JP2007016291A - 耐硫化物応力割れ性に優れた低合金油井管用鋼 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた耐ＳＳＣ性を有する低合金油井管用鋼を提供する。
【解決手段】本発明による低合金油井管用鋼は、質量％で、Ｃ：０．２０〜０．３５％、Ｓｉ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．０５〜０．６％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００５〜０．１００％、Ｍｏ：０．８〜３．０％、Ｖ：０．０５〜０．２５％、Ｂ：０．０００１〜０．００５％、Ｎ：０．０１％以下、Ｏ：０．０１％以下を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、式（１）を満たす。
１２Ｖ＋１−Ｍｏ≧０ （１）
ここで、式中の元素記号は各元素の含有量（質量％）を示す。
【選択図】なし

Description

本発明は、低合金油井管用鋼に関し、さらに詳しくは、油井やガス井用の油井管として用いられる低合金油井管用鋼に関する。

油井管は原油や天然ガスの採取及び生産に使用される。油井管の両端にはネジが切ってあり、油井やガス井が深くなるにつれ、新たな油井管を継ぎ足していく。このとき、油井管には管の自重による応力が掛かるため、油井管は高い強度を必要とする。油井及びガス井の深井戸化に伴い、最近では、１１０ｋｓｉ級（降伏強度が７５８〜８６１ＭＰａ）の油井管が使用されており、さらに１２５ｋｓｉ級（降伏強度が８６１〜９６５ＭＰａ）の油井管が開発されている。

ところで、このような深井戸の油井やガス井で使用される油井管は、高い耐硫化物応力割れ性を要求される。硫化物応力割れ（Sulfide Stress Cracking：以下、ＳＳＣと称する）は、硫化水素環境下で使用される鋼に応力が作用して発生する現象であり、一般的に、鋼の強度が高くなるほど耐ＳＳＣ性は低下する。したがって、高強度の油井管において、耐ＳＳＣ性の改善は重要である。

高強度の油井管の耐ＳＳＣ性を改善する対策として、以下の対策が報告されている。
（１）鋼を高清浄化する。
（２）鋼を焼入れした後、高温で焼戻しを行う。
（３）鋼の結晶粒を微細化する。たとえば、焼入れを２回実施したり、誘導加熱熱処理を実施したりして結晶粒を微細化する。
（４）鋼中に生成される炭化物の形態を制御する。具体的には、炭化物を微細化又は／及び球状化する。
また、特開２０００−３１３９１９号公報（特許文献１）や、国際公開００／６８４５０号パンフレット（特許文献２）では、Ｃｒ含有量を低減し、かつ、直接焼入れを実施して鋼の組織を均一なマルテンサイト組織にすることで、高強度油井用鋼の耐ＳＳＣ性を向上できるとしている。
以上に示したように、従来、主として鋼の内質改善を重視した対策が実施されてきた。しかしながら、上述の対策を実施した高強度の油井管であっても、依然としてＳＳＣが発生する場合がある。
特開２０００−３１３９１９号公報 国際公開００／６８４５０号パンフレット

本発明の目的は、優れた耐ＳＳＣ性を有する低合金油井管用鋼を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明者らは、従来のような内質改善と異なる耐ＳＳＣ性改善の対策を検討し、鋼中への水素の侵入を抑制すれば、耐ＳＳＣ性をさらに向上できると考えた。そこで、水素の侵入を抑制するため、水素侵入に影響を与える合金元素を調査した。

表１に示す化学組成を有する各鋼番号の鋼から、種々の降伏強度を有する複数の試験片を作製した。

各試験片に対して、後述する試験条件に基づいて、ＤＣＢ（Double Cantilever Beam）試験を実施し、各鋼の応力拡大係数Ｋ_ＩＳＳＣを求めた。図１及び図２は、ＤＣＢ試験により得られた、各鋼番号の鋼の降伏強度と応力拡大係数Ｋ_ＩＳＳＣとの関係を示す図である。

上述のＤＣＢ試験結果、及び、他の種々の調査の結果、本発明者らは、水素の侵入を防止することにより耐ＳＳＣ性を向上するために、次に示す（Ａ）〜（Ｄ）を実施することが有効であることを見出した。

（Ａ） 合金元素のうち、Ｍｎ及びＣｒは焼入れ性を向上するため、通常、高強度鋼に含有される。しかしながら、Ｍｎは耐ＳＳＣ性を低下する。さらに、図１に示すように、１１０ｋｓｉ級以上の高強度鋼では、Ｃｒも耐ＳＳＣ性を低下する。このように、Ｍｎ及びＣｒが耐ＳＳＣ性を低下するのは、Ｍｎ及びＣｒが硫化水素環境中で活性溶解することにより、腐食を促進し、鋼中への水素の侵入を促進するためと考えられる。

したがって、耐ＳＳＣ性を向上するために、Ｍｎ及びＣｒ含有量は、焼入れ性確保のために必要となる程度に制限する。具体的には、原則としてＭｎのみ含有し、Ｃｒは必要に応じて含有する。

（Ｂ） 合金元素のうち、Ｍｏは水素の侵入を抑制する。具体的には、Ｍｏは鋼表面上の緻密な硫化鉄層の形成を促進し、この硫化鉄層の形成により腐食を抑制し、水素の侵入を抑制する。さらに、硫化鉄層は鋼の水素過電圧を上昇し、この水素過電圧の上昇によっても水素の侵入を抑制する。したがって、耐ＳＳＣ性を向上するために、Ｍｏの含有量を高くする。

（Ｃ） Ｍｏ含有量を高めれば、水素の侵入を有効に抑制するが、その含有量が１％を超えると、鋼中に針状のＭｏ_２Ｃが生成され、Ｍｏ_２Ｃを起点としてＳＳＣが発生しやすくなる。したがって、Ｍｏ含有量を高めるためには、Ｍｏ_２Ｃの生成を抑制する必要がある。

Ｍｏ_２Ｃの生成を抑制するために、Ｖの含有が有効である。Ｖは、Ｍｏ及びＣと結合して微細な炭化物ＭＣ（ＭはＶ及びＭｏ）を生成し、ＭｏがＭｏ_２Ｃを形成するのを防止するためである。

本発明者らはさらに、Ｍｏ及びＶ含有量を変化させた複数の鋼を用いて上述のＤＣＢ試験を実施し、耐ＳＳＣ性を調査した。その結果、以下の式（１）を満たせば、Ｍｏ_２Ｃの生成を抑制し、耐ＳＳＣ性の低下を防止できることを知見した。

１２Ｖ＋１−Ｍｏ≧０ （１）
ここで、式中の元素記号は各元素の含有量（質量％）である。
したがって、耐ＳＳＣ性を向上するために、Ｍｏ含有量を高めるとともに、式（１）を満たすＶを含有する。

（Ｄ）Ｃｒを含有する場合、Ｍｎ及びＣｒの含有により、水素の侵入が促進され得る。しかしながら、図２に示すように、Ｍｏ含有量を高めれば、Ｍｎ及びＣｒ含有による耐ＳＳＣ性の低下を抑え、さらに耐ＳＳＣ性を向上することもできる。したがって、Ｍｎ及びＣｒ含有による耐ＳＳＣ性の低下を防止する程度のＭｏを含有する必要がある。

本発明者らは、Ｍｎ、Ｃｒ及びＭｏ含有量を変化させた複数の鋼を用いて上述のＤＣＢ試験を実施し、耐ＳＳＣ性を調査した。その結果、Ｍｏ含有量が以下の式（２）を満たせば、Ｃｒ及びＭｎ含有による耐ＳＳＣ性の低下を抑制できることを知見した。

Ｍｏ−（Ｃｒ＋Ｍｎ）≧０ （２）
ここで、式中の元素記号は各元素の含有量（質量％）である。
したがって、Ｃｒを含有する場合、耐ＳＳＣ性を向上するため、式（２）を満たすＭｏを含有する。

以上の知見に基づいて、本発明者らは以下の発明を完成した。

本発明による低合金油井管用鋼は、質量％で、Ｃ：０．２０〜０．３５％、Ｓｉ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．０５〜０．６％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００５〜０．１００％、Ｍｏ：０．８〜３．０％、Ｖ：０．０５〜０．２５％、Ｂ：０．０００１〜０．００５％、Ｎ：０．０１％以下、Ｏ：０．０１％以下を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、式（１）を満たす。

１２Ｖ＋１−Ｍｏ≧０ （１）
ここで、式中の元素記号は各元素の含有量（質量％）を示す。

好ましくは、低合金油井管用鋼はさらに、Ｃｒ：０．６％以下を含有し、式（２）を満たす。

Ｍｏ−（Ｃｒ＋Ｍｎ）≧０ （２）
ここで、式中の元素記号は各元素の含有量（質量％）を示す。

好ましくは、低合金油井管用鋼はさらに、Ｎｂ：０．１％以下、Ｔｉ：０．１％以下、Ｚｒ：０．１％以下のうちの１種以上を含有する。

好ましくは、低合金油井管用鋼はさらに、Ｃａ：０．０１％以下を含有する。

好ましくは、低合金油井管用鋼は８６１ＭＰａ以上の降伏強度を有する。ここで、８６１ＭＰａは１２５ｋｓｉに相当する。

以下、本発明の実施の形態を詳しく説明する。

１．化学組成
本発明の実施の形態による低合金油井管用鋼は、以下の化学組成を有する。以降、元素に関する％は質量％を意味する。

Ｃ：０．２０〜０．３５％
Ｃは焼入れ性を高め、鋼の強度を向上する。しかし、Ｃを過剰に含有すれば、炭化物が過剰に生成し、耐ＳＳＣ性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．２０〜０．３５％とする。好ましいＣ含有量は０．２５〜０．３０％である。

Ｓｉ：０．０５〜０．５％
Ｓｉは鋼の脱酸に有効である。Ｓｉはまた、焼き戻し軟化抵抗を高める。しかし、Ｓｉを過剰に含有すれば、軟化相であるフェライト相の析出が促進され、耐ＳＳＣ性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．０５〜０．５％とする。好ましいＳｉ含有量は０．０５〜０．３５％である。

Ｍｎ：０．０５〜０．６％
Ｍｎは本発明において重要な元素である。Ｍｎは焼入れ性を向上し、強度の向上に寄与する。しかし、Ｍｎは硫化水素中で活性溶解し、腐食を促進することにより水素侵入を促進する。そのため、本発明では、Ｍｎ含有量は強度の確保に必要な最低限の量とするのが好ましい。したがって、Ｍｎ含有量は０．０５〜０．６％とする。好ましいＭｎ含有量は０．３〜０．５％である。

Ｐ：０．０２５％以下
Ｐは不純物である。Ｐは粒界に偏析し、耐ＳＳＣ性を低下する。そのため、Ｐ含有量は少ない方が好ましい。Ｐ含有量は０．０２５％以下とする。

Ｓ：０．０１％以下
Ｓは不純物である。ＳはＰと同様に粒界に偏析し、耐ＳＳＣ性を低下する。そのため、Ｓ含有量は少ない方が好ましい。Ｓ含有量は０．０１％以下とする。

Ａｌ：０．００５〜０．１００％
Ａｌは鋼の脱酸に有効である。しかし、Ａｌを過剰に含有しても、その効果は飽和する。したがって、Ａｌ含有量は０．００５〜０．１００％とする。好ましいＡｌ含有量は、０．０１〜０．０５％である。なお、本発明にいうＡｌ含有量は、酸可溶Ａｌ（ｓｏｌ．Ａｌ）である。

Ｍｏ：０．８〜３．０％
Ｍｏは本発明において重要な元素である。Ｍｏは焼入れ性を高める。Ｍｏはさらに、鋼表面上での緻密な硫化鉄層の生成を促進する。硫化鉄層の生成により、腐食を抑制し、水素過電圧が上昇するため、水素侵入を抑制できる。しかし、Ｍｏを過剰に含有しても、その効果は飽和する。また、製造コストの観点からも、Ｍｏを過剰に含有するのは好ましくない。したがって、Ｍｏ含有量は０．８〜３．０％にする。好ましいＭｏ含有量は、１．０〜２．５％である。

Ｖ：０．０５〜０．２５％
Ｖは本発明において重要な元素である。Ｖは焼入れ性を向上する。Ｖはさらに、Ｍｏと共にＣと結合し、微細炭化物ＭＣ（ＭはＶ及びＭｏ）を生成する。微細炭化物ＭＣの生成により、ＳＳＣの発生起点となる針状のＭｏ_２Ｃの生成を抑制する。また、Ｖは焼戻し温度を上昇させ、これにより粒界のセメンタイトを球状化してＳＳＣの発生を抑制する。したがって、本発明において、Ｖは耐ＳＳＣ性の向上に寄与する。しかし、Ｖを過剰に含有すれば、粗大なＶＣが析出する。粗大なＶＣは水素を吸蔵し、耐ＳＳＣ性を低下する。なお、微細なＶＣは析出硬化に寄与するが、粗大なＶＣは析出硬化にも寄与しない。したがって、Ｖ含有量は０．０５〜０．２５％にする。好ましいＶ含有量は、０．０５〜０．２０％である。

Ｂ：０．０００１〜０．００５％
Ｂは焼入れ性を向上する。しかし、本発明のような高強度鋼において、ＢはＳＳＣの発生起点となる粗大炭化物Ｍ_２３Ｃ_６（ＭはＦｅ、Ｃｒ又はＭｏ）の生成を促進するため、過剰に含有するのは好ましくない。したがって、Ｂ含有量は０．０００１〜０．００５％にする。好ましいＢ含有量は０．０００５〜０．００２％である。

Ｎ：０．０１％以下
Ｎは不純物である。Ｎは粗大な窒化物を形成し、靭性や耐ＳＳＣ性を低下する。そのため、Ｎ含有量は少ない方が好ましい。本発明では、Ｎ含有量は０．０１％以下にする。

Ｏ：０．０１％以下
Ｏは不純物である。Ｏは粗大な酸化物を形成し、靭性や耐ＳＳＣ性を低下する。そのため、Ｏ含有量は少ない方が好ましい。本発明では、Ｏ含有量は０．０１％以下にする。

なお、残部はＦｅで構成されるが、製造過程の種々の要因によりＰ、Ｓ、Ｎ、Ｏ以外の他の不純物が含まれることもあり得る。

本発明の低合金油井管用鋼はさらに、以下の式（１）を満足する。

１２Ｖ＋１−Ｍｏ≧０ （１）
ここで、式中の元素記号は、各元素の含有量（質量％）を示す。

Ｍｏ含有量が高くなると、鋼中のＭｏがＣと結合してＭｏ_２Ｃを形成する。特にＭｏ含有量が１％を超えると、Ｍｏ_２Ｃが過剰に生成される。Ｍｏ_２Ｃは、その形状が針状であるため、Ｍｏ_２Ｃを起点としてＳＳＣが発生しやすくなる。したがって、Ｍｏ含有量を高めて水素の侵入を抑制する場合、Ｍｏ_２Ｃの生成を抑制する必要がある。

Ｖは、Ｍｏ及びＣと結合して微細な（Ｖ、Ｍｏ）Ｃを生成し、ＭｏがＭｏ_２Ｃを形成するのを防止する。Ｖ含有量が式（１）を満たせば、Ｍｏ_２Ｃの生成を抑制できる。

本発明の低合金油井管用鋼はさらに、必要に応じてＣｒを含有する。つまり、Ｃｒは任意元素である。

Ｃｒ：０．６％以下
Ｃｒは焼入れ性を向上する。しかし、ＣｒはＭｎと同様に、水素の侵入を促進する。そのため、Ｃｒを過剰に含有すれば、耐ＳＳＣ性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量を０．６％以下にする。好ましいＣｒ含有量の上限値は０．３％であり、好ましいＣｒ含有量の下限値は０．１％である。

本発明の低合金油井管用鋼がＣｒを含有する場合はさらに、以下の式（２）を満足する。

Ｍｏ−（Ｃｒ＋Ｍｎ）≧０ （２）
ここで、式中の元素記号は、各元素の含有量（質量％）を示す。

上述の通り、Ｍｎ及びＣｒは、水素の侵入を促進するが、Ｍｏ含有量を高めて硫化鉄層を生成すれば、Ｍｎ及びＣｒが含有していても水素の侵入を抑制できる。具体的には、式（２）を満足するようなＭｏ含有量とすれば、Ｍｎ及びＣｒによる耐ＳＳＣ性の低下を防止できる。

本発明の低合金油井管用鋼はさらに、必要に応じ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒの１種以上を含有する。つまり、これらの元素は任意元素である。これらの元素は、靭性等の機械的特性の改善に寄与する。

Ｎｂ：０．１％以下
Ｔｉ：０．１％以下
Ｚｒ：０．１％以下
Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒは、ＣやＮと結合して炭窒化物を形成する。この炭窒化物に基づくピンニング効果により、結晶粒が微細化し、靭性等の機械的特性が向上する。しかし、これらの元素を過剰に含有しても、その効果は飽和する。したがって、Ｎｂ含有量は０．１％以下とし、Ｔｉ含有量は０．１％以下とし、Ｚｒ含有量は０．１％以下とする。好ましくは、Ｎｂ含有量は、０．００２〜０．１％であり、Ｔｉ含有量は、０．００２〜０．１％であり、Ｚｒ含有量は、０．００２〜０．１％である。さらに好ましくは、Ｎｂ含有量は０．０１〜０．０５％であり、好ましいＴｉ含有量は、０．０１〜０．０５％であり、好ましいＺｒ含有量は、０．０１〜０．０５％である。

本発明の低合金油井管用鋼はさらに、必要に応じ、Ｃａを含有する。つまり、Ｃａは任意元素である。

Ｃａ：０．０１％以下
Ｃａは、ＳＳＣの起点となり得るＭｎＳを球状化し、ＳＳＣ感受性を低下する。なお、低合金油井管用鋼を連続鋳造により製造する場合、Ｃａは粗大なＡｌ_２Ｏ_３の生成を抑制し、連続鋳造装置の浸漬ノズルが詰まるのを防止する。したがって、Ｃａ含有量は、０．０１％以下にする。好ましいＣａ含有量は、０．０００３〜０．０１％であり、さらに好ましいＣａ含有量は、０．０００５〜０．００３％である。

２．強度
本発明の低合金油井管用鋼は１１０ｋｓｉ（７５８ＭＰａ）以上の降伏強度を有し、好ましくは１２５ｋｓｉ（８６１ＭＰａ）以上の降伏強度を有する。要するに、本発明の低合金油井管用鋼の強度は、１１０ｋｓｉ級以上であり、好ましくは１２５ｋｓｉ級（降伏強度が１２５ｋｓｉ〜１４０ｋｓｉ、すなわち８６１〜９６５ＭＰａ）である。本発明の低合金油井管用鋼は、このような高強度であっても、上述の化学組成とすることで優れた耐ＳＳＣ性を有する。

３．製造方法
上記化学組成の鋼を溶製し、周知の方法で精錬する。続いて、溶鋼を連続鋳造法により連続鋳造材にする。連続鋳造材とはたとえばスラブやブルームやビレットである。又は、溶鋼を造塊法によりインゴットにする。

スラブやブルーム、インゴットを熱間加工してビレットにする。このとき、熱間圧延によりビレットにしてもよいし、熱間鍛造によりビレットにしてもよい。

連続鋳造又は熱間加工により得られたビレットを熱間加工して低合金油井管用鋼にする。たとえば、熱間加工としてマンネスマン法を実施し、油井管とする。他の熱間加工方法により低合金油井管用鋼を製造してもよい。熱間加工後の低合金油井管用鋼を常温まで冷却する。

冷却後、焼入れ及び焼戻しを実施する。焼入れ温度を９００〜９５０℃とし、焼戻し温度を鋼の化学組成に応じて適宜調整すれば、低合金油井管用鋼の降伏強度を２．で述べた範囲に調整できる。

種々の化学組成の低合金油井管用鋼を製造し、ＤＣＢ試験を実施して耐ＳＳＣ性を評価した。

［試験方法］
表２に示す化学組成を有する鋼を真空溶製し、５０ｋｇのインゴットを製造した。

表２中の「Ｆ１」、「Ｆ２」は、以下の式（３）及び式（４）に基づいて求めた値である。

Ｆ１＝１２Ｖ＋１−Ｍｏ （３）
Ｆ２＝Ｍｏ−（Ｃｒ＋Ｍｎ） （４）
要するに、式（３）は式（１）の左辺であり、式（４）は式（２）の左辺である。

表２を参照して、試験番号１〜１２の鋼の化学組成は本発明の範囲内であった。また、試験番号１〜６、１０〜１２の鋼のＦ１値は正であり、式（１）を満足した。Ｃｒを含有した試験番号７〜９の鋼のＦ１値及びＦ２値は共に正であり、式（１）及び式（２）を満足した。

一方、試験番号１３〜２３の鋼は、化学組成のいずれかが本発明の範囲外であった。また、試験番号２４及び２５の鋼は、化学組成は本発明の範囲内であったものの、Ｆ１値が負となり、式（１）を満足しなかった。また、Ｃｒを含有した試験番号２６及び２７の鋼は、化学組成は本発明の範囲内であり、かつ式（１）を満足したものの、Ｆ２値が負であり、式（２）を満足しなかった。

製造した各インゴットを１２５０℃に加熱した後、熱間鍛造により厚さ６０ｍｍのブロックにした。続いて、各ブロックを１２５０℃に加熱した後、熱間圧延により厚さ１２ｍｍの鋼板にした。表２に示す各試験番号ごとに、複数の鋼板を製造した。

続いて、製造した各鋼板の降伏強度が１１０ｋｓｉ〜１４０ｋｓｉ（７５８〜９６５ｋｓｉ）となるよう調整した。具体的には、各鋼板を９２０℃で１５分保持した後、水焼入れを実施した。焼入れ後、６７０〜７２０℃の温度範囲内の種々の温度で焼戻しを実施した。焼戻しでは、各鋼板を焼戻し温度で３０分保持したのち、空冷した。これにより、各試験番号において、異なる降伏強度を有する複数の鋼板（表２中「実験値」欄内の鋼板１及び鋼板２、又は鋼板１〜鋼板３）を準備した。

各鋼板を用いてＤＣＢ試験を実施し、耐ＳＳＣ性を評価した。各鋼板から厚さ１０ｍｍ、幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍのＤＣＢ試験片を採取した。採取したＤＣＢ試験片を用いて、ＮＡＣＥ（National Association of Corrosion Engineers）ＴＭ０１７７−９６ＭｅｔｈｏｄＤに準拠して、ＤＣＢ試験を実施した。試験浴には１ａｔｍの硫化水素ガスを飽和させた常温の５％食塩＋０．５％酢酸水溶液を使用した。試験浴にＤＣＢ試験片を３３６時間浸漬し、ＤＣＢ試験を実施した。試験後、ＤＣＢ試験片に発生したき裂進展長さａを測定した。測定したき裂進展長さａと楔開放応力Ｐとから、以下の式（５）に基づいて応力拡大係数Ｋ_ＩＳＳＣ（ｋｓｉ√ｉｎ）を求めた。

ここで、ｈはＤＣＢ試験片の各アームの高さ（height of each arm）であり、ＢはＤＣＢ試験片の厚さ（test specimen thickness）であり、Ｂ_ｎはＤＣＢ試験片のウェブ厚さ（web thickness）である。これらは、ＮＡＣＥ ＴＭ０１７７−９６ＭｅｔｈｏｄＤに規定されている。
各鋼板ごとに求めた応力拡大係数Ｋ_ＩＳＳＣを表２中の「実験値」欄に示す。

続いて、ＤＣＢ試験で求めた応力拡大係数Ｋ_ＩＳＳＣを用いて、各試験番号の鋼の降伏強度が１４０ｋｓｉである場合の概算応力拡大係数Ｋ_１４０（以下、概算値Ｋ_１４０と称する）を次に示す方法により求めた。
概算値Ｋ_１４０を求めるのは、各試験番号の鋼において、同じ降伏強度を基準とした応力拡大係数Ｋ_ＩＳＳＣを比較するためである。また、基準となる降伏強度を１４０ｋｓｉとしたのは、高強度での応力拡大係数Ｋ_ＩＳＳＣを比較するためである。以下、概算値Ｋ_１４０の算出方法を説明する。

一般的に、応力拡大係数Ｋ_ＩＳＳＣは強度に依存する。たとえば、図１及び図２に示すように、強度が上がると応力拡大係数Ｋ_ＩＳＳＣは低下する。このときの応力拡大係数Ｋ_ＩＳＳＣの傾きは、化学組成に依存せずほぼ一定となる。そこで、ＤＣＢ試験で用いた鋼板の降伏強度ＹＳ及び応力拡大係数Ｋ_ＩＳＳＣを用いて、応力拡大係数Ｋ_ＩＳＳＣの傾きを求め、式（６）に示す概算式を導出した。
概算値Ｋ_１４０＝−０．２７×（１４０−ＹＳ）＋Ｋ_ＩＳＳＣ （６）
ここで、式中のＹＳは、鋼板の降伏強度（ｋｓｉ）であり、Ｋ_ＩＳＳＣは、式（５）で求めた応力拡大係数Ｋ_ＩＳＳＣである。

各試験番号の実験値のうち、最も１４０ｋｓｉに近い降伏強度の鋼板で得られた降伏強度ＹＳと応力拡大係数Ｋ_ＩＳＳＣとを式（６）に代入し、各試験番号の概算値Ｋ_１４０を求めた。求めた概算値Ｋ_１４０を表２中の「概算値」欄に示す。概算値Ｋ_１４０が２２ｋｓｉ√ｉｎ以上である場合、耐ＳＳＣ性が良好であると判断した。

［試験結果］
表２を参照して、試験番号１〜６及び１０〜１２の鋼は、化学組成が本発明の範囲内であり、かつ、式（１）を満足したため、概算値Ｋ_１４０が２２ｋｓｉ√ｉｎ以上となり、良好な耐ＳＳＣ性を示した。

また、Ｃｒを含有した試験番号７〜９の鋼は、化学組成が本発明の範囲内であり、かつ式（１）及び式（２）を満足したため、概算値Ｋ_１４０が２２ｋｓｉ√ｉｎ以上となった。

一方、試験番号１３〜２７の鋼は、いずれも概算値Ｋ_１４０が２２ｋｓｉ√ｉｎ未満となり、耐ＳＳＣ性が不良であった。具体的には、試験番号１３〜２３の鋼は、化学組成のいずれかが本発明の範囲外であったため、耐ＳＳＣ性が不良であった。特に、試験番号１５の鋼は、Ｍｎ含有量が本発明の上限を超えたため、耐ＳＳＣ性が不良であった。また、試験番号１８及び１９の鋼は、Ｍｏ含有量が本発明の下限未満であったため、耐ＳＳＣ性が不良であった。試験番号２０の鋼は、Ｖ含有量が本発明の下限未満であったため、耐ＳＳＣ性が不良であった。試験番号２１の鋼は、Ｖ含有量が本発明の上限を超えたため、耐ＳＳＣ性が不良であった。試験番号２３は、Ｃｒ含有量が本発明の上限を超えたため、耐ＳＳＣ性が不良であった。

また、試験番号２４及び２５の鋼は、化学組成は本発明の範囲内であったものの、式（１）を満足しなかったため、耐ＳＳＣ性が不良であった。Ｃｒを含有する試験番号２６及び２７の鋼は、化学組成は本発明の範囲内であったものの、式（２）を満足しなかったため、耐ＳＳＣ性が不良であった。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

本発明による低合金油井管用鋼は、油井管として利用可能であり、特に、油井やガス井用のケーシングやチュービングとして利用される。

ＤＣＢ試験により得られた応力拡大係数に及ぼすＣｒの影響を示す図である。 ＤＣＢ試験により得られた応力拡大係数に及ぼすＭｏの影響を示す図である。

Claims (5)

1. 質量％で、Ｃ：０．２０〜０．３５％、Ｓｉ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．０５〜０．６％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００５〜０．１００％、Ｍｏ：０．８〜３．０％、Ｖ：０．０５〜０．２５％、Ｂ：０．０００１〜０．００５％、Ｎ：０．０１％以下、Ｏ：０．０１％以下を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、式（１）を満たすことを特徴とする耐硫化物応力割れ性に優れた低合金油井管用鋼。
   １２Ｖ＋１−Ｍｏ≧０ （１）
   ここで、式中の元素記号は各元素の含有量（質量％）を示す。
2. 請求項１に記載の低合金油井管用鋼であってさらに、Ｃｒ：０．６％以下を含有し、式（２）を満たすことを特徴とする低合金油井管用鋼。
   Ｍｏ−（Ｃｒ＋Ｍｎ）≧０ （２）
   ここで、式中の元素記号は各元素の含有量（質量％）を示す。
3. 請求項１又は請求項２に記載の低合金油井管用鋼であってさらに、Ｎｂ：０．１％以下、Ｔｉ：０．１％以下、Ｚｒ：０．１％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする低合金油井管用鋼。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の低合金油井管用鋼であってさらに、Ｃａ：０．０１％以下を含有することを特徴とする低合金油井管用鋼。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の低合金油井管用鋼であって、
   ８６１ＭＰａ以上の降伏強度を有することを特徴とする低合金油井管用鋼。
   

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