출 포트 사이에 연장되는 제1 보어(bore)를 가질 수 있다. 또한, 단부 블록은 실린더 포트, 및 실린더 포트와 제1 보어 사이에 연장되는 실린더 보어를 포함할 수 있다.
작동 시, 모터는 크랭크샤프트를 회전시킬 수 있으며, 이는 차례로 크랭크 아암 및 커넥팅 로드의 상호연결을 통해 실린더 내부에서 플런저를 왕복시킨다. 플런저가 왕복할 때, 처리 재료는 유입 포트를 통해 단부 블록 내로 이동할 수 있고, 단부 블록으로부터 압력 하에 유출 포트를 통해 가스 또는 오일 유정 내로 추진될 수 있다.
탄화수소에 대한 수요가 증가함에 따라, 수압 파쇄 회사는 해이네스빌 셰일(Haynesville Shale)과 같은 보다 복잡한 지대(field)를 시추하는 것으로 이동하였다. 종래의 형성물이 9000 파운드/제곱 인치 (PSI)에서 파쇄될 수 있는 경우, 해이네스빌 셰일은 통상적으로 13000 PSI를 상회하는 펌핑 압력을 요구한다. 또한, 종래의 형성물이 보다 적은 마모성의 프로판트 재료를 이용할 수 있는 경우, 해이네스빌 셰일은 통상적으로 보크사이트와 같은 높은 마모성의 프로판트를 요구한다. 보다 높은 펌핑 압력 및 보다 마모성이 있는 프로판트 재료의 이용은 감소된 유체 단부 수명으로 이어졌으며, 이에 따라 단부 블록 및 펌프의 교체와 연관된 보다 높은 비용으로 이어졌다.
따라서, 본 개시내용은 상기 제시된 하나 이상의 문제점 및/또는 공지된 왕복 펌프 유체 단부와 연관된 다른 문제점들의 극복에 관한 것이다.
본 개시내용의 일 측면에 따르면, 왕복 펌프가 개시된다. 왕복 펌프는, 모터, 모터와 회전가능하게 맞물린 크랭크샤프트 및 크랭크샤프트 회전가능하게 맞물린 크랭크 아암을 갖는 동력 단부를 포함할 수 있다. 왕복 펌프는 동력 단부에 작동가능하게 연결된 유체 단부를 추가로 포함할 수 있다. 유체 단부는 플런저, 플런저에 작동가능하게 맞물리도록 구성된 실린더, 및 단부 블록을 포함할 수 있다. 유체 단부의 플런저, 실린더 및 단부 블록은 각각, 11.50 중량% 내지 17.00 중량%의 크롬, 3.50 중량% 내지 6.00 중량%의 니켈, 0.30 중량% 내지 1.50 중량%의 몰리브덴, 0.01 중량% 내지 0.20 중량%의 바나듐 및 철을 포함하는 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물로부터 제조될 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 측면에 따르면, 왕복 펌프의 단부 블록이 개시된다. 단부 블록은 몸체, 몸체를 통해 유입 포트와 유출 포트 사이에 연장되는 제1 보어, 및 몸체를 통해 실린더 포트와 제1 보어 사이에 연장되는 실린더 보어를 포함할 수 있다. 단부 블록의 몸체는, 0.00 중량% 내지 0.06 중량%의 탄소, 11.50 중량% 내지 17.00 중량%의 크롬, 3.50 중량% 내지 6.00 중량%의 니켈, 0.30 중량% 내지 1.50 중량%의 몰리브덴, 0.01 중량% 내지 0.20 중량%의 바나듐 및 철을 포함하는 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물로부터 제조될 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 측면에서, 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물이 개시된다. 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물은 0.00 중량% 내지 0.06 중량%의 탄소, 0.00 중량% 내지 1.50 중량%의 망간, 0.000 중량% 내지 0.040 중량%의 인, 0.000 중량% 내지 0.030 중량%의 황, 0.00 중량% 내지 0.70 중량%의 규소, 11.50 중량% 내지 17.00 중량%의 크롬, 3.50 중량% 내지 6.00 중량%의 니켈, 0.30 중량% 내지 1.50 중량%의 몰리브덴, 0.01 중량% 내지 0.20 중량%의 바나듐, 0.00 중량% 내지 0.20 중량%의 니오븀, 0.00 중량% 내지 0.060 중량%의 알루미늄 및 철을 포함할 수 있다. 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물 중 탄소에 대한 니오븀의 비는 6 이하일 수 있다.
본 개시내용의 상기 및 다른 측면들 및 특징들은 첨부되는 도면과 함께 읽어나감에 따라 보다 용이하게 이해될 것이다.
도 1은 본 개시내용에 따라 구성된 예시적인 왕복 펌프의 측면도이다.
도 2는 본 개시내용에 따라 구성된 도 1의 예시적인 왕복 펌프의 측단면도이다.
도 3은 본 개시내용에 따라 구성된 도 1의 예시적인 왕복 펌프와 함께 이용될 수 있는 단부 블록의 투시도이다.
도 4는 선 4-4를 따른 도 3의 단부 블록의 일 구현예의 단면도로서, 이는 본 개시내용에 따라 구성된 도 1의 예시적인 왕복 펌프와 함께 이용될 수 있다.
도 5는 선 4-4를 따른 도 3의 단부 블록의 대안적인 구현예의 단면도로서, 이는 본 개시내용에 따라 구성된 도 1의 예시적인 왕복 펌프와 함께 이용될 수 있다.
도 6은 본 개시내용에 따라 제조된 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물에 대한 항복 강도 (Yield) 및 최대 인장 강도 (ultimate tensile strength; UTS)에 대한 상이한 템퍼링(tempering) 온도의 효과를 나타내는 데이터 플롯이다.
도 7은 도 6의 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물의 인성에 대한 상이한 템퍼링 온도의 효과를 나타내는 데이터 플롯이다.
본 개시내용의 다양한 측면이 이제 본원에 개시된 도면 및 표를 참조하여 설명될 것이며, 여기서 달리 명시되지 않는 한 동일한 참조 번호는 동일한 요소를 지칭한다. 도 1을 참조하면, 본 개시내용에 따라 제조된 예시적인 왕복 펌프(10)의 측면도가 도시되어 있다. 여기에 제시되어 있는 바와 같이, 왕복 펌프(10)는 동력 단부(12) 및 유체 단부(14)를 포함할 수 있다. 동력 단부(12)는 유체 단부(14)에 작업(work)을 제공하여 유체 단부(14)가 처리 재료, 예컨대 비제한적으로 콘크리트, 산처리 재료, 수압 파쇄 재료 또는 프로판트 재료를 가스 또는 오일 유정 내로 추진하도록 구성될 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 본 개시내용에 따라 제조된 예시적인 왕복 펌프(10)의 측단면도가 도시되어 있다. 여기서 보여지는 바와 같이, 동력 단부(12)는 유체 단부(14)에 작업을 제공하도록 구성되어 있는 모터(16)를 포함할 수 있다. 또한, 동력 단부(12)는, 크랭크샤프트(20) 및 크랭크 아암(22)을 둘러싸는 크랭크케이스 하우징(18; crankcase housing)을 포함할 수 있다. 크랭크샤프트(20)는 모터(16)와 회전가능하게 맞물릴 수 있고, 크랭크 아암(22)은 크랭크샤프트(20)와 회전가능하게 맞물릴 수 있다.
유체 단부(14)는, 커넥팅 로드(26), 실린더(28) 및 플런저(30)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 유체 하우징(24)을 포함할 수 있다. 커넥팅 로드(26)는 제1 단부(31), 및 제1 단부(31)에 대향하는 제2 단부(33)를 포함할 수 있다. 커넥팅 로드(26)는 제1 단부(31)에서 크랭크 아암(22)에 그리고 제2 단부(33)에서 플런저(30)에 작동가능하게 연결될 수 있다. 실린더(28)는 플런저(30)에 작동가능하게 맞물리도록 구성될 수 있다. 본 개시내용 및 도면이 실린더(28) 및 플런저(30) 배열을 논의하고 있지만, 본 개시내용의 교시는 또한 실린더(28) 및 피스톤 배열을 포함할 수 있다는 것이 생각되어야 한다. 이에 따라, 본 개시내용의 범위로부터 벗어나지 않으면서 플런저(30)는 피스톤에 의해 대체될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
유체 단부(14)는 또한 단부 블록(32)을 포함할 수 있다. 이제 도 3을 참조하면, 도 1의 예시적인 왕복 펌프(10)와 함께 이용될 수 있는 단부 블록(32)의 투시도가 도시되어 있다. 여기에 도시되어 있는 바와 같이, 단부 블록(32)은 전방측(36), 후방측(38), 좌측(40), 우측(42), 상부측(44) 및 저부측(46) 사이에서 연장되는 몸체(34)를 포함할 수 있다. 도 3에 도시되어 있는 단부 블록(32)은 모노블록 3층(monoblock triplex) 설계이지만, 본 개시내용의 교시는 5층, Y-블록과 같은 다른 모노블록 설계 및 심지어 모듈 설계를 갖는 단부 블록(32)에도 또한 동등하게 적용된다는 것이 생각되어야 한다.
도 4를 참조하면, 단부 블록(32)의 일 구현예의 단면도가 예시되어 있다. 여기에 도시되어 있는 바와 같이, 몸체(34)는 유입 포트(48), 유출 포트(50), 및 유입 포트(48)와 유출 포트(50) 사이에 연장되는 제1 보어(52)를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 몸체(34)는 실린더 포트(54), 검사 포트(56) 및 실린더 보어(58)를 추가로 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 실린더 보어(58)는 실린더 포트(54)와 제1 보어(52) 사이에 연장될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 실린더 보어(58)는 실린더 포트(54)와 검사 포트(56) 사이에 연장될 수 있다.
도 5를 참조하면, 단부 블록(32)의 대안적인 구현예의 단면도가 예시되어 있다. 여기에 도시되어 있는 바와 같이, 몸체(34)는 유입 포트(48), 유출 포트(50), 및 유입 포트(48)와 유출 포트(50) 사이에 연장되는 제1 보어(52)를 포함할 수 있다. 또한, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 몸체(34)는 실린더 포트(54) 및 실린더 보어(58)를 추가로 포함할 수 있다. 실린더 보어(58)는 실린더 포트(54)와 제1 보어(52) 사이에 연장될 수 있다. 또한, 여기에 예시되어 있는 바와 같이, 실린더 보어(58)와 제1 보어(52) 사이의 각은 90 도 이외의 각일 수 있어서, 단부 블록(32)이 Y-블록 스타일의 구성을 가지게 한다.
작동 시, 모터(16)는 크랭크샤프트(20)를 회전시킬 있으며, 이는 차례로 크랭크 아암(22) 및 커넥팅 로드(26)를 거쳐 실린더(28) 내부에서 플런저(30)를 왕복시킬 수 있다. 플런저(30)가 실린더 보어(58)로부터 실린더(28)를 향하여 왕복할 때, 처리 재료는 유입 포트(48)를 통해 제1 보어(52) 내로 이동될 수 있다. 플런저(30)가 실린더(28)로부터 실린더 보어(58)를 향하여 왕복할 때, 처리 재료는 제1 보어(52)로부터 압력 하에 유출 포트(50)를 통해 가스 또는 오일 유정으로 이동될 수 있다.
상술한 바와 같이, 탄화수소 에너지에 대한 수요는 증가하였다. 이에 따라, 수압 파쇄 회사는 포획된 탄화수소를 방출하도록 보다 마모성이 있는 프로판트 재료의 사용 및 증가된 압력을 요구하는 셰일 지대를 탐색하기 시작하였다. 보다 높은 펌핑 압력 및 보크사이트와 같은 보다 마모성이 있는 프로판트 재료의 이용은 유체 단부(14)의 사용 수명(service life)을 감소시켰다. 보다 구체적으로, 보다 높은 펌핑 압력 및 보다 마모성이 있는 프로판트 재료의 이용은 실린더(28), 플런저(30) 및 단부 블록(32)의 사용 수명을 감소시켰다. 이에 따라, 본 개시내용은 이러한 부품들의 사용 수명을 증가시키는 것에 관한 것이다.
단부 블록 및 왕복 펌프의 파괴 모드가 완전하게 이해되지 않을 수 있다. 그러나, 알려진 것은, 인장 응력 및 부식성 수용액의 조합을 겪는 주어진 재료가 크랙(crack)의 개시 및 이어서 확산의 경향을 가질 수 있다는 점이다. 보다 특히, 본 개시내용은 크랙의 확산에 저항성인 왕복 펌프(10)의 유체 단부(14)의 제조를 위한 신규하며 비자명성의 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물에 관한 것이다. 즉, 실린더(28), 플런저(30) 및 단부 블록(32)을 포함하는, 왕복 펌프(10)의 유체 단부(14)의 하나 이상의 성분은 본원에 개시된 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물로부터 부분적으로 또는 완전히 제조될 수 있다. 유리하게는, 본 개시내용의 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물은 내부식성이며, 매우 인성(tough)이고, 이는 이들을 높은 압력 하에 및 마모성 프로판트 재료의 존재 하에 작동하는 펌프 유체 단부에 매우 적합하게 한다. 본원에 개시된 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물은 왕복 펌프의 사용가능한 수명을 연장시킬 수 있고, 왕복 펌프 유체 단부를 제조하는 데 종래 사용되는 재료와 비교하여 크래킹(cracking)에 대한 유체 단부(14)의 민감성을 감소시키거나 또는 제거할 수 있다.
제1 구현예에서, 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물은 11.50 중량% 내지 17.00 중량%의 크롬, 3.50 중량% 내지 6.00 중량%의 니켈, 0.30 중량% 내지 1.50 중량%의 몰리브덴, 0.00 중량% 내지 0.20 중량%의 바나듐 및 철을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 구현예에서, 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물은 0.01 중량% 내지 0.20 중량%의 바나듐을 포함할 수 있다. 또한, 이러한 구현예에서, 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물은 0.00 중량% 내지 0.06 중량%의 탄소, 0.00 중량% 내지 1.50 중량%의 망간, 0.000 중량% 내지 0.040 중량%의 인, 0.000 중량% 내지 0.030 중량%의 황, 0.00 중량% 내지 0.70 중량%의 규소, 및 0.000 중량% 내지 0.060 중량%의 알루미늄을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 이러한 구현예에서, 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물은 0.00 중량% 내지 0.20 중량%의 니오븀을 추가로 포함할 수 있다. 증가된 인성을 위해, 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물 중 탄소에 대한 니오븀의 비는 6 이하일 수 있다.
제1 구현예에서, 0.01 중량% 내지 0.20 중량%의 범위의 하한에서의 바나듐의 함량의 경우, 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸의 최대 항복 강도는 제곱 인치당 124.0 x 103 파운드 (KSI) 미만일 수 있으며, 최소 평균 샤르피(Charpy) "V" 노치 충격 인성(notch impact toughness)은 강도 및 연성의 최상의 균형을 위해 -20°F에서 시험하는 경우 90 풋-파운드(foot-pound)이다. 또한, 이러한 제1 구현예에서, 스테인리스 스틸은 강도 및 연성의 최상의 균형을 위해 130 KSI 미만의 최대의 최대 인장 강도를 가질 수 있다.
추가의 구현예에서, 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물은 12.00 중량% 내지 14.00 중량%의 크롬, 3.50 중량% 내지 5.50 중량%의 니켈, 0.50 중량% 내지 1.00 중량%의 몰리브덴, 0.00 중량% 내지 0.15 중량%의 바나듐 및 철을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 구현예에서, 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물은 0.01 중량% 내지 0.15 중량%의 바나듐을 포함할 수 있다. 또한, 이러한 추가의 구현예에서, 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물은 0.00 중량% 내지 0.06 중량%의 탄소, 0.50 중량% 내지 1.00 중량%의 망간, 0.000 중량% 내지 0.030 중량%의 인, 0.000 중량% 내지 0.030 중량%의 황, 0.00 중량% 내지 0.60 중량%의 규소, 및 0.00 중량% 내지 0.060 중량%의 알루미늄을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 이러한 추가의 구현예에서, 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물은 0.00 중량% 내지 0.15 중량%의 니오븀을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 추가의 구현예에서, 증가된 인성을 제공하기 위해 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물 중 탄소에 대한 니오븀의 비는 4 이하일 수 있다.
이러한 추가의 구현예에서, 0.01 중량% 내지 0.15 중량%의 범위의 하한에서의 바나듐의 함량의 경우, 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸의 최대 항복 강도는 제곱 인치당 124.0 x 103 파운드 (KSI) 미만일 수 있으며, 최소 평균 샤르피 "V" 노치 충격 인성은 강도 및 연성의 최상의 균형을 위해 -20°F에서 시험하는 경우 90 풋-파운드이다. 또한, 이러한 제1 구현예에서, 스테인리스 스틸은 강도 및 연성의 최상의 균형을 위해 130 KSI 미만의 최대의 최대 인장 강도를 가질 수 있다.
상술한 식에서의 탄소는 켄칭된(quenched) 바로서의 경도를 결정할 수 있고, 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸의 경화능을 증가시킬 수 있으며, 강력한 오스테나이트 안정화제로서 작용할 수 있다. 또한, 탄소는 크롬 및 몰리브덴과 조합되어 다수의 금속 카바이드 상을 형성할 수 있다. 금속 카바이드 입자는 내마모성을 향상시키고, MC 유형의 금속 카바이드는 입자 피닝(pinning)을 통해 결정립 미세화를 제공한다. 그러나, 탄소 수준을 0.06 중량% 초과로 증가시키는 것은 바람직하지 않다. 첫째, 크롬 카바이드의 침전은 유익한 크롬의 매트릭스를 고갈시키며, 이는 합금의 내산화성 및 내부식성을 저하시킨다. 둘째, 보다 높은 탄소 수준은 오스테나이트 상을 과안정화시킬(over-stabilize) 수 있다. 과안정화된 오스테나이트로부터 불완전한 변형이 초래될 수 있으며, 이는 구현물(implement) 강도에 대한 유해한 영향과 함께 마르텐사이트 시작 및 종료 온도를 실온 미만으로 낮출 수 있다.
상술한 식에서의 크롬은 경화능을 적당하게 향상시킬 수 있고, 고용체(solid solution) 강화를 약간 부여할 수 있고, 탄소와 조합되어 금속 카바이드를 형성하는 경우 내마모성을 크게 개선할 수 있다. 11.5 중량% 초과의 농도로 존재하는 경우, 크롬은 높은 내산화성 및 내부식성을 제공한다. 실제로, 최대 17.0 중량%까지는 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸의 열 가공성(hot workability)을 감소시키지 않으면서 첨가될 수 있다.
상술한 식의 니켈은 약간의 고용체 강화를 부여할 수 있고, 경화능을 확장시킬 수 있고, 인성 및 연성을 증가시킬 수 있다. 또한, 니켈은 산성 환경에서 내부식성을 개선할 수 있고, 강력한 오스테나이트 안정화제일 수 있다. 니켈은 인성을 증가시킬 수 있으며, 이는 크랙 확산을 지연시키기에 유익할 것이다.
상술한 식에서의 몰리브덴은 경화능을 개선할 수 있고, 내부식성을 증가시킬 수 있고, 템퍼링 취성(temper embrittlement)의 경향을 감소시킬 수 있고, 1000°F 내지 1200°F 범위에서 가열되는 경우 미세 금속 카바이드 (M2C)의 침전에 의해 강화된 침전 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸을 산출할 수 있다. 몰리브덴 풍부 금속 카바이드는 증가된 내마모성을 제공하고, 고온 경도(hot hardness)를 개선하고, A1 온도 미만에서의 조대화(coarsening)에 저항성을 갖는다. 또한, 최대 1.50 중량%까지의 몰리브덴 양은 열 가공성을 손상시키지 않으면서 이러한 이점들이 실현될 수 있도록 한다.
상술한 식의 망간은 약간의 고용체 강화를 제공할 수 있고, 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸의 경화능을 증가시킬 수 있다. 충분한 양으로 존재하는 경우, 망간은 황을 비금속 화합물로 결합시켜 재료의 연성에 대한 유리 황의 유해한 효과를 감소시킬 수 있다. 망간은 또한 오스테나이트 안정화제이고, 1.50 중량% 초과의 수주은 높은 탄소 수준에 대해서 상술한 바와 유사한 과안정화 문제점을 초래할 수 있다.
상술한 식에서의 인은 불순물인 것으로 간주될 수 있다. 이에 따라, 인은 결정립계로 분리됨으로써 연성 및 인성을 감소시키는 이의 경향으로 인하여 0.040 중량%의 수준까지 허용될 수 있다. 결정립계에서의 인은 결정립계 응집에 대한 해로운 효과를 가질 수 있다.
상술한 식에서의 황은 연성 및 인성을 감소시키는 대가로 기계가공성을 개선할 수 있기 때문에 불순물로 간주될 수 있다. 연성 및 인성에 대한 부정적인 영향으로 인하여, 황 수준은 최대 0.030 중량%까지 허용된다.
상술한 식에서의 규소는 스틸 제조 동안 산소 제거(de-oxidation)에 사용될 수 있다. 또한, 규소는 내산화성을 증가시킬 수 있고, 고용체 강화에 기인하여 약간의 강도 증가를 부여할 수 있고, 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸의 경화능을 증가시킬 수 있다. 규소는 페라이트를 약간 안정화시키고, 재료에서의 산소 제거 및 상 안정화를 위해 0.00 중량% 내지 0.70 중량%의 규소 수준이 바람직하다.
상술한 식의 바나듐은 경화능을 강력하게 향상시킬 수 있고, 탄소와 조합되어 금속 카바이드를 형성하는 경우 내마모성을 개선할 수 있고, 미세 카바이드, 니트라이드 또는 카보니트라이드 입자의 침전을 통해 결정립계의 피닝을 통한 미세 결정립의 촉진을 도울 수 있다. 니오븀은 또한 결정립 미세화를 향상시키도록 바나듐과 조합되어 사용될 수 있다. 최대 0.20 중량%까지의 바나듐 함량이 결정립 미세화 및 경화능을 보조할 수 있지만, 0.20 중량%를 초과하는 바나듐의 수준은 거대 카바이드의 형성을 통해 인성을 유해하게 감소시킬 수 있다. 마르텐사이트 스틸은 0.00 중량% 내지 0.20 중량%의 바나듐을 포함할 수 있다. 예를 들어, 마르텐사이트 스틸은 0.01 중량% 내지 0.20 중량%의 바나듐을 포함할 수 있다.
상술한 식의 니오븀은 고용체로부터 탄소를 제거함으로써 경화능에 대해 부정적인 효과를 가질 수 있지만, 미세 카바이드, 니트라이드 또는 카보니트라이드 입자의 침전에 의한 강화를 생성할 수 있고, 미세 카바이드, 니트라이드 또는 카보니트라이드 입자의 침전을 통해 결정립계의 피닝을 통한 미세 결정립의 촉진을 도울 수 있다. 이러한 미세 분산 입자는 열간 작업(hot working) 또는 열 처리의 온도에서 스틸 중에 용이하게 가용성이지 않을 수 있으므로 이들은 새로운 결정립의 형성을 위한 핵으로서의 역할을 하여 결정립 미세화를 향상시킬 수 있다. 니오븀에 의한 탄소의 매우 강력한 친화도는 다른 결정립계 카바이드의 형성을 방지함으로써 결정립간 부식에 대한 저항성을 증가시키는 것을 보조할 수 있다. 경화능에 대한 니오븀의 부정적인 효과를 완화시키기 위해, 바나듐이 첨가될 수 있다. 마르텐사이트 스틸은 0 중량% 내지 0.20 중량%의 니오븀을 포함할 수 있다.
스테인리스 스틸의 상이한 침전 경화에 대한 연구는 탄소에 대한 니오븀의 비에 의해 구분된 저인성 및 고인성 방식을 확인하였다. 문헌 [Misra et al., "An Anaylysis of Grain Boundary Cohesion in Precipitation Hardened Stainless Steel", Scripta Metallugica et Materialia, vol. 28, pp 1531-1536, 1993]을 참조한다. 저인성 방식은 높은 결정립계 인 농도 및 결정립 내부에서의 니오븀 카바이드의 형성에 의해 특성화되었다. 저인성 방식의 경우 탄소에 대한 니오븀의 비는 6 초과 약 20 미만의 범위였다. 고인성 방식은 결정립계 상에서의 부위 경쟁을 통한 탄소에 의한 인의 변위로 인한 보다 낮은 결정립계 인에 의해 특성화되었다. 결정립계 상에서의 탄소의 분리는 결정립계 응집을 향상시켰고, 인성에 대한 인의 유해한 효과를 무력화시켰다. 고인성 방식에서의 탄소에 대한 니오븀의 비는 6 미만이었다. 니오븀 첨가는 탄소 함량의 6배 더 적은 양으로, 바람직하게는 탄소 함량의 4배 미만의 양으로 첨가되는 경우, 결정립계 응집을 개선함으로써 인성을 증가시킬 수 있다.
상술한 식에서의 알루미늄은 스틸 제조 동안 사용되는 경우 효과적인 산소 제거제일 수 있고, 질소와 조합되어 미세 알루미늄 니트라이드를 형성하는 경우 결정립 미세화를 제공할 수 있다. 알루미늄은 니켈과 조합되어 니켈 알루미나이드 입자를 형성함으로써 강화에 기여할 수 있다. 알루미늄 수준은 잉곳(ingot)의 쏟아붓기(teeming) 동안 우선적인 스트림 유동을 보장하도록 0.060 중량% 미만으로 유지되어야 한다.
실시예 1
본원에 개시된 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸로 실린더(28), 플런저(30) 및 단부 블록(32)을 제조하는 방법은 용융 단계, 성형 단계, 열 처리 단계 및 최종의 목적하는 형상을 얻기 위한 제어된 재료 제거 단계를 포함한다. 이들 단계 각각은 하기에 보다 상세히 논의될 것이다.
본원에 개시된 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸에 대한 용융 공정은 현재의 제강 실시와 상이하지 않다. 실행가능한 용융 공정의 예는 전기 아크로(electric arc furnace), 유도 용융 및 진공 유도 용융의 이용을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 각각의 이러한 공정에서, 액상 스틸이 생성되며, 목적하는 조성물을 제조하기 위해 합금이 첨가된다. 후속적인 정련 공정이 사용될 수 있다. 사용되는 공정에 따라, 용융 공정 동안 생성된 보호 슬래그(protective slag) 층은 산화 합금의 높은 함량을 가질 수 있다. 용융 공정 동안 환원제가 첨가되어 합금 원소들이 슬래그로부터 스틸 배스(steel bath)로 되돌아가도록 할 수 있다. 역으로, 금속 및 슬래그는, 아르곤-산소 탈탄 (AOD) 용기 또는 진공-산소 탈탄 (VOD) 용기의 사용을 통해 우선적으로 슬래그 내의 합금을 배스로 되돌아가도록 할 뿐만 아니라 용기 내에서 탄소 함량을 낮추도록 또한 처리될 수 있다. 목적하는 화학을 갖는 액상 스틸은 연속적으로 스트랜드(strand)로 부어질 수 있거나 또는 잉곳으로 주조될 수 있다.
다음에, 응고된 스트랜드 또는 잉곳은 전형적인 금속 성형 공정, 예컨대 비제한적으로 압연 또는 단조에 의한 목적하는 형상으로의 열간 작업을 사용하여 형성될 수 있다. 성형에서의 보조를 위해, 스트랜드 또는 잉곳은 재료가 변형되기에 충분히 가소성이도록 2100°F 내지 2200°F 범위 내의 온도로 가열될 수 있다. 바람직하게는, 온도가 1650°F 미만으로 하락하지 않는 한 변형이 지속될 수 있는데, 이러한 온도 미만에서의 변형은 표면 크래킹 및 인열을 초래할 수 있기 때문이다.
성형에 후속으로, 목적하는 기계적 특성을 달성하기 위해 열 처리가 일어날 수 있다. 성형된 재료는 로(furnace), 예컨대 비제한적으로 직접 연소로(direct fired furnace), 간접 연소로, 대기로(atmosphere furnace) 및 진공로에서 열 처리될 수 있다. 목적하는 기계적 특성을 달성하기 위해 성형된 재료가 요구하는 단계들은 재료가 오스테나이트로 변형되도록 고온에 노출시키고, 이어서 재료를 대기 중에 또는 켄칭 매질(quench media) 중에서 냉각시켜 주로 마르텐사이트 매트릭스를 형성하고, 저온 열 사이클(lower temperature thermal cycle)이 이어져 마르텐사이트를 템퍼링시키는 것이다. 선택된 온도에 따라, 합금에의 몰리브덴 첨가에 의해 발생하는 2차적인 경화 효과가 또한 있을 수 있다. 고온 공정은 1800°F 내지 1900°F 범위에서 발생한다. 저온 사이클은 450°F 내지 750°F 또는 980°F 내지 1300°F의 범위에 있다. 750°F 내지 980°F의 범위는 이러한 범위에서 가공되는 경우 인성 및 내부식성에서의 감소로 인하여 회피된다. 전형적인 가공은 980°F 내지 1300°F의 온도 범위를 사용한다. 이러한 범위의 하한에서 가공된 성형 재료는 보다 높은 강도를 가질 것인 한편, 상기 범위의 상한에서 가공된 재료는 보다 양호한 연성, 인성 및 내부식성을 가질 것이다. 저온 사이클 후, 재료는 템퍼링된 마르텐사이트 구조를 포함할 것이며, 2차적으로 몰리브덴 침전물을 포함할 수 있다.
후속으로, 경화 성형된 재료는 필요에 따라 제어된 재료 제거 처리를 겪어 최종의 목적하는 형상 프로파일을 얻을 수 있다. 경화된 재료로부터 실린더(28), 플런저(30) 및 단부 블록(32)을 제조하기 위해 이용되는 통상의 공정의 예는 밀링, 선삭, 연삭 및 절삭을 포함하나, 이에 제한되지 않는다.
본원에 개시된 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸의 예시적인 조성은 하기 표 1 내지 2에 열거되어 있다.
넓은 범위
원소 중량%, 최소 중량%, 최대
탄소 0.00 0.06
망간 0.00 1.50
인 0.00 0.040
황 0.00 0.030
규소 0.00 0.70
크롬 11.50 17.00
니켈 3.50 6.00
몰리브덴 0.30 1.50
바나듐 0.00 0.20
알루미늄 0.000 0.060
니오븀 0.00 0.20
니오븀/탄소 비 6
철 나머지 나머지
좁은 범위
원소 중량%, 최소 중량%, 최대
탄소 0.00 0.06
망간 0.50 1.00
인 0.00 0.030
황 0.00 0.030
규소 0.00 0.60
크롬 12.00 14.00
니켈 3.50 5.50
몰리브덴 0.50 1.00
바나듐 0.00 0.15
알루미늄 0.000 0.060
니오븀 0.00 0.15
니오븀/탄소 비 4
철 나머지 나머지
고인성 마르텐사이트 스틸의 트라이얼 히트(trial heat)를 상기 넓은 범위에 따라 처리하였다. 열은 전기 아크로에서 생성되었으며, 여기서 액상 스틸이 생성되었고, 목적하는 조성물을 제조하기 위해 합금을 첨가하였다. 금속 및 슬래그를 우선적으로 아르곤-산소 탈탄 (AOD) 용기의 사용을 통해 슬래그 내 합금을 배스로 되돌아가도록 할 뿐만 아니라 용기 내에서 탄소 함량을 낮추도록 처리하였다. 목적하는 화학을 갖는 액상 스틸을 잉곳으로 주조하였다. 잉곳을 단조에 의해 목적하는 형상으로 열간 작업에 의해 성형하였다. 단조 후, 재료가 오스테나이트로 변형되도록 재료를 고온에 노출시켜 열 처리하고, 이어서 재료를 냉각시켜 주로 마르텐사이트 매트릭스를 형성하고, 마르텐사이트를 템퍼링시키는 저온 열 사이클이 이어졌다. 템퍼링 온도의 하한을 조사하기 위해, 샘플을 950°F, 980°F 및 1025°F에서 템퍼링시켰다.
트라이얼 히트의 화학적 조성은 하기 표 3에 나타냈다.
트라이얼 히트의 조성
원소 중량%
탄소 0.02
망간 0.79
인 0.015
황 0.001
규소 0.37
크롬 13.05
니켈 3.76
몰리브덴 0.62
바나듐 0.03
알루미늄 0.015
니오븀 0.01
니오븀/탄소 0.5
상이한 템퍼링 온도의 결과는 합금의 최대 항복 강도에 대한 템퍼링 온도의 엄청난 효과를 나타내었다. 그 결과는 도 6에 도시되어 있다. 대략 980°F의 템퍼링 온도에서 대략 128 ksi의 최대 항복 강도가 발생한다. 가장 높은 강도 수준을 달성하기 위한 템퍼링은 샤르피 "V" 노치 충격 시험을 사용하여 -20°F에서 측정 시 인성에 대한 부정적인 효과를 갖는다 (도 7 참조). 980°F 초과의 템퍼링 온도는 이러한 조성물의 목적하는 인성을 유의한 양만큼 증가시킨다. 크랙 확산에 저항성인 인성에 대한 소망을 고려할 때, 최대 124 ksi까지의 연관된 항복 강도 감소를 갖는 1000°F 초과의 템퍼링 온도가 추천된다.
상술한 트라이얼 히트에의 바나듐의 첨가는 경화능을 강력하게 향상시킬 수 있으며, 이는 구현물의 표면으로부터 중심으로의 강도의 감소를 최소화하는 효과를 가질 수 있고, 니오븀의 첨가는 미세 카바이드, 니트라이드 또는 카보니트라이드 입자의 침전에 의한 강화를 생성할 수 있다. 이러한 방식으로, 구현물의 강도는 인성에 대한 유의한 해로운 효과 없이 증가할 수 있다.
본 개시내용의 교시는 고압 하에 재료를 전달하고/거나 매우 마모성의 재료를 전달하도록 설계된 펌프를 포함하나 이에 제한되지 않는 다수의 적용에서의 이용가능성을 가질 수 있다. 예를 들어, 이러한 펌프는 이수 펌프(mud pump), 콘크리트 펌프, 우물 서비스 펌프 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 고압 하에 재료를 전달하고/거나 매우 마모성의 재료를 전달하도록 설계된 어떠한 펌프에도 적용가능하지만, 본 개시내용은 수압 파쇄 재료 또는 프로판트 재료를 가스 또는 오일 유정 내로 전달하도록 사용되는 왕복 펌프(10)에 특히 적용가능할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 개시내용은 수압 파쇄 재료 또는 프로판트 재료를 가스 또는 오일 유정 내로 전달하도록 사용되는 왕복 펌프(10)의 유체 단부(14)의 실린더(28), 플런저(30) 또는 단부 블록(32)의 사용 수명을 증가시킴으로써 유용성을 갖는다.
예를 들어, 왕복 펌프(10)의 실린더(28)는 왕복 펌프(10)의 사용 수명을 증가시키기 위해 본원에 개시된 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물로부터 부분적으로 또는 완전히 제조될 수 있다. 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물은 11.50 중량% 내지 17.00 중량%의 크롬, 3.50 중량% 내지 6.00 중량%의 니켈, 0.30 중량% 내지 1.50 중량%의 몰리브덴, 0.00 중량% 내지 0.20 중량%의 바나듐 (예를 들어, 0.01 중량% 내지 0.20 중량%의 바나듐) 및 철을 포함할 수 있다. 또한, 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물은 0.00 중량% 내지 0.06 중량%의 탄소, 0.00 중량% 내지 1.50 중량%의 망간, 0.000 중량% 내지 0.040 중량%의 인, 0.000 중량% 내지 0.030 중량%의 황, 0.00 중량% 내지 0.70 중량%의 규소, 및 0.000 중량% 내지 0.060 중량%의 알루미늄을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물은 0.00 중량% 내지 0.20 중량%의 니오븀을 추가로 포함할 수 있다.
추가적으로, 왕복 펌프(10)의 플런저(30)는 왕복 펌프(10)의 사용 수명을 증가시키기 위해 본원에 개시된 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물로부터 부분적으로 또는 완전히 제조될 수 있다. 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물은 11.50 중량% 내지 17.00 중량%의 크롬, 3.50 중량% 내지 6.00 중량%의 니켈, 0.30 중량% 내지 1.50 중량%의 몰리브덴, 0.00 중량% 내지 0.20 중량%의 바나듐 (0.01 중량% 내지 0.20 중량%의 바나듐) 및 철을 포함할 수 있다. 또한, 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물은 0.00 중량% 내지 0.06 중량%의 탄소, 0.00 중량% 내지 1.50 중량%의 망간, 0.000 중량% 내지 0.040 중량%의 인, 0.000 중량% 내지 0.030 중량%의 황, 0.00 중량% 내지 0.70 중량%의 규소, 및 0.000 중량% 내지 0.060 중량%의 알루미늄을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물은 0.00 중량% 내지 0.20 중량%의 니오븀을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 왕복 펌프(10)의 단부 블록(32)은 왕복 펌프(10)의 사용 수명을 증가시키기 위해 본원에 개시된 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물로부터 부분적으로 또는 완전히 제조될 수 있다. 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물은 11.50 중량% 내지 17.00 중량%의 크롬, 3.50 중량% 내지 6.00 중량%의 니켈, 0.30 중량% 내지 1.50 중량%의 몰리브덴, 0.00 중량% 내지 0.20 중량%의 바나듐 (예를 들어, 0.01 중량% 내지 0.20 중량%의 바나듐) 및 철을 포함할 수 있다. 또한, 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물은 0.00 중량% 내지 0.06 중량%의 탄소, 0.00 중량% 내지 1.50 중량%의 망간, 0.000 중량% 내지 0.040 중량%의 인, 0.000 중량% 내지 0.030 중량%의 황, 0.00 중량% 내지 0.70 중량%의 규소, 및 0.000 중량% 내지 0.060 중량%의 알루미늄을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물은 0.00 중량% 내지 0.20 중량%의 니오븀을 추가로 포함할 수 있다.
상기 설명은 오직 예시적인 것으로서 의도되며, 따라서 본 개시내용의 범위로부터 벗어나지 않으면서 본원에 기재된 구현예에 변형이 이루어질 수 있다. 따라서, 이러한 변형은 본 개시내용의 범위 내에 속하며, 첨부되는 청구범위 내에 속하도록 의도된다.

Claims (17)

  1. 왕복 펌프로서,
    모터, 상기 모터와 회전가능하게 맞물린 크랭크샤프트(crankshaft) 및 상기 크랭크샤프트와 회전가능하게 맞물린 크랭크 아암(crank arm)을 갖는 동력 단부(power end); 및
    상기 동력 단부에 작동가능하게 연결되며, 플런저(plunger), 상기 플런저에 작동가능하게 맞물리도록 구성된 실린더 및 단부 블록을 포함하는 유체 단부(fluid end)로서, 상기 플런저, 상기 실린더 및 상기 단부 블록은 각각, 11.50 중량% 내지 17.00 중량%의 크롬, 3.50 중량% 내지 6.00 중량%의 니켈, 0.30 중량% 내지 1.50 중량%의 몰리브덴, 0.01 중량% 내지 0.20%의 바나듐 및 철을 포함하는 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물로부터 제조된, 유체 단부
    를 포함하는 왕복 펌프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물이 0.00 중량% 내지 0.20 중량%의 니오븀을 추가로 포함하는 것인 왕복 펌프.
  3. 제2항에 있어서, 상기 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물이 0.00 중량% 내지 0.06 중량%의 탄소를 추가로 포함하는 것인 왕복 펌프.
  4. 제3항에 있어서, 상기 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물 중 탄소에 대한 니오븀의 비가 6 이하인 왕복 펌프.
  5. 제4항에 있어서, 상기 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물이
    0.00 중량% 내지 1.50 중량%의 망간;
    0.00 중량% 내지 0.040 중량%의 인;
    0.00 중량% 내지 0.030 중량%의 황;
    0.00 중량% 내지 0.70 중량%의 규소; 및
    0.000 중량% 내지 0.060 중량%의 알루미늄
    을 추가로 포함하는 것인 왕복 펌프.
  6. 제5항에 있어서, 상기 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물이 12.00 중량% 내지 14.00 중량%의 크롬, 3.50 중량% 내지 5.50 중량%의 니켈, 0.50 중량% 내지 1.00 중량%의 몰리브덴, 및 0.01 중량% 내지 0.15 중량%의 바나듐을 포함하는 것인 왕복 펌프.
  7. 제6항에 있어서, 상기 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물이 0.00 중량% 내지 0.15 중량%의 니오븀을 포함하는 것인 왕복 펌프.
  8. 제7항에 있어서, 상기 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물 중 탄소에 대한 니오븀의 비가 4 이하인 왕복 펌프.
  9. 제8항에 있어서, 상기 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물이
    0.50 중량% 내지 1.00 중량%의 망간;
    0.00 중량% 내지 0.030 중량%의 인;
    0.00 중량% 내지 0.60 중량%의 규소; 및
    0.000 중량% 내지 0.060 중량%의 알루미늄
    을 포함하는 것인 왕복 펌프.
  10. 왕복 펌프의 단부 블록으로서,
    몸체;
    상기 몸체를 통해 유입 포트와 유출 포트 사이에 연장되는 제1 보어(bore);
    상기 몸체를 통해 실린더 포트와 상기 제1 보어 사이에 연장되는 실린더 보어를 포함하며,
    상기 단부 블록의 몸체는, 0.00 중량% 내지 0.06 중량%의 탄소, 11.50 중량% 내지 17.00 중량%의 크롬, 3.50 중량% 내지 6.00 중량%의 니켈, 0.30 중량% 내지 1.50 중량%의 몰리브덴, 0.01 중량% 내지 0.20 중량%의 바나듐 및 철을 포함하는 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물로부터 제조되는, 왕복 펌프의 단부 블록.
  11. 제10항에 있어서, 상기 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물이
    0.00 중량% 내지 1.50 중량%의 망간;
    0.00 중량% 내지 0.040 중량%의 인;
    0.00 중량% 내지 0.030 중량%의 황;
    0.00 중량% 내지 0.70 중량%의 규소; 및
    0.000 중량% 내지 0.060 중량%의 알루미늄
    을 추가로 포함하는 것인 단부 블록.
  12. 제11항에 있어서, 상기 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물이 최대 0.20 중량%까지의 니오븀을 추가로 포함하는 것인 단부 블록.
  13. 제12항에 있어서, 상기 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물이 12.00 중량% 내지 14.00 중량%의 크롬, 3.50 중량% 내지 5.50 중량%의 니켈, 0.50 중량% 내지 1.00 중량%의 몰리브덴, 및 0.01 중량% 내지 0.15 중량%의 바나듐을 포함하는 것인 단부 블록.
  14. 제13항에 있어서, 상기 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물이
    0.50 중량% 내지 1.00 중량%의 망간;
    0.00 중량% 내지 0.030 중량%의 인;
    0.00 중량% 내지 0.60 중량%의 규소; 및
    0.000 중량% 내지 0.060 중량%의 알루미늄
    을 포함하는 것인 단부 블록.
  15. 제14항에 있어서, 상기 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸이 최대 0.15 중량%까지의 니오븀을 포함하는 것인 단부 블록.
  16. 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물로서,
    0.00 중량% 내지 0.06 중량%의 탄소;
    0.00 중량% 내지 1.50 중량%의 망간;
    0.00 중량% 내지 0.040 중량%의 인;
    0.00 중량% 내지 0.030 중량%의 황;
    0.00 중량% 내지 0.70 중량%의 규소;
    11.50 중량% 내지 17.00 중량%의 크롬;
    3.50 중량% 내지 6.00 중량%의 니켈;
    0.30 중량% 내지 1.50 중량%의 몰리브덴;
    0.01 중량% 내지 0.20 중량%의 바나듐;
    0.000 중량% 내지 0.060 중량%의 알루미늄;
    0.00 중량% 내지 0.20 중량%의 니오븀; 및
    철을 포함하며, 탄소에 대한 니오븀의 비는 6 이하인 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물.
  17. 제16항에 있어서, 상기 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물이
    0.50 중량% 내지 1.00 중량%의 망간;
    0.00 중량% 내지 0.030 중량%의 인;
    0.00 중량% 내지 0.60 중량%의 규소;
    12.00 중량% 내지 14.00 중량%의 크롬;
    3.50 중량% 내지 5.50 중량%의 니켈;
    0.50 중량% 내지 1.00 중량%의 몰리브덴;
    0.01 중량% 내지 0.15 중량%의 바나듐; 및
    0.00 중량% 내지 0.15 중량%의 니오븀을 포함하며, 탄소에 대한 니오븀의 비는 4 이하인 고인성 마르텐사이트 스테인리스 스틸 조성물.
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