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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein nahtloses Rohr aus martensitischem
Stahl, das für
Tiefbohrlochrohre verwendet wird und eine ausgezeichnete Entzunderungseigenschaft
und eine ausgezeichnete maschinelle Bearbeitbarkeit besitzt.
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Technischer
Hintergrund
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Martensitische
rostfreie Stähle,
die nach SUS 410, SUS 420 und dergleichen der JIS (Japanese Industrial
Standards) definiert sind, besitzen eine hohe Festigkeit und selbst
in einer CO2 enthaltenden korrosiven Umgebung
eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, weshalb sie als Werkstoffe
für nahtlose
Stahlrohre wie etwa Tiefbohrlochrohre, Leitungsrohre, Rohre für Erdwärmequellenrohre
und dergleichen verwendet worden sind.
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Das
nahtlose Stahlrohr wird im Allgemeinen in einem Schrägwalzverfahren
wie etwa dem Mannesmann-Stopfenwalzwerkprozess und dem Mannesmann-Dornziehprozess,
einem Heißfließpressverfahren
wie etwa dem Ugine-Sejournet-Prozess oder einem Heißpressverfahren
wie etwa dem Erhart-Warmziehprozess hergestellt. Bekannterweise sollte
neben dem Niedrighalten des Cr-Äquivalents
[Cr
+ 4 Si – (22
C + 0,5 Mn + 1,5 Ni + 30 N)] eines Stahls S (Schwefel) reduziert
werden, um Oberflächenmängel wie
etwa Risse und Ansätze
(oder Überwalzungen),
die sich möglicherweise
aus diesen Heißverarbeitungen
ergeben, zu verhindern.
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Bei
Tiefbohrlochrohren und dergleichen ist es häufig der Fall, dass jedes der
Rohre an beiden Enden mit Verbindungsschrauben versehen ist. Der martensitische
rostfreie Stahl besitzt ursprünglich
einen großen
Schnittwiderstand, wobei der Stahl, dessen S-Gehalt, wie oben beschrieben
worden ist, reduziert ist, in gleicher Weise wie austenitische rostfreie
Stähle
möglicherweise
bei der Zerspanarbeit ein Ergreifen durch ein Schneidwerkzeug erfährt. Dies führt zu einer
kürzeren
Lebensdauer des Schneidwerkzeugs und setzt die Produktivität stark
herab.
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Die
Veröffentlichung
der ungeprüften
Patentanmeldung Sho-52-127423 offenbart einen in der Bearbeitbarkeit
ausgezeichneten martensitischen rostfreien Stahl, der 0,003 bis
0,40% eines Seltenerdelements enthält. Jedoch hat nach dem Testergebnis
der Erfinder das Seltenerdelement keine Wirkung auf das Verbessern
der Bearbeitbarkeit und erhöht überdies
die Einschlüsse
in dem Stahl, die vor allem die Qualität des Gewindeabschnitts herabsetzen.
In diesem Stahl ist S (Schwefel) auf Grund dessen, dass er die Korrosionsbeständigkeit
und die Heißverarbeitbarkeit
herabsetzt, auf höchstens
0,03% begrenzt. Außerdem
ist die Heißverarbeitbarkeit
ausschließlich
infolge der während
des Walzens des Stahls zu einer Platte erzeugten Ansätze lediglich
geschätzt,
wobei es nicht klar ist, ob die Heißverarbeitbarkeit zum Formen
eines nahtlosen Stahlrohrs ausreichend ist oder nicht.
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Die
Veröffentlichung
der ungeprüften
Patentanmeldung Hei-5-43988 offenbart einen martensitischen rostfreien
Stahl, der 13,0 bis 17,0% Cr und optional höchstens etwa 0,5% S (vorzugsweise
0,1 bis 0,5, um die Bearbeitbarkeit zu verbessern) enthält. Jedoch
enthält
dieser Stahl etwa 1,5 bis 4,0% Cu. Da Cu eine Komponente ist, die
die Heißverarbeitbarkeit von
Stahl wesentlich verschlechtert, ist ein solcher Stahl, der eine
große
Menge an Cu enthält,
kein geeigneter Werkstoff zum Erzeugen des nahtlosen Stahlrohrs
durch das Schrägwalzverfahren
oder dergleichen.
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Die
Veröffentlichung
der ungeprüften
Patentanmeldung Hei-9-143629 offenbart eine Erfindung eines Werkstoffrohrs
für Stahlrohr-Gelenkkupplungen,
in dem 0,005 bis 0,050% S sowie 5,0 bis 20,0% Cr enthalten sind,
um so für
ein "Mn/S" von 35 bis 110 so
sorgen. Bei dieser Erfindung wird auf Grund der Erkenntnis, dass
ein nahtloses Rohr aus Cr-Stahl
mit einem hohen S-Gehalt nach dem Schrägwalzverfahren wie etwa den
Mannesmann-Prozessen infolge seiner geringen Heißverarbeitbarkeit nicht erzeugt werden
kann, der Heißschmiedeprozess
angewandt, um das obige Werkstoffrohr für Kupplungen zu erzeugen. Das
heißt,
dass das in der Veröffentlichung offenbarte
Werkstoffrohr ein kurzes Rohr ist, das durch einen Heißschmiedeprozess
erzeugt wird. Außerdem
ist in dem Anspruch der Veröffentlichung,
obwohl der Al-Gehalt mit 0,010 bis 0,035% definiert ist, der wirkliche
Al-Gehalt unklar, da es keine Beschreibung des Al-Gehalts des Stahls
durch Beispiele gibt. Da Al Oxidverbindungen erzeugt, die Al2O3 enthalten, das
hart ist und einen hohen Schmelzpunkt besitzt, beschleunigt es den
Verschleiß an
Schneidwerkzeugen, wobei es im Allgemeinen erforderlich ist, den Al-Gehalt
zu begrenzen oder die Oxidzusammensetzung durch andere Komponenten
wie etwa Ca zu steuern. Jedoch werden diese in der Erfindung dieser Veröffentlichung
nicht in Betracht gezogen.
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In
Bezug auf Tiefbohrlochrohre aus rostfreiem 13Cr-Stahl (martensitischem
rostfreiem Stahl) fordern die API-(American Petroleum Institute)-Standards "keine Schale an einer
inneren Oberfläche
des Rohrs". Bei
dem rostfreien 13Cr-Stahl ist es schwierig, eine Schale gleichmäßig zu entfernen.
Insbesondere ein schwefelarmer martensitischer rostfreier Stahl
besitzt infolge der hohen Adhäsion
zwischen der Schale und der Oberfläche des Stahls eine geringe
Entzunderungseigenschaft, weshalb die Schale dazu neigt, an der
Oberfläche
bestehen zu bleiben.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist angepackt worden zum Zweck der Verbesserung
der Bearbeitbarkeit und der Entzunderungseigenschaft von nahtlosem
Rohr aus martensitischem rostfreiem Stahl unter Aufrechterhaltung
seiner ihm eigenen mechanischen Eigenschaft und Korrosionsbeständigkeit.
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Die
Erfindung haben die Bearbeitbarkeit und die Entzunderungseigenschaft
von martensitischem rostfreiem Stahl unter Aufrechterhaltung seiner grundlegenden
Eigenschaften stark verbessert, indem sie Legierungselemente und
deren Gehalt, aus denen sich der martensitische rostfreie Stahl
zusammensetzt, am geeignetsten gewählt haben.
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Wie
oben beschrieben worden ist, ist in dem martensitischen rostfreien
Stahl der S-Gehalt bisher so stark wie möglich eingeschränkt worden,
um die Heißverarbeitbarkeit
zu verbessern. Jedoch kann nach dem Ergebnis der näheren Untersuchungen
der Erfinder ein optimaler Gehalt an S nicht nur eine verbesserte
Bearbeitbarkeit ergeben, sondern auch die Entzunderungseigenschaft
des Stahls verbessern. Zum anderen kann der Verschlechterung der
Heißverarbeitbarkeit
und der damit verbundenen Schwierigkeit bei der Produktion von nahtlosen
Rohren (des Problems, dass während
des Schrägwalzens
durch Lochen Risse und Ansätze
auftreten) durch Verbessern von Rohrfertigungstechniken begegnet
werden. Beispielsweise macht es das Andrehen bei geringer Verkleinerung
der Walzrille oder das Andrehen durch ein Schrägwalzwerk mit konischen Walzen,
das von dem Anmelder entwickelt worden ist, möglich, durch das Schrägwalzverfahren
ein nahtloses Stahlrohr hoher Qualität, das den herkömmlichen
nahtlosen Stahlrohren aus S-armem Stahl gleichwertig ist, herzustellen.
Ferner kann eine Verbesserung der Werkstoffqualität, d. h.
eine Verbesserung der Heißverarbeitbarkeit,
auch durch Hinzufügen
von B (Bor) erreicht werden.
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Das
Niedrighalten des Al-Gehalts oder das Hinzufügen einer geeigneten Menge
an Ca kann die Wirkung des Verbesserns der Bearbeitbarkeit durch Hinzufügen einer
geeigneten Menge an S weiter verstärken.
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Die
Lösung
ist durch die Ansprüche
angegeben.
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"Martensitischer rostfreier
Stahl" bedeutet hier
einen Stahl, dessen Hauptstruktur martensitisch ist, wobei kleine
Mengen (von bis zu etwa 5% nach Flächenrate) einer anderen Struktur
wie etwa Ferrit, Bainit, Perlit hinzugemischt sein können.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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Die 1 und 2 sind
Tabellen, die die in einem Test verwendeten jeweiligen chemischen
Zusammensetzungen von Stahl zeigen.
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Die 3 und 4 sind
Tabellen, die die Ergebnisse von verschiedenen Tests zeigen.
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Beste Art
und Weise der Ausführung
der Erfindung
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Das
nahtlose Rohr aus martensitischem rostfreiem Stahl der vorliegenden
Erfindung besitzt wegen der Synergie der oben beschriebenen jeweiligen
Komponenten insgesamt ausgezeichnete Eigenschaften als nahtlose
Stahlrohre. Die einzelne Wirkung der Komponenten ist wie folgt.
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C
(Kohlenstoff) kann die Festigkeit von Stahl erhöhen. Um eine solche Wirkung
zu erzielen, ist ein C-Gehalt von mindestens 0,025% erforderlich.
Andererseits verschlechtern mehr als 0,22% C die Korrosionsbeständigkeit
von Stahl und lassen das Auftreten von Rissen während des Abschreckens zu.
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Cr
(Chrom) ist eine Hauptkomponente von Stahl für das Steigern der Korrosionsbeständigkeit. Insbesondere
verbessern 10,5% oder mehr Cr die Beständigkeit gegen Grübchenkorrosion
und Risskorrosion und steigern ferner die Korrosionsbeständigkeit
in einer CO2 enthaltenden Umgebung wesentlich.
Andererseits lassen mehr als 14% an Gehalt das Erzeugen von δ-Ferrit während Bearbeitungen
unter Hochtemperatur zu, weil Chrom ein Element ist, das Ferrit
bildet, was zu einer verschlechterten Heißverarbeitbarkeit führt. Außerdem führt eine übermäßige Menge
an Chrom zu vermehrtem Ferrit in dem Stahl und verschlechtert dadurch
die Festigkeit des Stahls nach der Wärmebehandlung (der weiter unten
beschriebenen Anlassbehandlung), die eine Beständigkeit gegen Spannungskorrosion
und Rissbildung gewährleistet.
Aus diesen Gründen
wurde der Chromgehalt im Bereich von 10,5 bis 14% definiert.
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Si
(Silicium) ist ein Element, das als Desoxidator erforderlich ist,
um Sauerstoff, der die Heißverarbeitbarkeit
verschlechtert, zu entfernen. Wenn der Gehalt kleiner als 0,16%
ist, ist die desoxidierende Wirkung unzureichend und wird keine
Verbesserung der Heißverarbeitbarkeit
erzielt. Andererseits führt eine übermäßige Menge
an Si zu einer verschlechterten Zähigkeit des Stahls. Somit wird
die Obergrenze des Si-Gehalts mit 1,0% definiert.
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Mn
(Mangan) ist ebenfalls ein Element, das bei der Stahlerzeugung erforderlich
ist und dazu beiträgt,
die Festigkeit des Stahls zu erhöhen.
Mn stabilisiert außerdem
den Schwefel in dem Stahl als MnS und erhöht die Heißverarbeitbarkeit. Bei einem
Mangangehalt von weniger als 0,05% ist die desoxidierende Wirkung
unzureichend und führt
zu einer geringen Wirkung der Verbesserung der Heißverarbeitbarkeit.
Da jedoch ein übermäßiger Mangangehalt
zu einer verschlechterten Zähigkeit
des Stahls führt,
sollte die Obergrenze mit 1,0% definiert werden. Hinsichtlich der Wichtigkeit
der Zähigkeit
wird der Mn-Gehalt vorzugsweise so niedrig wie möglich gewählt, beispielsweise zu höchstens
0,30% im Bereich von mindestens 0,05%.
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Al
(Aluminium) ist als Desoxidator von Stahl wirksam. Somit wird dem
Stahl der vorliegenden Erfindung, falls erforderlich, Al hinzugefügt. Da jedoch Aluminium
Oxidverbindungen erzeugt, die zumeist hartes Al2O3 mit hohem Schmelzpunkt umfassen, das den
Verschleiß an
Schneidwerkzeugen beschleunigt, ist sein Gehalt vorzugsweise so
klein wie möglich.
Außerdem
verschlechtert eine übermäßige Menge
an Aluminium die Reinheit von Stahl und ein Verstopfen einer eingetauchten
Düse während fortdauernden
Gießens.
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Aus
den obigen Gründen
muss der Gehalt von Aluminium, wenn solches zugesetzt wird, auf höchstens
0,05% begrenzt werden. Es ist empfehlenswert, Aluminium nicht unbedingt
hinzuzufügen und
seinen Gehalt auf höchstens
0,01% oder stärker bevorzugt
auf höchstens
0,005% zu begrenzen. Im Fall eines Stahls, der Kalzium enthält, kann
der Aluminiumgehalt in einem relativ hohen Bereich von höchstens
0,05% gewählt
werden, da Kalziumoxid Oxidverbindungen mit niedrigem Schmelzpunkt
in Zusammenwirkung mit den Oxiden von Aluminium, Silicium, Mangan
und dergleichen bildet und dadurch die nachteilige Wirkung von Aluminium
ausgleicht.
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N
(Stickstoff) kann mit bis zu 0,100% enthalten sein, da er das Chromäquivalent
reduziert und dadurch die Heißverarbeitbarkeit
verbessert. Jedoch verschlechtern mehr als 0,100% N die Zähigkeit
von Stahl. Obwohl N nicht unbedingt hinzugefügt werden muss, wird sein Gehalt
vorzugsweise im Bereich von 0,020 bis 0,100% gewählt, wenn erwartet wird, dass er
die Verfestigung und die Verbesserung der Heißverarbeitbarkeit des Stahls
bewirkt.
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Im
Allgemeinen ist S (Schwefel) bisher bei martensitischen rostfreien
Stählen
als Verunreinigung betrachtet worden; die die Heißverarbeitbarkeit herabsetzt
und so weit wie möglich
begrenzt werden sollte. Im Gegensatz dazu wird Schwefel in der vorliegenden
Erfindung ausdrücklich
verwendet. Wenn jedoch B und/oder Ca, die weiter unten erwähnt werden,
nicht hinzugefügt
werden, bewirken mehr als 0,015% an Schwefel eine starke Verschlechterung der
Heißverarbeitbarkeit.
Deshalb ist es in dem Fertigungsprozess von nahtlosen Rohren auch
unter verbesserten Fertigungsbedingungen schwierig, das Auftreten
von Ansätzen
während
des Schrägwalzens durch
Lochen durch ein Schrägwalzwerk
zu verhindern.
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In
der Grenzfläche
zwischen der Schale und dem Substrat konzentriert sich, nachdem
der Stahl zu einem Rohr verarbeitet worden ist, Schwefel, so dass
die Möglichkeit
zum Entfernen der Schale an der äußeren und
der inneren Oberfläche
(Entzunderungseigenschaft) stark erhöht ist. Somit wird der S-Gehalt im Bereich
von 0,004 bis 0,015% definiert. Wenn sowohl B als auch Ca hinzugefügt werden, wird
die Obergrenze von S auf bis zu 0,018% erweitert.
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P
(Phosphor) ist eine Verunreinigung von Stahl, wobei ein hoher Gehalt
an diesem die Zähigkeit
von Stahlrohrprodukten herabsetzt. Die zulässige Obergrenze beträgt 0,020%,
um die Zähigkeit
zu gewährleisten,
wobei sie vorzugsweise so niedrig wie möglich, im Bereich von höchstens
0,020% und spezifisch von höchstens
0,018%, gehalten wird.
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B
(Bor) ist wirksam, um zu verhindern, dass sich die Heißverarbeitbarkeit
infolge der Korngrenzensegregation von Schwefel in Stahl verschlechtert. Es
besitzt auch eine Wirkung darauf, die Kristallkörner fein zu machen, so dass
die Zähigkeit
erhöht
und der Schmelzpunkt von Oxidverbindungen gesenkt wird. Somit kann
Bor, falls erforderlich, hinzugefügt werden, Wenn B hinzugefügt wird,
wird sein Gehalt vorzugsweise im Bereich von mindestens 0,0002% gewählt, um
die oben genannten Wirkungen sicherzustellen. Jedoch führen mehr
als 0,0050% Bor zu einer Ausscheidung von Carbid an Korngrenzen
und verschlechtert möglicherweise
die Korrosionsbeständigkeit
des Stahls. Somit wird die Obergrenze mit 0,0050% definiert.
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Kalzium
verbindet sich mit Schwefel und O(Sauerstoff), um ein Sulfid (CaS)
und ein Oxid (CaO) zu erzeugen, wobei diese dann die harten Oxidverbindungen
mit hohem Schmelzpunkt (Al2O3-MnO-SiO2-Oxide) in weiche Oxidverbindungen mit niedrigem
Schmelzpunkt verwandeln, die die Bearbeitbarkeit von Stahl verbessern.
Diese Wirkungen werden entfaltet, wenn der Kalziumgehalt im Bereich
von mindestens 0,0005% liegt, jedoch reduziert ein übermäßiger Kalziumgehalt
den Schwefel, der sich in der Grenzfläche zwischen der Schale und dem
Substrat konzentriert, was zu einer verschlechterten Möglichkeit,
des Entfernens der Schale (Entzunderungseigenschaft) führt. Das übermäßige Kalzium
führt außerdem zu
Einschlüssen
an dem Stahlprodukt nach der Heißverarbeitung. Bei Aufsummierung
dieser Wirkungen von Kalzium sollte, wenn solches hinzufügt wird,
sein Gehalt im Bereich von 0,0005 bis 0,005% definiert werden. Eine
Kalziumhinzufügung
ist ebenso wie bei dem oben erwähnten Bor
nicht immer notwendig.
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V
(Vanadium) trägt
dazu bei, die Festigkeit von Stahl durch seine Ausscheidungshärtungswirkung
zu erhöhen.
Es dient außerdem
zum Verbessern der Bearbeitbarkeit durch Senken des Schmelzpunktes
der Oxidverbindungen. Somit kann Vanadium nach Bedarf hinzugefügt werden.
Wenn V hinzugefügt
wird, sollte der Vanadiumgehalt jedoch auf bis zu 0,25% begrenzt
werden, da übermäßiges Vanadium
die Zähigkeit
des Stahls verschlechtert. Der Vanadiumgehalt sollt vorzugsweise
im Bereich von 0,12 bis 0,18% gewählt werden, wenn ein Produkt
mit einer hohen Festigkeit gefordert wird.
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Ni
(Nickel) ist ein Element, das zu einem gewissen Maß aus Ausschüssen und
dergleichen während
der Stahlherstellung in den Stahl gemischt wird. Bei der vorliegenden
Erfindung kann Ni ebenfalls als unvermeidliche Verunreinigung im
Bereich von höchstens
0,06%, wie in JIS definiert ist, enthalten sein. Jedoch erhöht Nickel
die Adhäsion
der Schale und verschlechtert die Entzunderungseigenschaft. Diese
nachteilige Wirkung wird stark, wenn der Nickelgehalt mehr als 0,2%
beträgt,
weshalb dieser vorzugsweise auf höchstens 0,2% begrenzt wird. Ferner
wird der Nickelgehalt stärker
bevorzugt auf höchstens
0,1% begrenzt, weil in dem Nickel enthaltenden Stahl, wenn er in
einer Sulfid enthaltenden Umgebung verwendet wird, möglicherweise
eine Rissbildung durch Sulfid-Spannungskorrosion
entsteht.
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O
(Sauerstoff) ist in Stahl als unvermeidliche Verunreinigung enthalten.
Sauerstoff verbindet sich mit Chrom, Aluminium, Silicium, Mangan,
Schwefel und dergleichen, um Oxide zu bilden. Obwohl diese Oxide
die Bearbeitbarkeit und die mechanische Eigenschaft beeinflussen,
tritt bei der vorliegenden Erfindung jenes Problem auch dann, wenn
der Sauerstoffgehalt in einem so hohen Bereich (von 10 bis 200 ppm)
liegt, wie er normalerweise durch den herkömmlichen Frischprozess für rostfreien
Stahl erreicht wird, nicht auf.
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Wie
oben beschrieben worden ist, kann die Obergrenze von S, wenn entweder
B oder Ca hinzugefügt
wird, auf 0,018% erweitert werden. Dies bedeutet, dass vermehrter
Schwefel die Bearbeitbarkeit und die Entzunderungseigenschaft des
Stahls unter Aufrechterhaltung einer ausreichenden Heißverarbeitbarkeit
weiter verbessert.
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Obwohl
der rostfreie Stahl der vorliegenden Erfindung irgendeine andere
Struktur, die oben nicht beschrieben ist, vermengen kann, ist dieser
rostfreie Stahl im Wesentlichen aus einer martensitischen Struktur
zusammengesetzt. Diese Struktur und eine vorgegebenen mechanische
Eigenschaft können
erreicht werden, indem der Stahl, nachdem er zu einem Produkt (nahtlosen
Stahlrohr) verarbeitet worden ist, beispielsweise der folgenden
Wärmebehandlung
unterzogen wird.
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Abschrecken:
Erhitzen bei 920 bis 1050°C für etwa 20
Minuten und danach Luftabschrecken (Luftkühlung oder Fremdluftkühlung),
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Anlassen:
Erhitzen bei 625 bis 750°C
für etwa
30 Minuten und danach Luftkühlung.
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Beispiel
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Es
wurden drei Walzblöcke
(Außendurchmesser:
191 mm), jeweils aus Stahl mit der in den 1 und 2 gezeigten
chemischen Zusammensetzung vorbereitet. Diese Walzblöcke wurden
bei 1230°C
erhitzt und dann mit 6,5% relativer Reduktion vor der Stopfennase
durch ein Schrägwalzwerk
mit einem Schrägwinkel
von 10° gewalzt.
Jede erhaltene Hohlschale wurde durch eine Dornziehwalze extraktionsgewalzt,
nochmals erhitzt und durch einen Spannungsabschwächer auf eine feste Größe gewalzt,
um nahtlose Stahlrohre mit einem Außendurchmesser von 73,0 mm,
einer Wandstärke
von 5,51 mm und einer Länge
von 9700 mm zu erzeugen. Aus jedem Walzblock wurden fünf Stahlrohre
erzeugt. Somit wurden aus jedem Stahl mit den in den 1 und 2 gezeigten
jeweiligen Zusammensetzungen fünfzehn
Probestahlrohre erhalten.
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Die
oben genannten Rohre wurden bei einer "980°C × 20 Minuten – Luftkühlung" dem Abschrecken
und unter der folgenden Bedingung dem Anlassen unterzogen.
80-ksi-Grad-Rohre
(YS: 600 bis 620 MPa, TS: 745 bis 780 MPa)
––– 720°C × 30 Minuten – Luftkühlung
95-ksi-Grad-Rohre
(YS: 680 bis 700 MPa, TS: 830 bis 850 MPa)
––– 700°C × 30 Minuten – Luftkühlung
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Die
Struktur war nach der Wärmebehandlung
aller Probestahlrohre im Wesentlichen vergütet martensitisch. An jedem
erhaltenen Rohr wurden die folgenden Tests (oder Untersuchungen)
durchgeführt.
Die Testergebnisse sind in den 3 und 4 gezeigt.
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1. Untersuchung des Mängelzustands
(Ansätze)
an inneren und äußeren Oberflächen.
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Die
Mängel
wurden sichtgeprüft.
Die Fälle,
in denen mindestens 8 Rohre (von den fünfzehn Rohren) irgendeine Reparatur
benötigten,
um Ansätze
zu entfernen, oder nach den Reparaturen mindestens 2 Rohre nicht
als handelsübliche
Produkte verwendet werden konnten, sind durch eine Markierung X
angegeben, während
die anderen Fälle
durch eine Markierung O angegeben sind.
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2. Entzunderungstest:
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Die
innere und die äußere Oberfläche jedes Rohrs
wurden durch Saugstrahlputzen mittels Elektrokorundpartikeln (#16)
auf das Sa2-1/2-Niveau
des ISO-Standards entzundert. Die Entzunderungseigenschaft wurde
auf der Grundlage der "Entzunderungswirksamkeit" bewertet, die durch
Berechnen der Anzahl von Rohren, die pro Stunde in Übereinstimmung mit
der während
des oben genannten Entzunderungsvorgangs für ein Rohr verstrichenen Zeit
bearbeitet werden konnten, bestimmt wurde.
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3. Bearbeitbarkeitstest
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In
einem Prozess, der das Anbringen von Sägezahngewinden nach den API-Standards an jedem
Ende der Rohre nach dem Entzundern, das Abstechen des Gewindeabschnitts
für jedes
Gewindeschneiden und das wiederholte Anbringen von Gewinden an jedem
Ende der Rohre umfasste, wurde ein Schneidtest durchgeführt. Als
Schneidwerkzeug wurde eine durch das CVD-Verfahren beschichtete Gewindepatrone
verwendet. Die "Leistung
eines Schneidstahls" wurde
bestimmt, indem die Anzahl von Rohren, die pro Stunde in Übereinstimmung
mit der für
den oben genannten einen Gewindeschneidvorgang benötigten Zeit
geschnitten werden konnten, berechnet wurde. Die Anzahl von Gewindeschneidvorgängen, die
von einem Werkzeug ausgeführt
werden konnten, wurde als "Werkzeuglebenszeit" bestimmt.
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4. Kerbschlagbiegeversuch
nach Charpy
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Es
wurde ein Prüfteil
von 10 mm × 3,3
mm × 55
mm verwendet, das eine 2-mm-V-Kerbe aufwies. Das Prüfteil wurde
in der Längsrichtung
eines Rohrs, das aus jeder Rohrgruppe mit derselben chemischen Zusammensetzung
ausgewählt
wurde, ausgeschnitten. Der Schlagversuch wurde bei 0°C Prüftemperatur
durchgeführt,
wobei die "absorbierte
Energie" und die "Risshaltetemperatur
(vTrs)" bestimmt
wurden.
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Der
in 1 gezeigte Stahl A ist ein herkömmlicher
martensitischer rostfreier Stahl entsprechend SUS 420J2. Die Stähle A1 bis
A3 sind Stähle, wovon
jeder S über
dem Bereich der vorliegenden Erfindung enthält.
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Auf
das Testergebnis in 3 bezogen hatte der herkömmliche
Stahl A keinen Defekt, da er einen niedrigen S-Gehalt von 0,001%
hatte. Jedoch besaß er
eine sehr schlechte Bearbeitbarkeit und eine geringe Entzunderungseigenschaft.
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Zum
anderen wiesen sämtliche
der Rohre, obwohl die Vergleichswerkstoffe A1 bis A3 nach Bearbeitbarkeit
und Entzunderungseigenschaft verbessert waren, Oberflächenmängel auf,
die während
des Rohrherstellungsprozesses auftraten und deshalb Reparaturen
benötigten.
Dies war durch das Auftreten von Ansätzen infolge ihres übermäßigen Gehalts an
S bedingt und konnten trotz Schaffung der oben beschriebenen Andrehbedingungen
nicht vermieden werden.
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Bei
den zu den Gruppen B bis F gehörenden Stählen wiesen
sämtliche
Stähle
gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Bearbeitbarkeit und eine Entzunderungseigenschaft
auf, die jene der Vergleichsstählen
in jeder Gruppe übertraf,
und ergaben keine Mängel
während
des Rohrherstellungsprozesses. Dies bedeutet, dass die Stähle dieser
Erfindung auch eine ausgezeichnete Heißverarbeitbarkeit aufwiesen.
Insbesondere die Stähle,
die Bor enthielten, haben selbst dann, wenn sie einen relativ hohen Schwefelgehalt
haben, keine Oberflächenmängel und
weisen eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit auf. Bei den Stählen, bei
denen der Nickelgehalt auf höchstens
0,2% begrenzt war, ist die Entzunderungseigenschaft im Vergleich
zu den Stählen,
die einen relativ hohen Nickelgehalt aufwiesen, weiter verbessert.
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Wie
aus 3 hervorgeht, lagen die Stähle dieser Erfindung, deren
Schwefelgehalt in einem geeigneten Bereich lag, in den mechanischen
Eigenschaften auf nahezu demselben Niveau wie die herkömmlichen
Stähle
und die Vergleichsstähle
in jeder Gruppe.
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Die
Stähle
in 2 haben einen relativ hohen Aluminiumgehalt, wobei
Stähle
der Gruppe I, der Gruppe J und der Gruppe K Kalzium enthalten. Die Testergebnisse
dieser Probeelemente sind in 4 gezeigt.
Aus 4 geht hervor, dass die Stähle der Gruppen G und H in
der Bearbeitbarkeit etwas schlechter als die oben beschriebenen
Stählen
mit niedrigerem Aluminiumgehalt abschnitten. Jedoch besaßen die
Stähle
der Gruppen I bis K, die Kalzium enthielten, unabhängig von
dem hohen Aluminiumgehalt eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit.
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Die
Stähle
in der Gruppe F in 1 und der Gruppe K in 2 sind
hochfeste Stähle
(95 ksi-Grad), die Vanadium enthalten. Wie in den 3 und 4 gezeigt
ist, besaßen
sie eine etwas geringere Zähigkeit,
jedoch eine Bearbeitbarkeit, der besser als jene der Stähle war,
die kein Vanadium enthielten.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Wie
in dem Beispiel gezeigt ist, ist der in dem nahtlosen Rohr verwendete
Stahl der vorliegenden Erfindung dem herkömmlichen martensitischen rostfreien
Stahl in der Bearbeitbarkeit und der Entzunderungseigenschaft deutlich überlegen.
Außerdem
besitzt er im Wesentlichen die gleiche Heißverarbeitbarkeit wie jene
des Stahls mit dem niedrigen S-Gehalt, wobei während des Rohrherstellungsprozesses
keine Oberflächenmängel auftreten.
Dieser Stahl ist wegen seiner mechanischen Eigenschaften und seiner Korrosionsbeständigkeit,
die zu jenen von herkömmlichen
martensitischen rostfreien Stählen
gleichwertig sind, für
Werkstoffe von nahtlosen Stahlrohren sehr nützlich.