NO343333B1

NO343333B1 - Stålprodukt for rørledning som er utmerket HIC-resistent og rørledning fremstilt med dette stålprodukt

Info

Publication number: NO343333B1
Application number: NO20063773A
Authority: NO
Inventors: Takahiro Kushida; Tomohiko Omura; Mitsuhiro Numata
Original assignee: Sumitomo Metal Ind
Priority date: 2004-02-04
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2019-02-04
Also published as: WO2005075694A1; US20070217942A1; CA2555078C; EP1719821B2; EP1719821A1; US7648587B2; DE602004022335D1; JP4363403B2; KR20070008557A; AU2004315176A1; CN1914341A; CA2555078A1; BRPI0418503A; KR100825569B1; CN100439541C; EP1719821B1; AU2004315176B2; BRPI0418503B1; EP1719821A4; AR048489A1

Abstract

Et stålprodukt for en rørledning ifølge oppfinnelsen har en sammensetning inneholdende, i masse %, C: 0,03% til 0,15%, Si: 0,05% til 1,0%, Mn: 0,5% til 1,8%, P: 0,015% eller mindre, S: 0,004% eller mindre, O: 0,01 % eller mindre, N: 0,007% eller mindre, sol Al: 0,01 % til 0,1 %, Ti: 0,024% eller mindre, Ca: 0,0003% til 0,02% og balansen bestående av Fe og urenheter. Størrelsen av TiN i stålprodukt for en rørledning er maksimalt 30 (m. Stålproduktet har høy HIC-motstand og dets sprekkområdeforhold kan reduseres til 3% eller mindre.

Description

BESKRIVELSE

TEKNISK OMRÅDE

Foreliggende oppfinnelse angår et stålprodukt for anvendelse som en rørledning og en rørledning fremstilt ved anvendelse av stålproduktet og mer spesifikt, til et stålprodukt for anvendelse som en rørledning som har høy HIC-motstand og en rørledning fremstilt ved anvendelse av stålproduktet.

KJENT TEKNIKK

Råolje eller naturgass produsert i de senere år inneholder våt hydrogensulfid (H2S). Hydrogensprøhet som skyldes hydrogensulfid, er derfor et problem for rørutstyret på oljefelt for anvendelse ved boring i en olje- eller naturgassbrønn eller rørledninger for transportering av produsert råolje eller naturgass. Hydrogensprøhet omfatter sulfid spenningssprekking (heretter betegnet som "SSC") forårsaket i et stålprodukt under statisk ytre spenning og hydrogenindusert sprekking (nedenfor enkelt som "HIC") forårsaket i et stålprodukt uten påført ytre spenning.

Oljefeltsrør har ender i form av en skrueforbindelse. En rekke oljefeltsrør blir koblet med hverandre i sine skrueforbindelser og montert i vertikal retning i en olje- eller gassbrønn. Oljefeltsrørene blir da utsatt for strekkspenning av sin egen vekt. Det er derfor spesielt nødvendig at oljefeltsrørene har SSC-motstand. Siden oljebrønner har blitt boret dypere i de senere år, må oljerørene har enda høyere SSC-motstand. For å forbedre SSCmotstanden kan stålet renses, det martensittiske forhold i stålproduktet kan økes eller mikrostrukturen til stålproduktet kan foredles.

Imidlertid blir en rekke rørledninger koblet med hverandre ved sveising og hovedsakelig montert i horisontal retning og derfor blir ikke rørledningene utsatt for slik statisk spenning som i tilfellet med oljefeltsrørene. Det er derfor nødvendig at rørledningene har HIC-motstand.

US 2003/116231 A1beskriver et stål uten Ti-innhold for å unngå TiN-dannelse. JP H02263918 A beskriver fremstilling av stålplater med høy strekkfasthet, og som har utmerket HIC-motstand og SSC-motstand.

Det er antatt at HIC er forårsaket av gasstrykk som dannes når penetrerende hydrogen akkumuleres ved grenseflaten mellom MnS forlenget ved valsing og et utgangsmateriale blir til molekylært hydrogen. For å forbedre HIC-motstanden til en rørledning gjøres derfor de følgende to konvensjonelle anti-HIC tiltak (først og andre anti-HIC tiltak). Mange slik anti-HIC tiltak er rapportert for eksempel som de i de allment tilgjengelige japanske patenter nr.

6-271974, 6-220577, 6-271976 og 9-324216.

I de første anti-HIC tiltak økes motstanden til stålet mot hydrogensprøhet, med følgende detaljer:

(1) Å vaske og høyrense stålet. Mer spesifikt blir S redusert så mye som mulig ved fremstilling av stålet, slik at mengden av MnS i stålet blir redusert.

(2) Å redusere makro senterseigring.

(3) Å kontrollere typen sulfid-inneslutninger (type A inneslutninger) ved tilsetning av Ca. Mer spesifikt endres formen av sulfidbaserte inneslutninger ved Ca-behandling fra MnS til CaS som er vanskeligere å forlenges under varmvalsing.

(4) Å kontrollere mikrostrukturen ved kontrollert valsing fulgt av akselerert avkjøling. Mer spesifikt blir en original plate for stålrør utsatt for kontrollert valsing og akselerert avkjøling. På denne måten kan mikrostrukturen til den originale platen bli homogen og motstanden mot hydrogensprøhet kan forbedres.

(5) Å redusere Mn-seigring og P-seigring i stålet.

(6) Å redusere type B inneslutninger så som alumina i stålet.

Flere spesifikke metoder for å produsere et stålprodukt for anvendelse som rørledning med disse først anti-HIC tiltak er rapportert for eksempel som de i de allment tilgjengelige japanske patenter nr.2003-13175 og 2000-160245.

I de andre anti-HIC tiltak forhindres hydrogen fra å penetrere stålet, detaljer er som følger.

(7) Å forhindre hydrogen fra å penetrere stålet i en våt hydrogensulfidomgivelse ved å tilsette Cu.

(8) Å forhindre hydrogen fra å penetrere stålet ved tilsetning av en inhibitor (korrosjonsinhibitor) eller å belegge overflaten.

Rørledningene som har fått de ovenfor beskrevne, velkjente anti-HIC tiltak lider imidlertid fortsatt av HIC. Derfor er det utført ytterligere forsøk for å forbedre HIC-motstanden.

BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Det er et mål ifølge oppfinnelsen å tilveiebringe et stålprodukt for anvendelse som en rørledning med høyere HIC-motstand og en rørledning fremstilt ved anvendelse av stålproduktet. Mer spesifikt er det et mål ifølge oppfinnelsen å tilveiebringe et stålprodukt for anvendelse som en rørledning som har et sprekkområdeforhold på 3% eller mindre, og en rørledning produsert ved anvendelse av stålproduktet.

Basert på undersøkelsen utført vedrørende initieringssteder for HIC forårsaket i et stålprodukt for anvendelse som en rørledning med de velkjente anti-HIC tiltak, har oppfinnerne nylig funnet at et TiN er initieringssted for HIC.

Hvis TiN er initieringssted for HIC, bør ikke TiN være tilstede i stålet. Mer spesifikt bør Ti ikke være tilsatt stålet. Imidlertid binder Ti N (et element som gir lavere seighet) i stålet i form av TiN. Med andre ord blir Ti som effektivt forbedrer seigheten i stålet, uunngåelig tilsatt. Oppfinnerne har deretter vurdert at HIC-motstanden kan forbedres ved å redusere mengden av TiN, hvis ikke ved fullstendig å forhindre TiN fra å bli dannet, og har bekreftet konseptet. Med referanse til sprekkområdeforholdene CAR (crack area ratio) oppnådd for en rekke stålprodukter som har TiN i forskjellige størrelser, vil hvorledes HIC-motstanden forbedres med mindre TiN bli beskrevet i detalj.

Fig. 1 er en graf som viser sprekkområdeforholdet CAR som en funksjon av størrelsen av TiN i stål oppnådd fra HIC-tester. I grafen fremkommer sprekkområdeforholdet CAR ved uttrykket (1). For området stålprodukter for anvendelse som rørledning er generelt HIC-motstanden høyere for lavere sprekkområdeforhold CAR.

CAR = areal med HIC dannet i testprøven/arealet av testprøven (1) I stålprodukt for en rørledning med de velkjente anti-HIC tiltak er det imidlertid ikke nøyaktig klart rundt hvilket nivå sprekkområdeforholdet CAR bør være for å ytterligere forbedre HIC-motstanden. Derfor har oppfinnerne hatt som mål å tilfredsstille 3% eller mindre for sprekkområdeforholdet CAR som en standard som er høyere enn det konvensjonelle nivå.

Tabell 1 viser sammensetningen av prøvematerialer i Fig.1. Som vist i Tabell 1, ble stål X1 til X4 med hovedsakelig samme sammensetninger sveiset og støpt hver til et ubearbeidet metallstykke på 180 kg, deretter oppvarmet til 1250 ºC for varmsmiing og deretter utsatt for bråkjøling-tempereringsbehandling. På denne måten ble flytegrensen til stålproduktene hovedsakelig regulert til 65 ksi. Som vist i Tabell 1 ble mengden av Ca i slagg under smelting, CaO/Al2O2verdien under smelting og avkjølingshastigheten under støping variert blant stål X1 til X4. Dette er for å endre størrelsen av TiN blant stål X1 til X4.

Tabell 1

Fem testprøver som har en tykkelse på 10 mm, en bredde på 20 mm og en lengde på 100 mm ble fremstilt hver fra de fremstilte stål X1 til X4 og størrelsen av TiN eksponert på overflaten av hver av testprøvene ble målt. Mer spesifikt ble fem områder på 1 mm<2>undersøkt på en overflate hovedsakelig parallell med smiretningen på overflaten av hver av testprøvene. En SEM (Skanner-elektronmikroskop) med 100 ganger forstørrelse ble anvendt for undersøkelsen. I hver av de undersøkte områder ble de ti største TiN-områder valgt og deres hovedakser ble målt. Som vist i Fig.2 ble den lengste rette linje blant de rette linjer som forbinder to forskjellige punkter på grenseflaten mellom TiN og utgangsmaterialet målt som hovedakse for TiN. Størrelsen av TiN ble gjennomsnittet av de målte hovedaksene (gjennomsnittet av hovedaksene til 50 TiN). TiN ble identifisert ved EDX (energi-dispersiv røntgen mikroanalysator).

Etter at størrelsen av TiN ble målt, ble en HIC-test utført. I HIC-testen ble testprøver nedsenket i 96 timer i en hydrogensulfid-mettet, vandig løsning av 0,5% eddiksyre og 5% natriumklorid ved 1 atm og 25 ̊C. Etter nedsenkning ble HIC dannet i testprøvene målt ved ultralydtesting, og sprekkområdeforholdene CAR ble funnet basert på uttrykket (1).

Basert på resultatet av HIC-testen er det funnet at sprekkområdeforholdet CAR er mindre for mindre TiN. Det er funnet at når størrelsen av TiN er 30 μm eller særlig lavere, er sprekkområdet CAR ikke mer enn 3%. Når størrelsen av TiN i stålproduktet for en rørledning reduseres, bør derfor HIC-motstanden forbedres. Særlig når størrelsen av TiN er 30 μm eller mindre vil det tilveiebringes et stålprodukt for en rørledning med høyere HIC-motstand.

Oppfinnerne har fullført den følgende oppfinnelse basert på disse funn. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et stålprodukt i henhold til krav 1.

TiN behøver ikke inneholde Ti og N i et forhold på 1: 1 i mol % og TiN inneholder fortrinnsvis minst 50% Ti i masse %. Imidlertid kan TiN inneholde C, Nb, V, Cr, Mo og lignende, i tillegg til Ti og N. Legg merke til at TiN kan identifiseres ved en sammensetningsanalysemetode så som EDX.

Størrelsen av TiN kan oppnås i henhold til den følgende metoden. Et stålprodukt for anvendelse som en rørledning observeres i fem 1 mm<2>områder på en seksjon hovedsakelig parallell med retningen til valsing (eller smiing). En SEM på 100 ganger forstørrelse blir anvendt for observasjonen. I hver av de observerte fem områder velges de ti største TiN eksponert på overflaten.

Hovedaksene til de valgte TiN blir målt og gjennomsnittet av de målte hovedaksene (dvs. gjennomsnittsverdien til hovedaksene til de 50 TiN) er størrelsen av TiN. Legg merke til at hovedaksen angir den største av én av de rette linjene som forbinder to forskjellige punkter i grenseflaten mellom TiN og utgangsmateriale som vist i Fig.2.

Stålproduktet for en rørledning ifølge oppfinnelsen inneholder fortrinnsvis videre minst én av Cu: 0,1% til 0,4% og Ni: 0,1% til 0,3%.

Hydrogen forhindres fra å penetrere stålet ved tilstedeværelsen av Cu og Ni. Derfor kan tilsetning av minst ett av elementene forbedre HIC-motstanden til stålproduktet for en rørledning.

Stålproduktet for anvendelse som en rørledning ifølge oppfinnelsen inneholder fortrinnsvis videre minst én av Cr: 0,01% til 1,0%, Mo: 0,01% til 1,0%, V: 0,01% til 0,3%, B: 0,0001% til 0,001% og Nb: 0,003% til 0,1%.

Tilsetning av minst ett av de elementer som forsterker stål så som Cr, Mo, V, B og Nb, kan gi stålproduktet for anvendelse som en rørledning høyere styrke. Legg merke til at tilsetning av hvilket som helst av disse elementer ikke påvirker HIC-motstanden frembrakt ved reduksjon av størrelsen av TiN.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Fig. 1 er en graf som viser sprekkområdeforhold som en funksjon av størrelsen av TiN i stål;

Fig. 2 er en skjematisk illustrasjon som viser formen av TiN i et stålprodukt for en rørledning i henhold til en utførelsesform ifølge oppfinnelsen;

Fig. 3A er en skjematisk tegning som viser formen av inneslutninger i et konvensjonelt stålprodukt for en rørledning;

Fig. 3B er en skjematisk tegning som viser formen av inneslutninger i et stålprodukt for en rørledning i henhold til en utførelsesform ifølge oppfinnelsen;

Fig. 4 er en skjematisk tegning som viser formen av inneslutninger i smeltet stål i smelteprosesser for et stålprodukt for en rørledning i henhold til en utførelsesform ifølge oppfinnelsen; og

Fig. 5 er en skjematisk tegning som viser formen av en Al-Ca-Ti-basert sammensatt inneslutning i Fig.3B.

BESTE METODE FOR Å UTFØRE OPPFINNELSEN

En utførelsesform ifølge oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i detalj sammen med de medfølgende tegningene.

1. Kjemisk sammensetning

Et stålprodukt for anvendelse som en rørledning i henhold til utførelsesformen ifølge oppfinnelsen har den følgende sammensetning.

Nedenfor vil "%" anvendt i forbindelse med legeringselementene referere til "i masse %."

C: 0,03% til 0,15%

Karbon er effektivt for å øke styrken av stål. Den nedre grensen for C-innhold er 0,03% for å holde nødvendig styrke for en rørledning. Tilsetning av for mye C øker imidlertid hardhet for sveisen til rørledningen. Økningen i hardhet i sveisen kan lettere forårsake SSC selv for en rørledning som er mindre tenkelig å ha SSC. Derfor er den øvre grensen på C-innholdet 0,15%. C-innholdet er fortrinnsvis i området fra 0,05% til 0,13%.

Si: 0,05% til 1,0%

Silisium er effektivt for deoksidering av stål og hvis innholdet av Si er mindre enn 0,05%, er effekten liten. Derfor er den nedre grensen Si-innhold 0,05%. Tilsetning av for mye Si reduserer imidlertid hardheten av stål. Derfor er den øvre grensen for Si-innhold 1,0%. Si-innholdet er fortrinnsvis i området fra 0,1% til 0,3%.

Mn: 0,5% til 1,8%

Mangan er effektivt for å øke styrken av stål. Den nedre grensen Mninnhold er 0,5% for å holde nødvendig styrke for en rørledning. Tilsetning av for mye Mn forårsaker imidlertid betraktelig Mn-seigring. I Mn-seigringsområdet dannes en herdet struktur som kan forårsake at HIC blir dannet. Derfor er den øvre grensen av Mn-innhold 1,8%. Mn-innhold er fortrinnsvis i området fra 0,8% til 1,6%.

P: 0,015% eller mindre

Fosfor er en urenhet som bidrar til senterseigring og senker HIC-motstanden. Derfor er P-innhold fortrinnsvis så lav som mulig. Derfor er P-innholdet begrenset til 0,015% eller mindre.

S: 0,004% eller mindre

Svovel er en urenhet. Når S-konsentrasjon er høy i smeltet stål, reduseres innholdet av N som danner TiN effektivt, men på den annen side danner S MnS i stålet, som reduserer HIC-motstanden. Derfor er S-innholdet fortrinnsvis så lavt som mulig. S-innholdet er derfor begrenset til 0,004% eller mindre, fortrinnsvis til 0,003% eller mindre.

O: 0,01% eller mindre

Oksygen er en urenhet som reduserer renheten av stålet, og derfor reduserer HIC-motstanden. O-innholdet er fortrinnsvis så lavt som mulig. Derfor begrenses O-innholdet til 0,01% eller mindre, fortrinnsvis til 0,005% eller mindre.

N: 0,007% eller mindre

Nitrogen er en urenhet som danner en fast løsning med stål og reduserer seigheten. Når nitrogen danner en inneslutning som TiN, blir det initieringssted for HIC, som reduserer HIC-motstanden. N-innholdet er derfor fortrinnsvis så lavt som mulig. N-innholdet er begrenset til 0,007% eller mindre, fortrinnsvis til 0,005% eller mindre.

Ti: 0,005% til 0,024%

Titan hindrer N fra å danne en fast løsning alene og lar N felles som TiN, noe som forbedrer seigheten. Tilsetning av for mye Ti øker imidlertid størrelsen av TiN, som blir initieringssted for HIC. Den øvre grensen for Tiinnhold er 0,024%. Den nedre grensen for Ti-innhold er 0,005% og den øvre grensen er fortrinnsvis 0,018%.

Ca: 0,0003% til 0,02%

Kalsium kontrollerer MnS (til være initieringssted for HIC) til å være i en sfærisk form for å forhindre fremkalling av HIC. I tillegg, som vil bli beskrevet, reduserer Ca størrelsen av TiN sammen med Al. Tilsetning av for mye Ca reduserer imidlertid renheten av stålet, som reduserer HIC-motstanden. Ca-inn holdet er derfor fra 0,0003% til 0,02%, fortrinnsvis 0,002% til 0,015%.

sol. Al: 0,01% til 0,1%

Aluminium er nødvendig for deoksidering av stål. I tillegg, som vil bli beskrevet, reduserer aluminium størrelsen av TiN sammen med Ca. For å la elementet gi disse effekter er den nedre grensen for sol. Al innholdet 0,01%. Tilsetning av for mye Al reduserer imidlertid renheten og seigheten til stålet, som reduserer HIC-motstanden. Den øvre grensen av sol. Al er derfor 0,1%. sol. Al innholdet er fortrinnsvis i området fra 0,02% til 0,05%.

Balansen består av Fe, men kan inneholde andre urenheter av forskjellige årsaker forbundet med fremstillingsprosessen.

Stålproduktet for en rørledning i henhold til utførelsesformen inneholder minst én av Cu og Ni hvis nødvendig. Kobber og Ni er effektive i å forbedre HIC motstanden. Disse elementer vil nå bli beskrevet.

Cu: 0,1% til 0,4%

Kobber forbedrer korrosjonsmotstanden i en hydrogensulfidomgivelse. Mer spesifikt forhindrer Cu hydrogen fra å penetrere stålet. HIC forhindres derfor fra å dannes og utbres. Legg imidlertid merke til at tilsetning av for mye Cu reduserer sveisbarheten til stål. Kobber oppløses ved høye temperaturer og senker korngrensestyrken, som gjør det lettere å danne sprekker under varmvalsing. Cu-innholdet er derfor i området fra 0,1% til 0,4%.

Ni: 0,1% til 0,3%

Nitrogen forbedrer korrosjonsmotstanden i en hydrogensulfidomgivelse tilsvarende som Cu. Elementet øker også styrken og seigheten til stålet. Legg imidlertid merke til at effekten mettes med for høy Ni-tilsetning. Ni-innholdet er derfor i området fra 0,1% til 0,3%.

Stålproduktet for en rørledning i henhold til utførelsesformen, inneholder videre minst én av Cr, Mo, Nb, V og B hvis nødvendig. Disse elementene, Cr, Mo, Nb, V og B forbedrer effektivt styrken av stålet. Disse elementer vil nå spesifikt bli beskrevet.

Cr: 0,01% til 1,0%

Krom er effektivt for å øke styrken til stål hvis C-verdien er lav.

Tilsetning av for mye Cr reduserer imidlertid sveisbarheten og seigheten til sveisen. Cr-innholdet er derfor i området fra 0,01% til 1,0%.

Mo: 0,01% til 1,0%

Molybden er effektivt for å forbedre styrken og seigheten. Tilsetning av for mye Mo reduserer imidlertid seigheten. Mo-innholdet er derfor i området fra 0,01% til 1,0%, fortrinnsvis i området fra 0,01% til 0,5%.

Nb: 0,003% til 0,1%

V: 0,01% til 0,3%

Tilsetning av Nb og V både raffinerer stålkornene for å forbedre seigheten og lar karbider felles ut for å forbedre styrken av stålet. Tilsetning av for høye mengder av disse elementer reduserer imidlertid seigheten til sveisen. Nb-innholdet er i området fra 0,003% til 0,1%, fortrinnsvis i området fra 0,01% til 0,03%. V-innholdet er i området fra 0,01% til 0,3%, fortrinnsvis i området fra 0,01% til 0,1%.

B: 0,0001% til 0,001%

Bor er effektivt for å forbedre herdbarheten og styrke til stålet. Den nedre grensen for B-innhold for å gi denne effekten er 0,0001%. Effekten mettes imidlertid med for høy B-tilsetning og derfor er den øvre grensen på B-innhold 0,001%.

2. Fremstillingsmetode

Oppfinnerne har funnet, i én metode for fremstilling av et stålprodukt for en rørledning i henhold til utførelsesformen, at å fremstille sammensatte Al-Ca-Ti-baserte inneslutninger i stålet tillater TiN i stålet å ha en redusert størrelse. I henhold til en konvensjonell fremstillingsmetode blir mye TiN produsert i stål som vist i Fig.3A. I henhold til fremstillingsmetoden produseres imidlertid, som vist i Fig.3B, fine Al-Ca-Ti-basert sammensatte inneslutninger og TiN som har mindre størrelse enn i konvensjonelt tilfelle. En metode for fremstilling av et stålprodukt for anvendelse som en rørledning i henhold til utførelsesformen vil nå bli beskrevet.

Ved fremstillingsmetoden av et stålprodukt for anvendelse som en rørledning i henhold til utførelsesformen, som vist i Fig.4, blir fine mengder av Al-Ca-baserte oksysulfider produsert under smelting. De Al-Ca-baserte oksysulfidene har ekstremt lav oppløselighet i smeltet stål og blir fint dispergert i det smeltede stålet.

Deretter blir det smeltede stålet avkjølt. På tidspunktet, som vist i Fig. 3B blir sammensatte Al-Ca-Ti-baserte inneslutninger og TiN produsert. Som vist i Fig.5, består de sammensatte Al-Ca-Ti-baserte inneslutningene av Al-Cabasert oksysulfid produsert under smelting og en TiN som dekker overflaten (heretter enkelt "TiN film"). Mer spesifikt blir TiN film produsert på overflaten av det Al-Ca-baserte oksysulfid under avkjøling av det smeltede stål og derfor blir Al-Ca-basert oksysulfid til sammensatt Al-Ca-Ti-basert inneslutning. Den sammensatte Al-Ca-Ti-baserte inneslutning har en hovedsakelig sfærisk form hvis hovedakse er ca.3 μm.

På denne måten, i henhold til utførelsesformen, dekker en del av TiN som i det konvensjonelle tilfellet i Fig.3A det Al-Ca-baserte oksysulfid som TiN-film og inkluderes i de sammensatte Al-Ca-Ti-baserte inneslutninger. Derfor blir størrelsen av TiN som utfelles i stålet mindre enn i det konvensjonelle tilfellet som vist i Fig.3B.

For å redusere størrelsen av TiN ved å danne de Al-Ca-Ti-baserte oksysulfider som beskrevet ovenfor, bør de følgende fremstillingsbetingelser (A) til (C) tilfredsstilles.

(A) Når konsentrasjonen av Ca i det Al-Ca-baserte oksysulfidet er omtrent det samme som konsentrasjonen av Al, er det mer sannsynlig at sammensatte Al-Ca-Ti-baserte inneslutninger dannes. Derfor blir 0,1 kg/tonn til 0,3 kg/tonn Ca basert på rent Ca, fortrinnsvis tilsatt under smelting for hovedsakelig å utjevne konsentrasjonen av Ca med konsentrasjonen av Al i de Al-Cabaserte oksysulfider. Legg merke til at rent Ca kan tilsettes eller en Ca-legering så som CaSi kan tilsettes. Tilsetningshastigheten, støpeformen og lignende er ikke spesifisert.

(B) For å finne gjennomsnitt av sammensetningene til flertallet av de Al-Ca-baserte oksysulfidene som produseres under smelting, blir slaggsammensetningen fortrinnsvis kontrollert under smelting. Mer spesifikt er vektforholdet CaO/Al2O3i slagget fortrinnsvis fra 1,2 til 1,5.

(C) Avkjølingshastigheten på tidspunktet ved støping er fortrinnsvis lav og avkjølingshastighet under perioden mellom 1500 ̊C til 1000 ̊C er fortrinnsvis ikke mer enn 500 ̊C/min. Dette er for å sikre nok tid for Ti til diffundere rundt de Al-Ca-baserte oksysulfider og å danne TiN filmer.

Halvferdige produkter etter støping fremstilles til rørledninger ved en fremgangsmåte (så som valsing) lik det konvensjonelle fremstillingstrinn. Mer spesifikt sveises stålplater oppnådd ved varm-valsing av de halvferdige produkter så som plater og formes til rørledninger (sveisede rør). Som materiale anvendes alternativt finemner oppnådd ved grovvalsing av en blokk eller finemner oppnådd ved kontinuerlig støping, og produseres til sømløse rørledninger ved anvendelse av en kryss-valse dor eller lignende.

Legg merke til at hvis ikke alle de ovenfor nevnte fremstillingsbetingelser (A) til (C) er tilfredstilt kan en annen kontrollbetingelse gjøres slik at størrelsen av TiN i stålet ikke blir mer enn 30 μm.

En slik ytterligere betingelse kan for eksempel være fremgangsmåten for å redusere mengden Ti eller N som tilsettes eller fremgangsmåten for fjerning av store TiN. Ved fremgangsmåten for fjerning av store TiN, heves stålsmeltetemperaturen ved anvendelse av en støpetraktsoppvarmer for eksempel for å fjerne store TiN fra smeltet stål ved flotasjon.

Eksempel 1

Rørledninger (sveisede rør) med stål ifølge oppfinnelsen og sammenlignbart stål som har TiN størrelser som gitt i tabell 2, ble undersøkt for sprekkområdeforhold CAR og flytegrense YS.

Tabell 2

Stål 1 til 14 ifølge oppfinnelsen ble produsert som følger:

Smeltet stål med fremstillingsbetingelser i Tabell 2 (Ca-tilsetningsmengder, slaggsammensetning og avkjølingshastigheter) ble kontinuerlig støpt for å produsere slabb. Slabbene ble oppvarmet til 1050 ºC til 1200 ºC og deretter ble hver av dem formet til en stålplate så tykk som 15 mm til 20 mm ved varm-valsing. Etter bråkjøling-temperering, ble stålplatene formet til rørledninger ved sveising. Ved fremgangsmåten for bråkjøling-temperering, ble stålplater oppvarmet til 850 ̊C til 950 ̊C fulgt av vann-avkjøling, igjen oppvarmet til 500 ̊C til 700 ̊C fulgt av luftavkjøling.

Testprøver som har en tykkelse på 10 mm, en bredde på 20 mm og en lengde på 100 mm ble fremstilt fra stål ifølge oppfinnelsen og målt for størrelsen av TiN. Mer spesifikt, testprøver montert i harpiksblokker fikk sin overflate utsatt for polering og hver observert i fem regioner på 1 mm<2>ved anvendelse av en SEM (skanning elektronmikroskop) 100 ganger forstørrelse. De ti største TiN i hvert av områdene ble valgt og hovedaksen målt. Deretter ble gjennomsnittet av de målte hovedaksene størrelsen av TiN.

Størrelsen av TiN i stål 1 til 14 ifølge oppfinnelsen var en verdi mindre enn 30 μm som definert ifølge oppfinnelsen.

De sammenlignbare stål A til F har samme kjemiske sammensetning som stålet ifølge oppfinnelsen. De tilfredsstiller imidlertid ikke alle fremstillingsbetingelsene (A) til (C) og derfor ble størrelsen av TiN større enn 30 μm som definert ifølge oppfinnelsen. Mer spesifikt, for de sammenlignbare stål A og E var avkjølingshastigheten høyere enn 500 ̊C/min, og CaO/Al2O3vektforholdet (slaggsammensetningen) til de sammenlignbare stål B og F var utenfor området på 1,2 til 1,5. Mengden tilsatt Ca i den sammenlignbare ståltypen D er mindre enn 0,1 kg/tonn. Den sammenlignbare ståltypen C tilfredsstiller ikke betingelsene for slaggsammensetningen og mengden tilsatt Ca. Den øvrige fremstillingsmetoden er lik som den for stål 1 til 14. Legg merke til at metoden for å måle størrelsen av TiN var den samme som den for stålet ifølge oppfinnelsen.

Evalueringstester for HIC-motstand og styrke

Testprøver (som har en tykkelse på 10 mm, en bredde på 20 mm og en lengde på 100 mm) som fra stål ifølge oppfinnelsen og sammenlignbart stål ble utsatt for en HIC-test. I HIC-testen ble testprøver nedsenket i 96 timer i en hydrogensulfid-mettet, vandig løsning av 0,5% eddiksyre og 5% natriumklorid ved 1 atm og 25 ̊C. HIC-arealet utviklet i testprøver etter testen ble målt ved ultralydtesting og sprekkområdeforholdet CAR ble funnet fra uttrykket (1). Legg merke til at arealet for testprøver i uttrykk (1) var 20 mm� 100 mm.

Flytegrense YS for stål ifølge oppfinnelsen og sammenlignbart stål ble funnet. Mer spesifikt, to spenningstestprøver med en innstilt diameter på 6 mm og en innstillt lengde på 40 mm ble tatt fra senterdelen av veggtykkelse til rørledningene langsgående og utsatt for spenningstester ved romtemperaturer. Flytegrense YS for hver av stål ble oppnådd som gjennomsnittet av flytegrensene YS på de to spenningstestprøvene.

Testresultater

For stål 1 til 14 ifølge oppfinnelsen ble sprekkområdeforholdet CAR lavere enn 3%. Derfor ble sprekkområdeforhold redusert til mindre enn 3% når størrelsen av TiN ikke var mer enn 30 μm.

For sammenlignbart stål A til F ble imidlertid sprekkområdeforholdet CAR større enn 3%. Dette skyldes at ikke alle betingelsene (A) til (C) under smelting av stål var tilfredsstilt og derfor ble størrelsen av TiN mer enn 30 μm, som øket sprekkområdeforholdet.

Flytegrensene YS for stål 1 til 4 ifølge oppfinnelsen var i området fra 453 MPa til 470 MPa, mens flytegrensene YS for stål 5 til 10 ifølge oppfinnelsen inneholdende Cr, Mo, Nb, V og B ble i området fra 523 MPa til 601 MPa og styrken av stålet var øket.

Sprekkområdeforholdet CAR for stål 5 til 10 ifølge oppfinnelsen var mindre enn 1%. Mer spesifikt, ved tilsetning av disse elementer økte styrken av stålproduktet og effekten med reduksjon av HIC ble fortsatt ikke svekket.

I tillegg, for stål 11 til 13 ifølge oppfinnelsen inneholdende Cu og Ni, ble sprekkområdeforholdet CAR mindre enn 1%. Ståltype 14 inneholder Cr og Mo så vel som Cu og Ni. Ved tilsetning av disse elementene økte styrken av stålproduktet til 560 MPa og sprekkområdeforholdet ble redusert til mindre enn 1%.

Eksempel 2

Sømløse rørledninger produsert ved anvendelse av stål ifølge oppfinnelsen og sammenlignbart stål som har sammensetninger og TiN-størrelser som gitt i Tabell 3, ble produsert og undersøkt for sprekkområdeforhold CAR og flytegrense YS svarende til Eksempel 1.

Tabell 3

*: utenfor området av foretrukn Stål 15 til 31 ifølge oppfinnelsen ble produsert som følger: Til å begynne med ble finemner produsert ved kontinuerlig støping fra smeltet stål smeltet ved betingelsene i tabell 3. Finemnene ble deretter oppvarmet til 1200 ̊C til 1250 ̊C fulgt av hulling med en kryss-valse dor, valsing og deretter fremstilt til sømløse rørledninger. Rørledningene ble deretter oppvarmet til 850 ̊C til 950 ̊C fulgt av avkjøling med vann, deretter oppvarmet til 500 ̊C til 700 ̊C fulgt av luftavkjøling.

Metoden for måling av størrelsen av TiN i stålprodukter og metoden ifølge evaluering av HIC-motstanden og styrke er lik som de i henhold til eksempel 1.

Legg merke til at størrelsene av TiN for stål 15 til 31 ifølge oppfinnelsen ble mindre enn 30 μm som definert ifølge oppfinnelsen.

Sammenlignbart stål G til J har samme kjemiske sammensetning som for stål ifølge oppfinnelsen, men tilfredsstiller ikke alle betingelsene (A) til (C) og derfor ble størrelsene av TiN større enn 30 μm som definert ifølge oppfinnelsen. Mer spesifikt var CaO/Al2O3vektforholdet (slaggsammensetning) til sammenlignbart stål G og I utenfor området på 1,2 til 1,5. Mengden Ca tilsatt de sammenlignbare stål H og J var utenfor området 0,1 kg/tonn til 0,3 kg/tonn. Den andre fremstillingsprosess var lik som for stål 15 til 31 ifølge oppfinnelsen.

Testresultater

For stål 15 til 31 ifølge oppfinnelsen, ble sprekkområdeforholdet CAR lavere enn 3%. Derfor, svarende til eksempel 1, var ikke størrelsen av TiN mer enn 30 μm, slik at sprekkområdeforhold ble redusert til mindre enn 3%.

Imidlertid, for de sammenlignbare stål G til J, ble størrelsene av TiN større enn 30 μm fordi ikke alle betingelsene(A) til (C) under smelting var tilfredsstilt og derfor ble sprekkområdeforholdet CAR større enn 3%.

Flytegrensene YS for stål 22 til 27 ifølge oppfinnelsen inneholdende Cr, Mo, Nb, V og B var i området fra 522 MPa til 580 MPa og styrken av stålprodukter var høyere enn stål 15 til 21 ifølge oppfinnelsen uten tilsetning av disse elementer. Videre hadde stål 28 til 30 ifølge oppfinnelsen som inneholder Cu og Ni, elementer som hindrer hydrogen fra å penetrere et sprekkområdeforhold CAR som var mindre enn 1%. Stål 31 ifølge oppfinnelsen økte flytegrensen YS til 586 MPa ved tilsetning av Cr, Mo, Nb og V. I tillegg ble sprekkområdeforholdet CAR redusert.

INDUSTRIELL ANVENDELIGHET

Stålproduktet for anvendelse som en rørledning ifølge oppfinnelsen er anvendbart til en rørledning for anvendelse til å transportere råolje eller naturgass.

Claims

PATENTKRAV

1. Et stålprodukt med høy HIC-motstand for anvendelse som en rørledning, omfattende i masse %:

C：0,03% til 0,15%,

Si：0,05% til 1,0%,

Mn：0,5% til 1,8%,

P：0,015% eller mindre,

S：0,004% eller mindre,

O (oksygen)：0,01% eller mindre,

N：0,007% eller mindre,

sol．Al ：0,01% til 0,1%,

Ti：0,005 til 0,024% og

Ca：0,0003% til 0,02%,

eventuelt omfattende minst én av Cu: 0,1% til 0,4% og Ni: 0,1% til 0,3%, Cr: 0,01% til 1,0%, Mo: 0,01% til 1,0%, V: 0,01% til 0,3%, B: 0,0001% til 0,001% og Nb：0,003% til 0,1%,

hvori balansen består av Fe og urenheter,

idet størrelsen av TiN inneslutning i nevnte stålprodukt maksimalt er 30 μm, der Al-Ca-Ti-baserte sammensatte inneslutninger er inkludert i stålproduktet, og de Al-Ca-Ti-baserte sammensatte inneslutningene består av Al-Ca-basert oksysulfid og TiN som dekker overflaten av det Al-Ca-basert oksysulfidet.

2. Stålprodukt ifølge krav 1, videre omfattende minst én av Cu: 0,1% til 0,4% og Ni: 0,1% til 0,3%.

3. Stålprodukt ifølge krav 1 eller 2, videre omfattende:

minst én av Cr: 0,01% til 1,0%, Mo: 0,01% til 1,0%, V：0,01% til 0,3%, B：0,0001% til 0,001% og Nb：0,003% til 0,1%.

4. En rørledning produsert ved anvendelse av stålprodukt ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 3.