JP6540920B1 - 油井管用マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]質量%で、
C:0.010%以上、
Si:0.5%以下、
Mn:0.05〜0.24%、
P:0.030%以下、
S:0.005%以下、
Ni:4.6〜8.0%、
Cr:10.0〜14.0%、
Mo:1.0〜2.7%、
Al:0.1%以下、
V:0.005〜0.2%、
N:0.1%以下、
Ti:0.06〜0.25%、
Cu:0.01〜1.0%、
Co:0.01〜1.0%
を含有し、かつ下記(1)、(2)および(3)の値が下記(4)のすべての式を満足し、残部Feおよび不可避的不純物からなる758MPa以上の降伏応力を有する油井管用マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管。
−109.37C+7.307Mn+6.399Cr+6.329Cu+11.343Ni−13.529Mo+1.276W+2.925Nb
+196.775N−2.621Ti−120.307 ・・・(1)
−0.0278Mn+0.0892Cr+0.00567Ni+0.153Mo−0.0219W−1.984N+0.208Ti−1.83 ・・・(2)
−1.324C+0.0533Mn+0.0268Cr+0.0893Cu+0.00526Ni+0.0222Mo−0.0132W
−0.473N−0.5Ti−0.514 ・・・(3)
ここで、C、Mn、Cr、Cu、Ni、Mo、W、Nb、N、Ti:各元素の含有量(質量%)(但し、含有しない元素は0(零)%とする。)
−35.0≦値(1)≦45.0 且つ −0.600≦値(2)≦−0.250 且つ −0.400≦値(3)≦0.100 ・・・(4)
[2]前記組成に加えてさらに、質量%で
Nb:0.1%以下、
W:1.0%以下
のうちから選ばれた1種または2種を含有する組成とする[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。
[3]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[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。
[4][1]〜[3]のいずれかに記載の組成を有する鋼管素材を造管し鋼管としたのち、該鋼管をAc3変態点以上に加熱し、続いて100℃以下の冷却停止温度まで冷却する焼入れ処理と、ついでAc1変態点以下の温度で焼き戻しをする焼戻処理とを施す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。
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、強度向上に有効である。本発明では、所望の強度を確保するために、Cは0.010%以上に限定した。一方、過剰に含有することで硬度が高くなり、硫化物応力腐食割れ感受性が増大する。このため、0.040%以下含有することが望ましい。よって、好ましくは0.010〜0.040%である。
Siは、脱酸剤として作用するため、0.05%以上含有することが望ましい。一方で、0.5%を超える含有は、耐炭酸ガス腐食性および熱間加工性を低下させる。このため、Siは0.5%以下に限定した。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、熱間加工性および強度を向上させる元素であり、必要な強度を確保するためには0.05%以上含有することが望ましい。一方、0.24%を超える含有では、介在物としてMnSが多量に生成し、孔食の起点となることで耐硫化物応力腐食割れ性を悪化させる。よって、Mnは0.05〜0.24%に限定した。
Pは、耐炭酸ガス腐食性、耐孔食性、耐硫化物応力腐食割れ性をともに低下させる元素であり、本発明ではできるだけ低減させることが望ましい。しかしながら、極端な低減は製造コストを高騰させる。よって、特性の極端な低下を招かない範囲で、かつ工業的に安価に実施可能な範囲として、Pは0.030%以下に限定した。なお、好ましくは0.015%以下である。
Sは、熱間加工性を著しく低下させる元素であるため、できるだけ低減させることが望ましい。0.005%以下に低減することで、通常工程でのパイプ製造が可能となるため、本発明におけるSは0.005%以下に限定した。なお、好ましくは0.002%以下である。
Niは、保護被膜を強固にして耐食性を向上させ、更に固溶することで鋼の強度を増加させる元素である。このような効果を得るためには、4.6%以上の含有を必要とする。一方、含有量が8.0%を超えると、マルテンサイト相の安定性が低下して、強度が低下する。よって、Niは4.6〜8.0%に限定した。
Crは、保護被膜を形成して耐食性を向上させる元素であり、10.0%以上の含有で油井管用として必要な耐食性を確保できる。一方、含有量が14.0%を超えるとフェライトの生成が容易となるため、マルテンサイト相の安定確保ができなくなる。よって、Crは10.0〜14.0%に限定した。なお、好ましくは11.0〜13.5%である。
Moは、Cl−による孔食に対する抵抗性を向上させる元素であり、厳しい腐食環境に必要な耐食性を得るためには、1.0%以上の含有が必要である。一方、Moは高価な元素であるため、2.7%を超える含有は製造コストの高騰を招く。よって、Moは1.0〜2.7%に限定した。なお、好ましくは1.5〜2.5%である。
Alは、脱酸剤として作用するため、このような効果を得るためには、0.01%以上の含有が必要である。しかしながら、0.1%を超える含有は、靱性に悪影響を及ぼすため、本発明におけるAlは0.1%以下に限定した。なお、好ましくは0.01〜0.03%である。
Vは、析出強化によって鋼の強度を向上させ、更に耐硫化物応力腐食割れ性も向上させるため、0.005%以上の含有が必要である。一方、0.2%を超える含有は、靱性が低下するため、本発明におけるVは0.005〜0.2%に限定した。
Nは、耐孔食性を向上させると共に、鋼中に固溶し強度を増加させる作用を有する。しかしながら、含有量0.1%を超えると、種々の窒化物系介在物が多く生成し、耐孔食性が低下する。よって、本発明におけるNは0.1%以下に限定した。なお、好ましくは0.010%以下である。
Tiは、0.06%以上含有することで、炭化物を形成し、固溶炭素を減少させて硬度を低減できる。一方、0.25%を超える含有では、介在物としてTiNが生成することで孔食の起点となり、耐硫化物応力腐食割れ性が悪化する。よって、Tiは0.06〜0.25%に限定した。なお、好ましくは0.08〜0.15%である。
Cuは、保護被膜を強固にして耐硫化物応力腐食割れ性を向上させるため、0.01%以上含有する。しかしながら、1.0%を超える含有は、CuSが析出して熱間加工性を低下させる。よって、Cuは0.01〜1.0%に限定した。
Coは、Ms点を上昇させα変態を促進することで、硬さを低減すると共に、耐孔食性を向上させる元素である。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。一方、過剰な含有は靱性を低下させる場合があり、更に材料コストを高騰させる。よって、本発明におけるCoは0.01〜1.0%に限定した。より好ましくは0.03〜0.6%である。
−109.37C+7.307Mn+6.399Cr+6.329Cu+11.343Ni−13.529Mo+1.276W+2.925Nb
+196.775N−2.621Ti−120.307 ・・・(1)
−0.0278Mn+0.0892Cr+0.00567Ni+0.153Mo−0.0219W−1.984N+0.208Ti−1.83 ・・・(2)
−1.324C+0.0533Mn+0.0268Cr+0.0893Cu+0.00526Ni+0.0222Mo−0.0132W
−0.473N−0.5Ti−0.514 ・・・(3)
ここで、C、Mn、Cr、Cu、Ni、Mo、W、Nb、N、Ti:各元素の含有量(質量%)(但し、含有しない元素は0(零)%とする。)
−35.0≦値(1)≦45.0 且つ −0.600≦値(2)≦−0.250 且つ −0.400≦値(3)≦0.100 ・・・(4)
更に、必要に応じて選択元素として、Nb:0.1%以下、W:1.0%以下のうちから選ばれた1種または2種を含有することができる。
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種以上を含有することができる。
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。一方、
Ca:0.010%、
REM:0.010%、
Mg:0.010%、
B:0.010%
を超えて含有すると、靱性および耐炭酸ガス腐食性を低下させる。よって、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%以下に限定した。
本発明では、更に鋼管をAc3変態点以上の温度に再加熱し、好ましくは5min以上保持し、続いて100℃以下の冷却停止温度まで冷却する焼入れ処理を施す。これによって、マルテンサイト相の微細化と高靱化が得られる。焼入れ加熱温度がAc3変態点未満では、組織がオーステナイト単相域とならないため、その後の冷却で十分なマルテンサイト組織が得られず、所望の高強度を達成できない。よって、焼入れ加熱温度はAc3変態点以上に限定する。なお、冷却方法は限定しないが、一般に空冷(冷却速度0.05℃/s以上20℃/s以下)または水冷(冷却速度5℃/s以上100℃/s以下)により冷却し、冷却速度の条件も限定されない。
続いて、焼入れ処理を施した鋼管に、焼戻処理を施す。焼戻処理は、鋼管をAc1変態点以下に加熱し、好ましくは10min以上保持し、空冷する処理である。焼戻温度がAc1変態点より高温になると、焼戻後にマルテンサイト相が析出し、所望の高靱性および優れた耐食性を確保できない。よって、焼戻温度はAc1変態点以下に限定する。なお、上記のAc3変態点(℃)、Ac1変態点(℃)については、試験片に加熱および冷却の温度履歴を与え、膨張および収縮の微小変位から変態点を検出するフォーマスター試験により測定することができる。
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。
Claims (4)
- 質量%で、
C:0.010〜0.040%、
Si:0.5%以下、
Mn:0.05〜0.24%、
P:0.030%以下、
S:0.005%以下、
Ni:4.6〜8.0%、
Cr:10.0〜14.0%、
Mo:1.0〜2.7%、
Al:0.1%以下、
V:0.005〜0.2%、
N:0.1%以下、
Ti:0.06〜0.25%、
Cu:0.01〜1.0%、
Co:0.01〜1.0%
を含有し、かつ下記(1)、(2)および(3)の値が下記(4)のすべての式を満足し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、758MPa以上の降伏応力を有し、優れた耐硫化物応力腐食割れ性を有する油井管用マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管。
記
−109.37C+7.307Mn+6.399Cr+6.329Cu+11.343Ni−13.529Mo+1.276W+2.925Nb+196.775N−2.621Ti−120.307 ・・・(1)
−0.0278Mn+0.0892Cr+0.00567Ni+0.153Mo−0.0219W−1.984N+0.208Ti−1.83 ・・・(2)
−1.324C+0.0533Mn+0.0268Cr+0.0893Cu+0.00526Ni+0.0222Mo−0.0132W−0.473N−0.5Ti−0.514 ・・・(3)
ここで、C、Mn、Cr、Cu、Ni、Mo、W、Nb、N、Ti:各元素の含有量(質量%)(但し、含有しない元素は0(零)%とする。)
−35.0≦値(1)≦45.0 且つ −0.600≦値(2)≦−0.250 且つ −0.400≦値(3)≦0.100 ・・・(4)
なお、「優れた耐硫化物応力腐食割れ性」とは、試験液:0.165質量%NaCl水溶液(液温:25℃、H 2 S:1bar、CO 2 bal)に、酢酸Na+塩酸を加えてpH:3.5に調整した水溶液中、かつ試験液:20質量%NaCl水溶液(液温:25℃、H 2 S:0.1bar、CO 2 bal)に、0.82g/L酢酸Na+酢酸を加えてpH:5.0に調整した水溶液中に、鋼管の試験片を浸漬させ、浸漬時間を720時間として、降伏応力の90%を負荷応力として付加して試験を行い、試験後の試験片に割れが発生しないことをいう。 - 前記組成に加えてさらに、質量%で
Nb:0.1%以下、
W:1.0%以下
のうちから選ばれた1種または2種を含有する組成とする請求項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。 - 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。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の組成を有する鋼管素材を造管し鋼管としたのち、該鋼管をAc3変態点以上に加熱し、続いて100℃以下の冷却停止温度まで冷却する焼入れ処理と、ついでAc1変態点以下の温度で焼き戻しをする焼戻処理とを施す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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