JP5924256B2 - 耐食性に優れた油井用高強度ステンレス鋼継目無管およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、原油あるいは天然ガスの油井、ガス井等に用いて好適な、高強度ステンレス鋼製継目無鋼管（以下、高強度ステンレス鋼継目無管ともいう）に係り、とくに炭酸ガス（CO２）、塩素イオン（Cl−）を含み、200℃までの高温の極めて厳しい腐食環境下での耐炭酸ガス腐食性、および硫化水素（H2S）を含む環境下での耐硫化物応力割れ性に優れた油井用として好適な高強度ステンレス鋼継目無管に関する。なお、本発明で対象とする高強度ステンレス鋼継目無管は、降伏強さ：110ksi〜125 ksi級の強度、すなわち降伏強さが758MPa以上1034MPa以下の強度を有する鋼管とする。
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という観点から、従来、省みられなかったような深度が深い油田や、硫化水素等を含む、いわゆるサワー環境下にある厳しい腐食環境の油田やガス田等の開発が盛んになっている。このような油田、ガス田は一般に深度が極めて深く、またその雰囲気も高温でかつ、CO２、Cl−、さらにはH２Sを含む厳しい腐食環境となっている。このような環境下で使用される油井用鋼管には、高強度で、かつ優れた耐食性（耐硫化物応力割れ性、耐炭酸ガス腐食性）を兼ね備えた材質を有することが要求される。
従来から、炭酸ガスCO２、塩素イオンCl−等を含む環境の油田、ガス田では、採掘に使用する油井管として13％Cr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。さらに、最近では13Crマルテンサイト系ステンレス鋼のＣを低減し、Ni、Mo等を増加させた成分系の改良型13Crマルテンサイト系ステンレス鋼の使用も拡大している。
例えば、特許文献１には、13％Crマルテンサイト系ステンレス鋼 (鋼管）の耐食性を改善した、改良型マルテンサイト系ステンレス鋼 (鋼管)が記載されている。特許文献１に記載されたステンレス鋼（鋼管）は、10〜15％Crを含有するマルテンサイト系ステンレス鋼の組成で、Ｃを0.005〜0.05％と制限し、Ni：4.0％以上、Cu：0.5〜３％を複合添加し、さらにMoを1.0〜3.0％添加し、さらにNieqを−10以上に調整した組成とし、 組織を焼戻しマルテンサイト相、マルテンサイト相、残留オーステナイト相からなり、焼戻しマルテンサイト相、マルテンサイト相の合計の分率が60〜90％である、耐食性、耐硫化物応力腐食割れ性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼である。これにより、湿潤炭酸ガス環境および湿潤硫化水素環境における耐食性と耐硫化物応力腐食割れ性が向上するとしている。
例えば、特許文献１には、13％Crマルテンサイト系ステンレス鋼 (鋼管）の耐食性を改善した、改良型マルテンサイト系ステンレス鋼 (鋼管)が記載されている。特許文献１に記載されたステンレス鋼（鋼管）は、10〜15％Crを含有するマルテンサイト系ステンレス鋼の組成で、Ｃを0.005〜0.05％と制限し、Ni：4.0％以上、Cu：0.5〜３％を複合添加し、さらにMoを1.0〜3.0％添加し、さらにNieqを−10以上に調整した組成とし、 組織を焼戻しマルテンサイト相、マルテンサイト相、残留オーステナイト相からなり、焼戻しマルテンサイト相、マルテンサイト相の合計の分率が60〜90％である、耐食性、耐硫化物応力腐食割れ性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼である。これにより、湿潤炭酸ガス環境および湿潤硫化水素環境における耐食性と耐硫化物応力腐食割れ性が向上するとしている。
また、最近では、更なる高温（200℃までの高温）の腐食環境下での油井の開発が進められている。しかし、特許文献１に記載された技術では、このような高温の腐食環境下では、安定して所望の耐食性を十分に確保できないという問題があった。
そこで、このような高温での腐食環境下で使用できる、耐食性、耐硫化物応力腐食割れ性に優れた油井用鋼管が要望され、種々のマルテンサイト系ステンレス鋼管が提案されている。
そこで、このような高温での腐食環境下で使用できる、耐食性、耐硫化物応力腐食割れ性に優れた油井用鋼管が要望され、種々のマルテンサイト系ステンレス鋼管が提案されている。
例えば、特許文献２には、C：0.005〜0.05％、Si：0.05〜0.5％、Mn：0.2〜1.8％、Cr：15.5〜18％、Ni：1.5〜５％、Mo：１〜3.5％、V：0.02〜0.2％、N：0.01〜0.15％、O：0.006％以下を含有し、Cr、Ni、Mo、Cu、Cが特定な関係式を、さらに、Cr、Mo、Si、C、Mn、Ni、Cu、Nが特定な関係式を満足する組成を有し、さらにマルテンサイト相をベース相とし、フェライト相を体積率で10〜60％、あるいはさらに体積率で30％以下の残留オーステナイト相を含有する組織を有する耐食性に優れた高強度ステンレス鋼管が記載されている。これにより、CO２、Cl−を含む230℃までの高温の厳しい腐食環境下においても十分な耐食性を有し、高強度さらには高靭性の油井用ステンレス鋼管を安定して製造できるとしている。
また、特許文献３には、高靭性でかつ耐食性に優れた油井用高強度ステンレス鋼管が記載されている。特許文献３に記載された鋼管は、mass％で、C：0.04％以下、Si：0.50％以下、Mn：0.20〜1.80％、Cr：15.5〜17.5％、Ni：2.5〜5.5％、V：0.20％以下、Mo：1.5〜3.5％、W：0.50〜3.0％、Al：0.05％以下、N：0.15％以下、O：0.006％以下を含み、かつCr、Mo、W、Cが特定の関係式を、またCr、Mo、W、Si、C、Mn、Cu、Ni、Nが特定の関係式を、さらにMo、Wが特定の関係式を、それぞれ満足するように含有する組成と、マルテンサイト相をベース相とし、フェライト相を体積率で10〜50％を含有する組織とを有する鋼管である。これにより、CO２、Cl−を含み、さらにH２Sを含む高温の厳しい腐食環境下においても十分な耐食性を示す油井用高強度ステンレス鋼管を安定して製造できるとしている。
また、特許文献４には、耐硫化物応力割れ性と耐高温炭酸ガス腐食性に優れた高強度ステンレス鋼管が記載されている。特許文献４に記載された鋼管は、質量％で、C：0.05％以下、Si：1.0％以下、Cr：16％超18％以下、Mo：２％超３％以下、Cu：1〜3.5％、Ni：３％以上５％未満、Al：0.001〜0.1％を含み、かつMn：１％以下、N：0.05％以下の領域で、MnとＮが特定の関係を満足するように含有する組成と、マルテンサイト相を主体とし、体積率で10〜40％のフェライト相と、体積率で10％以下の残留γ相を含む組織とを有する鋼管である。これにより、高強度で、さらに200℃という高温の炭酸ガス環境でも十分な耐食性を有し、環境ガス温度が低下したときでも、十分な耐硫化物応力割れ性を有する、耐食性に優れたステンレス鋼管となるとしている。
また、特許文献５には、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、Cr、Cu、Ni、Moが特定関係を満足し、さらに、（C＋N）、Mn、Ni、Cu、（Cr＋Mo）が特定関係を満足する組成を有し、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み、フェライト相が、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１列に配列された複数の仮想線分と交差する割合が85％よりも多い組織を有し、758MPa以上の耐力を有する油井用ステンレス鋼が記載されている。これにより、高温環境で優れた耐食性を有し、常温での耐SCC性に優れた油井用ステンレス鋼となるとしている。
特許文献２〜５に記載された技術では、Crを15質量％を超えて含有させて、耐食性を向上させている。しかし、高価な合金元素であるCrの増量は、製造コストの高騰を招き、経済的に不利となるという問題がある。
本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、Cr含有量を高めることなく、15質量％程度の比較的低いCr含有組成で、CO２、Cl−を含み200℃までの高温の極めて厳しい腐食環境下における耐食性（耐炭酸ガス腐食性）、さらにH２Sを含む環境下における耐食性（耐硫化物応力割れ性）に優れた油井用高強度ステンレス鋼継目無管およびその製造方法を提供することを目的とする。なお、ここでいう「高強度」とは、降伏強さ：110ksi（758MPa）以上を有する場合をいうものとする。
本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、Cr含有量を高めることなく、15質量％程度の比較的低いCr含有組成で、CO２、Cl−を含み200℃までの高温の極めて厳しい腐食環境下における耐食性（耐炭酸ガス腐食性）、さらにH２Sを含む環境下における耐食性（耐硫化物応力割れ性）に優れた油井用高強度ステンレス鋼継目無管およびその製造方法を提供することを目的とする。なお、ここでいう「高強度」とは、降伏強さ：110ksi（758MPa）以上を有する場合をいうものとする。
本発明者らは、上記した目的を達成するために、15質量％程度の比較的低いCr含有組成のステンレス鋼管について、CO２、Cl−を含み200℃までの高温の腐食環境下における耐食性、さらにH２Sを含む環境下における耐食性に及ぼす各種要因について鋭意検討した。その結果、組織を、マルテンサイト相を主体とし、第二相が体積率で10〜60％のフェライト相、あるいはさらに体積率で30％以下の残留オーステナイト相からなる複合組織とすることにより、CO２、Cl−を含み200℃までの高温の環境下においても優れた耐炭酸ガス腐食性を有し、さらにH２Sを含む腐食環境下においても、17Cr鋼と同程度の耐硫化物応力腐食割れ性を確保できることを見出した。
そして、本発明者らの更なる検討によれば、15質量％程度の比較的低いCr含有組成において、組織を、所望の複合組織とするためには、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、Nを次（１）式
−5.9×（7.82＋27C−0.91Si＋0.21Mn−0.9Cr＋Ni−1.1Mo−0.55W＋0.2Cu＋11N）≧13.0‥（１）
（ここで、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、N：各元素の含有量（質量％））
を満足するように調整して、含有させることが肝要になることを見出した。なお、（１）式の左辺は、フェライト相の生成傾向を示す指数として本発明者らが実験的に求めたものであり、本発明者らは、（１）式を満足させるように合金元素量、種類を調整することが、所望の複合組織を実現するために重要となることを見出した。
−5.9×（7.82＋27C−0.91Si＋0.21Mn−0.9Cr＋Ni−1.1Mo−0.55W＋0.2Cu＋11N）≧13.0‥（１）
（ここで、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、N：各元素の含有量（質量％））
を満足するように調整して、含有させることが肝要になることを見出した。なお、（１）式の左辺は、フェライト相の生成傾向を示す指数として本発明者らが実験的に求めたものであり、本発明者らは、（１）式を満足させるように合金元素量、種類を調整することが、所望の複合組織を実現するために重要となることを見出した。
マルテンサイト相と少なくともフェライト相との複合組織とすることにより、17％Cr系鋼と同等の耐硫化物応力割れ性が確保できることについて、本発明者らはつぎのように考えている。
フェライト相が耐ピット性（耐孔食性）に優れる相であり、しかも、高温から低温まで安定であることから、フェライト相が圧延方向に、すなわち管軸方向に層状に析出する。このため、層状組織が硫化物応力割れ試験の負荷応力方向と直交する方向となり、すなわち、硫化物応力割れ（SSC）試験時の負荷応力の方向と、割れ（SSC）が進展しやすい方向とが直交して、割れ（SSC）の進展が抑制され、耐食性（耐SSC性）が向上すると推察している。
フェライト相が耐ピット性（耐孔食性）に優れる相であり、しかも、高温から低温まで安定であることから、フェライト相が圧延方向に、すなわち管軸方向に層状に析出する。このため、層状組織が硫化物応力割れ試験の負荷応力方向と直交する方向となり、すなわち、硫化物応力割れ（SSC）試験時の負荷応力の方向と、割れ（SSC）が進展しやすい方向とが直交して、割れ（SSC）の進展が抑制され、耐食性（耐SSC性）が向上すると推察している。
本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨はつぎのとおりである。
（１）質量％で、C ：0.01〜0.05％、Si：0.5％以下、Mn：0.15〜1.0％、P：0.030％以下、S：0.005％以下、Cr：13.5〜15.4％、Ni：3.5〜6.0％、Mo：1.5〜5.0％、Cu：0.3〜3.5％、W ：0.5〜2.5％、N：0.15％以下を、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、Nが次（１）式
−5.9×（7.82＋27C−0.91Si＋0.21Mn−0.9Cr＋Ni−1.1Mo−0.55W＋0.2Cu＋11N）≧13.0‥（１）
（ここで、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、N：各元素の含有量（質量％））
を満足するように含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする耐食性に優れた油井用高強度ステンレス鋼継目無管。
（２）質量％で、C ：0.01〜0.05％、Si：0.5％以下、Mn：0.15〜1.0％、P ：0.030％以下、S ：0.005％以下、Cr：13.5〜15.4％、Ni：3.5〜6.0％、Mo：1.5〜5.0％、Cu：0.3〜3.5％、W ：0.85〜2.5％、N ：0.15％以下を、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、Nが次（１）式
−5.9×（7.82＋27C−0.91Si＋0.21Mn−0.9Cr＋Ni−1.1Mo−0.55W＋0.2Cu＋11N）≧13.0‥（１）
（ここで、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、N：各元素の含有量（質量％））
を満足するように含有し、さらに、Al：0.10％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする耐食性に優れた油井用高強度ステンレス鋼継目無管。
（３）（１）または（２）において、前記組成に加えてさらに、質量％で、V：0.02〜0.12％を含有することを特徴とする油井用高強度ステンレス鋼継目無管。
（４）（１）ないし（３）のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量％で、Nb：0.02〜0.50％，Ti：0.02〜0.16％、Zr：0.50％以下、B：0.0030％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有することを特徴とする油井用高強度ステンレス鋼継目無管。
（５）（１）ないし（４）のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量％で、REM：0.005％以下、Ca：0.005％以下、Sn：0.20％以下のうちから選らばれた１種または２種以上を含有することを特徴とする油井用高強度ステンレス鋼継目無管。
（６）（１）ないし（５）のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、マルテンサイト相をベース相とし、第二相としてフェライト相を体積率で10〜60％を含む組織を有することを特徴とする油井用高強度ステンレス鋼継目無管。
（７）（６）において、前記組織に加えてさらに、残留オーステナイト相を体積率で30％以下含有することを特徴とする油井用高強度ステンレス鋼継目無管。
（８）質量％で、C ：0.01〜0.05％、Si：0.5％以下、Mn：0.15〜1.0％、P：0.030％以下、S：0.005％以下、Cr：13.5〜15.4％、Ni：3.5〜6.0％、Mo：1.5〜5.0％、Cu：0.3〜3.5％、W ：0.5〜2.5％、N：0.15％以下を、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、Nが次（１）式
−5.9×（7.82＋27C−0.91Si＋0.21Mn−0.9Cr＋Ni−1.1Mo−0.55W＋0.2Cu＋11N）≧13.0‥‥（１）
（ここで、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、N：各元素の含有量（質量％））
を満足するように含有し、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鋼継目無管を、850℃以上の加熱温度に加熱したのち、空冷以上の冷却速度で50℃以下の温度まで冷却する焼入れ処理と、Ａc1変態点以下の温度に加熱し冷却する焼戻処理とを施すことを特徴とする耐食性に優れた油井用高強度ステンレス鋼継目無管の製造方法。
（９）（８）において、前記ステンレス鋼継目無管に代えて、質量％で、C ：0.01〜0.05％、Si：0.5％以下、Mn：0.15〜1.0％、P ：0.030％以下、S ：0.005％以下、Cr：13.5〜15.4％、Ni：3.5〜6.0％、Mo：1.5〜5.0％、Cu：0.3〜3.5％、W ：0.85〜2.5％、N ：0.15％以下を、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、Nが前記（１）式を満足するように含有し、さらに、Al：0.10％以下を含有し、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鋼継目無管とすることを特徴とする油井用高強度ステンレス鋼継目無管の製造方法。
（１０）（８）または（９）において、前記組成に加えてさらに、質量％で、Ｖ：0.02〜0.12％を含有することを特徴とする油井用高強度ステンレス鋼継目無管の製造方法。
（１１）（８）ないし（１０）のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量％で、Nb：0.02〜0.50％、Ti：0.02〜0.16％、Zr：0.50％以下、B：0.0030％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有することを特徴とする油井用高強度ステンレス鋼継目無管の製造方法。
（１２）（８）ないし（１１）のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量％で、REM：0.005％以下、Ca：0.005％以下、Sn：0.20％以下のうちから選らばれた１種または２種以上を含有することを特徴とする油井用高強度ステンレス鋼継目無管の製造方法。
（１）質量％で、C ：0.01〜0.05％、Si：0.5％以下、Mn：0.15〜1.0％、P：0.030％以下、S：0.005％以下、Cr：13.5〜15.4％、Ni：3.5〜6.0％、Mo：1.5〜5.0％、Cu：0.3〜3.5％、W ：0.5〜2.5％、N：0.15％以下を、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、Nが次（１）式
−5.9×（7.82＋27C−0.91Si＋0.21Mn−0.9Cr＋Ni−1.1Mo−0.55W＋0.2Cu＋11N）≧13.0‥（１）
（ここで、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、N：各元素の含有量（質量％））
を満足するように含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする耐食性に優れた油井用高強度ステンレス鋼継目無管。
（２）質量％で、C ：0.01〜0.05％、Si：0.5％以下、Mn：0.15〜1.0％、P ：0.030％以下、S ：0.005％以下、Cr：13.5〜15.4％、Ni：3.5〜6.0％、Mo：1.5〜5.0％、Cu：0.3〜3.5％、W ：0.85〜2.5％、N ：0.15％以下を、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、Nが次（１）式
−5.9×（7.82＋27C−0.91Si＋0.21Mn−0.9Cr＋Ni−1.1Mo−0.55W＋0.2Cu＋11N）≧13.0‥（１）
（ここで、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、N：各元素の含有量（質量％））
を満足するように含有し、さらに、Al：0.10％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする耐食性に優れた油井用高強度ステンレス鋼継目無管。
（３）（１）または（２）において、前記組成に加えてさらに、質量％で、V：0.02〜0.12％を含有することを特徴とする油井用高強度ステンレス鋼継目無管。
（４）（１）ないし（３）のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量％で、Nb：0.02〜0.50％，Ti：0.02〜0.16％、Zr：0.50％以下、B：0.0030％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有することを特徴とする油井用高強度ステンレス鋼継目無管。
（５）（１）ないし（４）のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量％で、REM：0.005％以下、Ca：0.005％以下、Sn：0.20％以下のうちから選らばれた１種または２種以上を含有することを特徴とする油井用高強度ステンレス鋼継目無管。
（６）（１）ないし（５）のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、マルテンサイト相をベース相とし、第二相としてフェライト相を体積率で10〜60％を含む組織を有することを特徴とする油井用高強度ステンレス鋼継目無管。
（７）（６）において、前記組織に加えてさらに、残留オーステナイト相を体積率で30％以下含有することを特徴とする油井用高強度ステンレス鋼継目無管。
（８）質量％で、C ：0.01〜0.05％、Si：0.5％以下、Mn：0.15〜1.0％、P：0.030％以下、S：0.005％以下、Cr：13.5〜15.4％、Ni：3.5〜6.0％、Mo：1.5〜5.0％、Cu：0.3〜3.5％、W ：0.5〜2.5％、N：0.15％以下を、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、Nが次（１）式
−5.9×（7.82＋27C−0.91Si＋0.21Mn−0.9Cr＋Ni−1.1Mo−0.55W＋0.2Cu＋11N）≧13.0‥‥（１）
（ここで、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、N：各元素の含有量（質量％））
を満足するように含有し、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鋼継目無管を、850℃以上の加熱温度に加熱したのち、空冷以上の冷却速度で50℃以下の温度まで冷却する焼入れ処理と、Ａc1変態点以下の温度に加熱し冷却する焼戻処理とを施すことを特徴とする耐食性に優れた油井用高強度ステンレス鋼継目無管の製造方法。
（９）（８）において、前記ステンレス鋼継目無管に代えて、質量％で、C ：0.01〜0.05％、Si：0.5％以下、Mn：0.15〜1.0％、P ：0.030％以下、S ：0.005％以下、Cr：13.5〜15.4％、Ni：3.5〜6.0％、Mo：1.5〜5.0％、Cu：0.3〜3.5％、W ：0.85〜2.5％、N ：0.15％以下を、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、Nが前記（１）式を満足するように含有し、さらに、Al：0.10％以下を含有し、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鋼継目無管とすることを特徴とする油井用高強度ステンレス鋼継目無管の製造方法。
（１０）（８）または（９）において、前記組成に加えてさらに、質量％で、Ｖ：0.02〜0.12％を含有することを特徴とする油井用高強度ステンレス鋼継目無管の製造方法。
（１１）（８）ないし（１０）のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量％で、Nb：0.02〜0.50％、Ti：0.02〜0.16％、Zr：0.50％以下、B：0.0030％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有することを特徴とする油井用高強度ステンレス鋼継目無管の製造方法。
（１２）（８）ないし（１１）のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量％で、REM：0.005％以下、Ca：0.005％以下、Sn：0.20％以下のうちから選らばれた１種または２種以上を含有することを特徴とする油井用高強度ステンレス鋼継目無管の製造方法。
本発明によれば、15質量％程度の比較的低いCr含有組成でも、CO２、Cl−を含み200℃までの高温の腐食環境下における優れた耐炭酸ガス腐食性、さらに17質量％程度のCr含有組成鋼と同等の、H２Sを含む環境下における優れた耐硫化物応力割れ性を有する高強度ステンレス鋼継目無管を、比較的安価に製造でき、産業上格段の効果を奏する。
本発明の油井用高強度ステンレス鋼継目無管は、質量％で、C：0.05％以下、Si：0.5％以下、Mn：0.15〜1.0％、P：0.030％以下、S：0.005％以下、Cr：13.5〜15.4％、Ni：3.5〜6.0％、Mo：1.5〜5.0％、Cu：3.5％以下、W：2.5％以下、N：0.15％以下を含み、かつC、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、Nが次（１）式
−5.9×（7.82＋27C−0.91Si＋0.21Mn−0.9Cr＋Ni−1.1Mo−0.55W＋0.2Cu＋11N）≧13.0‥（１）
（ここで、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Ｗ、Cu、N：各元素の含有量（質量％））
を満足するように含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する。
−5.9×（7.82＋27C−0.91Si＋0.21Mn−0.9Cr＋Ni−1.1Mo−0.55W＋0.2Cu＋11N）≧13.0‥（１）
（ここで、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Ｗ、Cu、N：各元素の含有量（質量％））
を満足するように含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する。
まず、本発明鋼管の組成限定理由について説明する。以下、とくに断わらないかぎり、質量％は単に％で記す。
C：0.05％以下
Cは、マルテンサイト系ステンレス鋼の強度を増加させる重要な元素であり、本発明では、所望の強度を確保するために0.01％以上含有することが望ましいが、0.05％を超えて含有すると、耐硫化物応力割れ性が低下する。このため、Cは0.05％以下に限定した。なお、好ましくは0.02〜0.04％である。
C：0.05％以下
Cは、マルテンサイト系ステンレス鋼の強度を増加させる重要な元素であり、本発明では、所望の強度を確保するために0.01％以上含有することが望ましいが、0.05％を超えて含有すると、耐硫化物応力割れ性が低下する。このため、Cは0.05％以下に限定した。なお、好ましくは0.02〜0.04％である。
Si：0.5％以下
Siは、脱酸剤として作用する元素であり、このためには0.1％以上含有することが望ましい。一方、0.5％を超えて含有すると熱間加工性が低下する。このため、Siは0.5％以下に限定した。なお、好ましくは0.2〜0.3％である。
Mn：0.15〜1.0％
Mnは、鋼の強度を増加させる元素であり、所望の強度を確保するために本発明では0.15％以上の含有を必要とする。一方、1.0％を超えて含有すると、靭性が低下する。このため、Mnは0.15〜1.0％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.2〜0.5％である。
Siは、脱酸剤として作用する元素であり、このためには0.1％以上含有することが望ましい。一方、0.5％を超えて含有すると熱間加工性が低下する。このため、Siは0.5％以下に限定した。なお、好ましくは0.2〜0.3％である。
Mn：0.15〜1.0％
Mnは、鋼の強度を増加させる元素であり、所望の強度を確保するために本発明では0.15％以上の含有を必要とする。一方、1.0％を超えて含有すると、靭性が低下する。このため、Mnは0.15〜1.0％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.2〜0.5％である。
P：0.030％以下
Pは、耐炭酸ガス腐食性、耐孔食性および耐硫化物応力割れ性等の耐食性を低下させるため、本発明ではできるだけ低減することが好ましいが、0.030％以下であれば許容できる。このようなことから、Pは0.030％以下に限定した。なお、好ましくは0.020％以下である。
Pは、耐炭酸ガス腐食性、耐孔食性および耐硫化物応力割れ性等の耐食性を低下させるため、本発明ではできるだけ低減することが好ましいが、0.030％以下であれば許容できる。このようなことから、Pは0.030％以下に限定した。なお、好ましくは0.020％以下である。
S：0.005％以下
Sは、熱間加工性を著しく低下させる、パイプ製造工程の安定操業を阻害する元素であり、できるだけ低減することが好ましいが、0.005％以下であれば通常工程のパイプ製造が可能となる。このようなことから、Sは0.005％以下に限定した。好ましくは0.002％以下である。
Sは、熱間加工性を著しく低下させる、パイプ製造工程の安定操業を阻害する元素であり、できるだけ低減することが好ましいが、0.005％以下であれば通常工程のパイプ製造が可能となる。このようなことから、Sは0.005％以下に限定した。好ましくは0.002％以下である。
Cr：13.5〜15.4％
Crは、保護皮膜を形成して耐食性向上に寄与する元素であり、本発明では13.5％以上の含有を必要とする。一方、15.4％を超える含有は、フェライト分率が高くなり所望の高強度を確保できない。このため、Crは13.5〜15.4％の範囲に限定した。なお、好ましくは14.0〜15.0％である。
Crは、保護皮膜を形成して耐食性向上に寄与する元素であり、本発明では13.5％以上の含有を必要とする。一方、15.4％を超える含有は、フェライト分率が高くなり所望の高強度を確保できない。このため、Crは13.5〜15.4％の範囲に限定した。なお、好ましくは14.0〜15.0％である。
Ni：3.5〜6.0％
Niは、保護膜を強固にして耐食性を高める作用を有する元素である。また、Niは、固溶強化で鋼の強度を増加させる。このような効果は3.5％以上の含有で顕著になる。一方、6.0％を超える含有は、マルテンサイト相の安定性が低下し強度が低下する。このため、Niは3.5〜6.0％の範囲に限定した。なお、好ましくは3.5〜5.0％である。
Niは、保護膜を強固にして耐食性を高める作用を有する元素である。また、Niは、固溶強化で鋼の強度を増加させる。このような効果は3.5％以上の含有で顕著になる。一方、6.0％を超える含有は、マルテンサイト相の安定性が低下し強度が低下する。このため、Niは3.5〜6.0％の範囲に限定した。なお、好ましくは3.5〜5.0％である。
Mo：1.5〜5.0％
Moは、Cl−や低pHによる孔食に対する抵抗性を増加させる元素であり、本発明では1.5％以上の含有を必要とする。1.5％未満の含有では、苛酷な腐食環境下での耐食性が十分であるとはいえない。一方、Moは高価な元素であり5.0％を超える多量の含有は、製造コストの高騰を招くうえ、χ相が析出し、靭性、耐食性を低下する。このため、Moは1.5〜5.0％の範囲に限定した。なお、好ましくは3.0〜5.0％である。
Moは、Cl−や低pHによる孔食に対する抵抗性を増加させる元素であり、本発明では1.5％以上の含有を必要とする。1.5％未満の含有では、苛酷な腐食環境下での耐食性が十分であるとはいえない。一方、Moは高価な元素であり5.0％を超える多量の含有は、製造コストの高騰を招くうえ、χ相が析出し、靭性、耐食性を低下する。このため、Moは1.5〜5.0％の範囲に限定した。なお、好ましくは3.0〜5.0％である。
Cu：3.5％以下
Cuは、保護皮膜を強固にして鋼中への水素侵入を抑制し、耐硫化物応力割れ性を高める元素である。このような効果を得るためには、0.3％以上含有することが望ましい。一方、3.5％を超える含有は、CuSの粒界析出を招き熱間加工性が低下する。このため、Cuは3.5％以下に限定した。なお、好ましくは0.5〜2.0％である。
Cuは、保護皮膜を強固にして鋼中への水素侵入を抑制し、耐硫化物応力割れ性を高める元素である。このような効果を得るためには、0.3％以上含有することが望ましい。一方、3.5％を超える含有は、CuSの粒界析出を招き熱間加工性が低下する。このため、Cuは3.5％以下に限定した。なお、好ましくは0.5〜2.0％である。
W：2.5％以下
Wは、鋼の強度向上に寄与するとともに、さらに耐硫化物応力割れ性を向上させる。このような効果を得るためには0.5％以上含有することが望ましい。一方、2.5％を超える多量の含有は、χ相が析出し、靭性、耐食性を低下させる。このため、Wは2.5％以下に限定した。なお、好ましくは0.8〜1.2％である。
Wは、鋼の強度向上に寄与するとともに、さらに耐硫化物応力割れ性を向上させる。このような効果を得るためには0.5％以上含有することが望ましい。一方、2.5％を超える多量の含有は、χ相が析出し、靭性、耐食性を低下させる。このため、Wは2.5％以下に限定した。なお、好ましくは0.8〜1.2％である。
N：0.15％以下
Nは、耐孔食性を著しく向上させる元素である。このような効果は、0.01％以上の含有で顕著となる。一方、0.15％を超えて含有すると、種々の窒化物を形成し靭性が低下する。このようなことから、Nは0.15％以下に限定した。なお、好ましくは0.01〜0.07％である。
Nは、耐孔食性を著しく向上させる元素である。このような効果は、0.01％以上の含有で顕著となる。一方、0.15％を超えて含有すると、種々の窒化物を形成し靭性が低下する。このようなことから、Nは0.15％以下に限定した。なお、好ましくは0.01〜0.07％である。
本発明では、上記した成分を上記した範囲内で含み、さらにC、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、Nが次（１）式を満足するように含有する。
−5.9×（7.82＋27Ｃ−0.91Si＋0.21Mn−0.9Cr＋Ni−1.1Mo−0.55Ｗ＋0.2Cu＋11Ｎ）≧13.0‥（１）
（１）式の左辺は、フェライト相の生成傾向を示す指数として求めたものであり、（１）式に示された合金元素を（１）式が満足するように調整して含有すれば、製品組織として、フェライト相とマルテンサイト相の二相組織を安定して実現することができる。このため、本発明では、（１）式を満足するように、各合金元素量を調整することとした。
−5.9×（7.82＋27Ｃ−0.91Si＋0.21Mn−0.9Cr＋Ni−1.1Mo−0.55Ｗ＋0.2Cu＋11Ｎ）≧13.0‥（１）
（１）式の左辺は、フェライト相の生成傾向を示す指数として求めたものであり、（１）式に示された合金元素を（１）式が満足するように調整して含有すれば、製品組織として、フェライト相とマルテンサイト相の二相組織を安定して実現することができる。このため、本発明では、（１）式を満足するように、各合金元素量を調整することとした。
上記した成分が基本の成分であり、本発明では、基本成分に加えてさらに、選択元素として、必要に応じて、V：0.02〜0.12％、および／または、Al：0.10％以下、および／または、Nb：0.02〜0.50％，Ti：0.02〜0.16％、Zr：0.50％以下、B：0.0030％以下のうちから選ばれた１種または２種以上、および／または、REM：0.005％以下、Ca：0.005％以下、Sn：0.20％以下のうちから選らばれた１種または２種以上、を含有できる。
V：0.02〜0.12％
Vは、析出強化により鋼の強度を向上させ、さらに耐硫化物応力割れ性を向上させる元素であり、必要に応じて含有できる。このような効果を得るためには、0.02％以上含有することが好ましい。一方、0.12％を超える含有は、靭性が低下する。このため、Vは0.02〜0.12％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.04〜0.08％である。
Vは、析出強化により鋼の強度を向上させ、さらに耐硫化物応力割れ性を向上させる元素であり、必要に応じて含有できる。このような効果を得るためには、0.02％以上含有することが好ましい。一方、0.12％を超える含有は、靭性が低下する。このため、Vは0.02〜0.12％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.04〜0.08％である。
Al：0.10％以下
Alは、脱酸剤として作用する元素であり、必要に応じて含有できる。このような効果を得るためには、0.01％以上含有することが望ましい。一方、0.10％を超えて多量に含有すると、酸化物量が多くなりすぎて、靭性に悪影響を及ぼす。このため、含有する場合には、Alは0.10％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.02〜0.06％である。
Alは、脱酸剤として作用する元素であり、必要に応じて含有できる。このような効果を得るためには、0.01％以上含有することが望ましい。一方、0.10％を超えて多量に含有すると、酸化物量が多くなりすぎて、靭性に悪影響を及ぼす。このため、含有する場合には、Alは0.10％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.02〜0.06％である。
Nb：0.02〜0.50％、Ti：0.02〜0.16％、Zr：0.50％以下、B：0.0030％以下のうちから選ばれた１種または２種以上
Nb、Ti、Zr、Bはいずれも、強度増加に寄与する元素であり、必要に応じて選択して含有できる。
Nbは、上記した強度増加に寄与するとともに、さらに靭性向上にも寄与する。このような効果を確保するためには、0.02％以上含有することが好ましい。一方、0.50％を超えて含有すると、靭性が低下する。このため、含有する場合には、Nbは0.02〜0.50％の範囲に限定した。
Nb、Ti、Zr、Bはいずれも、強度増加に寄与する元素であり、必要に応じて選択して含有できる。
Nbは、上記した強度増加に寄与するとともに、さらに靭性向上にも寄与する。このような効果を確保するためには、0.02％以上含有することが好ましい。一方、0.50％を超えて含有すると、靭性が低下する。このため、含有する場合には、Nbは0.02〜0.50％の範囲に限定した。
Tiは、上記した強度増加に寄与するとともに、さらに耐硫化物応力割れ性の改善にも寄与する。このような効果を得るためには、0.02％以上含有することが好ましい。一方、0.16％を超えて含有すると、粗大な析出物が生成し靭性および耐硫化物応力割れ性が低下する。このため、含有する場合には、Tiは0.02〜0.16％の範囲に限定することが好ましい。
Zrは、上記した強度増加に寄与するとともに、さらに耐硫化物応力割れ性の改善にも寄与する。このような効果を得るためには、0.02％以上含有することが望ましい。一方、0.50％を超えて含有すると、靭性が低下する。このため含有する場合には、Zrは0.50％以下に限定することが好ましい。
Zrは、上記した強度増加に寄与するとともに、さらに耐硫化物応力割れ性の改善にも寄与する。このような効果を得るためには、0.02％以上含有することが望ましい。一方、0.50％を超えて含有すると、靭性が低下する。このため含有する場合には、Zrは0.50％以下に限定することが好ましい。
Bは、上記した強度増加に寄与するとともに、さらに耐硫化物応力割れ性、熱間加工性の改善にも寄与する。このような効果を得るためには、0.0005％以上含有することが望ましい。一方、0.0030％を超えて含有すると、靭性、熱間加工性が低下する。このため、含有する場合には、Bは0.0005〜0.0030％の範囲に限定することが好ましい。
REM：0.005％以下、Ca：0.005％以下、Sn：0.20％以下のうちから選らばれた１種または２種以上
REM、Ca、Snはいずれも、耐硫化物応力割れ性改善に寄与する元素であり、必要に応じて選択して１種または２種以上含有できる。このような効果を確保するためには、REM：0.001％以上、Ca：0.001％以上、Sn：0.05％以上含有することが望ましい。一方、REM：0.005％、Ca：0.005％、Sn：0.20％をそれぞれ超えて含有しても、効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できなくなり、経済的に不利となる。このため、含有する場合には、REM：0.005％以下、Ca：0.005％以下、Sn：0.20％以下にそれぞれ限定することが好ましい。
REM：0.005％以下、Ca：0.005％以下、Sn：0.20％以下のうちから選らばれた１種または２種以上
REM、Ca、Snはいずれも、耐硫化物応力割れ性改善に寄与する元素であり、必要に応じて選択して１種または２種以上含有できる。このような効果を確保するためには、REM：0.001％以上、Ca：0.001％以上、Sn：0.05％以上含有することが望ましい。一方、REM：0.005％、Ca：0.005％、Sn：0.20％をそれぞれ超えて含有しても、効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できなくなり、経済的に不利となる。このため、含有する場合には、REM：0.005％以下、Ca：0.005％以下、Sn：0.20％以下にそれぞれ限定することが好ましい。
上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物からなる。
つぎに、本発明油井用高強度ステンレス鋼継目無管の組織限定理由について説明する。
本発明油井用高強度ステンレス鋼継目無管は、上記した組成を有し、さらにマルテンサイト相をベース相とし、第二相として体積率で10〜60％のフェライト相と、あるいはさらに体積率で30％以下の残留オーステナイト相からなる組織を有する。
つぎに、本発明油井用高強度ステンレス鋼継目無管の組織限定理由について説明する。
本発明油井用高強度ステンレス鋼継目無管は、上記した組成を有し、さらにマルテンサイト相をベース相とし、第二相として体積率で10〜60％のフェライト相と、あるいはさらに体積率で30％以下の残留オーステナイト相からなる組織を有する。
本発明継目無鋼管では、所望の高強度を確保するために、ベース相はマルテンサイト相とする。そして、本発明では17％Cr系鋼と同等の耐硫化物応力割れ性を確保するために、少なくとも第二相として体積率で10〜60％のフェライト相を析出させて、マルテンサイト相とフェライト相との二相（複合）組織とする。これにより、層状組織が管軸方向に形成され、割れの進展が抑制され、耐硫化物応力割れ性が向上する。フェライト相が10％未満では、上記した層状組織が形成されず、所望の耐食性向上が得られない。一方、フェライト相が60％を超えて多量に析出すると、所望の高強度を確保できなくなる。このようなことから、第二相としてのフェライト相は体積率で10〜60％の範囲に限定した。なお、好ましくは20〜50％である。
また、第二相としてフェライト相に加えて、体積率で30％以下の残留オーステナイト相を析出させてもよい。残留オーステナイト相の存在により、靭性、延性が向上する。このような効果は体積率で30％以下である場合に確保できる。体積率で30％を超えて残留オーステナイト相が多量になると、所望の高強度を確保できなくなる。このようなことから、第二相としての残留オーステナイト相は体積率で30％以下に限定することが好ましい。
つぎに、本発明油井用高強度ステンレス鋼継目無管の好ましい製造方法について説明する。
本発明では、上記した組成を有するステンレス鋼継目無管を出発素材とする。出発素材であるステンレス鋼継目無管の製造方法はとくに限定する必要なく、通常公知の継目無管の製造方法がいずれも適用できる。
本発明では、上記した組成を有するステンレス鋼継目無管を出発素材とする。出発素材であるステンレス鋼継目無管の製造方法はとくに限定する必要なく、通常公知の継目無管の製造方法がいずれも適用できる。
例えば、上記した組成の溶鋼を、転炉等の常用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、通常公知の造管方法である、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造管工程を用いて、熱間で造管し、所望寸法の上記した組成を有する継目無管とする。
造管後、継目無管は、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。これにより、マルテンサイト相をベース相とする組織を確保できる。なお、プレス方式による熱間押出で継目無管としてもよい。
造管後の空冷以上の冷却速度で室温まで冷却する冷却に引続き、本発明では、さらに850℃以上の加熱温度に加熱したのち、空冷以上の冷却速度で50℃以下の温度まで冷却する焼入れ処理を施す。これにより、マルテンサイト相をベース相とし、適正量のフェライト相を含む組織の継目無管とすることができる。加熱温度が850℃未満では、所望の高強度を確保することができない。なお、焼入れ処理の加熱温度は、好ましくは960〜1100℃の範囲である。
造管後の空冷以上の冷却速度で室温まで冷却する冷却に引続き、本発明では、さらに850℃以上の加熱温度に加熱したのち、空冷以上の冷却速度で50℃以下の温度まで冷却する焼入れ処理を施す。これにより、マルテンサイト相をベース相とし、適正量のフェライト相を含む組織の継目無管とすることができる。加熱温度が850℃未満では、所望の高強度を確保することができない。なお、焼入れ処理の加熱温度は、好ましくは960〜1100℃の範囲である。
焼入れ処理を施された継目無管は、Ａc1変態点以下の温度に加熱し空冷する焼戻処理を施される。
Ａc1変態点以下、好ましくは700℃以下、520℃以上の温度に加熱され、焼戻されることにより、組織は焼戻マルテンサイト相、フェライト相、さらには少量の残留オーステナイト相（残留γ相）からなる組織となる。これにより、所望の高強度と、さらには高靭性、優れた耐食性を有する継目無管となる。焼戻温度がＡc1変態点を超えて高温となると、焼入れままのマルテンサイトが生成し、所望の高強度と、高靭性、さらには優れた耐食性を確保できなくなる。なお、焼入れ処理なしで、上記した焼戻処理のみを施してもよい。
Ａc1変態点以下、好ましくは700℃以下、520℃以上の温度に加熱され、焼戻されることにより、組織は焼戻マルテンサイト相、フェライト相、さらには少量の残留オーステナイト相（残留γ相）からなる組織となる。これにより、所望の高強度と、さらには高靭性、優れた耐食性を有する継目無管となる。焼戻温度がＡc1変態点を超えて高温となると、焼入れままのマルテンサイトが生成し、所望の高強度と、高靭性、さらには優れた耐食性を確保できなくなる。なお、焼入れ処理なしで、上記した焼戻処理のみを施してもよい。
以下、さらに実施例に基づき、本発明を説明する。
表１に示す組成の溶鋼を転炉で溶製し、連続鋳造法でビレット（鋼管素材）に鋳造し、モデルシームレス圧延機により熱間加工により造管し、造管後空冷し、外径83.8mm×肉厚12.7mmの継目無管とした。
得られた継目無管から、試験片素材を切り出し、表２に示す条件で加熱したのち、冷却する焼入れ処理を施した。そしてさらに表２に示す条件で加熱し空冷する焼戻処理を施した。
得られた継目無管から、試験片素材を切り出し、表２に示す条件で加熱したのち、冷却する焼入れ処理を施した。そしてさらに表２に示す条件で加熱し空冷する焼戻処理を施した。
このように焼入れ−焼戻処理を施された試験片素材から、組織観察用試験片を採取し、組織観察用試験片をビレラ試薬で腐食して走査型電子顕微鏡（1000倍）で組織を撮像し、画像解析装置を用いて、フェライト相の組織分率（体積％）を算出した。
また、残留オーステナイト相組織分率は、Ｘ線回折法を用いて測定した。焼入れ−焼戻処理を施された試験片素材から測定用試験片を採取し、Ｘ線回折によりγの（220）面、αの（211）面、の回折Ｘ線積分強度を測定し、次式
γ（体積率）＝100／（１＋（ＩαＲγ／ＩγＲα））
ここで、Ｉα：αの積分強度
Ｒα：αの結晶学的理論計算値
Ｉγ：γの積分強度
Ｒγ：γの結晶学的理論計算値
を用いて換算した。なお、マルテンサイト相の分率はこれらの相以外の残部として算出した。
また、残留オーステナイト相組織分率は、Ｘ線回折法を用いて測定した。焼入れ−焼戻処理を施された試験片素材から測定用試験片を採取し、Ｘ線回折によりγの（220）面、αの（211）面、の回折Ｘ線積分強度を測定し、次式
γ（体積率）＝100／（１＋（ＩαＲγ／ＩγＲα））
ここで、Ｉα：αの積分強度
Ｒα：αの結晶学的理論計算値
Ｉγ：γの積分強度
Ｒγ：γの結晶学的理論計算値
を用いて換算した。なお、マルテンサイト相の分率はこれらの相以外の残部として算出した。
また、焼入れ−焼戻処理を施された試験片素材から、API 弧状引張試験片を採取し、API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、焼入れ−焼戻処理を施された試験片素材から、JIS Z 2242の規定に準拠して、Ｖノッチ試験片（10mm厚）を採取し、シャルピー衝撃試験を実施し、−10℃における吸収エネルギーvE-10（J）を求め、靭性を評価した。
また、焼入れ−焼戻処理を施された試験片素材から、JIS Z 2242の規定に準拠して、Ｖノッチ試験片（10mm厚）を採取し、シャルピー衝撃試験を実施し、−10℃における吸収エネルギーvE-10（J）を求め、靭性を評価した。
さらに、焼入れ−焼戻処理を施された試験片素材から、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。
腐食試験は、オートクレーブ中に保持された試験液：20％NaCl水溶液（液温：200℃、30気圧のCO２ガス雰囲気） 中に、試験片を浸漬し、浸漬期間を14日間として実施した。試験後の試験片について、重量を測定し、腐食試験前後の重量減から計算した腐食速度を求めた。また、腐食試験後の試験片について倍率：10倍のルーペを用いて試験片表面の孔食発生の有無を観察した。なお、孔食有りは、直径：0.2mm以上の場合をいう。
腐食試験は、オートクレーブ中に保持された試験液：20％NaCl水溶液（液温：200℃、30気圧のCO２ガス雰囲気） 中に、試験片を浸漬し、浸漬期間を14日間として実施した。試験後の試験片について、重量を測定し、腐食試験前後の重量減から計算した腐食速度を求めた。また、腐食試験後の試験片について倍率：10倍のルーペを用いて試験片表面の孔食発生の有無を観察した。なお、孔食有りは、直径：0.2mm以上の場合をいう。
さらに、焼入れ−焼戻処理を施された試験片素材から、NACE TM0177 Method Aに準拠して、丸棒状の試験片（直径：6.4mmφ）を機械加工によって作製し、耐SSC試験を実施した。
耐SSC試験は、試験液：20％NaCl水溶液（液温：25℃、H２S：0.1気圧、CO２：0.9気圧の雰囲気）に酢酸＋酢酸Naを加えてpH：3.5に調整した水溶液中に、試験片を浸漬し、浸漬期間を720時間として、降伏応力の90％を付加応力として付加した。試験後の試験片について、割れの有無を観察した。
耐SSC試験は、試験液：20％NaCl水溶液（液温：25℃、H２S：0.1気圧、CO２：0.9気圧の雰囲気）に酢酸＋酢酸Naを加えてpH：3.5に調整した水溶液中に、試験片を浸漬し、浸漬期間を720時間として、降伏応力の90％を付加応力として付加した。試験後の試験片について、割れの有無を観察した。
得られた結果を表２に示す。
本発明例はいずれも、降伏強さ：758MPa以上の高強度と、−10℃における吸収エネルギーvE-10：40Ｊ以上の高靭性と、CO２、Cl-を含み高温の腐食環境下における耐食性（耐炭酸ガス腐食性）に優れ、さらにH２Sを含む雰囲気下でも割れの発生もなく、耐硫化物応力割れ性に優れた継目無鋼管となっている。一方、本発明範囲を外れる比較例は、所望の高強度が得られていないか、耐食性が低下しているか、あるいは耐硫化物応力割れ性が低下していた。
Claims (12)
- 質量％で、
C ：0.01〜0.05％、 Si：0.5％以下、
Mn：0.15〜1.0％、 P ：0.030％以下、
S ：0.005％以下、 Cr：13.5〜15.4％、
Ni：3.5〜6.0％、 Mo：1.5〜5.0％、
Cu：0.3〜3.5％、 W ：0.5〜2.5％、
N ：0.15％以下
を、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、Nが下記（１）式を満足するように含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする耐食性に優れた油井用高強度ステンレス鋼継目無管。
記
−5.9×（7.82＋27C−0.91Si＋0.21Mn−0.9Cr＋Ni−1.1Mo−0.55W＋0.2Cu＋11N）≧13.0‥（１）
ここで、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、N：各元素の含有量（質量％） - 質量％で、
C ：0.01〜0.05％、 Si：0.5％以下、
Mn：0.15〜1.0％、 P ：0.030％以下、
S ：0.005％以下、 Cr：13.5〜15.4％、
Ni：3.5〜6.0％、 Mo：1.5〜5.0％、
Cu：0.3〜3.5％、 W ：0.85〜2.5％、
N ：0.15％以下
を、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、Nが下記（１）式を満足するように含有し、さらに、Al：0.10％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする耐食性に優れた油井用高強度ステンレス鋼継目無管。
記
−5.9×（7.82＋27C−0.91Si＋0.21Mn−0.9Cr＋Ni−1.1Mo−0.55W＋0.2Cu＋11N）≧13.0‥（１）
ここで、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、N：各元素の含有量（質量％） - 前記組成に加えてさらに、質量％で、V：0.02〜0.12％を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の油井用高強度ステンレス鋼継目無管。
- 前記組成に加えてさらに、質量％で、Nb：0.02〜0.50％、Ti：0.02〜0.16％、Zr：0.50％以下、B：0.0030％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油井用高強度ステンレス鋼継目無管。
- 前記組成に加えてさらに、質量％で、REM：0.005％以下、Ca：0.005％以下、Sn：0.20％以下のうちから選らばれた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ないし４のいずれかに記載の油井用高強度ステンレス鋼継目無管。
- さらに、マルテンサイト相をベース相とし、第二相としてフェライト相を体積率で10〜60％を含む組織を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の油井用高強度ステンレス鋼継目無管。
- 前記組織に加えてさらに、残留オーステナイト相を体積率で30％以下含有することを特徴とする請求項６に記載の油井用高強度ステンレス鋼継目無管。
- 質量％で、
C ：0.01〜0.05％、 Si：0.5％以下、
Mn：0.15〜1.0％、 P ：0.030％以下、
S ：0.005％以下、 Cr：13.5〜15.4％、
Ni：3.5〜6.0％、 Mo：1.5〜5.0％、
Cu：0.3〜3.5％、 W ：0.5〜2.5％、
N ：0.15％以下
を、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、Nが下記（１）式を満足するように含有し、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鋼継目無管を、850℃以上の加熱温度に加熱したのち、空冷以上の冷却速度で50℃以下の温度まで冷却する焼入れ処理と、Ａc1変態点以下の温度に加熱し冷却する焼戻処理とを施すことを特徴とする耐食性に優れた油井用高強度ステンレス鋼継目無管の製造方法。
記
−5.9×（7.82＋27C−0.91Si＋0.21Mn−0.9Cr＋Ni−1.1Mo−0.55W＋0.2Cu＋11N）≧13.0‥（１）
ここで、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、N：各元素の含有量（質量％） - 前記ステンレス鋼継目無管に代えて、質量％で、
C ：0.01〜0.05％、 Si：0.5％以下、
Mn：0.15〜1.0％、 P ：0.030％以下、
S ：0.005％以下、 Cr：13.5〜15.4％、
Ni：3.5〜6.0％、 Mo：1.5〜5.0％、
Cu：0.3〜3.5％、 W ：0.85〜2.5％、
N ：0.15％以下
を、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、Nが前記（１）式を満足するように含有し、さらに、Al：0.10％以下を含有し、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鋼継目無管とすることを特徴とする請求項８に記載の油井用高強度ステンレス鋼継目無管の製造方法。 - 前記組成に加えてさらに、質量％で、V：0.02〜0.12％を含有することを特徴とする請求項８または９に記載の油井用高強度ステンレス鋼継目無管の製造方法。
- 前記組成に加えてさらに、質量％で、Nb：0.02〜0.50％、Ti：0.02〜0.16％、Zr：0.50％以下、B：0.0030％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項８ないし１０のいずれかに記載の油井用高強度ステンレス鋼継目無管の製造方法。
- 前記組成に加えてさらに、質量％で、REM：0.005％以下、Ca：0.005％以下、Sn：0.20％以下のうちから選らばれた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８ないし１１のいずれかに記載の油井用高強度ステンレス鋼継目無管の製造方法。
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