NO338748B1

NO338748B1 - Lavlegert stål og fremgangsmåte for fremstilling

Info

Publication number: NO338748B1
Application number: NO20043987A
Authority: NO
Inventors: Tomohiko Omura
Original assignee: Sumitomo Metal Ind
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2004-09-23
Publication date: 2016-10-17
Also published as: CA2477420A1; EP1496131A1; EP1496131A4; US20040187971A1; DE60323076D1; EP1496131B1; CA2477420C; NO20043987L; MXPA04009375A; CN1327023C; BR0308848B1; BR0308848A; AU2003227225B2; US7074283B2; CN1643174A; WO2003083152A1; AU2003227225A1; ATE405684T1

Description

Det tekniske området

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et lavlegert stål og vedrører spesielt et lavlegert stål med en sterk groptæringsmotstand i et surt miljø og som kan undertrykke spenningskorrosjonssprekking indusert av groptæring. Det er egnet for anvendelse som et materiale for oljeforingsrør og produksjonsrørgods for en oljebrønn og en gassbrønn, og også borestrenger, vektrørog pumpestenger for boring av en brønn, og videre ledninger eller rør for petrokjemiske anlegg på grunn av at det har sterk motstand mot groptæring og spenningskorrosjonssprekking i et kraftig surt miljø.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører også en fremgangsmåte for fremstilling av det lavlegerte stål.

Bakgrunn for oppfinnelsen

De nåværende stramme betingelser for energikilder har økt etterspørselen for råolje og naturgass som inkluderer en stor mengde korroderende gass som hydrogensulfid og karbondioksid, idet bruken av slike energikilder hittil med hensikt har vært unngått.

Fremtidige materialer for hvilke det kreves at de tilveiebringer en høyere motstand mot groptæring og spenningskorrosjonssprekking for å møte kravene til boring, transport og lagring i et slikt surt miljø.

Materialene må videre tilveiebringe en høyere styrke for å møte kravene til dypere boring, mer effektiv transport og reduksjon av boreomkostningene, selv om et høystyrkestål er mer utsatt for sulfidspenningssprekking. Det høysterke stål må derfor tilveiebringe en høyere motstand mot sulfidspenningssprekking.

I det følgende refereres til spenningskorrosjonssprekking som "SCC" henholdsvis sulfidspenningssprekking som "SSC" i denne fremstilling.

De følgende studier og forslag er fremsatt for å undertrykke groptæring, SCC og SSC som kan forekomme i et lavlegert stålprodukt som f.eks. ledninger og rør.

For å undertrykke groptæring og SCC indusert ved groptæring ble det forsøkt å fremstille stål uten forurensninger. Metodene for å minimere nivået av forurensningselementer og for å fjerne inklusjoner ved bruk av slikt utstyr som f.eks. en støpetraktvarmer har sine egne grenser både fra et teknisk synspunkt og også kostnadsaspektene for stålfremstillingen.

For å undertrykke SSC har stålprodukter så langt blitt forbedret ved hjelp av den metallografiske metode som f.eks. (1) å fremstille dem med mindre forurensning, (2) å gjøre deres mikrostruktur rik på den martensittiske fase, (3) å gjøre deres mikrostruktur finkornet, og (4) underkaste dem varmebehandling for tempring ved høye temperaturer. Grove ikke-metalliske inklusjoner i stål-produktene kan imidlertid bevirke groptæring, som ofte kan indusere SSC. Stålprodukter som inneholder grove ikke-metalliske inklusjoner kan således ikke alltid bli tilfredsstillende med forbedring i de ovennevnte metallografiske metoder.

Japansk ikke-gransket patentpublikasjon 2001-131698 påpekte at Ti karbonitrid bevirket groptæring og således induserte SSC. De fleste lavlegerte stålprodukter inneholder Ti på grunn av at Ti ofte tilsettes for å gjøre dem finkornet å øke deres styrke. Selve Ti karbonitridet er uoppløselig i et surt miljø og har en høy korrosjonsmotstand og høy elektrisk ledningsevne. Når det neddykkes i en vandig oppløsning virker det imidlertid som katodesete for å fremme korrosjonen av den omgivende stålmatriks. Den japanske ikke-granskede patentpublikasjon påpekte at tilbøyeligheten til groptæring var sterkt avhengig av utfellingsstørrelsen av Ti karbonitrid og foreslo en metode for å undertrykke groptæring ved å redusere innholdet av nitrogen og fjerne inklusjoner ved bruk av en støpetraktvarmer. Dette forslag er imidlertid ikke tilfredsstillende for å undertrykke groptæring i betraktning av den økte omkostning under stålfremstilling.

JP 2001 -172 739 A vedrører et stål for anvendelse i oljebrønner som har utmerkede egenskaper med hensyn på sulfid spenningskorrosjonssprekk-motstand, hvori maksimum lengde av inklusjoner ikke er mindre enn 80 um. JPH0756046 B2 vedrører tilsetning av Ti i et spesifikt forhold til N i smeltet stål og utfører kontinuerlig støping ved kjøling ved £0,4 °C/sekfra størkning til 750°C for utvikling av en homogen og fin krystall struktur for bedre herdbarhet.

Det er et formål for den foreliggende oppfinnelse og som er blitt satt i betraktning av den ovennevnte teknikkens stand, å tilveiebringe et slikt lavlegert stål som er utmerket i groptæringsmotstand og som kan unngå forekomsten av groptæring bevirket av inklusjoner og også unngå indusering av SSC.

Et ytterligere formål for den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte for fremstilling av det lavlegerte stål.

Beskrivelse av oppfinnelsen

Gjenstanden for den foreliggende oppfinnelse vedrører det følgende lavlegerte stål, og en fremgangsmåte for fremstilling derav.

Lavlegert stål

Et lavlegert stål,karakterisert vedat det i masse% består av C:0,2-0,55 %, Si: 0,05 til 0,5 %, Mn: 0,1 til 1 %, S: 0,0005 til 0,01 %, O (oksygen): 0,0010 til 0,01 %, Al: 0,005 til 0,05 %, Ca: 0,0003 til 0,007 %, Ti: 0,005 til 0,05 %, Cr: 0,1 til 1,5 %, Mo: 0,1 til 1 % og Nb: 0,005 til 0,1 %, og eventuelt minst ett legeringselement valgt fra V: 0,03 til 0,5%, B: 0,001 til 0,005 % og Zr: 0,005 til 0,10 %, og resten Fe og forurensninger; hvori innholdene av forurensningene P og N er P < 0,03% og N < 0,015%; og hvori stålet tilfredsstiller de følgende kravene (A) til (D): A) stålet inneholder kompositter av inklusjoner som omfatter et ytre skall av karbonitrid av Ti, Nb og/eller Zr som omgir en kjerne av oksysulfid av Al og Ca; B) den lengste hovedaksen av komposittene er ikke større enn 7 um; C) forekomsthyppigheten av komposittene er ikke mindre enn 10 stykker kompositter per 0,1 mm<2>av ståltverrsnittet; D) den lengste hovedaksen av andre karbonitridinklusjoner er ikke større enn 7 um.

Det er foretrukket at S innholdet er 0,0010 til 0,01 %.

Fremstillingsmetode

En fremgangsmåte for fremstilling av lavlegert stål som ifølge oppfinnelsen,karakterisert vedat stålet avkjøles i en takt på ikke mer enn 500 °C/min fra 1500 °C til 1000 °C under støping av det foregående lavlegerte stål.

Komposittinklusjonene ble evaluert som følger:

Et flertall synsfelter på tverrsnittet av hvert prøvestykke ble vilkårlig valgt. I hvert synsfelt ble antallet og hovedaksene av komposittene iakttatt per arealenhet målt og de kompositter hvis hovedakse var den største i hvert synsfelt ble angitt, hvori hovedaksen for kompositten var definert som den lengste avstand mellom to vilkårlige punkter på en grense av en kompositt til matriksen.

Deretter ble en gjennomsnittlig verdi for hovedaksen for den angitte kompositt beregnet ved å dividere summen av verdien for hovedaksene med antallet av synsfelt. Som et resultat ble den gjennomsnittlige verdi av de lengste hovedakser av komposittene på tverrsnittet av hvert prøvestykke funnet å hvortil det refereres som verdien av "den lengste hovedakse" kort benevnt i det følgende.

I et forsøk på å oppnå det ovennevnte formål foretok oppfinneren for-skjellige undersøkelser vedrørende teknologiene med å dispergere inklusjoner i den fine form som kan føre til utfelling av en fin komposittinklusjon. Oppfinneren fikk en ide som bestod i preliminært å danne en kilde av oksysulfid av Al og Ca og lykkes i å utfelle et karbonitrid av Ti, Nb og/eller Zr omkring kjernen. Oppfinneren utførte et antall forsøk vedrørende denne ide og oppnådde de følgende funn (a) til (c). (a) Oksysulfidet av Al og Ca virker som en kjerne for å absorbere Ti, Nb og Zr. Når derfor oksysulfidet av Al og Ca er dannet på forhånd kan karbonitridet av Ti, Nb og/eller Zr utfelles omkring kjernen og resultere i utfelling av et stort antall fine komposittinklusjoner, som hver har et ytre skall av karbonitrid av Ti, Nb og/eller Zr som omgir kjernen av et oksysulfid av Al og Ca.

I det følgende refereres en slik komposittinklusjon til som "en karbonitrid komposittinklusjon med en Al-Ca oksysulfidkjerne".

Utfellingen av karbonitrid komposittinklusjonen med Al-Ca oksysulfidkjerne kan undertrykke utfellingen av det grove karbonitrid av Ti, Nb og/eller Zr som omgir kjernen av Al oksid eller lignende, eller kan føre til utfelling av fine karbonitridinklusjoner med størrelse ikke over 7 um, selv om karbonitridet av Ti, Nb og/eller Zr som omgir kjernen av Al oksid utfelles. (b) Den utfelte fine karbonitridinklusjon med Al-Ca oksysulfidkjerne behøver ikke å påvirke korrosjonsresistensen. (c) Den fine karbonitridkomposittinklusjon med Al-Ca oksysulfidkjerne oppnås ved avkjøling med en takt på ikke mer enn 500 °C/min fra 1500 °C til 1000 °C under støpingen av det ovenstående lavlegerte stål ifølge foreliggende oppfinnelse. Det er nødvendig at karbonitridkomposittinklusjonen med Al-Ca oksysulfidkjernen har en hovedakse på høyst 7 um. Også den lengste hovedaksen av andre karbonitridinklusjoner er ikke større enn 7 um.

Basert på de ovenstående funn (a) til (c) er foreliggende oppfinnelse blitt fullført.

Kort beskrivelse av oppfinnelsen

Fig. 1 er en fremstilling av et typisk eksempel på karbonitridkomposittinklusjonen med Al-Ca oksysulfidkjerne med en hovedakse på ikke lenger enn 7 um. Fig. 2 er en skjematisk fremstilling av sider av EDX analyse av en karbonitridkomposittinklusjon med Al-Ca oksysulfidkjerne med en hovedakse på ikke lenger enn 7 um.

Beste utførelsesmåter for oppfinnelsen

I det følgende beskrives den foreliggende oppfinnelse i detalj. Uttrykket"%" for innholdet av hvert element betyr "masse%".

(A) Kjemisk sammensetning av stålet

C: 0,2-0,55 %

C er et element effektiv til å øke herdbarhet og forbedre styrke, og det kreves ikke mindre enn 0,2 %. Ved å overstige 0,55 % fører dette imidlertid til en høy utsatthet for bråkjølingssprekking og også en nedsatt seighet. C innholdet bør derfor være 0,2 til 0,55 %.

Si: 0,05 til 0,5 %

Si er et element nødvendig for deoksidasjon og dets innhold på ikke mindre enn 0,05 % er nødvendig for å frembringe en tilfredsstillende deoksiderende effekt. Å overstige 0,5 % minsker imidlertid seigheten og SSC motstanden. Si innholdet bør derfor være 0,05 til 0,5 %. Et foretrukket innholdsområde er 0,05 til 0,35 %.

Mn: 0,1 til 1 %

Mn er et element med en effekt på å øke herdbarheten av stålet og for å oppnå denne effekt er det nødvendig med et innhold på ikke mindre enn 0,1 %. Å overstige 1 % forbedrer imidlertid segregasjonen av Mn ved korngrensene noe som minsker seigheten og SSC motstanden. Mn innholdet bør derfor være 0,1 til 1 %. Et foretrukket innholdsområde er 0,1 til 0,5 %.

S: 0,0005 ti 0,01 %

S danner sammen med Ca, Al og 0 (oksygen) en fin kjerne av oksysulfid av Al og Ca som fører til utfelling av karbonitrid av Ti, Nb og/eller Zr omkring kjernen, og dette resulterer i utfelling av en fin karbonitridkomposittinklusjon med Al-Ca oksysulfidkjerne. Denne fine komposittinklusjon har den effekt å undertrykke dannelsen av et grovt karbonitrid av Ti, Nb og/eller Zr. For å oppnå denne effekt er et S innhold på ikke mindre enn 0,0005 % nødvendig. Å overstige 0,1 % S minsker imidlertid motstanden mot groptæring og SSC. Derfor bør S innholdet være 0,0005 ti 0,01 %. Et foretrukket S innhold er 0,0010 til 0,01 %.

0 (oksygen): 0,0010 til 0,01 %

O danner sammen med Ca, Al og S en fin kjerne av oksysulfid av Al og Ca som fører til utfelling av karbonitrid av Ti, Nb og/eller Zr omkring kjernen, og dette resulterer i utfelling av en fin karbonitridkomposittinklusjon med Al-Ca oksysulfidkjerne. Denne fine kompositt har effekt til å undertrykke dannelsen av et grovt karbonitrid av Ti, Nb og/eller Zr. For å oppnå denne effekt er et O innhold på ikke mindre enn 0,0010 % nødvendig. Å overstige 0,01 % minsker imidlertid motstanden mot groptæring og SSC og O innholdet bør derfor være 0,0010 til 0,01 %.

Al: 0,005 til 0,05 %

Al er et element nødvendig for deoksidasjon av stål og når dets innhold er under 0,005 % kan denne effekt knapt oppnås. På den annen side mettes denne effekt ved innhold som overstiger 0,05 % og i tillegg dannes grove Al baserte oksider rikelig og bevirker minsking i seighet. Videre danner Al sammen med Ca, S og O en fin kjerne av oksysulfid av Al og Ca som fører til utfelling av karbonitrid av Ti, Nb og/eller Zr omkring kjernen, som resulterer i utfelling av en fin karbonitridkomposittinklusjon med Al-Ca oksysulfidkjerne. Denne fine kompositt har virkningen å undertrykke dannelsen av grovt karbonitrid av Ti, Nb og/eller Zr og Al innholdet bør derfor være 0,005 % til 0,05 %. Betegnelsen "Al" anvendes heri og angir "sol.AI" som betyr Al oppløselig i syre.

Ca: 0,0003 til 0,007 %

CA er et viktig element ved utøvelsen av den foreliggende oppfinnelse. Ca danner sammen med Al, S og O en fin kjerne av oksysulfid av Al og Ca som fører til utfelling av karbonitrid av Ti, Nb og/eller Zr omkring kjernen, noe som resulterer 1 utfelling av en fin karbonitrid komposittinklusjon med Al-Ca oksysulfidkjerne. Den fine kompositt har også den virkning å undertrykke dannelsen av grovt karbonitrid av Ti, Nb og/eller Zr. Videre forbedrer den fine kompositt motstanden mot groptæring, SCC og SSC. Hvis Ca nivået er under 0,0003 % er tilsetningseffekten dårlig. Hvis Ca nivået overstiger 0,007 % blir på den annen side selve oksysulfidet av Al og Ca grovt og dette bevirker groptæring. Ca innholdet bør derfor være 0,0003 til 0,007 %.

Ti: 0,005 til 0,05 %

Ti absorberer karbon og nitrogen i stål omkring en kjerne av oksysulfid av Al og Ca og dette resulterer i utfelling av en fin karbonitridkomposittinklusjon med Al-Ca oksysulfidkjerne. Denne er effektiv til styrking av stål ved å gjøre krystallkornene fine og ved utfellingsstyrking. Videre er Ti i stål inneholdende bor effektiv til å undertrykke dannelsen av bornitrid, som resulterer i å fremme forbedringen i herdbarhet på grunn av B. For å oppnå disse effekter er et Ti innhold på ikke mindre 0,005 % nødvendig. På den annen side dannes ved å overskride 0,05 % Ti grovt karbonitrid av Ti, Nb og/eller Zr, noe som kan bevirke groptæring selv om Ca innholdet er i området nevnt ovenfor. Ti innholdet bør derfor være 0,005 til 0,05 %. Et foretrukket innholdsområde er 0,005 til 0,03 %.

Cr: 0,1 til 1,5 %

Cr forbedrer herdbarheten og øker også motstanden mot tempringsvirkning slik at det muliggjøres høytemperaturtempring og forbedring av et SSC motstand. Disse effekter kan oppnås hvis Cr innholdet ikke er mindre enn 0,1 %. Hvis imidlertid Cr innholdsnivået overstiger 1,5 % avmettes de ovennevnte effekter og kostnadene øker. Cr innholdet bør derfor være 0,1 til 1,5 %.

Mo: 0,1 til 1 %

Mo forbedrer herdbarheten og øker også motstanden mot temprings-mykning slik at det muliggjøres høytemperaturtempring og forbedring av SSC motstanden. Ved innholdsnivåer under 0,1 % kan imidlertid ingen tilfredsstillende effekter oppnås. På den annen side, hvis Mo innholdsnivået overstiger 1 % utfelles nåleformet (asikulert) Mo karbid under tempring og dette bevirker minskning i seigheten og SSC motstanden. Mo innholdet bør derfor være 0,1 til 1 %.

Nb: 0,005 til 0,1 %

Nb absorberer karbon og nitrogen i stål omkring kjernen av oksisulfidet av Al og Ca og dette resulterer i utfelling av en fin karbonitrid komposittinklusjon med Al-Ca oksisulfidkjerne. Dette er effektivt til å styrke stålet ved å gjøre krystallkornene fine og ved utfellingsstyrking.

Når Nb innholdet er mindre enn 0,005 % er tilsetningsvirkningen dårlig. På den annen side, ved innholdsnivåer som overstiger 0,1 % avmettes den ovennevnte effekt og kostnaden øker. Nb innholdet bør derfor være 0,05 til 0,1 %.

Innholdet av forurensningselementene P og N er begrenset som nevnt i det følgende.

P: ikke mer enn 0,03 %

P eksisterer uunngåelig som en urenhet i stål. Det oppløses aktivt og reduserer således groptæringsmotstanden. Det segregerer også ved korngrensene og bevirker minskning i seighet og SSC motstand. Spesielt, når dets innhold overstiger 0,03 % minsker det i seighet og motstanden mot groptæring og SSC. P innholdet bør derfor ikke være mer enn 0,03 %. Det er ønskelig at P innholdet bør være så lavt som mulig.

M: Ikke mer enn 0,015 %

N er et element som uunngåelig forekommer som en urenhet i stål. Hvis N overstiger 0,015 % vil dette ikke føre til utfelling av en fin karbonitridkomposittinklusjon med Al-Ca oksysulfidkjerne, men vil føre til utfelling av et grovt karbonitrid av Ti, Nb og/eller Zr som kan bevirke groptæring. N innholdet bør derfor ikke være mer enn 0,015 %. Det er ønskelig at N innholdet bør være så lavt som mulig.

Et lavlegert stål ifølge oppfinnelsen (1) tilfredsstiller den ovennevnte kjemiske sammensetning. Et lavlegert stål ifølge oppfinnelsen (2) tilfredsstiller et eller flere elementer valgt fra elementene blant V, B og Zr nevnt i det følgende, i tillegg til den ovennevnte kjemiske sammensetning. V, B eller Zr bidrar til forbedring av styrken av stål.

V: 0,03 til 0,5 %

V kan tilsettes. Om det tilsettes utfeller det imidlertid et fin karbid under tempring og øker således tempringsmykningsmotstanden hvorved tempring ved høye temperaturer blir mulig og SSC motstanden forbedres. For å sikre denne effekt er V innholdet ønskelig ikke lavere enn 0,03 %. På den annen side, hvis dets innholdsnivå overstiger 0,5 % avmettes den ovennevnte effekt og kostnaden øker. Om det tilsettes er derfor V innholdet anbefalt til 0,03 til 0,5 %.

B: 0,0001 til 0,005 %

B kan tilsettes. Når det tilsettes er det imidlertid effektivt, selv i spor-mengder, til å forbedre herdbarheten av stålet. For å sikre denne effekt er B innholdet foretrukket ikke lavere enn 0,0001 %. På den annen side fører å overstige 0,005 % av B til utfelling av et grovt karboborid langs korngrensene, og dette bevirker minsking i seighet og SSC motstand. Når det tilsettes er B innholdet anbefalt 0,001 til 0,005 %, mer foretrukket 0,0001 til 0,03 %.

Zr: 0,005 til 0,10%

Zr kan tilsettes. Når det tilsettes absorberer det imidlertid karbon og nitrogen i stål omkring kjernen av oksysulfid av Al og Ca og fører til utfelling av karbonitrid av Ca, Nb og/eller Zr omkring kjernen, som resulterer i utfelling av en fin karbonitridkomposittinklusjon med Al-Ca oksysulfidkjerne. Det er også effektivt til å øke styrken ved å danne krystallkornene finere og ved utfellingsstyrking og videre i å fremme forbedringen av herdbarheten som skyldes B. For å sikre disse effekter er Zr innholdet foretrukket ikke mindre enn 0,005 %. På den annen side dannes ved å overskride 0,10 % Zr et grovt karbonitrid av Ti, Nb og/eller Zr som kan bevirke groptæring, selv om Ca innholdet er i det ovennevnte området. Når det tilsettes er derfor Zr innholdet anbefalt 0,005 til 0,10 %. (B) Karbonitridkomposittinklusjon med Al-Ca oksysulfidkjerne i stål.

Karbonitridkomposittinklusjonen med Al-Ca oksysulfidkjernen i det lavlegerte stål ifølge oppfinnelsen har et ytre skall av karbonitrid av Ti, Nb og/eller Zr som omgir en kjerne av et oksysulfid av Al og Ca. Det er nødvendig at karbo-nitridkompositten ikke har en hovedakse på mer enn 7 um med en forekomsthyppighet på ikke mindre enn 10 stykker kompositter per 0,1 mm<2>av stålets tverrsnitt.

Oksysulfidet av Al og Ca kan inneholde oksysulfider av andre elementer i tillegg til Al og Ca og disse oppgår til mindre enn 50 % av den totale mengde. Karbonitridet av Ti, Nb og/eller Zr karbonitrid kan inneholde karbonitrider av andre elementer i tillegg til Ti, Nb og Zr, og disse kan oppgå til mindre enn 50 % av den totale mengde.

Oksidet av Al aggregerer lett og blir grovt og er følgelig ineffektivt til å frembringe fine dispersjoner. Det fører derfor til et grovt karbonitrid av Ti, Nb og/eller Zr. I motsetning til dette aggregerer oksysulfidene av Al og Ca knapt ettersom de er effektive til å frembringe fine dispersjoner. Det kan derfor være en kjerne for å danne et karbonitrid av Ti, Nb og/eller Zr, som fører til utfelling av findispergert karbonitrid av Ti, Nb og/eller Zr, som omgir kjernen.

Videre er Ca sterkere til oksysulfiddannelsesevne enn Al og oksysulfid av Al og Ca dannes derfor før dannelsen av Al oksid. En fin karbonitridkomposittinklusjon med Al-Ca oksysulfidkjerne med et ytre skall av karbonitrid av Ti, Nb og/eller Zr, som omgir en kjerne av oksysulfidet av Al og Ca, undertrykker således dannelsen av et grovt karbonitrid av Ti, Nb og/eller Zr som omgir en kjerne av oksidet av Al. Groptæringsmotstanden forbedres tilsvarende.

Hvis imidlertid karbonitridkomposittinklusjonen med Al-Ca oksysulfidkjerne selv er grov bevirker den imidlertid groptæring så vel som det grove karbonitrid av Ti, Nb og/eller Zr. Spesielt når hovedaksen overstiger 7 um er minskningen i groptæringsmotstand bemerkelsesverdig. Den maksimale hovedakse i karbonitridkomposittinklusjonen med Al-Ca oksysulfidkjerne må derfor ikke være mer enn 7 um. Den lengste hovedaksen av andre karbonitridinklusjoner er heller ikke større enn 7 um.

På den annen side, hvis antallet av slike kompositter er mindre enn 10 per 0,1 mm<2>kan kjernen av oksysulfid av Al og Ca ikke absorbere Ti, Nb og/eller Zr i stålet i en tilstrekkelig grad, selv om A karbonitrid komposittinklusjonen med Al-Ca oksysulfidkjernen ikke har hovedakse større enn 7 um. Den uabsorberte del av Ti, Nb og/eller Zr danner et grovt karbonitrid av Ti, Nb og/eller Zr som omgir en kjerne av oksid av Al slik at groptæringsmotstanden minsker. Stålet ifølge den foreliggende oppfinnelse bør derfor inneholde 10 eller flere stykker karbonitridkomposittinklusjon med Al-Ca oksysulfidkjerne per 0,1 mm<2>.

Ved evaluering av disse inklusjoner ble det vilkårlig valgt 5 synsfelter på tverrsnittet av hvert prøvestykke. I hvert synsfelt ble antallet og hovedaksene av de iakttatte kompositter iakttatt per 0,1 mm<2>målt og den kompositt hvis hovedakse var den største i hvert synsfelt ble spesifisert, hvori hovedaksen av kompositten var definert som den lengste avstand mellom to vilkårlige punkter på en grense av en kompositt til matriksen.

Deretter ble den gjennomsnittlige verdi av hovedaksen av den spesifiserte kompositt beregnet ved å dividere summen av verdien av hovedaksene med 5 som er antallet av synsfelt. Som et resultat ble verdien av "den lengste hovedakse" funnet, dvs. den gjennomsnittlige lengde av de lengste hovedakser av komposittene på tverrsnittet av et prøvestykke.

Det lavlegerte stål ifølge oppfinnelsen tilfredsstilte alle de ovennevnte krav for karbonitridkomposittinklusjonen med Al-Ca oksysulfidkjerne. Det er også nødvendig å kjøle stålet med en takt på ikke mer enn 500 °C/min, fra 1500 °C til 1000 °C under støping, for å sikre en tilstrekkelig tid for å tillate at oksysulfidene av Al og Ca absorberer Ti, Nb og Zr.

Eksempler

14 typer av det lavlegerte stål med de respektive kjemiske sammen-setninger som angitt i tabell 1 ble smeltet.

Hvert stålspesies (150 tonn) ble kontinuerlig støpt til runde blokker med en diameter på 220 mm. Ved denne anledning ble avkjølingstakten, i området 1500 °C til 1000 °C, variert som vist i tabell 2, ved å kontrollere mengden av kjølevann for formen og for avkjøling av blokker under støpingen fra 1500 °C til 1000 °C.

Deretter ble de runde blokker av stål H og stål I hver gjenoppvarmet til 250 °C og deretter underkastet varmsmiing og varmvalsing ved hjelp av de konvensjonelle metoder for å fremstille 15 mm tykke plater.

De runde blokker av stål A, stål C og stål J til M ble hver gjenoppvarmet til 1250 °C og deretter underkastet varmvalsing ved hjelp av den konvensjonelle metode for å frembringe runde stenger med en diameter på 40 mm.

De runde blokker av stål B, stål D til G og stål N ble hver gjenoppvarmet til 1250 °C og deretter underkastet varmvalsing ved hjelp av den konvensjonelle metode for å fremstille sømløse rør med en veggtykkelse på 10 mm.

10 mm tykke prøvestykker, 10 mm brede og 10 mm lange ble kuttet utfra de således oppnådde plater, runde stenger og stålrør. De ble innleiret i en harpiks for å åpenbare tverrsnittene kuttet perpendikulært på retningen for varmvalsingen som testflater og testflatene ble speilblankpolert og undersøkt for inklusjoner ved sveipelektronmikroskopi med en forstørrelse på 200. Hver testflate ble således iakttatt i 5 synsfelter under et sveipelektronmikroskop med en forstørrelse på 200. Deretter ble antallet, iakttatt per 0,1 mm<2>i hvert synsfelt, av komposittinklusjonene med Al-Ca oksysulfidkjerne hvis hovedakse ikke var mer enn 7 um, telt og gjennomsnitt beregnet i 5 synsfelt. I tillegg ble verdiene av "den lengste hovedakse", dvs. gjennomsnittet av de lengste verdier i hvert synsfelt av hovedaksene av komposittinklusjonen med Al-Ca oksysulfidkjernen og de andre karbonitrider og som målt. Komposittinklusjonen med Al-Ca oksysulfidkjernen ble analysert for å bestemme dens sammensetning ved bruk av en EDX (energidispersjonstype røntgen mikroanalysator).

Et typisk eksempel på karbonitridkomposittinklusjonen med Al-Ca oksysulfidkjerne, med en hovedakse på ikke mer enn 7 um, er vist i fig. 1. Den sorte kjernedel består av oksysulfidet av Al og Ca og den ytre hvite skalldel består av karbonitrid av Ti, Nb og/eller Zr. Fig. 2 er en skjematisk illustrasjon av setene for EDX analysen av en av karbonitridkomposittinklusjonene med Al-Ca oksysulfid-kjerner. EDX analyse ble gjennomført ved 8 seter, totalt, som vist i figuren.

Resultatene av undersøkelsen av inklusjonene er vist i tabell 2 sammen med avkjølingshastighetene mellom 1500 og 1000 °C.

Deretter ble 3 mm tykke, 10 mm brede og 40 mm lange korrosjonsprøve-stykker kuttet ut fra de ovennevnte plater, runde stenger og stålrør, ble polert med et nummer 600 aluminiumoksidpapir og ble neddykket i en avgasset vandig oppløsning inneholdende 0,5 eddiksyre og 5 % natriumklorid ved 25 °C i 100 timer, og ble så kontrollert for å bestemme om groptæring forekom eller ikke. Resultatene av denne undersøkelse fremgår også av tabell 2.

Tabell 2 viser også at prøvenummeret 1 til 7 og 14 tilfredsstiller kravene foreskrevet for den foreliggende oppfinnelse, og det ble heller ikke iakttatt noen groptæring, slik at de tilsvarende stål også har en god groptæringsmotstand. I motsetning til dette ble det i prøvenummeret 8 til 13 iakttatt groptæring bevirket av det grove karbonitrid av Ti, Nb og/eller Zr.

Industriell anvendbarhet

Det lavlegerte stål ifølge oppfinnelsen undertrykker groptæring bevirket av inklusjoner og undertrykker SSC indusert ved groptæring. Den kan derfor anvendes som et materiale for oljeforingsrør og produksjonsrørutstyr for en oljebrønn og gassbrønn, og også borestrenger, vektmufferog pumpestenger for boring av en brønn, og videre ledninger og rør for petrokjemiske anlegg.

Claims

1. Lavlegert stål, karakterisert vedat det i masse% består av C:0,2-0,55 %, Si: 0,05 til 0,5 %, Mn: 0,1 til 1 %, S: 0,0005 til 0,01 %, 0 (oksygen): 0,0010 til 0,01 %, Al: 0,005 til 0,05 %, Ca: 0,0003 til 0,007 %, Ti: 0,005 til 0,05 %, Cr: 0,1 til 1,5 %, Mo: 0,1 til 1 % og Nb: 0,005 til 0,1 %, og eventuelt minst ett legeringselement valgt fra V: 0,03 til 0,5%, B: 0,001 til 0,005 % og Zr: 0,005 til 0,10 %, og resten Fe og forurensninger; hvori innholdene av forurensningene P og N er P < 0,03% og N < 0,015%; og hvori stålet tilfredsstiller de følgende kravene (A) til (D): A) stålet inneholder kompositter av inklusjoner som omfatter et ytre skall av karbonitrid av Ti, Nb og/eller Zr som omgir en kjerne av oksysulfid av Al og Ca; B) den lengste hovedaksen av komposittene er ikke større enn 7 um; C) forekomsthyppigheten av komposittene er ikke mindre enn 10 stykker kompositter per 0,1 mm<2>av ståltverrsnittet; D) den lengste hovedaksen av andre karbonitridinklusjoner er ikke større enn 7 um.

2. Lavlegert stål ifølge krav 1, karakterisert ved et S innhold på 0,0010 til 0,01 %.

3. Fremgangsmåte for fremstilling av et lavlegert stål ifølge enten krav 1 eller krav 2, karakterisert ved avkjøling av stålet med en takt på ikke mer enn 500 °C/min fra 1500 °C til 1000 °C under støpingen av stålet.