Мартенситная хромсодержащая сталь и трубы, применяемые в нефтяной промышленности
Изобретение относится к области металлургии, а именно к мартенситной хромсодержащей стали. Сталь имеет химический состав, содержащий, мас.%: C: не больше чем 0,10, Si: от 0,05 до 1,00, Mn: от 0,1 до 1,0, Cr: от более чем 8 до 12, V: от 0,01 до 1,0, растворенный Al: от 0,005 до 0,10, N: не больше чем 0,100, Nb: от 0 до 1, Ti: от 0 до 1, Zr: от 0 до 1, B: от 0 до 0,01, Ca: от 0 до 0,01, Mg: от 0 до 0,01, редкоземельный металл (REM): от 0 до 0,50, дополнительно Mo: от 0 до 2 и/или W: от 0 до 4, остальное Fe и примеси. В качестве примесей химический состав содержит, мас.%: P: не больше чем 0,03, S: не больше чем 0,01, Ni: не больше чем 0,5 и O: не больше чем 0,01. Эффективное количество Cr, определяемое выражением: Эффективное количество Cr=Cr-16,6×C, составляет не меньше чем 8 мас.%, а молибденовый эквивалент, определяемый выражением: Молибденовый эквивалент=Mo+0,5×W, составляет от 0,03 до 2 мас.%. Сталь имеет микроструктуру, содержащую от 0 до 5 об.% феррита, от 0 до 5 об.% аустенита, остальное - мартенсит отпуска, в которой размер зерна предшествующего аустенита составляет не менее 8,0 в соответствии со стандартом ASTM E112. Сталь имеет предел текучести, составляющий от 379 до менее чем 551 МПа, а степень зернограничной сегрегации, определяемая как отношение максимального содержания на границах зерна к среднему содержанию внутри зерна Mo или W при содержании любого одного из Mo и W или определяемая как среднее из отношений максимального содержания на границах зерна к среднему содержанию внутри зерна каждого элемента, при содержании обоих элементов Mo и W, составляет не менее 1,5. Сталь обладает высокой коррозионной стойкостью, устойчивостью к сульфидному растрескиванию под напряжением и устойчивостью к межкристаллитному растрескиванию, вызываемому водородом. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 табл.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001]
Настоящее изобретение относится к хромсодержащей стали и стальной трубе и, более конкретно, к мартенситной хромсодержащей стали и трубным изделиям, применяемым в нефтяной промышленности.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002]
Используемый в настоящем документе термин «трубные изделия, применяемые в нефтяной промышленности», относится к стальным трубам для нефтяных скважин, например описанным в колонке определения № 3514 японского промышленного стандарта JIS G 0203 (2009). В частности, «трубные изделия, применяемые в нефтяной промышленности» (в дальнейшем сокращенно упоминаемые как ТИНП) означают общий термин для труб и трубных продуктов, таких как обсадные трубы, насосно-компрессорные трубы и бурильные трубы, которые используются в бурении нефтяных скважин или газовых скважин и при добыче сырой нефти или природного газа.
[0003]
Поскольку скважины с малоагрессивной средой (нефтяные скважины и газовые скважины) были исчерпаны, была начата разработка скважин с высокой коррозийностью (в дальнейшем называемых скважинами с высокоагрессивной средой). Скважины с высокоагрессивной средой содержат большое количество коррозионно-активных веществ. Примеры коррозионно-активных веществ включают в себя коррозионно-активные газы, такие как сероводород и газообразная двуокись углерода, и т.п. Сероводород вызывает сульфидное растрескивание под напряжением (в дальнейшем называемое СРН) в высокопрочных и низколегированных ТИНП. С другой стороны, газообразная двуокись углерода ухудшает устойчивость стали к коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода. Следовательно, для использования в скважинах с высокоагрессивной средой от ТИНП требуются высокая устойчивость к СРН и высокая устойчивость к коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода.
[0004]
Известно, что хром (Cr) эффективен для улучшения устойчивости стали к коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода. Следовательно, в скважинах, содержащих большое количество газообразной двуокиси углерода, в зависимости от парциального давления и температуры газообразной двуокиси углерода используются мартенситные нержавеющие стали, содержащие около 13 мас.% Cr, типичным примером которых являются сталь API L80 13Cr (обычная сталь 13Cr) или суперсталь 13Cr, дуплексные нержавеющие стали и т.п.
[0005]
Однако в мартенситной нержавеющей стали и в дуплексной нержавеющей стали СРН, приписываемое сероводороду, вызывается при более низком парциальном давлении (например, не более 0,1 атм) по сравнению с низколегированной сталью. Следовательно, эти нержавеющие стали не являются подходящими для использования в окружающей среде, содержащей большое количество сероводорода (например, в такой окружающей среде, в которой парциальное давление сероводорода составляет не менее 1 атм).
[0006]
Японская опубликованная патентная заявка № 2000-63994 (Патентный документ 1) и японская опубликованная патентная заявка № 07-76722 (Патентный документ 2) предлагают сталь, которая обладает превосходной устойчивостью к коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода, а также устойчивостью к СРН.
[0007]
Патентный документ 1 описывает следующие особенности относительно трубы из хромсодержащей стали для нефтяных скважин. Труба из хромсодержащей стали для нефтяных скважин состоит из C: не больше чем 0,30 мас.%, Si: не больше чем 0,60 мас.%, Mn: от 0,30 мас.% до 1,50 мас.%, P: не больше чем 0,03 мас.%, S: не больше чем 0,005 мас.%, Cr: от 3,0 мас.% до 9,0 мас.%, и Al: не больше чем 0,005 мас.%, с остатком, представляющим собой Fe и неизбежные примеси. В дополнение труба из хромсодержащей стали для нефтяных скважин имеет предел текучести класса 80 тысяч фунтов на кв.дюйм (от 551 до 655 МПа).
[0008]
Патентный документ 1 также описывает, что вышеописанная труба из хромсодержащей стали для нефтяных скважин показывала скорость коррозии не больше чем 0,100 мм/год в тесте коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода при парциальном давлении газообразной двуокиси углерода 1 МПа и температуре 100°C. В дополнение Патентный документ 1 описывает, что в тесте постоянной нагрузки, соответствующем способу А стандарта NACE-TM0177-96, вышеописанная стальная труба не показала СРН под приложенным давлением 551 МПа в тестовом растворе А (значение pH 2,7).
[0009]
Патентный документ 2 описывает следующие особенности относительно способа производства мартенситной нержавеющей стали для ТИНП. Готовится сталь, состоящая главным образом из мартенсита и содержащая C: от 0,1 мас.% до 0,3 мас.%, Si: менее 1,0 мас.%, Mn: от 0,1 мас.% до 1,0 мас.%, Cr: от 11 мас.% до 14 мас.%, и Ni: менее 0,5 мас.%. Эта сталь нагревается до температуры между точкой Ac3 и точкой Ac1, и после этого охлаждается до точки Ms или ниже. После этого сталь нагревается до температуры не больше чем точка Ac1, а затем охлаждается до температуры окружающей среды. Этот способ производства выполняет термическую обработку двойной области между обработками закалкой и отпуском. Сталь, произведенная с помощью этого способа производства, имеет низкий предел текучести, не более 50 кгс/мм2 (490 МПа, 71,1 тысяч фунтов на кв.дюйм).
[0010]
В большинстве случаев в углеродистой стали и низколегированной стали чем ниже прочность, тем более превосходным является сопротивление сульфидному растрескиванию под напряжением, и считается, что то же самое относится и к случаю мартенситных нержавеющих сталей. С помощью обычного способа термической обработки стали (способа выполнения нормализации и отпуска) невозможно получить предел текучести стали не более 556-0 кгс/мм2 (5395-88 МПа, 78,28-5,3 тысяч фунтов на кв.дюйм). В отличие от этого способом производства в соответствии с Патентным документом 2, который включает термическую обработку в двойной области, можно получить низкий предел текучести. Таким образом, Патентный документ 2 описывает, что полученная с помощью этого способа производства сталь обладает превосходной устойчивостью к СРН и устойчивостью к коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода.
СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРА
[0011]
Патентный документ 1: Японская опубликованная патентная заявка № 2000-63994.
Патентный документ 2: Японская опубликованная патентная заявка № 07-76722.
НЕПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРА
[0012]
Непатентный документ 1: Takahiro Kushida and Takeo Kudo, «Hydrogen Embrittlement in Steels from Viewpoints of Hydrogen Diffusion and Hydrogen Absorption», Materia, The Japan Institute of Metals and Materials, Vol. 33, No. 7, p. 932-939, 1994.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0013]
Труба из хромсодержащей стали для нефтяных скважин в соответствии с Патентным документом 1 обладает высоким пределом текучести. Следовательно, она может иметь более низкую устойчивость к СРН. В дополнение эта хромсодержащая сталь для нефтяных скважин имеет низкое содержание хрома. Следовательно, она может иметь недостаточную устойчивость к коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода.
[0014]
Труба из мартенситной нержавеющей стали в соответствии с Патентным документом 2 содержит мартенсит высокотемпературного отпуска или рекристаллизованный феррит, а также мартенсит, имеющий высокое содержание углерода. Эти структуры обладают различной прочностью. По этой причине устойчивость к коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода может быть низкой.
[0015]
Задачей настоящего изобретения является обеспечение мартенситной хромсодержащей стали, которая имела бы превосходную устойчивость к коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода и превосходную устойчивость к СРН.
[0016]
Химический состав мартенситной хромсодержащей стали в соответствии с настоящим изобретением содержит Si: от 0,05 мас.% до 1,00 мас.%, Mn: от 0,1 мас.% до 1,0 мас.%, Cr: от 8 мас.% до 12 мас.%, V: от 0,01 мас.% до 1,0 мас.%, растворенный Al: от 0,005 мас.% до 0,10 мас.%, N: не более 0,100 мас.%, Nb: от 0 до 1 мас.%, Ti: от 0 до 1 мас.%, Zr: от 0 до 1 мас.%, B: от 0 мас.% до 0,01 мас.%, Ca: от 0 мас.% до 0,01 мас.%, Mg: от 0 мас.% до 0,01 мас.%, и редкоземельный металл (REM): от 0 мас.% до 0,50 мас.%, а также в дополнение содержит один или более элементов, выбираемых из группы, состоящей из Mo: от 0 мас.% до 2 мас.% и W: от 0 мас.% до 4 мас.%, с остатком, представляющим собой Fe и примеси. Примеси включают в себя C: не больше чем 0,10 мас.%, P: не больше чем 0,03 мас.%, S: не больше чем 0,01 мас.%, Ni: не больше чем 0,5 мас.%, и O: не больше чем 0,01 мас.%. В дополнение эффективное количество Cr, определяемое Формулой (1), составляет не меньше чем 8 мас.%, а молибденовый эквивалент, определяемый Формулой (2), составляет от 0,03 мас.% до 2 мас.%. Микроструктура вышеописанной мартенситной хромсодержащей стали, в которой размер зерна в соответствии со стандартом ASTM E112 предшествующего а устенитного кристалла составляет не менее 8,0, содержит от 0 об.% до 5 об.% феррита и от 0 об.% до 5 об.% аустенита, с остатком, являющимся мартенситом отпуска. Вышеописанная мартенситная хромсодержащая сталь имеет предел текучести от 379 МПа до менее чем 551 МПа, и в которой степень зернограничной сегрегации, которая, когда содержится любой один элемент из Mo и W, определяется как отношение максимального содержания на границах зерна к среднему содержанию внутри зерна данного элемента, а когда содержатся оба элемента Mo и W, определяется как среднее из отношений максимального содержания на границах зерна к среднему содержанию внутри зерна каждого элемента, составляет не менее 1,5:
Эффективное количество Cr=Cr-16,6 × C (1);
Молибденовый эквивалент=Mo+0,5 × W (2),
где символы элементов в Формулах (1) и (2) означают содержания (в мас.%) соответствующих элементов.
[0017]
Мартенситная хромсодержащая сталь по настоящему изобретению обладает превосходной устойчивостью к коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода, а также устойчивостью к СРН.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0018]
Далее будут подробно описаны варианты осуществления настоящего изобретения.
[0019]
Авторы настоящего изобретения провели исследование устойчивости стали к коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода, а также устойчивости стали к СРН, и обнаружили следующее.
[0020]
(A) Для улучшения устойчивости стали к коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода эффективным является содержащийся в твердом растворе в стали хром. В стали, содержащей C и не больше чем 13 мас.% Cr (как, например, вышеописанная сталь Cr и сталь 13Cr), эффективное количество Cr (мас.%), определяемое Формулой (1), представляет собой индикатор устойчивости к коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода в окружающей среде, содержащей газообразную двуокись углерода с высокой температурой, около 100°C:
Эффективное количество Cr=Cr-16,6 × C (1),
где символы элементов в Формуле (1) означают содержания (в мас.%) соответствующих элементов.
[0021]
Содержание Cr в твердом растворе в стали уменьшается в результате образования карбида хрома (Cr23C6). Эффективное количество Cr означает содержание Cr, которое является по существу эффективным для обеспечения устойчивости к коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода.
[0022]
Если эффективное количество Cr, определяемое Формулой (1), составляет не менее 8,0 мас.%, превосходная устойчивость к коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода может быть получена в скважине с высокоагрессивной средой (нефтяной скважине и газовой скважине), имеющей высокую температуру, около 100°C.
[0023]
(B) Устойчивость к СРН мартенситной нержавеющей стали, типичными представителями которой являются сталь Cr и сталь 13Cr, является более низкой, чем у низколегированной стали и углеродистой стали. Считается, что причина этого является следующей. Содержащиеся в твердом растворе легирующие элементы, отличающиеся от Fe, такие как Cr, Mn, Ni и Mo, уменьшают коэффициент D диффузии водорода в стали. Коэффициент D диффузии водорода (м2/с) является индикатором, который показывает легкость диффузии водорода в стали. По мере того как коэффициент D диффузии водорода уменьшается, количество водорода, поглощаемого сталью, увеличивается в окружающей среде, содержащей сероводород, и тем самым становится более вероятным проявление СРН. Сталь содержит некоторое количество водорода, обратно пропорциональное значению коэффициента D диффузии водорода (1/D), в зависимости от окружающей среды. Этот факт раскрывается в Непатентном документе 1.
[0024]
Одним словом, по мере того как содержание твердорастворенного легирующего элемента, такого как Cr, Mn, Ni и Mo, увеличивается, большее количество водорода абсорбируется сталью, так что проявление водородной хрупкости становится более вероятным. Следовательно, устойчивость к СРН стали, содержащей эффективное количество Cr не менее 8,0 мас.%, может быть ухудшена.
[0025]
(C) Содержание Cr должно составлять не более чем 12 мас.% в мартенситной хромсодержащей стали, содержащей эффективное количество Cr не меньше чем 8,0 мас.%. В дополнение содержание Mn, P, S и Ni, которые ослабляют подавление возникновения СРН, должно быть уменьшено, и предел текучести должен быть меньше чем 80 тысяч фунтов на кв.дюйм (551 МПа). В результате будет получена превосходная устойчивость к СРН.
[0026]
(D) Микроструктура должна представлять собой по существу единственную фазу мартенсита отпуска. Это будет улучшать устойчивость к СРН, и в дополнение такая однородная структура облегчает регулирование прочности. Когда феррит и остаточный аустенит присутствуют в микроструктуре, их содержание должно быть соответственно не больше чем 5 об.% и предпочтительно должно быть настолько низким, насколько это возможно.
[0027]
(E) Как и в вышеприведенных пунктах (B)-(D), регулирование содержания Cr, уменьшение прочности и оптимизация микроструктуры являются эффективными для улучшения устойчивости к СРН. Однако было найдено, что, когда сталь, в которой содержание Cr и эффективное количество Cr удовлетворяют вышеописанным характеристикам, используется в окружающей среде, сравнимой со скважиной с высокоагрессивной средой, растрескивание все еще происходит. В результате исследования этой проблемы авторы настоящего изобретения обнаружили, что в вышеописанной стали возникает водородная хрупкость типа межкристаллитного растрескивания, которая не наблюдалась прежде ни в одном обычном материале. Это явление будет в настоящем документе упоминаться как межкристаллитное растрескивание, вызываемое водородом (МКРВВ).
[0028]
Характерными особенностями МКРВВ являются следующие два момента.
(i) Межкристаллитная трещина развивается в длину более чем на 1 мм.
(ii) Межкристаллитное растрескивание происходит и развивается даже без прикладывания какого-либо напряжения.
[0029]
Предполагается, что механизм возникновения МКРВВ является следующим. Сталь, определенная в пунктах (B)-(D), имеет низкую прочность. Следовательно, она, скорее всего, будет поддаваться давлению водорода. В дополнение в стали, определенной в пунктах (B)-(D), содержание Cr является более высоким по сравнению с низколегированной сталью. По этой причине ее коэффициент водородной диффузии является малым, и вероятно поглощение большего количества водорода. В дополнение к этому, в стали, определенной в пунктах (B)-(D), восприимчивость к водородному растрескиванию, которое начинается с осажденного на границах зерна карбида хрома (Cr23C6), увеличивается, а прочность границ зерна уменьшается благодаря зернограничной сегрегации P и S. В результате восприимчивость к водородному растрескиванию в целом увеличивается, и возникновение МКРВВ становится более вероятным.
[0030]
(F) Для того чтобы подавить возникновение МКРВВ, важно, чтобы содержание C в стали составляло не больше чем 0,1 мас.% и чтобы в ней содержалось незначительное количество одного или двух элементов, выбираемых из группы, состоящей из Mo и W (в дальнейшем называемых также аналогами Mo). Считается, что уменьшение содержания C уменьшает количество карбида хрома (Cr23C6), образующегося на границах зерна, который действует как точки инициирования МКРВВ. Также считается, что включение аналогов Mo вызывает сегрегацию аналогов Mo на границах зерна во время отпуска и сегрегированные аналоги Mo подавляют сегрегацию P.
[0031]
(G) Как было описано выше, включение аналогов Mo будет подавлять возникновение МКРВВ, улучшая таким образом устойчивость к СРН. Когда содержание C составляет не более 0,1 мас.% в стали, содержание хрома в которой и эффективное количество хрома удовлетворяют вышеописанным характеристикам, молибденовый эквивалент (%), определяемый нижеописанной Формулой (2), будет служить индикатором устойчивости к МКРВВ и устойчивости к СРН:
Молибденовый эквивалент=Mo+0,5 × W (2),
где символы элементов в Формуле (2) означают содержания (в мас.%) соответствующих элементов.
[0032]
Когда молибденовый эквивалент, определяемый Формулой (2), составляет не менее 0,03 мас.%, возможно подавить возникновение МКРВВ и достичь превосходной устойчивости к СРН. Считается, что такое достижение превосходной устойчивости к СРН можно приписать тому факту, что МКРВВ около поверхности действует в качестве точки инициирования СРН.
[0033]
Аналоги Mo уменьшают коэффициент D диффузии водорода в стали. Однако эффект улучшения устойчивости к СРН, за счет включения аналогов Mo является более значительным, чем эффект ухудшения устойчивости к СРН за счет уменьшения коэффициента D диффузии водорода. Следовательно, когда молибденовый эквивалент составляет не менее 0,03 мас.%, возможно подавить возникновение МКРВВ, достигая при этом превосходной устойчивости к СРН.
[0034]
(H) Может содержаться элемент (например, V), который имеет более сильную способность к образованию карбида, чем хром. В этом случае возникновение МКРВВ будет подавлено. Такой элемент также оказывает эффект образования мелкозернистого карбида, эффект улучшения сопротивления размягчению при отпуске, а также эффект увеличения зернограничной сегрегации аналогов Mo.
[0035]
(I) Уменьшение размера предшествующего аустенитного зерна будет подавлять возникновение МКРВВ. В частности, когда размер зерна в соответствии со стандартом ASTM E112 предшествующего аустенитного кристалла составляет не менее 8,0, возникновение МКРВВ будет подавлено. Уменьшение размера предшествующего аустенитного зерна увеличивает площадь границы зерна, подавляя таким образом накопление водорода. В результате возникновение МКРВВ подавляется.
[0036]
Химический состав мартенситной хромсодержащей стали в соответствии с настоящим изобретением, которое было завершено на основе вышеописанных находок, содержит Si: от 0,05 мас.% до 1,00 мас.%, Mn: от 0,1 мас.% до 1,0 мас.%, Cr: от 8 мас.% до 12 мас.%, V: от 0,01 мас.% до 1,0 мас.%, растворенный Al: от 0,005 мас.% до 0,10 мас.%, N: не более 0,100 мас.%, Nb: от 0 до 1 мас.%, Ti: от 0 до 1 мас.%, Zr: от 0 до 1 мас.%, B: от 0 мас.% до 0,01 мас.%, Ca: от 0 мас.% до 0,01 мас.%, Mg: от 0 мас.% до 0,01 мас.%, и редкоземельный металл (REM): от 0 мас.% до 0,50 мас.%, а также в дополнение содержит один или два элемента, выбираемых из группы, состоящей из Mo: от 0 мас.% до 2 мас.% и W: от 0 мас.% до 4 мас.%, с остатком, представляющим собой Fe и примеси. Примеси включают в себя C: не больше чем 0,10 мас.%, P: не больше чем 0,03 мас.%, S: не больше чем 0,01 мас.%, Ni: не больше чем 0,5 мас.%, и O: не больше чем 0,01 мас.%. В дополнение эффективное количество Cr, определяемое Формулой (1), составляет не меньше чем 8 мас.%, а молибденовый эквивалент, определяемый Формулой (2), составляет от 0,03 мас.% до 2 мас.%. Микроструктура вышеописанной мартенситной хромсодержащей стали содержит от 0 об.% до 5 об.% феррита и от 0 об.% до 5 об.% аустенита, с остатком, представляющим собой мартенсит отпуска, в котором размер зерна в соответствии со стандартом ASTM E112 предшествующего аустенитного кристалла составляет не менее 8,0. Вышеописанная мартенситная хромсодержащая сталь имеет предел текучести от 379 МПа до менее чем 551 МПа, и в который степень сегрегации на границах зерен, которое, когда содержится любой один элемент из Mo и W, определяется как отношение максимального содержания на границах зерна к среднему содержанию внутри зерна данного элемента, а когда содержатся оба элемента Mo и W, определяется как среднее из отношений максимального содержания на границах зерна к среднему содержанию внутри зерна каждого элемента, составляет не менее 1,5.
Эффективное количество Cr=Cr-16,6 × C (1)
Молибденовый эквивалент=Mo+0,5 × W (2)
где символы элементов в Формулах (1) и (2) означают содержания (в мас.%) соответствующих элементов.
[0037]
Химический состав вышеописанной мартенситной хромсодержащей стали может содержать один или более элементов, выбираемых из группы, состоящей из Nb: от 0,01 мас.% до 1 мас.%, Ti: от 0,01 мас.% до 1 мас.%, и Zr: от 0,01 мас.% до 1 мас.%.
[0038]
Химический состав вышеописанной мартенситной хромсодержащей стали может содержать B: от 0,0003 мас.% до 0,01 мас.%.
[0039]
Химический состав вышеописанной мартенситной хромсодержащей стали может содержать один или более элементов, выбираемых из группы, состоящей из Ca: от 0,0001 мас.% до 0,01 мас.%, Mg: от 0,0001 мас.% до 0,01 мас.%, и REM: от 0,0001 мас.% до 0,50 мас.%.
[0040]
ТИНП в соответствии с настоящим изобретением производятся путем использования вышеописанной мартенситной хромсодержащей стали.
[0041]
Далее будет подробно описана мартенситная хромсодержащая сталь в соответствии с настоящим изобретением. Символ «%» в содержании каждого элемента означает «мас.%».
[0042]
[Химический состав]
Химический состав мартенситной хромсодержащей стали в соответствии с настоящим изобретением содержит следующие элементы.
[0043]
Si: от 0,05 мас.% до 1,00 мас.%
Кремний (Si) раскисляет сталь. Если содержание Si является слишком низким, этот эффект не может быть достигнут. С другой стороны, если содержание Si является слишком высоким, происходит насыщение этого эффекта. Следовательно, содержание Si составляет от 0,05 мас.% до 1,00 мас.%. Нижний предел содержания Si предпочтительно составляет 0,06 мас.%, более предпочтительно 0,08 мас.%, и еще более предпочтительно 0,10 мас.%. Верхний предел содержания Si предпочтительно составляет 0,80 мас.%, более предпочтительно 0,50 мас.% и еще более предпочтительно 0,35 мас.%.
[0044]
Mn: от 0,1 мас.% до 1,0 мас.%
Марганец (Mn) увеличивает прокаливаемость стали. Если содержание Mn является слишком низким, этот эффект не может быть достигнут. С другой стороны, если содержание Mn является слишком высоким, Mn наряду с загрязняющими элементами, такими как P и S, сегрегируется на границах зерна. В этом случае устойчивость к СРН и устойчивость к МКРВВ будут ухудшены. Следовательно, содержание Mn составляет от 0,1 мас.% до 1,00 мас.%. Нижний предел содержания Mn предпочтительно составляет 0,20 мас.%, более предпочтительно 0,25 мас.% и еще более предпочтительно 0,30 мас.%. Верхний предел содержания Mn предпочтительно составляет 0,90 мас.%, более предпочтительно 0,70 мас.% и еще более предпочтительно 0,55 мас.%.
[0045]
Cr: от 8 мас.% до 12 мас.%
Хром (Cr) улучшает устойчивость стали к коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода. Если содержание Cr является слишком низким, этот эффект не может быть достигнут. С другой стороны, если содержание Cr является слишком высоким, коэффициент D диффузии водорода значительно уменьшается и устойчивость к СРН ухудшается. Следовательно, содержание Cr составляет от 8 мас.% до 12 мас.%. Нижний предел содержания Cr предпочтительно составляет 8,2 мас.%, более предпочтительно 8,5 мас.%, еще более предпочтительно 9,0 мас.% и наиболее предпочтительно 9,1 мас.%. Верхний предел содержания Cr предпочтительно составляет 11,5 мас.%, более предпочтительно 11 мас.% и еще более предпочтительно 10 мас.%.
[0046]
В вышеописанной мартенситной хромсодержащей стали эффективное количество Cr, определяемое Формулой (1), составляет не менее 8,0 мас.%:
Эффективное количество Cr=Cr-16,6 × C (1),
где символы элементов в Формуле (1) означают содержания (в мас.%) соответствующих элементов.
[0047]
Эффективное количество Cr означает содержание Cr, которое является по существу эффективным для обеспечения устойчивости к коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода. Если эффективное количество Cr, определяемое Формулой (1), составляет не менее 8,0 мас.%, превосходная устойчивость к коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода может быть получена в скважине с высокоагрессивной средой (нефтяной скважине и газовой скважине), имеющей высокую температуру, около 100°C. Нижний предел эффективного количества Cr предпочтительно составляет 8,4 мас.%.
[0048]
V: от 0,01 мас.% до 1,0 мас.%
Ванадий (V) взаимодействует с углеродом с образованием мелкозернистых карбидов. Это будет подавлять образование карбидов хрома, а также возникновение МКРВВ. С другой стороны, если содержание V является слишком высоким, активируется образование феррита, ухудшая тем самым устойчивость к СРН. Следовательно, содержание V составляет не больше чем 1,0 мас.%. Нижний предел содержания V предпочтительно составляет 0,02 мас.% и более предпочтительно 0,03 мас.%. Верхний предел содержания V предпочтительно составляет 0,5 мас.%, более предпочтительно 0,3 мас.% и еще более предпочтительно 0,1 мас.%.
[0049]
Растворенный Al: от 0,005 мас.% до 0,10 мас.%
Алюминий (Al) раскисляет сталь. Если содержание Al является слишком низким, этот эффект не может быть достигнут. С другой стороны, если содержание Al является слишком высоким, происходит насыщение этого эффекта. Следовательно, содержание Al составляет от 0,005 мас.% до 0,10 мас.%. Нижний предел содержания Al предпочтительно составляет 0,01 мас.% и более предпочтительно 0,015 мас.%. Верхний предел содержания Al предпочтительно составляет 0,08 мас.%, более предпочтительно 0,05 мас.% и еще более предпочтительно 0,03 мас.%. Использующийся в настоящем документе термин «содержание Al» означает содержание растворенного Al (кислоторастворимого Al).
[0050]
Химический состав мартенситной хромсодержащей стали в соответствии с настоящим изобретением в дополнение содержит один или два элемента, выбираемых из группы, состоящей из Mo и W.
[0051]
Mo: от 0 мас.% до 2 мас.%
W: от 0 мас.% до 4 мас.%
Один или два (аналога Mo), выбираемых из группы, состоящей из молибдена (Mo) и вольфрама (W), подавляют возникновение МКРВВ в незначительных количествах. Однако если содержание аналогов Mo является слишком низким, этот эффект не может быть достигнут. С другой стороны, если содержание аналогов Mo является слишком высоким, не только происходит насыщение этого эффекта, но также и температура отпуска должна быть относительно увеличена для того, чтобы отрегулировать прочность. В дополнение, стоимость сырья при этом увеличится. Следовательно, содержание аналогов Mo составляет от 0,03 мас.% до 2 мас.% в терминах молибденового эквивалента, определяемого Формулой (2). По этой причине, если рассматривать случай, в котором содержится только любой один из этих элементов, содержание Mo составляет от 0 мас.% до 2 мас.%, а содержание W составляет от 0 мас.% до 4 мас.%. Нижний предел молибденового эквивалента предпочтительно составляет 0,05 мас.%, более предпочтительно 0,10 мас.% и еще более предпочтительно 0,20 мас.%. Верхний предел молибденового эквивалента предпочтительно составляет 1,5 мас.%, более предпочтительно 1,0 мас.%, еще более предпочтительно 0,8 мас.% и наиболее предпочтительно 0,5 мас.%.
Молибденовый эквивалент=Mo+0,5 × W (2)
где символы элементов в Формуле (2) означают содержания (в мас.%) соответствующих элементов.
[0052]
N: не более 0,100 мас.%
Азот (N) содержится неизбежно. N, так же как и C, увеличивает прокаливаемость стали и активирует образование мартенсита. С другой стороны, если содержание N является слишком высоким, происходит насыщение этого эффекта. В дополнение, если содержание N является слишком высоким, горячая прокатываемость стали ухудшается. Следовательно, содержание N составляет не больше чем 0,1 мас.%. Нижний предел содержания N предпочтительно составляет 0,01 мас.%, более предпочтительно 0,020 мас.% и еще более предпочтительно 0,030 мас.%. Верхний предел содержания N предпочтительно составляет 0,090 мас.%, более предпочтительно 0,070 мас.%, еще более предпочтительно 0,050 мас.% и наиболее предпочтительно 0,035 мас.%.
[0053]
Остаток химического состава мартенситной хромсодержащей стали в соответствии с настоящим изобретением состоит из Fe и примесей. Здесь примеси включают в себя те элементы, которые попадают в состав из руд и лома в качестве сырья, или из производственной среды при промышленном производстве стали.
[0054]
Содержание C, P, S, Ni и O в вышеописанных примесях является следующим.
[0055]
C: не больше чем 0,10 мас.%
Углерод (C) является примесью. Если содержание C является слишком высоким, активируется образование карбида хрома. Карбид хрома вероятно действует в качестве точек инициирования МКРВВ. Образование карбида хрома вызывает уменьшение эффективного количества Cr в стали, ухудшая тем самым устойчивость стали к коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода. Следовательно, содержание С составляет не больше чем 0,10 мас.%. Содержание C предпочтительно является настолько низким, насколько это возможно. Однако с точки зрения затрат на обезуглероживание нижний предел содержания C предпочтительно составляет 0,001 мас.%, более предпочтительно 0,005 мас.%, еще более предпочтительно 0,01 мас.% и наиболее предпочтительно 0,015 мас.%. Верхний предел содержания С предпочтительно составляет 0,06 мас.%, более предпочтительно 0,05 мас.%, еще более предпочтительно 0,04 мас.% и наиболее предпочтительно 0,03 мас.%.
[0056]
P: не больше чем 0,03 мас.%
Фосфор (P) является примесью. P сегрегирует на границы зерна, ухудшая тем самым устойчивость стали к СРН и устойчивость к МКРВВ. Следовательно, содержание Р составляет не больше чем 0,03 мас.%. Содержание P предпочтительно составляет не больше чем 0,025 мас.% и более предпочтительно не больше чем 0,02 мас.%. Содержание Р предпочтительно является настолько низким, насколько это возможно.
[0057]
S: не больше чем 0,01 мас.%
Сера (S) является примесью. Сера, так же как фосфор, сегрегируется на границах зерна, ухудшая тем самым устойчивость стали к СРН и устойчивость к МКРВВ. Следовательно, содержание S составляет не больше чем 0,01 мас.%. Содержание S предпочтительно составляет не больше чем 0,005 мас.%, и более предпочтительно не больше чем 0,003 мас.%. Содержание S предпочтительно является настолько низким, насколько это возможно.
[0058]
Ni: не больше чем 0,5 мас.%
Никель (Ni) является примесью. Ni активирует местную коррозию, ухудшая тем самым устойчивость стали к СРН. Следовательно, содержание Ni составляет не больше чем 0,5 мас.%. Содержание Ni предпочтительно составляет не больше чем 0,35 мас.%, и более предпочтительно не больше чем 0,20 мас.%. Содержание Ni предпочтительно является настолько низким, насколько это возможно.
[0059]
O: не больше чем 0,01 мас.%
Кислород (O) является примесью. O образует крупнозернистые оксиды, ухудшая тем самым горячую прокатываемость стали. Следовательно, содержание О составляет не больше чем 0,01 мас.%. Содержание О предпочтительно составляет не больше чем 0,007 мас.% и более предпочтительно не больше чем 0,005 мас.%. Содержание О предпочтительно является настолько низким, насколько это возможно.
[0060]
Химический состав мартенситной хромсодержащей стали по настоящему изобретению может в дополнение содержать вместо части Fe один или более элементов, выбираемых из группы, состоящей из Nb, Ti и Zr.
[0061]
Nb: от 0 мас.% до 1 мас.%,
Ti: от 0 мас.% до 1 мас.%,
Zr: от 0 мас.% до 1 мас.%.
Ниобий (Nb), титан (Ti) и цирконий (Zr) являются необязательными элементами и могут не содержаться. Если они содержатся, каждый из этих элементов взаимодействует с C и N с образованием карбонитридов. Эти карбонитриды уменьшают размер кристаллических зерен и подавляют образование карбидов хрома. Тем самым устойчивость стали к СРН и устойчивость к МКРВВ улучшаются. Однако если содержание этих элементов является слишком высоким, происходит насыщение вышеописанного эффекта и в дополнение активируется образование феррита. Следовательно, содержание Nb составляет от 0 мас.% до 1 мас.%, содержание Ti составляет от 0 мас.% до 1 мас.% и содержание Zr составляет от 0 мас.% до 1 мас.%. Нижний предел содержания Nb предпочтительно составляет 0,01 мас.% и более предпочтительно 0,02 мас.%. Верхний предел содержания Nb предпочтительно составляет 0,5 мас.% и более предпочтительно 0,1 мас.%. Нижний предел содержания Ti предпочтительно составляет 0,01 мас.% и более предпочтительно 0,02 мас.%. Верхний предел содержания Ti предпочтительно составляет 0,2 мас.% и более предпочтительно 0,1 мас.%. Нижний предел содержания Zr предпочтительно составляет 0,01 мас.% и более предпочтительно 0,02 мас.%. Верхний предел содержания Zr предпочтительно составляет 0,2 мас.% и более предпочтительно 0,1 мас.%.
[0062]
Химический состав мартенситной хромсодержащей стали по настоящему изобретению может в дополнение содержать B вместо части Fe.
[0063]
B: от 0 мас.% до 0,01 мас.%
Бор (B) является необязательным элементом и может не содержаться. Если он содержится, B увеличивает прокаливаемость стали и активирует образование мартенсита. В дополнение, B упрочняет границы зерна, подавляя тем самым возникновение МКРВВ. Однако если содержание B является слишком высоким, происходит насыщение этого эффекта. Следовательно, содержание В составляет от 0 мас.% до 0,01 мас.%. Нижний предел содержания В предпочтительно составляет 0,0003 мас.% и более предпочтительно 0,0005 мас.%. Верхний предел содержания В предпочтительно составляет 0,007 мас.% и более предпочтительно 0,005 мас.%.
[0064]
Химический состав мартенситной хромсодержащей стали по настоящему изобретению может в дополнение содержать вместо части Fe один или более элементов, выбираемых из группы, состоящей из Ca, Mb и REM.
[0065]
Ca: от 0 мас.% до 0,01 мас.%,
Mg: от 0 мас.% до 0,01 мас.%,
REM: от 0 мас.% до 0,50 мас.%.
Кальций (Ca), магний (Mg) и редкоземельный металл (REM) являются необязательными элементами и могут не содержаться. Если они содержатся, эти элементы взаимодействуют с S, содержащейся в стали с образованием сульфидов. Это улучшает форму сульфида, улучшая тем самым устойчивость стали к СРН. В дополнение REM взаимодействует с P в стали, подавляя тем самым сегрегацию P на границах зерна. Тем самым подавляется ухудшение устойчивости стали к СРН, приписываемое сегрегации P. Однако если содержание этих элементов является слишком высоким, происходит насыщение этого эффекта. Следовательно, содержание Ca составляет от 0 мас.% до 0,01 мас.%, содержание Mg составляет от 0 мас.% до 0,01 мас.% и содержание REM составляет от 0 мас.% до 0,50 мас.%. Использующийся в настоящем документе термин REM является общим названием для в общей сложности 17 элементов, включающих в себя Sc, Y и лантаноидный ряд элементов. Когда REM, содержащийся в стали, является одним из этих элементов, содержание REM означает содержание этого элемента. Когда в стали содержатся два или более REM, содержание REM означает общее содержание этих элементов.
[0066]
Нижний предел содержания Ca предпочтительно составляет 0,0001 мас.% и более предпочтительно 0,0003 мас.%. Верхний предел содержания Ca предпочтительно составляет 0,005 мас.% и более предпочтительно 0,003 мас.%. Нижний предел содержания Mg предпочтительно составляет 0,0001 мас.% и более предпочтительно 0,0003 мас.%. Верхний предел содержания Mg предпочтительно составляет 0,004 мас.% и более предпочтительно 0,003 мас.%. Нижний предел содержания REM предпочтительно составляет 0,0001 мас.% и более предпочтительно 0,0003 мас.%. Верхний предел содержания REM предпочтительно составляет 0,20 мас.% и более предпочтительно 0,10 мас.%.
[0067]
[Микроструктура (объемная доля фаз)]
В вышеописанной мартенситной хромсодержащей стали микроструктура состоит главным образом из мартенсита отпуска. В частности, микроструктура содержит от 0 об.% до 5 об.% феррита и от 0 об.% до 5 об.% аустенита с остатком, представляющим собой мартенсит отпуска. Если объемные доли феррита и аустенита составляют не больше чем 5 мас.% соответственно, вариации прочности стали подавляются. Объемные доли феррита и аустенита предпочтительно являются настолько низкими, насколько это возможно. Более предпочтительно микроструктура представляет собой единственную фазу мартенсита отпуска.
[0068]
Объемная доля (об.%) феррита в микроструктуре измеряется следующим способом. Мартенситная хромсодержащая сталь режется вдоль направления прокатки. Плоскость резания (сечение) в это время включает в себя ось, параллельную направлению прокатки, и ось, параллельную направлению обжатия. Образец для наблюдения микроструктуры, включающий в себя плоскость резания, подвергается механической обработке. Образец внедряют в смолу для зеркальной полировки таким образом, чтобы плоскость резания соответствовала поверхности наблюдения. После полирования поверхность наблюдения травится раствором Виллелла. Любые пять полей зрения (площадь поля зрения=150 мкм × 200 мкм) на протравленной поверхности наблюдения наблюдаются в оптический микроскоп (с увеличением наблюдения ×500). Это позволяет подтвердить присутствие или отсутствие мартенсита отпуска, феррита и аустенита.
[0069]
Доля площади (%) феррита в каждом поле зрения измеряется с помощью способа подсчета точек, соответствующего японскому промышленному стандарту JIS G0555 (2003). Среднее значение долей площади соответствующих полей зрения определяется как объемная доля (об.%) феррита.
[0070]
Объемная доля аустенита измеряется способом рентгеновской дифракции. В частности, образец вырезается механическим образом из любого места в стали. Одна поверхность (поверхность наблюдения) образца должна быть сечением, параллельным направлению прокатки стали. В случае стальной трубы поверхность наблюдения является параллельной продольному направлению стальной трубы и перпендикулярной к направлению толщины стенки. Размер образца составляет 15 мм × 15 мм × 2 мм. Поверхность наблюдения образца полируется наждачной бумагой №1200. После этого образец погружается в перекись водорода с температурой окружающей среды, содержащую небольшое количество плавиковой кислоты для того, чтобы удалить наклепанный при обработке слой поверхности наблюдения. После этого выполняется рентгеновская дифракция. В частности, измеряется рентгеновская интенсивность каждой из плоскостей (200) и (211) феррита (α-фаза) и плоскостей (200), (220) и (311) аустенита (γ-фаза). Затем вычисляется интегрированная интенсивность каждой плоскости. После вычисления объемная доля Vγ (об.%) вычисляется путем использования Формулы (3) для комбинаций (в общей сложности 6 пар) между каждой плоскостью α-фазы и каждой плоскостью γ-фазы. Затем среднее значение объемных долей Vγ для 6 пар определяется как объемная доля (об.%) аустенита:
Vγ=100/(1+(Iα × Rγ)/(Iγ × Rα)) (3),
где «Iα» и «Iγ» представляют собой интегрированные интенсивности α-фазы и γ-фазы соответственно. «Rα» и «Rγ» обозначают масштабные множители α-фазы и γ-фазы соответственно и представляют собой значения, которые теоретически вычисляются на основе кристаллографии из ориентации плоскости и типа вещества.
[0071]
[Микроструктура (размер кристаллического зерна)]
В дополнение в микроструктуре мартенситной хромсодержащей стали в соответствии с настоящим изобретением размер зерна предшествующего аустенитного кристалла составляет не менее 8,0. Уменьшение размера предшествующего аустенитного зерна подавляет возникновение МКРВВ. Размер зерна измеряется с помощью теста кристаллической зернистости, основанного на стандарте ASTM E112.
[0072]
[Степень зернограничной сегрегации аналогов Mo]
В дополнение в вышеописанной мартенситной хромсодержащей стали степень зернограничной сегрегации аналогов Mo составляет не менее 1,5. Сегрегация аналогов Mo на границах зерна обеспечивает подавление возникновения МКРВВ. Степень зернограничной сегрегации аналогов Mo является отношением содержания аналогов Mo на границах зерна к содержанию аналогов Mo внутри кристаллических зерен. Степень зернограничной сегрегации аналогов Mo измеряется с помощью следующего способа.
[0073]
Образец для испытания, вырезанный механическим образом из мартенситной хромсодержащей стали, используется для изготовления тонкой пленки способом электролитического полирования. В этом случае тонкая пленка содержит границы предшествующего а устенитного зерна. Используя эту тонкую пленку в качестве объекта, содержание каждого элемента из аналогов Mo измеряется с помощью EDS (энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии) во время наблюдения в электронный микроскоп. Используемый электронный луч имеет диаметр около 0,5 нм. Измерение содержания каждого элемента из аналогов Mo выполняется в интервале 0,5 нм на прямой линии длиной 20 нм, проходящей в обе стороны границы предшествующего аустенитного зерна. Она располагается таким образом, чтобы эта прямая линия перпендикулярно пересекала границу предшествующего аустенитного зерна и граница зерна проходила через середину прямой линии. Для каждого элемента из аналогов Mo определяются среднее значение содержания (мас.%) внутри зерна и его максимальное значение на границе предшествующего аустенитного зерна. Предполагается, что среднее значение содержания каждого элемента из аналогов Mo внутри зерна является средним значением из измеренных значений для произвольно отобранных трех зерен. Значение содержания каждого элемента из аналогов Mo внутри каждого зерна измеряется в точке, дальше всего отстоящей от границы зерна. Предполагается, что максимальное значение содержания каждого элемента из аналогов Mo на границе зерна является средним значением из измеренных максимальных значений на трех произвольно отобранных границах зерна. Максимальное значение содержания каждого элемента на каждой границе зерна получается с помощью анализа линии, пересекающей каждую границу зерна. Когда аналоги Mo включают в себя какой-либо один элемент из Mo или W, предполагается, что степень зернограничной сегрегации является отношением максимального значения содержания этого одного элемента на границе зерна к среднему значению содержания этого одного элемента внутри зерен. С другой стороны, когда аналоги Mo включают в себя оба элемента из Mo и W, предполагается, что степень зернограничной сегрегации является средним значением из отношений максимального значения содержания на границе зерна к среднему значению внутри зерен для каждого элемента. Предполагается, что граница зерна является границей между прилегающими кристаллическими зернами, что наблюдается как разница в контрасте.
[0074]
[Прочность мартенситной хромсодержащей стали]
Мартенситная хромсодержащая сталь, имеющая вышеописанные химический состав и микроструктуру, имеет предел текучести меньше чем 379-551 МПа (55-80 тысяч фунтов на кв.дюйм). Использующийся в настоящем документе термин «предел текучести» относится к условному пределу текучести при остаточной деформации 0,2%. Поскольку предел текучести стали в соответствии с настоящим изобретением составляет менее 551 МПа, вышеописанная сталь обладает превосходной устойчивостью к СРН. В дополнение, поскольку предел текучести стали в соответствии с настоящим изобретением составляет не менее 379 МПа, она может использоваться в качестве ТИНП. Верхний предел предела текучести предпочтительно составляет 530 МПа, более предпочтительно 517 МПа и еще более предпочтительно 482 МПа. Нижняя граница предела текучести предпочтительно составляет 400 МПа и более предпочтительно 413 МПа. Твердость по Роквеллу HRC вышеописанной мартенситной хромсодержащей стали предпочтительно составляет не более 20 и более предпочтительно не более 12.
[0075]
[Способ производства]
Далее будет описан один пример способа производства вышеописанной мартенситной хромсодержащей стали. Способ производства мартенситной хромсодержащей стали включает в себя стадию подготовки исходного материала (процесс подготовки), стадию горячей прокатки исходного материала для производства стального материала (процесс прокатки) и стадию закалки и отпуска стального материала (процесс термической обработки). Далее каждая стадия будет описана подробно.
[0076]
[Процесс подготовки]
Производится расплавленная сталь, имеющая вышеописанный химический состав и удовлетворяющая Формулам (1) и (2). Эта расплавленная сталь используется для того, чтобы произвести исходный материал. В частности, расплавленная сталь используется для того, чтобы произвести литую заготовку (сляб, блюмную заготовку, биллет) с помощью процесса непрерывной разливки. Расплавленная сталь может также использоваться для того, чтобы произвести слиток металла с помощью процесса изготовления слитка металла. По мере необходимости сляб, блюм или слиток металла могут быть прокатаны для того, чтобы произвести заготовку. Таким образом, исходный материал (сляб, блюм или биллет) производится с помощью вышеописанного процесса.
[0077]
[Процесс прокатки]
Приготовленный исходный материал нагревается. Температура нагрева предпочтительно составляет от 100°C до 1300°C. Нижний предел температуры нагрева предпочтительно составляет 1150°C.
[0078]
Нагретый исходный материал подвергается горячей прокатке для того, чтобы произвести стальной материал. Когда стальной материал является листовым материалом, горячая прокатка выполняется с использованием, например, прокатного стана, включающего в себя пары валков. Когда стальной материал является бесшовной стальной трубой, выполняются прошивная прокатка и удлинение, например процесс прокатки на оправке Маннесмана, для того, чтобы произвести трубу с использованием вышеописанной мартенситной хромсодержащей стали.
[0079]
[Процесс термической обработки]
Произведенный стальной материал подвергается закалке. Если температура закалки является слишком низкой, растворение карбидов становится недостаточным. В дополнение, если температура закалки является слишком низкой, становится затруднительным однородное растворение аналогов Mo. В таком случае сегрегация аналогов Mo на границах зерна становится недостаточной. С другой стороны, если температура закалки является слишком высокой, зерно предшествующего а устенитного кристалла становится крупным. Следовательно, температура закалки предпочтительно составляет от 900°C до 1000°C. Стальной материал после закалки подвергается отпуску. Если температура отпуска является слишком высокой, сегрегация аналогов Mo на границах зерна становится недостаточной. Температура отпуска предпочтительно составляет от 660°C до 710°C. Предел текучести стального материала путем закалки и отпуска регулируется так, чтобы он составлял от 379 до менее чем 551 МПа.
[0080]
Микроструктура мартенситной хромсодержащей стали (стального материала), произведенной с помощью вышеописанных процессов, содержит от 0 об.% до 5 об.% феррита и от 0 об.% до 5 об.% аустенита, с остатком, представляющим собой мартенсит отпуска. Таким образом, микроструктура состоит главным образом из мартенсита отпуска. Кроме того, зерно предшествующего а устенитного кристалла имеет размер зерна в соответствии со стандартом ASTM E112 не менее 8,0. В дополнение степень зернограничной сегрегации аналогов Mo составляет не менее 1,5. В результате достигаются превосходная устойчивость к коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода, устойчивость к СРН и устойчивость к МКРВВ.
Примеры
[0081]
Были произведены расплавленные стали, имеющие химические составы, показанные в Таблице 1.
[0082]
| Таблица 1 | ||||||||||||||||||||||
| Тип стали | Химический состав (мас.%, остаток - Fe и примеси) | Эквивалент Mo (мас.%) | Эффективное количество Cr (мас.%) | |||||||||||||||||||
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Mo | W | растворенный Al | V | N | O | Nb | Ti | Zr | B | Ca | Mg | REM (Nd) |
|||
| A | 0,03 | 0,24 | 0,50 | 0,015 | 0,001 | 9,0 | 0,10 | 0,25 | - | 0,005 | 0,03 | 0,030 | 0,001 | - | - | - | - | - | - | - | 0,25 | 8,50 |
| B | 0,03 | 0,25 | 0,51 | 0,014 | 0,001 | 9,1 | 0,10 | 0,51 | - | 0,006 | 0,03 | 0,031 | 0,002 | - | - | - | - | - | - | - | 0,51 | 8,60 |
| C | 0,03 | 0,25 | 0,50 | 0,015 | 0,001 | 9,1 | 0,09 | 1,01 | - | 0,005 | 0,03 | 0,025 | 0,001 | - | - | - | - | - | - | - | 1,01 | 8,60 |
| D | 0,05 | 0,23 | 0,45 | 0,018 | 0,001 | 11,5 | 0,15 | 0,10 | - | 0,011 | 0,02 | 0,033 | 0,005 | - | - | - | - | - | - | - | 0,10 | 10,67 |
| E | 0,10 | 0,20 | 0,45 | 0,015 | 0,001 | 9,9 | 0,10 | 1,95 | - | 0,008 | 0,02 | 0,025 | 0,004 | - | - | - | - | - | - | - | 1,95 | 8,24 |
| F | 0,02 | 0,39 | 0,45 | 0,015 | 0,001 | 10,1 | 0,09 | 0,98 | - | 0,011 | 0,04 | 0,031 | 0,003 | - | - | - | - | - | - | - | 0,98 | 9,77 |
| G | 0,01 | 0,55 | 0,48 | 0,011 | 0,002 | 9,8 | 0,14 | 1,51 | - | 0,010 | 0,03 | 0,020 | 0,004 | - | - | - | - | - | - | - | 1,51 | 9,63 |
| H | 0,03 | 0,25 | 0,98 | 0,015 | 0,001 | 10,4 | 0,10 | 0,51 | - | 0,008 | 0,02 | 0,033 | 0,003 | - | - | - | - | - | - | - | 0,51 | 9,90 |
| I | 0,02 | 0,20 | 0,43 | 0,015 | 0,002 | 9,2 | 0,15 | 0,22 | - | 0,045 | 0,03 | 0,041 | 0,003 | - | - | - | - | - | - | - | 0,22 | 8,87 |
| J | 0,01 | 0,25 | 0,43 | 0,015 | 0,002 | 8,2 | 0,15 | 0,05 | - | 0,075 | 0,04 | 0,041 | 0,004 | - | - | - | - | - | - | - | 0,05 | 8,03 |
| K | 0,01 | 0,23 | 0,40 | 0,016 | 0,001 | 9,1 | 0,14 | 0,10 | - | 0,011 | 0,25 | 0,030 | 0,003 | - | - | - | - | - | - | - | 0,10 | 8,93 |
| L | 0,01 | 0,19 | 0,68 | 0,019 | 0,001 | 9,5 | 0,18 | 0,49 | - | 0,015 | 0,35 | 0,041 | 0,003 | - | - | - | - | - | - | - | 0,49 | 9,33 |
| M | 0,01 | 0,21 | 0,44 | 0,014 | 0,003 | 9,6 | 0,11 | 1,05 | - | 0,012 | 0,03 | 0,075 | 0,004 | - | - | - | - | - | - | - | 1,05 | 9,43 |
| N | 0,01 | 0,20 | 0,44 | 0,013 | 0,001 | 9,1 | 0,10 | - | 0,10 | 0,023 | 0,04 | 0,038 | 0,004 | - | - | - | - | - | - | - | 0,10 | 8,93 |
| O | 0,02 | 0,24 | 0,51 | 0,015 | 0,001 | 9,0 | 0,09 | - | 1,06 | 0,010 | 0,03 | 0,020 | 0,001 | - | - | - | - | - | - | - | 1,06 | 8,67 |
| P | 0,01 | 0,25 | 0,49 | 0,014 | 0,001 | 10,5 | 0,14 | 0,20 | 0,11 | 0,011 | 0,03 | 0,010 | 0,002 | - | - | - | - | - | - | - | 0,26 | 10,33 |
| Q | 0,01 | 0,25 | 0,68 | 0,015 | 0,001 | 9,1 | 0,15 | 0,21 | - | 0,010 | 0,02 | 0,033 | 0,005 | 0,04 | - | - | - | - | - | - | 0,21 | 8,93 |
| R | 0,02 | 0,26 | 0,49 | 0,015 | 0,001 | 11,5 | 0,05 | 0,25 | - | 0,012 | 0,03 | 0,028 | 0,006 | - | 0,07 | - | - | - | - | - | 0,25 | 11,17 |
| S | 0,03 | 0,24 | 0,39 | 0,018 | 0,001 | 8,9 | 0,10 | - | 0,64 | 0,010 | 0,02 | 0,033 | 0,005 | - | - | 0,18 | - | - | - | - | 0,64 | 8,40 |
| T | 0,01 | 0,21 | 0,41 | 0,015 | 0,001 | 9,6 | 0,13 | 0,22 | - | 0,012 | 0,03 | 0,030 | 0,004 | - | - | - | 0,004 | - | - | - | 0,22 | 9,43 |
| U | 0,03 | 0,24 | 0,40 | 0,014 | 0,001 | 9,0 | 0,25 | 0,22 | - | 0,012 | 0,02 | 0,025 | 0,001 | - | - | - | - | 0,003 | - | - | 0,22 | 8,50 |
| V | 0,03 | 0,26 | 0,51 | 0,015 | 0,001 | 9,1 | 0,10 | - | 0,56 | 0,008 | 0,04 | 0,033 | 0,001 | - | - | - | - | - | 0,002 | - | 0,56 | 8,60 |
| W | 0,01 | 0,25 | 0,39 | 0,016 | 0,001 | 8,8 | 0,16 | 0,22 | 0,24 | 0,009 | 0,02 | 0,008 | 0,001 | - | - | - | - | - | - | 0,03 | 0,34 | 8,63 |
| X | 0,01 | 0,19 | 0,51 | 0,016 | 0,002 | 9,5 | 0,40 | 0,99 | - | 0,009 | 0,05 | 0,011 | 0,004 | 0,02 | - | - | 0,002 | - | - | - | 0,99 | 9,33 |
| Y | 0,01 | 0,26 | 0,43 | 0,016 | 0,001 | 9,1 | 0,15 | 0,51 | - | 0,010 | 0,06 | 0,031 | 0,003 | - | 0,05 | - | - | 0,002 | - | - | 0,51 | 8,93 |
| Z | 0,01 | 0,55 | 0,48 | 0,023 | 0,002 | 9,8 | 0,14 | 1,85 | - | 0,010 | 0,03 | 0,020 | 0,004 | - | - | - | 0,002 | 0,003 | - | - | 1,85 | 9,63 |
| 1 | 0,01 | 0,20 | 0,45 | 0,015 | 0,001 | 9,1 | 0,15 | 0,22 | 0,43 | 0,034 | 0,03 | 0,030 | 0,005 | 0,03 | - | - | 0,003 | 0,005 | - | - | 0,44 | 8,93 |
| 2 | 0,21 | 0,25 | 0,51 | 0,020 | 0,002 | 11,5 | 0,18 | 0,20 | - | 0,016 | 0,05 | 0,035 | 0,005 | - | - | - | - | - | - | - | 0,20 | 8,01 |
| 3 | 0,03 | 0,26 | 2,01 | 0,014 | 0,001 | 10,3 | 0,10 | 0,53 | - | 0,005 | 0,03 | 0,030 | 0,001 | - | - | - | - | - | - | - | 0,53 | 9,80 |
| 4 | 0,02 | 0,19 | 0,50 | 0,051 | 0,001 | 9,5 | 0,11 | 0,22 | - | 0,010 | 0,03 | 0,033 | 0,003 | - | - | - | - | - | - | - | 0,22 | 9,17 |
| 5 | 0,03 | 0,24 | 0,54 | 0,018 | 0,011 | 9,2 | 0,15 | 0,58 | - | 0,009 | 0,02 | 0,025 | 0,002 | - | - | - | - | - | - | - | 0,58 | 8,70 |
| 6 | 0,01 | 0,22 | 0,46 | 0,013 | 0,002 | 7,2 | 0,14 | 0,20 | - | 0,015 | 0,03 | 0,029 | 0,003 | - | - | - | - | - | - | - | 0,20 | 7,03 |
| 7 | 0,03 | 0,24 | 0,39 | 0,018 | 0,001 | 8,9 | 0,10 | - | - | 0,010 | 0,02 | 0,033 | 0,005 | - | - | - | - | - | - | - | - | 8,40 |
| 8 | 0,03 | 0,25 | 0,98 | 0,015 | 0,001 | 10,4 | 0,10 | - | - | 0,008 | 0,02 | 0,033 | 0,003 | - | - | - | - | - | - | - | - | 9,90 |
| 9 | 0,05 | 0,20 | 0,49 | 0,012 | 0,001 | 12,5 | 0,16 | 0,21 | - | 0,011 | 0,05 | 0,030 | 0,005 | - | - | - | - | - | - | - | 0,21 | 11,67 |
| 10 | 0,02 | 0,21 | 0,44 | 0,015 | 0,001 | 10,1 | 0,55 | 0,22 | - | 0,009 | 0,03 | 0,020 | 0,003 | - | - | - | - | - | - | - | 0,22 | 9,77 |
| 11 | 0,03 | 0,25 | 0,40 | 0,015 | 0,001 | 9,1 | 0,10 | 0,02 | - | 0,011 | 0,02 | 0,030 | 0,003 | - | - | - | - | - | - | - | 0,02 | 8,60 |
| 12 | 0,07 | 0,21 | 0,48 | 0,012 | 0,001 | 8,3 | 0,11 | 0,21 | - | 0,015 | 0,03 | 0,033 | 0,004 | - | - | - | - | - | - | - | 0,21 | 7,13 |
| Подчеркивание означает, что характеристики настоящего изобретения не удовлетворяются. |
[0083]
В Таблице 1 химические составы и эффективное количество Cr сталей A - Z и 1 находятся в рамках настоящего изобретения. С другой стороны, химические составы cталей 21-2 были вне рамок настоящего изобретения. Среди них эквивалент Mo стали 11 и эффективное количество Cr стали 12 были соответственно вне рамок настоящего изобретения.
[0084]
Каждая из вышеописанных расплавленных сталей плавилась в количестве от 30 до 150 кг для того, чтобы образовать слиток с помощью процесса изготовления слитка а. Блок (исходный материал), имеющий толщину от 25 до 50 мм, брался из слитка. Этот блок нагревался до температуры 1250°C. Исходный материал после нагревания был подвергнут горячей прокатке для того, чтобы произвести листовой материал (мартенситную хромсодержащую сталь), имеющий толщину от 15 до 25 мм.
[0085]
Листовой материал был подвергнут закалке и отпуску. Температура закалки и температура отпуска показаны в Таблице 2. Температура закалки варьировалась в диапазоне от 850°C до 1050°C. В результате варьировался размер предшествующего а устенитного зерна. Время выдержки при закалочном нагревании составляло 15 мин. Температура отпуска после закалки варьировалась в диапазоне от 680°C до 740°C. В результате варьировалась прочность стали. Время выдержки при отпуске составляло 30 мин.
[0086]
| Таблица 2 | |||||||||||
| Классификация | № теста | Тип стали | Предел текучести (тысяч фунтов на кв.дюйм/МПа) |
Прочность при растяжении (тысяч фунтов на кв.дюйм/МПа) |
Температура закалки (°C) | Температура отпуска (°C) | Размер пред-γ зерна | степень зернограничной сегрегации аналогов Mo | Устойчивость к СРН | Устойчивость к МКРВВ | Скорость коррозии газообразной двуокисью углерода (г/(м2⋅час)) |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 1 | A | 77/530 | 87/599 | 920 | 700 | 9,3 | 2,4 | E | E | 0,25 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 2 | A | 79/544 | 90/620 | 950 | 690 | 8,2 | 1,9 | E | E | 0,25 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 3 | B | 77/530 | 89/613 | 950 | 710 | 8,0 | 2,5 | E | E | 0,26 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 4 | B | 79/544 | 90/620 | 950 | 690 | 8,2 | 2,1 | E | E | 0,26 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 5 | C | 76/524 | 86/592 | 900 | 710 | 10,5 | 2,5 | E | E | 0,23 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 6 | C | 79/544 | 89/613 | 920 | 710 | 9,4 | 2,1 | E | E | 0,26 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 7 | D | 69/475 | 80/551 | 900 | 710 | 9,1 | 2,8 | E | E | 0,05 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 8 | E | 79/544 | 90/620 | 1000 | 700 | 8,5 | 1,5 | E | E | 0,29 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 9 | F | 78/537 | 90/620 | 950 | 700 | 8,2 | 1,6 | E | E | 0,08 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 10 | G | 76/524 | 86/592 | 980 | 700 | 8,0 | 1,5 | E | E | 0,09 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 11 | H | 78/537 | 89/613 | 950 | 710 | 8,2 | 1,7 | E | E | 0,09 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 12 | I | 72/496 | 82/565 | 920 | 710 | 9,5 | 2,0 | E | E | 0,18 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 13 | J | 66/455 | 77/530 | 900 | 710 | 9,8 | 3,1 | E | E | 0,29 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 14 | K | 70/482 | 81/558 | 900 | 700 | 10,4 | 2,5 | E | E | 0,15 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 15 | L | 76/524 | 87/599 | 980 | 710 | 8,0 | 1,8 | E | E | 0,09 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 16 | M | 78/537 | 90/620 | 950 | 700 | 8,2 | 1,6 | E | E | 0,09 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 17 | N | 67/462 | 80/551 | 950 | 710 | 8,1 | 2,6 | E | E | 0,15 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 18 | O | 79/544 | 91/627 | 950 | 680 | 8,3 | 2,1 | E | E | 0,03 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 19 | P | 73/503 | 84/579 | 950 | 710 | 8,3 | 2,5 | E | E | 0,20 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 20 | Q | 76/524 | 77/530 | 1000 | 680 | 9,0 | 2,4 | E | E | 0,16 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 21 | R | 72/496 | 84/579 | 980 | 700 | 9,3 | 2,7 | E | E | 0,03 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 22 | S | 75/517 | 85/586 | 980 | 680 | 9,2 | 2,5 | E | E | 0,25 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 23 | T | 77/530 | 87/599 | 920 | 680 | 9,4 | 2,1 | E | E | 0,11 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 24 | U | 73/503 | 84/579 | 920 | 700 | 9,1 | 2,6 | E | E | 0,25 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 25 | V | 72/496 | 83/572 | 920 | 700 | 9,0 | 2,7 | E | E | 0,26 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 26 | W | 73/503 | 83/572 | 920 | 700 | 9,1 | 2,4 | E | E | 0,25 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 27 | X | 79/544 | 91/627 | 980 | 680 | 8,0 | 1,7 | E | E | 0,09 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 28 | Y | 79/544 | 90/620 | 950 | 680 | 8,2 | 2,1 | E | E | 0,15 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 29 | Z | 77/530 | 87/599 | 1000 | 680 | 8,0 | 1,5 | E | E | 0,10 |
| Пример в соответствии с настоящим изобретением | 30 | 1 | 78/537 | 89/613 | 920 | 680 | 8,8 | 2,0 | E | E | 0,16 |
| Сравнительный пример | 31 | B | 77/530 | 88/606 | 1050 | 700 | 7,2 | 2,4 | E | NA | 0,26 |
| Сравнительный пример | 32 | C | 77/530 | 88/606 | 1050 | 720 | 7,5 | 2,3 | E | NA | 0,25 |
| Сравнительный пример | 33 | B | 76/524 | 87/599 | 850 | 700 | 10,8 | 1,2 | E | NA | 0,26 |
| Сравнительный пример | 34 | C | 78/537 | 90/620 | 850 | 720 | 11,0 | 1,0 | E | NA | 0,26 |
| Сравнительный пример | 35 | B | 51/351 | 72/496 | 920 | 730 | 9,6 | 1,1 | E | NA | 0,26 |
| Сравнительный пример | 36 | C | 56/386 | 75/517 | 920 | 740 | 10,2 | 1,3 | E | NA | 0,26 |
| Сравнительный пример | 37 | 2 | 70/482 | 82/565 | 950 | 710 | 8,2 | 2,7 | E | NA | 0,1 |
| Сравнительный пример | 38 | 3 | 66/455 | 78/537 | 950 | 710 | 8,3 | 3,0 | NA | NA | 0,08 |
| Сравнительный пример | 39 | 4 | 72/496 | 84/579 | 950 | 710 | 8,2 | 2,8 | NA | NA | 0,13 |
| Сравнительный пример | 40 | 5 | 69/475 | 81/558 | 950 | 710 | 8,2 | 2,6 | NA | NA | 0,18 |
| Сравнительный пример | 41 | 6 | 78/537 | 90/620 | 950 | 700 | 8,1 | 2,5 | E | E | 0,65 |
| Сравнительный пример | 42 | 7 | 73/503 | 84/579 | 900 | 700 | 9,9 | - | E | NA | 0,12 |
| Сравнительный пример | 43 | 8 | 71/489 | 82/565 | 900 | 700 | 10,3 | - | E | NA | 0,06 |
| Сравнительный пример | 44 | 9 | 79/544 | 91/627 | 920 | 700 | 9,0 | 2,2 | NA | NA | 0,03 |
| Сравнительный пример | 45 | 10 | 70/482 | 81/558 | 920 | 710 | 9,1 | 2,8 | NA | NA | 0,08 |
| Сравнительный пример | 46 | 11 | 72/496 | 83/572 | 900 | 700 | 9,8 | 2,3 | E | NA | 0,12 |
| Сравнительный пример | 47 | 12 | 77/530 | 87/599 | 950 | 700 | 8,4 | 2,2 | E | E | 0,61 |
| Подчеркивание означает, что характеристика настоящего изобретения не удовлетворяется (а для скорости коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода означает, что превышается значение 0,30 г/(м2⋅час)). |
[0087]
[Тест наблюдения микроструктуры и тест измерения объемной доли феррита и аустенита]
Используя листовой материал после закалки и отпуска, тест наблюдения микроструктуры выполнялся с помощью вышеописанного способа. В результате феррит и мартенсит наблюдались в микроструктуре каждого образца, и аустенит также наблюдался в некоторых из образцов. Объемные доли (об.%) феррита и аустенита в микроструктуре определялись с помощью вышеописанного способа. В результате объемные доли феррита и аустенита были соответственно не более 5 об.% в листовом материале любого примера. Также измерялся размер зерна предшествующего а устенитного кристалла в соответствии со стандартом ASTM E112 (обозначенный в Таблице 2 как «Размер предшествующего -γ зерна»).
[0088]
[Степень зернограничной сегрегации аналогов Mo]
В дополнение степень зернограничной сегрегации аналогов Mo была определена с помощью вышеописанного способа. Определенные отношения зернограничной сегрегации показаны в Таблице 2.
[0089]
[Испытание на растяжение]
Образец для испытания на растяжение был механическим образом вырезан из листового материала после закалки и отпуска. Образец для испытания на растяжение в виде круглого стержня, параллельная часть которого имела диаметр 6 мм и длину 40 мм, использовался в качестве образца для испытания на растяжение. Продольное направление этого образца для испытания было выбрано так, чтобы оно соответствовало направлению прокатки листового материала. Используя этот образец для испытания, тест на растяжение при температуре окружающей среды был выполнен для того, чтобы определить предел текучести YS (в тысячах фунтов на кв.дюйм и МПа), а также прочность при растяжении TS (в тысячах фунтов на кв.дюйм и МПа). Пределом текучести YS считали условный предел текучести при остаточной деформации 0,2%. Полученные в результате предел текучести YS и прочность при растяжении TS показаны в Таблице 2.
[0090]
[Тест оценки устойчивости к СРН]
Образец для испытания в виде круглого стрежня был механическим образом вырезан из листового материала каждого примера после закалки и отпуска. Параллельная часть этой круглого стержня имела диаметр 6,35 мм и длину 25,4 мм. Продольное направление образца для испытания в виде круглого стержня для испытания было выбрано так, чтобы оно соответствовало направлению прокатки листового материала.
[0091]
Используя образец для испытания в виде круглого стрежня как образец для испытания, испытание на растяжение было выполнено в среде сероводорода. В частности, испытание на растяжение выполнялось в соответствии с документом NACE (Национальная ассоциация инженеров по коррозии) ТМ 0177 Способ A. В качестве тестового раствора использовался водный раствор, который включал в себя 5 мас.% соли и 0,5 мас.% уксусной кислоты и был насыщен газообразным сероводородом под давлением 1 атм при температуре окружающей среды (25°C). Напряжение, соответствующее 90% фактического предела текучести, прикладывалось к образцу для испытания в виде круглого стержня, погруженному в тестовый раствор. Если образец для испытания разрушался за 720 ч при приложенном к нему напряжении, считалось, что он имеет недостаточную устойчивость к СРН (что обозначено в Таблице 2 как «NA»). С другой стороны, если образец для испытания не разрушался за 720 ч, считалось, что он имеет превосходную устойчивость к СРН (что обозначено в Таблице 2 как «E»).
[0092]
[Тест оценки устойчивости к МКРВВ]
Образец для испытания в виде круглого стержня после испытания на растяжение был залит в смолу и зеркально отполирован таким образом, чтобы продольное направление образца для испытания соответствовало поверхности наблюдения. Центральная плоскость части приложения напряжения тестового образца наблюдалась при увеличении от 50 до 500 крат для того, чтобы подтвердить присутствие или отсутствие межкристаллитного растрескивания. Если межкристаллитное растрескивание присутствовало, считалось, что этот образец имеет недостаточную устойчивость к МКРВВ (что обозначено в Таблице 2 как «NA»). С другой стороны, если межкристаллитное растрескивание отсутствовало, считалось, что этот образец имеет превосходную устойчивость к МКРВВ (что обозначено в Таблице 2 как «E»).
[0093]
[Тест оценки устойчивости к коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода]
Образец для испытания (с размерами 2 мм × 10 мм × 40 мм) был механическим образом вырезан из листового материала каждого примера. Этот образец для испытания был погружен без какого-либо напряжения в тестовый раствор на 720 ч. В качестве тестового раствора использовался 5%-ный водный солевой раствор с температурой 100°C, который был насыщен газообразной двуокисью углерода под давлением 30 атм. Масса образца для испытания измерялась до и после этого теста. На основе измеренной величины изменения массы определялись коррозионные потери каждого тестового образца. В дополнение скорость коррозии (г/(м2⋅ч)) каждого тестового образца определялась на основе этих коррозионных потерь. Если скорость коррозии была не больше чем 0,30 г/(м2⋅ч), считалось, что достигнута превосходная устойчивость к коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода.
[0094]
[Результаты теста]
В Таблице 2 химические составы примеров 13-0 находились в рамках настоящего изобретения. В дополнение, эффективное количество Cr и эквивалент Mo также были подходящими. В результате объемные доли феррита и аустенита были соответственно не более 5 об.% в микроструктуре каждого из этих примеров, а остаток микроструктуры состоял главным образом из мартенсита отпуска. В дополнение предел текучести был подходящим. В дополнение размер зерна предшествующего аустенитного кристалла был не менее 8,0. В дополнение степень зернограничной сегрегации аналогов Mo также была подходящей. В результате мартенситные хромсодержащие стали этих примеров показали превосходную устойчивость к СРН, устойчивость к коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода и устойчивость к МКРВВ.
[0095]
В примерах 31 и 32, поскольку температура закалки была слишком высокой, зерно предшествующего аустенитного кристалла было крупным. В результате размер зерна предшествующего аустенитного кристалла был меньше чем 8,0, и устойчивость к МКРВВ была низкой. Тем не менее, устойчивость к СРН была высокой.
[0096]
В примерах 33 и 34, поскольку температура закалки была слишком низкой, Mo не мог быть растворен однородно и степень зернограничной сегрегации Mo была недостаточной. В результате устойчивость к МКРВВ была низкой.
[0097]
В примерах 35 и 36, поскольку температура отпуска была слишком высокой, степень зернограничной сегрегации Mo была недостаточной. В результате устойчивость к МКРВВ была низкой.
[0098]
В примере 37 содержание углерода было слишком высоким. В результате устойчивость к МКРВВ была низкой.
[0099]
В примере 38 содержание марганца было слишком высоким. В примере 39 содержание фосфора было слишком высоким. В примере 40 содержание серы было слишком высоким. В результате в примерах 384-0 устойчивость к СРН и устойчивость к МКРВВ были низкими.
[0100]
В примере 41 содержание хрома и эффективное количество хрома были слишком низкими. В результате устойчивость к коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода была низкой. Тем не менее, устойчивость к СРН и устойчивость к МКРВВ были высокими.
[0101]
В примерах 42 и 43 химические составы, за исключением аналогов Mo, находились в рамках настоящего изобретения и предел текучести также был подходящим. Однако поскольку аналоги Mo не содержались, устойчивость к МКРВВ была низкой.
[0102]
В примере 44 содержание хрома было слишком высоким. В примере 45 содержание никеля было слишком высоким. В результате в примерах 44 и 45 устойчивость к СРН и устойчивость к МКРВВ были низкими.
[0103]
В примере 46 эквивалент Mo был слишком низким. В результате устойчивость к МКРВВ была низкой. Тем не менее, устойчивость СРН и устойчивость к коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода были высокими.
[0104]
В примере 47 эффективное количество хрома было слишком низким. В результате устойчивость к коррозии под воздействием газообразной двуокиси углерода была низкой. Тем не менее, устойчивость к СРН и устойчивость к МКРВВ были высокими.
[0105]
Стали примеров 1-47 имели прочность при растяжении 91 тысячу фунтов на кв.дюйм (627 МПа) в максимуме.
[0106]
Выше были описаны варианты осуществления настоящего изобретения. Однако вышеописанные варианты осуществления являются просто примерами для выполнения настоящего изобретения. Следовательно, настоящее изобретение не будет ограничиваться вышеописанными вариантами осуществления и может быть выполнено путем подходящей модификации вышеописанных вариантов осуществления внутри некоторого диапазона, не отступающего от духа настоящего изобретения.
1. Мартенситная хромсодержащая сталь, содержащая
химический состав, мас.%:
C: не больше чем 0,10,
Si: от 0,05 до 1,00,
Mn: от 0,1 до 1,0,
Cr: от более чем 8 до 12,
V: от 0,01 до 1,0,
растворенный Al: от 0,005 до 0,10,
N: не больше чем 0,100,
Nb: от 0 до 1,
Ti: от 0 до 1,
Zr: от 0 до 1,
B: от 0 до 0,01,
Ca: от 0 до 0,01,
Mg: от 0 до 0,01,
редкоземельный металл (REM): от 0 до 0,50,
и дополнительно содержит один или два элемента, выбираемых из группы, состоящей из:
Mo: от 0 до 2 и
W: от 0 до 4,
остальное Fe и примеси, при этом примеси включают в себя:
P: не больше чем 0,03,
S: не больше чем 0,01,
Ni: не больше чем 0,5 и
O: не больше чем 0,01,
причем эффективное количество Cr, определяемое выражением (1):
Эффективное количество Cr=Cr-16,6×C (1),
составляет не меньше чем 8 мас.%, а
молибденовый эквивалент, определяемый выражением (2):
Молибденовый эквивалент=Mo+0,5×W (2),
составляет от 0,03 до 2 мас.%,
где символы элементов в выражениях (1) и (2) означают содержания (в мас.%) соответствующих элементов,
при этом сталь имеет микроструктуру, содержащую от 0 до 5 об.% феррита, от 0 до 5 об.% аустенита, остальное - мартенсит отпуска, в которой размер зерна предшествующего аустенита составляет не менее 8,0 в соответствии со стандартом ASTM E112, и
предел текучести, составляющий от 379 до менее чем 551 МПа,
причем степень зернограничной сегрегации, определяемая как отношение максимального содержания на границах зерна к среднему содержанию внутри зерна Mo или W при содержании любого одного из Mo и W или определяемая как среднее из отношений максимального содержания на границах зерна к среднему содержанию внутри зерна каждого элемента, при содержании обоих элементов Mo и W, составляет не менее 1,5.
2. Мартенситная хромсодержащая сталь по п. 1, отличающаяся тем, что ее химический состав включает в себя один или более элементов, выбираемых из группы, состоящей из, мас.%:
Nb: от 0,01 до 1,
Ti: от 0,01 до 1 и
Zr: от 0,01 до 1.
3. Мартенситная хромсодержащая сталь по п. 1, отличающаяся тем, что ее химический состав содержит B: от 0,0003 до 0,01 мас.%.
4. Мартенситная хромсодержащая сталь по п. 2, отличающаяся тем, что ее химический состав содержит B: от 0,0003 до 0,01 мас.%.
5. Мартенситная хромсодержащая сталь по п. 1, отличающаяся тем, что ее химический состав содержит один или более элементов, выбираемых из группы, состоящей из, мас.%:
Ca: от 0,0001 до 0,01,
Mg: от 0,0001 до 0,01 и
REM: от 0,0001 до 0,50.
6. Мартенситная хромсодержащая сталь по п. 2, отличающаяся тем, что ее химический состав содержит один или более элементов,
выбираемых из группы, состоящей из, мас.%:
Ca: от 0,0001 до 0,01,
Mg: от 0,0001 до 0,01 и
REM: от 0,0001 до 0,50.
7. Мартенситная хромсодержащая сталь по п. 3, отличающаяся тем, что ее химический состав содержит один или более элементов, выбираемых из группы, состоящей из, мас.%:
Ca: от 0,0001 до 0,01,
Mg: от 0,0001 до 0,01, и
REM: от 0,0001 до 0,50.
8. Мартенситная хромсодержащая сталь по п. 4, отличающаяся тем, что ее химический состав содержит один или более элементов, выбираемых из группы, состоящей из, мас.%:
Ca: от 0,0001 до 0,01,
Mg: от 0,0001 до 0,01, и
REM: от 0,0001 до 0,50.
9. Трубное изделие для нефтяной промышленности, отличающееся тем, что оно выполнено с использованием мартенситной хромсодержащей стали по любому из пп. 1-8.
