JP3562353B2

JP3562353B2 - 耐硫化物応力腐食割れ性に優れる油井用鋼およびその製造方法

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Publication number: JP3562353B2
Application number: JP34946098A
Authority: JP
Inventors: 隆弘櫛田; 佳織宮田; 邦夫近藤; 朋彦大村
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-12-09
Filing date: 1998-12-09
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2018-12-09
Also published as: DE69924951T2; JP2000178682A; EP1008660A1; DE69924951D1; EP1008660B1; US6267828B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐硫化物応力割れ性に優れる低合金鋼に関し、より詳しくは、油井やガス井用のケーシングやチュービングおよび掘削用のドリルパイプの素材として用いて好適な高強度かつ高耐食性の低合金鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のエネルギー事情の逼迫に伴い、硫化水素を含む原油や天然ガスの掘削、輸送、貯蔵などを必要とする情勢になっている。特に、油井の深井戸化、輸送効率の向上、さらには低コスト化のために、この分野で用いられる材料については、これまで以上に高強度化が要求されている。
【０００３】
具体的には、これまでは降伏応力（ＹＳ）８０〜９５ｋｓｉ級の鋼管が広く用いられていたが、最近では、１１０ｋｓｉ級が使用されるようになり、１２５級以上の要求も高まりつつある。
【０００４】
耐硫化物応力割れ性（以下、耐ＳＳＣ性という）に優れる従来鋼としては、（ａ）８０〜９０％以上のマルテンサイト組織鋼、（ｂ）粗大な炭化物を含まない鋼、（ｃ）非金属介在物の少ない清浄鋼、（ｄ）高温焼戻し鋼、（ｅ）細粒組織鋼、（ｆ）高降伏比鋼、（ｇ）低Ｍｎ−低Ｐ−低Ｓ鋼、（ｈ）不溶性窒化物を多く含む鋼、（ｉ）Ｚｒ添加鋼がある。
【０００５】
上記の耐ＳＳＣ性に優れる高強度低合金鋼を得るための方法には種々の方法があり、その代表的な方法としては、急速加熱法（特開昭５４−１１７３１１号公報、同６１−９５１９号公報）や短時間焼戻し法（特開昭５８−２５４２０号公報）などがある。
【０００６】
上記（ａ）〜（ｉ）の従来鋼のうち、（ｂ）の粗大な炭化物を含まない鋼は、「鉄と鋼、７６（１９９０）、ｐ．１３６４」にも示されるように、粗大な炭化物がＳＳＣの起点となる点を考慮し、粗大な炭化物を含まない鋼として開発された鋼である。
【０００７】
そして、この粗大な炭化物を含まない鋼は、粗大な炭化物が残存したり、析出成長しないように、種々の成分設計を施したＣｒを含む低合金鋼を用い、焼入れ後主として短時間焼戻し処理を施すことにより製造可能とされている。
【０００８】
これは、耐ＳＳＣ性が必要とされる鋼では、一般に、焼入れによってＣの固溶したマルテンサイト組織とし、その後焼戻し処理を施して微細な炭化物を析出させる。このため、素材鋼には、通常、焼入性を高めるためにＣｒを添加した低合金鋼が用いられる。
【０００９】
また、焼戻し温度が低い場合には、炭化物が旧オーステナイト粒界に膜状に析出するので、これを防ぐために適量のＭｏを添加した低合金鋼を用い、高温焼戻しすることも行われている。
【００１０】
さらに、析出した炭化物は、焼戻し時間が長いと成長して粗大化するので、より短時間に焼戻しするために誘導加熱手段を用いることも行われている。
【００１１】
このほか、炭化物は粒界上に析出して粗大化しやすい傾向にあるので、炭化物の分散を図るために、種々の細粒化手段も採られている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来知られているＣｒとＭｏを含む低合金鋼の炭化物は、Ｍ_３Ｃ型、Ｍ_７Ｃ_３型およびＭ_２３Ｃ_６型として析出する。そのうちのＭ_２３Ｃ_６型は、粗大化しやすい炭化物である。熱力学的には、Ｍ_３Ｃ型、Ｍ_７Ｃ_３型、Ｍ_２３Ｃ_６型の順に安定であるので、ＣｒとＭｏを含む焼入れ焼戻し鋼では、粗大なＭ_２３Ｃ_６型の炭化物がどうしても析出する。また、Ｍｏ量がきわめて高い場合には、Ｍ_２Ｃ型も析出する。このＭ_２Ｃ型の炭化物は、針状であり、応力集中係数が高いので、耐ＳＳＣ性を低下させる。
【００１３】
ここで、上記のＭは、「Ｍｅｔａｌ」の略であり、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖなどの金属元素を意味し、ＭＣを例示すれば、Ｆｅ_３Ｃ、Ｃｒ_２３Ｃ_６などである。
【００１４】
上記の粗大なＭ_２３Ｃ_６型の炭化物の析出抑制方法としては、短時間焼戻し処理が最も効果的であり、このため、従来はこの短時間焼戻し処理法が主として用いられてきたことは前述した通りである。しかし、この短時間焼戻し処理法は、誘導加熱設備の設置が必須であり、過大な設備投資を必要とする。
【００１５】
また、十分な細粒化を達成するためには、熱処理を２回以上施したり、焼入れ温度を低くしたりする必要がある。その結果、熱処理コストが高くなるだけでなく、合金元素の固溶量が少なくなるために、合金元素の添加量を増やす必要があって材料コストが上昇する。
【００１６】
さらに、細粒化は、必然的に焼入性を下げるので、マルテンサイト組織を確保するためには高速冷却が必須になり、特別な冷却装置の設置が必要となって過大な設備投資を必要とする。
【００１７】
本発明の目的は、Ｃｒ_２３Ｃ_６型に代表される粗大な炭化物を含まない、耐ＳＳＣ性に優れた油井用鋼、具体的には降伏応力（ＹＳ）が１１０ｋｓｉ（７５８ＭＰａ）以上で、かつ規格最小降伏応力（ＳＭＹＳ）の８５％の応力付加時にＮＡＣＥＴＭ０１７７浴中でＳＳＣを生じない油井用鋼と、この油井用鋼を、合金元素の増量は勿論、誘導加熱設備や特別な冷却装置を用いることなく、簡単な熱処理を施すだけで得ることが可能な製造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、下記（１）〜（５）の耐硫化物応力腐食割れ性に優れる油井用鋼と、下記（６）のその製造方法にある。
【００１９】
重量％で、Ｃ：0.2〜0.35％、Ｓｉ：0.05〜0.5％、Ｍｎ：0.2〜1.0％、Ｃｒ：0.2〜0.7％、Ｍｏ：0.1〜0.5％、Ｖ：0.1〜0.3％、Ａｌ：0.005〜0.1％、Ｔｉ：0.005〜0.05％、Ｂ：0.0001〜0.005％を含み、残部がFeおよび不可避的不純物である低合金鋼からなり、析出している炭化物の総量が２〜５重量％であり、そのうちＭＣ型炭化物の割合が８〜40重量％であることを特徴とする耐硫化物応力腐食割れ性に優れる油井用鋼。
【００２０】
（２）さらに、重量％で、Ｎｂ：０．００５〜０．１％を含む上記（１）に記載の耐硫化物応力腐食割れ性に優れる油井用鋼。
【００２１】
（３）さらに、重量％で、Ｚｒ：０．０１〜０．１％を含む上記（１）または（２）に記載の耐硫化物応力腐食割れ性に優れる油井用鋼。
【００２２】
（４）さらに、重量％で、Ｗ：０．１〜１．０．１％を含む上記（１）から（３）までのいずれかに記載の耐硫化物応力腐食割れ性に優れる油井用鋼。
【００２３】
（５）さらに、重量％で、Ｃａ：０．０００１〜０．０１％を含む上記（１）から（４）までのいずれかに記載の耐硫化物応力腐食割れ性に優れる油井用鋼。
【００２４】
（６）上記（１）から（５）までのいずれかに記載される化学組成を有する低合金鋼を、Ａ_３変態点以上から焼入れした後、６５０℃以上、Ａ_Ｃ１変態点以下で焼戻す請求項１から５までのいずれかに記載の耐硫化物応力腐食割れ性に優れる油井用鋼の製造方法。
【００２５】
上記の本発明は、下記の知見に基づいて完成させた。すなわち、本発明者らは、炭化物には、前述したＭ_３Ｃ型、Ｍ_７Ｃ_３型、Ｍ_２３Ｃ_６型およびＭ_２Ｃ型の他にＭＣ型があり、このＭＣ型炭化物は、これらの炭化物のうち最も微細で粗大化しにくいことである。
【００２６】
また、上記の規格最小降伏応力（ＳＭＹＳ）の８５％の付加応力時におけるＮＡＣＥＴＭ０１７７浴中での耐ＳＳＣ性は確保できないが、例えば、文献「ＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓＡ，１６Ａ，Ｍａｙ１９８５，ｐ．９３５”ＳｕｌｆｉｄｅＳｔｒｅｓｓＣｒａｃｋｉｎｇｏｆＨｉｇｈＳｔｒｅｇｔｈＭｏｉｆｉｅｄＣｒ−ＭｏＳｔｅｅｌｓ”」にも示されるように、耐ＳＳＣ性の改善には０．１％程度のＶ添加が有効なこと、に注目した。
【００２７】
そして、鋼の化学組成と炭化物が耐ＳＳＣ性に及ぼす影響を詳細に調査した結果、次のことを知見した。
【００２８】
ＭＣ型の炭化物量を単純に増やすと、かえって耐ＳＳＣ性が低下する。これは、次の理由によるものと考えられる。
【００２９】
ＭＣ型炭化物は微細なために、粗大な他の炭化物に比べ、単位体積当たりではマトリックスとの界面積が広くなり、水素のトラップ量が増加して耐ＳＳＣ性が低下するものと考えられる。実際、ＭＣ型の炭化物量が上記の範囲を外れる耐ＳＳＣ性の劣る鋼の吸蔵水素濃度は、ＭＣ型の炭化物量が上記の範囲内の鋼よりも高いことが確認された。
【００３０】
また、炭化物の総量が上記の範囲を外れる場合に耐ＳＳＣ性が低下する理由も上記と同様と考えらる。
【００３１】
ところが、炭化物の総量を２〜５重量％に制限した上で、総炭化物中に占めるＭＣ型炭化物の割合を８〜４０重量％にすれば、耐ＳＳＣ性が飛躍的に向上し、規格最小降伏応力（ＳＭＹＳ）の８５％の付加応力時におけるＮＡＣＥＴＭ０１７７浴中での耐ＳＳＣ性が確保される。
【００３２】
しかし、その対象鋼には、重量％で、Ｃ：0.2〜0.35％、Ｓｉ：0.05〜0.5％、Ｍｎ：0.2〜1.0％、Ｃｒ：0.2〜0.7％、Ｍｏ：0.1〜0.5％、Ｖ：0.1〜0.3％、Ａｌ：0.005〜0.1％、Ｔｉ：0.005〜0.05％、Ｂ：0.0001〜0.005％を含み、残部がFeおよび不可避的不純物である低合金鋼を用いる必要がある。これは、次の理由による。
【００３３】
すなわち、前述したように、多すぎる炭化物は、それだけ吸蔵水素濃度の増加を招いて耐ＳＳＣ性を低下させるが、ＣとＣｒの含有量がそれぞれ上記の上限値を超えると、炭化物の総量が上記の上限値の５％を超え、Ｖの含有量が上記の上限値を超えると、ＭＣ型炭化物の割合が上記の上限値の４０％を超えるようになる。
【００３４】
また、ＭＣ炭化物のＭは、主としてＶであるが、ＣｒやＭｏも含まれ、特に、ＭｏはＶとともに共存しやすく、Ｍｏ含有量が上記の上限値０．５％を超えると、Ｍｏの共存量が極端に多いＭＣ型炭化物となり、このＭＣ型炭化物が、他の炭化物に比べれば微細ではあるが、粗大であることが判明し、たとえその量が上記の範囲内の８〜４０％であっても、水素をトラップする界面積が増加して吸蔵水素濃度の増加を招き、要求される耐ＳＳＣ性が確保できなるためである。
【００３５】
なお、上記の事実は、従来にあっては、焼戻軟化抵抗を高める目的で高Ｍｏ化が進められてきたが、Ｖ添加鋼においては逆で、低Ｍｏ化した方が耐ＳＳＣ性が向上するという、全く予想外の結果が得られることを意味している。
【００３６】
そして、上記の炭化物総量とＭＣ型炭化物の割合は、上記の化学組成を有する鋼に、Ａ_３変態点以上から焼入れし、次いで６５０℃以上で焼戻すという、極めて単純な焼入れ焼戻し熱処理を施せば確保されることも判明した。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の油井用鋼とその製造方法について詳細に説明する。なお、以下において、「％」は「重量％」を意味する。
【００３８】
《炭化物》
総量：
炭化物は、後述する化学組成を有する焼入れ焼戻し鋼においては、析出強化に欠かすことができないが、その総量が２％未満であると、ＹＳが１１０ｋｓｉ以上の強度を確保することが困難になる。逆に、その総量が５％を超えると、水素をトラップする界面積が増加し、吸蔵水素濃度の増大を招いて耐ＳＳＣ性が低下する。このため、炭化物の総量は、２〜５％と定めた。望ましい範囲は、２．５〜４％である。
【００３９】
総炭化物量中に占めるＭＣ型炭化物の割合：
ＭＣ型炭化物は、炭化物の粗大化を防ぎ、耐ＳＳＣ性の改善に効果がある。しかし、総炭化物量中に占めるＭＣ型炭化物の割合が８％未満では、その効果に乏しい。逆に、その割合が４０％を超えると、微細なだけに水素をトラップする界面積が増加し、吸蔵水素濃度の増大を招いて耐ＳＳＣ性が低下する。このため、総炭化物量中に占めるＭＣ型炭化物の割合は、８〜４０％と定めた。望ましい範囲は、１０〜３５％である。
【００４０】
ここで、炭化物の総量と、総炭化物量中に占めるＭＣ型炭化物の割合は、それぞれ次に述べる方法によって求められる値である。
【００４１】
総量の測定方法；
被検体鋼から採取した重量Ｗ_１の試験片を、電解液（１０％アセチルアセトン−１％塩化テトラメチルアンモニウム−残部メタノール）中に浸漬して電流密度２０ｍＡ／ｃｍ^２の条件で電気分解し、濾過径０．２μｍのフィルターで濾過して得られた抽出残さ（炭化物）の重量Ｗ_２を求め、この重量Ｗ_２を試験片の重量Ｗ_１で除して求める。
【００４２】
ＭＣ型炭化物の割合算出方法：
上記の抽出残さ（炭化物）を粉砕した試料を対象にＸ線回折を行い、Ｍ_３Ｃ型炭化物の回折線強度に対するＭＣ型炭化物の回折線強度の比から全炭化物中のＭＣ型炭化物の重量割合を求める。その際、透過型電子顕微鏡で炭化物を直接観察するとともに、ＥＤＸでＭＣ型とＭ_３Ｃ型の主たる構成元素の重量を求めてこれを検量線（標準試料）とする。
【００４３】
《鋼の化学組成》
Ｃ：
Ｃは、焼入性を高め、強度を向上させるために必要な元素である。しかし、その含有量が０．２％未満では、焼入性が不足して所望の強度（ＹＳ≧１１０ｋｓｉ）が得られない。逆に、その含有量が０．３５％を超えると、炭化物の総量増加に伴ってトラップされる水素が増加する結果、耐ＳＳＣ性が低下する。このため、Ｃ含有量は、０．２〜０．３５％とした。望ましい範囲は、０．２〜０．３％である。
【００４４】
Ｓｉ：
Ｓｉは、脱酸剤として０．０５％以上含有させる。また、Ｓｉには、焼戻軟化抵抗を高めて耐ＳＳＣ性を向上させる作用もあり、その効果は０．１％以上で顕著になる。しかし、０．５％を超えて含有させると、靭性が低下する。このため、Ｓｉ含有量は、０．０５〜０．５％とする。好ましい上限は、０．３％である。
【００４５】
Ｍｎは、脱酸作用の他に熱間加工性を向上させる作用もあるので０．２％以上含有させる。しかし、１．０％を超えて含有させると靱性が低下する。このため、Ｍｎ含有量は、０．２〜１．０％とする。好ましい上限は、０．５％である。
【００４６】
Ｃｒ：
Ｃｒは、焼入性を高め、強度を上昇させるとともに耐ＳＳＣ性を向上させる元素である。しかし、その含有量が０．２％未満では、焼入性が不足して所望の強度（ＹＳ≧１１０ｋｓｉ）が得られない。逆に、その含有量が０．７％を超えると、炭化物の総量が増加し、これに伴ってトラップされる水素が増加する上に、Ｍ_２３Ｃ_６型の粗大な炭化物が析出して、耐ＳＳＣ性が低下する。また、硫化水素を含む環境においては、腐食速度の増加とそれに伴う吸蔵水素濃度の増加を招く。このため、Ｃｒ含有量は、０．２〜０．７％とした。望ましい範囲は、０．３〜０．６％である。
【００４７】
Ｍｏ：
Ｍｏは、Ｃｒと同様に、焼入性を向上させて高強度を得るとともに、焼戻軟化抵抗を高めて耐ＳＳＣ性を向上させる元素である。しかし、その含有量が０．１％未満であると、上記の効果が得られない。逆に、その含有量が０．５％を超えると、ＭＣ型炭化物の粗大化を招いて水素のトラップ量を増加させるだけでなく、Ｍ_２３Ｃ_６型の粗大な炭化物が析出して、耐ＳＳＣ性が低下する。このため、Ｍｏ含有量は、０．１〜０．５％とした。望ましい範囲は、０．２〜０．４％である。
【００４８】
Ｖ：
Ｖは、本発明において、最も重要な元素である。Ｖは、焼戻し時に微細なＳＳＣの起点となりにくいＭＣ型炭化物として優先的に析出する。その結果、Ｃを固定するので、ＳＳＣの起点となりやすいＭ_２３Ｃ_６型炭化物の析出を防止する。しかし、その含有量が０．１％未満では、上記の効果が得られない。一方、その含有量が０．３％を超えると、ＭＣ型炭化物の量が多くなりすぎて、トラップされる水素が増加して、耐ＳＳＣ性が低下する。このため、Ｖの含有量は、０．１〜０．３％とした。望ましい範囲は、０．１５〜０．２５％である。
【００４９】
Ａｌ：
Ａｌは、脱酸剤として０．００５％以上含有させる。しかし、０．１％を超えて含有させると介在物が多くなって靱性が低下する。また、油井管には、その管端に接続用のねじ切り加工が施されることが多いが、Ａｌが多いとねじ切り部に介在物起因の欠陥が発生しやすくなる。このため、Ａｌ含有量は、０．００５〜０．１％とする。好ましい上限は、０．０５％である。
なお、本明細書でいうＡｌとは、いわゆるｓｏｌ．Ａｌ（酸可溶Ａｌ）のことである。
【００５０】
Ｔｉ：
Ｔｉは、鋼中に不純物として存在するＮをＴｉＮとして固定し、焼入性向上の目的で添加される後述のＢがＢＮになるのを防ぎ、焼入性の向上に有効な固溶状態でＢを存在させる作用がある。また、ＮをＴｉＮとして固定する以上のＴｉには、焼入れ時は固溶状態で存在し、焼戻し時に炭化物などの化合物として微細に析出して焼戻軟化抵抗を高める作用があり、これらの効果は０．００５％以上の含有量で顕著になる。しかし、０．０５％を超えて含有させると、靱性が低下する。このため、Ｔｉ含有量は、０．００５〜０．０５％とする。好ましい上限は、０．０３％である。
【００５１】
Ｂ：
Ｂは、上記したように、焼入性を向上さる作用があり、特に厚肉材の焼入性を改善するのに有効であり、０．０００１％以上の含有量でその効果が顕著になる。しかし、０．００５％を超えて含有させると、靱性が低下する。このため、Ｂ含有量は、０．０００１〜０．００５％とする。好ましい上限は、０．００２％である。
【００５２】
本発明の油井用鋼の素材鋼は、上記の９成分以外に下記の成分のうちのいずれか１種または２種以上を含むものであってもよい。
【００５３】
Ｎｂ：
Ｎｂには、結晶粒を細粒化し、結晶粒界における粗大な炭化物の析出を抑制する作用があり、その効果は０．００５％以上の含有量で得られる。しかし、その効果は０．１％で飽和し、これ以上含有させると靱性が低下する。このため、添加する場合のＮｂ含有量は、０．００５〜０．１％とするのがよい。好ましい上限は、０．０５％である。
【００５４】
Ｚｒ：
Ｚｒには、上記のＴｉと同様に、鋼中に不純物として存在するＮを窒化物として固定し、Ｂの焼入性向上効果を十分に発揮させる作用があり、０．０１％以上の含有量でその効果が顕著になる。しかし、０．１％を超えて含有させると、介在物が増加して靱性が低下する。このため、添加する場合のＺｒ含有量は、０．０１〜０．１％とするのがよい。好ましい上限は、０．０３％である。
【００５５】
Ｗ：
Ｗには、前述のＭｏと同様に、焼入性を高めて強度の向上に寄与するとともに、焼戻軟化抵抗を高めて耐ＳＳＣ性を向上させる作用があり、これらの効果は０．１％以上の含有量で顕著になる。しかし、その効果は１．０％で飽和し、これ以上含有させるとコストが上昇するだけである。このため、添加する場合のＷ含有量は、０．１〜１．０％とするのがよい。好ましい上限は、０．５％である。
【００５６】
Ｃａ：
Ｃａには、鋼中に不純物として存在するＳと反応して硫化物を形成して介在物の形状を改善し、耐ＳＳＣ性を向上させる作用があり、０．０００１％以上の含有量でその効果が顕著になる。しかし、０．０１％を超えて含有させると、靱性および耐ＳＳＣ性が低下するだけでなく、鋼表面に欠陥が多発しやすくなる。このため、添加する場合のＣａ含有量は、０．０００１〜０．０１％とするのがよい。好ましい上限は、０．００３％である。
【００５７】
なお、Ｃａによる上記の効果は、Ｓの含有量によってその度合いが異なり、脱酸が十分でない場合には、かえって耐ＳＳＣ性が低下するので、その含有量はＳ含有量と脱酸の程度に応じて調整することが肝要である。
【００５８】
Ｐ：
Ｐは、鋼中に不可避的に存在するが、その含有量が０．０２５％を超えると、結晶粒界に偏析して耐ＳＳＣ性を低下させる。このため、その含有量は、０．０２５％以下とするのがよい。なお、Ｐの含有量は、低ければ低いほど好ましいが、過度の低減はコストの上昇を招く。Ｐは、０．０１％程度含んでも実用上差し支えない。
【００５９】
Ｓ：
Ｓは、上記のＰと同様に、鋼中に不可避的に存在するが、その含有量が０．０１％を超えると、結晶粒界に偏析するとともに、硫化物系の介在物を生成して耐ＳＳＣ性を低下させる。このため、その含有量は、０．０１％以下とするのがよい。なお、Ｓの含有量は、上記のＰと同様に、低ければ低いほど好ましいが、過度の低減はコストの上昇を招く。Ｓは、０．００２％程度含んでも実用上差し支えない。
【００６０】
Ｎ：
Ｎは、上記のＰ、Ｓと同様に、鋼中に不可避的に存在するが、その含有量が０．０１％を超えると、靱性および焼入性が低下する。このため、その含有量は、０．０１以下とするのがよい。なお、Ｎの含有量は低ければ低いほど好ましい。
【００６１】
Ｏ（酸素）：
Ｏは、上記のＰ、Ｓ、Ｎと同様に、鋼中に不可避的に存在するが、その含有量が０．０１％を超えると、靱性が低下する。このため、その含有量は０．０１％以下とするのがよい。なお、Ｏの含有量も低ければ低いほど好ましい。
【００６２】
《製造方法（熱処理条件）》
本発明の油井用鋼は、上記に記載した化学組成を有する低合金鋼を常法にしたがって溶製し、得られた素材鋼に所定の熱間圧延加工（例えば、マンネスマン−マンドレルミル方式による熱間継目製管加工）を施して所定の製品形状（例えば、継目無鋼管）に仕上げた後、焼入れ焼戻し処理を施すことで製造することができる。
【００６３】
ここで、所定の製品形状に仕上げた後、焼入れ焼戻し処理を施すのは、次の理由による。すなわち、本発明で規定する化学組成を有する鋼は、一旦、焼入れしてマルテンサイト組織とし、その上で焼戻さないと、ＭＣ型炭化物が十分に析出せず、粗大な炭化物が残存して所望の耐ＳＳＣ性が確保できないからである。
【００６４】
焼入れ温度は、Ａ_３変態点以上とすればよく、上限温度は特に制限されない。しかし、焼入れ温度が９５０℃を超えると結晶粒度が粗大になりすぎて靭性が著しく低下する。このため、その上限温度は９５０℃とするのが好ましい。
【００６５】
焼戻しは、６５０℃以上、Ａ_Ｃ１変態点以下で施す必要がある。これは、焼戻し温度が６５０℃未満であると、ＭＣ型炭化物の析出が十分でなく、粒界にフィルム状のセメンタイトが残存することがあり、耐ＳＳＣ性が低下するためである。また、焼戻し温度がＡ_Ｃ１変態点を超えると、オーステナイト相が析出し、所望の強度が確保できなくなるためである。
【００６６】
なお、上記の焼入れ焼戻し処理に先立ち、熱間圧延後、９５０℃以上の温度から直接焼入れ処理を施してもよい。しかし、この場合には、直接焼入後に長時間放置すると置き割れが発生する場合があるので、これを防ぐために６００℃以下の温度で焼きなまし処理を施すのが好ましい。
【００６７】
【実施例】
表１に示す化学組成を有する１６種類の低合金鋼を、１５０ｋｇ真空溶解炉を用いて溶製した。その際、鋼Ｎｏ．Ａ〜Ｄ、Ｅ〜Ｈ、ＩとＪ、ＫとＬ、ＭとＮおよびＯとＰは、同じ溶湯を分湯した後、Ｖをはじめとする各成分の含有量を調整することにより、表１に示す化学組成を有する鋼とした。
【００６８】
【表１】

【００６９】
得られた各鋼は、熱間鍛造を施して厚さ２０ｍｍ、幅８０ｍｍ、長さ２５０ｍｍの板材に成形した後、表２に示す種々の条件で焼入れ焼戻し処理を施し、いずれの板厚材もＹＳが１１０ｋｓｉ以上になるように調整した。なお、一部の板材には、比較のために、１０５０℃の焼きならし（ノルマ）処理と、上記の直接焼入れ処理と焼きなまし処理を施した後に本発明で規定する条件の焼入れ焼戻し処理を施し、ＹＳが１１０ｋｓｉ以上になるように調整した。
【００７０】
【表２】

【００７１】
そして、熱処理して得られた各板材の炭化物の総量と、総炭化物量中に占めるＭＣ型炭化物の割合を、それぞれ前述した方法によって調べた。
【００７２】
また、熱処理して得られた各板材の板厚中心部から、長手方向が圧延方向（Ｌ方向）で、平行部の寸法が、外径６．３５ｍ、長さ２５．４ｍｍのＮＡＣＥＴＭ０１７７ＭｅｔｈｏｄＡに規定される丸棒引張試験片を採取し、ＳＳＣ試験に供した。
【００７３】
ＳＳＣ試験は、上記のＮＡＣＥＴＭ０１７７ＭｅｔｈｏｄＡに規定される方法にしたがって行った。すなわち、１気圧の硫化水素が飽和した２５℃の０．５％酢酸＋５％食塩水溶液中での定荷重試験であり、負荷応力は各板材のＹＳの８５％、試験時間は７２０時間とした。
【００７４】
そして、上記のＳＳＣ試験により、割れが発生しなかったものを耐ＳＳＣ性が良好「○」、発生したものを耐ＳＳＣ性が不芳「×」として評価し、その結果を、炭化物の総量と、総炭化物量中に占めるＭＣ型炭化物の割合と併せて、表２に示した。
【００７５】
表２に示す結果からわかるように、本発明例の試番２、３、６、７、９、１１、１４、１６および２１〜２４は、素材鋼の化学組成、炭化物の総量および総炭化物量中に占めるＭＣ型炭化物の割合がいずれも本発明の範囲内であり、耐ＳＳＣ性が良好であった。
【００７６】
これに対し、比較例の試番１と５は、素材鋼のＶ含有量が少なく、ＭＣ型炭化物の割合が本発明で規定する範囲の下限値を外れるために、耐ＳＳＣ性が不芳であった。また、試番４と８は、逆にＶ含有量が多すぎ、ＭＣ型炭化物の割合が本発明で規定する範囲の上限値を外れるために、耐ＳＳＣ性が不十分であった。
【００７７】
また、試番１０は、Ｃ含有量が高く、炭化物の総量が本発明で規定する範囲の上限値を外れるために、耐ＳＳＣ性が不芳であった。試番１２は、Ｃｒが高く、ＭＣ型炭化物の割合が本発明で規定する範囲の下限値を外れるために、耐ＳＳＣ性が不芳であった。試番１５は、Ｍｏが高く、ＭＣ型炭化物の割合が本発明で規定する範囲の下限値を外れるために、耐ＳＳＣ性が不十分であった。
【００７８】
さらに、試番１７と１８は、熱処理が焼入れ焼戻しでなく、ノルマであり、ＭＣ型炭化物の割合が本発明で規定する範囲の下限値を外れるために、耐ＳＳＣ性が不芳であった。また更に、試番１９と２０は、焼入れ温度が低く、焼入れ時におけるＭＣ型炭化物の固溶が不十分で、焼戻しによりＭＣ型炭化物が多く析出しすぎたために、耐ＳＳＣ性が不十分であった。
【００７９】
【発明の効果】
本発明によれば、耐硫化物応力腐食割れ性に優れた油井用鋼を提供することができる。また、この油井用鋼は、所定の化学組成を有する鋼に焼入れ焼戻し処理を施すだけで得られるので、安価に製造することができる。

Claims

重量％で、Ｃ：0.2〜0.35％、Ｓｉ：0.05〜0.5％、Ｍｎ：0.2〜1.0％、Ｃｒ：0.2〜0.7％、Ｍｏ：0.1〜0.5％、Ｖ：0.1〜0.3％、Ａｌ：0.005〜0.1％、Ｔｉ：0.005〜0.05％、Ｂ：0.0001〜0.005％を含み、残部がFeおよび不可避的不純物である低合金鋼からなり、析出している炭化物の総量が２〜５重量％であり、そのうちＭＣ型炭化物の割合が８〜40重量％であることを特徴とする耐硫化物応力腐食割れ性に優れる油井用鋼。
さらに、重量％で、Ｎｂ：0.005〜0.1％を含む請求項１に記載の耐硫化物応力腐食割れ性に優れる油井用鋼。
さらに、重量％で、Ｚｒ：0.01〜0.1％を含む請求項１または２に記載の耐硫化物応力腐食割れ性に優れる油井用鋼。
さらに、重量％で、Ｗ：0.1〜1.0％を含む請求項１から３までのいずれかに記載の耐硫化物応力腐食割れ性に優れる油井用鋼。
さらに、重量％で、Ｃａ：0.0001〜0.01％を含む請求項１から４までのいずれかに記載の耐硫化物応力腐食割れ性に優れる油井用鋼。
請求項１から５までのいずれかに記載される化学組成を有する低合金鋼をＡ_３変態点以上から焼入れした後、６５０℃以上、Ａｃ_１変態点以下で焼戻すことを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の耐硫化物応力腐食割れ性に優れる油井用鋼の製造方法。