NO340253B1

NO340253B1 - Sømløst stålrør for ledningsrør og fremgangsmåte for fremstilling derav

Info

Publication number: NO340253B1
Application number: NO20080941A
Authority: NO
Inventors: Yuji Arai; Kunio Kondo; Nobuyuki Hisamune
Original assignee: Sumitomo Metal Ind
Priority date: 2005-08-22
Filing date: 2008-02-25
Publication date: 2017-03-27
Also published as: AU2006282410A1; US7931757B2; CA2620069A1; BRPI0615215A2; AR054935A1; BRPI0615216A2; CA2620054A1; BRPI0615362B1; BRPI0615362B8; EP1918398A4; EP1918400A1; WO2007023806A1; EP1918398B1; WO2007023804A1; US20090114318A1; AU2006282411A1; US7896985B2; EP1918397B1; EP1918397A1; JPWO2007023804A1

Description

Det tekniske området

Denne oppfinnelse vedrører et sømløst stålrør for ledningsrør og som har forbedret styrke, seighet, korrosjonsmotstand, og sveisbarhet og vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av dette. Et sømløst stålrør ifølge den foreliggende oppfinnelse er et høyfast tykkvegget sømløs stålrør med høy seighet for lednings-rør og som har en styrke tilsvarende minst X80 klassen foreskrevet av API (American Petroleum Institute) standarder, og spesifikt en styrke tilsvarende X80 klassen (en flytegrense på minst 551 MPa (5620 kg/cm<2>)), X90 klassen (en flytegrense på minst 620 MPa (6324 kg/cm<2>)), eller X100 klassen (en flytegrense på minst 689 MPa (7028 kg/cm<2>)) sammen med god seighet og korrosjonsmotstand. Røret er spesielt egnet for bruk som stålrør for ledningsrør på havbunnen eller stålrør for stigerør.

Bakgrunnsteknikk

I de senere år, ettersom råolje- og naturgassressurser i oljefelt lokalisert på land eller i såkalte grunne havområder med en vanndybde på opptil omtrent 500 meter blir tømt gjennomføres aktivt utvikling av havbunnsoljefelt i såkalte dype havområder med en dybde på f.eks. 1000 - 3000 meter, under overflaten av havet. Med dyphavsoljefelt er det nødvendig å overføre råolje eller naturgass fra brønnhodet i en oljebrønn eller naturgassbrønn som er installert på havbunnen til en plattform på vannoverflaten ved bruk av stålrør som refereres til som strømningsrør og stigerør.

Stålrør som utgjør strømningsrør installert i havdypet eller stigerør er eksponert for høyt indre fluidtrykk utøvet mot deres indre på grunn av formasjonstrykket i dype undergrunnsregioner og effektene av vanntrykk i dyphavet utøvet mot deres utside når operasjon stoppes. Stålrør som utgjør stigerør er i tillegg eksponert for effektene av gjentatte belastninger utøvet av bølger.

Strømningsrør er stålrør for transport som installeres på grunnen eller langs konturene av havbunnen. Stigerør er stålrør for transporten av olje eller gass og som stiger fra overflaten av sjøbunnen til en plattform på overflaten av havet. Når slike rør anvendes i dyphavs oljefelt er det ansett nødvendig at veggtykkelsen vanlig skal være minst 30 mm, og faktisk anvendes generelt tykkveggede stålrør med en veggtykkelse i området 40 mm til 50 mm. Dette indikerer at de anvendes under meget strenge betingelser.

Fig. 1 er et forklarende riss som skjematisk viser et eksempel på et arrangement av stigerør og strømningsrør i havet. I figuren er et brønnhode 12 anordnet på havbunnen 10 og en plattform 14 anordnet på vannoverflaten 13 umiddelbart over denne forbundet ved hjelp av et toppstrekkstigerør 16. Et strømningsrør 18 installert på havbunnen og forbundet til et ikke illustrert fjerntliggende brønnhode strekker seg til nærheten av plattformen 14. Enden av strømningsrøret 18 er forbundet til plattformen 14 ved hjelp av et stålkjedelinje stigerør 20 som stiger fra nærheten av plattformen.

Bruksmiljøet for stigerørene og strømningsrørene er meget strengt og det sies at maksimumstemperaturen er 177 °C og det maksimum indre trykk er 1400 atmosfærer eller mer. Stålrørene anvendt i stigerørene og strømningsrørene må således være i stand til å motstå et slikt strengt miljø. Et stigerør er også utsatt for bøyningspåkjenninger som skyldes bølger slik at det må være i stand til å motstå også slike ytre innvirkninger.

Følgelig er et stålrør med en høy styrke og høy seighet ønskelig for bruk som stigerør og strømningsrør. For å sikre pålitelighet brukes sømløse stålrør heller enn sveisede stålrør i slike anvendelser.

For sveisede stålrør er en metode for fremstilling av et stålrør med en styrke som overstiger tilsvarende X80 klassen allerede blitt beskrevet. F.eks. beskriver patentdokument 1 (JP H9-41074A) et stål som overstiger X100 klassen (en flytegrense på minst 689 Mpa (7028 kg/cm<2>)) angitt i API standarder. Et sveiset stålrør fremstilles ved først å produsere en stålplate, stålplaten rulles sammen og sømmen sveises til å danne et stålrør. For å gi essensielle egenskaper som f.eks. styrke og seighet ved tidspunktet for fremstilling av stålplaten er kontroll av mikrostrukturen blitt anvendt ved å underkaste stålplaten for termomekanisk behandling ved trinnet med valsetrinnet. Også i patentdokument 1 sikres de ønskede egenskaper av et stålrør etter sveising ved å gjennomføre termomekanisk behandling under varmvalsing av en stålplate på en slik måte at mikrostrukturen kontrolleres slik at den inkluderer deformert ferritt. Metoden beskrevet i patentdokument 1 kan følgelig bare gjennomføres ved hjelp av en valseprosess for å danne en stålplate hvori termomekanisk behandling lett kan utøves ved kontrollert valsing, og den kan derfor anvendes på et sveiset stålrør med ikke på et sømløst stålrør.

JPH10306347 (A) beskriver et sveiset stålrør med ultrahøy styrke som har en strekkfasthet på minst 950 N/mm<2>og utmerket lavtemperaturseighet.

I tilfellet av sømløse stålrør er et sømløst stålrør tilsvarende X80 klassen nylig blitt utviklet. Med sømløse stålrør, ettersom anvendelsen av den ovenfor beskrevne teknikk som inkluderer termomekanisk behandling som er blitt utviklet for sveisede stålrør er vanskelig, er det i prinsippet nødvendig å oppnå de ønskede egenskaper ved varmebehandling etter rørdannelse. F.eks. er en metode for fremstilling av et sømløst stålrør med en styrke tilsvarende X80 klassen (en flytegrense på minst 551 MPa) beskrevet i patentdokument 2 (JP 2001-288532A). Som beskrevet i eksemplene i dette dokument er metoden bare vist for et tynnvegget stålrør (med en veggtykkelse på 11,0 mm) for hvilken herdbarheten i seg selv er god. Følgelig, endog selv om teknikken vist deri anvendes, når et sømløst stålrør med en veggtykkelse på omtrent 40 til 50 mm er det med et sømløst stålrør med veggtykkelse på omtrent 40 til 50 mm som faktisk anvendes for stigerør eller strømningsrør, et problem ved at tilstrekkelig styrke og seighet ikke kan oppnås ettersom avkjølingshastigheten ved tidspunktet for herding er sakte spesielt i den sentrale del av et slikt tykkvegget stålrør.

Beskrivelse av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse tar sikte på å løse det ovenfor beskrevne problem. Spesifikt er dens formål å tilveiebringe et sømløst stålrør for ledningsrør med en høy styrke og stabil seighet og god korrosjonsmotstand spesielt i tilfellet av et tykkvegget sømløst stålrør så vel som en fremgangsmåte for dets fremstilling.

Med hensyn til et konvensjonelt stål for ledningsrør er det kjent at styrken av stål kan forutsies ved formelen for C ekvivalent vist i det følgende ved formelen for CE (MW) og formelen for Pcm. Basert på disse formler er styrken av stålet blitt regulert og materialkonstruksjonen er blitt gjennomført.

CE (MW) = C + Mn/6 + (Cr + Mo +V)/5 + (Ni + Cu)/15

Pcm = C + Si/30 + (Mn + Cu + Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B

Selv om disse formler gjelder et konvensjonelt stål for ledningsrør, i tilfellet av et materiale for tykkveggede stålrør med en veggtykkelse som overstiger 30 mm bestemt for bruk som stigerør eller strømningsrør, for hvilke en enda høyere styrke nylig er blitt krevd, er de ovenstående formler ikke pålitelige og det ble funnet at endog et stålmateriale som er forventet å ha en høy styrke basert på de ovenstående formler enkelte ganger kan ha en markert nedsatt egenskap spesielt med hensyn til seighet. Det er således utilstrekkelig bare å tilsette legerings-elementene angitt i formlene for C ekvivalent for å tilveiebringe et stål med høy styrke og det er også nødvendig å forbedre dets seighet.

De foreliggende oppfinnere analyserte de faktorer som styrer seigheten av et tykkvegget sømløst stålrør. Som et resultat fant de at for å tilveiebringe høy styrke og forbedret seighet spesielt med en stor veggtykkelse, er det viktig å undertrykke C innholdet til et lavt nivå og tilsette Ca eller REM (sjeldent jordmetall) som et essensielt legeringselement, hvor produktet av den tilsatte mengde av Mn multiplisert med den tilsatte mengde av Mo i masseprosent er minst 0,8. Videre kan om nødvendig en eller flere av Cr, Ti, Ni, Nb, V, Cu, B, og Mg tilsettes, og i slike tilfeller er det også viktig å kontrollere deres innhold innenfor foreskrevne områder.

Den mekanisme hvorved en høy styrke og forbedringer i seighet oppnås i den foreliggende oppfinnelse er ikke klar, men den tenkes å være som følger, selv om den foreliggende oppfinnelse ikke er bundet av denne mekanisme.

Mn er effektivt i å øke herdbarheten av stål og tjener til å øke styrke og seighet ved å lette dannelsen av en fin transformert struktur opp til senteret av et tykkvegget element. På den annen side muliggjør tilsetning av Mo, som er effektiv til å øke motstanden av stål mot utglødningsmykning, å bestemme en høyere temperatur for utgløding for å oppnå den samme målstyrke og bidrar derved til en stor økning i seighet. Den ovenfor beskrevne effekt av Mn eller Mo kan oppnås endog når hvilket som helst av disse elementer tilsettes enkeltvis, men når disse elementer tilsettes sammen i i det minste et bestemt nivå, blir det på grunn av en synergistisk effekt av en økning i herdbarhet og evne til utgløding ved en høyere temperatur mulig å tilveiebringe et tykkvegget sømløst stålrør med en høy styrke og høy seighet i et nivå som ikke kunne oppnås tidligere. Når innholdet av Mn er høyere enn innholdet i et konvensjonelt område vil MnS som minsker seighet og korrosjonsmotstand gjerne lett utfelles. I denne forbedring kan ytterligere forbedring i seighet og korrosjonsmotstand oppnås ved å tilsette Ca eller REM for å hindre utfelling av MnS eller ved å minske C innholdet slik at mengden av utfelte karbider minsker.

I tilfellet av et stålmateriale med den ovenfor beskrevne kjemiske sammensetning er en fabrikasjonsprosess som inkluderer bråkjøling og utgløding etter rørdannelse egnet for å oppnå et tykkvegget sømløst stålrør med høy styrke og seighet.

Et sømløst stålrør for ledningsrør ifølge krav 1 i den foreliggende oppfinnelse erkarakterisert vedat det har en kjemisk sammensetning inneholdende i masseprosent, C: 0,02 - 0,08 %, Si: høyst 0,5 %, Mn: 2,0 - 3,0 %, Al: 0,001 - 0,10 %, Mo: 0,6 -1,2 %, Ni: 0,002 - 0,015 %, i det minste én av Ca og REM i en total mengde på 0,0002 - 0,007 %, idet resten er Fe og forurensninger, idet forurensningene har et innhold av P: på høyst 0,05 %, S: høyst 0,005 %, og O: høyst 0,005 %, og den kjemiske blanding tilfredsstiller den følgende ulikhet:

1,1 < [Mn] x [Mo] < 2,6,

hvori [Mn] og [Mo] er tallene ekvivalente til innholdene av Mn henholdsvis Mo, i masseprosent.

Som angitt i krav 1 kan den kjemiske blanding videre inneholde ett eller flere elementer i masseprosent, valgt fra Cr: høyst 1,0 %, Ti: høyst 0,05 %, Ni: høyst 2,0 %, Nb: høyst 0,04 %, V: høyst 0,2 %, Cu: høyst 1,5 %, B: høyst 0,01 %, og Mg: høyst 0,007 %.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører også en fremgangsmåte for fremstilling av et sømløst stålrør for ledningsrør.

I en utførelsesform omfatter fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse tildannelse av et sømløst stålrør ved varmbearbeiding fra en stålvalseblokk med den ovenfor beskrevne kjemiske sammensetning, deretter avkjøling og etterfølgende gjenoppvarming av stålrøret, og gjennomføring av bråkjøling og etterfølgende utgløding av stålrøret.

I en ytterligere utførelsesform omfatter fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse tildannelse av et sømløst stålrør ved varmbearbeiding fra en stålvalseblokk med den ovenfor beskrevne kjemiske sammensetning, og umiddelbart gjennomføring av bråkjøling og etterfølgende utgløding av stålrøret.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse, ved å foreskrive den kjemiske sammensetning, dvs. stålsammensetningen av et sømløst stålrør og en fremgangsmåte for dets fremstilling som angitt i det foregående, spesielt i tilfellet av et tykkvegget sømløst stålrør med en tykkelse på minst 30 mm, er det mulig å fremstille et sømløst stålrør for ledningsrør med en høy styrke tilsvarende X80 klassen (en flytegrense på minst 551 MPa), X90 klassen (en flytegrense på minst 620 MPa), eller X100 klassen (en flytegrense på minst 689 MPa) og som har forbedret seighet og korrosjonsmotstand alene ved varmebehandling i form av bråkjøling og utgløding.

Betegnelsen "ledningsrør" anvendt heri refererer til en rørformet struktur bestemt for bruk i transport av fluider som råolje eller naturgass, ikke bare på land, men også på og i havet. Et sømløst stålrør ifølge den foreliggende oppfinnelse er spesielt egnet for bruk som ledningsrør som f.eks. det ovenfor beskrevne strømningsrør eller stigerør som er lokalisert på eller i havet. Dets endelige anvendelse er imidlertid ikke begrenset dertil.

Der er ingen spesielle grenser for formen eller dimensjonene av et sømløst stålrør ifølge den foreliggende oppfinnelse, men der er begrensninger for størrelsen av et sømløst stålrør på grunn av dets produksjonsprosess. Vanlig har det en ytre diameter som maksimum er omtrent 500 mm og et minimum på omtrent 150 mm. Effektene av den foreliggende oppfinnelse er spesielt markerte når veggtykkelsen er minst 30 mm, men den foreliggende oppfinnelse er ikke begrenset til denne veggtykkelse.

Et sømløst stålrør ifølge den foreliggende oppfinnelse kan anvendes for installasjon i mer strenge dype havområder og spesielt som strømningsrør på havbunnen. Følgelig bidrar den foreliggende oppfinnelse sterkt til stabil energiforsyning. Når den anvendes som et stigerør eller et strømningsrør installert i dype havområder har det foretrukket en tykkelse på minst 30 mm. Den øvre grense av veggtykkelsen er ikke begrenset men normalt vil veggtykkelsen være høyst 60 mm.

Kort beskrivelse av tegningene, hvori

Fig. 1 er et forklarende skjematisk riss som viser en sluttanvendelse av et sømløst stålrør ifølge den foreliggende oppfinnelse, og

fig. 2 er en graf som viser forholdet mellom verdien av [Mn] x [Mo] og styrken og seigheten basert på resultatene av et eksempel.

Beste måte for utøvelse av oppfinnelsen

Grunnene til at den kjemiske sammensetning av et stålrør er foreskrevet på den foregående måte i den foreliggende oppfinnelse skal beskrives. Som angitt i det foregående betyr prosent i forbindelse med innholdet (konsentrasjonen) av et element i en kjemisk sammensetning masseprosent.

C: 0,02 - 0,08 %

C er et viktig element for oppnåelse av styrken av stål. C innholdet er minst 0,02 % for å øke herdbarheten og oppnå en tilstrekkelig styrke av et tykkvegget materiale. På den annen side, hvis dets innhold overstiger 0,08 % minsker seigheten. C innholdet er derfor i området 0,02 - 0,08 %. Fra et standpunkt med å oppnå styrken av et tykkvegget materiale er en foretrukket nedre grense av C innholdet 0,03 % og en mer foretrukket nedre grense er 0,04 %. En mer foretrukket øvre grense for C innholdet er 0,06 %.

Si: høyst 0,5 %

Si virker som et deoksiderende middel under stålfremstilling og selv om dets tilsetning er nødvendig, er dets innhold foretrukket så lite som mulig. Dette er på grunn av at det sterkt minsker seighet, spesielt i varmepåvirkede soner under omkretssveising for å forbinde ledningsrør. Hvis Si innholdet overstiger 0,5 % minsker seigheten markert i varmepåvirkede soner under sveising med stor varmetilførsel. Innholdet av Si som tilsettes som et deoksiderende middel er derfor begrenset til høyst 0,5 %. Foretrukket er Sl innholdet høyst 0,3 % og mer foretrukket høyst 0,15 %.

Mn: 2,0 - 3,0 %

Mn må tilsettes i en stor mengde for å øke herdbarheten av stål slik at endog et tykt materiale kan forsterkes opp til sitt senter og samtidig for å forbedre seigheten derav. Disse effekter kan ikke oppnås hvis dets innhold er mindre enn 2,0 %, mens hvis dets innhold overstiger 3 %, minsker motstanden mot hydrogenindusert sprekking HIC ("hydrogen induced cracking"). Mn innholdet er derfor i området 2,0- 3,0 %. Den nedre grense av Mn innholdet er 2,0 %, og mer foretrukket 2,1 %. Som angitt i det følgende, ettersom tilsetning av Mn sammen med Mo tilveiebringer en synergistisk effekt ved oppnåelse av høy styrke og høy seighet, bør mengden av Mn bestemmes ved å ta den tilsatte mengde av Mo i betraktning.

Al: 0,001 -0,10 %

Al tilsettes som et deoksiderende middel under stålfremstilling. For å oppnå denne effekt tilsettes det med et innhold på minst 0,001 %. Hivs Al innholdet overstiger 0,10 % danner inklusjoner i stålet klaser slik at seigheten forringes, og et stort antall overflatedefekter dannes ved tidspunktet for avskråning av endene av et rør. Al innholdet er derfor 0,001 - 0,10 %. Fra standpunktet med å hindre overflatedefekter er det foretrukket ytterligere å begrense den øvre grense av Al innholdet. En foretrukket øvre grense er 0,05 % og en mer foretrukket grense er 0,03 %. For fullstendig å bevirke deoksidasjon og øke seigheten er en foretrukket nedre grense for Al innholdet 0,010 %. Al innholdet anvendt her indikerer innholdet av syreoppløselig Al (såkalt "sol.AI").

Mo: 0,6 -1,2 %

Mo er et viktig element i den foreliggende oppfinnelse ved at det har en effekt med å øke herdbarheten av stål spesielt endog under betingelser med en sakte avkjølingshastighet, slik at det blir mulig å forsterke senteret av selv et tykt materiale, og samtidig øke motstanden av stålet mot utglødningsmykning, slik at det gjøres mulig å gjennomføre utgløding ved en høyere temperatur slik at seigheten forbedres. Den nedre grense av Mo innholdet er 0,6 %. Mo er imidlertid et dyrt element og dets virkning avflates ved omtrent 1,2 % slik at den øvre grense settes til 1,2 %. Som angitt i det følgende gir Mo en høy styrke og høy seighet ved en synergistisk effekt når det tilsettes sammen med Mn, og mengden av Mo bør avgjøres ved å ta den tilsatte mengde av Mn i betraktning.

N: 0,002-0,015%

Innholdet av N settes til minst 0,002 % for å øke herdbarheten av stål slik at tilstrekkelig styrke kan oppnås i et tykt materiale. På den annen side, hvis N innholdet overstiger 0,015 % minsker seigheten. N innholdet er derfor i området 0,002 -0,015%.

I det minste én av Ca og REM: 0,0002 - 0,007 % totalt

Disse elementer tilsettes for å forbedre seighet og korrosjonsmotstand av stål ved formkontroll av inklusjoner og for å forbedre støpeegenskaper ved å undertrykke tilstopping av en dyse ved tidspunket for støping. For å oppnå disse effekter tilsettes i det minste en av Ca og REM i en total mengde på minst 0,0002 %. Hvis den totale mengde av disse elementer overstiger 0,007 % avflates de ovenfor beskrevne effekter og ikke bare vises en ytterligere effekt, men det blir lett for inklusjoner å danne klaser slik at seighet og motstand mot HIC bringes til å minske. Følgelig tilsettes disse elementer slik at det totale innhold av et eller flere av disse er i området 0,0002 - 0,007 % og foretrukket 0,0002 - 0,005 %. REM er en generisk betegnelse for de 17 elementer som inkluderer elementene i lantanoideserien, Y, og Sc. I den foreliggende oppfinnelse refererer innholdet av REM til den totale mengde av minst ett av disse elementer.

Et sømløst stålrør for ledningsrør ifølge den foreliggende oppfinnelse inneholder de ovenfor beskrevne elementer, og en rest av Fe og forurensninger. Blant forurensningene settes en øvre grense på innholdet av hver av P, S og O som følger:

P: høyst 0,05 %

P er et forurensningselement som minsker seighet av stål slik at dets innhold settes foretrukket så lavt som mulig. Hvis dets innhold overstiger 0,05 % har stålet en markert minsket seighet, slik at den tillatte øvre grense av P settes til 0,05 %. foretrukket er P innholdet høyst 0,02 % og mer foretrukket høyst 0,01 %.

S: høyst 0,005 %

S er også et forurensningselement som minsker seighet av stål, slik at dets innhold settes foretrukket så lavt som mulig. Hvis dets innhold overstiger 0,005 % har stålet en markert nedsatt seighet slik at den tillatte øvre grense av S settes til 0,005 %. Foretrukket settes denne tillatte øvre grense til høyst 0,003 % og mer foretrukket til høyst 0,001 %.

O: høyst 0,005 %

0 er også et forurensningselement som minsker seighet av stål, slik at dets innhold settes foretrukket så lavt som mulig. Hvis dets innhold overstiger 0,005 % minsker seigheten markert slik at den tilsatte øvre grense for O settes til 0,005 %. Dets innhold er foretrukket høyst 0,003 % og mer foretrukket høyst 0,002 %. 1 tillegg til begrensningene på hvert av de ovenfor beskrevne elementer blir innholdene av Mn og Mo for et sømløst stålrør for ledningsrør ifølge den foreliggende oppfinnelse regulert slik at de tilfredsstiller den følgende formel:

1,1 < [Mn] x [Mo] < 2,6

hvori [Mn] og [Mo] er tallene ekvivalent til innholdene av Mn og Mo uttrykt i masseprosent.

Ved å la innhold av Mn og Mo som er innenfor de respektive områder foreskrevet i det foregående og som tilfredsstiller den ovenstående formel, kan et sømløst stålrør med en høy styrke og høy seighet som tilsiktet ved den foreliggende oppfinnelse oppnås. Generelt har et stål med en større verdi for [Mn] x [Mo] en høyere styrke og seighet. Den nedre verdi er minst 1,1. Hvis verdien av [Mn] x [Mo] overstiger 2,6 begynner seigheten å minske, slik at den øvre grense derav settes til 2,6.

Et sømløst stålrør for ledningsrør ifølge den foreliggende oppfinnelse kan oppnå en enda høyere styrke, høyere seighet og/eller høyere korrosjonsmotstand ved å tilsette et eller flere av de følgende elementer etter behov til den kjemiske sammensetning beskrevet på den ovenstående måte.

Cr: høyst 1,0 %

Cr behøver ikke å tilsettes men det kan tilsettes for å øke herdbarheten av stål slik at styrken av et tykkvegget stålelement øker. Hvis dets innhold blir for stor resulterer det imidlertid med minsking av seigheten. Når således Cr tilsettes er dets innhold høyst 1,0 %. Der er ingen spesiell nedre grense for Cr, men dets effekter blir spesielt markert når dets innhold er minst 0,02 %. En foretrukket nedre grense for Cr innholdet når dette tilsettes er 0,1 % og en mer foretrukket grense er 0,2 %.

Ti: høyst 0,05 %

Ti behøver ikke å tilsettes men det kan tilsettes for å oppnå sine effekter med å hindre overflatedefekter ved tidspunktet for kontinuerlig støping og tilveiebringer en høy styrke med raffinering av krystallkorn. Hvis Ti innholdet overstiger 0,05 % minsker seigheten slik at dets øvre grense er 0,05 %. Der er ingen spesiell nedre grense for Ti innholdet men for å oppnå dets effekter er grensen foretrukket minst 0,003 %.

Ni: høyst 2,0 %

Ni behøver ikke tilsettes men det kan tilsettes for å øke herdbarheten av stål slik at styrken av et tykkvegget stålelement øker, og også for å øke seigheten av stål. Ni er imidlertid et dyrt element og hvis innholdet blir for høyt avflates dets effekter slik at når det tilsettes er dets øvre grense 2,0 %. Der er ingen spesiell nedre grense for Ni innholdet men dets effekter er spesielt markerte når dets innhold er minst 0,02 %.

Nb: høyst 0,04 %

Nb behøver ikke tilsettes, men det kan tilsettes for å oppnå effektene av økende styrke og raffinering av krystallkorn. Hvis Nb innholdet overstiger 0,04 % minsker seigheten slik at når det tilsettes er dets øvre grense 0,04 %. Der er ingen spesiell nedre grense for Nb innholdet, men for å oppnå de ovenstående effekter er dets innhold foretrukket 0,003 %.

V: høyst 0,2 %

Tilsetning av V bestemmes ved balansen mellom styrke og seighet. Når en tilstrekkelig styrke er oppnådd ved hjelp av andre legeringselementer oppnås en god seighet ved ikke å tilsette V. Når V tilsettes som et styrkeøkende element er dets innhold foretrukket minst 0,003 %. Hvis dets innhold overstiger 0,2 % minsker seigheten sterkt slik at når det tilsettes er den øvre grense for V innholdet 0,2 %.

Cu: høyst 1,5 %

Cu behøver ikke tilsettes, men kan tilsettes for å forbedre motstanden mot HIC. Minimums Cu innholdet for å fremvise en forbedring i HIC motstand er 0,02 %. Dets effekt avflates når Cu innholdet overstiger 1,5 %, slik at når det tilsettes er Cu innholdet foretrukket 0,02 -1,5 %.

B: høyst 0,01 %

B behøver ikke tilsettes men det forbedrer herdbarheten av stål når det tilsettes selv i en meget liten mengde, slik at det er effektivt å tilsette B når en høyere styrke er nødvendig. For å oppnå denne effekt er det ønskelig å tilsette i det minste 0,0002 % B. For stor tilsetning derav minsker imidlertid seigheten slik at når B tilsettes er dets innhold høyst 0,01 %.

Mg: høyst 0,007 %

Mg behøver ikke tilsettes men det øker seighet når det tilsettes selv i en meget liten mengde, slik at det er effektivt å tilsette Mg, spesielt når det er ønskelig å oppnå seighet i en sveisesone. For å oppnå disse effekter er det ønskelig at Mg innholdet er minst 0,0002 %. For stor tilsetning resulterer imidlertid i minskende seighet, slik at når Mg tilsettes er dets innhold høyst 0,007 %.

I det følgende skal en fremgangsmåte for fremstilling av et sømløst stålrør ifølge den foreliggende oppfinnelse forklares. I denne oppfinnelse er der ingen spesielle begrensninger på selve fabrikasjonsprosessen, og en vanlig prosess for fremstilling av et sømløst stålrør kan anvendes. Ifølge den foreliggende oppfinnelse oppnås en høy styrke, høy seighet og god korrosjonsmotstand ved å underkaste et stålrør med en veggtykkelse på minst 30 mm for bråkjøling og deretter utgløding. I det følgende skal fabrikasjonsbetingelser for en fremstillingsfremgangsmåte ifølge den foreliggende oppfinnelse beskrives.

Dannelse av sømløst stålrør:

Smeltet stål fremstilt slik at det har en kjemisk sammensetning som beskrevet i det foregående støpes f.eks. ved kontinuerlig støping til å danne en støpt masse med et rundt tverrsnitt, som anvendes direkte som materiale for valsing (valseblokk) eller for å danne en støpt masse med et rektangulært tverrsnitt som deretter formes ved valsing til en valseblokk med et rundt tverrsnitt. Den resulterende valseblokk underkastes gjennomtrengning, valsing og blankvalsing under varme arbeidsbetingelser for å danne et sømløst stålrør.

Arbeidsbetingelsene for å danne røret kan være de samme som

konvensjonelt anvendes i fabrikasjonen av et sømløst stålrør ved varmbearbeiding og der er ingen spesielle begrensninger derpå i den foreliggende oppfinnelse. For å oppnå formkontroll av inklusjoner slik at herdbarheten av stål ved tidspunktet for etterfølgende varmebehandling er det imidlertid nødvendig at varmbearbeiding for rørdannelse utføres med en oppvarmingstemperaturfor varmgjennomtrengning på minst 1150 °C og en endelig valsetemperatur på høyst 1100 °C.

Varmebehandling etter rørdannelse:

Det sømløse stålrør fremstilt ved rørtildannelsen underkastes en bråkjøling og utgløding for varmebehandling. Bråkjøling kan gjennomføres ved enten en prosess hvori med en gang det dannede varme stålrør er avkjølt blir det gjenoppvarmet og deretter bråkjølt for herding, eller en prosess hvori bråkjøling for herding gjennomføres umiddelbart etter rørtildannelse, uten gjenoppvarming, for å utnytte varmen av det tildannede varme stålrør.

Når stålrøret er avkjølt for bråkjøling er sluttemperaturen for avkjøling ikke begrenset. F.eks. kan røret tillates å avkjøle seg til romtemperatur før det gjenoppvarmes for bråkjøling, eller det kan avkjøles til omtrent 500 °C ved hvilken temperatur omdannelse foregår, men før det gjenoppvarmes for bråkjøling, eller det kan avkjøles under transport til en gjenoppvarmingsovn hvor det med en gang oppvarmes for bråkjøling. Gjenoppvarmingstemperaturen er foretrukket 880 -1000

°C.

Bråkjøling etterfølges av utgløding som gjennomføres foretrukket ved en temperatur på 550 - 700 °C. I den foreliggende oppfinnelse har stålet en kjemisk sammensetning inneholdende en forholdsvis stor mengde Mo, som gir stålet en høy motstand mot utglødningsmykning og gjør det mulig å gjennomføre utgløding ved en høyere temperatur slik at seigheten forbedres. For å utnytte denne effekt er det foretrukket at utglødingen gjennomføres ved en temperatur på 600 °C eller høyere. Temperaturen for utglødingen er foretrukket 600 - 650 °C.

På denne måte kan ifølge den foreliggende oppfinnelse et sømløst stålrør for ledningsrør stabilt fremstilles med en høy styrke tilsvarende minst X80 klassen og med forbedret seighet og korrosjonsmotstand selv med en stor veggtykkelse. Det sømløse stålrør kan anvendes som ledningsrør i dype havområder, nemlig som et stigerør eller strømningsrør, slik at den foreliggende oppfinnelse har stor praktisk betydning.

Det følgende eksempel er ment å vise effektene av den foreliggende oppfinnelse og er ikke på noen ment å begrense oppfinnelsen.

Eksempel

Som materialer for valsing ble valseblokker med et rundt tverrsnitt og med stålsammensetningene vist i tabell 1 fremstilt ved hjelp av en konvensjonell fremgangsmåte som inkluderer smelting, støping og grovvalsing. På de resulterende valseblokker ble det gjennomført varm rørdannende bearbeiding inklusive gjennomtrengning, valsing (trekking) og blankvalsing ved bruk av Mannesmann spindel valseverk type rørdannende utstyr for å produsere sømløse stålrør med en ytre diameter på 219,1 mm og en veggtykkelse på 40 mm. For hvert rør var oppvarmingstemperaturen for gjennomtrengning i området fra 1150 °C til 1270 °C og valsesluttemperaturen ved blankvalsing var som vist i tabell 2.

De resulterende stålrør ble underkastet bråkjøling og utgløding under betingelsene vist i tabell 2. I tabell 2 betyr de stål for hvilke verdiene av endelig avkjølingstemperatur (sluttemperatur ved avkjøling) og gjenoppvarmingstemperatur er angitt at etter varmvalsing ble stålrørene avkjølt og deretter gjenoppvarmet for bråkjøling. På den annen side betyr de stål for hvilke verdiene for sluttavkjølingstemperatur og gjenoppvarmingstemperatur ikke er indikert at stålrørene ble bråkjølt umiddelbart etter varmvalsing. Bråkjøling ble gjennomført ved hjelp av vannavkjøling. Utgløding ble gjennomført ved anbringe stålrørene i en oppvarmingsovn hvori hvert stålrør ble isotermisk behandlet i 15 minutter ved den angitte temperatur.

Hvert av de resulterende stålrør ble testet med hensyn til styrke, seighet, og korrosjonsmotstand på den følgende måte. Testresultatene er også vist i tabell 2.

Styrke ble evaluert ved hjelp av flytegrense (YS) målt i en strekktest, som ble gjennomført i samsvar med JIS Z 2241 ved bruk av JIS nr. 12 strekkprøvestykke tatt fra det stålrør som skulle testes.

Seighet ble evaluert ved overgangstemperaturen for tilsynekomst av fraktur FATT ("fracture appearance transition temperature") bestemt i en Charpy slagstyrketest. Testen ble gjennomført ved bruk av et slagprøvestykke som målte 10 mm (bredde) x 10 mm (tykkelse) med et 2 mm V-formet skår og ble tatt fra senter av veggtykkelsen i lengderetningen av stålrøret i samsvar med nr. 4 prøvestykke JIS Z 2202. Jo lavere denne overgangstemperatur er desto bedre er seigheten.

Korrosjonsmotstand ble evaluert ved motstand mot

sulfidspenningssprekking SSC ("sulfide stress cracking") bestemt ved en test under bruk av en testoppløsning av vandig 5 % NaCI oppløsning som var mettet med H2S ved atmosfæretrykk og hvortil 0,5 % CH3COOH var tilsatt [en såkalt NACE (National Associaton of Corrosion Engineers) oppløsning, temperatur = 25 °C, pH = 2,7 - 4,0]. Tre rektangulære firepunkts bøyningsprøvestykker med mål tykkelse 2 mm, bredde 10 mm og en lengde på 100 mm og som hvert var tatt fra senter av veggtykkelsen av hvert stålrør i lengderetningen ble neddykket i testoppløsningen i 720 timer med en spenningsekvivalent til 90 % av flytegrensen av røret utøvet på hvert prøvestykke, og motstand mot SSC ble evaluert basert på om der ble funnet noen sprekk etter neddykking.

I tabell 2 er resultatene av evalueringen vist ved en X når der ble observert en sprekk og med en sirkel (O) når der ikke var noen sprekk. Det tilfellet hvori de tre prøvestykker alle var uten en sprekk er indikert ved "000" og det tilfellet hvori alle tre prøvestykker hadde en sprekk er indikert ved "XXX".

Som det kan ses fra resultatene for stål nr. 1 til og med 98 i tabell 2, har de sømløse stålrør ifølge den foreliggende oppfinnelse en høy styrke tilsvarende X80 klassen (en flytegrense på minst 551 MPa) til X100 klassen (en flytegrense på minst 689 MPa) ifølge API standarder så vel som forbedret seighet (en overgangstemperatur for tilsynekomst av fraktur FATT på -50 °C eller lavere) og forbedret korrosjonsmotstand (motstand mot SSC vist ved "OOO" i alle stålene).

I motsetning har stål nr. 99-108, som er sammenligningseksempler hvori den kjemiske sammensetning var utenfor området definert ved den foreliggende oppfinnelse dårligere egenskaper i forbindelse med minst én av styrke, seighet og korrosjonsmotstand.

Stål nr. 109-111 er sammenligningseksempler hvori innholdene av de

individuelle legeringselementer var innenfor området definert ved den foreliggende oppfinnelse men verdien av [Mn] x [Mo] var mindre enn den nedre grense definert ved den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 er en graf som er oppnådd ved avsetning av resultatene av styrken og seighet av disse stål sammen med noen av stålene ifølge den foreliggende oppfinnelse. Det skal bemerkes at ordinaten i denne figur som er overgangstemperaturen for tilsynekomst av fraktur FATT en indikasjon om seighet, slik at jo høyere ordinatverdien er (jo høyere temperaturen er), desto lavere er seigheten.

Generelt er forholdet mellom styrke og overgangstemperatur for tilsynekomst av fraktur et lineært forhold som går på skrå oppover mot høyre, som indikerer at seigheten minsker når styrken øker. Ettersom verdien av [Mn] x [Mo] øker skifter imidlertid avsetningene til høyre i denne figur og dette indikerer at styrken øker uten en minsking i seigheten eller at styrken kan økes med å opprettholde en balanse til seigheten. Det kan således fra denne figur sees at balansen mellom styrke og seighet styres av [Mn] x [Mo]. For stål nr. 109-111 hvori verdien [Mn] x [Mo] er mindre enn 0,8 er deres seighet signifikant lavere enn for stål ifølge oppfinnelsen med den samme styrke, noe som indikerer at balansen mellom styrke og seighet ikke var god.

Claims

1. Sømløst stålrør for ledningsrør karakterisert vedat det har en kjemisk sammensetning som i masseprosent består av C: 0,02 - 0,08 %, Si: høyst 0,5 %, Mn: 2,0 - 3,0 %, Al: 0,001 - 0,10 %, Mo: 0,6 -1,2 %; N: 0,002 - 0,015 %, i det minste én av Ca og REM (sjeldent jordmetall) i en total mengde på 0,0002 - 0,007 %, Cr: 0 -1,0 %, Ti: 0 - 0,05 %, Ni: 0 - 2,0 %, Nb: 0 - 0,04 %, V: 0 - 0,2 %, Cu: 0 -1,5 %, B: 0 - 0,01 %, Mg: 0 - 0,007 %, idet resten er Fe og forurensninger, hvor forurensningene håret innhold av P: høyst 0,05 %, S: høyst 0,005 %, og O: høyst 0,005 %, og den kjemiske sammensetning tilfredsstiller ulikheten:

1,1 < [Mn] x [Mo] < 2,6, hvori [Mn] og [Mo] er tallekvivalenter til innholdene av henholdsvis Mn og Mo i masseprosent.

2. Sømløst stålrør for ledningsrør ifølge krav 1, hvori den kjemiske sammensetning inneholder et eller flere elementer i masseprosent valgt fra Cr: 0,02 -1,0 %, Ti: 0,003 - 0,05 %, Ni: 0,02 - 2,0 %, Nb: 0,003 - 0,04 %, V: 0,003 - 0,2 %, Cu: 0,02 -1,5 %, B: 0,0002 - 0,01 %, og Mg: 0,0002 - 0,007 %.

3. Fremgangsmåte for fremstilling av et sømløst stålrør for ledningsrørkarakterisert ved tildannelse av et sømløst stålrør under varmbearbeidingsbetingelser fra en valseblokk med en kjemisk sammensetning som angitt i krav 1 eller 2 og at det resulterende stålrør underkastes bråkjøling og utgløding.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, hvori stålrøret tildannet under varmbearbeidingsbetingelser avkjøles og deretter gjenoppvarmes før det underkastes bråkjøling.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3,hvori stålrøret tildannet under varmbearbeidingsbetingelser underkastes direkte for bråkjøling.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 3, hvori utgløding gjennomføres ved en temperatur i området 550 - 700 °C.