[go: up one dir, main page]

RU2363877C2 - Pipe made of martensite stainless steel for oil wells - Google Patents

Pipe made of martensite stainless steel for oil wells Download PDF

Info

Publication number
RU2363877C2
RU2363877C2 RU2007125642/02A RU2007125642A RU2363877C2 RU 2363877 C2 RU2363877 C2 RU 2363877C2 RU 2007125642/02 A RU2007125642/02 A RU 2007125642/02A RU 2007125642 A RU2007125642 A RU 2007125642A RU 2363877 C2 RU2363877 C2 RU 2363877C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
stainless steel
content
maximum
scc
Prior art date
Application number
RU2007125642/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007125642A (en
Inventor
Хисаси АМАЯ (JP)
Хисаси Амая
Кунио КОНДО (JP)
Кунио Кондо
Масакацу УЕДА (JP)
Масакацу Уеда
Original Assignee
Сумитомо Метал Индастриз, Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сумитомо Метал Индастриз, Лтд. filed Critical Сумитомо Метал Индастриз, Лтд.
Priority to RU2007125642/02A priority Critical patent/RU2363877C2/en
Publication of RU2007125642A publication Critical patent/RU2007125642A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2363877C2 publication Critical patent/RU2363877C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to metallurgy field, particularly to manufacturing of pipe from martensite stainless steel for usage in humid condition, containing gaseous carbon dioxide. Oil-and-gas pipe is manufactured from steel, containing in wt %: carbon from 0.005 up to 0.1, silicon from 0.05 up to 1, manganese from 1.5 up to 5, phosphorus maximum 0.05, sulphur maximum 0.01, chrome from 9 up to 13, nickel maximum 0.5, molybdenum maximum 2, copper maximum 2, aluminium from 0.001 up to 0.1, nitrogen from 0.001 up to 0.1, iron and unavoidable admixtures are the rest. Pipe allows variety of deplated by chrome section sunder surface without implementation of tempering operation.
EFFECT: it is provided deceleration of corrosion cracking process under tension without formation on surface of passivating film.
3 cl, 2 tbl, 1 ex

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Настоящее изобретение относится к трубе из мартенситной нержавеющей стали для нефтяных скважин, а более конкретно к трубе из мартенситной нержавеющей стали, предназначенной для использования во влажной среде, содержащей газообразный диоксид углерода.The present invention relates to a martensitic stainless steel pipe for oil wells, and more particularly, to a martensitic stainless steel pipe intended for use in a humid environment containing carbon dioxide gas.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Нефть и природный газ, добываемые из нефтяных и газовых скважин, содержат коррозионный газ, такой как газообразный диоксид углерода и газообразный сероводород. В такой влажной содержащей газообразный диоксид углерода среде в качестве нефтегазопромысловых и трубопроводных труб используют трубы из мартенситной нержавеющей стали, имеющие высокую коррозионную стойкость. Более конкретно, широко используют трубы из нержавеющей стали 13Cr, обычно стальные трубы API 13Cr. Труба из нержавеющей стали 13Cr является стойкой к коррозии под воздействием газообразного диоксида углерода, поскольку она содержит около 13% Cr, и имеет мартенситную структуру, поскольку она содержит около 0,2% С.Oil and natural gas extracted from oil and gas wells contain corrosive gas such as gaseous carbon dioxide and gaseous hydrogen sulfide. In such a moist environment containing gaseous carbon dioxide, martensitic stainless steel pipes having high corrosion resistance are used as oil and gas field and pipeline pipes. More specifically, 13Cr stainless steel pipes are commonly used, typically API 13Cr steel pipes. The 13Cr stainless steel pipe is resistant to corrosion by exposure to gaseous carbon dioxide, since it contains about 13% Cr, and has a martensitic structure, since it contains about 0.2% C.

В последние годы исследуют и разрабатывают более глубокие нефтяные и газовые скважины. Нефтегазопромысловая труба (в дальнейшем называемая просто "OCTG"), предназначенная для использования в глубокой скважине во влажной содержащей газообразный диоксид углерода среде, должна иметь высокую прочность, равную 655 МПа или более, и высокую ударную вязкость. При наличии влажной содержащей газообразный диоксид углерода среды при высоких температурах в интервале от 80°С до 150°С существует риск возникновения коррозии активного типа, которая вызывает растрескивание, образующееся в результате коррозии под напряжением (в дальнейшем называемой просто "SCC"), поэтому требуется высокая стойкость к SCC.In recent years, deeper oil and gas wells have been researched and developed. An oil and gas field pipe (hereinafter simply referred to as “OCTG”), intended for use in a deep well in a moist environment containing gaseous carbon dioxide, should have a high strength of 655 MPa or more and a high impact strength. In the presence of a moist environment containing gaseous carbon dioxide at high temperatures in the range from 80 ° C to 150 ° C, there is a risk of corrosion of the active type, which causes cracking resulting from stress corrosion (hereinafter referred to simply as "SCC"), therefore high resistance to SCC.

При использовании трубы из нержавеющей стали 13Cr в глубоких скважинах с высокотемпературной влажной содержащей газообразный диоксид углерода средой наблюдаются следующие недостатки.When using 13Cr stainless steel pipes in deep wells with a high-temperature wet environment containing carbon dioxide gas, the following disadvantages are observed.

1. Из-за высокого содержания С необходимая ударная вязкость не может быть получена в том случае, когда прочность повышена до 655 МПа или более.1. Due to the high content of C, the required impact strength cannot be obtained when the strength is increased to 655 MPa or more.

2. В процессе изготовления трубу из нержавеющей стали 13Cr подвергают закалке и отпуску и, как показано на фиг.1, в структуре после отпуска формируются карбиды 50 хрома. Обедненный Cr участок 60, то есть участок с низким содержанием Cr, формируется на периферии карбида 50 хрома или на границе зерен. Обедненный Cr участок 60 повышает возможность образования SSC. Поэтому труба из нержавеющей стали 13Cr, имеющая обедненный Cr участок 60, не обладает стойкостью к SCC, необходимой при ее использовании в глубокой скважине с высокотемпературной влажной содержащей газообразный диоксид углерода средой.2. In the manufacturing process, a 13Cr stainless steel pipe is quenched and tempered and, as shown in FIG. 1, chromium carbides 50 are formed in the structure after tempering. The Cr depleted region 60, i.e., the low Cr region, is formed at the periphery of the chromium carbide 50 or at the grain boundary. The depleted Cr region 60 increases the possibility of SSC formation. Therefore, a 13Cr stainless steel pipe having a Cr depleted portion of 60 is not resistant to the SCC required when used in a deep well with a high temperature, moist, carbon dioxide gas atmosphere.

По этой причине была разработана труба из улучшенной мартенситной нержавеющей стали 13Cr, которая может быть использована в глубокой скважине с высокотемпературной влажной содержащей газообразный диоксид углерода средой. Труба из улучшенной мартенситной нержавеющей стали 13Cr имеет более высокую стойкость к SCC, чем труба из нержавеющей стали 13Cr, благодаря пассивной пленке на поверхности, сформированной в результате добавления легирующего элемента, такого как Мо и Сu, и содержанию С в количестве 0,1% или менее. Это происходит потому, что, как показано на фиг.2, в структуре после отпуска почти не выделяется карбид хрома из-за низкого содержания С, при условии, что условия отпуска являются правильными.For this reason, an improved 13Cr martensitic stainless steel pipe has been developed that can be used in a deep well with a high temperature, moist, carbon dioxide gas atmosphere. The improved 13Cr martensitic stainless steel pipe has a higher SCC resistance than the 13Cr stainless steel pipe due to the passive film on the surface formed by the addition of an alloying element such as Mo and Cu and a C content of 0.1% or less. This is because, as shown in FIG. 2, almost no chromium carbide is released in the structure after tempering due to the low C content, provided that the tempering conditions are correct.

Поскольку вместо С в качестве аустенитобразующего элемента содержится большее количество Ni, который также является аустенитобразующим элементом, мартенситная структура сохраняется даже при низком содержании С. Поэтому труба из улучшенной нержавеющей стали 13Сr имеет высокую прочность и ударную вязкость, необходимые при ее использовании в высокотемпературной влажной содержащей газообразный диоксид углерода среде.Since instead of C a larger amount of Ni is contained as an austenitic forming element, which is also an austenitic forming element, the martensitic structure is preserved even at a low content of C. Therefore, a pipe made of improved 13Сr stainless steel has the high strength and toughness required when it is used in a high-temperature wet containing gaseous carbon dioxide medium.

Традиционную трубу из нержавеющей стали 13Сr подвергают закалке и отпуску для получения нужной прочности, однако с целью снижения производственных затрат была разработана труба из мартенситной нержавеющей стали 13Сr, получаемая без отпуска после прокатки (в дальнейшем называемая "трубой из нержавеющей мартенситной стали без отпуска"). Труба из нержавеющей мартенситной стали без отпуска описана в JP 2003-183781 A, JP 2003-193203 А и JP 2003-129190 А. Согласно приведенным публикациям желаемая прочность и ударная вязкость могут быть получены даже при отсутствии отпуска.A traditional 13Cr stainless steel pipe is quenched and tempered to obtain the required strength, however, in order to reduce production costs, a 13Cr martensitic stainless steel pipe has been developed that is obtained without tempering after rolling (hereinafter referred to as the “martensitic stainless steel pipe without tempering”). A stainless steel martensitic steel pipe without tempering is described in JP 2003-183781 A, JP 2003-193203 A and JP 2003-129190 A. According to the publications cited, the desired strength and toughness can be obtained even in the absence of tempering.

Однако в результате исследований авторы данного изобретения установили, что стойкость к SCC трубы из мартенситной нержавеющей стали без отпуска ниже стойкости традиционной трубы из улучшенной мартенситной нержавеющей стали 13Сr. Как показано на фиг.3, обедненный Cr участок не образуется на внутренней стороне трубы на удалении более около 100 мкм от поверхности трубы из мартенситной нержавеющей стали без отпуска, однако обедненный Cr участок 60 образуется до глубины около 100 мкм от поверхности.However, as a result of research, the authors of the present invention found that the resistance to SCC of a martensitic stainless steel pipe without tempering is lower than the resistance of a traditional pipe of improved 13Cr martensitic stainless steel. As shown in FIG. 3, the Cr depleted portion is not formed on the inside of the pipe at a distance of more than about 100 μm from the surface of the martensitic stainless steel pipe without tempering, however, the Cr depleted portion 60 is formed to a depth of about 100 μm from the surface.

Обедненный хромом участок 60 под поверхностью формируется после горячей обработки. Более конкретно, обедненный хромом участок 60 формируется тогда, когда образуется вторичная окалина после прокатки и хром под поверхностью абсорбируется такой окалиной, либо карбид 50 хрома формируется под поверхностью благодаря графиту, используемому в качестве смазки для прокатки, поэтому обедненный хромом участок 60 формируется вокруг карбида 50 хрома. Традиционную улучшенную трубу из мартенситной нержавеющей стали 13Сr подвергают отпуску после прокатки, поэтому такой обедненный хромом участок 60 под поверхностью устраняется во время процесса отпуска, однако трубу из мартенситной нержавеющей стали без отпуска получают, не подвергая ее отпуску, поэтому многие обедненные хромом участки 60 остаются под поверхностью в первоначальном виде.The chromium-depleted region 60 below the surface is formed after hot working. More specifically, chromium depleted portion 60 is formed when secondary scale is formed after rolling and chrome under the surface is absorbed by such dross, or chromium carbide 50 is formed below the surface due to graphite used as a rolling lubricant, so chromium depleted portion 60 is formed around carbide 50 chromium. The traditional improved 13Cr martensitic stainless steel pipe is tempered after rolling, therefore, such a chromium depleted section 60 below the surface is eliminated during the tempering process, however, martensitic stainless steel pipe is produced without tempering without tempering, so many chrome depleted sections 60 remain under surface in its original form.

Труба из нержавеющей мартенситной стали без отпуска, описанная в JP 2003-193204 А, имеет высокую стойкость к SCC. Однако в описанных испытаниях по оценке стойкости к SCC был использован гладкий образец, т.е. образец с полированной поверхностью. Более конкретно, стойкость к SCC образца, включающего обедненный Cr участок под поверхностью, не оценивалась. Авторы данного изобретения провели испытания по SCC с использованием образцов для исследований, включающих обедненный Cr участок под поверхностью, в соответствии с описанными условиями и обнаружили, что стойкость к SCC образцов, включающих обедненный Cr участок под поверхностью, ниже упомянутой стойкости гладкого образца для исследований.Non-tempered martensitic stainless steel pipe described in JP 2003-193204 A has high SCC resistance. However, a smooth specimen was used in the described tests to evaluate SCC resistance, i.e. sample with polished surface. More specifically, SCC resistance of a sample including a Cr depleted site below the surface has not been evaluated. The inventors of the present invention conducted SCC tests using research samples including a Cr depleted site below the surface in accordance with the described conditions and found that the SCC resistance of samples including a Cr depleted site below the surface was lower than that of a smooth research sample.

Поэтому при использовании в глубокой скважине трубы из мартенситной нержавеющей стали без отпуска, включающей множество обедненных хромом участков 60 под поверхностью, в высокотемпературной влажной содержащей газообразный диоксид углерода среде может возникнуть SCC.Therefore, when a martensitic stainless steel pipe is used in a deep well without tempering, including many chromium-depleted portions 60 below the surface, SCC may occur in a high-temperature wet environment containing carbon dioxide gas.

В качестве способа удаления таких обедненных Cr участков под поверхностью может быть использована обработка металлической дробью и/или травление. Однако такие виды обработки повышают производственную стоимость. Даже после такой обработки все еще остается вероятность того, что обедненные хромом участки под поверхностью могут сохраниться в зависимости от условий обработки.As a method for removing such Cr depleted sites below the surface, shot blasting and / or pickling can be used. However, such treatments increase production costs. Even after such treatment, there is still the possibility that the chromium-depleted areas below the surface may remain depending on the processing conditions.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Целью настоящего изобретения является разработка нефтегазовых труб из мартенситной нержавеющей стали, имеющей высокую стойкость к SCC, независимо от присутствия обедненного хромом участка под поверхностью.An object of the present invention is to provide martensitic stainless steel oil and gas pipes with high SCC resistance, irrespective of the presence of a chromium depleted region below the surface.

Авторы данного изобретения обнаружили, что в случае, когда не формируется пассивная пленка, содержание Ni не более 5% мас. и содержание Mn от 1,5% мас. до 5% мас. обеспечивают высокую стойкость к SCC, независимо от присутствия обедненного хромом участка под поверхностью. Ниже представлено описание необходимых условий.The authors of this invention found that in the case when a passive film is not formed, the Ni content is not more than 5% wt. and the content of Mn from 1.5% wt. up to 5% wt. provide high resistance to SCC, regardless of the presence of a chromium depleted area below the surface. Below is a description of the necessary conditions.

1. Отсутствие формирования пассивной пленки.1. The lack of formation of a passive film.

Авторы данного изобретения считают, что во влажной содержащей газообразный диоксид углерода среде SCC может быть ограничено равномерным корродированием с низкой скоростью коррозии без образования пассивной пленки, а не пассивной пленкой, сформированной на поверхности стали. При формировании пассивной пленки часть ее может быть разрушена посторонними силами, такими как воздействие проволоки и зерен песка, ионов хлорида или подобным, даже при добавлении Мо или Сu для усиления пассивной пленки. Как показано на фиг.4, при разрушении части пассивной пленки 2 на мартенситной нержавеющей стали 1 поверхность 3 без пассивной пленки 2 служит в качестве анода, а пассивная пленка 2 служит в качестве катода. В результате коррозионный ток концентрируется у поверхности 3, способствуя возникновению местной коррозии. То есть вероятность SCC повышается. В том случае, если формирования пассивной пленки 2 не происходит, концентрация коррозионного тока может быть предотвращена и поэтому местная коррозия может быть ограничена. Во влажной содержащей газообразный диоксид углерода среде, в том случае, если верхний предел содержания Cr составляет 13% мас., а содержание каждого из Мо и Cu составляет не более 2% мас., пассивная пленка 2 не формируется.The inventors of the present invention believe that in a humid carbon dioxide-containing gas, SCC can be limited to uniform corrosion with a low corrosion rate without the formation of a passive film, rather than a passive film formed on the surface of the steel. When forming a passive film, part of it can be destroyed by extraneous forces, such as exposure to wire and grains of sand, chloride ions or the like, even when Mo or Cu is added to strengthen the passive film. As shown in FIG. 4, when part of the passive film 2 is destroyed on martensitic stainless steel 1, the surface 3 without the passive film 2 serves as the anode, and the passive film 2 serves as the cathode. As a result, the corrosion current is concentrated at the surface 3, contributing to the occurrence of local corrosion. That is, the likelihood of SCC increases. In the event that the formation of the passive film 2 does not occur, the concentration of the corrosion current can be prevented and therefore local corrosion can be limited. In a moist environment containing gaseous carbon dioxide, in the event that the upper limit of the Cr content is 13% by mass, and the content of each of Mo and Cu is not more than 2% by mass, the passive film 2 is not formed.

2. Содержание Ni составляет не более 0,5% мас.2. The Ni content is not more than 0.5% wt.

Даже без пассивной пленки при формировании на поверхности стали участка с высокой растворимостью и участка с низкой растворимостью с микроскопической точки зрения поверхность может быть корродирована неравномерно. При усилении неравномерной коррозии SCC может возникнуть на границе между участком с высокой растворимостью и участком с низкой растворимостью.Even without a passive film, when forming on the steel surface a portion with high solubility and a portion with low solubility from a microscopic point of view, the surface may be unevenly corroded. With increased uneven corrosion, SCC may occur at the boundary between the high solubility region and the low solubility region.

По этой причине авторы данного изобретения погрузили множество образцов из мартенситной нержавеющей стали, имеющих обедненные хромом участки, в водный раствор хлорида (NaCl) с насыщенной концентрацией и исследовали связь между металлическими ионами, элюировавшими из стали, и растворимостью на поверхности стали. Были использованы многие сорта мартенситной нержавеющей стали, содержание Cr в которых составляет от 9% до 13%, а содержание Cu составляет не более 2%, без пассивной пленки. Содержание Ni в различных сортах стали изменяется.For this reason, the inventors of the present invention immersed a plurality of martensitic stainless steel samples having chromium-depleted regions in an aqueous solution of chloride (NaCl) with a saturated concentration and examined the relationship between metal ions eluting from steel and solubility on the surface of the steel. Many grades of martensitic stainless steel were used, the Cr content of which is from 9% to 13%, and the Cu content is no more than 2%, without a passive film. The Ni content in various grades of steel varies.

В результате исследований авторы данного изобретения впервые установили, что при отсутствии образования пассивной пленки и при содержании Ni не более 0,5% мас. возникновение SCC может быть предотвращено при наличии под поверхностью обедненного хромом участка.As a result of research, the authors of the present invention for the first time found that in the absence of the formation of a passive film and with a Ni content of not more than 0.5% wt. SCC can be prevented if there is a chrome depleted area below the surface.

Как показано на фиг.5, поверхность мартенситной нержавеющей стали без пассивной пленки корродирована равномерно. Одновременно ионы Fe и ионы Cr элюируют с поверхности стали, снижая pH раствора. Поэтому рН раствора на поверхностных участках 10 и 11, где элюируют ионы Fe и ионы Cr, снижается.As shown in FIG. 5, the surface of martensitic stainless steel without a passive film is uniformly corroded. At the same time, Fe ions and Cr ions elute from the surface of the steel, lowering the pH of the solution. Therefore, the pH of the solution in the surface regions 10 and 11, where Fe ions and Cr ions elute, decreases.

Между тем, ионы Ni, элюировавшие с поверхности, препятствуют понижению pH раствора. Поэтому pH раствора на поверхностных участках 12 и 13, где элюируют ионы Ni, выше pH раствора на поверхностных участках 10 и 11. Следовательно, как показано на фиг.6, растворимость поверхностных участков 12 и 13 является невысокой, а растворимость поверхностных участков 10 и 11 является высокой. В результате коррозия распространяется на поверхностных участках 10 и 11, при этом поверхность корродируется неравномерно. В том случае, если коррозия распространяется неравномерно с микроскопической точки зрения, SCC наиболее вероятно возникает на границе между участком с высокой растворимостью и участком с низкой растворимостью, как на участке 15.Meanwhile, Ni ions, eluted from the surface, prevent the solution from dropping. Therefore, the pH of the solution in the surface regions 12 and 13, where Ni ions elute, is higher than the pH of the solution in the surface regions 10 and 11. Therefore, as shown in FIG. 6, the solubility of the surface regions 12 and 13 is low, and the solubility of the surface regions 10 and 11 is high. As a result, corrosion spreads on the surface areas 10 and 11, while the surface is unevenly corroded. In the event that corrosion does not spread uniformly from a microscopic point of view, SCC most likely occurs at the boundary between the high solubility region and the low solubility region, as in region 15.

В описанной выше мартенситной нержавеющей стали без пассивной пленки неравномерная коррозия распространяется из-за присутствия Ni и возникает SCC. Вероятность SCC больше зависит от содержания Ni, чем от наличия обедненного хромом участка. Поэтому при снижении содержания Ni местная коррозия может быть предотвращена несмотря на присутствие обедненных хромом участков под поверхностью, благодаря чему возникновение SCC может быть предупреждено.In the martensitic stainless steel described above without a passive film, uneven corrosion propagates due to the presence of Ni and SCC occurs. The probability of SCC is more dependent on the Ni content than on the presence of a chromium depleted site. Therefore, by decreasing the Ni content, local corrosion can be prevented despite the presence of chromium depleted areas below the surface, so that the occurrence of SCC can be prevented.

3. Содержание Mn составляет от 1,5% мас. до 5,0% мас.3. The content of Mn is from 1.5% wt. up to 5.0% wt.

Поскольку Ni способен вызвать SCC, его содержание предпочтительно снижают. Однако если содержание Ni в качестве аустенитобразующего элемента снижено, формируется мартенсит, а также δ-феррит. δ-Феррит не только снижает прочность и ударную вязкость стали, но также может вызвать образование SCC, возникающей из промежуточной фазы между мартенситом и ферритом. Поэтому при снижении содержания Ni содержание Mn, в качестве аустенитобразующего элемента, может быть повышено для ограничения формирования δ-феррита, в результате чего образование SCC, возникающей из промежуточной фазы, может быть предотвращено.Since Ni is capable of causing SCC, its content is preferably reduced. However, if the content of Ni as an austenite-forming element is reduced, martensite is formed, as well as δ-ferrite. δ-Ferrite not only reduces the strength and toughness of steel, but can also cause the formation of SCC arising from the intermediate phase between martensite and ferrite. Therefore, by decreasing the Ni content, the Mn content, as an austenite-forming element, can be increased to limit the formation of δ ferrite, as a result of which the formation of SCC arising from the intermediate phase can be prevented.

Ввиду вышеизложенного авторы разработали следующее изобретение.In view of the foregoing, the authors have developed the following invention.

Нефтегазовая труба из мартенситной нержавеющей стали согласно данному изобретению содержит, по массе, от 0,005% до 0,1% С, от 0,05% до 1% Si, от 1,5% до 5% Mn, максимум 0,05% Р, максимум 0,01% S, от 9% до 13% Cr, максимум 0,5% Ni, максимум 2% Мо, максимум 2% Cu, от 0,001% до 0,1% Al и от 0,001% до 0,1% N, при этом остаток составляют Fe и неизбежные примеси, причем труба имеет обедненный хромом участок под поверхностью.The martensitic stainless steel oil and gas pipe according to this invention contains, by weight, from 0.005% to 0.1% C, from 0.05% to 1% Si, from 1.5% to 5% Mn, maximum 0.05% P , maximum 0.01% S, from 9% to 13% Cr, maximum 0.5% Ni, maximum 2% Mo, maximum 2% Cu, 0.001% to 0.1% Al and 0.001% to 0.1 % N, with the remainder being Fe and unavoidable impurities, the pipe having a chromium depleted region below the surface.

В данном случае обедненный хромом участок под поверхностью представляет собой участок с концентрацией Cr, составляющей в стали 8,5% мас. или менее, при этом такие участки рассеяны, например, в районе от поверхности до глубины менее 100 мкм по направлению вглубь стали. Например, обедненный хромом участок сформирован на периферии карбида хрома или на границе зерен. Обедненный хромом участок определяют, например, следующим способом. Из произвольной части на участке от поверхности до глубины, составляющей менее 100 мкм, по направлению к внутренней части трубы из мартенситной нержавеющей стали получают образец в виде тонкой пленки. Такой образец, например, получают при помощи устройства со сфокусированным ионным пучком (FIB). Образец в виде тонкой пленки анализируют, используя просвечивающий электронный микроскоп (ТЕМ) и анализируя концентрацию Cr на исследуемом участке при помощи рентгеноспектрального анализатора на основе метода энергетической дисперсии (EDS), присоединенного к ТЕМ таким образом, чтобы можно было определить наличие участка Cr.In this case, the chromium-depleted region below the surface is a region with a Cr concentration of 8.5% by weight in steel. or less, while such areas are scattered, for example, in the region from the surface to a depth of less than 100 microns in the direction deep into the steel. For example, a chromium depleted region is formed at the periphery of chromium carbide or at the grain boundary. The chromium depleted region is determined, for example, by the following method. A sample in the form of a thin film is obtained from an arbitrary part in a section from the surface to a depth of less than 100 μm toward the inner part of the martensitic stainless steel pipe. Such a sample, for example, is obtained using a focused ion beam device (FIB). A thin film sample is analyzed using a transmission electron microscope (TEM) and analyzing the concentration of Cr in the test area using an energy dispersive X-ray analyzer (EDS) attached to the TEM so that the presence of the Cr site can be determined.

Нефтегазовая труба из мартенситной нержавеющей стали согласно данному изобретению не имеет пассивной пленки, сформированной на поверхности в высокотемпературной влажной содержащей газообразный диоксид углерода среде. Содержание Ni, вызывающее формирование катода, ограничено. Поэтому, как показано на фиг.7, в OCTG из мартенситной нержавеющей стали согласно данному изобретению возникновение местной коррозии в высокотемпературной влажной содержащей газообразный диоксид углерода среде может быть предотвращено несмотря на наличие обедненного Cr участка под поверхностью - вся поверхность равномерно корродируется с небольшой скоростью. Содержание Mn, аустенитобразующего элемента, подобного Ni, повышают таким образом, чтобы структура стала мартенситной, а образование δ-феррита было ограничено. Благодаря этому возникновение SCC из промежуточной фазы может быть предотвращено. Следовательно, OCTG из мартенситной нержавеющей стали согласно данному изобретению имеет высокую стойкость к SCC.The martensitic stainless steel oil and gas pipe of the present invention does not have a passive film formed on the surface in a high temperature wet environment containing carbon dioxide gas. The Ni content causing cathode formation is limited. Therefore, as shown in Fig. 7, in the OCTG of martensitic stainless steel according to this invention, the occurrence of local corrosion in a high-temperature wet environment containing carbon dioxide gas can be prevented despite the presence of a Cr depleted area below the surface - the entire surface is uniformly corroded at a low speed. The content of Mn, an austenitic element like Ni, is increased so that the structure becomes martensitic and the formation of δ ferrite is limited. Due to this, the occurrence of SCC from the intermediate phase can be prevented. Therefore, the martensitic stainless steel OCTG of the present invention has high SCC resistance.

Нефтегазовая труба из мартенситной нержавеющей стали согласно данному изобретению предпочтительно дополнительно содержит по меньшей мере один из следующих элементов: от 0,005% до 0,5% Ti, от 0,005% до 0,5% V, от 0,005% до 0,5% Nb, от 0,005% до 0,5% Zr.The martensitic stainless steel oil and gas pipe according to this invention preferably further comprises at least one of the following elements: from 0.005% to 0.5% Ti, from 0.005% to 0.5% V, from 0.005% to 0.5% Nb, from 0.005% to 0.5% Zr.

В таком случае каждый из упомянутых элементов соединяется с C в стали, образуя мелкий карбид. Поэтому ударная вязкость стали повышается. Следует отметить, что добавление упомянутых элементов не влияет на стойкость к SCC.In this case, each of the mentioned elements is connected to C in steel, forming a fine carbide. Therefore, the toughness of steel increases. It should be noted that the addition of these elements does not affect the resistance to SCC.

Нефтегазовая труба из мартенситной нержавеющей стали согласно данному изобретению предпочтительно дополнительно содержит по меньшей мере один из следующих элементов: от 0,0002% до 0,005% В, от 0,0003% до 0,005% Са, от 0,0003% до 0,005% Mg и от 0,0003% до 0,005% редкоземельного элемента.The martensitic stainless steel oil and gas pipe according to this invention preferably further comprises at least one of the following elements: from 0.0002% to 0.005% B, from 0.0003% to 0.005% Ca, from 0.0003% to 0.005% Mg and from 0.0003% to 0.005% of the rare earth element.

В таком случае каждый из упомянутых добавляемых элементов улучшает способность стали поддаваться горячей обработке. Следует отметить, что упомянутые элементы не влияют на стойкость к SCC.In this case, each of the added elements mentioned improves the hot working ability. It should be noted that these elements do not affect the resistance to SCC.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Фиг.1 представляет схематическое изображение, иллюстрирующее структуру нержавеющей стали 13Сr.Figure 1 is a schematic diagram illustrating the structure of 13Cr stainless steel.

Фиг.2 представляет схематическое изображение, иллюстрирующее структуру улучшенной мартенситной нержавеющей стали 13Сr.2 is a schematic diagram illustrating the structure of an improved 13Cr martensitic stainless steel.

Фиг.3 представляет схематическое изображение, иллюстрирующее структуру мартенситной нержавеющей стали без отпуска.Figure 3 is a schematic diagram illustrating the structure of martensitic stainless steel without tempering.

Фиг.4 представляет схематическое изображение, иллюстрирующее возникновение SCC в мартенситной нержавеющей стали, имеющей сформированную на ней пассивную пленку.4 is a schematic diagram illustrating the occurrence of SCC in martensitic stainless steel having a passive film formed thereon.

Фиг.5 представляет изображение, иллюстрирующее начальную5 is an image illustrating the initial

стадию коррозии стали, содержащей Ni и Cr.corrosion stage of steel containing Ni and Cr.

Фиг.6 представляет изображение, иллюстрирующее коррозию стали, содержащей Ni и Cr.6 is a view illustrating corrosion of steel containing Ni and Cr.

Фиг.7 представляет изображение, иллюстрирующее коррозию OCTG из мартенситной нержавеющей стали согласно данному изобретению.7 is a view illustrating the corrosion of OCTG from martensitic stainless steel according to this invention.

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯPREFERRED EMBODIMENTS FOR CARRYING OUT THE INVENTION

Далее осуществление данного изобретения описано подробно.Further, the implementation of the present invention is described in detail.

1. Химический состав1. The chemical composition

Труба из мартенситной нержавеющей стали согласно осуществлению данного изобретения имеет следующий состав. В дальнейшем "%", касающиеся элементов, означают "% мас".A martensitic stainless steel pipe according to an embodiment of the present invention has the following composition. Hereinafter, "%" regarding the elements means "% wt".

С: от 0,005% до 0,1%C: from 0.005% to 0.1%

Углерод способствует улучшению прочности стали. С другой стороны, если содержание С является избыточным, это вызывает избыточное выделение карбида хрома, и у такого карбида возникает SCC. Поэтому содержание С составляет от 0,005% до 0,1%, предпочтительно от 0,01% до 0,07%, более предпочтительно от 0,01% до 0,05%.Carbon improves steel strength. On the other hand, if the C content is excessive, it causes an excess of chromium carbide, and SCC occurs in such carbide. Therefore, the content of C is from 0.005% to 0.1%, preferably from 0.01% to 0.07%, more preferably from 0.01% to 0.05%.

Si: от 0,05% до 1%Si: 0.05% to 1%

Кремний эффективно применяют для раскисления стали. С другой стороны, Si представляет собой ферритобразующий элемент, и поэтому избыточное содержание Si вызывает образование δ-феррита, что понижает ударную вязкость стали. Поэтому содержание Si составляет от 0,05% до 1%.Silicon is effectively used to deoxidize steel. On the other hand, Si is a ferrite-forming element, and therefore an excessive Si content causes the formation of δ-ferrite, which lowers the toughness of steel. Therefore, the Si content is from 0.05% to 1%.

Mn: от 1,5% до 5%Mn: 1.5% to 5%

Марганец является аустенитобразующим элементом и способствует формированию мартенситной структуры. Согласно данному изобретению содержание Ni, который также является аустенитобразующим элементом, снижают, поэтому содержание Mn предпочтительно повышают с целью превращения структуры стали в мартенситную и получения высокой прочности и ударной вязкости.Manganese is an austenite-forming element and contributes to the formation of a martensitic structure. According to the present invention, the content of Ni, which is also an austenitic forming element, is reduced, therefore, the content of Mn is preferably increased in order to convert the steel structure to martensitic and to obtain high strength and toughness.

Более того, Mn способствует улучшению стойкости SCC. Марганец способен ограничить образование δ-феррита и предотвратить возникновение SCC из промежуточной фазы между δ-ферритом и мартенситом.Moreover, Mn contributes to improved SCC durability. Manganese is able to limit the formation of δ-ferrite and prevent the occurrence of SCC from the intermediate phase between δ-ferrite and martensite.

С другой стороны, избыточное содержание Mn снижает ударную вязкость. Поэтому содержание Mn составляет от 1,5% до 5%, предпочтительно от 1,7% до 5%, более предпочтительно от 2,0% до 5%.Excessive Mn, on the other hand, reduces toughness. Therefore, the Mn content is from 1.5% to 5%, preferably from 1.7% to 5%, more preferably from 2.0% to 5%.

Р: 0,05% или менееP: 0.05% or less

Фосфор представляет собой загрязняющую примесь. Фосфор, который является ферритобразующим элементом, образует δ-феррит и понижает ударную вязкость стали. Поэтому содержание Р является как можно более низким. Содержание Р составляет 0,05% или менее, предпочтительно 0,02% или менее.Phosphorus is a contaminant. Phosphorus, which is a ferrite-forming element, forms δ-ferrite and lowers the toughness of steel. Therefore, the content of P is as low as possible. The content of P is 0.05% or less, preferably 0.02% or less.

S: 0,01% или менееS: 0.01% or less

Сера представляет собой загрязняющую примесь. Сера, которая является ферритобразующим элементом, образует δ-феррит в стали и понижает обрабатываемость стали в горячем состоянии. Поэтому содержание S является как можно более низким. Содержание S составляет 0,01% или менее, предпочтительно 0,005% или менее.Sulfur is a contaminant. Sulfur, which is a ferrite-forming element, forms δ-ferrite in steel and lowers hot workability of steel. Therefore, the S content is as low as possible. The content of S is 0.01% or less, preferably 0.005% or less.

Cr: от 9% до 13%Cr: 9% to 13%

Хром способствует улучшению коррозионной стойкости во влажной содержащей газообразный диоксид углерода среде. Хром также способен замедлять скорость коррозии при корродировании всей поверхности стали. С другой стороны, Cr представляет собой ферритобразующий элемент и его избыточное содержание вызывает образование δ-феррита, понижающего обрабатываемость в горячем состоянии и ударную вязкость. Поэтому содержание Cr составляет от 9% до 13%.Chromium contributes to the improvement of corrosion resistance in a moist environment containing gaseous carbon dioxide. Chromium is also able to slow down the corrosion rate when corroding the entire surface of the steel. On the other hand, Cr is a ferrite-forming element and its excessive content causes the formation of δ-ferrite, which reduces hot workability and toughness. Therefore, the Cr content is from 9% to 13%.

Ni: 0,5% или менееNi: 0.5% or less

Согласно данному изобретению никель представляет собой нежелательную примесь. Как указано выше, ионы Ni ограничивают снижение pH раствора и, следовательно, стойкость к SCC. Поэтому содержание Ni в трубной мартенситной нержавеющей стали согласно данному варианту предпочтительно является как можно более низким. Поэтому содержание Ni составляет 0,5% или менее, предпочтительно от 0,25% или менее, более предпочтительно 0,1% или менее.According to this invention, nickel is an undesirable impurity. As indicated above, Ni ions limit the decrease in pH of the solution and, therefore, resistance to SCC. Therefore, the Ni content in the martensitic stainless steel pipe according to this embodiment is preferably as low as possible. Therefore, the Ni content is 0.5% or less, preferably from 0.25% or less, more preferably 0.1% or less.

Мо: 2% или менееMo: 2% or less

Cu: 2% или менееCu: 2% or less

На нефтегазовой трубе из мартенситной нержавеющей стали согласно данному изобретению пассивная пленка не формируется, а вся поверхность корродируется с низкой скоростью. Молибден и медь стабилизируют и усиливают пассивную пленку, поэтому их содержание предпочтительно является как можно более низким. Следовательно, общее содержание Мо и Cu составляет 2% или менее. Содержание Мо предпочтительно составляет 1% или менее, а содержание Сu также составляет 1% или менее.On the oil and gas pipe of martensitic stainless steel according to this invention, a passive film is not formed, and the entire surface is corroded at a low speed. Molybdenum and copper stabilize and enhance the passive film, so their content is preferably as low as possible. Therefore, the total content of Mo and Cu is 2% or less. The Mo content is preferably 1% or less, and the Cu content is also 1% or less.

Al: от 0,001% до 0,1%Al: 0.001% to 0.1%

Алюминий эффективно применяют в качестве раскисляющего агента. С другой стороны, избыточное содержание Al повышает содержание неметаллических включений в стали, таким образом понижая ее ударную вязкость и коррозионную стойкость. Поэтому содержание Al составляет от 0,001% до 0,1%.Aluminum is effectively used as a deoxidizing agent. On the other hand, an excess Al content increases the content of non-metallic inclusions in steel, thereby lowering its toughness and corrosion resistance. Therefore, the Al content is from 0.001% to 0.1%.

N: от 0,001% до 0,1%N: 0.001% to 0.1%

Азот является аустенитобразующим элементом и ограничивает образование δ-феррита, таким образом превращая структуру стали в мартенситную. С другой стороны, слишком высокое содержание N излишне повышает прочность и снижает ударную вязкость. Поэтому содержание N составляет от 0,001% до 0,1%, предпочтительно от 0,01% до 0,08%.Nitrogen is an austenite-forming element and limits the formation of δ-ferrite, thus turning the steel structure into martensitic. On the other hand, too high an N content unnecessarily increases strength and reduces toughness. Therefore, the N content is from 0.001% to 0.1%, preferably from 0.01% to 0.08%.

Следует отметить, что баланс составляют Fe и загрязняющие примеси.It should be noted that the balance is Fe and contaminants.

Труба из мартенситной нержавеющей стали согласно данному варианту дополнительно содержит один из следующих элементов: Ti, V, Nb и, при необходимости, Zr. Далее следует описание упомянутых элементов.The martensitic stainless steel pipe according to this embodiment further comprises one of the following elements: Ti, V, Nb and, if necessary, Zr. The following is a description of the mentioned elements.

Ti: от 0,005% до 0,5%Ti: 0.005% to 0.5%

V: от 0,005% до 0,5%V: from 0.005% to 0.5%

Nb: от 0,005% до 0,5%Nb: 0.005% to 0.5%

Zr: от 0,005% до 0,5%Zr: from 0.005% to 0.5%

Каждый из упомянутых элементов соединяется с С, образуя мелкий карбид и улучшая ударную вязкость стали. Данные элементы также ограничивают образование Cr карбида, таким образом предотвращая снижение количества твердого раствора Cr. При условии, что содержание каждого из упомянутых элементов составляет от 0,005% до 0,5%, обеспечено эффективное достижение таких преимуществ. Следует отметить, что избыточное содержание таких элементов повышает количество образующихся карбидов, что приводит к снижению ударной вязкости стали.Each of these elements combines with C, forming a fine carbide and improving the toughness of steel. These elements also limit the formation of Cr carbide, thereby preventing a decrease in the amount of Cr solid solution. Provided that the content of each of the mentioned elements is from 0.005% to 0.5%, the effective achievement of such advantages is ensured. It should be noted that the excessive content of such elements increases the amount of carbides formed, which leads to a decrease in the toughness of steel.

Нефтегазовая труба из мартенситной нержавеющей стали согласно данному варианту дополнительно включает один из следующих элементов: В, Ca, Mg и, при необходимости, РЗМ (редкоземельный металл). Далее следует описание упомянутых элементов.The oil and gas pipe made of martensitic stainless steel according to this option additionally includes one of the following elements: B, Ca, Mg and, if necessary, rare-earth metals (rare-earth metal). The following is a description of the mentioned elements.

В: от 0,0002% до 0,005%B: 0.0002% to 0.005%

Ca: от 0,0003% до 0,005%Ca: 0.0003% to 0.005%

Mg: от 0,0003% до 0,005%Mg: 0.0003% to 0.005%

РЗМ: от 0,0003% до 0/005%REM: from 0.0003% to 0/005%

Необходимо отметить, что упомянутые элементы способствуют улучшению обрабатываемости стали в горячем состоянии. При условии, что содержание каждого из упомянутых элементов не выходит за рамки представленных выше диапазонов, обеспечено эффективное достижение таких преимуществ. Следует отметить, что избыточное содержание таких элементов понижает ударную вязкость стали и снижает коррозионную стойкость в коррелирующей среде. Поэтому содержание всех упомянутых элементов предпочтительно составляет от 0,0005% до 0,003%, более предпочтительно от 0,0005% до 0,002%.It should be noted that these elements contribute to the improvement of the workability of steel in a hot state. Provided that the content of each of the above elements does not go beyond the ranges presented above, such advantages are effectively achieved. It should be noted that an excessive content of such elements lowers the toughness of steel and reduces the corrosion resistance in a correlating medium. Therefore, the content of all these elements is preferably from 0.0005% to 0.003%, more preferably from 0.0005% to 0.002%.

2. Способ производства2. Method of production

Расплав для стали, имеющей описанный выше химический состав, получают путем плавки в доменной печи или в электрической печи. Полученную расплавленную сталь подвергают процессу дегазации. Процесс дегазации может быть осуществлен с использованием AOD (аргонокислородное рафинирование) или VOD (обезуглероживание кислородом в вакууме). Альтернативно, AOD и VOD могут быть объединены.A melt for steel having the chemical composition described above is obtained by melting in a blast furnace or in an electric furnace. The resulting molten steel is subjected to a degassing process. The degassing process can be carried out using AOD (argon-oxygen refining) or VOD (decarburization with oxygen in vacuum). Alternatively, AOD and VOD may be combined.

Дегазованную расплавленную сталь при помощи непрерывного литья формируют в виде непрерывного литейного материала. Непрерывный литейный материал представляет собой, например, сляб, блюм или заготовку. Альтернативно, расплавленная сталь может иметь вид слитков, полученных способом отливки слитков.Degassed molten steel by continuous casting is formed into a continuous casting material. A continuous casting material is, for example, a slab, bloom or billet. Alternatively, the molten steel may be in the form of ingots obtained by the ingot casting method.

Сляб, блюм или слиток превращают в заготовки в результате горячей обработки. Кроме того, заготовки могут быть получены в результате горячей прокатки или горячей ковки.A slab, bloom or ingot is converted into billets as a result of hot processing. In addition, preforms can be obtained by hot rolling or hot forging.

Заготовки, полученные методом непрерывного литья или горячей обработки, подвергают дальнейшей горячей обработке и формируют трубу из мартенситной нержавеющей стали для нефтяных скважин. В качестве способа горячей обработки используют процесс Маннесманна. Может быть осуществлен, например, процесс Маннесманна с использованием стана для прокатки труб на оправке, процесс Маннесманна с использованием пильгер-стана для периодической прокатки, процесс с использованием стана Ассела-Маннесманна или т.п. Альтернативно, в качестве горячей обработки может быть использован процесс горячей экструзии Ugine-Sejournet, а также способ изготовления труб ковкой, такой как метод Эргарда. Температура нагревания во время горячей обработки предпочтительно составляет от 1100°С до 1300°С. Это вызвано тем, что при слишком низкой температуре нагревания горячая обработка затрудняется. При слишком высокой температуре образуется δ-феррит, ухудшающий механические свойства или коррозионную стойкость. Конечная температура материала во время горячей обработки предпочтительно составляет от 800°С до 1150°С.Billets obtained by continuous casting or hot working are subjected to further hot processing and form a martensitic stainless steel pipe for oil wells. As a hot processing method, the Mannesmann process is used. For example, a Mannesmann process using a mill for rolling tubes on a mandrel, a Mannesmann process using a pilger mill for periodic rolling, a process using an Assel-Mannesmann mill, or the like can be carried out, for example. Alternatively, a Ugine-Sejournet hot extrusion process, as well as a method of forging pipes, such as the Ergard method, can be used as hot processing. The heating temperature during hot processing is preferably from 1100 ° C. to 1300 ° C. This is because when the heating temperature is too low, hot processing is difficult. Too high a temperature, δ-ferrite is formed, which impairs mechanical properties or corrosion resistance. The final temperature of the material during hot processing is preferably from 800 ° C to 1150 ° C.

После горячей обработки стальную трубу охлаждают до комнатных температур. Труба может быть охлаждена воздухом или водой.After hot working, the steel pipe is cooled to room temperature. The pipe may be cooled by air or water.

Стальную трубу после охлаждения не подвергают отпуску. Следует отметить, что после охлаждения до комнатных температур после горячей прокатки стальная труба может быть подвергнута термической обработке на твердый раствор. Более конкретно, после охлаждения до комнатных температур стальную трубу нагревают до температуры от 800°С до 1100°С, осуществляют нагревание в течение установленного периода, а затем охлаждают. Период нагревания предпочтительно продолжается от 3 до 30 минут, хотя и не имеет конкретных ограничений. Следует отметить, что после термической обработки на твердый раствор отпуск не осуществляют.After cooling, the steel pipe is not tempered. It should be noted that after cooling to room temperature after hot rolling, the steel pipe can be subjected to heat treatment for solid solution. More specifically, after cooling to room temperature, the steel pipe is heated to a temperature of from 800 ° C. to 1100 ° C., heating is performed for a set period, and then it is cooled. The heating period preferably lasts from 3 to 30 minutes, although it is not particularly limited. It should be noted that after heat treatment on a solid solution, vacation is not carried out.

Обедненный хромом участок формируется под поверхностью нефтегазовой трубы из мартенситной нержавеющей стали, получаемой в результате осуществления вышеописанных стадий, а на поверхности формируется вторичная окалина. Вторичная окалина может быть удалена обработкой металлической дробью или подобным.The chromium-depleted region is formed below the surface of the oil and gas pipe from martensitic stainless steel obtained by the above steps, and secondary scale is formed on the surface. Secondary scale can be removed by treatment with metal shot or the like.

Пример 1Example 1

Были получены материалы образцов, имеющих химические составы, приведенные в таблице 1, и исследованы на прочность, ударную вязкость и стойкость к SCC.Materials were obtained samples having the chemical compositions shown in table 1, and tested for strength, toughness and resistance to SCC.

Figure 00000001
Figure 00000001

Были выплавлены стали, имеющие химические составы, приведенные в таблице 1. Как следует из таблицы 1, химические составы материалов образцов 1-11 находятся в рамках диапазона химических составов согласно данному изобретению. Материалы образцов 1 и 2 имеют одинаковый химический состав. Вместе с тем, в материалах образцов 12-15 содержание любого из элементов выходит за рамки диапазона данного изобретения.Steel was smelted having the chemical compositions shown in table 1. As follows from table 1, the chemical compositions of the materials of samples 1-11 are within the range of chemical compositions according to this invention. The materials of samples 1 and 2 have the same chemical composition. However, in the materials of samples 12-15, the content of any of the elements is beyond the scope of this invention.

Расплавленную сталь из материалов образцов 1 и 3-15 отливают в слитки. Полученные слитки нагревают в течение двух часов при температуре 1250°С, а затем при помощи ковки их превращают в круглые заготовки. Круглые заготовки нагревают при температуре 1250°С в течение часа и нагретые круглые заготовки прошивают и удлиняют на стане Маннесманна для прокатки труб на оправке, получая таким образом большое количество бесшовных стальных труб (нефтегазопромысловые и трубопроводные трубы). Бесшовные стальные трубы после удлинения охлаждают воздухом и отбирают из них материалы для образцов. На внутренней поверхности охлажденных воздухом материалов образцов появляется вторичная окалина.The molten steel from the materials of samples 1 and 3-15 is cast into ingots. The obtained ingots are heated for two hours at a temperature of 1250 ° C, and then by forging they are turned into round billets. Round billets are heated at a temperature of 1250 ° C for an hour and heated round billets are stitched and lengthened at the Mannesmann mill for rolling pipes on a mandrel, thus obtaining a large number of seamless steel pipes (oil and gas and pipe pipes). Seamless steel pipes after elongation are cooled with air and materials are taken from them for samples. Secondary scale appears on the inner surface of the air-cooled sample materials.

Материал образца 2 получают следующим образом. Сталь, имеющую химический состав, приведенный в таблице 1, плавят, а затем из нее изготавливают бесшовные стальные трубы таким же способом, как и из других материалов образцов. Затем бесшовные стальные трубы подвергают термической обработке на твердый раствор. Более конкретно, бесшовные стальные трубы нагревают при температуре 1050°С в течение 10 минут, а затем быстро охлаждают.The material of sample 2 was prepared as follows. Steel having the chemical composition shown in Table 1 is melted, and then seamless steel pipes are made from it in the same manner as from other sample materials. Then, seamless steel pipes are heat treated for solid solution. More specifically, seamless steel pipes are heated at a temperature of 1050 ° C. for 10 minutes, and then rapidly cooled.

С внутренней поверхности некоторых из множества полученных бесшовных стальных труб из каждого материала образца снимают вторичную окалину, обрабатывая их металлической дробью (в дальнейшем бесшовные стальные трубы будут именоваться как "сталь с удаленной окалиной"). В других бесшовных стальных трубах вторичная окалина, присутствующая на их внутренних поверхностях, остается нетронутой (в дальнейшем такая сталь будет именоваться как "сталь с вторичной окалиной"). Вкратце, из каждого материала образцов были получены по два вида бесшовных стальных труб.Secondary scale is removed from the inner surface of some of the many seamless steel pipes obtained from each sample material by treating them with metal shot (hereinafter, seamless steel pipes will be referred to as "steel with scale removed"). In other seamless steel pipes, the secondary scale present on their inner surfaces remains intact (hereinafter, such steel will be referred to as “steel with secondary scale”). Briefly, two types of seamless steel pipes were obtained from each sample material.

Сталь с вторичной окалиной и сталь с удаленной вторичной окалиной исследуют на наличие/отсутствие обедненных хромом участков под внутренними поверхностями. Более предпочтительно, образец в виде тонкой пленки получают с участка, находящегося на расстоянии в пределах 100 мкм от внутренней поверхности стали с вторичной окалиной, при помощи машины со сфокусированным ионным лучом (FIB). Образец в виде тонкой пленки исследуют, используя просвечивающий электронный микроскоп (ТЕМ) и анализируя концентрацию Cr на исследуемом участке при помощи луча длиной 1,5 нм, испускаемого рентгеноспектральным анализатором на основе метода энергетической дисперсии (EDS), присоединенным к ТЕМ. В результате наблюдений при помощи ТЭМ было установлено, что все бесшовные стальные трубы имеют обедненные Cr участки под своими внутренними поверхностями.Steel with secondary scale and steel with removed secondary scale are examined for the presence / absence of chromium depleted areas under the inner surfaces. More preferably, a thin film sample is obtained from a portion within 100 μm of the inner surface of the secondary scale steel using a focused ion beam machine (FIB). A thin film sample is examined using a transmission electron microscope (TEM) and analyzing the concentration of Cr in the test area using a 1.5 nm beam emitted by an energy dispersive X-ray analyzer (EDS) attached to the TEM. As a result of observations using TEM, it was found that all seamless steel pipes have Cr depleted sections under their internal surfaces.

Используя полученные материалы образцов, определяют их прочность и стойкость к SCC.Using the obtained sample materials, determine their strength and resistance to SCC.

1. Испытание на прочность1. Strength Test

Для того чтобы определить прочность материалов образцов, из каждого материала образца получают согласно JIS Z2201 образец для испытаний на растяжение №4. Согласно JIS Z2241 были проведены испытания на растяжение образцов в виде круглых стержней и установлены пределы их текучести (МПа).In order to determine the strength of the materials of the samples, tensile test specimen No. 4 is obtained from each material of the sample according to JIS Z2201. According to JIS Z2241, tensile tests were carried out on specimens in the form of round rods and their yield strengths (MPa) were established.

2. Испытание на стойкость к SCC2. SCC resistance test

Каждый из образцов с изгибом луча в четырех местах получают из стали с вторичной окалиной и стали с удаленной окалиной из каждого материала образцов и образцы подвергают испытанию на растрескивание, образующееся в результате коррозии под напряжением, в высокотемпературной влажной содержащей газообразный диоксид углерода среде.Each of the samples with a bend of the beam in four places is obtained from steel with secondary scale and steel with removed scale from each material of the samples and the samples are subjected to cracking tests resulting from stress corrosion in a high-temperature moist environment containing gaseous carbon dioxide.

Каждый из образцов имеет длину 75 мм, ширину 10 мм и толщину 2 мм в направлении длины бесшовной стальной трубы, при этом одна поверхность каждого образца (75 мм × 10 мм × 2 мм) служит в качестве внутренней поверхности стальной трубы. Образец, имеющий поверхность с окалиной (поверхность с вторичной окалиной) получают из стали с вторичной окалиной, а образец, имеющий поверхность, с которой окалина была удалена обработкой металлической дробью (поверхность с удаленной окалиной), получают из стали с удаленной окалиной.Each of the samples has a length of 75 mm, a width of 10 mm and a thickness of 2 mm in the length direction of the seamless steel pipe, with one surface of each sample (75 mm × 10 mm × 2 mm) serving as the inner surface of the steel pipe. A sample having a surface with a scale (a surface with a secondary scale) is obtained from steel with a secondary scale, and a sample having a surface from which a scale has been removed by treatment with metal shot (a surface with a descaled scale) is obtained from steel with a descaled scale.

Образцы подвергают испытаниям с изгибом в четырех местах. Более конкретно, согласно методу ASTM G39 к каждому образцу прикладывают 100% действительное напряжение. Одновременно к поверхности с вторичной окалиной и к поверхности с удаленной окалиной прикладывают растягивающее напряжение. Затем образцы погружают в 25% водный раствор NaCl, насыщенный под давлением 30 бар газообразным СО2, и выдерживают при температуре 100°С. Продолжительность испытания составляет 720 часов.Samples are subjected to bend tests in four places. More specifically, according to ASTM G39, 100% real voltage is applied to each sample. At the same time, tensile stress is applied to the surface with the secondary scale and to the surface with the removed scale. Then, the samples are immersed in a 25% aqueous NaCl solution saturated with gaseous CO 2 under a pressure of 30 bar and kept at a temperature of 100 ° C. The test duration is 720 hours.

После испытаний сечение каждого из образцов исследуют на наличие/отсутствие растрескивания визуально и под оптическим микроскопом со 100-кратным увеличением. Химические составы поверхностей определяют при помощи рентгеноспектрального анализатора на основе метода энергетической дисперсии (EDX), для того чтобы определить наличие или отсутствие пассивной пленки на поверхностях образцов после испытаний, а соединения, сформировавшиеся на поверхностях, подвергают рентгеновскому анализу.After testing, the cross section of each of the samples is examined for the presence / absence of cracking visually and under an optical microscope with a 100-fold increase. The chemical compositions of the surfaces are determined using an X-ray spectral analyzer based on the energy dispersion method (EDX) in order to determine the presence or absence of a passive film on the surfaces of the samples after testing, and the compounds formed on the surfaces are subjected to x-ray analysis.

3. Результаты испытаний3. Test results

Результаты испытаний приведены в таблице 2. Предел текучести в таблице 2 указан в МПа. Обозначение "О" стойкости к SCC означает отсутствие растрескивания, а "Х" означает наличие растрескивания.The test results are shown in table 2. The yield strength in table 2 is indicated in MPa. The SCC resistance designation “O” means no cracking, and “X” means cracking.

Figure 00000002
Figure 00000002

Как следует из приведенных данных, каждый из материалов образцов 1-11 в виде нефтегазопромысловых и трубопроводных труб имеет предел текучести выше 758 МПа и достаточную прочность несмотря на отсутствие процесса отпуска. Следует отметить, что материал образца 2, подвергнутый термической обработке на твердый раствор, также имеет высокую прочность.As follows from the above data, each of the materials of samples 1–11 in the form of oil and gas and pipeline pipes has a yield strength above 758 MPa and sufficient strength despite the absence of a tempering process. It should be noted that the material of sample 2, subjected to heat treatment for solid solution, also has high strength.

Материалы образцов 1-11 были исследованы на ударную вязкость, при этом было установлено, что материалы образцов 6-8, содержащих по меньшей мере один из таких элементов, как Ti, V, Nb и Zr, имеют более высокую вязкость, чем материалы образцов 1-5. Более конкретно, vTrs материалов образцов 6-8 выше, чем vTrs других материалов образцов на 10°С или более, при этом vTrs является определяемой по виду излома температурой перехода для теста Шарпи-V.The materials of samples 1-11 were tested for impact strength, and it was found that the materials of samples 6-8 containing at least one of such elements as Ti, V, Nb and Zr have a higher viscosity than the materials of samples 1 -5. More specifically, the vTrs of sample materials 6–8 are higher than the vTrs of other sample materials by 10 ° C or more, with vTrs being the break point for the Charpy-V test.

После изготовления труб материалы образцов 1-11 былиAfter the manufacture of the pipes, the materials of samples 1-11 were

исследованы визуально на наличие/отсутствие дефектов, в результате чего было установлено, что материалы образцов 9-11, содержащие по меньшей мере один из таких элементов, как В, Ca, Mg и РЗМ, имеют более высокую обрабатываемость, чем материалы образцов 1-8.examined visually for the presence / absence of defects, as a result of which it was found that the materials of samples 9-11, containing at least one of such elements as B, Ca, Mg and REM, have higher machinability than the materials of samples 1-8 .

Более того, сталь с окалиной и сталь без окалины материалов образцов 1-11 не подверглись растрескиванию в испытаниях на стойкость к SCC и проявили высокую стойкость к SCC. По результатам EDX и рентгеновских анализов после испытаний на SCC в материалах образцов 1-11 пассивная пленка не образуется. Более конкретно, на поверхностях материалов образцов 1-11 после испытаний на SCC были обнаружены аморфные вещества на основе Cr и Fe, вероятно, образовавшиеся в результате коррозии.Moreover, steel with scale and steel without scale of the materials of samples 1-11 did not crack in the SCC resistance tests and showed high resistance to SCC. According to the results of EDX and x-ray analysis after testing for SCC in the materials of samples 1-11, a passive film is not formed. More specifically, amorphous Cr and Fe based amorphous substances, probably formed as a result of corrosion, were found on the surfaces of the materials of samples 1–11 after SCC tests.

Между тем, материалы образцов 12-15 имели SCC как в стали с окалиной, так и в стали с удаленной окалиной. Более конкретно, прочность материала образца 12 оказалась слишком высокой из-за высокого содержания в нем С, при этом он имел SCC, вероятно, вызванное образованием δ-феррита, из-за низкого содержания в нем Mn. Образец материала 13 имел SCC, вероятно, вызванное нестабильной пассивной пленкой, сформированной из-за высокого содержания в нем Мо. Материал образца 14 имел SCC из-за высокого содержания в нем Ni. Материал образца 15 имел SCC из-за высокого содержания в нем Ni, N и Cu.Meanwhile, the materials of samples 12-15 had SCC both in steel with scale and in steel with removed scale. More specifically, the strength of the material of sample 12 was too high due to the high C content in it, while it had SCC, probably caused by the formation of δ ferrite, due to its low Mn content. Sample material 13 had SCC, probably caused by an unstable passive film formed due to its high Mo content. The material of sample 14 had SCC due to its high Ni content. The material of sample 15 had SCC due to its high content of Ni, N, and Cu.

Несмотря на то, что настоящее изобретение было подробно описано и проиллюстрировано, подразумевается, что это было сделано только с целью иллюстрации и приведения примера, и не должно рассматриваться как ограничение. Данное изобретение может быть осуществлено в различных модифицированных видах без нарушения его сущности и объема.Although the present invention has been described and illustrated in detail, it is understood that this was done only for the purpose of illustration and example, and should not be construed as limiting. This invention can be implemented in various modified forms without violating its essence and scope.

Claims (3)

1. Нефтегазовая труба из мартенситной нержавеющей стали, содержащей, мас.%: углерод от 0,005 до 0,1, кремний от 0,05 до 1, марганец от 1,5 до 5, фосфор максимум 0,05, серу максимум 0,01, хром от 9 до 13, никель максимум 0,5, молибден максимум 2, медь максимум 2, алюминий от 0,001 до 0,1 и азот от 0,001 до 0,1, при этом баланс составляют железо и неизбежные примеси, при этом упомянутая нефтегазовая труба не подвергнута отпуску и имеет множество обедненных хромом участков под поверхностью.1. Oil and gas pipe made of martensitic stainless steel, containing, wt.%: Carbon from 0.005 to 0.1, silicon from 0.05 to 1, manganese from 1.5 to 5, phosphorus maximum 0.05, sulfur maximum 0.01 , chromium from 9 to 13, nickel up to a maximum of 0.5, molybdenum up to a maximum of 2, copper up to a maximum of 2, aluminum from 0.001 to 0.1 and nitrogen from 0.001 to 0.1, while the balance is iron and inevitable impurities, while the mentioned oil and gas the pipe is not tempered and has many chrome-depleted sections below the surface. 2. Труба по п.1, характеризующаяся тем, что она изготовлена из стали, дополнительно содержащей по меньшей мере один из следующих элементов: титан от 0,005 до 0,5%, ванадий от 0,005 до 0,5%, ниобий от 0,005 до 0,5% и цирконий от 0,005 до 0,5%.2. The pipe according to claim 1, characterized in that it is made of steel, optionally containing at least one of the following elements: titanium from 0.005 to 0.5%, vanadium from 0.005 to 0.5%, niobium from 0.005 to 0 , 5% and zirconium from 0.005 to 0.5%. 3. Труба по п.1 или 2, характеризующаяся тем, что она изготовлена из стали, дополнительно содержащей по меньшей мере один из следующих элементов: бор от 0,0002 до 0,005%, кальций от 0,0003 до 0,005%, магний от 0,0003 до 0,005% и РЗМ от 0,0003 до 0,005%. 3. The pipe according to claim 1 or 2, characterized in that it is made of steel, optionally containing at least one of the following elements: boron from 0.0002 to 0.005%, calcium from 0.0003 to 0.005%, magnesium from 0 , 0003 to 0.005% and rare-earth metals from 0.0003 to 0.005%.
RU2007125642/02A 2004-12-07 2004-12-07 Pipe made of martensite stainless steel for oil wells RU2363877C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007125642/02A RU2363877C2 (en) 2004-12-07 2004-12-07 Pipe made of martensite stainless steel for oil wells

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007125642/02A RU2363877C2 (en) 2004-12-07 2004-12-07 Pipe made of martensite stainless steel for oil wells

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007125642A RU2007125642A (en) 2009-01-20
RU2363877C2 true RU2363877C2 (en) 2009-08-10

Family

ID=40375433

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007125642/02A RU2363877C2 (en) 2004-12-07 2004-12-07 Pipe made of martensite stainless steel for oil wells

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2363877C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2599465C2 (en) * 2015-03-11 2016-10-10 Публичное акционерное общество "Синарский трубный завод" (ПАО "СинТЗ") Method of chrome-molybdenum steel articles heat treatment
RU2599474C1 (en) * 2015-05-08 2016-10-10 Публичное акционерное общество "Синарский трубный завод" (ПАО "СинТЗ") High corrosion resistance pipe
RU2800269C1 (en) * 2022-09-29 2023-07-19 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") Martensitic stainless steel for rod medical instruments

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2599465C2 (en) * 2015-03-11 2016-10-10 Публичное акционерное общество "Синарский трубный завод" (ПАО "СинТЗ") Method of chrome-molybdenum steel articles heat treatment
RU2599474C1 (en) * 2015-05-08 2016-10-10 Публичное акционерное общество "Синарский трубный завод" (ПАО "СинТЗ") High corrosion resistance pipe
RU2800269C1 (en) * 2022-09-29 2023-07-19 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") Martensitic stainless steel for rod medical instruments

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007125642A (en) 2009-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2718019C1 (en) Martensitic stainless steel product
JP4609491B2 (en) Ferritic heat resistant steel
JP6966006B2 (en) Martensitic stainless steel
CA2589914C (en) Martensitic stainless steel oil country tubular good
JP7364962B2 (en) steel material
US11066719B2 (en) Duplex stainless steel and method of manufacturing duplex stainless steel
CN109563578B (en) Steel for induction hardening
JPWO2005075694A1 (en) Steel for line pipe excellent in HIC resistance and line pipe manufactured using the steel
CA2963755A1 (en) Low alloy oil-well steel pipe
EP4481062A1 (en) Steel material suitable for use in sour environments
US11447849B2 (en) Non-heat treated steel for induction hardening
JP4337712B2 (en) Martensitic stainless steel
WO2022075405A1 (en) Martensite-based stainless steel material
CN115552049B (en) Duplex stainless steel and duplex stainless steel seamless steel pipe
RU2363877C2 (en) Pipe made of martensite stainless steel for oil wells
EP4411001A1 (en) Martensitic stainless steel pipe
KR20200080312A (en) Method for manufacturing two-phase stainless steel and two-phase stainless steel
US11905580B2 (en) Seamless steel pipe suitable for use in sour environment
JP2013001940A (en) Bearing material
RU2803632C1 (en) Double-phase stainless steel and double-phase stainless steel seamless pipe
JP2001059136A (en) Cr-containing steel for oil country tubular goods with excellent corrosion resistance to hydrogen sulfide and carbon dioxide
WO2025018103A1 (en) Duplex stainless steel and seamless stainless steel pipe

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20140623

PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201208