NO334118B1 - High-strength non-magnetic, corrosion- and demolition-resistant steel - Google Patents

Abstract

A first steel comprises 0-0.05 weight % carbon, 0-1.0 weight % silicon, 10.0-20.0 weight % manganese, 13.5-18.0 weight % chromium, 1.0-4.0 weight % nickel, 1.5-3.5 weight % molybdenum and 0.2-0.4 weight % nitrogen. A second steel comprises 0-0.2 weight % carbon, 0-1.0 weight % silicon, 10.0-20.0 weight % manganese, 13.5-18.0 weight % chromium, 1.0-7.0 weight % nickel, 1.5-4.0 weight % molybdenum and 0.2-0.4 weight % nitrogen where nickel equivalence/(chromium equivalence - 1À4) > 1.51 and nickel equivalence + chromium equivalence > 35. Such steels may be used as drill collars in oil and gas drills.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører ikke-magnetiske korrosjonsresistente stål med høy styrke. Nærmere bestemt, men ikke utelukkende, vedrører oppfinnelsen stål som er egnede for anvendelse som ikke-magnetiske komponenter i avviksboring av olje- og gassbrønner. The present invention relates to non-magnetic corrosion-resistant steels with high strength. More specifically, but not exclusively, the invention relates to steels which are suitable for use as non-magnetic components in deviation drilling of oil and gas wells.

Ved dypbrønnboring er lange rørformede borekrager lokalisert ved den nedre enden av borestrengen for å tilveiebringe vekt og stivhet. Lengder av disse kragene er typisk mellom 1 og 10 meter og deres diametere er typisk mellom 8,75 og 32,5 cm. Hver slik krage omfatter et sentralt, aksielt hull av diameter typisk mellom 5,75 og 12,75 cm som tillater borefluid å passere ned strengen til brønnbasen. Dette fluidet returneres senere til overflaten utenfor borekragen og strengen. Gjengete ender tillater kragene å festes til hverandre og til andre komponenter av strengen. Krav med hensyn til dimensjon og mekanisk egenskap er fastsatt API 7 seksjon 6. In deep well drilling, long tubular drill collars are located at the lower end of the drill string to provide weight and stiffness. Lengths of these collars are typically between 1 and 10 meters and their diameters are typically between 8.75 and 32.5 cm. Each such collar includes a central, axial hole of diameter typically between 5.75 and 12.75 cm which allows drilling fluid to pass down the string to the well base. This fluid is later returned to the surface outside the drill collar and string. Threaded ends allow the collars to be attached to each other and to other components of the string. Requirements with regard to dimensions and mechanical properties are laid down in API 7 section 6.

Det er ofte ønskelig å innbefatte instrumenter nær bunnen av borestrengen for å gjøre det mulig å måle vinkelen og retningen av boringen nøyaktig. Nærheten av en stor ferromagnetisk masse til slike instrumenter er klart uønsket. Når instrumentet skal anvendes har lavlegeringsstål som kon-vensjonelt er anvendt for fremstilling av borekrager blitt erstattet med stål som har lav magnetisk permeabilitet. Utfellingsherdede nikkel-kobberlegeringer og spesielle austenitiske rustfrie stål har vært anvendt tidligere som erstatnings-stål. Styrkekravene for borekrager (typisk 0,2% flytegrense over 690 MPa) kan ikke oppnås med en nikkelkobberlegering eller med standard kromnikkelstål fra "300" seriene, selv i glødet tilstand, og selv om slike stål kan forsterkes ved kaldbelastning, er den krevde deformasjonsgraden for stor, spesielt i de aktuelle store seksjonene. Videre har standard nikkelkromstål austenitiske struk-turer av begrenset stabilitet og den magnetiske permeabiliteten kan forøkes ved deformasjon. Følgelig ble det utviklet en serie av spesialstålkvaliteter for den spesielle anvendelsen, disse har analyser som eksemplifisert ved stål A og B nedenfor: It is often desirable to include instruments near the bottom of the drill string to enable the angle and direction of the bore to be accurately measured. The proximity of a large ferromagnetic mass to such instruments is clearly undesirable. When the instrument is to be used, low-alloy steel which is conventionally used for the production of drill collars has been replaced with steel which has low magnetic permeability. Precipitation-hardened nickel-copper alloys and special austenitic stainless steels have been used in the past as replacement steels. The strength requirements for drill collars (typically 0.2% yield strength above 690 MPa) cannot be achieved with a nickel copper alloy or with standard "300" series chrome nickel steels, even in the annealed condition, and although such steels can be strengthened by cold loading, the required degree of deformation for large, especially in the relevant large sections. Furthermore, standard nickel-chromium steel has austenitic structures of limited stability and the magnetic permeability can be increased by deformation. Consequently, a series of special steel grades were developed for the particular application, these have analyzes as exemplified by steels A and B below:

I disse stålene økes flytegrensen ved nærværet av relativt høye nitrogeninnhold. Dette nærværet øker også spennings-herderaten, på samme måte som reduksjonen i nikkelinnhold. De relativt høye mangannivåene er nødvendig for å bevare de høye nitrogeninnholdene under normalsmelting, støping og støping ved atmosfæretrykk, og også for å forbedre stabiliteten av den austenitiske strukturen. Et lavt karboninnhold er nødvendig for å begrense dannelsen av kromrike karbider under bearbeidelse; nærvær av slike karbider kan på uheldige måter redusere motstanden mot korrosjon. Selv med disse spesielle stålene er en viss spenningsherding nødvendig for å generere den påkrevde styrken. Dette kan imidlertid lett oppnås, selv i de største seksjonene, ved deformasjon ved temperaturer under den som frembringer auto-omkrystallisasjon. In these steels, the yield strength is increased by the presence of relatively high nitrogen contents. This presence also increases the stress-hardening rate, in the same way as the reduction in nickel content. The relatively high manganese levels are necessary to preserve the high nitrogen contents during normal melting, casting and casting at atmospheric pressure, and also to improve the stability of the austenitic structure. A low carbon content is necessary to limit the formation of chromium-rich carbides during machining; the presence of such carbides can adversely reduce the resistance to corrosion. Even with these special steels, some stress hardening is necessary to generate the required strength. However, this can easily be achieved, even in the largest sections, by deformation at temperatures below that which produces auto-recrystallization.

Stål A og B ga derfor den påkrevde flytegrensen, men på bekostning av andre ønskede egenskaper. Steel A and B therefore gave the required yield strength, but at the expense of other desired properties.

Av de ønskede egenskapene er lav magnetisk permeabilitet av størst betydning og legeringsbalansen må være slik at strukturen både er fri for deltaferitt og ikke destabiliseres ved deformasjon. Et antall fremgangsmåter har vært foreslått hvorved strukturen av et stål kan forutsies ut fra dets sammensetning. Disse omfattet alle separering av elementene i de som virker lignende krom og de som ligner nikkel. Hvert ble allokert en ekvivalensfaktor og ved hjelp av disse beregnes den samlede kromekvivalensen og nikkelekvivalensen. Skjæringspunktet for disse to verdiene på et diagram er rapport-ert å vise struktur omfattende en viss indikasjon av andelene av faser i et flerfase tilfelle. Diagrammene benyttes med et vist hell i visse sammensetningsområder, men har vist seg mindre vellykkede i andre tilfeller. En åpenbar unøyaktighet er at de samme ekvivalensverdiene anvendes uansett om austenitt-ferittgrenser eller austenitt-martensittgrenser forutsies, hvilket ikke kan være tilfelle. Of the desired properties, low magnetic permeability is of greatest importance and the alloy balance must be such that the structure is both free of delta ferrite and not destabilized by deformation. A number of methods have been proposed by which the structure of a steel can be predicted from its composition. These all involved separating the elements into those that act like chromium and those that resemble nickel. Each was allocated an equivalence factor and with the help of these the overall chromium equivalence and nickel equivalence are calculated. The intersection of these two values on a diagram is reported to show structure including some indication of the proportions of phases in a multiphase case. The diagrams are used with some success in certain areas of composition, but have proved less successful in other cases. An obvious inaccuracy is that the same equivalence values are used regardless of whether austenite-ferrite boundaries or austenite-martensite boundaries are predicted, which cannot be the case.

En fare med alle stål anvendt i borestrenger er riving ved de gjengede sammenføyningene. Slike sammenføyninger må være fremstilt ved høye vridningsmomenter for å minimalisere spenningskonsentrasjon ved drift og tilveiebringe effektive forseglinger ved til hverandre passende skuldre. I denne forbindelse kan riving beskrives som lokalisert friksjonssveising av overflater som beveger seg relativt til hverandre under trykk. Riving kan forhindre vel-lykket sammenføyning av komponenter og/eller forhindre frigivelse av sam-menføyningen mellom komponenter etter anvendelse. Skaden forårsaket på gjenge og skulderoverflater (produksjon av kaviteter og metalloppbygning) kan gjøre dem uegnede for ytterligere anvendelse og, selv om en viss gjenopp-gjenging kan oppnås, forkortes levetiden av komponentene. Austenitiske rustfrie stål er spesielt utsatte for riving og, selv om sammensetninger A og B er overlegne i dette henseende sammenlignet med konvensjonelle rustfrie stål fra 300 serien var forbedret slitingsmotstand påkrevet, hvilket førte til utvik-lingen av sammensetning C. Denne sammensetningen er nå vidt anvendt. A danger with all steels used in drill strings is tearing at the threaded joints. Such joints must be produced at high torques to minimize stress concentration during operation and provide effective seals by matching shoulders. In this connection, tearing can be described as localized friction welding of surfaces that move relative to each other under pressure. Tearing can prevent successful joining of components and/or prevent release of the joining between components after use. The damage caused to the thread and shoulder surfaces (cavity production and metal build-up) can render them unfit for further use and, even if some rethreading can be achieved, the life of the components is shortened. Austenitic stainless steels are particularly prone to tearing and, although compositions A and B are superior in this respect compared to conventional 300 series stainless steels, improved wear resistance was required, leading to the development of composition C. This composition is now widely used .

En ytterligere driftsfare er korrosjon. Borefluider som anvendes er vanligvis vandige og sammensetninger velges for å være kompatible med strata som gjennombores. Borefluider har ofte høye innhold av faststoff, både oppløselige og uoppløselige, hovedsakelig klorider og, mindre hyppig, bromider som kan forårsake korrosjonsproblemer. For å minimalisere dette holdes pH vanligvis over nøytralverdi slik at hydrogenutvikling ikke kan være et korrosjonsprodukt, og den katodiske korrosjonsreaksjonen vil normalt omfatte vann og oppløst oksygen under produksjon av hydroksylionet. Følgelig vil tilgjengeligheten av oppløst oksygen kontrollere omfanget av mulig korrosjon; fordi kilden for oksygen er atmosfæren vil oppløst oksygen av fluidet kontroll-eres ved borebetingelsene og fremgangsmåten. Det er vanligvis lavt nok til at det forekommer få problemer ved lavlegert stålkomponenter. Med disse er enhver korrosjon generell av natur og derfor er, mer begrenset oksygen til-gjengelig, de resulterende generelle endringene i dimensjon små og godtagbare. A further operating hazard is corrosion. Drilling fluids used are usually aqueous and compositions are chosen to be compatible with the strata being drilled. Drilling fluids often have high solids contents, both soluble and insoluble, mainly chlorides and, less frequently, bromides which can cause corrosion problems. To minimize this, the pH is usually kept above neutral so that hydrogen evolution cannot be a corrosion product, and the cathodic corrosion reaction will normally include water and dissolved oxygen during production of the hydroxyl ion. Consequently, the availability of dissolved oxygen will control the extent of possible corrosion; because the source of oxygen is the atmosphere, dissolved oxygen of the fluid will be controlled by the drilling conditions and the method. It is usually low enough that few problems occur with low-alloy steel components. With these, any corrosion is general in nature and therefore, with more limited oxygen available, the resulting overall changes in dimension are small and acceptable.

Korrosjon av rustfrie stål i mer alkaliske oppløsninger finner ikke sted på grunn av nærværet av en stabil oksidfilm på overflaten (den passive filmen). I nærvær av visse oppløste salter, og hovedsakelig klorider og bromider, kan denne filmen svikte lokalt hvilket tillater produksjon av "hull". Selv om totalkorrosjonsrate er lavere enn for et lavlegertstål i det samme miljøet kan den lokale penetreringen være raskere. Slik filmsammenbrudd er mer sannsynlig innenfor sprekker hvor den kan spre seg og være generell innenfor begrensningen av sprekken. Oksygen er nødvendig for at slik korrosjon skal initiere og propagere og sannsynligheten er større med høyere innhold av klorid og/eller bromid og oksygen. Sannsynligheten er også større ved høye temperaturer som kan forekomme nede i hull. Følgelig er en viss korrosjon mulig med de ikke-magnetiske stålene avhengig av driftsbetingelser men, med krager, har dette sjelden vært av betydning, hullene som dannes er av begrenset størrelse og opptrer i store seksjoner. Corrosion of stainless steels in more alkaline solutions does not take place due to the presence of a stable oxide film on the surface (the passive film). In the presence of certain dissolved salts, and mainly chlorides and bromides, this film can fail locally allowing the production of "holes". Although the total corrosion rate is lower than for a low-alloy steel in the same environment, the local penetration can be faster. Such film breakdown is more likely within cracks where it can spread and be general within the confines of the crack. Oxygen is necessary for such corrosion to initiate and propagate and the probability is greater with a higher content of chloride and/or bromide and oxygen. The probability is also greater at high temperatures that can occur down in holes. Consequently, some corrosion is possible with the non-magnetic steels depending on operating conditions but, with collars, this has rarely been significant, the holes formed being of limited size and occurring in large sections.

Lokalisert korrosjon kan være av større betydning i de ikke-magnetiske stålhusene som er anvendt for å inneholde de sofistikerte elektroniske måle-innretningene som anvendes under boring. Den indre geometrien i disse inn-retninger kan være kompleks og omfatte funksjonelle sprekker og også end-ringer i seksjon som kan holde på avsetninger, idet det dannes sprekker. I disse kompliserte innretningene er lokalisert korrosjon mindre godtagbar enn for de relativt enkle kragene. Videre kan det være en blanding av metaller i elektrisk kontakt som kan forsterke betingelsene ved galvaniske effekter. Følgelig foreligger det behov for et stål med forbedret motstand mot lokalisert korrosjon som viser de andre ønskede egenskapene omtalt ovenfor, idet disse er høystyrke, lav magnetisk permeabilitet, strukturell stabilitet og anti-rivings egenskaper. Localized corrosion can be of greater importance in the non-magnetic steel housings used to contain the sophisticated electronic measuring devices used during drilling. The internal geometry of these devices can be complex and include functional cracks and also changes in section which can retain deposits, as cracks are formed. In these complicated devices, localized corrosion is less acceptable than for the relatively simple collars. Furthermore, there may be a mixture of metals in electrical contact which can intensify the conditions due to galvanic effects. Accordingly, there is a need for a steel with improved resistance to localized corrosion which exhibits the other desired properties discussed above, these being high strength, low magnetic permeability, structural stability and anti-tearing properties.

US 5,094,812 beskriver et mangan-krom-nikkel austenittisk, ikke-magnetisk rustfritt stål, som i bearbeidet tilstand er hovedsakelig ferrittfritt og har relativ magnetisk permeabilitet på mindre enn ca. 1,02, en 0,2% flytegrense ved romtemperatur på minst ca. 690 MPa (100 ksi), og en god motstand mot spenningskorrosjonssprekking i kloridomgivelser. US 5,094,812 describes a manganese-chromium-nickel austenitic, non-magnetic stainless steel, which in the worked state is essentially ferrite-free and has a relative magnetic permeability of less than approx. 1.02, a 0.2% yield strength at room temperature of at least approx. 690 MPa (100 ksi), and a good resistance to stress corrosion cracking in chloride environments.

JP 6-322446 omhandler en tvinnet metallstreng av ikke-magnetisk rustfri stållegering av høy styrke. Legeringen inneholder på vektbasis 0,03 til 0,15 % C, <1,0% Si, 10 til 14% Mn, 2,5 til 7,5 Ni, 17 til 19% Cr, 0,5 til 2,5% Mo og 0,25 til 0,45% N, og resten er jern og uunngåelige forurensninger. JP 6-322446 relates to a twisted metal strand of high strength non-magnetic stainless steel alloy. The alloy contains by weight 0.03 to 0.15% C, <1.0% Si, 10 to 14% Mn, 2.5 to 7.5 Ni, 17 to 19% Cr, 0.5 to 2.5% Mo and 0.25 to 0.45% N, and the rest is iron and unavoidable impurities.

Ingen av de ovenfor omtalte stålene tilveiebringer alle disse ønskede egenskapene. None of the above mentioned steels provide all these desired properties.

Oppfinnelsen er rettet mot å tilveiebringe et slikt stål som har alle disse ønskede egenskapene. The invention is aimed at providing such a steel which has all these desired properties.

Ifølge foreliggende oppfinnelse tilveiebringes det ifølge ett aspekt et ikke-magnetisk korrosjonsresistent stål av høy styrke hvis sammensetning, uttrykt ved vekt%, omfatter; According to the present invention, according to one aspect, there is provided a high strength non-magnetic corrosion resistant steel whose composition, expressed by weight%, comprises;

for øvrig jern og tilfeldige forurensninger, sammensetningen oppfyller formelen: otherwise iron and random impurities, the composition fulfills the formula:

når when

kromekvivalens = %Cr + 1,5 (%Si) + % Mo + 0,12 (%Mn) og nikkelekvivalens = %Ni + 30(%C) + 20 (%N) chromium equivalence = %Cr + 1.5 (%Si) + % Mo + 0.12 (%Mn) and nickel equivalence = %Ni + 30(%C) + 20 (%N)

og and

når when

kromekvivalens = %Cr + 1,5 (%Si) + % Mo chromium equivalence = %Cr + 1.5 (%Si) + % Mo

og and

nikkelekvivalens = %Ni +0,5(%Mn) + 30(%C) + 30 (%N) Ifølge et annet trekk, definert i krav 2 tilveiebringer oppfinnelsen en ikke-magnetisk komponent for anvendelse i avviksboring fremstilt fra et nickel equivalence = %Ni +0.5(%Mn) + 30(%C) + 30 (%N) According to another feature, defined in claim 2, the invention provides a non-magnetic component for use in deviation drilling produced from a

korrosjonsresistent stål av høy styrke av sammensetning som angitt i krav 1. Komponenten kan være en borekrage, som definert i krav 3. corrosion-resistant steel of high strength of composition as specified in claim 1. The component may be a drill collar, as defined in claim 3.

Det er velkjent at en vesentlig komponent av et rustfritt stål er krom, minst 12 vekt% i fast oppløsning ansees generelt som ønskelig. For den aktuelle typen korrosjon (forårsaket ved oppløste halogenidsalter) forbedrer økningen av innholdet av krom utover denne verdien gradvis motstanden mot korrosjonsinitiering og dens utbredelseshastighet. Et antall andre elementer kan supplere den fordelaktige effekten av krom, spesielt molybden. Både krom og molybden fremmer imidlertid dannelsen av magnetisk deltaferittfase som ikke er godtagbar for den spesielle anvendelsen som betraktes. For å forhindre nærvær av denne ferittfasen må det være tilstede i tilstrekkelige mengder elementer som undertrykker dens dannelse, hovedsakelig karbon, nikkel og nitrogen. Det godtagbare innholdet av karbon er meget lavt fordi nærværet av karbider kan være uheldige for korrosjonsmotstand. Nikkel har en uheldig effekt på tendensen til riving og følgelig må innholdet også være lavt. Nitrogen har imidlertid ingen uheldig effekt på riving og videre forbedrer dette i nærvær av krom, motstanden mot korrosjon. Imidlertid er mengden av nitrogen som kan bevares i et stål under frysing begrenset med mindre det finnes tilstrekkelig egnet legering av den foreliggende typen. Selv om krom fremmer oppløselighet i forhold til dets innhold er kromlegering alene util-strekkelig og det må suppleres med mangan. Mangan påvirker imidlertid motstanden mot korrosjon i negativ retning. It is well known that an essential component of a stainless steel is chromium, at least 12% by weight in solid solution is generally considered desirable. For the type of corrosion in question (caused by dissolved halide salts), increasing the content of chromium beyond this value gradually improves the resistance to corrosion initiation and its rate of propagation. A number of other elements can supplement the beneficial effect of chromium, particularly molybdenum. However, both chromium and molybdenum promote the formation of magnetic delta ferrite phase which is not acceptable for the particular application under consideration. To prevent the presence of this ferrite phase, there must be present in sufficient quantities elements that suppress its formation, mainly carbon, nickel and nitrogen. The acceptable content of carbon is very low because the presence of carbides can be detrimental to corrosion resistance. Nickel has an adverse effect on the tendency to tearing and consequently the content must also be low. Nitrogen, however, has no adverse effect on tearing and furthermore, in the presence of chromium, this improves the resistance to corrosion. However, the amount of nitrogen that can be preserved in a steel during freezing is limited unless there is a sufficiently suitable alloy of the present type. Although chromium promotes solubility in relation to its content, chromium alloy alone is insufficient and it must be supplemented with manganese. However, manganese affects the resistance to corrosion in a negative direction.

En meget omhyggelig balanse for legering er derfor nødvendig dersom den påkrevde nedihull egenskapen av stålet skal oppnås. A very careful alloying balance is therefore necessary if the required down hole property of the steel is to be achieved.

Som nevnt tidligere er lav magnetisk permeabilitet av avgjørende betydning blant de ønskede egenskapene og legeringsbalansen må være slik at strukturen både er fri for deltaferitt og ikke destabiliseres ved deformasjon. Et antall fremgangsmåter har vært foreslått hvorved strukturen av et stål kan forutsies fra dets sammensetning. Disse innbefattet alle separering av elementene i de som virker lignende krom og de som ligner nikkel. Hver ble allokert en ekvivalensfaktor og ved hjelp av disse beregnes den samlede kromekvivalensen og nikkelekvivalensen. Skjæringspunktet mellom disse to verdiene på et diagram rapporteres å vise struktur omfattende en viss indikasjon på andel ene av faser i et flerfase tilfelle. Diagrammene anvendes med et visst hell med visse sammensetningsområder, men har vist seg mindre vellykkede i andre forbindelser. En åpenbar unøyaktighet er at de samme ekvivalensverdiene anvendes uavhengig om austenitt-ferittgrenser eller austenitt-martensittgrenser forutsies, hvilket ikke kan være tilfelle. For foreliggende oppfinnelse er faktorene anvendt for de to trekkene ikke nødvendigvis de samme som publisert og tilnærmelsen er forenklet ved å anvende en enkeltligning for å forutsi om feritt er til stede eller ikke og videre summen av faktorene for å indikere en egnet austenittstabilitet. Det antas ikke at de forskjellige faktorene som er anvendt nødvendigvis vil gjelde andre legeringsblandinger forskjellig fra områder som er relevant ved foreliggende oppfinnelse. As mentioned earlier, low magnetic permeability is of decisive importance among the desired properties and the alloy balance must be such that the structure is both free of delta ferrite and not destabilized by deformation. A number of methods have been proposed by which the structure of a steel can be predicted from its composition. These all included the separation of the elements into those that resemble chromium and those that resemble nickel. Each was allocated an equivalence factor and with the help of these the overall chromium equivalence and nickel equivalence are calculated. The intersection of these two values on a diagram is reported to show structure including some indication of the proportion of one of the phases in a multiphase case. The diagrams are used with some success with certain composition ranges, but have proved less successful in other compounds. An obvious inaccuracy is that the same equivalence values are used regardless of whether austenite-ferrite boundaries or austenite-martensite boundaries are predicted, which cannot be the case. For the present invention, the factors used for the two traits are not necessarily the same as published and the approximation is simplified by using a single equation to predict whether ferrite is present or not and further the sum of the factors to indicate a suitable austenite stability. It is not assumed that the various factors used will necessarily apply to other alloy compositions different from areas relevant to the present invention.

Det er funnet at utmerket nedihullsegenskapsbalanse oppnås med korrosjonsresistente stål av høy styrke som har følgende sammensetning uttrykt ved vekt; It has been found that excellent downhole property balance is achieved with high strength corrosion resistant steels having the following composition by weight;

I tillegg samsvarer sammensetningen med følgende: In addition, the composition complies with the following:

Hvor kromekvivalens = %krom + 1,5 x %silisium + %molybden + 0,12 x %mangan og nikkelekvivalens = %nikkel + 30 x %karbon + 20 x %nitrogen og også med nikkelekvivalens + kromekvivalens > 35. Where chromium equivalence = %chromium + 1.5 x %silicon + %molybdenum + 0.12 x %manganese and nickel equivalence = %nickel + 30 x %carbon + 20 x %nitrogen and also with nickel equivalence + chromium equivalence > 35.

Hvor kromekvivalens = %krom + 1,5 (%silisium) + %molybden og nikkelekvivalens = %nikkel + 0,5 (% mangan) + 30(%karbon) + 30% nitrogen. Where chromium equivalence = %chromium + 1.5 (%silicon) + %molybdenum and nickel equivalence = %nickel + 0.5 (% manganese) + 30(%carbon) + 30% nitrogen.

Alle verdiene ovenfor er vekt%er med det gjenværende i det vesentlige jern. Det skal understrekes at elementene som normalt tilfeldig er tilstede i austenitiske rustfrie stål kan være tilstede innenfor grensene angitt for slike stål i BS970 del 1 eller i mengder som normalt er akseptert i internasjonale standarder. All values above are weight % with essentially remaining iron. It should be emphasized that the elements normally incidentally present in austenitic stainless steels may be present within the limits specified for such steels in BS970 Part 1 or in amounts normally accepted in international standards.

Et eksempel på en stålsammensetning ifølge oppfinnelsen er: An example of a steel composition according to the invention is:

Dette stålet ble smidd for å danne 10 meter lange staver av diameter 180mm og 190mm ved normal fremstillingsteknikk ved anvendelse av varm-smiing og varmbelastning. De mekaniske egenskapene tatt fra posisjoner i henhold til API7 seksjon 6 var; This steel was forged to form 10 meter long bars of diameter 180mm and 190mm by normal manufacturing techniques using hot forging and hot loading. The mechanical properties taken from positions according to API7 section 6 were;

Magnetisk permeabilitet var 1,002 og uniformitet av denne egenskapen ble bekreftet ved å måle den endrende magnetiske fluksen langs staven når den var utsatt for en magnetisk kraft på 200 ørsted. Maksimalt avvik ble funnet å være mindre enn 0,05 mikrotesla over hele stavens lengde. Magnetic permeability was 1.002 and uniformity of this property was confirmed by measuring the changing magnetic flux along the rod when subjected to a magnetic force of 200 ørsted. The maximum deviation was found to be less than 0.05 microtesla over the entire length of the rod.

Motstand mot riving ble demonstrert ved å anvende knapp-på-blokk teknikken beskrevet i ASTM G98. Dette omfatter rotering av separate sylindriske prøver under trykk på blokker av tilsvarende materiale. Økende trykk anvendes inntil riving observeres. Resultater sammenlignes med de for stål A til B og C i tabell 1 nedenfor. Tear resistance was demonstrated using the button-on-block technique described in ASTM G98. This involves rotating separate cylindrical samples under pressure on blocks of corresponding material. Increasing pressure is applied until tearing is observed. Results are compared with those for steels A to B and C in Table 1 below.

Det fremgår fra denne tabellen at stål B ble utsatt for riving ved rundt 68,9 MPa (10 ksi), stål A ved rundt 137,9 MPa (20 ksi) og stål C ved rundt 249,9 MPa (36,25 ksi). Stålprøvene ifølge oppfinnelsen var ikke underkastet riving ved det høyeste registrerte trykket, nemlig 293,0 MPa (42,5ksi). It appears from this table that steel B was subjected to tearing at about 68.9 MPa (10 ksi), steel A at about 137.9 MPa (20 ksi) and steel C at about 249.9 MPa (36.25 ksi) . The steel samples according to the invention were not subject to tearing at the highest recorded pressure, namely 293.0 MPa (42.5 ksi).

Korrosjonsresistens ble demonstrert ved to akselererte laboratorie-tester. Det valgte korrosjonsmiddelet var en 20% oppløsning av natriumklorid ved 50°C åpent mot atmosfæren. Forsøksprøven var en liten sylinder og denne ble innstøpt i et lag av fin sand for å simulere alvorlige sprekkbeting-elser. Prøven ble forbundet via et amperemeter til en elektrode enten av kobber eller av type 304 rustfritt stål; ekektrodeoverflatearealet var 150 cm<2>. Strømflyten ga en indikasjon på korrosjonen som finner sted. For å akselerere testen var den innledende periode når testprøvene ble polarisert anodisk ved en høy strøm for å sikre at korrosjon hadde started og forløp ved en høy hastighet. Etter stopping av polarisasjonen ble strømflyten overvåket inntil en stasjonær verdi ble oppnådd og denne ble registrert. Verdier for stasjonære og flytende oppløsninger ble tatt. Disse er tabulert i tabell 2 nedenfor: Corrosion resistance was demonstrated by two accelerated laboratory tests. The corrosion agent chosen was a 20% solution of sodium chloride at 50°C open to the atmosphere. The test specimen was a small cylinder and this was embedded in a layer of fine sand to simulate severe cracking conditions. The sample was connected via an ammeter to an electrode of either copper or type 304 stainless steel; the electrode surface area was 150 cm<2>. The current flow gave an indication of the corrosion taking place. To accelerate the test, the initial period was when the test samples were anodically polarized at a high current to ensure that corrosion had started and progressed at a high rate. After stopping the polarization, the current flow was monitored until a stationary value was reached and this was recorded. Values for stationary and liquid solutions were taken. These are tabulated in table 2 below:

Testen med den rustfrie stålelektroden simulerte alvorlige sprekk-betingelser og den med kobberelektroden den adderte effekten av galvanisk stimulering. Det fremgår fra tabell 2 at stålprøven ifølge foreliggende oppfinnelse viste vesentlig forbedret korrosjonsresistens. The test with the stainless steel electrode simulated severe cracking conditions and the one with the copper electrode added the effect of galvanic stimulation. It appears from table 2 that the steel sample according to the present invention showed significantly improved corrosion resistance.

De gjennomførte testene demonstrerte at stål ifølge foreliggende oppfinnelse viser en egenskapsbalanse med hensyn til styrke, magnetisk permeabilitet, rivingsmotstand og korrosjonsresistens som er overlegen i ethvert henseende sammenlignet med de i dag tilgjengelige korrosjonsresistente stålene av høy styrke. The tests carried out demonstrated that the steel according to the present invention exhibits a balance of properties with regard to strength, magnetic permeability, tear resistance and corrosion resistance which is superior in every respect compared to the high strength corrosion resistant steels available today.

Claims (3)

1. Ikke-magnetisk korrosjons- og rivingsresistent stål av høy styrke, hvis sammensetning uttrykt ved vekt omfatter: 1. Non-magnetic corrosion- and tear-resistant steel of high strength, the composition of which, expressed by weight, includes: for øvrig jern og tilfeldige forurensninger, karakterisert vedat sammensetningen oppfyller formelen: otherwise iron and incidental contaminants, characterized in that the composition fulfills the formula: når kromekvivalens = %Cr + 1,5 (%Si) + % Mo + 0,12 (%Mn) og nikkelekvivalens = %Ni + 30(%C) + 20 (%N) og when chromium equivalence = %Cr + 1.5 (%Si) + % Mo + 0.12 (%Mn) and nickel equivalence = %Ni + 30(%C) + 20 (%N) and når kromekvivalens = %Cr + 1,5 (%Si) + % Mo og nikkelekvivalens = %Ni +0,5(%Mn) + 30(%C) + 30 (%N).when chromium equivalence = %Cr + 1.5 (%Si) + % Mo and nickel equivalence = %Ni +0.5(%Mn) + 30(%C) + 30 (%N). 2. Ikke-magnetisk komponent for anvendelse i avviksboring,karakterisert vedat den er fremstilt fra et korrosjonsresistent stål av høy styrke av sammensetning ifølge krav 1.2. Non-magnetic component for use in deviation drilling, characterized in that it is produced from a corrosion-resistant steel of high strength of composition according to claim 1. 3. Borekrage, karakterisert vedat den er fremstilt av korrosjonsresistent stål av høy styrke ifølge krav 1.3. Drill collar, characterized in that it is made of high-strength corrosion-resistant steel according to claim 1.