DE3134532A1 - "stahl, verfahren zu seiner herstellung und seine verwendung zur herstellung von elektrogeschweissten rohrerzeugnissen" - Google Patents
"stahl, verfahren zu seiner herstellung und seine verwendung zur herstellung von elektrogeschweissten rohrerzeugnissen"Info
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Description
r ··■■ ■'" >3 -' '- -:- 3Ί34532π
Seit der Ölkrise werden Ölbohrungen in immer größeren Tiefen
geförderte niedergebracht. Hierdurch besteht die Gefahr, daß das/öl große
Mengen Schwefelwasserstoff enthält. Dementsprechend besteht ein Bedarf an Rohren mit hoher Beständigkeit gegenüber Schwefelwasserstoff.
Ferner besteht ein Bedarf an elektrogeschweiß-TO ten Rohrerzeugnissen aus Stahl mit hoher Beständigkeit gegen
: saure Gase, die Schwefelwasserstoff enthalten.
!. Der Ausdruck "saure Gase" bezieht sich auf Gase, die Schwefelwasserstoff
und andere Schwefelverbindungen enthalten. Der zunehmende Preis für Rohöl gestattet es, Rohöl aus Quellen zu
pumpen, das beträchtliche Mengen an Schwefelwasserstoff enthält
und einen pH-Wert von bis zu 4,0 aufweist Infolgedessen sind Rohrleitungen mit hoher Beständigkeit bei diesem pH-Wert
erwünscht.
20
Es gibt bereits Rohrleitungen, die mit Kupfer beschichtet sind, um den Durchtritt von Wasserstoff unter üblichen Bedingungen
zu unterdrücken, bei denen der pH-Wert 5,2 beträgt. Eine mit Kupfer beschichtete Rohrleitung ist jedoch nicht in der Lage,
das Eindringen von Wasserstoff in einem Milieu mit einem pH-Wert von 4,0 zu unterdrücken. Deshalb ist es erforderlich, die
Beständigkeit gegen sauer reagierende Gase durch andere Maßnahmen zu erhöhen. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, daß
die Beständigkeit gegen sauer reagierende Gase dadurch erhöht werden kann, daß man ein elektrogeschweißtes Rohr abschreckt
und tempert. Dies hat jedoch den Nachteil, daß die Verarbeitungskosten ansteigen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Stahl bzw. Stahlband zur Verfügung zu stellen, das sich für elektrogeschweißte
Rohrerzeugnisse eignet und eine hohe Beständigkeit
L J
gegen saure, Schwefelwasserstoff enthaltende Gase auszeichnet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur
Herstellung von heißgewalztem Stahl bzw. Stahlband zu entwickeln, das ohne eine weitere Wärmebehandlung eine hohe Be- .
ständigkeit gegen sauer reagierende Gase aufweist und sich gut elektrisch schweißen läßt.
Diese Aufgabe wird gemäß dem Hauptanspruch gelöst. Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt die Abhängigkeit zwischen Endtemperatur des Heißwalzens und der Beständigkeit gegen sauer reagierende
Gase, ausgedrückt durch die Geschwindigkeit der Bildung von Rissen;
Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen der durchschnittlichen
Abkühlungsgeschwindigkeit und der Beständigkeit gegen
sauer reagierende Gase;
20
20
Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen der Aufwickeltemperatur und der Beständigkeit gegen sauer reagierende Gase;
Fig. 4 zeigt ein Schliffbild einer Stahlprobe der Erfindung
(Vergrößerung 400 Mal) und
Fig. 5 zeigt zum Vergleich ein Schliffbild einer weiteren
Probe (Vergrößerung 400 Mal).
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Stahl folgender Zusammensetzung
eingesetzt: C = 0,12%, 0,5 bis 1,0% Mn, 0,10 bis
0,25% Si, P =0,015-., S = 0,0020%, Nb= 0,050% und 0,0010 bis
0,0060% Ca, Rest Ei;en und übliche Verunreinigungen. Diese
Stahllegierung wird einer Heißwalzstufe unterworfen. Die Heißwalzstufe wird bei einer Temperatur oberhalb 8700C beendet.
Sodann wird der heißgewalzte Stahl auf einem Auslaufrollgang
L J
bei einer durchschnittlichen Abkühlungsgeschwindigkeit von
5 bis 30°C/Sekunde rasch abgekühlt. Schließlich wird der heißgewalzte Stahl bei einer Temperatur unterhalb 5700C aufgewickelt.
5
5
Im Verfahren zur Herstellung eines Stahls für elektrogeschweißte Rohrerzeugnisse nach dem Verfahren der Erfindung wird eine
nadeiförmige ferritische Struktur in einem Stahl mit niedrigem Mangangehalt durch rasches Kühlen auf dem Auslaufrollgang erzeugt.
Diese nadeiförmige ferritische Struktur verleiht dem Stahl eine beachtliche Beständigkeit gegen die Bildung von
Rissen, eine Eigenschaft, welche seine Beständigkeit gegen sauer reagierende Gase erhöht. Durch Aufwickeln des Stahls bei
niedriger Temperatur wird die Bildung einer perlitischen Bandstruktur, welche die Bildung von Rissen fördert, unterdrückt.
Somit lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Stahlprodukte
herstellen, die sich zur Herstellung von elektrogeschweißten Rohrerzeugnissen mit ausgezeichneter Beständigkeit
gegen sauer reagierende Gase eignen.
Für den erfindungsgemäß eingesetzten Stahl ist Kohlenstoff erforderlich,
damit der Stahl die erforderliche Festigkeit aufweist. Sofern der Kohlenstoffgehalt mehr als 0,12% beträgt,
wird durch das rasche Kühlen nach dem Heißwalzen eine inter-
.25 mediäre Struktur erzeugt. Dies hat eine unerwünschte Wirkung auf die Beständigkeit gegen sauer reagierende Gase,die Duktilität,
Zähigkeit und Schweißbarkeit. Mangan ist ebenfalls erforderlich, um dem Stahl die erforderliche Festigkeit zu verleihen.
Bei einem Mangangehalt von weniger als 0,5% ist die Zähigkeit stark herabgesetzt. Ein Mangangehalt von mehr als
1,0% hat andererseits eine ungünstige Wirkung auf die Beständigkeit gegen sauer reagierende Gase, da er sowohl eine Zunahme
der perlitischen Bandstruktur als auch der Segregation fördert. Silicium ist ebenfalls ein notwendiger Legierungsbestandteil,
um die erforderliche Festigkeit zu erreichen. Bekanntlich ist aufgrund der Si/Mn-Beziehung ein Mindest-
L J
Siliciumgehalt von 0,10% erforderlichr um die Bildung von
Penetrationen im Schweißbereich, des elektrogeschweißten Rohrerzeugnisses
zu unterdrücken. Beim optimalen Verhältnis von Μη/Si wird kein Penetrator gebildet, da SiO2 die ungesättigte
FeO-MnO-SiO2 Schmelze trennt. Bei einem Siliciumgehalt von
mehr als 0,25% nimmt allerdings die Schweißbarkeit des Stahls ab aufgrund der Abscheidung von festem Siliciumdioxid. Dementsprechend
soll der Siliciumgehalt im Bereich von 0,10 bis 0,25% liegen.
Da Phosphor die Beständigkeit gegen sauer reagierende Gase aufgrund von Segregation verschlechtert, ist es erwünscht, den
Phosphorgehalt möglichst niedrig zu halten. Ein Wert von oberhalb 0,015% ist besonders unerwünscht. Auch die Gegenwart von
Schwefel ist unerwünscht,, da hierdurch die Beständigkeit gegen
sauer reagierende Gase durch Einschluß von länglichem MnS vermindert ist. Ein Schwefelgehalt von mehr als 0,0020% ist besonders
unerwünscht.
Niob ist zur Erzielung der erforderlichen Festigkeit notwendig. Bei einem Gehalt von mehr als 0,050% wird keine weitere Zunahme
der Festigkeit erreicht aufgrund des Anstiegs der Mischkristalltemperatur. Calcium wird zugesetzt, um das längliche
MnS in eine kugelförmige Form zu überführen, die keine nachteilige Wirkung auf die Beständigkeit gegen sauer reagierende
Gase hat. Ein Mindestgehalt von 0,0010% ist erforderlich im Hinblick auf die starke Affinität des Calciums gegenüber Sauerstoff.
Wenn der Calciumgehalt mehr als 0,0060% beträgt,
liegt ein Überschuß von Calcium gegenüber der zur Transformation von Einschlüssen in.andere Formen verbrauchten Menge vor,
und es bildet sich viel Calciumoxid. Dies führt zu einer Verschlechterung der Zähigkeit und der Beständigkeit gegen sauer
reagierende Gase.
Geschmolzener Stahl mit der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung
kann beruhigter Stahl sein, der nach üblichen Verfahren
Γ "- " -"■ Y1 ζ *"· - 3 1 3A 5 32-,
hergestellt worden ist, z.B. in einem Konverter, einem Siemens-Martin-Ofen
oder einem Elektroofen. Aus dem Stahl können Blöcke nach üblichen Gießmethoden hergestellt werden, z.B.
durch Gießen in der Kokille, Blockwalzen oder kontinuierliches Gießen.
Nachstehend wird die Heißwalzstufe erläutert. Die Beziehung zwischen der Heißwalzendtemperatur und dem Ausmaß der erzeugten
Rißlänge, die ein Anzeichen für die Beständigkeit gegen sauer reagierende Gase ist, ist in Fig. 1 für einen Stahl gezeigt,
der bei 5700C aufgewickelt worden ist. Aus Fig. 1 ist ersichtlich,
daß keine Risse auftreten, unabhängig davon, wann die Endtemperatur 8700C übersteigt. Man erhält in jedem Falle
einen Stahl mit überlegener Beständigkeit gegen sauer reagierende
Gase.
Die Beendigung des Heißwalzens bei einer Temperatur oberhalb 8700C vermindert die Bildung einer Deformierzone und unterdrückt
das Auftreten von lamellaren ferritischen Keimen. Auf diese Weise kann das Auftreten einer perlitischen Bandstruktur,
welche die Bildung von Rissen beschleunigt, gehemmt werden. Dies führt zu einer Verbesserung der Beständigkeit gegen
sauer reagierende Gase.
Die Beständigkeit gegen sauer reagierende Gase kann weiterhin beachtlich verbessert werden dadurch, daß man den Stahl einer
raschen Abkühlung bei einer durchschnittlichen Abkühlungsgeschwindigkeit von 5 bis 30°C/Sekunde auf einem Auslaufrollgang
unterwirft, der dem Fertigheißwalzwerk folgt. Es wurde festgestellt, daß rasches Abkühlen in der ersten Stufe des
Auslaufrollganges besonders wirksam ist zur Erhöhung der Beständigkeit
gegen sauer reagierende Gase. Dies kann der Bildung der nadeiförmigen ferritischen Struktur des Stahls zugeschrieben
werden.
Wie in Fig. 2 erläutert wird, nimmt die Beständigkeit gegen sauer reagierende Gase ab, wenn ein Stahl mit einer Heißwalzendtemperatur
von 8800C mit einer Abkühlgeschwindigkeit von weniger als 5°C/Sekunde abgekühlt wird. Dies ist die Folge des
Auftretens einer perlitischen Bandstruktur. Wenn andererseits der Stahl mit·einer Abkühlungsgeschwindigkeit von etwa 300C/
Sekunde abgekühlt wird, bildet sich eine intermediäre Struktur, wodurch die Beständigkeit gegen sauer reagierende Gase verschlechtert
wird. Mit anderen Worten, wenn der Stahl bei einer durchschnittlichen Abkühlungsgeschwindigkeit von 5 bis
30°QSekunde auf dem Auslaufrollgang rasch abgekühlt wird, erfolgt
fast keine perlitische Transformation, es bildet sich eine nadeiförmige ferritische Struktur, und diese Struktur
verhindert eine erhöhte Bildung einer perlitischen Bandstruk-
15 tür.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist die Beständigkeit gegen sauer
reagierende Gase auch verbessert durch Aufwickeln bei einer Temperatur unterhalb 5700C nach dem Heißwalzen mit einer Endtemperatur
von 8800C. Der Grund hierfür ist der, daß das Fortschreiten
der perlitischen Transformation gehemmt ist durch Verkürzen der Ar1-Transformation C570°C) auf dem Auslaufrollgang,
wo die Abkühlungsgeschwindigkeit scharf ist. Dies hat zur Folge, daß eine Verschlechterung der Beständigkeit gegen
sauer reagierende Gase durch die perlitische Bandstruktur unterdrückt ist. Dies kann der Tatsache zugeschrieben werden,
daß die Grundzusammensetzung des Stahls der Erfindung weniger Kohlenstoff und Mangan enthält als.bekannte elektrogeschweißte
Rohrerzeugnisse. Aufgrund dieser Tatsache steigt die Ar--Transformationstemperatur
an und wird nahezu die gleiche, wie die Temperatur, bei der der Stahl aufgewickelt wird.
Um ein Stahlerzeugnis üblicher Zusammensetzung bei einer Temperatur unterhalb der Ar--Transformation aufzuwickeln, ist es
lediglich erforderlich, die Aufwickeltemperatur unterhalb 5000C
zu vermindern. Wenn in diesem Fall die Abkühlungsgeschwindigkeit
L .■■■■-]■
30 35
den oberen Grenzwert (30°C/Sekunde) übersteigt, tritt eine
Intermediärstruktur auf, die zur Folge hat, daß die Beständigkeit gegen sauer reagierende Gase vermindert ist.
Intermediärstruktur auf, die zur Folge hat, daß die Beständigkeit gegen sauer reagierende Gase vermindert ist.
Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, daß erfindungsgemäß
Stahlerzeugnisse hergestellt werden können, die
sich für elektrogeschweißte Rohrerzeugnisse mit guter Beständigkeit gegen sauer reagierende Gase eignen. Der Stahl muß eine bestimmte chemische Zusammensetzung haben und die Heißwalzstufe und die Abschreckstufe müssen unter bestimmten Bedingungen durchgeführt werden. Erfindungsgemäß ist keine weitere Wärmebehandlung, wie Abschrecken oder Tempern; beim elektrogeschweißten Rohrerzeugnis erforderlich.
sich für elektrogeschweißte Rohrerzeugnisse mit guter Beständigkeit gegen sauer reagierende Gase eignen. Der Stahl muß eine bestimmte chemische Zusammensetzung haben und die Heißwalzstufe und die Abschreckstufe müssen unter bestimmten Bedingungen durchgeführt werden. Erfindungsgemäß ist keine weitere Wärmebehandlung, wie Abschrecken oder Tempern; beim elektrogeschweißten Rohrerzeugnis erforderlich.
Das Verfahren der Erfindung kann entweder mit Blöcken oder
durch kontinuierliches Gießen erhaltene Material durchgeführt werden. Bevorzugt ist es, wenn der kontinuierlich gegossene
Stahl einer gleichmäßigen Wärmediffusionsbehandlung unterworfen wird-Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren nicht
durch kontinuierliches Gießen erhaltene Material durchgeführt werden. Bevorzugt ist es, wenn der kontinuierlich gegossene
Stahl einer gleichmäßigen Wärmediffusionsbehandlung unterworfen wird-Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren nicht
nur bei Stahl für elektrogeschweißte Rohrerzeugnisse, sondern auch für spiralgeschweißte Rohrerzeugnisse angewendet werden»
Ausführungsformen der Erfindung sind in Tabelle I zusammengefaßt.
25
25
L J
ω
cn
ω
ο
cn cn
Zusammensetzung, Gew.-%
0.12
Mn
0.98
Si
0.15
0.009
■i Heißwalzbedingungen
Nb
0.0009
0.015
0.0040
Walzend-
j durchschnitt·- Aufwiklungsgeschw.
900
10
560
Beständigkeit gegen
sauer reagierende Gase
pH 4,0 . pH 3,0 ' Bemer-
Rißlänge, %Rißlänge,% kungen
Erfin-; dung ;
0.08
0.87 0.17 0.015
0.0020 j 0o030|0.0042
870
570
0.08
0.87 0.17
0.015
0.0020 I 0.030
0.0042
920
30
570
0.01
0.50
.0.10
0.005
0.0003
0,040
0.0020
930
15
570
0.15
1.20
0.15
0.009
0.0020
0.018
0.0038
900
30
570
Ver-
, gleich; ,; ,
0.10
0.99
0.20 !0.020
0.0030
0.020
0.0010
900
30
570
0.08 I 0,87 0.17
0.015
0.002.0
0.030
0.0042
n ! ιι
850
880
880
880
15
60
560
570
540
700
10
10
13
r '" -:- V*tf*- '■"' *:* 3 1 345
Aus Tabelle I ist ersichtlich, daß die erfxndungsgemäß hergestellten
Proben A-D eine deutlich bessere Beständigkeit gegen sauer reagierende Gase zeigen als die üblichen Stahlproben
E-J.
5
5
Fig. 4 zeigt ein Gefügebild (Vergrößerung 400 Mal) der Probe C
mit der nadeiförmigen ferritischen Struktur. Fig. 5 zeigt ebenfalls ein Gefügebild (Vergrößerung 400 Mal) der Probe J
von Tabelle I mit perlitischer Bandstruktur.
10.
20 25 30 35
Claims (5)
1. Stahl, bestehend aus C = 0,12%, 0,5 bis i,0% Mn, 0,10 bis
0,25% Si, P £ 0,015%, S £ 0,0020%, Nb = 0,050%, 0,0010 bis
0,0060% Ca, Rest Eisen und üblichen Verunreinigungen, er-
des Stahls
hältlich durch Heißwalzen/ wobei das Heißwalzen bei einer Temperatur oberhalb 8700C beendet wird, anschließendes rasches Abkühlen auf einem Auslaufrollgang bei einer durch schnittlichen Abkühlungsgeschwindigkeit von 5 bis 30°C/Sekünde und Aufwickeln bei einer Temperatur unterhalb 5700C.
hältlich durch Heißwalzen/ wobei das Heißwalzen bei einer Temperatur oberhalb 8700C beendet wird, anschließendes rasches Abkühlen auf einem Auslaufrollgang bei einer durch schnittlichen Abkühlungsgeschwindigkeit von 5 bis 30°C/Sekünde und Aufwickeln bei einer Temperatur unterhalb 5700C.
2. Verfahren zur Herstellung des Stahls nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß man Stahl mit einer Zusammensetzung von C = 0,12%, 0,5 bis 1,0% Mn, 0,10 bis 0,25% Si,
30 ρ * 0,015%, S £ 0,0020%, Nb = 0,050% und 0,0010 bis
0,0060% Ca, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen, einer
Heißwalzstufe unterwirft, wobei das Heißwalzen bei einer Temperatur oberhalb 8700C beendet wird, anschließend auf
einem Auslaufrollgang rasch bei einer durchschnittlichen Abkühlungsgeschwindigkeit von 5 bis 30°C/Sekunde abkühlt
und schließlich den Stahl bei einer Temperatur unterhalb
5700C aufwickelt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man
Stahl einer Zusammensetzung von 0,12% C, 0,98% Mn, 0,15% Si,
0,009% P, 0,0009% S, 0,015% Nb und 0,0040% Ca, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen, heißwalzt, wobei das Heißwalzen
bei einer Temperatur von 9000C beendet wird, anschließend
den Stahl auf einem Auslaufrollgang bei einer durchschnittlichen Abkühlungsgeschwindigkeit von 10°C/Sekunde
rasch abkühlt und schließlich den Stahl bei einer Temperatur von 5600C aufwickelt.
10
10
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man
Stahl mit der Zusammensetzung 0,01% C,. 0,50% Mn, 0,10% Si,
0,005% P, 0,0003% S, 0,040% Nb und 0,0020% Ca, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen, heißwalzt, wobei das Heißwalzen
bei einer Temperatur von 9300C beendet wird, den Stahl
auf einem Auslaufrollgang bei einer durchschnittlichen Abkühlungsgeschwindigkeit
von 15°C/Sekunde rasch abkühlt und schließlich den Stahl bei einer Temperatur von 5700C aufwickelt
.
20
5. Verwendung des Stahls gemäß Anspruch 1 zur Herstellung von
elektrogeschweißten Rohrerzeugnissen..
25 30 35
L . J
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