NO330002B1 - Korrosjonsbestandig materiale - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et materiale med høy korrosjonsbestandighet i medier med høy kloridkonsentrasjon, egnede for innretninger innen oljefeltteknikken, spesielt for borestrengkomponenter, bestående av elementene karbon (C), silisium (Si), mangan (Mn), krom (Cr), molybden (Mo), nikkel (Ni), kopper (Cu), nitrogen (N), jern (Fe) samt fremstillingsbetingede forurensninger, hvilket materiale er varmdeformerbart eller etter en avkjøling kalddeformerbart.

Korrosjonsbestandige materialer som viser paramagnetisk oppførsel og høy fasthet er anvendbare for innretninger innenfor oljefeltteknikken, spesielt for borestrengkomponenter. Riktignok stilles det stadig høyere krav til delene og det stilles stadig strengere krav til målestokken av materialene.

For å kunne gjennomføre retningsmålinger ved en neddykking, henholdsvis nedføring, i en boring med en nødvendig nøyaktighet, må materialet ha en permeabilitet på mindre enn 1,005.

En høy mekanisk fasthet, spesielt en tøyningsverdi høyere enn 0,2 %, er nødvendig med tank på et fordelaktig anleggsteknisk konsept og en høy driftssikkerhet av delene, fordi kravene til disse forutses å ligge opp til grenseverdiene for den aktuelle material-belastbarheten og stadig større boredybder er påkrevet. Videre er skårslagseigheten av materialet viktig, fordi delene ofte må tåle slagliknende eller støtliknende høye belastninger.

Spesielt for borestrengdeler og borestenger er i mange tilfeller en høy utmattingsfasthet av betydning, fordi det ved en rotasjon av delene, henholdsvis borestengene, kan foreligge svellende eller vekslende belastninger.

Delene blir ofte montert eller innsatt ved lave temperaturer, slik at også seighetsover-gangstemperaturen (FATT) for materialet tilkommer en høy stedsverdi.

Avgjørende betydning har korrosjonsoppførselen for deler som anvendes innenfor oljefeltteknikken, det vil på den ene siden si spenningsrisskorrosjon (SCC) og på den andre siden hullkorrosjon (pitting, CPT).

Som det fremgår av ovenstående stilles det til materialer med høy korrosjonsbestandighet i medier med høy kloridkonsentrasjon, som er egnede for mnrefriinger innenfor oljeteknikken, samtidig et stort antall høye krav.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe et paramagnetisk materiale med høy tøyningsgrense, høy skårslagfasthet og høy utmattingsfasthet samt en lav seighetsovergangstemperatur, som samtidig er korrosjonsbestandig, spesielt mot hullkorrosjon, i kloridholdige medier.

Dette målet oppnås med et materiale av den innledningsvis nevnte typen, som i det vesentlige består av elementene i vekt-%

samt fremstillingsbetingede forurensninger, hvilket materiale i nitridutfellingsfri tilstand og uten utfelte assosierte faser er varmdeformert og kalddeformert etter en avkjøling i ferittfn tilstand

og oppviser

en permeabilitet på mindre enn 1,0048

en tøyningsgrense (Rpo,2) på større enn 710 N/mm<2>

en skårslagseighet på over 60 J

en utmattingsfasthet på større enn ±310 N/mm<2>

ved N = 10 belastningsreversjoner og

en seighetstemperatur på under -28°C (FATT).

De ved oppfinnelsen oppnådde fordelene ligger spesielt i den legeringstekniske virkningen av en balansert nitrogenkonsentrasjon. Det er overraskende funnet at ved fremstillingen av deler kan det oppnås et spesielt høyt utbytte. Selv om ingen nitridurfellinger kan være tilstede ved en varmdeformasjon forverres deformerbarheten av materialet ved varierende smeltevarme ved innhold over 0,29 vekt-% nitrogen på en sprangvis måte. Videre kan i et trangt konsentrasjonsområde på 0,17 til 0,20 vekt-% N en utsMlling av assosierte faser forhindres på enkel måte når de ytterligere legeringselementene foreligger i de forutsatte innholdsområdene. Nitrogen, nikkel og molybden gir derved også synergistisk en ytterst høy resistens mot hullkorrosjon (pitting).

Med 0,03 vekt-% er karboninnholdet av legeringen av korrosjonskjemiske grunner begrenset oppad, hvorved en ytterligere senkning av denne forhøyer korrosjonsbestandigheten av materialet, spesielt hull- og speningsrisskorrosjonen.

Silisiuminnholdet skal ved materialet ifølge oppfinnelsen ikke overskride 0,89 vekt-%, av korrosjonskjemiske grunner og spesielt på grunn av den lave magnetiske permea-biliteten.

Nitrogenoppløseligheten av legeringen og austenitt-stabiliseringen fremmes ved hjelp av mangan. Riktignok må, med tanke på en forebyggelse av hullkorrosjonen, mangan-innholdene begrenses oppad med 4,49 vekt-%, og for dette formålet innføres nikkel i legeringen. Et minste innhold på 0,51 vekt-% mangan er påkrevet for en virkningsfull svovelbinding.

Ett av de spesielt viktige legeringselementene med tanke på korrosjonsmotstanden er krom, fordi krom utgjør grunnlaget for dannelsen av et passivt sjikt på overflaten av delene. For i stor grad å forhindre et eventuelt stedvis gjennombrudd av dette sjiktet, i synergivirkning med de øvrige legeringselementene, spesielt Mo og N, er innhold på minst 25,1 vekt-% Cr påkrevet. Ved høyere innhold enn 38,9 vekt-% øker faren for en utskillelse av intermetalliske faser.

Selv om legeringselementet molybden er ytterst viktig for en bestandighet av materialet mot sprekk- og hullkorrosjon, bør innholdet ikke overskride 5,9 vekt-%, fordi da en tendens til dannelse av assosierte faser øker ekspansivt. Lavere innhold enn 2,1 vekt-% forverrer korrosjonsoppførselen av materialet overproporsjonalt.

Legeringselementet nikkel er i de forutsatte konsentrasjonene viktig for stabilisering av det kubiske flatesentrerte atomgitteret, det vil si for lav permeabilitet, og er interaktivt med krom og molybden virkningsfullt for å unngå hullkorrosjon. Ved 38,9 vekt-% heves seigheten, FATT og utmattingsfastheten på fordelaktig måte. Ved en under-skridelse av 22,9 vekt-% reduseres i økende grad den stabiliserende effekten med tanke på korrosjon, spesielt spenningsrisskorrosjon, i kloridholdige medier, og vedrørende de magnetiske verdiene ved kalddeformasjon, forhøyes følgelig tendensen til dannelse av soner med deformasjonsmartentsitt.

For ølcning av korrosjonsbestandigheten er også et kopperinnhold forutsatt innenfor grensen av legeringen, selv om det stilles spørsmål ved virkningen av dette elementet på forskjellig måte.

Som nevnt tidligere avstemmes nitrogeninnholdet synergetisk med den øvrige legeringssammensetningen. Dette innholdet på 0,17 til 0,29 vekt-% har den ytterligere fordelen at en blokk kan las størkne under atmosfæretrykk, uten at det i denne dannes gassinneslutninger ved at oppløselighetsgrensen overskrides ved størkningen.

På et spesielt høyt nivå kan de magnetiske, de mekaniske og spesielt verdiene for korrosjonsbestandigheten av materialet innstilles, når dette i det vesentlige består av elementene i vekt-%

C = mindre enn/lik 0,02, fortrinnsvis 0,005 til 0,02

Si = mindre/lik 0,75, fortrinnsvis 0,20 til 0,70

Mn = 1,1 til 2,9, fortrinnsvis 2,01 til 2,6

Cr = 26,1 til 27,9, fortrinnsvis 26,5 til 27,5

Mo = 2,9 til 5,9, fortrinnsvis 3,2 til 3,8

Ni = 27,9 til 32,5, fortrinnsvis 30,9 til 32,1

Cu = 0,98 til 1,45, fortrinnsvis 1,0 til 1,4

N = 0,175 til 0,29, fortrinnsvis 0,18 til 0,22

Fe og fremstillingsbetingede forurensninger = rest.

Høye mekaniske egenskapsverdier ved en relativ magnetisk permeabilitet på 1,004 og mindre, oppnås når materialet i utfellmgsfri tilstand varmdeformeres minst 3,6-ganger

og er kalddeformert ved en temperatur på 100 til 590°C, fortrinnsvis 360 til 490°C, med en omformingsgradpå mindre enn 38 %, fortrinnsvis på 6 til 19 %. Ifølge oppfinnelsen oppviste materialet et hullkorrosjonspotensiale i nøytral oppløsning ved romtemperatur større enn 1100 mVH/1000 ppm klorid og/eller 1000 mVH/80000 ppm klorid.

Oppfinnelsen skal belyses nærmere ved hjelp av eksempler.

I tabell 1 er den kjemiske sammensehiingen for legeringen ifølge oppfinnelsen og sanmienligningsmaterialer angitt. Videre er de karakteristiske tallene for varmdeformasjon og kalddeformasjon av smistykkene angitt i denne tabellen.

Fra tabell 2 fremgår de magnetiske og de mekaniske karakteristiske verdiene for disse materialene.

Med prøvebetegnelsene 1 til 5 er sammenhgnmgslegeringer og med prøvebetegnelsene A til E er ifølge oppfinnelsen sammensatte legeringer oppstilt i tabell 1. Undersøkelses-resultatene for materialene fremgår av tabell 2, disse resultatene skal omtales kort i det følgende.

Legeringene 1 til 3 oppviser lave nitiogeninnhold, viser derfor ingen ønsket konsolidering ved en kalddeformasjon, som også fremgår av Rpo^-verdiene, og også for utmattmgsfastheten ble det funnet lave tallverdier (ikke angitt i tabellen) på ±270,210 og 290 N/mm<2>. Korrosjonskjemisk er hverken SCC- eller CPT-verdiene tilstrekkelige, hvilket spesielt kan tilbakeføres til lave Mo-innhold og ved materialet 2 til et lavt Cr-innhold.

Legeringene 4 og 5 har en ikke tilstrekkelig høy og en overforhøyet nitrogenkonsentrasjon, hvilket fører til høyere verdier for naturlig flytegrenser og hvilket også hever verdien for bøyefastheten (±308, 340 N/mm ). På grunn av et lavt Cr-innhold er det ved materialet 4 tilstede en uheldig DUAL-nnkrostruktur (påetsinger på komgrensene), hvorved det videre skal bemerkes at også materialet 5, på tross av en tilstrekkelig Mo-konsentrasjon, men på grunn av de lavere Cr-innholdene, ikke oppfyller kravene til korrosjonsbestandighet. Resultatene for legeringene A til E viser at nitrogeninnholdene fører til en gunstig konsolidering ved en kaldomformrng og de aktuelle konsentrasjonene av nitrogen, nikkel og molybden bevirker synergistisk en høy korrosjonsbestandighet av materialet i kloridholdige medier, spesielt en høy mostand mot pitting.

Claims (4)

1. Materiale med høy korrosjonsbestandighet i medier med høy kloridkonsentrasjon, egnet for innretninger innenfor oljefeltteknikken, spesielt for borestrengkomponenter, bestående i det vesentlige av elementene i vekt-%

samt fi-emstillingsbetingede forurensninger, hvilket materiale er varmdeformert i nitridutskillingsfri tilstand og uten utskilte assosierte faser og kalddeformert etter en avkjøling i ferittfri tilstand og oppviser en permeabilitet på mindre enn 1,0048 en tøyningsgrense (Rpo,2) på større enn 710 N/mm en skårslagseighet på over 60 J en utmattingsfasthet på minst ±310 N/mm<2> ved N = 10<7>belastningsreversjoner og en seighetsovergangstemperatur på under —28°C (FATT).

2. Materiale ifølge krav 1, bestående i det vesentlige av elementene i vekt-% C mindre/lik 0,02, fortrinnsvis 0,01 til 0,02 Si mindre/lik 0,75, fortrinnsvis 0,20 til 0,70 Mn 1,1 til 2,9, fortrinnsvis 2,01 til 2,6 Cr 26,1 til 27,9, forhinnsvis 26,5 til 27,5 Mo 2,9 til 5,9, fortrinnsvis 3,2 til 3,8 Ni 27,9 til 32,5, fortrinnsvis 30,9 til 32,1 Cu 0,98 til 1,45, fortrinnsvis 1,0 til 1,4 N = 0,175 til 0,29, fortrinnsvis 0,18 til 0,22 Fe og fremstillingsbetingede forurensninger~ rest.

3. Materiale ifølge krav 1 eller 2, som er varmdeformert i utskiUingsfri tilstand minst 3,6-ganger og kalddeformert ved en temperatur på 100 til 590°C, fortrinnsvis på 360 til 490°C, med en omformingsgrad mindre enn 38 %, fortrinnsvis på 6 til 19 %.

4. Materiale ifølge ett av kravene 1 til 3, som oppviser et hullpotensiale i nøytral løsning ved romtemperatur på større enn 1100 mVH/1000 ppm klorider og/eller 1000 mVH/80000 ppm klorider.