JP2012519238A - 高降伏応力および高硫化物応力割れ抵抗性を有する低合金鋼 - Google Patents
高降伏応力および高硫化物応力割れ抵抗性を有する低合金鋼 Download PDFInfo
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Abstract
鋼は、重量％で、Ｃ：０．３％〜０．５％、Ｓｉ：０．１％〜０．５％、Ｍｎ：０．１％〜１％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｒ：０．３％〜１．５％、Ｍｏ：１．０％〜１．５％、Ａｌ：０．０１％〜０．１％、Ｖ：０．０３％〜０．０６％、Ｎｂ：０．０４％〜０．１５％、Ｔｉ：０％〜０．０１５％、Ｎ：０．０１％以下を含有し、鋼の化学成分の残部は、Ｆｅと、製鉄および鋳造プロセスから生ずる若しくは必要な不純物あるいは残留物からなる。鋼は、熱処理後の降伏応力が８６２ＭＰａ以上で、顕著にＳＳＣ抵抗を有するシームレス管を製造することができる。
【選択図】図１
【選択図】図１
Description
本発明は、優れた硫化物応力割れ特性を有する高降伏応力低合金鋼に関する。特に、本発明は、硫化水素（Ｈ２Ｓ）を含有する炭化水素井戸用の管製品用の使用についてのものである。
より高温で、また、より腐食性のある媒体中で、特に硫化水素が加った場合に、より高圧にさらされる、より深い炭化水素井戸を探査し開発することは、高降伏応力で高硫化物応力割れ抵抗性を有する低合金管を用いる必要性がさらに高まっていることを意味する。
硫化水素Ｈ２Ｓの存在は、ＳＳＣ（硫化物応力割れ）として知られている高降伏応力低合金鋼に割れを形成する危険性に関与しており、ＳＳＣはケーシングとチュービング、ライザー管あるいはドリリングパイプとそれらの付属品に影響を与える。硫化水素はまた、数１０ｐｐｍの投与で人間が致命的となるガスでもある。よって、硫化物応力割れ抵抗性は、装置と人間との双方の安全性に重要であるため、石油会社にとっては非常に重要である。
過去数十年で、５５２ＭＰａ（８０ｋｓｉ）、６２１ＭＰａ（９０ｋｓｉ）、６５５ＭＰａ（９５ｋｓｉ）、そして最近では７５８ＭＰａ（１１０ｋｓｉ）と、だんだん高くなる規格最小降伏応力を有するＨ２Ｓに対し高い抵抗の低合金鋼の開発に成功してきている。
今日の炭化水素井戸では数千ｍの深さに達し、よって、標準レベルの降伏応力で処置されたチューブストリングの重量はとても重くなっている。さらに、炭化水素層の圧力が、数百ｂａｒのオーダーと、とても高く、１０〜１００ｐｐｍのオーダーという比較的低いレベルでもＨ２Ｓが存在すると、０．００１〜０．１ｂａｒのオーダーの分圧となり、管材料が適切でないと、ｐＨが低いときにＳＳＣ現象を生ずるのに充分になる。加えて、８６２ＭＰａ（１２５ｋｓｉ）の規格最小降伏応力を良好な硫化物応力割れ抵抗性と組み合わせた低合金鋼を使用することは、このようなストリングでは特に望まれるであろう。
この理由のために、周知のように、降伏応力が上昇すると、低合金鋼のＳＳＣ抵抗は低下するので、困難であった、８６２ＭＰａ（１２５ｋｓｉ）の規格最小降伏応力と良好なＳＳＣ特性とを併せ持つ低合金鋼の開発を試みた。
特許出願ＥＰ１８６２５６１では、温度範囲４００〜６００℃での等温ベイナイト変態熱処理と有利に関係した化学成分を開示して、高降伏応力（８６２ＭＰａ以上）で優れたＳＳＣ抵抗を有する低合金鋼を提案している。
高降伏応力の低合金鋼を開発するのに、Ｃｒ−Ｍｏ合金鋼に焼き入れと比較的低温（７００℃未満）での焼き戻し熱処理を行うことは周知である。しかし、特許出願ＥＰ１８６２５６１によれば、低温焼き戻しは、粒界に高転位密度と粗大なＭ２３Ｃ６炭化物の析出を増進させ、ＳＳＣ特性の低下をもたらす。よって、特許出願ＥＰ１８６２５６１は、（Ｃｒ＋Ｍｏ）の合計成分を１．５％〜３％の範囲の値に制限することにより、転位密度を減少し、粒界での粗大炭化物の析出を制限して、焼き戻し温度を高くすることによりＳＳＣ抵抗を向上することを提案している。しかし、高温の焼き戻し温度のために鋼の降伏応力が低下するリスクがあるので、特許出願ＥＰ１８６２５６１では、ＭｏとＶ（それぞれ、０．０５％と０．３％〜０．５％以上）の充分な追加と共にＣ成分（０．３％と０．６％の間）を増加し、細粒ＭＣ炭化物を析出することを提案している。
しかし、そのようなＣ成分の増加が、実施されている従来の熱処理（水焼き入れ＋焼き戻し）で焼割れを生ずるリスクを生じ、よって、特許出願ＥＰ１８６２５６１では、高炭素成分の鉄鋼、および、たとえば油による緩やかな焼き入れの場合にＳＳＣにとって有害と考えられる混合マルテンサイト−ベイナイト構造の水焼き入れ中の割れを防止できるように４００〜６００℃の温度範囲での等温ベイナイト変態熱処理を提案している。
得られたベイナイト構造（ＥＰ１８６２５６１によれば、従来の焼き入れ＋焼き戻し熱処理により得られるマルテンサイト構造と同等）は、ＮＡＣＥ ＴＭ０１７７方法ＡおよびＤ（国立腐食工学会：National Association of Corrosion Engineers）を用いて試験したところ優れたＳＳＣ挙動を伴う高降伏応力（８６２ＭＰａ以上または１２５ｋｓｉ）を有する。
しかし、そのような等温ベイナイト変態を産業で使用するには、他の変態（マルテンサイトあるいはパーライト）が生じないように非常に厳格な処理反応管理が必要になる。さらに、管の肉厚に応じて、焼き入れに用いる水質が変化し、管ごとの冷却速度の監視が単層ベイナイト構造を得るために必要である。
本発明の目的は、下記のとおりの低合金鋼組成を提供することにある。
・８６２ＭＰａ（１２５ｋｓｉ）以上の降伏応力を生ずる熱処理が行えること
・ＮＡＣＥ ＴＭ０１７７基準方法ＡおよびＤを用いるが、０．０３ｂａｒのＨ２Ｓ分圧（方法Ａ）、および０．１ｂａｒまたは１ｂａｒのＨ２Ｓ分圧（方法Ｄ）でテストした優れたＳＳＣ抵抗、特に上記に示した降伏応力での優れたＳＳＣ抵抗を有すること
・ベイナイト焼き入れの産業設備を必要としないこと、すなわち、シームレス管の製造コストが特許出願ＥＰ１８６２５６１で要するコストより低いこと
・８６２ＭＰａ（１２５ｋｓｉ）以上の降伏応力を生ずる熱処理が行えること
・ＮＡＣＥ ＴＭ０１７７基準方法ＡおよびＤを用いるが、０．０３ｂａｒのＨ２Ｓ分圧（方法Ａ）、および０．１ｂａｒまたは１ｂａｒのＨ２Ｓ分圧（方法Ｄ）でテストした優れたＳＳＣ抵抗、特に上記に示した降伏応力での優れたＳＳＣ抵抗を有すること
・ベイナイト焼き入れの産業設備を必要としないこと、すなわち、シームレス管の製造コストが特許出願ＥＰ１８６２５６１で要するコストより低いこと
本発明によれば、鋼は重量で下記の成分を含有する。
Ｃ： ０．３％〜０．５％
Ｓｉ：０．１％〜０．５％
Ｍｎ：０．１％〜１％
Ｐ： ０．０３％以下
Ｓ： ０．００５％以下
Ｃｒ：０．３％〜１．５％
Ｍｏ：１．０％〜１．５％
Ａｌ：０．０１％〜０．１％
Ｖ： ０．０３％〜０．０６％
Ｎｂ：０．０４％〜０．１５％
Ｔｉ：最大０．０１５％
Ｎ： ０．０１％以下
この鋼の化学成分の残部は、鉄および製鉄および鋳造プロセスから生ずる、若しくは、プロセスに必要な不純物または残留物で構成される。
Ｃ： ０．３％〜０．５％
Ｓｉ：０．１％〜０．５％
Ｍｎ：０．１％〜１％
Ｐ： ０．０３％以下
Ｓ： ０．００５％以下
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Ｍｏ：１．０％〜１．５％
Ａｌ：０．０１％〜０．１％
Ｖ： ０．０３％〜０．０６％
Ｎｂ：０．０４％〜０．１５％
Ｔｉ：最大０．０１５％
Ｎ： ０．０１％以下
この鋼の化学成分の残部は、鉄および製鉄および鋳造プロセスから生ずる、若しくは、プロセスに必要な不純物または残留物で構成される。
鋼の特性に及ぼす化学成分の元素の影響は、以下のとおりである。
［炭素：０．３％〜０．５％］
この元素の存在は、鋼の焼き入れ性を向上するのに不可欠であり、所望の高性能の機械的性質が得られるのを可能にする。０．３％未満の成分では、拡張した焼き戻し（extended tempering）後に所望の降伏応力（１２５ｋｓｉ以上）を生成することができない。逆に、炭素成分が０．５％を超えると、形成される炭化物の分量によりＳＳＣ抵抗を劣化させることになる。このため、上限を０．５％と決める。好適な範囲は０．３％〜０．４％であり、より好ましくは０．３％〜０．３６％である。
この元素の存在は、鋼の焼き入れ性を向上するのに不可欠であり、所望の高性能の機械的性質が得られるのを可能にする。０．３％未満の成分では、拡張した焼き戻し（extended tempering）後に所望の降伏応力（１２５ｋｓｉ以上）を生成することができない。逆に、炭素成分が０．５％を超えると、形成される炭化物の分量によりＳＳＣ抵抗を劣化させることになる。このため、上限を０．５％と決める。好適な範囲は０．３％〜０．４％であり、より好ましくは０．３％〜０．３６％である。
［珪素：０．１％〜０．５％］
珪素は溶鋼を脱酸する元素である。また焼き戻しにおいて軟化を阻止し、よってＳＳＣ抵抗の向上に寄与する。その効果を得るためには少なくとも０．１％の量で存在しなければならない。しかし、０．５％を超えると、ＳＳＣ抵抗を劣化させる。このため、その成分は、０．１％と０．５％の間に決められる。好ましい範囲は、０．２％〜０．４％である。
珪素は溶鋼を脱酸する元素である。また焼き戻しにおいて軟化を阻止し、よってＳＳＣ抵抗の向上に寄与する。その効果を得るためには少なくとも０．１％の量で存在しなければならない。しかし、０．５％を超えると、ＳＳＣ抵抗を劣化させる。このため、その成分は、０．１％と０．５％の間に決められる。好ましい範囲は、０．２％〜０．４％である。
［マンガン：０．１％〜１％］
マンガンは、鋼の鍛造性を改善し焼き入れ性に有益な硫黄結合元素である。この効果を得るためには少なくとも０．１％の量で存在する必要がある。しかし、１％を超えると、ＳＳＣ抵抗の有害な偏析を引き起こす。このため、その成分は、０．１％と１％の間に決められる。好適な範囲は、０．２％〜０．５％である。
マンガンは、鋼の鍛造性を改善し焼き入れ性に有益な硫黄結合元素である。この効果を得るためには少なくとも０．１％の量で存在する必要がある。しかし、１％を超えると、ＳＳＣ抵抗の有害な偏析を引き起こす。このため、その成分は、０．１％と１％の間に決められる。好適な範囲は、０．２％〜０．５％である。
［リン：０．０３％以下（不純物）］
リンは、粒界での偏析によりＳＳＣ抵抗を低下する元素である。このため、その成分は、０．０３％以下までとされ、好ましくは極めて低いレベルにすることである。
リンは、粒界での偏析によりＳＳＣ抵抗を低下する元素である。このため、その成分は、０．０３％以下までとされ、好ましくは極めて低いレベルにすることである。
［硫黄：０．００５％以下（不純物）］
硫黄は、ＳＳＣ抵抗に有害な含有物を形成する元素である。その影響は、０．００５％を超えると顕著に大きくなる。このため、その成分は、０．００５％までとされ、好ましくは極めて低いレベル、たとえば０．００３％以下にすることである。
硫黄は、ＳＳＣ抵抗に有害な含有物を形成する元素である。その影響は、０．００５％を超えると顕著に大きくなる。このため、その成分は、０．００５％までとされ、好ましくは極めて低いレベル、たとえば０．００３％以下にすることである。
［クロム：０．３％〜１．５％］
クロムは、鋼の焼き入れ性と強度を改善し、ＳＳＣ抵抗を増大するのに有用な元素である。これらの効果を生ずるために少なくとも０．３％の量で存在しなければならないが、ＳＳＣ抵抗の劣化を防ぐために１．５％を超えてはならない。このため、その成分は、０．３％と１．５％の間とされる。好ましい範囲は０．６％〜１．２％の範囲で、より好ましくは０．８％〜１．２％の範囲である。
クロムは、鋼の焼き入れ性と強度を改善し、ＳＳＣ抵抗を増大するのに有用な元素である。これらの効果を生ずるために少なくとも０．３％の量で存在しなければならないが、ＳＳＣ抵抗の劣化を防ぐために１．５％を超えてはならない。このため、その成分は、０．３％と１．５％の間とされる。好ましい範囲は０．６％〜１．２％の範囲で、より好ましくは０．８％〜１．２％の範囲である。
［モリブデン：１％〜１．５％］
モリブデンは、鋼の焼き入れ性を改善するのに有益な元素であり、所定の降伏応力に対する鋼の焼き戻し温度を上昇させることができる。発明者らは、１％以上のＭｏ成分に顕著に有益な効果を見出した。しかし、モリブデン成分が１．５％を超えると、拡張した焼き戻し後に粗粒化合物の形成を促進してＳＳＣ抵抗を低下する傾向がある。このため、その成分は１％から１．５％の間になされる。好ましい範囲は１．１％と１．４％の間であり、より好ましくは１．２％と１．４％の間である。
モリブデンは、鋼の焼き入れ性を改善するのに有益な元素であり、所定の降伏応力に対する鋼の焼き戻し温度を上昇させることができる。発明者らは、１％以上のＭｏ成分に顕著に有益な効果を見出した。しかし、モリブデン成分が１．５％を超えると、拡張した焼き戻し後に粗粒化合物の形成を促進してＳＳＣ抵抗を低下する傾向がある。このため、その成分は１％から１．５％の間になされる。好ましい範囲は１．１％と１．４％の間であり、より好ましくは１．２％と１．４％の間である。
［アルミニウム：０．０１％〜０．１％］
アルミニウムは強力な鋼の脱酸剤で、存在することにより鋼の脱硫も促進される。その効果を得るために少なくとも０．０１％の量で存在しなければならない。しかし、この効果は、０．１％を超えると頭打ちとなる。このため、その上限は０．１％とされる。好適な範囲は、０．０１％〜０．０５％である。
アルミニウムは強力な鋼の脱酸剤で、存在することにより鋼の脱硫も促進される。その効果を得るために少なくとも０．０１％の量で存在しなければならない。しかし、この効果は、０．１％を超えると頭打ちとなる。このため、その上限は０．１％とされる。好適な範囲は、０．０１％〜０．０５％である。
［バナジウム：０．０３％〜０．０６％］
モリブデンと同様に、バナジウムは、鋼の焼き戻しを遅らせ、よって所定の降伏応力に対する焼き戻し温度を上昇させることができる非常に細かな微細炭化物ＭＣを形成する元素である。よって、バナジウムは、ＳＳＣ抵抗を向上するのに有益な元素である。この効果を得るために少なくとも０．０３％（微量合金）の量で存在しなければならない。しかし、鋼を脆化する傾向があり、発明者らは、高降伏応力（０．０５％を超える成分で１２５ｋｓｉより高い）の鋼のＳＳＣに悪影響を及ぼすことを見出した。このため、その成分は、０．０３％と０．０６％の間とされる。好ましい範囲は、０．０３％と０．０５％の間である。
モリブデンと同様に、バナジウムは、鋼の焼き戻しを遅らせ、よって所定の降伏応力に対する焼き戻し温度を上昇させることができる非常に細かな微細炭化物ＭＣを形成する元素である。よって、バナジウムは、ＳＳＣ抵抗を向上するのに有益な元素である。この効果を得るために少なくとも０．０３％（微量合金）の量で存在しなければならない。しかし、鋼を脆化する傾向があり、発明者らは、高降伏応力（０．０５％を超える成分で１２５ｋｓｉより高い）の鋼のＳＳＣに悪影響を及ぼすことを見出した。このため、その成分は、０．０３％と０．０６％の間とされる。好ましい範囲は、０．０３％と０．０５％の間である。
［ニオブ：０．０４％〜０．１５％］
ニオブは、炭素と窒素と共に炭化物を形成する微量合金元素である。通常のオーステナイト化温度で、炭窒化物はほんの僅かしか溶解せず、ニオブは焼き戻しに僅かな硬化効果を有するだけである。反対に、溶解しない炭窒化物は、オーステナイト化の間オーステナイト粒界を効果的に固定し、よって、焼き入れ前に極めて細かなオーステナイト結晶粒を生成させ、このことは降伏応力およびＳＳＣ抵抗にとても好ましい効果を有する。発明者らは、このオーステナイト結晶細粒化の効果は、二回焼き戻し工程により強化されるものと考える。ニオブの細粒化効果を示すため、この元素は少なくとも０．０４％の量で存在しなければならない。しかし、その効果は０．１５％で頭打ちとなる。このため、上限は０．１５％とされる。好ましい範囲は、０．０６％〜０．１０％である。
ニオブは、炭素と窒素と共に炭化物を形成する微量合金元素である。通常のオーステナイト化温度で、炭窒化物はほんの僅かしか溶解せず、ニオブは焼き戻しに僅かな硬化効果を有するだけである。反対に、溶解しない炭窒化物は、オーステナイト化の間オーステナイト粒界を効果的に固定し、よって、焼き入れ前に極めて細かなオーステナイト結晶粒を生成させ、このことは降伏応力およびＳＳＣ抵抗にとても好ましい効果を有する。発明者らは、このオーステナイト結晶細粒化の効果は、二回焼き戻し工程により強化されるものと考える。ニオブの細粒化効果を示すため、この元素は少なくとも０．０４％の量で存在しなければならない。しかし、その効果は０．１５％で頭打ちとなる。このため、上限は０．１５％とされる。好ましい範囲は、０．０６％〜０．１０％である。
［チタン：０．０１５％以下］
０．０１５％を超えるＴｉ成分は、液相の鋼で窒化チタンＴｉＮの析出を助長し、ＳＳＣ抵抗に有害な粗大な角張ったＴｉＮ析出物を形成することになる。０．０１５％以下のＴｉ成分は、溶鋼の製造（不純物あるいは残渣を構成する）から生じ、意図的な添加によって生ずるのではなく、発明者らによれば、限定された窒素成分に対して有害な影響がある。ニオブと同様に、オーステナイト化の間、オーステナイト粒界を固定できるが、この目的のためにはニオブを添加するのでこの効果は有用ではない。このため、Ｔｉ成分は０．０１５％に制限され、好ましくは０．００５％未満に保たれる。
０．０１５％を超えるＴｉ成分は、液相の鋼で窒化チタンＴｉＮの析出を助長し、ＳＳＣ抵抗に有害な粗大な角張ったＴｉＮ析出物を形成することになる。０．０１５％以下のＴｉ成分は、溶鋼の製造（不純物あるいは残渣を構成する）から生じ、意図的な添加によって生ずるのではなく、発明者らによれば、限定された窒素成分に対して有害な影響がある。ニオブと同様に、オーステナイト化の間、オーステナイト粒界を固定できるが、この目的のためにはニオブを添加するのでこの効果は有用ではない。このため、Ｔｉ成分は０．０１５％に制限され、好ましくは０．００５％未満に保たれる。
［窒素：０．０１％以下（不純物）］
０．０１％を超える窒素成分は、鋼のＳＳＣ抵抗を低下させ、この元素はバナジウムやチタンと非常に微細な窒化物であるが、脆性である析出物を形成する元素である。よって、０．０１％未満の量で存在するのが好ましい。
０．０１％を超える窒素成分は、鋼のＳＳＣ抵抗を低下させ、この元素はバナジウムやチタンと非常に微細な窒化物であるが、脆性である析出物を形成する元素である。よって、０．０１％未満の量で存在するのが好ましい。
［ボロン：添加しない］
この窒素と結合しやすい元素は、数ｐｐｍ（１０−４％）の量で鋼に溶解すると、焼き入れ性を顕著に改善する。
この窒素と結合しやすい元素は、数ｐｐｍ（１０−４％）の量で鋼に溶解すると、焼き入れ性を顕著に改善する。
微量合金ボロン鋼は、通常チタンを含有し、窒素をＴｉＮの形で固着しボロンを利用可能にする。
有効ボロン成分は、次式により定義される。
Ｂｅｆｆ ＝ ｍａｘ（０；Ｂ−ｍａｘ（０；１０（Ｎ／１４−Ｔｉ／４８）））
Ｂｅｆｆ ＝ ｍａｘ（０；Ｂ−ｍａｘ（０；１０（Ｎ／１４−Ｔｉ／４８）））
関数ｍａｘ（）は、負の有効ボロン成分とＴｉＮの形で固着される窒素の量とを防ぐために導入されたが、物理的な意味は無い。
本発明の場合には、発明者らは、ＳＳＣに抵抗があり非常に高い降伏応力を有する鋼に対して、有効ボロンの添加は有益ではなく、有害でさえあるであろうということを発見した。
よって、有効ボロン成分は、０．０００３％以下に選定されるのが好ましく、０であるのが極めて好ましい。
１２種の製鋼（参照記号Ａ〜Ｌ）の製品を提供した。
製鋼Ａ〜ＦとＪ〜Ｌは、工業的な製鋼であり、製鋼Ｇ〜Ｉはそれぞれ数１００ｋｇの実験用製鋼である。
製鋼Ａ〜ＤとＪ〜Ｌは、本発明による化学成分を有し、製鋼Ｅ〜Ｉは本発明外の比較例である。
以下の表１は、テストした製鋼の組成（重量パーセントで表わした成分）を示す。
以下の表１は、テストした製鋼の組成（重量パーセントで表わした成分）を示す。
本発明の鋼での低い合計酸素（ＯＴ）濃度は重要である。
製鋼Ａ〜ＧとＪ〜Ｌからの鋼片は熱間ロールにより外形と肉厚で定義されるシームレス管に変形した。約１５ｍｍの厚さの製鋼が、製鋼を接合するための３０ｍｍ厚さのブロック（カップリング材料）と共に、得られた。
数字インデックスにより単一の製鋼からの異なる製品を区別した（たとえば、Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３）。
製鋼ＨとＩは、本発明の範囲外であるが、２７ｍｍ厚さの板に熱間ロールした。
これらの製品（管、板）は全て、９００℃と９４０℃の間で水焼き入れ（製鋼Ａからの管は油焼き入れ）と、７００℃近くの焼き戻しにより熱処理して、８６２ＭＰａ（１２５ｋｓｉ）以上の降伏応力を生じた。数回の連続した焼き入れ工程（２回または３回）を用い、特に粒径を細かくした。ケースによっては、焼き戻しを２回の焼き入れ工程の間に行い、焼き入れ工程の間に割れが生ずるのを防止した。
焼き入れ後は、以下の表２の焼き入れ状態にて行われた硬度測定の微視的試験により確認されたように、本発明の管は、実質的に全てマルテンサイト組織（恐らく微量のベイナイトもある）を有していた。
本発明の鋼についての純粋にマルテンサイト構造の製品は、焼き入れ性（ジョミニー）曲線でさらに確認をした。本発明の鋼では、その曲線は、試験片の焼き入れされた端部から１５ｍｍの距離までほぼ５３ＨＲＣでフラットであった。このような焼き入れ性により、水で焼き入れした（外側と内側の焼き入れ）５０ｍｍの管につき完全なマルテンサイト構造を得ることができると考えられる。
本発明の鋼管で得られたオーステナイト粒径は非常に細かく、製鋼からの管Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１に対して１１〜１２、カップリング材料Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２について僅かに粗大な粒で１２（規格ＡＳＴＭ Ｅ１１２による測定）であった。
表３は、製品の寸法特性を本発明の鋼の熱処理後に得られた降伏応力および破断強さと共に示す。得られた降伏応力の値は、８６５と９５９ＭＰａ（１２５〜１３９ｋｓｉ）の間に分布した。
本発明と本発明の範囲外の製鋼の平均値は、それぞれ９０６ＭＰａと９２６ＭＰａ（１３１ｋｓｉと１３４ｋｓｉ）で、顕著な差異はなかった。
［一軸ＳＳＣ引張り試験］
表４および表５は、試験液のＨ２Ｓ成分を低減（３％）した、規準ＮＡＣＥ ＴＭ０１７７の方法Ａを用いて、ＳＳＣ抵抗を求めた試験の結果を示す。
表４および表５は、試験液のＨ２Ｓ成分を低減（３％）した、規準ＮＡＣＥ ＴＭ０１７７の方法Ａを用いて、ＳＳＣ抵抗を求めた試験の結果を示す。
試験片は、表３に示す管（または板）から半分の厚みのところで長手方向に取った円筒形の引張り試験片で、規準ＮＡＣＥ ＴＭ０１７７の方法Ａに従って機械加工した。
使用した試験槽はＥＦＣ（ヨーロッパ腐食協会）タイプ１６であった。５％塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）と０．４％酢酸ナトリウム（ＣＨ３ＣＯＯＮａ）からなり、２４℃（±３℃）で連続的に３％のＨ２Ｓ／９７％のＣＯ２の混合ガスの泡を通し、ＩＳＯ規格１５１５６に準拠して塩酸（ＨＣｌ）を用いてｐＨ３．５に調整した。
負荷した応力は、規格最小降伏応力（ＳＭＹＳ）の所定のパーセントＸ、すなわち、８６２ＭＰａのＸ％に固定した。この種の試験における相対的分散を考慮して、同じ試験条件で３本の試験片を試験した。
ＳＳＣ抵抗は、７２０時間後に３本の試験片に破断がなければ（結果＝３／３）良好と、３本の試験片のうち少なくとも１本の試験片の測定部分に７２０時間より前に破断が生じたならば（結果＝０／３、１／３または２／３）、不十分あるいは不良と判断した。
表４の試験では、負荷応力を、規格最小降伏応力（ＳＭＹＳ）の８５％、すなわち、７３３ＭＰａ（１０６ｋｓｉ）に固定した。
本発明に従った鋼の参照記号（Ａ〜ＤとＪ、Ｌ）の全てについて得られた結果は、比較鋼Ｆについて得られた結果と共に、良好であった。比較鋼ＥおよびＩについて得られた結果は、劣っていた。
管の肉厚が影響を有するということは観察されなかった（Ｂ１／Ｂ２、Ｃ１／Ｃ２およびＤ１／Ｄ２の比較）。
表５の試験では、負荷応力を、規格最小降伏応力（ＳＭＹＳ）の９０％、すなわち、７７５ＭＰａ（１１３ｋｓｉ）に固定した。
本発明に従った鋼（Ａ〜ＤとＪ３〜Ｌ）の全てについて得られた結果は、比較鋼Ｆについて得られた結果と共に、良好であった。鋼Ｊ１について得られた結果は制限されるものであった（７２０時間の直前に１本が破壊した）。比較鋼ＧおよびＨについて得られた結果は、顕著に不良であった（破断までの時間は１８７と３７０時間の間）。
［Ｋ１ＳＳＣ試験］
試験片は、表３に示す管から半分の肉厚のところで長手方向に取ったシェブロンノッチＤＣＢ(二重片持ち梁)試験片で、規準ＮＡＣＥ ＴＭ０１７７の方法Ｄに従って機械加工した。
試験片は、表３に示す管から半分の肉厚のところで長手方向に取ったシェブロンノッチＤＣＢ(二重片持ち梁)試験片で、規準ＮＡＣＥ ＴＭ０１７７の方法Ｄに従って機械加工した。
第１シリーズの試験で使用した試験槽は、５０ｇ／リットル塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）と４ｇ／リットル酢酸ナトリウム（ＣＨ３ＣＯＯＮａ）からなる水溶液で、試験前に大気圧で２４℃（±１．７℃）にて１０％Ｈ２Ｓ／９０％のＣＯ２の混合ガスの泡を通してＨ２Ｓで飽和させ、塩酸（ＨＣｌ）を用いてｐＨ３．５に調整した（マイルド条件テストと称されるテスト）。
試験片は、ＤＣＢ試験片の２つのアームに０．５１ｍｍ（±０．０３ｍｍ）の変位を与えるくさびを用いて引張り下に置かれ、１４日間試験液中にさらされた。
試験片は、その後、引張りで破壊された。くさびの限界破壊荷重（critical lift off load）を測定し、破断面についてテスト液中に維持されていたときの平均亀裂進展長さを測定し、ＳＳＣの限界応力強さを測定し、Ｋ１ＳＣＣとした。追加の基準を用いて、測定の有効性を確認した。
この試験における分散を考慮するため、製品ごとに３本の試験片を試験した。このような３本の測定の平均値と標準偏差を求めた。
表６に、上記の試験片に対して得られたＫ１ＳＳＣの結果と、最新版のＩＳＯ規格ＩＳＯ１１９６０あるいはＡＰＩ５ＣＴに準拠したシェブロンノッチの前面の試験片の幅の半分のところでＳＳＣ試験液に導入される前に実施されたＨＲＣ硬さ測定を示す。表６には、表３の降伏応力の値も示す。
Ｋ１ＳＳＣの個々の値は、本発明の鋼について３４．６〜４６．６ＭＰａ・ｍ１／２で、本発明の範囲外の鋼Ｆについては、かなり低めであった。
管の型（肉厚１３．８４ｍｍまたは３０ｍｍ）には、特に影響は見られなかった。
図１に降伏応力（ＹＳ）の関数としての平均Ｋ１ＳＣＣ値を示し、図２に試験片の平均硬さＨＲＣの関数としてのＫ１ＳＳＣの個々の値を示す。
Ｋ１ＳＳＣの値は、降伏応力または硬さと共に低下する傾向がある
しかし、特に硬さＨＲＣとの関係（図２）を考慮すると、所与の硬さに対し、本発明の鋼でＫ１ＳＳＣの高い値が得られたことが分かる（試験片Ｂ、Ｃ、ＤとＦの比較）。
よって、鋼を８６２〜９６５ＭＰａ（１２５〜１４０ｋｓｉ）の範囲の降伏応力値の範囲に処理するのが好ましく、８６２〜９３１ＭＰａ（１２５〜１３５ｋｓｉ）の範囲にするのがより好ましいことが分かる。
第２シリーズの試験では、「完全ＮＡＣＥ」条件と称されるより厳しい条件でＤＣＢ試験片を試験した。試験片は、１００％のＨ２Ｓを含んだガスで飽和するという点（第１シリーズの１０％に対して）および、ｐＨが２．７に調整された点を除いて、先の溶液と同様の溶液に浸漬された。試験片のアームの変位は０．３８ｍｍとされた。
結果を表７に示す。
得られたＫ１ＳＳＣ値は、２４ＭＰａ・ｍ１／２のオーダーと、マイルド試験条件よりかなり低くなった。マイルド条件と同様のタイプの区分が得られた（本発明の鋼は比較グレードＦよりもよい結果を生んだ）。
本発明の鋼は、ケーシング、チュービング、ライザー管、ドリルストリング、ドリルカラー、あるいはこれらの製品のアクセサリなど、探査用の製品および炭化水素分野からの生産物用の使用に特に向いている。
Claims (12)
- 高降伏応力と硫化物応力割れへの優れた抵抗を有する低合金鋼であって、次の成分を重量％で含有し、
Ｃ： ０．３％〜０．５％
Ｓｉ：０．１％〜０．５％
Ｍｎ：０．１％〜１％
Ｐ： ０．０３％以下
Ｓ： ０．００５％以下
Ｃｒ：０．３％〜１．５％
Ｍｏ：１．０％〜１．５％
Ａｌ：０．０１％〜０．１％
Ｖ： ０．０３％〜０．０６％
Ｎｂ：０．０４％〜０．１５％
Ｔｉ：０％〜０．０１５％
Ｎ： ０．０１％以下、
前記鋼の化学成分の残部は、Ｆｅと、製鉄および鋳造プロセスから生ずる若しくはプロセスに必要な不純物あるいは残留物からなることを特徴とする；
低合金鋼。 - Ｃ成分が０．３％〜０．４％の範囲であることを特徴とする；
請求項１の低合金鋼。 - Ｍｎ成分が０．２％〜０．５％の範囲であることを特徴とする；
請求項１または２の低合金鋼。 - Ｃｒ成分が０．６％〜１．２％の範囲であることを特徴とする；
請求項１ないし３のいずれか１項の低合金鋼。 - Ｍｏ成分が１．１％〜１．４％の範囲であることを特徴とする；
請求項１の低合金鋼。 - Ｓ成分が０．００３％以下であることを特徴とする；
請求項１ないし５のいずれか１項の低合金鋼。 - Ａｌ成分が０．０１％〜０．０５％の範囲であることを特徴とする；
請求項１ないし６のいずれか１項の低合金鋼。 - Ｖ成分が０．０３％〜０．０５％の範囲であることを特徴とする；
請求項１ないし７のいずれか１項の低合金鋼。 - Ｎｂ成分が０．０６％〜０．１０％の範囲であることを特徴とする；
請求項１ないし８のいずれか１項の低合金鋼。 - 有効ボロン成分が０で、有効ボロン成分は
Ｂｅｆｆ ＝ ｍａｘ（０；Ｂ−ｍａｘ（０；１０（Ｎ／１４−Ｔｉ／４８）））
であることを特徴とする；
請求項１ないし９のいずれか１項の低合金鋼。 - 降伏応力が８６２ＭＰａ（１２５ｋｓｉ）以上となるように熱処理されたことを特徴とする；
請求項１ないし１０のいずれか１項の低合金鋼。 - 熱処理が少なくとも２回の焼き入れ工程を備えることを特徴とする；
請求項１１の低合金鋼。
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