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Title:
METHOD FOR MAKING SEAMLESS TUBING WITH A STABLE ELASTIC LIMIT AT HIGH APPLICATION TEMPERATURES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1998/031843
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is a method for making seamless tubing in a quality range of X 52 to X 90, with a stable elastic limit up to a temperature of application of 200?0� C and with a steady tension-expansion characteristic, consisting in submitting to a hot rolling process a steel-based source material containing the following alloy components (wt. %): C(0,06 - 0,18 %), Si (max. 0,40 %), Mn (0,80 -1,40 %), P (max. 0,025 %), S (max. 0,010 %), Al (0,010 - 0,060 %), Mo (max. 0,50 %), V (max. 0,10 %), Nb max. 0,10 %, N (max. 0,015 %), W > 0,30 - 1 %), the rest consisting of Fe and the usual impurities. After the hot rolling process, the cooled tubing parts are reheated through AC�3?, then tempered at a cooling temperature of at least 15 �C/s, and annealed at a temperature of 500 to 700 �C.

Inventors:
VON HAGEN INGO (DE)
RING MARKUS (DE)
HEINZ GERD (DE)
KOSCHLIG BERNHARD (DE)
NIEDERHOFF KURT (DE)
Application Number:
PCT/DE1997/002943
Publication Date:
July 23, 1998
Filing Date:
December 12, 1997
Export Citation:
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Assignee:
MANNESMANN AG (DE)
VON HAGEN INGO (DE)
RING MARKUS (DE)
HEINZ GERD (DE)
KOSCHLIG BERNHARD (DE)
NIEDERHOFF KURT (DE)
International Classes:
C21D8/10; C21D9/08; C22C38/00; C22C38/12; (IPC1-7): C22C38/12; C21D8/10
Domestic Patent References:
WO1996014445A11996-05-17
Foreign References:
DE3832014A11990-03-22
FR2547750A11984-12-28
GB400102A1933-10-19
Attorney, Agent or Firm:
Meissner, Peter E. (Berlin, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung nahtloser Leitungsrohre im Gütestufenbereich X 52 bis X 90, mit Streckgrenzenstabilität bis zu einer Einsatztemperatur von 200 °C und mit im wesentlichen stetiger SpannungsDehnungsCharakteristik durch Warmwalzen eines Röhrenvormaterials aus einem Stahl, der folgende Legierungselemente (Gew.%) enthält: C 0,06 0,18 % Si max. 0,40 % Mn 0,80 1,40 % P max. 0,025% S max.0,010% Al 0,010 0,060 % Mo max. 0,50 % V max. 0,10 % Nb max. 0,10 % N max. 0,015 % W >0,301,00% Rest Eisen und übliche Verunreinigungen, wobei nach dem Warmwalzen eine Wiedererwärmung der abgekühlten Rohre über ACa erfolgt, dann die Rohre mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 15 °C/s bis auf unter 100 °C abgeschreckt und anschlie end im Temperaturbereich 500 bis 700 °C angelassen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da dem einzusetzenden Stahl zur Abbindung von Stickstoff bis zu 0,050 % Ti zugesetzt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, da der WGehalt des einzusetzenden Stahls im Bereich 0,35 bis 0,70 %. insbesondere im Bereich 0,35 bis 0,40 % eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, da der MoGehalt des einzusetzenden Stahls im Bereich 0,05 bis 0,40 %, insbesondere im Bereich 0,10 bis 0,25 % eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, da der VGehalt des einzusetzenden Stahis auf mindestens 0,04 % eingestellt wird.
Description:
Verfahren zur Herstellung nahtloser Leitungsrohre mit stabiler Streckgrenze bei erhöhten Einsatztemperaturen Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung nahtloser Leitungsrohre im Gütestufenbereich X 52 bis X 90.

Im Zuge der Exploration der Lagerstätten von Kohlenwasserstoffen werden in zunehmendem Ma e Vorkommen entdeckt, deren Förderung dadurch erschwert wird, da die Kohlenwasserstoffe (z.B. Erdgas) relativ hohe Temperaturen von z.B. 100 bis 200 "C aufweisen. Die Werkstoffe, die für Leitungsrohre unter solchen Bedingungen verwendbar sind, müssen nicht nur eine ausreichende Schwei barkeit und eine gewisse Korrosionsbeständigkeit aufweisen, sondern müssen auch eine vergleichsweise gute Streckgrenzenstabilität haben. Beispielsweise sollte bei einer Temperatur von 160 "C der Streckgrenzenabfall im Vergleich zur Streckgrenze bei Raumtemperatur so gering wie möglich sein. Weiterhin wird eine im wesentlichen stetige Spannungs-Dehnungs-Charakteristik verlangt, d.h. die sog. Lüdersdehnung sollte möglichst gering sein.

Wolfram wird als Legierungselement im allgemeinen relativ selten verwendet. Es findet als starker Karbidbildner regelmä ig Verwendung zur Herstellung von Kalt-, Warm- und Schnellarbeitsstählen. Es erhöht deren Warmfestigkeit, Anla beständigkeit und insbesondere den Verschlei widerstand bei hohen Temperaturen. In seiner Wirkungsweise ist Wolfram dem Molybdän ähnlich, so da es im Verhältnis von 2:1 Molybdän ersetzen kann.

Im modernen Kraftwerkbau werden für Dampfleitungen hochwarmfeste ferritische Legierungen mit 9 bis 12 % Chrom eingesetzt. Für diese Stähle ist es bekannt, zur Steigerung der Zeitstandfestigkeit einen Anteil von 1 bis 2 % Wolfram der Legierung zuzufügen. Beispiele hierfür sind die aus Japan stammenden Legierungen P 92 und P 122 sowie die europäische Werkstoffentwicklung E 911.

Für Leitungsrohrstähle ist der Einsatz von Wolfram als Legierungselement bisher völlig unbekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung nahtloser Leitungsrohre vorzuschlagen, bei dem durch eine Vergütungsbehandlung eine Gütestufe im Bereich X 52 bis X 90 sicher einstellbar ist und wobei bis zu Einsatztemperaturen von 200 "C eine gute Streckgrenzenstabilität bei im wesentlichen stetiger Spannungs-Dehnungs- Charakteristik gewährleistbar ist.

Erfindungsgemä wird diese Aufgabe gelöst durch Warmwalzen eines Röhrenvormaterials aus einem Stahl mit folgender Zusammensetzung (Gew.-%): C 0,06 - 0,18 % Si max. 0,40 % Mn 0,80 - 1,40 % P max. 0,025% S max. 0,010 % Al 0,010 - 0,060 % Mo max. 0,50 % V max. 0,10 % Nb max. 0,10 % N max. 0,015 % W>0,30-1,00% Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.

Nach dem Warmwalzen und Abkühlen der Rohre erfolgt eine Wiedererwärmung auf eine Temperatur oberhalb AC3 und ein Abschrecken mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 15 "C/s bis auf unter 100 "C. Abschlie end werden die Rohre je nach gewünschter Gütestufe im Temperaturbereich von 500 bis 700 °C angelassen.

Zur Abbindung des Stickstoffgehalts ist es vieifach empfehlenswert, der verwendeten Stahilegierung bis zu 0,050 % Ti zuzusetzen. Der Wolfram-Gehalt liegt zweckmä igerweise im Bereich von 0,35 bis 0,70 %, besonders bevorzugt im Bereich von 0,35 bis 0,40 %. Es empfiehlt sich, den Vanadium-Gehalt auf mindestens 0,04 %

einzustellen. Ein Molybdän-Gehalt im Bereich von 0,05 bis 0,40 %, vorzugsweise im Bereich von 0,10 bis 0,25 % hat sich besonders bei den höheren Gütestufen als vorteilhaft erwiesen.

Die erfindungsgemä für das Warmwalzen einzusetzende Stahllegierung darf ohne Beeinträchtigung ihrer Eigenschaften durchaus weitere Begleitstoffe enthalten, wie sie insbesondere bei der Elektrostahlerzeugung anzutreffen sind. Beispiele für diese Begleitstoffe sind etwa Kupfer, Chrom und Nickel. Die Gehaltsgrenzen dieser Begleitstoffe sollten zweckmä ig jeweils auf maximal 0,15 % beschränkt werden.

Ein erfindungsgemä warmgewalztes und nach dem Wiedererwärmen abgeschrecktes Leitungsrohr lä t sich durch Vergütung auf eine beliebige Gütestufe im Gütestufenbereich von X 52 bis X 90 einstellen. Je niedriger die Anla temperatur beim Vergüten gewählt wird, um so höher sind die erzielten Festigkeitskennwerte.

Durch höhere Anla temperaturen werden die Zähigkeitseigenschaften verbessert. Ein erfindungsgemä hergestelltes Leitungsrohr weist mindestens bis zu einer Einsatztemperatur von 200 "C eine stabile Streckgrenze auf, d.h. da der Streckgrenzenabfall sehr gering(< 10 %) ist. Die Spannungs-Dehnungs-Charakteristik ist im wesentlichen stetig. Die für Leitungsrohre wichtige Schwei barkeit ist gewährleistet. Das Kohlenstoffäquivalent nach IIW lä t sich auf relativ geringe Werte einstellen. Der Molybdän-Gehalt kann auf sehr kleine Werte beschränkt werden oder sogar Null betragen. Da Wolfram kostengünstiger ist als Molybdän, sind die Herstellkosten der erfindungsgemä einzusetzenden Legierung niedriger.

Die für die Erfindung entscheidend wichtige Zulegierung von Wolfram hat eine für den Fachmann überraschend positive Wirkung mit sich gebracht. Dies soll anhand eines Ausführungsbeispiels und eines Vergieichsbeispiels im folgenden verdeutlicht werden. Die Spannungs-Dehnungs-Charakteristik von Proben der beiden Beispiele ist in den Fig. 1 (Erfindung) und 2 (Vergleichsfall) grafisch dargestellt worden.

Es wurden Probestücke von jeweils 35 mm Dicke untersucht, die in Pilgerstra ensimulation gewalzt worden waren. Die für die beiden Beispiele verwendeten Legierungen sind der folgenden Tabelle zu entnehmen: Element Erfindung Vergleichsfail

C 0,13 % 0,13 % Mn 1,30% 1,25 % Mo 0,15 % 0,30 % V 0,05% 0,05% Cr 0,10 % 0,10 % W 0,35% Ti 0,018 % 0,018 % N 70 ppm 70 ppm Für den erfindungsgemä eingesetzten Stahl wurde das Kohlenstoffäquivalent mit dem Wert TEllw = 0,42 bzw. CEpCM = 0,23 ermittelt. Für den Vergleichsstahl ergaben sich Werte für das Kohlenstoffäquivalent von 0,44 bzw. 0,24. Die Legierung des erfindungsgemä eingesetzten Stahls unterscheidet sich von der Vergleichslegierung im wesentlichen nur dadurch, da der Molybdän-Gehalt um 0,15 % geringer ist und statt dessen ein zusätzlicher Gehalt von 0,35 % Wolfram zugesetzt ist. Der erfindungsgemä eingesetzte Stahl zeigte bei der Untersuchung seiner Festigkeitseigenschaften bei einer Prüftemperatur von 160 "C einen Streckgrenzenabfall von lediglich ca. 5 %. Wie der Spannungs-Dehnungs- Charakteristik in Fig. 1 zu entnehmen ist, fallen die Spannungs-Dehnungs-Kurven bei Raumtemperatur (RT) und bei der Prüftemperatur von 160 "C ab einer plastischen Dehnung von ca. 0,7 % überraschenderweise praktisch völlig zusammen. Im Vergleich dazu zeigt das in Fig. 2 wiedergegebene analoge Spannungs-Dehnungs-Diagramm für den Molybdän-legierten Vergleichsstahl ein deutlich anderes Verhalten. Hier verläuft die Spannungs-Dehnungs-Kurve bei der Prüftemperatur von 160 "C über den gesamten untersuchten Bereich deutlich unterhalb der Spannungs-Dehnungs-Kurve bei Raumtemperatur. Dieses vergleichsweise sehr viel.günstigere Spannungs- Dehnungs-Verhalten des erfindungsgemä verwendeten Leitungsstahls war völlig unerwartet.

Die untersuchte Probe des erfindungsgemä en Stahls wies bei einer Anla temperatur von 670 °C eine Streckgrenze von Rp0,2 = 594 MPa auf und erreichte somit das Niveau der Gütestufe X 85. Durch höhere Anla temperaturen lä t sich das Festigkeitsniveau absenken und durch geringere Temperaturen erhöhen. Im Rahmen der erfindungsgemä en Gehaltsgrenzen lassen sich Legierungen auswählen, die durch entsprechende Vergütungsbehandlung den Gütestufenbereich von X 52 bis X 90

darstellen können. Die untersuchte Stahlprobe gemä der Erfindung zeigte im Hinblick auf die Kerbschlagzähigkeit bei einer Prüftemperatur von - 30 °C (Probenlage: Blechmitte, quer) einen Wert der Kerbschlagarbeit von 92 J/cm2, der für die Güteklasse X 85 als au erordentlich gut anzusehen ist. Die Schwei barkeit des erfindungsgemä en Stahls ist als völlig befriedigend einzustufen, ein negativer Einflu des zulegierten Wolframs ist nicht erkennbar.