JP5487689B2 - 油井管用マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管の製造方法 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Description
0.8(Nb%)+(V%):0.02〜0.20、
(Cr%)+3.2(Mo%)+16(N%)+0.5(Ni%)−5(C%):17以上、
1.1{(Cr%)+1.5(Si%)+(Mo%)}−(Ni%)−0.5(Mn%)−30{(C%)+(N%)}:6以下、
を満足する、耐応力腐食割れ性および高温引張り特性に優れた油井管用高強度マルテンサイト系ステンレス鋼が提案されている。
(1)質量%で、C:0.015%以下、Si:1.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.020%以下、S:0.010%以下、Al:0.01〜0.10%、Cr:10〜14%、Ni:3〜8%、Ti:0.03〜0.15%、N:0.015%以下、V:0.03%以下を含み、さらに、Cu:1〜4%、Mo:1〜4%、W:1〜4%、Co:1〜4%のうちから選ばれた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からなる組成を有するステンレス継目無鋼管に、750〜820℃の範囲の温度に加熱したのち焼入れする焼入れ処理と、650℃以下の温度で焼き戻す焼戻処理と、を施し、YSが655〜758MPaの高降伏強さとロックウェルC硬さHRC27未満の低硬さとを兼備し、耐SSC性に優れるステンレス継目無鋼管とすることを特徴とする油井管用マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管の製造方法。
(2)(1)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Nb:0.10%以下、Zr:0.10%以下、Hf:0.10%以下、Ta:0.10%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成とすることを特徴とする油井管用マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管の製造方法。
(3)(1)または(2)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Ca:0.010%以下、REM:0.010%以下、Mg:0.010%以下、B:0.010%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成とすることを特徴とする油井管用マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管の製造方法。
本発明では、C:0.015%以下、Si:1.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.020%以下、S:0.010%以下、Al:0.01〜0.10%、Cr:10〜14%、Ni:3〜8%、Ti:0.03〜0.15%、N:0.015%以下、V:0.03%以下を含み、さらに、Cu:1〜4%、Mo:1〜4%、W:1〜4%、Co:1〜4%のうちから選ばれた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からなる組成を有するステンレス継目無鋼管を出発素材とする。
Cは、マルテンサイト系ステンレス鋼の強度に関係する重要な元素であり、所望の高強度を確保するためには、0.003%以上含有することが望ましいが、0.015%を超える含有は、所望の低硬さを実現できなくなるとともに、靭性、さらには耐食性が低下しやすくなる。このため、本発明では、Cは0.015%以下に限定した。なお、好ましくは0.010%以下である。
Siは、通常の製鋼過程において脱酸剤として作用する元素であり、本発明では、0.05%以上含有させることが望ましいが、1.0%を超えて含有すると、靭性が低下し、さらに冷間加工性も低下する。このために、Siは1.0%以下に限定した。なお、好ましくは、安定した強度確保の観点から0.10〜0.30%である。
Mnは、強度を増加させる元素であり、本発明では油井管用鋼管として必要な強度を確保するために0.1%以上含有することが望ましいが、2.0%を超える含有は、靭性に悪影響を及ぼす。このため、Mnは2.0%以下に限定した。なお、好ましくは0.3〜0.8%である。
P:0.020%以下
Pは、耐炭酸ガス腐食性等の耐食性を劣化させる元素であり、この発明では可及的に低減することが望ましいが、極端な低減は製造コストの上昇を招く。工業的に比較的安価に実施可能でかつ耐炭酸ガス腐食性等の耐食性を劣化させない範囲として、Pは0.020%以下に限定した。なお、好ましくは0.015%以下である。
Sは、パイプ製造過程において熱間加工性を著しく劣化させる元素であり、可及的に少ないことが望ましいが、0.010%以下に低減すれば通常工程でのパイプ製造が可能となることから、Sは0.010%以下に限定した。なお、好ましくは0.002%以下である。
Al:0.01〜0.10%
Alは、強力な脱酸作用を有する元素であり、このような効果を得るためには、0.01%以上の含有を必要とするが、0.10%を超える含有は、靭性に悪影響を及ぼす。このため、Alは0.01〜0.10%に限定した。なお、好ましくは0.04%以下である。
Crは、保護被膜を形成して耐食性を向上させる元素で、とくに耐炭酸ガス腐食性、耐炭酸ガス応力腐食割れ性、耐SSC性等の向上に有効に寄与する元素である。Crを10%以上含有すれば、油井管用として必要な耐食性を確保できることから、本発明では10%をCr含有量の下限とした。一方、14%を超える多量の含有は、フェライトの生成が容易となり、マルテンサイト相の安定確保または熱間加工性の低下防止のために、多量の高価なオーステナイト生成元素の添加を必要とし経済的に不利となる。このため、Crは10〜14%の範囲に限定した。なお、好ましくは、所望の耐食性と焼戻後の強度安定化や熱間加工性の確保という観点から11.5〜13.5%である。
Niは、保護被膜を強固にする作用を有し、耐炭酸ガス腐食性等の耐食性を高めるとともに靭性をも向上させる元素である。このような効果を得るためには、3%以上の含有を必要とするが、8%を超える含有は、オーステナイト相を安定化させ、マルテンサイト相の形成を困難とし、安定した組織形成を妨げるとともに、製造コストの高騰を招く。このため、Niは3〜8%以下の範囲に限定した。なお、好ましくは5〜7%である。
Tiは、本発明では重要な元素であり、Cと結合しTi炭化物を形成し、固溶Cを減少させ、極低C化とともに、所望の低硬さを実現させる本発明では重要な元素であり、このような効果を得るためには0.03%以上の含有を必要とする。一方、0.15%を超える含有は、靭性を低下させる。このため、Tiは0.03〜0.15%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.06〜0.10%である。
Nは、耐孔食性を向上させる作用を有するとともに、鋼中に固溶し、Cと同様に強度を増加させる作用を有する元素である。また、Nは、Tiと結合しTi窒化物を形成し、低硬さ化に有効に作用する有効Ti量を低減する。このため、本発明では、Nはできるだけ低減することが望ましい。0.015%を超えて含有すると、所望の低硬さを達成できなくなるため、本発明では、Nは0.015%以下に限定した。なお、好ましくは0.010%以下である。
Cu、Mo、W、Coはいずれも、耐食性を向上させる作用を有する元素であり、必要に応じて選択して含有する。
Cuは、保護皮膜を強固にして耐孔食性を向上させる作用を有し、耐食性向上に有効に作用する元素であり、このような効果を得るためには、1%以上含有することが望ましい。一方、4%を超える含有は、一部が析出して靭性を低下させる。このため、含有する場合には、Cuは、1〜4%に限定した。なお、好ましくは1〜2%である。
Coは、保護膜を強固にして耐孔食性向上に有効に作用する元素であり、このような効果を得るためには、1%以上含有することが望ましい。一方、4%を超えて含有すると、靭性が低下するとともに、材料コストを高騰させる。このため、含有する場合には、Coは1〜4%に限定した。なお、好ましくは1〜2%である。
Nb:0.10%以下、Zr:0.10%以下、Hf:0.10%以下、Ta:0.10%以下のうちから選ばれた1種または2種以上
Nb、Zr、Hf、Taは、いずれも炭化物を形成し、鋼の強度を増加させる作用を有する元素であり、必要に応じて選択して1種または2種以上を含有できる。
Ca、REM、Mg、Bはいずれも、介在物の形状制御を介し、耐食性、とくに耐SSC性を向上させる作用を有する元素であり、必要に応じて1種または2種以上を選択し含有できる。このような効果を得るためには、Ca:0.0005%以上、REM:0.0005%以上、Mg:0.0005%以上、B:0.0005%以上含有することが望ましいが、Ca:0.010%、REM:0.010%、Mg:0.010%、B:0.010%をそれぞれ超える含有は、靭性、耐炭酸ガス腐食性を低下させる。このため、含有する場合には、Ca:0.010%以下、REM:0.010%以下、Mg:0.010%以下、B:0.010%以下にそれぞれ限定することが好ましい。
本発明では、上記した組成を有する出発素材の製造方法はとくに限定する必要はないが、上記した組成を有する溶鋼を、転炉、電気炉、真空溶解炉等の通常公知の溶製方法で溶製し、連続鋳造法、造塊−分塊圧延法等、通常の方法でビレット等の鋼管素材とすることが好ましい。ついで、これら鋼管素材を加熱し、通常のマンネスマン−プラグミル方式、あるいはマンネスマン−マンドレルミル方式の製造工程を用いて熱間加工し造管して、所望寸法の継目無鋼管とし、出発素材とすることが好ましい。なお、プレス方式による熱間押出で継目無鋼管を製造してもよい。また、造管後、継目無鋼管は、空冷以上の冷却速度で室温まで冷却することが好ましい。
本発明における焼入れ処理は、750〜820℃の範囲の温度に加熱したのち焼入れする処理とする。この範囲内の温度に加熱し、焼入れすることにより、微細なマルテンサイト相が形成され、焼戻処理時に、急激なγの形成が抑制されて、形成するγ量を適正範囲内に調整することが容易となるとともに、Ti炭化物の析出を促進する。このため、焼戻温度変化に伴う降伏強さの変化(低下)が小さく、安定して所望の降伏強さ、および所望の低硬さを確保することが可能となる。焼入れの加熱温度が、750℃未満では、完全なオーステナイト化が達成できず、焼戻後に所望の降伏強さを確保できなくなる。一方、820℃を超えると、オーステナイト粒が粗大となり、その後の焼戻処理で、急激なオーステナイト形成が生じるため、オーステナイト量の調整が難しくなる。その結果、降伏強さのばらつきが生じ、所望の降伏強さを安定して確保できなくなる。なお、焼入れ時の冷却は、加熱温度から空冷またはそれ以上の冷却速度で100℃以下の温度域まで冷却することが好ましい。本発明における出発素材は焼入れ性が高いため、空冷程度の冷却速度で100℃以下の温度域まで冷却すれば、十分な焼入れ組織(マルテンサイト組織)を得ることができる。また、焼入れ温度における保持時間は、10min以上とすることが組織の均一化の観点から好ましい。
以下、さらに実施例に基づいて、本発明を説明する。
得られた継目無鋼管から、試験材(鋼管)を採取し、該試験材(鋼管)に表2に示す条件で焼入れ処理、焼戻処理を施した。
また、焼入れ処理および焼戻処理試験材(鋼管)から、引張方向が管軸方向となるように、API弧状引張試験片を採取し、API−5CTの規定に準拠して、引張試験を実施し引張特性(降伏強さYS、引張強さTS)を求めた。
また、試験材から、厚さ3mm×幅30mm×長さ40mmの腐食試験片を機械加工によって作製し、腐食試験を実施した。
また、SSC試験は、NACE TM0177の Method−Aに準拠して実施した。試験溶液は5%NaCl-0.5%CH3COOH水溶液にCH3COONaを加えてpHを3.5としたものを用いた。なお、硫化水素分圧は0.10barとした。負荷応力は655MPaとした。
Claims (3)
- 質量%で、
C:0.015%以下、 N:0.015%以下、
Si:1.0%以下、 Mn:2.0%以下、
P:0.020%以下、 S:0.010%以下、
Al:0.01〜0.10%、 Cr:10〜14%、
Ni:3〜8%、 Ti:0.03〜0.15%、
V:0.03%以下
を含み、さらに、Cu:1〜4%、Mo:1〜4%、W:1〜4%、Co:1〜4%のうちから選ばれた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からなる組成を有するステンレス継目無鋼管に、
750〜820℃の範囲の温度に加熱したのち焼入れする焼入れ処理と、
650℃以下の温度で焼き戻す焼戻処理と、
を施し、YSが655〜758MPaの高強度とロックウェルC硬さHRC27未満の低硬さとを兼備し、耐SSC性に優れるステンレス継目無鋼管とすることを特徴とする油井管用マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管の製造方法。 - 前記組成に加えてさらに、質量%で、Nb:0.10%以下、Zr:0.10%以下、Hf:0.10%以下、Ta:0.10%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成とすることを特徴とする請求項1に記載の油井管用マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管の製造方法。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Ca:0.010%以下、REM:0.010%以下、Mg:0.010%以下、B:0.010%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成とすることを特徴とする請求項1または2に記載の油井管用マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管の製造方法。
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