JP4774588B2 - 耐食性に優れた高強度油井鋼管継手の作製方法および高強度油井鋼管継手 - Google Patents
耐食性に優れた高強度油井鋼管継手の作製方法および高強度油井鋼管継手 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原油あるいは天然ガスの油井、ガス井に使用される油井管に係り、とくに炭酸ガス（CO2)、塩素イオン（Cl- ）などを含む極めて腐食環境の厳しい油井、ガス井で使用するに好適な、優れた耐食性を有する高強度油井鋼管継手の作製方法に関する。なお、本発明でいう、高強度とは降伏強さ：551MPa以上をいうものとする。
【０００２】
【従来の技術】
近年、原油価格の高騰や、近い将来に予想される石油資源の枯渇化を考慮して、従来は省みられなかったような深層油田や、開発が一旦は放棄されていた腐食性の強いサワーガス田等の開発が、世界的規模で盛んになっている。
このような油田、ガス田は、一般に深度が極めて深く、またその雰囲気は高温でかつ、CO2 、Cl- 等を含む厳しい腐食環境となっている。したがって、このような油田、ガス田で採掘に使用される油井管は、高強度で、しかも耐食性を兼ね備えた材質が要求される。一般に、CO2 、Cl- 等を含む腐食環境下では、耐CO2 腐食性に優れた13％Crを含むマルテンサイト系ステンレス鋼管が多く使用されている。
【０００３】
これらの13％Cr系マルテンサイト系ステンレス鋼管は、従来からネジ継手により接続され、油井管とされていた。しかし、最近では、油田の掘削環境が厳しくなり、それに対応してネジ継手においても種々のPremium Joint が開発され、使用されてきた。しかしながら、ネジ継手に対する要求も年々厳しくなり、曲げ等の条件が厳しいPremium Joint によっても油井管として必要な特性が得られないような掘削条件も出現している。
【０００４】
このようなことから、油井管として、ラインパイプ等で一般的な溶接接合により鋼管を接続して用いることが強く要望されるようになってきた。従来の油井管用鋼管は、強度が高く溶接性が劣化していることから、溶接接合して用いられた例はいままでに一例もない。
また、溶接接合した場合には、さらに母材（鋼管）と溶接金属との電位差に起因するガルバニック腐食（選択腐食）が問題となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来技術の問題を有利に解決し、油井管用高強度鋼管を溶接接合により接続し、炭酸ガス（CO2 ）、塩素イオン（Cl- ）等を含む過酷な腐食環境下においても優れた耐食性を示す油井管とする、高強度油井管の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した課題を達成するために、まず代表的な油井管用鋼管である13％Crマルテンサイト系ステンレス鋼をベースとして、従来に比べＣ、Ｎを顕著に低減し、さらに合金元素の含有量を調整し、耐食性に優れ、かつ溶接可能な13％Crマルテンサイト系ステンレス鋼管としたうえで、これら鋼管の端部同士を溶接接合した鋼管継手部（溶接継手部）の耐食性におよぼす各種要因について鋭意研究した。その結果、鋼管継手部の溶接金属の組成を適正範囲とすることにより、鋼管継手部の耐食性が、炭酸ガス（CO2 ）、塩素イオン（Cl- ）等を含む過酷な腐食環境下においても顕著に向上することを知見した。本発明は、上記したこれら知見に基づき、さらに検討を加え完成されたものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、鋼管の端部同士を円周溶接して接合し油井管とするに当たり、前記鋼管を、質量％で、Ｃ：0.03％以下、Si：0.70％以下、Mn：0.30〜2.00％、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.005％以下、Cr：10.5〜15.0％、Ni：7.0％以下、Al：0.05％以下、Ｎ：0.03％以下、Ｏ：0.01％以下、Ｖ：0.20%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物よりなる母材組成を有する高強度マルテンサイト系ステンレス鋼管とし、前記円周溶接を、該円周溶接の溶接金属が質量％で、Ｃ＋Ｎ：0.3％以下、Si：1.0％以下、Mn：2.5％以下、Cr：10.5〜24.0％、Ni：0.5〜5.5％およびＶ：0.20％以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなり、マルテンサイト組織である溶接金属組成となるように、溶接条件あるいはさらに溶接材料を調整して行うことを特徴とする耐食性に優れた高強度油井鋼管継手の作製方法である。
【０００８】
また、本発明では、前記母材組成に加えてさらに、質量％で、Mo：0.1〜3.0％、Cu：3.5％以下のうちの１種または２種を含有することが好ましく、また、本発明では、前記各母材組成に加えてさらに、質量％で、Ti：0.3％以下、Zr：0.2％以下、Ｂ：0.0005〜0.01％、Ｗ：3.0％以下のうちの１種または２種以上を含有することが好ましく、また、本発明では、前記各母材組成に加えてさらに、質量％で、Ca：0.0005〜0.01％を含有することが好ましい。また、本発明では、前記各母材組成に加えてさらに、質量％で、Nb：0.20％以下を含有してもよい。
【０００９】
また、本発明では、前記溶接金属組成に加えて、さらに、質量％で、Mo：3.5％以下、Cu：3.5％以下のうちの１種または２種を含有するのが好ましく、また、本発明では、前記各溶接金属組成に加えて、さらに質量％で、Ti：0.3％以下、Zr：0.2％以下、Ｂ：0.01％以下、Ｗ：3.5％以下のうちの１種または２種以上を含有するのが好ましく、また、本発明では、前記各溶接金属組成に加えて、さらに、質量％で、Ca：0.01％以下および／またはREM：0.1％以下を含有してもよい。また、本発明では、前記各溶接金属組成に加えてさらに、質量％で、Nb：0.20％以下を含有してもよい。
【００１０】
また、本発明は、鋼管の端部同士を円周溶接してなる油井鋼管継手であって、前記鋼管を、質量％で、Ｃ：0.03％以下、Si：0.70％以下、Mn：0.30〜2.00％、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.005％以下、Cr：10.5〜15.0％、Ni：7.0％以下、Al：0.05％以下、Ｎ：0.03％以下、Ｏ：0.01％以下、Ｖ：0.20%以下を含み、あるいはさらにMo：0.1〜3.0％、Cu：3.5％以下のうちの１種または２種および／またはTi：0.3％以下、Zr：0.2％以下、Ｂ：0.0005〜0.01％、Ｗ：3.0％以下のうちの１種または２種以上を含有し、好ましくはさらにCa：0.0005〜0.01％を含有し、残部Feおよび不可避的不純物よりなる母材組成を有する高強度マルテンサイト系ステンレス鋼管とし、前記円周溶接で形成された溶接金属が質量％で、Ｃ＋Ｎ：0.3％以下、Si：1.0％以下、Mn：2.5％以下、Cr：10.5〜24.0％、Ni：0.5〜5.5％およびＶ：0.20％以下を含み、あるいはさらに、Mo：3.5％以下、Cu：3.5％以下、Ti：0.3％以下、Zr：0.2％以下、Ca：0.01％以下、Ｂ：0.01％以下、Ｗ：3.5％以下、REM：0.1％以下のうちの１種以上を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなり、マルテンサイト組織である溶接金属組成であることを特徴とする耐食性に優れた高強度油井鋼管継手である。また、前記各母材組成に加えてさらに、質量％で、Nb：0.20％以下を含有し、前記各溶接金属組成に加えてさらに、質量％で、Nb：0.20％以下を含有してもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の高強度油井鋼管継手の作製方法に使用する油井管用鋼管について説明する。
本発明で使用する油井管用鋼管は、高強度マルテンサイト系ステンレス鋼管であり、降伏強さYSが551MPa以上の強度を有し、CO2 、Cl- 等を含む腐食環境においても優れた耐食性を示す鋼管であり、上記した組成を有する。つぎに、上記した組成の限定理由について説明する。
【００１２】
Ｃ：0.03％以下
Ｃは、マルテンサイト系ステンレス鋼管の強度を確保するために必要な元素であるが、溶接熱影響部の硬さを増加し溶接割れ感受性を高め、溶接割れを引き起こす危険性を高める。このため、本発明ではＣは0.03％以下に限定した。また、耐食性の観点からはＣはできるだけ低減するのが好ましく、0.02％以下とするのがより好ましい。
【００１３】
Si：0.70％以下
Siは、通常の製鋼過程において脱酸剤として必要な元素であるが、0.70％を超えると耐CO2 腐食性等の耐食性を低下させ、さらに熱間加工性をも低下させる。このため、Siは0.70％以下に限定した。なお、好ましくは、0.1 〜0.5 ％である。
【００１４】
Mn：0.30〜2.00％
Mnは、マルテンサイト系ステンレス鋼管の強度を確保するために必要な元素であり、本発明では0.30％以上の含有を必要とするが、2.00％を超えて含有すると靭性に悪影響を及ぼす。このため、Mnは0.30〜2.00％の範囲に限定した。なお、好ましくは、0.30〜1.60％である。
【００１５】
Ｐ：0.03％以下
Ｐは、耐CO2 腐食性、耐CO2 応力腐食割れ性、耐孔食性および耐硫化物応力腐食割れ性をともに劣化させる元素であり、できるだけ低減するのが望ましいが、極端な低減は製造コストの高騰を招く。このため、Ｐは、工業的に比較的安価に実施可能でかつ耐CO2 腐食性、耐CO2 応力腐食割れ性、耐孔食性および耐硫化物応力腐食割れ性を劣化させない範囲である0.03％以下とした。
【００１６】
Ｓ：0.005 ％以下
Ｓは、熱間加工性を著しく劣化させる元素であり、鋼管製造過程における生産性向上のためにも、できるだけ低減するのが望ましいが、極端な低減は製造コストの高騰を招く。0.005 ％以下に低減すれば、通常の工程での鋼管製造が可能となることから、本発明では、Ｓの上限を0.005 ％とした。なお、好ましくは0.003 ％以下である。
【００１７】
Cr：10.5〜15.0％
Crは、耐CO2 腐食性、耐CO2 応力腐食割れ性を保持するために主要な元素であり、耐食性の観点からは10.5％以上の含有を必要とするが、15.0％を超えて含有すると熱間加工性が劣化する。このことから、Crは10.5〜15.0％の範囲に限定した。
【００１８】
Ni：7.0 ％以下
Niは、保護皮膜を強固にする作用を有し、それにより耐CO2 腐食性、耐CO2 応力腐食割れ性、耐孔食性を高める元素であり、また、固溶強化により鋼管の強度を増加させる元素でもある。Ｃを低減する本発明では、Niは強度増加を主目的に添加されるが、強度増加の観点からは0.5 ％以上含有するのが望ましい。一方、7.0 ％を超える含有はマルテンサイト組織の安定性を損なう。このため、Niは7.0 ％以下に限定した。なお、好ましくは0.5 〜5.5 ％である。
【００１９】
Al：0.05％以下
Alは、強力な脱酸作用を有する元素であるが、0.05％を超える含有は靭性に悪影響を及ぼす。このため、Alは0.05％以下に限定した。
Ｎ：0.03％以下
Ｎは、耐孔食性を著しく向上させる元素であるが、0.03％を超える含有は、Ｃと同様に溶接熱影響部の硬さを増加させ、溶接割れを引き起こす危険性が増大する。このため、Ｎは0.03％以下に限定した。なお、好ましくは0.02％以下である。
【００２０】
Ｏ：0.01％以下
Ｏは、本発明鋼管の性能を十分発揮させるために、極めて重要な元素である。すなわち、Ｏ含有量が多いと各種の酸化物を形成して熱間加工性、耐CO2 応力腐食割れ性、耐孔食性および靭性を著しく劣化させる。このため、Ｏは0.01％以下に限定した。なお、好ましくは0.006 ％以下である。
【００２１】
Ｖ：0.20％以下
Ｖは、靭性を劣化させずに強度を上昇させる作用を有する元素であり、本発明ではＶを含有する。Ｖの含有量が、0.20％を超えると、靭性を低下させる。このため、Ｖ：0.20％以下に限定した。
【００２２】
本発明では、上記した組成に加えて、さらにMo、Cuを単独あるいは複合して含有できる。またさらに上記した各組成に加えてさらに、Ti、Zr、Ｂ、Ｗの１種または２種以上を選択して含有できる。またさらに上記した各組成に加えてさらに、Caを含有できる。
Mo：0.1 〜3.0 ％、Cu：3.5 ％以下のうちの１種または２種
Mo、Cuは、いずれも耐食性を改善する作用を有する元素であり、必要に応じ選択して含有できる。
【００２３】
Moは、Cl- による孔食に対する抵抗性を増加させ、耐食性を改善する元素である。このような効果は、0.1 ％以上の含有で認められるが、一方、3.0 ％を超える含有はδフェライトの発生を招き、耐CO2 腐食性、耐CO2 応力腐食割れ性および熱間加工性を低下させる。また、Moは高価な元素であり3.0 ％を超える含有は経済的に不利となる。このようなことから、Moは0.1 〜3.0 ％の範囲に限定するのが好ましい。なお、より好ましくは0.5 〜2.5 ％である。
【００２４】
Cuは、保護皮膜を強固にして、鋼管中への水素の侵入を抑制し、耐硫化物応力腐食割れ性等の耐食性を高める元素であるが、3.5 ％を超えて含有すると、高温でCuS が粒界析出し、熱間加工性が低下する。このことから、Cuは3.5 ％以下に限定するのが好ましい。なお、より好ましくは0.2 〜2.5 ％である。
Ti：0.3 ％以下、Zr：0.2 ％以下、Ｂ：0.0005〜0.01％、Ｗ：3.0 ％以下のうちの１種または２種以上
Ti、Zr、Ｂ、Ｗは、いずれも強度を上昇させ、耐応力腐食割れ性を改善する作用を有し、本発明では、必要に応じ選択して含有できる。Tiは0.3 ％を、Zrは0.2 ％を、Ｂは0.01％を、Ｗは3.0 ％を、それぞれ超えて含有すると靭性を劣化させるため、Tiは0.3 ％、Zrは0.2 ％、Ｂは0.01％、Ｗは3.0 ％を、それぞれ上限とするのが好ましい。また、Ｂは0.0005％未満では上記した効果が認められないため、0.0005％を下限とするのが好ましい。なお、より好ましくは、Ti：0.01〜0.2 ％、Zr：0.01〜0.1 ％、Ｂ：0.0005〜0.005 ％、Ｗ：0.5 〜2.5 ％である。
【００２５】
Ca：0.0005〜0.01％
Caは、ＳをCaS として固定しＳ系介在物を球状化し、介在物の周囲のマトリックスの格子歪を小さくして、水素のトラップ能を下げ、耐硫化物応力腐食割れ性を向上させる元素であり、必要に応じ含有できる。このような効果は0.0005％以上の含有で顕著となるが、0.01％を超える含有は、CaO の増加を招き、耐CO2 腐食性、耐孔食性を低下させる。このため、Caは0.0005〜0.01％に限定するのが好ましい。なお、より好ましくは0.001 〜0.005 ％である。
【００２６】
Nb：0.20％以下
Nbは、靭性を劣化させずに強度を上昇させる作用を有する元素であり、本発明では、上記した各組成に加えてさらに、Nbを含有できる。Nbの含有量が0.20％を超えると、靭性を低下させる。このため、Nb：0.20％以下に限定するのが好ましい。
上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。
つぎに、本発明に使用する鋼管の製造方法について、説明する。
上記した組成の鋼素材を熱間加工により鋼管とする。
本発明では鋼素材の製造方法についてはとくに限定する必要はない。転炉、電気炉等の通常公知の溶製方法で上記した組成の溶鋼を溶製し、あるいはなおさらに２次精錬等を付加したのち、連続鋳造法等の通常公知の鋳造方法で鋼素材とするのが好ましい。
【００２７】
これら鋼素材を、通常の継目無鋼管の製造工程を用いて継目無鋼管とすればよい。継目無鋼管の製造工程としては、マンネスマン−プラグミル方式の熱間加工による製造工程が好ましい。なお、継目無鋼管以外の電縫鋼管、ＵＯＥ鋼管の製造工程を用いて鋼管としてもよい。
熱間加工により製造された鋼管は、熱間加工のまま、あるいは800 〜1100℃の温度範囲に加熱して冷却する焼入れ処理を施されたのち、焼戻し温度を500 〜750 ℃とする焼戻処理を施すのが好ましい。
【００２８】
上記した組成の鋼管の端部同士を当接し、円周溶接して接合する。このような端部同士の溶接接合を、必要な長さとなるまで繰り返し行い、油井管とする。
本発明では、円周溶接により形成される溶接金属を所定の組成となるように、円周溶接の溶接条件、あるいはさらに溶接材料組成を調整する。本発明における円周溶接の方法は、所定の溶接金属組成が得られればよく、とくに限定する必要はないが、設備の簡易性の観点からアーク溶接法とするのが好ましい。アーク溶接法としては、ガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）法、ガスメタルアーク溶接（ＧＭＡＷ）法、フラックスコアードアーク溶接（ＦＣＷ）法、被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）法が例示できる。
【００２９】
アーク溶接以外の溶接方法、例えば、抵抗溶接、レーザ溶接、電子ビーム溶接等を用いてもよいことはいうまでもない。また、溶接接合に代えて、拡散接合、摩擦接合としてもよい。
つぎに、円周溶接により形成される溶接金属の組成（溶接金属組成）の限定理由について説明する。
【００３０】
Ｃ＋Ｎ：0.3 ％以下
Ｃ、Ｎは、溶接金属の強度を確保するために必要な元素であるが、Ｃ＋Ｎが0.3 ％を超えると溶接割れ発生の危険性が増大するとともに、耐食性が低下する。このため、本発明では溶接金属のＣ＋Ｎを0.3 ％以下に限定した。
Si：1.0 ％以下
Siは、脱酸剤として必要な元素であるが、1.0 ％を超えると溶接金属の靱性を低下させる。このため、Siは1.0 ％以下に限定した。なお、好ましくは、0.1 〜0.5 ％である。
【００３１】
Mn：2.5 ％以下
Mnは、溶接金属の耐溶接割れ性を向上させる作用を有する元素であり、本発明では0.3 ％以上含有することが好ましいが、2.5 ％を超えて含有すると靭性に悪影響を及ぼす。このため、Mnは2.5 ％以下に限定した。なお、好ましくは、0.3 〜1.6 ％である。
【００３２】
Cr：10.5〜24.5％
Crは、耐CO2 腐食性、耐CO2 応力腐食割れ性等の耐食性を保持するために主要な元素であり、耐食性の観点からは10.5％以上の含有を必要とするが、24.5％を超えて含有すると溶接熱影響部の靱性が劣化する。このことから、Crは10.5〜24.5％の範囲に限定した。
【００３３】
Ni：0.5〜5.5％
Niは、保護皮膜を強固にする作用を有し、それにより耐CO2 腐食性、耐CO2 応力腐食割れ性、耐孔食性等の耐食性を高める元素であり、また、固溶強化により溶接金属の強度を増加させる元素でもある。溶接金属の強度保持の観点からは0.5 ％以上含有するのが望ましいが、8.0 ％を超える含有はマルテンサイト組織の安定性を損なうとともに、溶接金属の強度低下を生じ、継手のアンダーマッチングを生じる危険性がある。また、Niを8.0 ％を超えて含有すると、溶接金属の高温割れ発生傾向が増大する。このことから、Niは0.5〜5.5％に限定した。
【００３４】
Ｖ：0.20％以下
Ｖは、溶接金属の靭性を劣化させずに溶接金属の強度を上昇させる作用を有する元素であり、本発明ではＶを含有する。Ｖの含有量が、0.20％を超えると、靭性を低下させる。このため、Ｖ：0.20％以下に限定した。
【００３５】
溶接金属は、上記した溶接金属組成に加えて、さらに、Mo：3.5 ％以下、Cu：3.5 ％以下のうちの１種または２種を含有するのが好ましい。
Mo、Cuは、いずれも耐食性を改善する作用を有する元素であり、必要に応じて溶接金属に含有できる。
Moは、Cl- による孔食に対する抵抗性を増加させ、耐食性を改善する元素である。このような効果を得るためには、0.1 ％以上含有するのが望ましい。一方、3.5 ％を超える含有は溶接金属の靱性を低下させる。このため、Moは3.5 ％以下に限定するのが好ましい。なお、より好ましくは0.5 〜2.5 ％である。
【００３６】
Cuは、保護皮膜を強固にして、溶接金属中への水素の侵入を抑制し、耐硫化物応力腐食割れ性等の耐食性を高める元素であり、0.1 ％以上含有するのが望ましい。しかし、3.5 ％を超えて含有すると、高温割れ感受性が高くなる。このことから、Cuは3.5 ％以下に限定するのが好ましい。なお、より好ましくは0.2 〜2.5 ％である。
【００３７】
Ti：0.3 ％以下、Zr：0.2 ％以下、Ｂ：0.01％以下、Ｗ：3.5 ％以下のうちの１種または２種以上
Ti、Zr、Ｂ、Ｗは、いずれも溶接金属の強度を上昇させ、溶接金属の耐応力腐食割れ性を改善する作用を有し、本発明では、必要に応じ選択して含有できる。Tiは0.3 ％を、Zrは0.2 ％を、Ｂは0.01％を、Ｗは3.0 ％を、それぞれ超えて含有すると靭性を劣化させるため、Tiは0.3 ％、Zrは0.2 ％、Ｂは0.01％、Ｗは3.0 ％を、それぞれ上限とするのが好ましい。なお、より好ましくは、Ti：0.01〜0.2 ％、Zr：0.005 〜0.2 ％、Ｂ：0.0003〜0.005 ％、Ｗ：0.1 〜2.0 ％である。
【００３８】
Ca：0.01％以下
Caは、溶接金属中のＳ、Ｏを固定し、水素トラップ能を下げる作用を有しており、必要に応じ含有できる。0.01％を超える含有は、CaO の増加を招き、靱性を低下させる。このため、Caは0.01％以下に限定するのが好ましい。なお、より好ましくは0.001 〜0.005 ％である。
【００３９】
REM：0.1％以下
REMは、アーク溶接時のアークを安定させ、溶接部の品質を改善する作用を有しており、通常溶接材料に含まれ、溶接金属に含有されるが、溶接金属の靭性からは0.1％以下とするのが好ましい。
Nb：0.20％以下
Nbは、溶接金属の靭性を劣化させずに溶接金属の強度を上昇させる作用を有する元素であり、本発明ではNbを含有してもよい。Nbの含有量が、0.20％を超えると、靭性を低下させる。このため、Nb：0.20％以下に限定するのが好ましい。
溶接金属の上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。
【００４０】
本発明では、素材鋼管の組成に応じ、上記した溶接金属組成が得られるように、素材鋼管からの希釈率を考慮し、溶接条件、あるいはさらに溶接材料の組成を調整する。なお、本発明で、素材鋼管をアーク溶接法を用いて溶接接合するに際し、使用する溶接材料としては、Ｃ：0.03％以下、Ｎ：0.03％以下、Si：0.7 ％以下、Mn：0.3 〜2.0 ％、Cr：10.5〜15％、Ni：7.0 ％以下を含み、あるいはさらにMo：3.5 ％以下、Cu：3.5 ％以下、Ti：0.3 ％以下、Zr：0.2 ％以下、Ca：0.01％以下、Ｂ：0.01％以下、Ｗ：3.0 ％以下、REM ：0.15％以下のうちの１種以上を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる溶接材料（鋼ワイヤ）が好ましい。なお、ＳＡＷ溶接では上記した合金元素の一部はフラックスから添加してもよい。
【００４１】
本発明によれば、母材鋼管自体の耐食性はもちろん、鋼管継手部でも、炭酸ガス、塩素イオンを含む厳しい腐食環境下における全面腐食、孔食等の発生を防止でき、耐食性に優れた溶接継手部を有する油井管となる。また、鋼管継手部におけるガルバニック腐食を防止できる。
【００４２】
【実施例】
表１に示す組成の鋼を転炉で溶製し、真空脱ガス処理を施して精錬したのち、連続鋳造法により鋼管素材（ビレット）とした。これらの鋼管素材を加熱して、マンネスマン−マンドレル方式のミルで造管し外径273 mm×肉厚12.7mmの継目無鋼管とした。ついで、これら鋼管に、表２に示す条件の熱処理（焼入れ−焼戻し）を施し、95ksi グレードのマルテンサイト系ステンレス鋼管とした。
【００４３】
ついで、これら鋼管の端部同士を当接し、表３に示す化学組成を有する溶接材料を用いて、表４に示す溶接条件でアーク溶接により円周溶接し溶接接合して鋼管継手（油井管）を作製した。開先形状は60°のＶ開先とした。なお、溶接金属の組成を鋼管組成、溶接条件から予め予測し、溶接材料の化学成分量を調整した。アーク溶接は、ガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）を用いた。また、円周溶接前後の熱処理は行わなかった。
【００４４】
【表１】
【００４５】
【表２】
【００４６】
【表３】
【００４７】
【表４】
【００４８】
ついで、これら鋼管継手の円周溶接部から採取した試験片を用いて腐食試験を実施した。腐食試験方法はつぎの通りとした。
▲１▼炭酸ガス腐食試験
これら鋼管継手の円周溶接部から採取した試験片（大きさ：3.0 ×25×50mm）を、オートクレーブで3.0 MPa の炭酸ガスを飽和した20％NaCl水溶液（液温：100 ℃）中に７日間浸漬したのち引き上げた。引上げた試験片について、腐食生成物を除去したのち、孔食の有無、ガルバニック腐食の有無を目視により調査した。また、腐食試験後の試験片重量を測定し板厚減少量に換算し、腐食速度（mm/y）を求めた。
【００４９】
これらの結果から、孔食の発生したものは○、孔食の発生しなかったものは×として、耐孔食性を評価した。また、ガルバニック腐食の発生したものは○、ガルバニック腐食の発生しなかったものは×として、耐ガルバニック腐食性を評価した。また、実用的に使用可能な腐食速度：0.100mm/y を限界値とし、この限界値以上の腐食速度を示すものは×、限界値未満の腐食速度を示すものは○として、耐全面腐食性を評価した。
【００５０】
それらの結果を表５に示す。
【００５１】
【表５】
【００５２】
【表６】
【００５３】
本発明例は、いずれも、鋼管継手部には孔食およびガルバニック腐食の発生は認められず、優れた耐孔食性、耐ガルバニック腐食を示している。また、本発明例では、鋼管継手部の腐食速度も小さく耐食材料として実用的に使用可能なレベル以上の優れた耐全面腐食性を有している。また、溶接割れの発生も認められず、優れた溶接性を示している。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、溶接接合により高強度油井管を能率よく製造でき、炭酸ガス（CO2 ）、塩素イオン（Cl- ）を含む高温で過酷な腐食環境下においても十分な耐食性を示す油井管を安価に提供でき、産業上格段の効果を奏する。
【発明の属する技術分野】
本発明は、原油あるいは天然ガスの油井、ガス井に使用される油井管に係り、とくに炭酸ガス（CO2)、塩素イオン（Cl- ）などを含む極めて腐食環境の厳しい油井、ガス井で使用するに好適な、優れた耐食性を有する高強度油井鋼管継手の作製方法に関する。なお、本発明でいう、高強度とは降伏強さ：551MPa以上をいうものとする。
【０００２】
【従来の技術】
近年、原油価格の高騰や、近い将来に予想される石油資源の枯渇化を考慮して、従来は省みられなかったような深層油田や、開発が一旦は放棄されていた腐食性の強いサワーガス田等の開発が、世界的規模で盛んになっている。
このような油田、ガス田は、一般に深度が極めて深く、またその雰囲気は高温でかつ、CO2 、Cl- 等を含む厳しい腐食環境となっている。したがって、このような油田、ガス田で採掘に使用される油井管は、高強度で、しかも耐食性を兼ね備えた材質が要求される。一般に、CO2 、Cl- 等を含む腐食環境下では、耐CO2 腐食性に優れた13％Crを含むマルテンサイト系ステンレス鋼管が多く使用されている。
【０００３】
これらの13％Cr系マルテンサイト系ステンレス鋼管は、従来からネジ継手により接続され、油井管とされていた。しかし、最近では、油田の掘削環境が厳しくなり、それに対応してネジ継手においても種々のPremium Joint が開発され、使用されてきた。しかしながら、ネジ継手に対する要求も年々厳しくなり、曲げ等の条件が厳しいPremium Joint によっても油井管として必要な特性が得られないような掘削条件も出現している。
【０００４】
このようなことから、油井管として、ラインパイプ等で一般的な溶接接合により鋼管を接続して用いることが強く要望されるようになってきた。従来の油井管用鋼管は、強度が高く溶接性が劣化していることから、溶接接合して用いられた例はいままでに一例もない。
また、溶接接合した場合には、さらに母材（鋼管）と溶接金属との電位差に起因するガルバニック腐食（選択腐食）が問題となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来技術の問題を有利に解決し、油井管用高強度鋼管を溶接接合により接続し、炭酸ガス（CO2 ）、塩素イオン（Cl- ）等を含む過酷な腐食環境下においても優れた耐食性を示す油井管とする、高強度油井管の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した課題を達成するために、まず代表的な油井管用鋼管である13％Crマルテンサイト系ステンレス鋼をベースとして、従来に比べＣ、Ｎを顕著に低減し、さらに合金元素の含有量を調整し、耐食性に優れ、かつ溶接可能な13％Crマルテンサイト系ステンレス鋼管としたうえで、これら鋼管の端部同士を溶接接合した鋼管継手部（溶接継手部）の耐食性におよぼす各種要因について鋭意研究した。その結果、鋼管継手部の溶接金属の組成を適正範囲とすることにより、鋼管継手部の耐食性が、炭酸ガス（CO2 ）、塩素イオン（Cl- ）等を含む過酷な腐食環境下においても顕著に向上することを知見した。本発明は、上記したこれら知見に基づき、さらに検討を加え完成されたものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、鋼管の端部同士を円周溶接して接合し油井管とするに当たり、前記鋼管を、質量％で、Ｃ：0.03％以下、Si：0.70％以下、Mn：0.30〜2.00％、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.005％以下、Cr：10.5〜15.0％、Ni：7.0％以下、Al：0.05％以下、Ｎ：0.03％以下、Ｏ：0.01％以下、Ｖ：0.20%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物よりなる母材組成を有する高強度マルテンサイト系ステンレス鋼管とし、前記円周溶接を、該円周溶接の溶接金属が質量％で、Ｃ＋Ｎ：0.3％以下、Si：1.0％以下、Mn：2.5％以下、Cr：10.5〜24.0％、Ni：0.5〜5.5％およびＶ：0.20％以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなり、マルテンサイト組織である溶接金属組成となるように、溶接条件あるいはさらに溶接材料を調整して行うことを特徴とする耐食性に優れた高強度油井鋼管継手の作製方法である。
【０００８】
また、本発明では、前記母材組成に加えてさらに、質量％で、Mo：0.1〜3.0％、Cu：3.5％以下のうちの１種または２種を含有することが好ましく、また、本発明では、前記各母材組成に加えてさらに、質量％で、Ti：0.3％以下、Zr：0.2％以下、Ｂ：0.0005〜0.01％、Ｗ：3.0％以下のうちの１種または２種以上を含有することが好ましく、また、本発明では、前記各母材組成に加えてさらに、質量％で、Ca：0.0005〜0.01％を含有することが好ましい。また、本発明では、前記各母材組成に加えてさらに、質量％で、Nb：0.20％以下を含有してもよい。
【０００９】
また、本発明では、前記溶接金属組成に加えて、さらに、質量％で、Mo：3.5％以下、Cu：3.5％以下のうちの１種または２種を含有するのが好ましく、また、本発明では、前記各溶接金属組成に加えて、さらに質量％で、Ti：0.3％以下、Zr：0.2％以下、Ｂ：0.01％以下、Ｗ：3.5％以下のうちの１種または２種以上を含有するのが好ましく、また、本発明では、前記各溶接金属組成に加えて、さらに、質量％で、Ca：0.01％以下および／またはREM：0.1％以下を含有してもよい。また、本発明では、前記各溶接金属組成に加えてさらに、質量％で、Nb：0.20％以下を含有してもよい。
【００１０】
また、本発明は、鋼管の端部同士を円周溶接してなる油井鋼管継手であって、前記鋼管を、質量％で、Ｃ：0.03％以下、Si：0.70％以下、Mn：0.30〜2.00％、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.005％以下、Cr：10.5〜15.0％、Ni：7.0％以下、Al：0.05％以下、Ｎ：0.03％以下、Ｏ：0.01％以下、Ｖ：0.20%以下を含み、あるいはさらにMo：0.1〜3.0％、Cu：3.5％以下のうちの１種または２種および／またはTi：0.3％以下、Zr：0.2％以下、Ｂ：0.0005〜0.01％、Ｗ：3.0％以下のうちの１種または２種以上を含有し、好ましくはさらにCa：0.0005〜0.01％を含有し、残部Feおよび不可避的不純物よりなる母材組成を有する高強度マルテンサイト系ステンレス鋼管とし、前記円周溶接で形成された溶接金属が質量％で、Ｃ＋Ｎ：0.3％以下、Si：1.0％以下、Mn：2.5％以下、Cr：10.5〜24.0％、Ni：0.5〜5.5％およびＶ：0.20％以下を含み、あるいはさらに、Mo：3.5％以下、Cu：3.5％以下、Ti：0.3％以下、Zr：0.2％以下、Ca：0.01％以下、Ｂ：0.01％以下、Ｗ：3.5％以下、REM：0.1％以下のうちの１種以上を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなり、マルテンサイト組織である溶接金属組成であることを特徴とする耐食性に優れた高強度油井鋼管継手である。また、前記各母材組成に加えてさらに、質量％で、Nb：0.20％以下を含有し、前記各溶接金属組成に加えてさらに、質量％で、Nb：0.20％以下を含有してもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の高強度油井鋼管継手の作製方法に使用する油井管用鋼管について説明する。
本発明で使用する油井管用鋼管は、高強度マルテンサイト系ステンレス鋼管であり、降伏強さYSが551MPa以上の強度を有し、CO2 、Cl- 等を含む腐食環境においても優れた耐食性を示す鋼管であり、上記した組成を有する。つぎに、上記した組成の限定理由について説明する。
【００１２】
Ｃ：0.03％以下
Ｃは、マルテンサイト系ステンレス鋼管の強度を確保するために必要な元素であるが、溶接熱影響部の硬さを増加し溶接割れ感受性を高め、溶接割れを引き起こす危険性を高める。このため、本発明ではＣは0.03％以下に限定した。また、耐食性の観点からはＣはできるだけ低減するのが好ましく、0.02％以下とするのがより好ましい。
【００１３】
Si：0.70％以下
Siは、通常の製鋼過程において脱酸剤として必要な元素であるが、0.70％を超えると耐CO2 腐食性等の耐食性を低下させ、さらに熱間加工性をも低下させる。このため、Siは0.70％以下に限定した。なお、好ましくは、0.1 〜0.5 ％である。
【００１４】
Mn：0.30〜2.00％
Mnは、マルテンサイト系ステンレス鋼管の強度を確保するために必要な元素であり、本発明では0.30％以上の含有を必要とするが、2.00％を超えて含有すると靭性に悪影響を及ぼす。このため、Mnは0.30〜2.00％の範囲に限定した。なお、好ましくは、0.30〜1.60％である。
【００１５】
Ｐ：0.03％以下
Ｐは、耐CO2 腐食性、耐CO2 応力腐食割れ性、耐孔食性および耐硫化物応力腐食割れ性をともに劣化させる元素であり、できるだけ低減するのが望ましいが、極端な低減は製造コストの高騰を招く。このため、Ｐは、工業的に比較的安価に実施可能でかつ耐CO2 腐食性、耐CO2 応力腐食割れ性、耐孔食性および耐硫化物応力腐食割れ性を劣化させない範囲である0.03％以下とした。
【００１６】
Ｓ：0.005 ％以下
Ｓは、熱間加工性を著しく劣化させる元素であり、鋼管製造過程における生産性向上のためにも、できるだけ低減するのが望ましいが、極端な低減は製造コストの高騰を招く。0.005 ％以下に低減すれば、通常の工程での鋼管製造が可能となることから、本発明では、Ｓの上限を0.005 ％とした。なお、好ましくは0.003 ％以下である。
【００１７】
Cr：10.5〜15.0％
Crは、耐CO2 腐食性、耐CO2 応力腐食割れ性を保持するために主要な元素であり、耐食性の観点からは10.5％以上の含有を必要とするが、15.0％を超えて含有すると熱間加工性が劣化する。このことから、Crは10.5〜15.0％の範囲に限定した。
【００１８】
Ni：7.0 ％以下
Niは、保護皮膜を強固にする作用を有し、それにより耐CO2 腐食性、耐CO2 応力腐食割れ性、耐孔食性を高める元素であり、また、固溶強化により鋼管の強度を増加させる元素でもある。Ｃを低減する本発明では、Niは強度増加を主目的に添加されるが、強度増加の観点からは0.5 ％以上含有するのが望ましい。一方、7.0 ％を超える含有はマルテンサイト組織の安定性を損なう。このため、Niは7.0 ％以下に限定した。なお、好ましくは0.5 〜5.5 ％である。
【００１９】
Al：0.05％以下
Alは、強力な脱酸作用を有する元素であるが、0.05％を超える含有は靭性に悪影響を及ぼす。このため、Alは0.05％以下に限定した。
Ｎ：0.03％以下
Ｎは、耐孔食性を著しく向上させる元素であるが、0.03％を超える含有は、Ｃと同様に溶接熱影響部の硬さを増加させ、溶接割れを引き起こす危険性が増大する。このため、Ｎは0.03％以下に限定した。なお、好ましくは0.02％以下である。
【００２０】
Ｏ：0.01％以下
Ｏは、本発明鋼管の性能を十分発揮させるために、極めて重要な元素である。すなわち、Ｏ含有量が多いと各種の酸化物を形成して熱間加工性、耐CO2 応力腐食割れ性、耐孔食性および靭性を著しく劣化させる。このため、Ｏは0.01％以下に限定した。なお、好ましくは0.006 ％以下である。
【００２１】
Ｖ：0.20％以下
Ｖは、靭性を劣化させずに強度を上昇させる作用を有する元素であり、本発明ではＶを含有する。Ｖの含有量が、0.20％を超えると、靭性を低下させる。このため、Ｖ：0.20％以下に限定した。
【００２２】
本発明では、上記した組成に加えて、さらにMo、Cuを単独あるいは複合して含有できる。またさらに上記した各組成に加えてさらに、Ti、Zr、Ｂ、Ｗの１種または２種以上を選択して含有できる。またさらに上記した各組成に加えてさらに、Caを含有できる。
Mo：0.1 〜3.0 ％、Cu：3.5 ％以下のうちの１種または２種
Mo、Cuは、いずれも耐食性を改善する作用を有する元素であり、必要に応じ選択して含有できる。
【００２３】
Moは、Cl- による孔食に対する抵抗性を増加させ、耐食性を改善する元素である。このような効果は、0.1 ％以上の含有で認められるが、一方、3.0 ％を超える含有はδフェライトの発生を招き、耐CO2 腐食性、耐CO2 応力腐食割れ性および熱間加工性を低下させる。また、Moは高価な元素であり3.0 ％を超える含有は経済的に不利となる。このようなことから、Moは0.1 〜3.0 ％の範囲に限定するのが好ましい。なお、より好ましくは0.5 〜2.5 ％である。
【００２４】
Cuは、保護皮膜を強固にして、鋼管中への水素の侵入を抑制し、耐硫化物応力腐食割れ性等の耐食性を高める元素であるが、3.5 ％を超えて含有すると、高温でCuS が粒界析出し、熱間加工性が低下する。このことから、Cuは3.5 ％以下に限定するのが好ましい。なお、より好ましくは0.2 〜2.5 ％である。
Ti：0.3 ％以下、Zr：0.2 ％以下、Ｂ：0.0005〜0.01％、Ｗ：3.0 ％以下のうちの１種または２種以上
Ti、Zr、Ｂ、Ｗは、いずれも強度を上昇させ、耐応力腐食割れ性を改善する作用を有し、本発明では、必要に応じ選択して含有できる。Tiは0.3 ％を、Zrは0.2 ％を、Ｂは0.01％を、Ｗは3.0 ％を、それぞれ超えて含有すると靭性を劣化させるため、Tiは0.3 ％、Zrは0.2 ％、Ｂは0.01％、Ｗは3.0 ％を、それぞれ上限とするのが好ましい。また、Ｂは0.0005％未満では上記した効果が認められないため、0.0005％を下限とするのが好ましい。なお、より好ましくは、Ti：0.01〜0.2 ％、Zr：0.01〜0.1 ％、Ｂ：0.0005〜0.005 ％、Ｗ：0.5 〜2.5 ％である。
【００２５】
Ca：0.0005〜0.01％
Caは、ＳをCaS として固定しＳ系介在物を球状化し、介在物の周囲のマトリックスの格子歪を小さくして、水素のトラップ能を下げ、耐硫化物応力腐食割れ性を向上させる元素であり、必要に応じ含有できる。このような効果は0.0005％以上の含有で顕著となるが、0.01％を超える含有は、CaO の増加を招き、耐CO2 腐食性、耐孔食性を低下させる。このため、Caは0.0005〜0.01％に限定するのが好ましい。なお、より好ましくは0.001 〜0.005 ％である。
【００２６】
Nb：0.20％以下
Nbは、靭性を劣化させずに強度を上昇させる作用を有する元素であり、本発明では、上記した各組成に加えてさらに、Nbを含有できる。Nbの含有量が0.20％を超えると、靭性を低下させる。このため、Nb：0.20％以下に限定するのが好ましい。
上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。
つぎに、本発明に使用する鋼管の製造方法について、説明する。
上記した組成の鋼素材を熱間加工により鋼管とする。
本発明では鋼素材の製造方法についてはとくに限定する必要はない。転炉、電気炉等の通常公知の溶製方法で上記した組成の溶鋼を溶製し、あるいはなおさらに２次精錬等を付加したのち、連続鋳造法等の通常公知の鋳造方法で鋼素材とするのが好ましい。
【００２７】
これら鋼素材を、通常の継目無鋼管の製造工程を用いて継目無鋼管とすればよい。継目無鋼管の製造工程としては、マンネスマン−プラグミル方式の熱間加工による製造工程が好ましい。なお、継目無鋼管以外の電縫鋼管、ＵＯＥ鋼管の製造工程を用いて鋼管としてもよい。
熱間加工により製造された鋼管は、熱間加工のまま、あるいは800 〜1100℃の温度範囲に加熱して冷却する焼入れ処理を施されたのち、焼戻し温度を500 〜750 ℃とする焼戻処理を施すのが好ましい。
【００２８】
上記した組成の鋼管の端部同士を当接し、円周溶接して接合する。このような端部同士の溶接接合を、必要な長さとなるまで繰り返し行い、油井管とする。
本発明では、円周溶接により形成される溶接金属を所定の組成となるように、円周溶接の溶接条件、あるいはさらに溶接材料組成を調整する。本発明における円周溶接の方法は、所定の溶接金属組成が得られればよく、とくに限定する必要はないが、設備の簡易性の観点からアーク溶接法とするのが好ましい。アーク溶接法としては、ガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）法、ガスメタルアーク溶接（ＧＭＡＷ）法、フラックスコアードアーク溶接（ＦＣＷ）法、被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）法が例示できる。
【００２９】
アーク溶接以外の溶接方法、例えば、抵抗溶接、レーザ溶接、電子ビーム溶接等を用いてもよいことはいうまでもない。また、溶接接合に代えて、拡散接合、摩擦接合としてもよい。
つぎに、円周溶接により形成される溶接金属の組成（溶接金属組成）の限定理由について説明する。
【００３０】
Ｃ＋Ｎ：0.3 ％以下
Ｃ、Ｎは、溶接金属の強度を確保するために必要な元素であるが、Ｃ＋Ｎが0.3 ％を超えると溶接割れ発生の危険性が増大するとともに、耐食性が低下する。このため、本発明では溶接金属のＣ＋Ｎを0.3 ％以下に限定した。
Si：1.0 ％以下
Siは、脱酸剤として必要な元素であるが、1.0 ％を超えると溶接金属の靱性を低下させる。このため、Siは1.0 ％以下に限定した。なお、好ましくは、0.1 〜0.5 ％である。
【００３１】
Mn：2.5 ％以下
Mnは、溶接金属の耐溶接割れ性を向上させる作用を有する元素であり、本発明では0.3 ％以上含有することが好ましいが、2.5 ％を超えて含有すると靭性に悪影響を及ぼす。このため、Mnは2.5 ％以下に限定した。なお、好ましくは、0.3 〜1.6 ％である。
【００３２】
Cr：10.5〜24.5％
Crは、耐CO2 腐食性、耐CO2 応力腐食割れ性等の耐食性を保持するために主要な元素であり、耐食性の観点からは10.5％以上の含有を必要とするが、24.5％を超えて含有すると溶接熱影響部の靱性が劣化する。このことから、Crは10.5〜24.5％の範囲に限定した。
【００３３】
Ni：0.5〜5.5％
Niは、保護皮膜を強固にする作用を有し、それにより耐CO2 腐食性、耐CO2 応力腐食割れ性、耐孔食性等の耐食性を高める元素であり、また、固溶強化により溶接金属の強度を増加させる元素でもある。溶接金属の強度保持の観点からは0.5 ％以上含有するのが望ましいが、8.0 ％を超える含有はマルテンサイト組織の安定性を損なうとともに、溶接金属の強度低下を生じ、継手のアンダーマッチングを生じる危険性がある。また、Niを8.0 ％を超えて含有すると、溶接金属の高温割れ発生傾向が増大する。このことから、Niは0.5〜5.5％に限定した。
【００３４】
Ｖ：0.20％以下
Ｖは、溶接金属の靭性を劣化させずに溶接金属の強度を上昇させる作用を有する元素であり、本発明ではＶを含有する。Ｖの含有量が、0.20％を超えると、靭性を低下させる。このため、Ｖ：0.20％以下に限定した。
【００３５】
溶接金属は、上記した溶接金属組成に加えて、さらに、Mo：3.5 ％以下、Cu：3.5 ％以下のうちの１種または２種を含有するのが好ましい。
Mo、Cuは、いずれも耐食性を改善する作用を有する元素であり、必要に応じて溶接金属に含有できる。
Moは、Cl- による孔食に対する抵抗性を増加させ、耐食性を改善する元素である。このような効果を得るためには、0.1 ％以上含有するのが望ましい。一方、3.5 ％を超える含有は溶接金属の靱性を低下させる。このため、Moは3.5 ％以下に限定するのが好ましい。なお、より好ましくは0.5 〜2.5 ％である。
【００３６】
Cuは、保護皮膜を強固にして、溶接金属中への水素の侵入を抑制し、耐硫化物応力腐食割れ性等の耐食性を高める元素であり、0.1 ％以上含有するのが望ましい。しかし、3.5 ％を超えて含有すると、高温割れ感受性が高くなる。このことから、Cuは3.5 ％以下に限定するのが好ましい。なお、より好ましくは0.2 〜2.5 ％である。
【００３７】
Ti：0.3 ％以下、Zr：0.2 ％以下、Ｂ：0.01％以下、Ｗ：3.5 ％以下のうちの１種または２種以上
Ti、Zr、Ｂ、Ｗは、いずれも溶接金属の強度を上昇させ、溶接金属の耐応力腐食割れ性を改善する作用を有し、本発明では、必要に応じ選択して含有できる。Tiは0.3 ％を、Zrは0.2 ％を、Ｂは0.01％を、Ｗは3.0 ％を、それぞれ超えて含有すると靭性を劣化させるため、Tiは0.3 ％、Zrは0.2 ％、Ｂは0.01％、Ｗは3.0 ％を、それぞれ上限とするのが好ましい。なお、より好ましくは、Ti：0.01〜0.2 ％、Zr：0.005 〜0.2 ％、Ｂ：0.0003〜0.005 ％、Ｗ：0.1 〜2.0 ％である。
【００３８】
Ca：0.01％以下
Caは、溶接金属中のＳ、Ｏを固定し、水素トラップ能を下げる作用を有しており、必要に応じ含有できる。0.01％を超える含有は、CaO の増加を招き、靱性を低下させる。このため、Caは0.01％以下に限定するのが好ましい。なお、より好ましくは0.001 〜0.005 ％である。
【００３９】
REM：0.1％以下
REMは、アーク溶接時のアークを安定させ、溶接部の品質を改善する作用を有しており、通常溶接材料に含まれ、溶接金属に含有されるが、溶接金属の靭性からは0.1％以下とするのが好ましい。
Nb：0.20％以下
Nbは、溶接金属の靭性を劣化させずに溶接金属の強度を上昇させる作用を有する元素であり、本発明ではNbを含有してもよい。Nbの含有量が、0.20％を超えると、靭性を低下させる。このため、Nb：0.20％以下に限定するのが好ましい。
溶接金属の上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。
【００４０】
本発明では、素材鋼管の組成に応じ、上記した溶接金属組成が得られるように、素材鋼管からの希釈率を考慮し、溶接条件、あるいはさらに溶接材料の組成を調整する。なお、本発明で、素材鋼管をアーク溶接法を用いて溶接接合するに際し、使用する溶接材料としては、Ｃ：0.03％以下、Ｎ：0.03％以下、Si：0.7 ％以下、Mn：0.3 〜2.0 ％、Cr：10.5〜15％、Ni：7.0 ％以下を含み、あるいはさらにMo：3.5 ％以下、Cu：3.5 ％以下、Ti：0.3 ％以下、Zr：0.2 ％以下、Ca：0.01％以下、Ｂ：0.01％以下、Ｗ：3.0 ％以下、REM ：0.15％以下のうちの１種以上を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる溶接材料（鋼ワイヤ）が好ましい。なお、ＳＡＷ溶接では上記した合金元素の一部はフラックスから添加してもよい。
【００４１】
本発明によれば、母材鋼管自体の耐食性はもちろん、鋼管継手部でも、炭酸ガス、塩素イオンを含む厳しい腐食環境下における全面腐食、孔食等の発生を防止でき、耐食性に優れた溶接継手部を有する油井管となる。また、鋼管継手部におけるガルバニック腐食を防止できる。
【００４２】
【実施例】
表１に示す組成の鋼を転炉で溶製し、真空脱ガス処理を施して精錬したのち、連続鋳造法により鋼管素材（ビレット）とした。これらの鋼管素材を加熱して、マンネスマン−マンドレル方式のミルで造管し外径273 mm×肉厚12.7mmの継目無鋼管とした。ついで、これら鋼管に、表２に示す条件の熱処理（焼入れ−焼戻し）を施し、95ksi グレードのマルテンサイト系ステンレス鋼管とした。
【００４３】
ついで、これら鋼管の端部同士を当接し、表３に示す化学組成を有する溶接材料を用いて、表４に示す溶接条件でアーク溶接により円周溶接し溶接接合して鋼管継手（油井管）を作製した。開先形状は60°のＶ開先とした。なお、溶接金属の組成を鋼管組成、溶接条件から予め予測し、溶接材料の化学成分量を調整した。アーク溶接は、ガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）を用いた。また、円周溶接前後の熱処理は行わなかった。
【００４４】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
ついで、これら鋼管継手の円周溶接部から採取した試験片を用いて腐食試験を実施した。腐食試験方法はつぎの通りとした。
▲１▼炭酸ガス腐食試験
これら鋼管継手の円周溶接部から採取した試験片（大きさ：3.0 ×25×50mm）を、オートクレーブで3.0 MPa の炭酸ガスを飽和した20％NaCl水溶液（液温：100 ℃）中に７日間浸漬したのち引き上げた。引上げた試験片について、腐食生成物を除去したのち、孔食の有無、ガルバニック腐食の有無を目視により調査した。また、腐食試験後の試験片重量を測定し板厚減少量に換算し、腐食速度（mm/y）を求めた。
【００４９】
これらの結果から、孔食の発生したものは○、孔食の発生しなかったものは×として、耐孔食性を評価した。また、ガルバニック腐食の発生したものは○、ガルバニック腐食の発生しなかったものは×として、耐ガルバニック腐食性を評価した。また、実用的に使用可能な腐食速度：0.100mm/y を限界値とし、この限界値以上の腐食速度を示すものは×、限界値未満の腐食速度を示すものは○として、耐全面腐食性を評価した。
【００５０】
それらの結果を表５に示す。
【００５１】
【表５】
【表６】
本発明例は、いずれも、鋼管継手部には孔食およびガルバニック腐食の発生は認められず、優れた耐孔食性、耐ガルバニック腐食を示している。また、本発明例では、鋼管継手部の腐食速度も小さく耐食材料として実用的に使用可能なレベル以上の優れた耐全面腐食性を有している。また、溶接割れの発生も認められず、優れた溶接性を示している。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、溶接接合により高強度油井管を能率よく製造でき、炭酸ガス（CO2 ）、塩素イオン（Cl- ）を含む高温で過酷な腐食環境下においても十分な耐食性を示す油井管を安価に提供でき、産業上格段の効果を奏する。
Claims (8)
- 鋼管の端部同士を円周溶接して接合し油井管とするに当たり、前記鋼管を、質量％で、
Ｃ：0.03％以下、 Si：0.70％以下、
Mn：0.30〜2.00％、 Ｐ：0.03％以下、
Ｓ：0.005％以下、 Cr：10.5〜15.0％、
Ni：7.0％以下、 Al：0.05％以下、
Ｎ：0.03％以下、 Ｏ：0.01％以下、
Ｖ：0.20%以下
を含み、残部Feおよび不可避的不純物よりなる母材組成を有する高強度マルテンサイト系ステンレス鋼管とし、前記円周溶接を、該円周溶接の溶接金属が質量％で、Ｃ＋Ｎ：0.3％以下、Si：1.0％以下、Mn：2.5％以下、Cr：10.5〜24.0％、Ni：0.5〜5.5％およびＶ：0.20％以下を含み、あるいはさらに、Mo：3.5％以下、Cu：3.5％以下、Ti：0.3％以下、Zr：0.2％以下、Ca：0.01％以下、Ｂ：0.01％以下、Ｗ：3.5％以下、REM：0.1％以下のうちの１種以上を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなり、マルテンサイト組織である溶接金属組成となるように、溶接条件あるいはさらに溶接材料を調整して行うことを特徴とする耐食性に優れた高強度油井鋼管継手の作製方法。 - 前記母材組成に加えてさらに、質量％で、Mo：0.1〜3.0％、Cu：3.5％以下のうちの１種または２種を含有することを特徴とする請求項１に記載の高強度油井鋼管継手の作製方法。
- 前記母材組成に加えてさらに、質量％で、Ti：0.3％以下、Zr：0.2％以下、Ｂ：0.0005〜0.01％、Ｗ：3.0％以下のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の高強度油井鋼管継手の作製方法。
- 前記母材組成に加えてさらに、質量％で、Ca：0.0005〜0.01％を含有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の高強度油井鋼管継手の作製方法。
- 前記母材組成に加えてさらに、質量％で、Nb：0.20％以下を含有し、前記溶接金属組成に加えてさらに、質量％で、Nb：0.20％以下を含有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の高強度油井鋼管継手の作製方法。
- 鋼管の端部同士を円周溶接してなる油井鋼管継手であって、前記鋼管を、質量％で、
Ｃ：0.03％以下、 Si：0.70％以下、
Mn：0.30〜2.00％、 Ｐ：0.03％以下、
Ｓ：0.005％以下、 Cr：10.5〜15.0％、
Ni：7.0％以下、 Al：0.05％以下、
Ｎ：0.03％以下、 Ｏ：0.01％以下、
Ｖ：0.20%以下
を含み、あるいはさらにMo：0.1〜3.0％、Cu：3.5％以下のうちの１種または２種および／またはTi：0.3％以下、Zr：0.2％以下、Ｂ：0.0005〜0.01％、Ｗ：3.0％以下のうちの１種または２種以上を含有し、残部Feおよび不可避的不純物よりなる母材組成を有する高強度マルテンサイト系ステンレス鋼管とし、前記円周溶接で形成された溶接金属が質量％で、Ｃ＋Ｎ：0.3％以下、Si：1.0％以下、Mn：2.5％以下、Cr：10.5〜24.0％、Ni：0.5〜5.5％およびＶ：0.20％以下を含み、あるいはさらに、Mo：3.5％以下、Cu：3.5％以下、Ti：0.3％以下、Zr：0.2％以下、Ca：0.01％以下、Ｂ：0.01％以下、Ｗ：3.5％以下、REM：0.1％以下のうちの１種以上を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなり、マルテンサイト組織である溶接金属組成であることを特徴とする耐食性に優れた高強度油井鋼管継手。 - 前記母材組成に加えてさらに、質量％で、Ca：0.0005〜0.01％を含有することを特徴とする請求項６に記載の高強度油井鋼管継手。
- 前記母材組成に加えてさらに、質量％で、Nb：0.20％以下を含有し、前記溶接金属組成に加えてさらに、質量％で、Nb：0.20％以下を含有することを特徴とする請求項６または７に記載の高強度油井鋼管継手。
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