JP2017014543A - Stainless steel for oil well and stainless steel pipe for oil well - Google Patents

Stainless steel for oil well and stainless steel pipe for oil well Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stainless steel for oil well having high strength and excellent in SCC resistance at high temperature, SSC resistance at ordinary temperature and low temperature toughness.SOLUTION: The stainless steel for oil well has a chemical composition containing, by mass%, C:0.04% or less, Si:0.05 to 1.0%, Mn:0.01 to 0.5%, Cr:16.0 to 18.0%, Mo:2.0 to 3.0%, Cu:0.7 to 3.5%, Ni:4.8 to 6.0%, sol.Al:0.001 to 0.1% and the balance Fe with impurities of which Ti, Nb and B are Ti:0.1% or less, Nb:0.1% or less and B:0.005% or less and having Fn1 defined by the formula (1) of 80 or more and a micro structure consisting of, by volume percentage, 10 to 50% of ferrite, 5 to 20% or retained austenite and the balance martensite. Fn1=576.5-2660.7×[C]-74.9×[Ni]-37.4×[Cu] (1).SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、ステンレス鋼及びステンレス鋼管に関し、さらに詳しくは、油井用ステンレス鋼及び油井用ステンレス鋼管に関する。   The present invention relates to stainless steel and stainless steel pipes, and more particularly to stainless steel for oil wells and stainless steel pipes for oil wells.

近年の原油価格及び天然ガス価格の高騰に伴い、より過酷な腐食環境下の油井及び天然ガス井の開発が進められている。このような油井及び天然ガス井は一般に、CO2、H2S、Cl-等を含む腐食環境である。したがって、このような油井及び天然ガス井で使用される油井用鋼管の素材となる鋼には、耐CO2腐食性が求められる。上述の腐食環境下では、耐CO2腐食性に優れた、質量%で13%程度のCrを含有するマルテンサイトステンレス鋼(いわゆる「13%Cr鋼」)を用いた油井用鋼管が使用されている。 With recent increases in crude oil prices and natural gas prices, oil wells and natural gas wells under more severe corrosive environments have been developed. Such oil wells and natural gas wells typically, CO 2, H 2 S, Cl - is a corrosive environment containing such a. Therefore, the steel used as the material of the oil well steel pipe used in such oil wells and natural gas wells is required to have CO 2 corrosion resistance. Under the above-mentioned corrosive environment, oil well steel pipes using martensitic stainless steel (so-called “13% Cr steel”) containing about 13% Cr by mass and excellent in CO 2 corrosion resistance are used. Yes.

ところで、最近開発が進められている大深度油井は150℃を超える高温の腐食環境である。このような高温腐食環境で使用されるステンレス鋼では、高い強度が求められ、さらに、優れた耐食性が求められる。より具体的には、大深度油井のような高温腐食環境で使用されるステンレス鋼には、耐食性として、高温での優れた耐応力腐食割れ(Stress Corrosion Cracking、以下、SCCという)性が求められる。さらに、常温で、優れた耐硫化物応力割れ(Sulfide Stress Cracking、以下、SSCという)性が求められる。高温腐食環境の油井から生産された流体(原油又はガス)は、油井管内を流れる。流体の生産が何らの原因で停止したとき、地表付近に配置された油井管内の流体温度は常温まで低下する。常温の流体と接触している油井管において、SSCが発生する可能性がある。したがって、大深度油井に使用される油井用ステンレス鋼では、高温での耐SCC性だけでなく、常温での耐SSC性も要求される。最近では、さらなる深井戸化により、125ksi級(862MPa以上)の強度を有するステンレス鋼が求められている。   By the way, the deep oil well that has been developed recently is a high-temperature corrosive environment exceeding 150 ° C. Stainless steel used in such a high-temperature corrosive environment is required to have high strength and excellent corrosion resistance. More specifically, stainless steel used in a high temperature corrosion environment such as a deep oil well is required to have excellent stress corrosion cracking (hereinafter referred to as SCC) resistance at high temperatures. . Furthermore, excellent resistance to sulfide stress cracking (hereinafter referred to as SSC) is required at room temperature. Fluid (crude oil or gas) produced from an oil well in a hot corrosive environment flows through the oil well pipe. When fluid production stops for any reason, the fluid temperature in the oil well pipe arranged near the ground surface falls to room temperature. In an oil well pipe that is in contact with a fluid at room temperature, SSC may occur. Therefore, stainless steel for oil wells used for deep oil wells is required to have not only SCC resistance at high temperatures but also SSC resistance at normal temperatures. Recently, stainless steel having a strength of 125 ksi class (862 MPa or more) has been demanded due to further deep well formation.

13%Cr鋼の強度及び耐食性は、このような高温腐食環境下では不十分である。2相ステンレス鋼は、高温腐食環境下においても十分な強度及び耐食性を有する。しかしながら、2相ステンレス鋼は、合金元素の含有量が高く、製造コストが高いという問題がある。   The strength and corrosion resistance of 13% Cr steel are insufficient in such a high temperature corrosion environment. The duplex stainless steel has sufficient strength and corrosion resistance even in a high temperature corrosive environment. However, the duplex stainless steel has a problem that the content of alloy elements is high and the manufacturing cost is high.

そこで、2相ステンレス鋼よりも合金元素の含有量が少なく、高強度を有し、かつ、高温腐食環境下でも高い耐食性を有するステンレス鋼が、特開2005−105357号公報(特許文献1)、特開2012−149317号公報(特許文献2)、国際公開第2009/119048号公報(特許文献3)、国際公開第2010/134498号公報(特許文献4)及び国際公開第2011/136175号公報(特許文献5)に提案されている。   Therefore, a stainless steel having a lower alloy element content than a duplex stainless steel, a high strength, and a high corrosion resistance even in a high temperature corrosive environment is disclosed in JP-A-2005-105357 (Patent Document 1), JP 2012-149317 A (Patent Document 2), International Publication No. 2009/119048 (Patent Document 3), International Publication No. 2010/134498 (Patent Document 4) and International Publication No. 2011-136175 ( This is proposed in Patent Document 5).

特許文献1に開示された油井用高強度ステンレス鋼管は、C:0.05%以下、Si:0.50%以下、Mn:0.10〜1.80%、P:0.03%以下、S:0.005%以下、Cr:14.0〜17.0%、Ni:5.0〜8.0%、Mo:1.0〜3.5%、Cu:0.5〜3.5%、Al:0.05%以下、V:0.20%以下、N:0.03〜0.15%、O:0.006%以下を含有し、さらに、Nb:0.2%以下、Ti:0.3%以下のうちから選ばれた1種又は2種を含有し、残部はFe及び不可避不純物からなる組成を有する。上記鋼管の組織には、析出物中のMC型炭窒化物が全析出物量に対する質量%で3.0%以上存在する。これにより、高強度及び優れた耐食性が得られる、と特許文献1には記載されている。   The high-strength stainless steel pipe for oil well disclosed in Patent Document 1 is C: 0.05% or less, Si: 0.50% or less, Mn: 0.10 to 1.80%, P: 0.03% or less, S: 0.005% or less, Cr: 14.0 to 17.0%, Ni: 5.0 to 8.0%, Mo: 1.0 to 3.5%, Cu: 0.5 to 3.5 %, Al: 0.05% or less, V: 0.20% or less, N: 0.03 to 0.15%, O: 0.006% or less, and Nb: 0.2% or less, Ti: Contains one or two selected from 0.3% or less, and the balance has a composition composed of Fe and inevitable impurities. In the structure of the steel pipe, MC type carbonitrides in the precipitates are present in an amount of 3.0% or more by mass% with respect to the total amount of precipitates. Thus, Patent Document 1 describes that high strength and excellent corrosion resistance can be obtained.

特許文献2に開示された高強度マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管は、質量%で、C:0.01%以下、Si:0.5%以下、Mn:0.1〜2.0%、P:0.03%以下、S:0.005%以下、Cr:15.5%超17.5%以下、Ni:2.5〜5.5%、Mo:1.8〜3.5%、Cu:0.3〜3.5%、V:0.20%以下、Al:0.05%以下、N:0.06%以下を含む組成を有し、焼入れ焼戻処理を施して、降伏強さ:655〜862MPaの強度と降伏比:0.90以上の引張特性を有する。これにより、降伏強さを油井用として所定の強度を確保したうえで、降伏比を0.90以上とすることにより、低引張強さの鋼管となり、耐炭酸ガス腐食性および耐硫化物応力腐食割れ性等の耐食性が向上する、と特許文献2には記載されている。   The high-strength martensitic stainless steel seamless pipe disclosed in Patent Document 2 is mass%, C: 0.01% or less, Si: 0.5% or less, Mn: 0.1-2.0%, P : 0.03% or less, S: 0.005% or less, Cr: more than 15.5% and 17.5% or less, Ni: 2.5 to 5.5%, Mo: 1.8 to 3.5%, It has a composition containing Cu: 0.3 to 3.5%, V: 0.20% or less, Al: 0.05% or less, N: 0.06% or less, subjected to quenching and tempering treatment, yielding Strength: strength of 655 to 862 MPa and yield ratio: tensile properties of 0.90 or more. As a result, the yield strength is assured for oil wells and the yield ratio is 0.90 or more, resulting in a steel pipe with low tensile strength, which is resistant to carbon dioxide corrosion and sulfide stress corrosion. Patent Document 2 describes that corrosion resistance such as cracking is improved.

特許文献3に開示されたステンレス鋼は、油井管に用いられる。このステンレス鋼は、質量%で、C:0.001〜0.05%、Si:0.05〜1%、Mn:2%以下、P:0.03%以下、S:0.002%未満、Cr:16〜18%、Ni:3.5〜7%、Mo:2%を超え4%以下、Cu:1.5〜4%、希土類金属:0.001〜0.3%、sol.Al:0.001〜0.1%、Ca:0.0001〜0.01%、O:0.05%以下及びN:0.05%以下を含有し、残部はFe及び不純物からなる。このステンレス鋼は、炭酸ガスを含む高温塩化物水溶液環境において、腐食速度が小さく、かつ、耐SCC性に優れる、と特許文献3には記載されている。   The stainless steel disclosed in Patent Document 3 is used for oil well pipes. This stainless steel is in mass%, C: 0.001 to 0.05%, Si: 0.05 to 1%, Mn: 2% or less, P: 0.03% or less, S: less than 0.002% Cr: 16-18%, Ni: 3.5-7%, Mo: more than 2% and 4% or less, Cu: 1.5-4%, rare earth metal: 0.001-0.3%, sol. Al: 0.001 to 0.1%, Ca: 0.0001 to 0.01%, O: 0.05% or less and N: 0.05% or less, with the balance being Fe and impurities. Patent Document 3 describes that this stainless steel has a low corrosion rate and excellent SCC resistance in a high-temperature chloride aqueous solution environment containing carbon dioxide gas.

特許文献4に開示された油井用ステンレス鋼は、以下の化学組成及び組織を有し、758MPa以上の0.2%オフセット耐力を有する。化学組成は、質量%で、C:0.05%以下、Si:0.5%以下、Mn:0.01〜0.5%、P:0.04%以下、S:0.01%以下、Cr:16.0超〜18.0%、Ni:4.0超〜5.6%、Mo:1.6〜4.0%、Cu:1.5〜3.0%、Al:0.001〜0.10%、N:0.050%以下を含有し、残部はFe及び不純物からなり、式(1)及び式(2)を満たす。組織は、マルテンサイト相と、体積率で10〜40%のフェライト相とを含む。そして、各々がステンレス鋼の表面から厚さ方向に50μmの長さを有し、10μmピッチで200μmの範囲に一列に配列された複数の仮想線分をステンレス鋼の断面に配置したとき、仮想線分の総数に対するフェライト相と交差する仮想線分の数の割合は85%よりも多い。Cr+Cu+Ni+Mo≧25.5 (1)、−8≦30(C+N)+0.5Mn+Ni+Cu/2+8.2−1.1(Cr+Mo)≦−4 (2)、ここで、式(1)及び式(2)中の元素記号には、各元素の含有量(質量%)が代入される。このステンレス鋼は、0.2%オフセット耐力で758MPa以上の高強度を有し、高温環境で優れた耐食性及び優れた耐SSC性を有する、と特許文献4には記載されている。   The oil well stainless steel disclosed in Patent Document 4 has the following chemical composition and structure, and has a 0.2% offset proof stress of 758 MPa or more. Chemical composition is mass%, C: 0.05% or less, Si: 0.5% or less, Mn: 0.01 to 0.5%, P: 0.04% or less, S: 0.01% or less Cr: more than 16.0 to 18.0%, Ni: more than 4.0 to 5.6%, Mo: 1.6 to 4.0%, Cu: 1.5 to 3.0%, Al: 0 0.001 to 0.10%, N: 0.050% or less, and the balance is composed of Fe and impurities, satisfying the formulas (1) and (2). The structure includes a martensite phase and a ferrite phase having a volume ratio of 10 to 40%. When each of a plurality of virtual lines having a length of 50 μm in the thickness direction from the surface of the stainless steel and arranged in a row in a range of 200 μm at a pitch of 10 μm is arranged on the cross section of the stainless steel, The ratio of the number of imaginary line segments intersecting the ferrite phase to the total number of minutes is greater than 85%. Cr + Cu + Ni + Mo ≧ 25.5 (1), −8 ≦ 30 (C + N) +0.5 Mn + Ni + Cu / 2 + 8.2-1.1 (Cr + Mo) ≦ −4 (2), where in the formula (1) and the formula (2) The element content (mass%) is substituted for the element symbol. Patent Document 4 describes that this stainless steel has a high strength of 758 MPa or more with a 0.2% offset proof stress, and has excellent corrosion resistance and excellent SSC resistance in a high temperature environment.

特許文献5に開示された高強度ステンレス鋼は、質量%で、C:0.05%以下、Si:1.0%以下、Mn:0.3%以下、P:0.05%以下、S:0.002%未満、Cr:16%を超え18%以下、Mo:1.5〜3.0%、Cu:1.0〜3.5%、Ni:3.5〜6.5%、Al:0.001〜0.1%、N:0.025%以下、及び、O:0.01%以下を含有し、残部はFe及び不純物からなる化学組成と、マルテンサイト相と、体積率で10〜48.5%のフェライト相と、体積率で10%以下の残留オーステナイト相とを含む組織とを有し、758MPa以上の降伏強度と、10%以上の均一伸びとを有する。このステンレス鋼は、高温環境で優れた耐食性を有し、常温で優れた耐SSC性を有する。さらに、758MPa以上の耐力を有し、13%Cr鋼よりも優れた加工性を有する、と特許文献5には記載されている。   The high-strength stainless steel disclosed in Patent Document 5 is mass%, C: 0.05% or less, Si: 1.0% or less, Mn: 0.3% or less, P: 0.05% or less, S : Less than 0.002%, Cr: more than 16% and 18% or less, Mo: 1.5-3.0%, Cu: 1.0-3.5%, Ni: 3.5-6.5%, Al: 0.001 to 0.1%, N: 0.025% or less, and O: 0.01% or less, with the balance being a chemical composition composed of Fe and impurities, a martensite phase, and a volume fraction And a structure containing a ferrite phase of 10 to 48.5% and a residual austenite phase of 10% or less by volume, and having a yield strength of 758 MPa or more and a uniform elongation of 10% or more. This stainless steel has excellent corrosion resistance in a high temperature environment and excellent SSC resistance at room temperature. Furthermore, Patent Document 5 describes that it has a yield strength of 758 MPa or more and has a workability superior to 13% Cr steel.

特開2005−105357号公報JP 2005-105357 A 特開2012−149317号公報JP 2012-149317 A 国際公開第2009/119048号公報International Publication No. 2009/119048 国際公開第2010/134498号公報International Publication No. 2010/134498 国際公開第2011/136175号公報International Publication No. 2011-136175

ところで、大深度油井開発は、寒冷地でも行われる。油井管が寒冷地の大深度油井開発で使用される場合、油井管を構成する鋼には、上述の高強度、優れた耐食性(高温での優れた耐SCC性及び常温での優れた耐SSC性)に加え、優れた低温靭性が求められる。特許文献1〜5では、125ksi級(862MPa)以上といった高強度を有し、かつ、優れた耐食性及び優れた低温靭性を有するステンレス鋼について開示されていない。   By the way, development of deep oil wells is also conducted in cold regions. When oil well pipes are used in the development of deep oil wells in cold regions, the steels that make up oil well pipes have the above-mentioned high strength, excellent corrosion resistance (excellent SCC resistance at high temperatures and excellent SSC resistance at room temperature). Excellent low temperature toughness is required. Patent Documents 1 to 5 do not disclose a stainless steel having high strength such as 125 ksi class (862 MPa) or more and excellent corrosion resistance and excellent low temperature toughness.

さらに、これらの文献のステンレス鋼の多くが、10%以上のフェライトを含む。大深度油井開発では、15mm以上の肉厚の油井管が利用される場合がある。このような厚肉の油井管のミクロ組織が10%以上のフェライトを含有する場合、低温靭性が低い場合がある。   Furthermore, many of the stainless steels in these documents contain 10% or more of ferrite. In deep oil well development, oil well pipes with a wall thickness of 15 mm or more may be used. When the microstructure of such a thick oil well pipe contains 10% or more of ferrite, the low temperature toughness may be low.

本発明の目的は、高強度を有し、高温での耐SCC性、常温での耐SSC性、及び、低温靭性に優れる油井用ステンレス鋼及び油井用ステンレス鋼管を提供することである。   An object of the present invention is to provide an oil well stainless steel and an oil well stainless steel pipe having high strength, excellent SCC resistance at high temperature, SSC resistance at room temperature, and low temperature toughness.

本発明による油井用ステンレス鋼は、質量%で、C:0.04%以下、Si:0.05〜1.0%、Mn:0.01〜0.5%、Cr:16.0〜18.0%、Mo:2.0〜3.0%、Cu:0.7〜3.5%、Ni:4.8〜6.0%、sol.Al:0.001〜0.1%、W:0〜2.0%、V:0〜0.5%、Ca:0〜0.01%、及び、Mg:0〜0.01%を含有し、残部はFe及び不純物からなり、不純物のうち、P、S、O、N、Ti、Nb及びBはそれぞれ、P:0.05%以下、S:0.002%未満、O:0.02%以下、N:0.02%以下、Ti:0.1%以下、Nb:0.1%以下、及び、B:0.005%以下であり、式(1)で定義されるFn1が80以上である化学組成と、体積率で、10〜50%のフェライトと、5〜20%の残留オーステナイトとを含有し、残部がマルテンサイトからなるミクロ組織とを有する。
Fn1=576.5−2660.7×[C]−74.9×[Ni]−37.4×[Cu] (1)
ここで、式(1)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
The oil well stainless steel according to the present invention is, by mass%, C: 0.04% or less, Si: 0.05 to 1.0%, Mn: 0.01 to 0.5%, Cr: 16.0 to 18 0.0%, Mo: 2.0-3.0%, Cu: 0.7-3.5%, Ni: 4.8-6.0%, sol. Al: 0.001 to 0.1%, W: 0 to 2.0%, V: 0 to 0.5%, Ca: 0 to 0.01%, and Mg: 0 to 0.01% The balance consists of Fe and impurities, and among the impurities, P, S, O, N, Ti, Nb, and B are P: 0.05% or less, S: less than 0.002%, O: 0. 02% or less, N: 0.02% or less, Ti: 0.1% or less, Nb: 0.1% or less, and B: 0.005% or less, and Fn1 defined by the formula (1) is It has a chemical composition of 80 or more, a volume ratio of 10 to 50% ferrite, and 5 to 20% retained austenite, with the balance being martensite.
Fn1 = 576.5-2660.7 × [C] −74.9 × [Ni] −37.4 × [Cu] (1)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (1).

本発明による油井用ステンレス鋼管は、上述の油井用ステンレス鋼から製造される。   The oil well stainless steel pipe according to the present invention is manufactured from the above-described oil well stainless steel.

本発明による油井用ステンレス鋼及び油井用ステンレス鋼管は、高強度を有し、高温での耐SCC性、常温での耐SSC性及び低温靭性に優れる。   The oil well stainless steel and oil well stainless steel pipe according to the present invention have high strength and are excellent in SCC resistance at high temperature, SSC resistance at normal temperature, and low temperature toughness.

本発明者は、125ksi級(862MPa以上)の高強度を有しつつ、高温での耐SCC性、常温での耐SSC性及び低温靭性に優れるステンレス鋼について調査及び検討した。その結果、本発明者は次の知見を得た。   The present inventor investigated and examined stainless steel having high strength of 125 ksi class (862 MPa or more) and excellent SCC resistance at high temperature, SSC resistance at normal temperature and low temperature toughness. As a result, the present inventor obtained the following knowledge.

残留オーステナイトは、低温靭性を高める。しかしながら、過剰な残留オーステナイト量は、鋼の強度を低下する。一方、マルテンサイトは鋼の強度を高める。したがって、焼入れ及び焼戻しによりミクロ組織中にマルテンサイトを生成しつつ、残留オーステナイト量を適切に調整できれば、高強度が得られつつ、優れた低温靭性も得られる。   Residual austenite enhances low temperature toughness. However, an excessive amount of retained austenite reduces the strength of the steel. On the other hand, martensite increases the strength of steel. Therefore, if the retained austenite amount can be appropriately adjusted while generating martensite in the microstructure by quenching and tempering, high strength can be obtained and excellent low temperature toughness can be obtained.

ニッケル(Ni)は、焼入れ焼戻し後の残留オーステナイト量、特に、焼戻し後の残留オーステナイト量を増加する。そのため、Niは残留オーステナイト量を増加して低温靭性を高めることができる。さらに、銅(Cu)は、焼戻し時に微細なCu粒子として析出して、鋼の強度を高める。したがって、Ni含有量及びCu含有量を調整することにより、高強度及び低温靭性に優れた鋼が得られる。   Nickel (Ni) increases the amount of retained austenite after quenching and tempering, particularly the amount of retained austenite after tempering. Therefore, Ni can increase the amount of retained austenite and enhance low temperature toughness. Furthermore, copper (Cu) precipitates as fine Cu particles during tempering and increases the strength of the steel. Therefore, steel excellent in high strength and low temperature toughness can be obtained by adjusting the Ni content and the Cu content.

しかしながら、Ni及びCuは、Cとともにマルテンサイト変態温度に影響を与える。より具体的には、C含有量、Ni含有量及びCu含有量が高ければ、鋼のマルテンサイト変態温度が低下する。この場合、マルテンサイト変態が発生しにくくなり、焼入れ後の残留オーステナイト量が過剰に多くなる。その結果、鋼の強度が低下してしまう。   However, Ni and Cu influence the martensitic transformation temperature together with C. More specifically, if the C content, Ni content, and Cu content are high, the martensitic transformation temperature of the steel is lowered. In this case, martensite transformation is less likely to occur, and the amount of retained austenite after quenching is excessively increased. As a result, the strength of the steel is reduced.

残留オーステナイト量の指標Fn1を式(1)で定義する。
Fn1=576.5−2660.7×[C]−74.9×[Ni]−37.4×[Cu] (1)
式(1)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
An index Fn1 of the amount of retained austenite is defined by equation (1).
Fn1 = 576.5-2660.7 × [C] −74.9 × [Ni] −37.4 × [Cu] (1)
The content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (1).

Fn1が80以上である場合、上述の化学組成を有するステンレス鋼のミクロ組織において、残留オーステナイトの体積率が5〜20%となり、降伏強度が862MPa以上となる。この場合、肉厚が15mm以上の油井用ステンレス鋼管であっても、高い強度及び優れた低温靭性が得られる。   When Fn1 is 80 or more, the volume ratio of retained austenite is 5 to 20% and the yield strength is 862 MPa or more in the microstructure of the stainless steel having the above-described chemical composition. In this case, even if it is a stainless steel pipe for oil wells having a wall thickness of 15 mm or more, high strength and excellent low temperature toughness can be obtained.

Ti、Nb及びBはいずれも、鋼の強度を高めるものの、鋼の低温靭性を低下する。したがって、本発明において、Ti、Nb及びBは不純物であり、これらの含有量はなるべく低い方が好ましい。   Ti, Nb and B all increase the strength of the steel, but lower the low temperature toughness of the steel. Therefore, in the present invention, Ti, Nb and B are impurities, and it is preferable that their contents be as low as possible.

以上の知見に基づいて完成した油井用ステンレス鋼は、質量%で、C:0.04%以下、Si:0.05〜1.0%、Mn:0.01〜0.5%、Cr:16.0〜18.0%、Mo:2.0〜3.0%、Cu:0.7〜3.5%、Ni:4.8〜6.0%、sol.Al:0.001〜0.1%、W:0〜2.0%、V:0〜0.5%、Ca:0〜0.01%、及び、Mg:0〜0.01%を含有し、残部はFe及び不純物からなり、不純物のうち、P、S、O、N、Ti、Nb及びBはそれぞれ、P:0.05%以下、S:0.002%未満、O:0.02%以下、N:0.02%以下、Ti:0.1%以下、Nb:0.1%以下、及び、B:0.005%以下であり、式(1)で定義されるFn1が80以上である化学組成と、体積率で、10〜50%のフェライトと、5〜20%の残留オーステナイトとを含有し、残部がマルテンサイトからなるミクロ組織とを有する。
Fn1=576.5−2660.7×[C]−74.9×[Ni]−37.4×[Cu] (1)
ここで、式(1)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
The oil well stainless steel completed based on the above knowledge is in mass%, C: 0.04% or less, Si: 0.05-1.0%, Mn: 0.01-0.5%, Cr: 16.0 to 18.0%, Mo: 2.0 to 3.0%, Cu: 0.7 to 3.5%, Ni: 4.8 to 6.0%, sol. Al: 0.001 to 0.1%, W: 0 to 2.0%, V: 0 to 0.5%, Ca: 0 to 0.01%, and Mg: 0 to 0.01% The balance consists of Fe and impurities, and among the impurities, P, S, O, N, Ti, Nb, and B are P: 0.05% or less, S: less than 0.002%, O: 0. 02% or less, N: 0.02% or less, Ti: 0.1% or less, Nb: 0.1% or less, and B: 0.005% or less, and Fn1 defined by the formula (1) is It has a chemical composition of 80 or more, a volume ratio of 10 to 50% ferrite, and 5 to 20% retained austenite, with the balance being martensite.
Fn1 = 576.5-2660.7 × [C] −74.9 × [Ni] −37.4 × [Cu] (1)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (1).

好ましくは、上記油井用ステンレス鋼はさらに、式(2)で定義されるFn2が2.5以上である。
Fn2=[Ni]/[Cu] (2)
ここで、式(2)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
Preferably, the stainless steel for oil wells further has an Fn2 defined by the formula (2) of 2.5 or more.
Fn2 = [Ni] / [Cu] (2)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (2).

この場合、低温靭性がさらに高まる。   In this case, the low temperature toughness is further increased.

上記油井用ステンレス鋼はW:0.2〜2.0%を含有してもよい。上記油井用ステンレス鋼はまた、V:0.01〜0.5%を含有してもよい。上記油井用ステンレス鋼はまた、Ca:0.0005〜0.01%、及び、Mg:0.0005〜0.01%のうちの1種以上を含有してもよい。   The stainless steel for oil wells may contain W: 0.2 to 2.0%. The oil well stainless steel may also contain V: 0.01 to 0.5%. The stainless steel for oil wells may also contain one or more of Ca: 0.0005 to 0.01% and Mg: 0.0005 to 0.01%.

本発明による油井用ステンレス鋼管は、上述の油井用ステンレス鋼から製造される。   The oil well stainless steel pipe according to the present invention is manufactured from the above-described oil well stainless steel.

好ましくは、上記油井用ステンレス鋼管ではさらに、Ni含有量が式(3)で定義されるFn3よりも高い。
Fn3=0.0211×t+4.4606 (3)
ここで、式(3)中のt(mm)は、油井用ステンレス鋼管の肉厚(mm)を意味する。
Preferably, in the oil well stainless steel pipe, the Ni content is further higher than Fn3 defined by the formula (3).
Fn3 = 0.0211 × t + 4.4606 (3)
Here, t (mm) in Formula (3) means the thickness (mm) of the stainless steel pipe for oil wells.

この場合、Niが肉厚に対して十分に含有されるため、さらに優れた低温靭性が得られる。   In this case, since Ni is sufficiently contained with respect to the thickness, further excellent low temperature toughness can be obtained.

上述の油井用ステンレス鋼管はたとえば、15mm以上の肉厚を有する。上述のステンレス鋼管はたとえば、862MPa以上の降伏強度を有する。   The above-mentioned stainless steel pipe for oil well has a wall thickness of 15 mm or more, for example. The above-mentioned stainless steel pipe has a yield strength of 862 MPa or more, for example.

以下、本発明による油井用ステンレス鋼及び油井用ステンレス鋼管について説明する。   Hereinafter, the stainless steel for oil wells and the stainless steel pipe for oil wells according to the present invention will be described.

[化学組成]
本実施形態の油井用ステンレス鋼の化学組成は、次の元素を含有する。特に断りがない限り、元素に関する%は質量%を意味する。
[Chemical composition]
The chemical composition of the stainless steel for oil wells of this embodiment contains the following elements. Unless otherwise specified, “%” for elements means “% by mass”.

C:0.04%以下
炭素(C)は不可避的に含有される。Cは、焼戻し時に炭化物として析出する。この場合、鋼の高温での耐CO2腐食性及び耐SCC性が低下する。さらに、C含有量が高すぎれば、焼入れ時の残留オーステナイトの生成量が多くなる。この場合、残留オーステナイトの生成量を低減するために、強度及び低温靭性に有効なCu及びNi含有量を低下しなければならない。したがって、C含有量は低い方が好ましい。C含有量は0.04%以下である。C含有量の好ましい上限は0.035%であり、さらに好ましくは0.03%である。実際の操業において、C含有量の下限はたとえば0.001%である。
C: 0.04% or less Carbon (C) is inevitably contained. C precipitates as a carbide during tempering. In this case, the CO 2 corrosion resistance and SCC resistance at high temperatures of the steel are reduced. Furthermore, if the C content is too high, the amount of retained austenite produced during quenching increases. In this case, in order to reduce the amount of retained austenite produced, the Cu and Ni contents effective for strength and low temperature toughness must be reduced. Accordingly, a lower C content is preferred. The C content is 0.04% or less. The upper limit with preferable C content is 0.035%, More preferably, it is 0.03%. In actual operation, the lower limit of the C content is, for example, 0.001%.

Si:0.05〜1.0%
シリコン(Si)は鋼を脱酸する。Si含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Si含有量が高すぎれば、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Si含有量は0.05〜1.0%である。Si含有量の好ましい下限は0.10%である。Si含有量の好ましい上限は0.75%であり、さらに好ましくは0.50%である。
Si: 0.05-1.0%
Silicon (Si) deoxidizes steel. If the Si content is too low, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the Si content is too high, the hot workability of the steel decreases. Therefore, the Si content is 0.05 to 1.0%. A preferable lower limit of the Si content is 0.10%. The upper limit with preferable Si content is 0.75%, More preferably, it is 0.50%.

Mn:0.01〜0.5%
マンガン(Mn)は鋼を脱酸する。Mn含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Mn含有量が高すぎれば、焼入れ焼戻し後にオーステナイトが過剰に残留しやすくなり、残留オーステナイトの体積率が20%を超えるおそれがある。この場合、焼戻し後の鋼の強度が低下する。したがって、Mn含有量は0.01〜0.5%である。Mn含有量の好ましい下限は0.05%である。Mn含有量の好ましい上限は0.4%であり、さらに好ましくは0.3%であり、特に好ましくは0.15%未満である。
Mn: 0.01 to 0.5%
Manganese (Mn) deoxidizes steel. If the Mn content is too low, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the Mn content is too high, austenite tends to remain excessively after quenching and tempering, and the volume ratio of residual austenite may exceed 20%. In this case, the strength of the steel after tempering decreases. Therefore, the Mn content is 0.01 to 0.5%. A preferable lower limit of the Mn content is 0.05%. The upper limit with preferable Mn content is 0.4%, More preferably, it is 0.3%, Especially preferably, it is less than 0.15%.

Cr:16.0〜18.0%
クロム(Cr)は、高温腐食環境下での耐SCC性を高める。Cr含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Crはフェライト形成元素であるため、Cr含有量が高すぎれば、鋼中のフェライト量が過剰に多くなり、鋼の強度が低下する。したがって、Cr含有量は16.0〜18.0%である。Cr含有量の好ましい下限は16.5%である。Cr含有量の好ましい上限は17.5%である。
Cr: 16.0 to 18.0%
Chromium (Cr) enhances the SCC resistance in a high temperature corrosive environment. If the Cr content is too low, this effect cannot be obtained. On the other hand, since Cr is a ferrite-forming element, if the Cr content is too high, the amount of ferrite in the steel becomes excessive and the strength of the steel decreases. Therefore, the Cr content is 16.0 to 18.0%. A preferred lower limit of the Cr content is 16.5%. The upper limit with preferable Cr content is 17.5%.

Ni:4.8〜6.0%
ニッケル(Ni)はオーステナイト形成元素であり、高温でのオーステナイトを安定化する。そのため、Niは、常温でのマルテンサイト量を増加させ、鋼の強度を高める。Niはさらに、高温腐食環境下での鋼の耐SCC性を高める。Niはさらに、焼戻し時に、室温で安定な残留オーステナイトの生成を促進し、低温靭性を高める。Ni含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ni含有量が高すぎれば、焼戻し時に生成される残留オーステナイトが過剰に多くなる。したがって、Ni含有量は4.8〜6.0%である。Ni含有量の好ましい下限は4.9%であり、さらに好ましくは5.0%である。Ni含有量の好ましい上限は5.9%である。
Ni: 4.8-6.0%
Nickel (Ni) is an austenite-forming element and stabilizes austenite at high temperatures. Therefore, Ni increases the amount of martensite at room temperature and increases the strength of the steel. Ni further enhances the SCC resistance of the steel in a hot corrosive environment. Ni further promotes the generation of stable retained austenite at room temperature during tempering and enhances low temperature toughness. If the Ni content is too low, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the Ni content is too high, the residual austenite produced during tempering will be excessive. Therefore, the Ni content is 4.8 to 6.0%. The minimum with preferable Ni content is 4.9%, More preferably, it is 5.0%. The upper limit with preferable Ni content is 5.9%.

なお、本発明の鋼の化学組成においては、焼入れ後の段階で存在するオーステナイト、所謂残留オーステナイトの他に、上記のように焼戻し段階でオーステナイトが生成する。したがって、焼戻し後の最終製品においては、焼入れ後の段階から存在する残留オーステナイトと、焼戻し後に生成するオーステナイトとを含めて、「残留オーステナイト」の統一呼称を用いる。   In addition, in the chemical composition of the steel of the present invention, austenite is generated in the tempering stage as described above in addition to the austenite existing in the stage after quenching, so-called retained austenite. Therefore, in the final product after tempering, the unified name of “residual austenite” is used, including residual austenite present from the stage after quenching and austenite generated after tempering.

Mo:2.0〜3.0%
油井において流体の生産が一時停止したとき、油井管内の流体の温度は低下する。この場合、鋼の硫化物応力割れ(SSC)感受性は高まる。モリブデン(Mo)は、耐SSC性を高める。Moはさらに、Crとともに含有されることにより、高温での耐SCC性を高める。Mo含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Moはフェライト形成元素であるため、Mo含有量が高すぎれば、鋼中のフェライトが過剰に多く生成し、鋼の強度が低下する。したがって、Mo含有量は2.0〜3.0%である。Mo含有量の好ましい下限は2.2%である。Mo含有量の好ましい上限は2.8%である。
Mo: 2.0-3.0%
When fluid production is suspended in the oil well, the temperature of the fluid in the oil well pipe decreases. In this case, the steel is more susceptible to sulfide stress cracking (SSC). Molybdenum (Mo) increases SSC resistance. Mo is further contained together with Cr, thereby enhancing the SCC resistance at high temperatures. If the Mo content is too low, these effects cannot be obtained. On the other hand, since Mo is a ferrite-forming element, if the Mo content is too high, an excessive amount of ferrite in the steel is generated, and the strength of the steel is reduced. Therefore, the Mo content is 2.0 to 3.0%. A preferable lower limit of the Mo content is 2.2%. The upper limit with preferable Mo content is 2.8%.

Cu:0.7〜3.5%
銅(Cu)は、焼戻し時に微細なCu粒子として析出して、鋼の強度を高める。Cuはさらに、高温腐食環境下における鋼の溶出速度を低下し、鋼の耐食性を高める。Cu含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Cu含有量が高すぎれば、焼入れ時にマルテンサイト変態が十分に進行せず、残留オーステナイト量が過剰に多くなる。この場合、鋼の強度が低下する。したがって、Cu含有量は0.7〜3.5%である。Cu含有量の好ましい下限は0.8%であり、さらに好ましくは0.9%である。Cu含有量の好ましい上限は3.0%であり、さらに好ましくは2.7%である。
Cu: 0.7 to 3.5%
Copper (Cu) precipitates as fine Cu particles during tempering to increase the strength of the steel. Cu further reduces the elution rate of the steel in a high temperature corrosive environment, and increases the corrosion resistance of the steel. If the Cu content is too low, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the Cu content is too high, martensitic transformation does not proceed sufficiently during quenching, and the amount of retained austenite becomes excessive. In this case, the strength of the steel decreases. Therefore, the Cu content is 0.7 to 3.5%. The minimum with preferable Cu content is 0.8%, More preferably, it is 0.9%. The upper limit with preferable Cu content is 3.0%, More preferably, it is 2.7%.

sol.Al:0.001〜0.1%
アルミニウム(Al)は鋼を脱酸する。sol.Al含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、sol.Al含有量が高すぎれば、その効果は飽和する。sol.Al含有量が高すぎればさらに、介在物が過剰に生成して、鋼の耐SSC性及び低温靭性が低下する。したがって、sol.Al含有量は0.001〜0.1%である。ここで、sol.Alとは酸可溶Alを意味する。sol.Al含有量の好ましい下限は0.005%であり、さらに好ましくは0.010%であり、さらに好ましくは0.015%である。sol.Al含有量の好ましい上限は0.05%未満であり、さらに好ましくは0.035%である。
sol. Al: 0.001 to 0.1%
Aluminum (Al) deoxidizes steel. sol. If the Al content is too low, this effect cannot be obtained. On the other hand, sol. If the Al content is too high, the effect is saturated. sol. If the Al content is too high, more inclusions are generated, and the SSC resistance and low temperature toughness of the steel are reduced. Therefore, sol. The Al content is 0.001 to 0.1%. Here, sol. Al means acid-soluble Al. sol. The minimum with preferable Al content is 0.005%, More preferably, it is 0.010%, More preferably, it is 0.015%. sol. The upper limit with preferable Al content is less than 0.05%, More preferably, it is 0.035%.

本実施形態によるステンレス鋼の残部はFe及び不純物である。ここでいう不純物とは、ステンレス鋼を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから混入されるものであって、本実施形態のステンレス鋼に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。   The balance of the stainless steel according to this embodiment is Fe and impurities. The impurities referred to here are those that are mixed from ore, scrap, or production environment as raw materials when industrially producing stainless steel, and do not adversely affect the stainless steel of this embodiment. Means what is allowed.

不純物のうち、P、S、O、N、Ti、Nb及びBの含有量は、次のとおりである。   Among impurities, the contents of P, S, O, N, Ti, Nb and B are as follows.

P:0.05%以下
燐(P)は不純物である。Pは粒界に偏析して、鋼の耐CO2腐食性及び耐SSC性を低下する。したがって、P含有量は0.05%以下である。P含有量の好ましい上限は0.030%であり、さらに好ましくは0.020%であり、さらに好ましくは0.015%である。P含有量はなるべく低い方が好ましい。
P: 0.05% or less Phosphorus (P) is an impurity. P segregates at the grain boundaries and reduces the CO 2 corrosion resistance and SSC resistance of the steel. Therefore, the P content is 0.05% or less. The upper limit with preferable P content is 0.030%, More preferably, it is 0.020%, More preferably, it is 0.015%. The P content is preferably as low as possible.

S:0.002%未満
硫黄(S)は不純物である。Sは粒界に偏析して鋼の耐SSC性を低下する。Sはさらに、鋼の熱間加工性を低下する。そのため、S含有量は0.002%未満である。S含有量の好ましい上限は0.001%である。S含有量はなるべく低い方が好ましい。
S: Less than 0.002% Sulfur (S) is an impurity. S segregates at the grain boundaries and lowers the SSC resistance of the steel. S further reduces the hot workability of the steel. Therefore, the S content is less than 0.002%. The upper limit with preferable S content is 0.001%. The S content is preferably as low as possible.

O:0.02%以下
酸素(O)は不純物である。Oは粗大な酸化物を形成して鋼の靭性及び耐SSC性を低下する。したがって、O含有量は0.02%以下である。O含有量の好ましい上限は0.01%であり、さらに好ましくは0.005%である。O含有量はなるべく低い方が好ましい。
O: 0.02% or less Oxygen (O) is an impurity. O forms coarse oxides and lowers the toughness and SSC resistance of the steel. Therefore, the O content is 0.02% or less. The upper limit with preferable O content is 0.01%, More preferably, it is 0.005%. The O content is preferably as low as possible.

N:0.02%以下
窒素(N)は不純物である。Nは粗大な窒化物を形成する。粗大な窒化物は孔食の起点となり、鋼の耐SSC性を低下する。したがって、N含有量は0.02%以下である。N含有量の好ましい上限は0.015%であり、さらに好ましくは0.012%である。N含有量はなるべく低い方が好ましい。
N: 0.02% or less Nitrogen (N) is an impurity. N forms coarse nitrides. Coarse nitrides are the starting point for pitting corrosion and reduce the SSC resistance of the steel. Therefore, the N content is 0.02% or less. The upper limit with preferable N content is 0.015%, More preferably, it is 0.012%. The N content is preferably as low as possible.

Ti:0.1%以下
チタン(Ti)は不純物である。本化学組成において、Tiは鋼の低温靭性を低下する。そのため、Ti含有量はなるべく低い方が好ましい。Ti含有量は0.1%以下である。好ましいTi含有量は0.04%以下であり、より好ましくは、0.02%以下であり、さらに好ましくは、0.01%以下である。
Ti: 0.1% or less Titanium (Ti) is an impurity. In this chemical composition, Ti reduces the low temperature toughness of the steel. Therefore, it is preferable that the Ti content is as low as possible. Ti content is 0.1% or less. The preferable Ti content is 0.04% or less, more preferably 0.02% or less, and still more preferably 0.01% or less.

Nb:0.1%以下
ニオブ(Nb)は不純物である。本化学組成において、Nbは鋼の低温靭性を低下する。そのため、Nb含有量はなるべく低い方が好ましい。Nb含有量は0.1%以下である。好ましいNb含有量は0.04%以下であり、より好ましくは0.02%以下であり、さらに好ましくは0.01%以下である。
Nb: 0.1% or less Niobium (Nb) is an impurity. In this chemical composition, Nb reduces the low temperature toughness of the steel. Therefore, it is preferable that the Nb content is as low as possible. Nb content is 0.1% or less. The Nb content is preferably 0.04% or less, more preferably 0.02% or less, and still more preferably 0.01% or less.

B:0.005%以下
ボロン(B)は不純物である。本化学組成において、Bは鋼の低温靭性を低下する。そのため、B含有量はなるべく低い方が好ましい。B含有量は0.005%以下である。好ましいB含有量は0.003%以下であり、さらに好ましくは0.001%以下である。
B: 0.005% or less Boron (B) is an impurity. In this chemical composition, B decreases the low temperature toughness of the steel. For this reason, the B content is preferably as low as possible. The B content is 0.005% or less. The preferable B content is 0.003% or less, and more preferably 0.001% or less.

本実施形態のステンレス鋼はさらに、Feの一部に代えて、Wを含有してもよい。   The stainless steel of the present embodiment may further contain W instead of part of Fe.

W:0〜2.0%
タングステン(W)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、WはMoと同様に、鋼の耐SSC性を高める。Wはさらに、Crとともに含有されることにより、高温での鋼の耐SCC性を高める。Wが少しでも含有されれば、上記効果が得られる。一方、Wはフェライト形成元素であるため、W含有量が高すぎれば、鋼中にフェライトが過剰に生成する。この場合、鋼の強度が低下する。したがって、W含有量は0〜2.0%である。上記効果をより有効に得るためのW含有量の好ましい下限は0.2%であり、さらに好ましくは0.5%である。W含有量の好ましい上限は1.5%である。
W: 0 to 2.0%
Tungsten (W) is an optional element and may not be contained. When contained, W increases the SSC resistance of the steel in the same manner as Mo. Further, W is contained together with Cr, thereby increasing the SCC resistance of the steel at a high temperature. If W is contained even a little, the above effect can be obtained. On the other hand, since W is a ferrite forming element, if the W content is too high, excessive ferrite is generated in the steel. In this case, the strength of the steel decreases. Therefore, the W content is 0 to 2.0%. The minimum with preferable W content for acquiring the said effect more effectively is 0.2%, More preferably, it is 0.5%. The upper limit with preferable W content is 1.5%.

本実施形態のステンレス鋼はさらに、Feの一部に代えて、Vを含有してもよい。   The stainless steel of this embodiment may further contain V in place of part of Fe.

V:0〜0.5%
バナジウム(V)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Vは焼戻し時に微細な析出物として析出して鋼の強度を高める。Vが少しでも含有されれば、上記効果が得られる。一方、V含有量が高すぎれば、鋼の耐SSC性及び低温靭性が低下する。したがって、V含有量は0〜0.5%である。上記効果をより有効に得るためのV含有量の好ましい下限は0.01%である。V含有量の好ましい上限は0.2%であり、さらに好ましくは0.1%である。
V: 0 to 0.5%
Vanadium (V) is an optional element and may not be contained. When contained, V precipitates as fine precipitates during tempering and increases the strength of the steel. If V is contained even a little, the above effect can be obtained. On the other hand, if the V content is too high, the SSC resistance and low temperature toughness of the steel will be reduced. Therefore, the V content is 0 to 0.5%. The minimum with preferable V content for acquiring the said effect more effectively is 0.01%. The upper limit with preferable V content is 0.2%, More preferably, it is 0.1%.

本実施形態のステンレス鋼はさらに、Feの一部に代えて、Ca及びMgのうちの1
種以上を含有してもよい。
The stainless steel of this embodiment is further replaced with a part of Fe, and one of Ca and Mg.
It may contain seeds or more.

Ca:0〜0.01%
Mg:0〜0.01%
カルシウム(Ca)及びマグネシウム(Mg)はいずれも任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、これらの元素はいずれも、鋼の熱間加工性を高める。これらの元素の1種以上が少しでも含有されれば、上記効果が得られる。一方、これらの元素含有量が高すぎれば、介在物が過剰に生成する。この場合、鋼の靭性及び耐食性が低下する。したがって、Ca含有量は0〜0.01%であり、Mg含有量は0〜0.01%である。上記効果をより有効に得るためのCa含有量の好ましい下限は0.0005%であり、Mg含有量の好ましい下限は0.0005%である。
Ca: 0 to 0.01%
Mg: 0 to 0.01%
Calcium (Ca) and magnesium (Mg) are both optional elements and need not be contained. When included, all of these elements enhance the hot workability of the steel. If one or more of these elements are contained, the above effect can be obtained. On the other hand, if the content of these elements is too high, inclusions are excessively generated. In this case, the toughness and corrosion resistance of the steel are reduced. Therefore, the Ca content is 0 to 0.01%, and the Mg content is 0 to 0.01%. The preferable lower limit of the Ca content for obtaining the above effect more effectively is 0.0005%, and the preferable lower limit of the Mg content is 0.0005%.

[式(1)で定義されるFn1について]
本実施形態のステンレス鋼の化学組成はさらに、式(1)で定義されるFn1が80以上である。
Fn1=576.5−2660.7×[C]−74.9×[Ni]−37.4×[Cu] (1)
ここで、式(1)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
[Fn1 defined by formula (1)]
The chemical composition of the stainless steel of this embodiment further has an Fn1 defined by the formula (1) of 80 or more.
Fn1 = 576.5-2660.7 × [C] −74.9 × [Ni] −37.4 × [Cu] (1)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (1).

Fn1は焼入れ時の残留オーステナイトの発生量の指標である。Fn1が80未満であれば、マルテンサイト変態点が低下し過ぎ、焼入れ後の鋼の残留オーステナイト量が多くなる。この場合、焼戻し後の鋼の強度が低下する。Fn1が80以上であれば、焼戻し後の残留オーステナイトの体積率が5〜20%と適切となり、優れた低温靭性が得られる。したがって、Fn1値は80以上である。Fn1値の好ましい下限は84であり、さらに好ましくは88である。Fn1の上限は特に制限されない。しかしながら、上記化学組成の場合、Fn1の上限は250以下となる。   Fn1 is an index of the amount of retained austenite generated during quenching. If Fn1 is less than 80, the martensitic transformation point is excessively lowered, and the amount of retained austenite of the steel after quenching is increased. In this case, the strength of the steel after tempering decreases. If Fn1 is 80 or more, the volume ratio of the retained austenite after tempering is appropriate as 5 to 20%, and excellent low temperature toughness is obtained. Therefore, the Fn1 value is 80 or more. The minimum with a preferable Fn1 value is 84, More preferably, it is 88. The upper limit of Fn1 is not particularly limited. However, in the case of the above chemical composition, the upper limit of Fn1 is 250 or less.

[ミクロ組織]
本実施形態のステンレス鋼のミクロ組織は、体積率で、10〜50%のフェライトと、5〜20%の残留オーステナイトとを含有し、残部はマルテンサイトからなる。
[Microstructure]
The microstructure of the stainless steel of this embodiment contains 10 to 50% ferrite and 5 to 20% retained austenite by volume ratio, and the balance is martensite.

ミクロ組織中のフェライトは、高温での鋼の耐SCC性を高める。フェライトの体積率(以下、フェライト分率という)が低すぎれば、上記効果が得られない。一方、フェライト分率が高すぎれば、鋼の強度及び低温靭性が低下する。したがって、フェライト分率は10〜50%である。耐SCC性を高めるためのフェライト分率の好ましい下限は15%である。鋼の強度及び低温靭性を高位に保つためのフェライト分率の好ましい上限は45%であり、さらに好ましい上限は40%である。   Ferrite in the microstructure increases the SCC resistance of the steel at high temperatures. If the volume fraction of ferrite (hereinafter referred to as ferrite fraction) is too low, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if the ferrite fraction is too high, the strength and low temperature toughness of the steel decrease. Therefore, the ferrite fraction is 10 to 50%. A preferred lower limit of the ferrite fraction for increasing the SCC resistance is 15%. A preferable upper limit of the ferrite fraction for maintaining the strength and low temperature toughness of steel at a high level is 45%, and a more preferable upper limit is 40%.

焼戻し後の残留オーステナイトは、鋼の低温靭性を高める。残留オーステナイトの体積率(以下、残留オーステナイト分率という)が低すぎれば、上記効果が得られない。一方、残留オーステナイト分率が高すぎれば、鋼の降伏強度が低下して、862MPa以上の降伏強度が安定的に得られない。したがって、残留オーステナイト分率は5〜20%である。鋼の降伏強度をさらに高めるための残留オーステナイト分率の好ましい上限は15%である。   The retained austenite after tempering increases the low temperature toughness of the steel. If the volume fraction of retained austenite (hereinafter referred to as retained austenite fraction) is too low, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if the retained austenite fraction is too high, the yield strength of the steel is lowered, and a yield strength of 862 MPa or more cannot be stably obtained. Accordingly, the retained austenite fraction is 5 to 20%. A preferable upper limit of the retained austenite fraction for further increasing the yield strength of steel is 15%.

[フェライト分率及び残留オーステナイト分率の測定方法]
本発明による油井用ステンレス鋼のミクロ組織中のフェライト分率(vol.%)、残留オーステナイト分率(vol.%)及びマルテンサイト分率(vol.%)は次の方法で測定する。
[Method for measuring ferrite fraction and retained austenite fraction]
The ferrite fraction (vol.%), Retained austenite fraction (vol.%) And martensite fraction (vol.%) In the microstructure of the stainless steel for oil wells according to the present invention are measured by the following methods.

[フェライト分率の測定方法]
油井用ステンレス鋼からミクロ組織観察用の試験片を採取する。試験片の表面のうち、鋼板の板幅方向に垂直な断面(以下、観察面という)を研磨する。王水とグリセリンとの混合液を用いて、研磨後の観察面をエッチングする。エッチングされた観察面において、フェライトを特定する。特定されたフェライトの面積率を、JIS G0555(2003)に準拠した点算法で測定する。測定された面積率は、体積分率に等しいと考えられるため、これをフェライト分率(vol%)と定義する。
[Measurement method of ferrite fraction]
Samples for microstructural observation are taken from stainless steel for oil wells. Of the surface of the test piece, a cross section (hereinafter referred to as an observation surface) perpendicular to the plate width direction of the steel plate is polished. The observation surface after polishing is etched using a mixed solution of aqua regia and glycerin. In the etched observation plane, the ferrite is specified. The area ratio of the specified ferrite is measured by a point calculation method based on JIS G0555 (2003). Since the measured area ratio is considered to be equal to the volume fraction, this is defined as the ferrite fraction (vol%).

[残留オーステナイト分率の測定方法]
残留オーステナイト分率(残留オーステナイトの体積分率:単位はvol.%)は、X線回折法を用いて求める。油井用ステンレス鋼から15mm×15mm×2mmの試験片を採取する。採取された試験片を用いて、フェライト(α相)の(200)面及び(211)面、オーステナイト(γ相)の(200)面、(220)面及び(311)面の各々のX線強度を測定し、各面の積分強度を算出する。算出後、α相の各面と、γ相の各面との組み合わせ(合計6組)ごとに、次式を用いて残留オーステナイト分率Vγを求める。
γ=100/(1+(Iα×Rγ)/(Iγ×Rα))
ここで、式中の「Iα」はα相の積分強度であり、「Iγ」はγ相の積分強度である。「Rα」はα相の結晶学的理論計算値であり、「Rγ」はγ相の結晶学的理論計算値である。上記各面の体積率Vγの平均値を、残留オーステナイト分率(vol.%)と定義する。
[Measurement method of retained austenite fraction]
The retained austenite fraction (volume fraction of retained austenite: unit is vol.%) Is determined using an X-ray diffraction method. A 15 mm × 15 mm × 2 mm test piece is collected from the oil well stainless steel. Using the collected specimens, X-rays of each of (200) plane and (211) plane of ferrite (α phase), (200) plane, (220) plane and (311) plane of austenite (γ phase) Measure the intensity and calculate the integrated intensity of each surface. After the calculation, the retained austenite fraction V γ is obtained for each combination (6 sets in total) of each surface of the α phase and each surface of the γ phase using the following equation.
V γ = 100 / (1+ ( I α × R γ) / (I γ × R α))
Here, “I α ” in the formula is the integrated intensity of the α phase, and “I γ ” is the integrated intensity of the γ phase. “R α ” is a crystallographic theoretical calculation value of the α phase, and “R γ ” is a crystallographic theoretical calculation value of the γ phase. The average value of the volume fraction Vγ of each surface is defined as the retained austenite fraction (vol.%).

[マルテンサイト分率の測定方法]
上述の化学組成からなる油井用ステンレス鋼のミクロ組織のうち、フェライト及び残留オーステナイト以外の残部は、マルテンサイトからなる。マルテンサイトの体積率(マルテンサイト分率:単位はvol.%)は次の式で求める。
マルテンサイト分率=100−(フェライト分率+残留オーステナイト分率)
[Measurement method of martensite fraction]
Of the microstructure of the oil well stainless steel having the above chemical composition, the remainder other than ferrite and retained austenite is composed of martensite. The volume ratio of martensite (martensite fraction: unit is vol.%) Is obtained by the following formula.
Martensite fraction = 100− (ferrite fraction + residual austenite fraction)

[式(2)で定義されるFn2について]
好ましくは、本発明による油井用ステンレス鋼はさらに、式(2)で定義されるFn2が2.5以上である。
Fn2=[Ni]/[Cu] (2)
ここで、式(2)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
[Fn2 defined by formula (2)]
Preferably, the stainless steel for oil wells according to the present invention further has an Fn2 defined by the formula (2) of 2.5 or more.
Fn2 = [Ni] / [Cu] (2)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (2).

Fn2は低温靭性の指標である。上述のとおり、Niは鋼の低温靭性を高める。一方、Cuは鋼の強度を高める。したがって、Cuに対するNiの比が小さい場合、鋼の強度が高くなりすぎ、鋼の低温靭性がかえって低下する。Fn2が2.5以上であれば、Cu含有量に対するNi含有量が十分であるため、優れた低温靭性が得られる。Fn2の好ましい下限は3.0である。   Fn2 is an index of low temperature toughness. As described above, Ni increases the low temperature toughness of the steel. On the other hand, Cu increases the strength of steel. Therefore, when the ratio of Ni to Cu is small, the strength of the steel becomes too high, and the low temperature toughness of the steel is rather lowered. If Fn2 is 2.5 or more, the Ni content relative to the Cu content is sufficient, so that excellent low temperature toughness can be obtained. A preferred lower limit of Fn2 is 3.0.

[製造方法]
本発明のステンレス鋼の製造方法の一例として、継目無鋼管の製造方法を説明する。
[Production method]
As an example of the method for producing stainless steel of the present invention, a method for producing a seamless steel pipe will be described.

上述の化学組成を有する素材を準備する。素材は、連続鋳造法(ラウンドCCを含む)により製造された鋳片であってもよい。また、造塊法により製造されたインゴットを熱間加工して製造された鋼片でもよい。鋳片から製造された鋼片でもよい。   A material having the above chemical composition is prepared. The raw material may be a slab manufactured by a continuous casting method (including round CC). Moreover, the steel piece manufactured by hot-working the ingot manufactured by the ingot-making method may be sufficient. It may be a steel piece manufactured from a slab.

準備された素材を加熱炉又は均熱炉に装入し、加熱する。続いて、加熱した素材を熱間加工して素管を製造する。たとえば、熱間加工としてマンネスマン法を実施する。具体的には、素材を穿孔機により穿孔圧延して素管にする。続いて、マンドレルミルやサイジングミルにより、素管をさらに圧延する。熱間加工として熱間押出を実施してもよいし、熱間鍛造を実施してもよい。   The prepared material is charged into a heating furnace or a soaking furnace and heated. Subsequently, the raw material is hot-worked to produce a raw tube. For example, the Mannesmann method is performed as hot working. Specifically, the material is pierced and rolled with a piercing machine to form a raw pipe. Subsequently, the base tube is further rolled by a mandrel mill or a sizing mill. Hot extrusion may be performed as hot working, or hot forging may be performed.

熱間加工後の素管を焼入れ及び焼戻しして、降伏強度が862MPa以上(125ksi級)になるように強度を調整する。焼入れ温度は900℃以上である。好ましい焼戻し温度は620℃以下である。   The base tube after hot working is quenched and tempered, and the strength is adjusted so that the yield strength is 862 MPa or more (125 ksi class). The quenching temperature is 900 ° C. or higher. A preferable tempering temperature is 620 ° C. or less.

[油井用ステンレス鋼管]
以上の工程により製造された油井用ステンレス鋼管は、高強度を有し、好ましくは、862MPa以上の降伏強度を有する。油井用ステンレス鋼管はさらに、高温での耐SCC性、常温での耐SSC性及び低温靭性に優れる。
[Stainless steel pipe for oil well]
The oil well stainless steel pipe manufactured by the above steps has high strength, and preferably has a yield strength of 862 MPa or more. The oil well stainless steel pipe is further excellent in SCC resistance at high temperature, SSC resistance at room temperature, and low temperature toughness.

[式(3)で定義されるFn3について]
好ましくは、本油井用ステンレス鋼管において、Ni含有量は、式(3)で定義されるFn3よりも高い。
Fn3=0.0211×t+4.4606 (3)
ここで、式(3)中のt(mm)には、油井用ステンレス鋼の肉厚(mm)が代入される。
[Fn3 defined by Formula (3)]
Preferably, in the oil well stainless steel pipe, the Ni content is higher than Fn3 defined by the formula (3).
Fn3 = 0.0211 × t + 4.4606 (3)
Here, the wall thickness (mm) of the oil well stainless steel is substituted for t (mm) in the equation (3).

この場合、肉厚の増加に伴う低温靭性の劣化を留めるのに十分なNiが含有されている。そのため、さらに優れた低温靭性が安定して得られる。   In this case, sufficient Ni is contained to stop the deterioration of the low temperature toughness accompanying the increase in the wall thickness. Therefore, more excellent low temperature toughness can be obtained stably.

上述の油井用ステンレス鋼管を想定して、種々の化学組成を有する複数のステンレス鋼板を製造し、それらの強度、靭性及び低温靭性を調査した。   Assuming the oil well stainless steel pipe described above, a plurality of stainless steel plates having various chemical compositions were manufactured, and their strength, toughness and low temperature toughness were investigated.

[調査方法]
表1に示す化学組成を有する溶鋼を真空高周波溶解炉にて溶解し、50kgのインゴットを製造した。
[Investigation method]
Molten steel having the chemical composition shown in Table 1 was melted in a vacuum high-frequency melting furnace to produce a 50 kg ingot.

Figure 2017014543
Figure 2017014543

各インゴットを1250℃で2時間加熱した。加熱されたインゴットに対して熱間鍛造を実施して、厚さ45mm、幅60mmの鋼材とした。鋼材を1230℃で1時間加熱した。加熱後の鋼材を熱間圧延して、油井用ステンレス鋼管の肉厚に相当する板厚が12.7〜31.8mmの鋼板を製造した。熱間圧延後の鋼板に対して焼入れ焼戻しを実施した。焼入れでは、鋼板を950℃で15分加熱してから水焼入れした。焼入れ後の鋼板に対して550℃で30分焼戻しを実施し、その後空冷した。   Each ingot was heated at 1250 ° C. for 2 hours. Hot forging was performed on the heated ingot to obtain a steel material having a thickness of 45 mm and a width of 60 mm. The steel was heated at 1230 ° C. for 1 hour. The steel material after heating was hot-rolled to produce a steel plate having a thickness corresponding to the thickness of the stainless steel pipe for oil wells of 12.7 to 31.8 mm. Quenching and tempering was performed on the steel sheet after hot rolling. In the quenching, the steel sheet was heated at 950 ° C. for 15 minutes and then water quenched. The steel sheet after quenching was tempered at 550 ° C. for 30 minutes and then air-cooled.

焼入れ焼戻し後の各試験番号の鋼板を用いて、ミクロ組織観察試験、引張試験、衝撃試験、高温での耐SCC性試験及び常温での耐SSC性試験を実施した。   Using the steel plates of each test number after quenching and tempering, a microstructure observation test, a tensile test, an impact test, an SCC resistance test at high temperature and an SSC resistance test at normal temperature were performed.

[フェライト分率、残留オーステナイト分率、マルテンサイト分率測定]
各試験番号の鋼板からミクロ組織観察用の試験片を採取した。採取した試験片の表面のうち、鋼板の板幅方向に垂直な断面(以下、観察面という)を研磨した。王水とグリセリンとの混合液を用いて、研磨後の観察面をエッチングした。エッチングされた観察面を用いて、上述の測定方法により、フェライト分率(vol.%)を求めた。
[Measurement of ferrite fraction, retained austenite fraction, martensite fraction]
Test specimens for microstructural observation were taken from the steel plates of each test number. Of the surface of the collected specimen, a cross section (hereinafter referred to as an observation surface) perpendicular to the plate width direction of the steel plate was polished. The observation surface after polishing was etched using a mixed solution of aqua regia and glycerin. Using the etched observation surface, the ferrite fraction (vol.%) Was determined by the measurement method described above.

各試験番号の鋼板から15mm×15mm×2mmの試験片を採取した。採取された試験片を用いて、上述の測定方法により、残留オーステナイト分率(vol.%)を求めた。   A test piece of 15 mm × 15 mm × 2 mm was taken from each test number steel plate. Using the collected test piece, the retained austenite fraction (vol.%) Was determined by the above-described measurement method.

得られたフェライト分率及び残留オーステナイト分率に基づいて、上記方法により、マルテンサイト分率(vol.%)を求めた。   Based on the obtained ferrite fraction and retained austenite fraction, the martensite fraction (vol.%) Was determined by the above method.

[引張試験]
各試験番号の鋼板の厚さ中央部から、丸棒引張試験片を採取した。丸棒引張試験片の長手方向は、鋼板の圧延方向に平行な方向(L方向)であった。丸棒引張試験片の平行部の直径は6mmであり、標点間距離は40mmであった。採取された丸棒引張試験片に対して、室温で引張試験を実施し、降伏強度(0.2%耐力)を求めた。
[Tensile test]
A round bar tensile specimen was collected from the center of the thickness of each test number steel plate. The longitudinal direction of the round bar tensile test piece was a direction (L direction) parallel to the rolling direction of the steel sheet. The diameter of the parallel part of the round bar tensile test piece was 6 mm, and the distance between the gauge points was 40 mm. The collected round bar tensile test piece was subjected to a tensile test at room temperature to obtain a yield strength (0.2% yield strength).

[シャルピー衝撃試験]
各試験番号の鋼板の厚さ中央部から、ASTM E23に準拠したフルサイズ試験片を採取した。試験片の長手方向は、板幅方向に平行であった。この試験片を用いて、−60℃においてシャルピー衝撃試験を実施し、吸収エネルギー(J)を測定した。
[Charpy impact test]
Full-size test pieces conforming to ASTM E23 were collected from the center of the thickness of each test number steel plate. The longitudinal direction of the test piece was parallel to the plate width direction. Using this test piece, a Charpy impact test was performed at −60 ° C., and the absorbed energy (J) was measured.

[高温耐SCC性評価試験]
各試験番号の鋼板から、4点曲げ試験片を採取した。試験片の長さは75mmであり、幅は10mmであり、厚さは2mmであった。各試験片に対して、4点曲げによるたわみを付与した。このとき、ASTM G39に準拠して、試験片に与えられる応力が、試験片の耐力と等しくなるように、各試験片のたわみ量を決定した。
[High temperature SCC resistance evaluation test]
Four-point bending specimens were collected from each test number steel plate. The length of the test piece was 75 mm, the width was 10 mm, and the thickness was 2 mm. Each test piece was given deflection by four-point bending. At this time, in accordance with ASTM G39, the amount of deflection of each test piece was determined so that the stress applied to the test piece was equal to the proof stress of the test piece.

30barのCO2と0.01barのH2Sとが加圧封入された200℃のオートクレーブを試験番号ごとに準備した。上述のたわみをかけた試験片をオートクレーブに収納した。各オートクレーブ内において、25mass%のNaClと、0.41g/リットルのCH3COONa(pHは4.5、CH3COONa+CH3COOH緩衝系)を含有する水溶液に試験片を720時間浸漬した。 An autoclave at 200 ° C. in which 30 bar CO 2 and 0.01 bar H 2 S were sealed under pressure was prepared for each test number. The test piece subjected to the above-described deflection was stored in an autoclave. In each autoclave, the test piece was immersed in an aqueous solution containing 25 mass% NaCl and 0.41 g / liter of CH 3 COONa (pH is 4.5, CH 3 COONa + CH 3 COOH buffer system) for 720 hours.

720時間浸漬後の試験片に対して応力腐食割れ(SCC)の発生の有無を観察した。具体的には、引張応力が付加された部分の断面を100倍視野の光学顕微鏡で観察し、割れの有無を判定した。さらに試験前の試験片の重量及び720時間浸漬後の試験片の重量の変化量に基づいて、各試験片の腐食減量を求めた。得られた腐食減量から、各試験番号の年間腐食量(mm/年)を計算した。   The test piece after immersion for 720 hours was observed for the presence or absence of stress corrosion cracking (SCC). Specifically, the cross section of the part to which the tensile stress was applied was observed with an optical microscope with a 100 × field of view, and the presence or absence of cracks was determined. Furthermore, the corrosion weight loss of each test piece was calculated | required based on the change amount of the weight of the test piece before a test, and the weight of the test piece after 720 hours immersion. From the obtained corrosion weight loss, the annual corrosion amount (mm / year) of each test number was calculated.

[常温での耐SSC性評価試験]
各試験番号の鋼板から、NACE TM0177 METHOD A用の丸棒試験片を採取した。試験片の直径は6.35mmであり、平行部の長さは25.4mmであった。各試験片の軸方向に引張応力を負荷した。このとき、NACA TM0177−2005に準拠して、各試験片に与えられる応力が、各試験材の降伏応力(実測)の90%になるように、調整した。
[SSC resistance evaluation test at room temperature]
A round bar test piece for NACE TM0177 METHOD A was collected from each test number steel plate. The diameter of the test piece was 6.35 mm, and the length of the parallel part was 25.4 mm. A tensile stress was applied in the axial direction of each test piece. At this time, based on NACA TM0177-2005, the stress applied to each test piece was adjusted so as to be 90% of the yield stress (actual measurement) of each test material.

試験浴として、0.01barのH2Sと、0.99barのCO2とを飽和させた25mass%のNaCl溶液を用いた。試験浴は、0.41g/リットルのCH3COONaを含有したCH3COONa+CH3COOH緩衝液によりpH4.0に調整した。さらに、試験浴の温度は25℃に調整した。 The test bath used was a 25 mass% NaCl solution saturated with 0.01 bar H 2 S and 0.99 bar CO 2 . The test bath was adjusted to pH 4.0 with CH 3 COONa + CH 3 COOH buffer containing 0.41 g / liter CH 3 COONa. Furthermore, the temperature of the test bath was adjusted to 25 ° C.

引張応力を負荷した丸棒試験片を上記試験浴に720時間浸漬した。720時間浸漬後の試験片に対して、硫化物応力割れ(SSC)の発生の有無を観察した。具体的には、試験中に破断した試験片、及び、破断しなかった試験片に対して、試験片の平行部を肉眼にて観察した。観察の結果、クラック又は孔食の発生が確認された試験片は耐SSC性が劣ると判断した。   A round bar test piece loaded with tensile stress was immersed in the test bath for 720 hours. The test piece after 720 hours immersion was observed for the presence or absence of sulfide stress cracking (SSC). Specifically, the parallel part of the test piece was observed with the naked eye with respect to the test piece that was broken during the test and the test piece that was not broken. As a result of observation, it was judged that the test piece in which the occurrence of cracks or pitting corrosion was confirmed was inferior in SSC resistance.

[試験結果]
表2に試験結果を示す。
[Test results]
Table 2 shows the test results.

Figure 2017014543
Figure 2017014543

表2中の「板厚」には、各試験番号で製造された鋼板の板厚(mm)が記載されている。「α」には、フェライト分率(vol.%)が記載されている。「残留γ」には、残留オーステナイト分率(vol.%)が記載されている。「M」には、マルテンサイト分率(vol.%)が記載されている。「YS」には、降伏強度(MPa)が記載されている。「AE」には、−60℃でのシャルピー衝撃試験で得られた吸収エネルギー(J)が記載されている。「腐食量」には、高温耐SCC性評価試験で得られた年間腐食量(mm/年)が記載され、「耐SCC性」には、高温耐SCC性評価試験の評価結果が記載されている。「○」は、試験片に割れが確認されず、耐SCC性が優れることを示す。「耐SSC性」には、常温での耐SSC性評価試験の結果が記載されている。「○」は試験片にSSCが確認されず、耐SSC性が優れることを示す。「×」は試験片にSSCが確認され、耐SSC性が低かったことを示す。   The “plate thickness” in Table 2 describes the plate thickness (mm) of the steel plate manufactured with each test number. “Α” describes the ferrite fraction (vol.%). “Residual γ” describes the retained austenite fraction (vol.%). “M” describes the martensite fraction (vol.%). “YS” describes the yield strength (MPa). “AE” describes the absorbed energy (J) obtained in the Charpy impact test at −60 ° C. “Corrosion amount” describes the annual corrosion amount (mm / year) obtained in the high temperature SCC resistance evaluation test, and “SCC resistance” describes the evaluation result of the high temperature SCC resistance evaluation test. Yes. “◯” indicates that no crack was confirmed in the test piece and the SCC resistance was excellent. “SSC resistance” describes the results of an SSC resistance evaluation test at room temperature. “◯” indicates that no SSC was confirmed on the test piece and the SSC resistance was excellent. “X” indicates that SSC was confirmed in the test piece and the SSC resistance was low.

表2を参照して、試験番号4〜12、16〜22、26及び27では、化学組成が適切であり、Fn1が80以上であった。そのため、これらの試験番号のミクロ組織はフェライト、残留オーステナイト及びマルテンサイトからなり、フェライト分率が10〜50vol.%であり、残留オーステナイト分率が5〜20vol.%であった。その結果、これらの試験番号では、降伏強度が862MPa以上であった。さらに、−60℃での吸収エネルギーAEが80J以上であり、低温靭性が高かった。さらに年間腐食量が0.01mm/年であり、高温での耐SCC性が高かった。さらに、耐SSC性評価試験において割れが観察されず、耐SSC性が高かった。   With reference to Table 2, in the test numbers 4-12, 16-22, 26, and 27, the chemical composition was appropriate and Fn1 was 80 or more. Therefore, the microstructure of these test numbers consists of ferrite, retained austenite and martensite, and the ferrite fraction is 10 to 50 vol. % And the retained austenite fraction is 5 to 20 vol. %Met. As a result, in these test numbers, the yield strength was 862 MPa or more. Furthermore, the absorbed energy AE at −60 ° C. was 80 J or more, and the low temperature toughness was high. Furthermore, the annual corrosion amount was 0.01 mm / year, and the SCC resistance at high temperatures was high. Furthermore, no crack was observed in the SSC resistance evaluation test, and the SSC resistance was high.

特に、試験番号5、6、8、9、11、12、16〜22、26及び27では、板厚が15mm以上であるにもかかわらず、低温靭性、高温での耐SCC性、及び常温での耐SSC性が高かった。   In particular, in test numbers 5, 6, 8, 9, 11, 12, 16-22, 26, and 27, despite the plate thickness being 15 mm or more, low temperature toughness, high temperature SCC resistance, and normal temperature SSC resistance was high.

さらに、板厚が同じ25.4mmである試験番号6、9と試験番号26とを比較して、試験番号6及び9のFn2は、2.5以上であるのに対して、試験番号26では2.5未満であった。そのため、試験番号6及び9の−60℃での吸収エネルギーAEは、試験番号26よりも高かった。   Furthermore, when test numbers 6 and 9 having the same thickness of 25.4 mm are compared with test number 26, Fn2 of test numbers 6 and 9 is 2.5 or more, whereas in test number 26 It was less than 2.5. Therefore, the absorbed energy AE at −60 ° C. of Test Nos. 6 and 9 was higher than that of Test No. 26.

さらに、試験番号9のFn2は3.0以上であり、試験番号6よりも高かった。そのため、試験番号9の吸収エネルギーAEは、試験番号6よりも高かった。また、板厚が同じ19.1mmである試験番号5と8とを比較して、試験番号8のFn2は3.0以上であり、試験番号5よりも高かった。そのため、試験番号8の吸収エネルギーAEは、試験番号5よりも高かった。   Furthermore, Fn2 of test number 9 was 3.0 or more, which was higher than test number 6. Therefore, the absorbed energy AE of test number 9 was higher than that of test number 6. Further, when test numbers 5 and 8 having the same plate thickness of 19.1 mm were compared, Fn2 of test number 8 was 3.0 or more, which was higher than test number 5. Therefore, the absorbed energy AE of test number 8 was higher than that of test number 5.

さらに、試験番号6と試験番号27とを比較して、試験番号6のNi含有量はFn3よりも高かったものの、試験番号27のNi含有量はFn3よりも低かった。そのため、試験番号6の吸収エネルギーAEは、試験番号27の吸収エネルギーAEよりも高かった。   Furthermore, when the test number 6 and the test number 27 were compared, the Ni content of the test number 6 was higher than Fn3, but the Ni content of the test number 27 was lower than Fn3. Therefore, the absorbed energy AE of test number 6 was higher than the absorbed energy AE of test number 27.

一方、試験番号1〜3では、Ni含有量が低すぎた。そのため、ミクロ組織中の残留オーステナイト分率が低かった。その結果、板厚(肉厚に相当)が15mm以上の試験番号2及び3において、吸収エネルギーAEが80J未満であり、低温靭性が低かった。   On the other hand, in test numbers 1 to 3, the Ni content was too low. Therefore, the retained austenite fraction in the microstructure was low. As a result, in Test Nos. 2 and 3 where the plate thickness (corresponding to the wall thickness) was 15 mm or more, the absorbed energy AE was less than 80 J, and the low temperature toughness was low.

試験番号13では、Cu含有量が低すぎた。そのため、降伏強度YSが862MPa未満であった。さらに、耐SSC性評価試験で割れ(SSC)が確認された。試験番号14及び15では、Fn1が80未満であった。そのため、残留オーステナイト分率が20%を超えた。その結果、降伏強度YSが862MPa未満であった。   In test number 13, the Cu content was too low. Therefore, the yield strength YS was less than 862 MPa. Furthermore, cracks (SSC) were confirmed in the SSC resistance evaluation test. In test numbers 14 and 15, Fn1 was less than 80. Therefore, the retained austenite fraction exceeded 20%. As a result, the yield strength YS was less than 862 MPa.

試験番号23では、Ti含有量が高すぎた。試験番号24では、Nb含有量が高すぎた。試験番号25では、B含有量が高すぎた。そのため、試験番号23〜25の吸収エネルギーAEは80J未満であり、低温靭性が低かった。   In test number 23, the Ti content was too high. In test number 24, the Nb content was too high. In test number 25, the B content was too high. Therefore, the absorbed energy AE of test numbers 23 to 25 was less than 80 J, and the low temperature toughness was low.

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、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。したがって、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更して実施することができる。   The embodiment of the present invention has been described above. However, the above-described embodiment is merely an example for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately changing the above-described embodiment without departing from the spirit thereof.

本発明による油井用ステンレス鋼は、125ksi級(862MPa以上)の高強度を有し、高温での耐SCC性、常温での耐SSC性、及び低温靭性に優れる。特に15mm以上の肉厚を有する油性用ステンレス鋼管として利用する場合にも、上記特性が得られる。したがって、本発明による油井用ステンレス鋼は、150℃以上の高温であって、CO2、H2S、及びCl-を含有する腐食環境に広く適用でき、特に、油井用ステンレス鋼管としての使用に好適である。 The oil well stainless steel according to the present invention has a high strength of 125 ksi class (862 MPa or more), and is excellent in SCC resistance at high temperature, SSC resistance at room temperature, and low temperature toughness. In particular, the above characteristics can also be obtained when used as an oil-based stainless steel pipe having a wall thickness of 15 mm or more. Therefore, the oil well stainless steel according to the present invention is a high temperature of 150 ° C. or higher, and can be widely applied to corrosive environments containing CO 2 , H 2 S, and Cl −. Is preferred.

Claims (9)

質量%で、
C:0.04%以下、
Si:0.05〜1.0%、
Mn:0.01〜0.5%、
Cr:16.0〜18.0%、
Mo:2.0〜3.0%、
Cu:0.7〜3.5%、
Ni:4.8〜6.0%、
sol.Al:0.001〜0.1%、
W:0〜2.0%、
V:0〜0.5%、
Ca:0〜0.01%、及び、
Mg:0〜0.01%を含有し、残部はFe及び不純物からなり、
前記不純物のうち、P、S、O、N、Ti、Nb及びBはそれぞれ、
P:0.05%以下、
S:0.002%未満、
O:0.02%以下、
N:0.02%以下、
Ti:0.1%以下、
Nb:0.1%以下、及び、
B:0.005%以下であり、
式(1)で定義されるFn1が80以上である化学組成と、
体積率で、10〜50%のフェライトと、5〜20%の残留オーステナイトとを含有し、残部がマルテンサイトからなるミクロ組織とを有する、油井用ステンレス鋼。
Fn1=576.5−2660.7×[C]−74.9×[Ni]−37.4×[Cu] (1)
ここで、式(1)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
% By mass
C: 0.04% or less,
Si: 0.05 to 1.0%,
Mn: 0.01 to 0.5%,
Cr: 16.0 to 18.0%,
Mo: 2.0-3.0%,
Cu: 0.7 to 3.5%,
Ni: 4.8 to 6.0%,
sol. Al: 0.001 to 0.1%,
W: 0 to 2.0%,
V: 0 to 0.5%
Ca: 0 to 0.01%, and
Mg: 0 to 0.01% is contained, the balance consists of Fe and impurities,
Among the impurities, P, S, O, N, Ti, Nb and B are respectively
P: 0.05% or less,
S: less than 0.002%,
O: 0.02% or less,
N: 0.02% or less,
Ti: 0.1% or less,
Nb: 0.1% or less, and
B: 0.005% or less,
A chemical composition in which Fn1 defined by the formula (1) is 80 or more;
Stainless steel for oil wells having a volume ratio of 10 to 50% ferrite and 5 to 20% residual austenite, and the balance being martensite.
Fn1 = 576.5-2660.7 × [C] −74.9 × [Ni] −37.4 × [Cu] (1)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (1).
請求項1に記載の油井用ステンレス鋼であってさらに、
式(2)で定義されるFn2が2.5以上である、油井用ステンレス鋼。
Fn2=[Ni]/[Cu] (2)
ここで、式(2)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
The oil well stainless steel according to claim 1, further comprising:
Stainless steel for oil wells, wherein Fn2 defined by formula (2) is 2.5 or more.
Fn2 = [Ni] / [Cu] (2)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (2).
請求項1又は請求項2に記載の油井用ステンレス鋼であって、
W:0.2〜2.0%を含有する、油井用ステンレス鋼。
The oil well stainless steel according to claim 1 or claim 2,
W: Stainless steel for oil wells containing 0.2 to 2.0%.
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の油井用ステンレス鋼であって、
V:0.01〜0.5%を含有する、油井用ステンレス鋼。
The oil well stainless steel according to any one of claims 1 to 3,
V: Stainless steel for oil wells containing 0.01 to 0.5%.
請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の油井用ステンレス鋼であって、
Ca:0.0005〜0.01%、及び、
Mg:0.0005〜0.01%からなる群から選択される1種以上を含有する、油井用ステンレス鋼。
The oil well stainless steel according to any one of claims 1 to 4,
Ca: 0.0005 to 0.01%, and
Mg: Stainless steel for oil wells containing at least one selected from the group consisting of 0.0005 to 0.01%.
請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の油井用ステンレス鋼から製造される、油井用ステンレス鋼管。   The stainless steel pipe for oil wells manufactured from the stainless steel for oil wells according to any one of claims 1 to 5. 請求項6に記載の油井用ステンレス鋼管であってさらに、
Ni含有量(質量%)は、式(3)で定義されるFn3よりも高い、油井用ステンレス鋼管。
Fn3=0.0211×t+4.4606 (3)
ここで、式(3)中のt(mm)は、前記油井用ステンレス鋼の肉厚(mm)を意味する。
The oil well stainless steel pipe according to claim 6, further comprising:
The stainless steel pipe for oil wells, whose Ni content (% by mass) is higher than Fn3 defined by formula (3).
Fn3 = 0.0211 × t + 4.4606 (3)
Here, t (mm) in the formula (3) means the wall thickness (mm) of the oil well stainless steel.
請求項6又は請求項7に記載の油井用ステンレス鋼管であって、
15mm以上の肉厚を有する、油井用ステンレス鋼管。
A stainless steel pipe for an oil well according to claim 6 or claim 7,
A stainless steel pipe for oil wells having a wall thickness of 15 mm or more.
請求項6〜請求項8に記載の油井用ステンレス鋼管であって、
862MPa以上の降伏強度を有する、油井用ステンレス鋼管。
A stainless steel pipe for an oil well according to any one of claims 6 to 8,
A stainless steel pipe for oil wells having a yield strength of 862 MPa or more.
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