JP6394261B2 - 油井用電縫鋼管及びその製造方法 - Google Patents
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例えば、SSCやHICの原因は、圧延方向に伸長したMnS(伸長MnSという。)などの介在物であることから、耐サワー性の向上には、介在物の形態の制御が有効である。伸長MnSの生成を抑制するために、熱間圧延によって延伸化し難いCaSなどの硫化物を形成するCaの添加が行われている。Caの添加によってMnSの形成を抑制するには、O(酸素)の含有量を低減し、S(硫黄)の含有量に応じた量のCaを添加する必要がある。そのため、耐サワー性を向上させるために、Ca、O、Sの添加量を制御した熱延鋼板が提案されている(例えば、特許文献1、2、参照)。
一方、電縫溶接部では、母材と同様の中心偏析に起因する水素誘起割れに加えて、パーライトに起因する硫化物応力割れが見られた。なお、電縫溶接及び電縫溶接後の熱処理によって母材とは異なる金属組織に変化している領域を「溶接部」という。
(a)母材の中心偏析、特にMnSの晶出制御が、中心偏析による水素誘起割れに効果があることから、MnSの晶出制御に関する代表的パラメータであるESSP(非特許文献1参照)の最適な範囲を見出した。即ち、ESSP:1.5〜3.0に制御するとよいことを見出した。圧延方向に延伸したMnSの生成を抑制するには、S量を制限し、Caを添加することが有効であるが、CaSを形成させるために、CaがSよりも酸素との親和力が強いことから、O量の制限も必要である。
ESSP=Ca×(1−124×O)/(1.25×S)・・・(式1)
CE=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5・・・(式3)
ただし、式中の元素記号はその元素の質量%を示し、元素含まない場合は、当該元素は0%として計算する。
電縫溶接ままの溶接部は硬質であり、最高硬さを抑制するためにシーム熱処理を施すことが必要である。シーム熱処理は、加熱後、加速冷却を施してパーライトの生成を抑制し、再加熱し焼戻しを行って最高硬さを低下させることができることを見出した。
[1] 母材部と溶接部とからなる電縫鋼管において、母材部の成分が、質量%で、
C:0.04〜0.10%、
Mn:1.00〜1.60%、
V:0.005〜0.100%、
Nb:0.005〜0.100%、
Ti:0.005〜0.030%、
Ca:0.0005〜0.0050%、
N:0.001〜0.008%、
O:0.001〜0.005%
を含有し、
Si:0.50%以下、
Al:0.05%以下、
P:0.020%以下、
S:0.0030%以下
に制限され、残部がFe及び不可避的不純物元素からなり、
下記(式1)で求められるESSPが1.5〜3.0であり、
下記(式2)で求められるCE’が0.26〜0.44であり、
母材部の金属組織は、アシキュラーフェライト、ベイナイトの一方又は両方からなり、
溶接部の金属組織は、パーライトが面積率で10%以下に制限され、残部が焼戻しベイナイト及び焼戻しマルテンサイトのうちの一方又は両方からなり、
母材部の降伏強さが400〜600MPa、引張強さが450MPa以上であり、母材部及び溶接部の最高硬度が248Hv以下であり、硫化水素が1気圧であり、温度が25℃で、5%の食塩及び酢酸を含み、pH3.5に調整された溶液中で破断が発生する応力が降伏強さの80%以上である、
ことを特徴とする油井用電縫鋼管。
ESSP=Ca×(1−124×O)/(1.25×S)・・・(式1)
CE’=C+Mn/6+V/5 ・・・(式2)
尚、式1及び式2中の各元素記号は、その元素の含有量を質量%で表す。
[2] 母材部の成分が、更に、質量%で、
Cr:1.0%以下、
Mo:0.5%以下、
Ni:1.0%以下、
Cu:1.0%以下
の1種又は2種以上を含有し、前記(式2)に変えて下記(式3)で求められるCEが0.26〜0.44であることを特徴とする上記[1]に記載の油井用電縫鋼管。
CE=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5 ・・(式3)
尚、式3中の各元素記号は、その元素の含有量を質量%で表す。
[3] V及びNの含有量が、
V/N:2.0〜50.0
を満足することを特徴とする上記[1]又は[2]に記載の油井用電縫鋼管。
[4] C及びMnの含有量が、
C/Mn:0.025〜0.050
を満足することを特徴とする上記[1]〜[3]の何れかに記載の油井用電縫鋼管。
[5] 上記[1]〜[4]の何れかに記載の成分組成を有する鋼スラブを1000〜1300℃に加熱し、オーステナイト変態点(Ar3点)以上で熱間圧延して熱延鋼帯を製造し、400〜600℃で熱延鋼帯を巻き取り、熱延鋼帯を冷間で筒状に成形し、熱延鋼帯の端部同士を突合せ、熱延鋼帯を電縫溶接し、溶接部を900〜1050℃に加熱し、溶接部の肉厚中心部の冷却速度を10℃/s以上として、Ar3点〜200℃以下まで冷却することにより焼入れ処理し、溶接部を400〜AC1点に加熱して、放冷することにより焼戻し処理を行うことを特徴とする[1]〜[4]の何れかに記載の油井用電縫鋼管の製造方法。
ESSP=Ca×(1−124×O)/1.25×S・・・(式1)
CE’=C+Mn/6+V/5・・・(式2)
CE=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5 ・・(式3)
また、表3−1及び表3−2の「定荷重試験結果」の“No Crack”は、割れが無かったことを意味し、“Crack”は割れが生じたことを意味する。
また、表3−2の「パーライト」の欄は、溶接部に存在するパーライトの面積率(%)を示す。また、表3−2の「残部」の欄は、観察された溶接部のミクロ試験片を構成する金属組織であって、パーライト以外の金属組織を意味する。
尚、鋼23〜44のうち、鋼23〜25、27、33、35〜38、40〜43のESSPは1.5未満であり、鋼34のESSPは3.0超である。これらの比較例は、鋼24を除き、いずれも溶接部において亀裂が生じている。
鋼27、33〜35、40、41及び43は、いずれもESSPが1.5〜3.0の範囲外であるために、耐HIC性の低下に起因して母材部に水素誘起割れが生じている。鋼26、29〜32は、いずれも硫化物応力割れが発生している。鋼26、29〜32は、いずれもESSPが1.5〜3.0の範囲内であり、CEが0.26〜0.44の範囲内にあるが、母材部の最高硬さ(Hv)が248を超えている。また、鋼44はESSPが1.5〜3.0の範囲内であるが、CEが0.26未満であり、母材部の組織がフェライトとパーライト組織になり、母材部の最高硬さ(Hv)が248を越えており、硫化物応力割れが発生している。
鋼27、33〜38は、いずれもESSPが1.5〜3.0の範囲外であるために、耐HIC性の低下に起因して溶接部表面に水素誘起割れが生じている。特に、鋼34は、Caが過剰に添加されているためにCa系酸化物が多量に生成し、その結果、耐HIC性が損なわれている。鋼26、29〜32は、いずれもESSPが1.5〜3.0の範囲内であり、CEが0.26〜0.44の範囲内にあるが、溶接部の最高硬さ(Hv)が248を超えている。また、鋼44はESSPが1.5〜3.0の範囲内であるが、CEが0.26未満であり、溶接部の最高硬さ(Hv)が248を越えており、溶接部において硫化物応力割れが発生している。
Claims (5)
- 母材部と溶接部とからなる電縫鋼管において、前記母材部の成分が、質量%で、
C:0.04〜0.10%、
Mn:1.00〜1.60%、
V:0.005〜0.100%、
Nb:0.005〜0.100%、
Ti:0.005〜0.030%、
Ca:0.0005〜0.0050%、
N:0.001〜0.008%、
O:0.001〜0.005%
を含有し、
Si:0.50%以下、
Al:0.05%以下、
P:0.020%以下、
S:0.0030%以下
に制限し、残部がFe及び不可避的不純物元素からなり、
下記(式1)で求められるESSPが1.5〜3.0であり、
下記(式2)で求められるCE’が0.26〜0.44であり、
前記母材部の金属組織は、アシキュラーフェライト、ベイナイトの一方又は両方からなり、
前記溶接部の金属組織は、パーライトが面積率で10%以下に制限され、残部が焼戻しベイナイト及び焼戻しマルテンサイトのうちの一方又は両方からなり、
前記母材部の降伏強さが400〜600MPa、引張強さが450MPa以上であり、前記母材部及び前記溶接部の最高硬度が248Hv以下であり、硫化水素が1気圧であり、温度が25℃で、5%の食塩及び酢酸を含み、pH3.5に調整された溶液中で破断が発生する応力が降伏強さの80%以上である、
ことを特徴とする油井用電縫鋼管。
ESSP=Ca×(1−124×O)/(1.25×S)・・・(式1)
CE’=C+Mn/6+V/5 ・・・(式2)
尚、式1及び式2中の各元素記号は、その元素の含有量を質量%で表す。 - 前記母材部の成分が、更に、質量%で、
Cr:1.0%以下、
Mo:0.5%以下、
Ni:1.0%以下、
Cu:1.0%以下
の1種又は2種以上を含有し、前記(式2)に変えて下記(式3)で求められるCEが0.26〜0.44であることを特徴とする請求項1に記載の油井用電縫鋼管。
CE=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5 ・・(式3)
尚、式3中の各元素記号は、その元素の含有量を質量%で表す。 - V及びNの含有量が、
V/N:2.0〜50.0
を満足することを特徴とする請求項1又は2に記載の油井用電縫鋼管。 - C及びMnの含有量が、
C/Mn:0.025〜0.050
を満足することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の油井用電縫鋼管。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の成分組成を有する鋼スラブを1000〜1300℃に加熱し、オーステナイト変態点(Ar3点)以上で熱間圧延して熱延鋼帯を製造し、400〜600℃で前記熱延鋼帯を巻き取り、前記熱延鋼帯を冷間で筒状に成形し、前記熱延鋼帯の端部同士を突合せ、前記熱延鋼帯を電縫溶接し、前記熱延鋼帯の溶接部を900〜1050℃に加熱し、溶接部の肉厚中心部の冷却速度を10℃/s以上としてAr3点〜200℃以下℃まで冷却することにより焼入れ処理し、溶接部を400〜AC1点に加熱した後、放冷することにより焼戻し処理を行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の油井用電縫鋼管の製造方法。
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