JP6578810B2 - Oil well pipe - Google Patents

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本開示は、油井管に関し、より詳細には、ステンレス鋼からなり、他の油井管と連結される油井管に関する。   The present disclosure relates to an oil well pipe, and more particularly, to an oil well pipe made of stainless steel and connected to another oil well pipe.

従来から、油井環境において、マルテンサイト系ステンレス鋼が広く使用されてきた。従来の油井環境は、炭酸ガス(CO)及び/又は塩素イオン(Cl)を含有する。13質量%前後のCrを含有するマルテンサイト系ステンレス鋼(以下、13%Cr鋼という)は、このような従来の油井環境において、優れた耐食性を有する。 Conventionally, martensitic stainless steel has been widely used in oil well environments. Conventional oil well environments contain carbon dioxide (CO 2 ) and / or chlorine ions (Cl ). Martensitic stainless steel (hereinafter referred to as 13% Cr steel) containing about 13% by mass of Cr has excellent corrosion resistance in such a conventional oil well environment.

近年、原油価格の高騰に起因して、深層油井の開発が進んでいる。深層油井の深度は深い。そして、深層油井は腐食性が高く、高温である。より具体的には、深層油井は、高温の腐食性ガスを含有する。腐食性ガスは、CO及び/又はClを含有し、さらに、硫化水素ガスを含有する場合もある。高温での腐食反応は、常温での腐食反応よりも激しい。そのため、深層油井に使用される油井用鋼は、13%Cr鋼よりも高い強度及び耐食性を求められる。 In recent years, deep oil wells have been developed due to soaring crude oil prices. Deep oil wells are deep. And deep oil wells are highly corrosive and hot. More specifically, the deep well contains a hot corrosive gas. Corrosive gases, CO 2 and / or Cl - containing, further, sometimes containing hydrogen sulfide gas. Corrosion reactions at high temperatures are more severe than those at normal temperatures. Therefore, oil well steel used for deep oil wells is required to have higher strength and corrosion resistance than 13% Cr steel.

ここで、二相ステンレス鋼は、13%Cr鋼よりもCr含有量が高い。そのため、二相ステンレス鋼は、13%Cr鋼よりも高い耐食性を有する。二相ステンレス鋼は例えば、22%のCrを含有する22%Cr鋼や、25%のCrを含有する25%Cr鋼などである。しかしながら、二相ステンレス鋼は合金元素を多く含有するため高価である。したがって、13%Cr鋼よりも高い耐食性を有し、二相ステンレス鋼よりも安価なステンレス鋼が求められている。   Here, duplex stainless steel has a higher Cr content than 13% Cr steel. Therefore, duplex stainless steel has higher corrosion resistance than 13% Cr steel. Examples of the duplex stainless steel include 22% Cr steel containing 22% Cr and 25% Cr steel containing 25% Cr. However, duplex stainless steel is expensive because it contains many alloying elements. Accordingly, there is a need for stainless steel that has higher corrosion resistance than 13% Cr steel and is less expensive than duplex stainless steel.

この要求に応じて、15.5〜18%のCrを含有し、高温の油井環境において高い耐食性を有するステンレス鋼が提案されている。特開2005−336595号公報(特許文献1)は、高強度を有し、230℃の高温環境において耐炭酸ガス腐食性を有するステンレス鋼管を提案する。この鋼管の化学組成は、15.5〜18%のCrと、1.5〜5%のNiと、1〜3.5%のMoとを含有し、Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.55Cu−20C≧19.5を満たし、さらに、Cr+Mo+0.3Si−43.5C−0.4Mn−Ni−0.3Cu−9N≧11.5を満たす。この鋼管の金属組織は、10〜60%のフェライト相と、30%以下のオーステナイト相とを含有し、残部はマルテンサイト相からなる。   In response to this requirement, stainless steel containing 15.5-18% Cr and having high corrosion resistance in a high temperature oil well environment has been proposed. Japanese Patent Laying-Open No. 2005-336595 (Patent Document 1) proposes a stainless steel pipe having high strength and having carbon dioxide corrosion resistance in a high temperature environment of 230 ° C. The chemical composition of this steel pipe contains 15.5-18% Cr, 1.5-5% Ni and 1-3.5% Mo, Cr + 0.65Ni + 0.6Mo + 0.55Cu-20C ≧ 19.5 is satisfied, and Cr + Mo + 0.3Si-43.5C-0.4Mn-Ni-0.3Cu-9N ≧ 11.5 is satisfied. The metal structure of this steel pipe contains 10 to 60% of a ferrite phase and 30% or less of an austenite phase, and the balance consists of a martensite phase.

国際公開第2010/050519号(特許文献2)は、200℃の高温炭酸ガス環境において耐食性を有し、さらに、原油又はガスの回収が一時的に停止されることにより油井又はガス井の環境温度が低下した場合であっても高い耐硫化物応力腐食割れ性を有するステンレス鋼管を提案する。この鋼管の化学組成は、16%超〜18%のCrと、2%超〜3%のMoと、1〜3.5%のCuと、3〜5%未満のNiとを含有し、[Mn]×([N]−0.0045)≦0.001を満たす。この鋼管の金属組織は、体積率で10〜40%のフェライト相と、10%以下の残留オーステナイト相とを含有し、残部はマルテンサイト相である。   International Publication No. 2010/050519 (Patent Document 2) has corrosion resistance in a high-temperature carbon dioxide gas environment at 200 ° C., and further, the recovery of crude oil or gas temporarily stops the environment temperature of the oil well or gas well. We propose a stainless steel pipe with high resistance to sulfide stress corrosion cracking even when the resistance decreases. The chemical composition of this steel pipe contains more than 16% to 18% Cr, more than 2% to 3% Mo, 1 to 3.5% Cu, and less than 3 to 5% Ni. Mn] × ([N] −0.0045) ≦ 0.001 is satisfied. The metal structure of the steel pipe contains a ferrite phase of 10 to 40% by volume and a residual austenite phase of 10% or less, and the balance is a martensite phase.

国際公開第2010/134498号(特許文献3)は、高温環境で優れた耐食性を有し、常温で優れた耐SSC性を有する高強度のステンレス鋼を提案する。この鋼の化学組成は、16%超〜18%のCrと、1.6〜4.0%のMoと、1.5〜3.0のCuと、4.0超〜5.6%のNiとを含有し、Cr+Cu+Ni+Mo≧25.5を満たし、−8≦30(C+N)+0.5Mn+Ni+Cu/2+8.2−1.1(Cr+Mo)≦−4を満たす。この鋼の金属組織は、マルテンサイト相と、10〜40%のフェライト相と、残留オーステナイト相とを含有し、フェライト相分布率が85%よりも高い。   International Publication No. 2010/134498 (Patent Document 3) proposes a high-strength stainless steel having excellent corrosion resistance in a high temperature environment and excellent SSC resistance at room temperature. The chemical composition of this steel is over 16% to 18% Cr, 1.6 to 4.0% Mo, 1.5 to 3.0 Cu, and over 4.0 to 5.6%. Ni is contained, Cr + Cu + Ni + Mo ≧ 25.5 is satisfied, and −8 ≦ 30 (C + N) + 0.5Mn + Ni + Cu / 2 + 8.2-1.1 (Cr + Mo) ≦ −4 is satisfied. The metal structure of this steel contains a martensite phase, 10 to 40% ferrite phase, and a retained austenite phase, and the ferrite phase distribution ratio is higher than 85%.

ところで、これらの文献に開示された15.5〜18%のCrを含有する高Crステンレス鋼において、低温靱性が不十分な場合がある。特開2010−209402号公報(特許文献4)は、低温靱性に優れた油井用高強度ステンレス鋼管を提案する。この鋼管は、15.5〜17.5%のCrを含有し、ミクロ組織内の結晶粒のうち最も大きいものにおいて、当該結晶粒内の任意の2点間の距離が200μm以下である(換言すれば、結晶粒径が200μm以下である)。また、国際公開第2013/179667号(特許文献5)には、肉厚方向に引いた線分の単位長さ当たりに存在するフェライト−マルテンサイト粒界の数として定義されるGSI値が肉厚中心部で120以上である組織を有することで、優れた耐食性及び低温靱性を兼備することができると記載されている。   By the way, in the high Cr stainless steel containing 15.5 to 18% Cr disclosed in these documents, the low temperature toughness may be insufficient. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-209402 (Patent Document 4) proposes a high-strength stainless steel pipe for oil wells having excellent low-temperature toughness. This steel pipe contains 15.5 to 17.5% of Cr, and the largest one among the crystal grains in the microstructure has a distance between any two points in the crystal grain of 200 μm or less (in other words, In this case, the crystal grain size is 200 μm or less). In addition, in International Publication No. 2013/179667 (Patent Document 5), a GSI value defined as the number of ferrite-martensite grain boundaries existing per unit length of a line segment drawn in the thickness direction is a thickness. It is described that it has excellent corrosion resistance and low temperature toughness by having a structure of 120 or more in the center.

油井では、上述のようなステンレス鋼からなる油井管をねじ継手により複数連結して使用する。ねじ継手の形式は、インテグラル型とカップリング型とに大別される。インテグラル型では、油井管同士が直接連結される。具体的には、一の油井管の端部の内周に設けられた雌ねじ部に、他の油井管の端部の外周に設けられた雄ねじ部がねじ込まれ、油井管同士が連結される。カップリング型では、カップリングを介して油井管同士が連結される。具体的には、カップリングの両端部の内周に設けられた雌ねじ部の各々に、油井管の端部の外周に設けられた雄ねじ部がねじ込まれることにより、油井管同士が連結される。   In an oil well, a plurality of oil well pipes made of stainless steel as described above are connected by a threaded joint. The types of threaded joints are roughly classified into integral types and coupling types. In the integral type, oil well pipes are directly connected to each other. Specifically, a male screw part provided on the outer periphery of the end of another oil well pipe is screwed into a female screw part provided on the inner periphery of the end part of one oil well pipe, and the oil well pipes are connected to each other. In the coupling type, the oil well pipes are connected to each other through the coupling. Specifically, the oil well pipes are connected to each other by screwing a male screw part provided on the outer periphery of the end of the oil well pipe into each of the female screw parts provided on the inner periphery of both ends of the coupling.

一般に、雄ねじ部が形成された油井管の端部は、雌ねじ部に挿入される要素を含むことからピンと称される。雌ねじ部が形成された油井管又はカップリングの端部は、雄ねじ部を受け入れる要素を含むことからボックスと称される。   Generally, the end portion of the oil well pipe in which the male screw portion is formed is referred to as a pin because it includes an element inserted into the female screw portion. The end of the oil well pipe or coupling in which the female threaded portion is formed is referred to as a box because it includes an element that receives the male threaded portion.

ねじ継手には、外部又は内部からの圧力流体に対する密封性能が要求される。密封性能を確保するため、メタル−メタル接触によるシール部をねじ継手に設ける技術が知られている。メタル−メタル接触によるシール部は、ピンのシール面の径がボックスのシール面の径よりもわずかに大きくなっていることにより(以下、この径差を干渉量という)、締結によってシール面同士が嵌め合わされたときに、各シール面の弾性回復力によって接触圧力が発生し、シール面同士が全周密着する構造である。   The threaded joint is required to have a sealing performance against external or internal pressure fluid. In order to ensure the sealing performance, a technique for providing a threaded joint with a seal portion by metal-metal contact is known. The seal part by metal-metal contact has a slightly larger diameter than the diameter of the seal surface of the box (hereinafter, this difference in diameter is referred to as an interference amount). When fitted, contact pressure is generated by the elastic recovery force of each seal surface, and the seal surfaces are in close contact with each other.

特開2005−336595号公報JP 2005-336595 A 国際公開第2010/050519号International Publication No. 2010/050519 国際公開第2010/134498号International Publication No. 2010/134498 特開2010−209402号公報JP 2010-209402 A 国際公開第2013/179667号International Publication No. 2013/179667

シール部は密封性能を確保するために有効であるが、ピンとボックスとを締結する際にシール面同士が摺動することにより、焼きつきが発生することがある。ねじ継手を利用して連結される油井管では、密封性能を確保しつつ、焼きつきの発生を抑制することが望まれる。   Although the seal portion is effective for ensuring the sealing performance, seizure may occur due to sliding of the seal surfaces when fastening the pin and the box. In an oil country tubular good connected using a threaded joint, it is desired to suppress the occurrence of seizure while ensuring sealing performance.

本開示は、優れた密封性能及び耐焼きつき性能の双方を確保することができる油井管を提供することを目的とする。   An object of the present disclosure is to provide an oil well pipe capable of ensuring both excellent sealing performance and seizure resistance performance.

本開示に係る第1及び第2の油井管は、ステンレス鋼からなる。ステンレス鋼は、化学組成が、質量%で、C:0.001〜0.06%、Si:0.05〜0.5%、Mn:0.01〜2.0%、P:0.03%以下、S:0.005%未満、Cr:15.5〜18.0%、Ni:2.5〜6.0%、V:0.005〜0.25%、Al:0.05%以下、N:0.06%以下、O:0.01%以下、Cu:0〜3.5%、Co:0〜1.5%、Nb:0〜0.25%、Ti:0〜0.25%、Zr:0〜0.25%、Ta:0〜0.25%、B:0〜0.005%、Ca:0〜0.01%、Mg:0〜0.01%、及びREM:0〜0.05%を含有する。ステンレス鋼は、さらに、Mo:0〜3.5%及びW:0〜3.5%からなる群から選択された1種又は2種を式(1)を満たす範囲で含有する。ステンレス鋼は、残部がFe及び不純物からなる。マトリクス組織は、体積率で、40〜70%の焼戻しマルテンサイト相と、10〜50%のフェライト相と、1〜15%のオーステナイト相とを有する。マトリクス組織を100倍の倍率で撮影して得られた1mm×1mmのミクロ組織画像を、肉厚方向をx軸としかつ長さ方向をy軸とするxy座標系に配置し、1024×1024の各画素をグレースケールで表したとき、式(2)で定義されるβが1.55以上である。
1.0≦Mo+0.5W≦3.5 (1)
The first and second oil well pipes according to the present disclosure are made of stainless steel. Stainless steel has a chemical composition of mass%, C: 0.001 to 0.06%, Si: 0.05 to 0.5%, Mn: 0.01 to 2.0%, P: 0.03. % Or less, S: less than 0.005%, Cr: 15.5 to 18.0%, Ni: 2.5 to 6.0%, V: 0.005 to 0.25%, Al: 0.05% Hereinafter, N: 0.06% or less, O: 0.01% or less, Cu: 0 to 3.5%, Co: 0 to 1.5%, Nb: 0 to 0.25%, Ti: 0 to 0 .25%, Zr: 0 to 0.25%, Ta: 0 to 0.25%, B: 0 to 0.005%, Ca: 0 to 0.01%, Mg: 0 to 0.01%, and REM: 0 to 0.05% is contained. The stainless steel further contains one or two selected from the group consisting of Mo: 0 to 3.5% and W: 0 to 3.5% in a range satisfying the formula (1). The balance of stainless steel consists of Fe and impurities. The matrix structure has a volume ratio of 40 to 70% tempered martensite phase, 10 to 50% ferrite phase, and 1 to 15% austenite phase. A 1 mm × 1 mm microstructure image obtained by photographing a matrix structure at a magnification of 100 times is arranged in an xy coordinate system in which the thickness direction is the x axis and the length direction is the y axis, and is 1024 × 1024. When each pixel is expressed in gray scale, β defined by Equation (2) is 1.55 or more.
1.0 ≦ Mo + 0.5W ≦ 3.5 (1)

ここで、Mo,Wは、Mo,Wの含有量(質量%)である。
Here, Mo and W are Mo and W content (mass%).

ただし、式(2)において、Suは式(3)で定義され、Svは式(4)で定義される。


However, in Formula (2), Su is defined by Formula (3), and Sv is defined by Formula (4).


式(3)及び式(4)において、F(u,v)は式(5)で定義される。

In the equations (3) and (4), F (u, v) is defined by the equation (5).

式(5)において、f(x,y)は座標(x,y)の画素の階調を表す。   In equation (5), f (x, y) represents the gradation of the pixel at coordinates (x, y).

本開示に係る第1の油井管は、他の油井管と直接又はカップリングを介して連結される。第1の油井管は、管本体と、ピンとを備える。ピンは、管本体の少なくとも一方の端に連続して形成される。ピンは、他の油井管のボックス又はカップリングのボックスに挿入される。ピンは、雄ねじ部と、ピンシール面とを有する。雄ねじ部は、ピンの外周に形成されている。ピンシール面は、雄ねじ部よりもピンの先端側においてピンの外周に形成されている。ピンシール面は、直線部を含む。直線部は、管軸を含む平面で切断した油井管の断面で見て、ピンの先端側に向かうにつれて管軸に近づくように管軸に対して斜行する。直線部のテーパ比は、1/10〜1/3である。   The first oil well pipe according to the present disclosure is connected to another oil well pipe directly or via a coupling. The first oil well pipe includes a pipe body and a pin. The pin is continuously formed on at least one end of the tube body. The pin is inserted into another oil well tube box or coupling box. The pin has a male screw portion and a pin seal surface. The male screw portion is formed on the outer periphery of the pin. The pin seal surface is formed on the outer periphery of the pin on the tip end side of the pin with respect to the male screw portion. The pin seal surface includes a straight portion. The straight portion is inclined with respect to the pipe axis so as to approach the pipe axis as viewed from the cross-section of the oil well pipe cut along the plane including the pipe axis as it goes toward the tip end side of the pin. The taper ratio of the straight portion is 1/10 to 1/3.

本開示に係る第2の油井管は、他の油井管と連結される。第2の油井管は、管本体と、ボックスとを備える。ボックスは、管本体の一方の端に連続して形成される。ボックスは、他の油井管のピンが挿入される。ボックスは、雌ねじ部と、ボックスシール面とを有する。雌ねじ部は、ボックスの内周に形成されている。ボックスシール面は、雌ねじ部よりも管本体側においてボックスの内周に形成されている。ボックスシール面は、直線部を含む。直線部は、管軸を含む平面で切断した油井管の断面で見て、雌ねじ部側に向かうにつれて管軸から遠ざかるように管軸に対して斜行する。直線部のテーパ比は、1/10〜1/3である。   The second oil well pipe according to the present disclosure is connected to another oil well pipe. The second oil well pipe includes a pipe body and a box. The box is formed continuously at one end of the tube body. The box is inserted with another oil well pipe pin. The box has an internal thread portion and a box seal surface. The female thread portion is formed on the inner periphery of the box. The box seal surface is formed on the inner periphery of the box on the tube main body side with respect to the female screw portion. The box seal surface includes a straight portion. The straight portion is inclined with respect to the tube axis so as to move away from the tube axis as viewed from the cross section of the oil well tube cut along the plane including the tube axis toward the female screw portion side. The taper ratio of the straight portion is 1/10 to 1/3.

本開示に係る油井管によれば、優れた密封性能及び耐焼きつき性能の双方を確保することができる。   According to the oil well pipe according to the present disclosure, both excellent sealing performance and anti-seizure performance can be ensured.

図1は、実施形態に係る油井管用のステンレス鋼のミクロ組織の一例を示すミクロ組織画像である。FIG. 1 is a microstructure image showing an example of a microstructure of stainless steel for oil country tubular goods according to an embodiment. 図2は、図1のミクロ組織画像を2次元離散フーリエ変換して得られた対数周波数スペクトル図である。FIG. 2 is a logarithmic frequency spectrum diagram obtained by two-dimensional discrete Fourier transform of the microstructure image of FIG. 図3は、比較例であるステンレス鋼のミクロ組織の一例を示す写真である。FIG. 3 is a photograph showing an example of the microstructure of a stainless steel as a comparative example. 図4は、図3のミクロ組織画像を2次元離散フーリエ変換して得られた対数周波数スペクトル図である。FIG. 4 is a logarithmic frequency spectrum diagram obtained by two-dimensional discrete Fourier transform of the microstructure image of FIG. 図5は、実施形態に係る油井管用のステンレス鋼のミクロ組織の一例を示すミクロ組織画像である。FIG. 5 is a microstructure image showing an example of the microstructure of stainless steel for oil country tubular goods according to the embodiment. 図6は、図5のミクロ組織画像を2次元離散フーリエ変換して得られた対数周波数スペクトル図である。FIG. 6 is a logarithmic frequency spectrum diagram obtained by two-dimensional discrete Fourier transform of the microstructure image of FIG. 図7は、比較例であるステンレス鋼のミクロ組織の一例を示す写真である。FIG. 7 is a photograph showing an example of a microstructure of stainless steel as a comparative example. 図8は、図7のミクロ組織画像を2次元離散フーリエ変換して得られた対数周波数スペクトル図である。FIG. 8 is a logarithmic frequency spectrum diagram obtained by two-dimensional discrete Fourier transform of the microstructure image of FIG. 図9は、βと延性脆性の遷移温度との関係を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the relationship between β and the ductile brittle transition temperature. 図10は、シール面のテーパ比と密封性能及び耐焼きつき性能との関係を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the relationship between the taper ratio of the sealing surface, the sealing performance, and the anti-seizure performance. 図11は、シール面のテーパ比と接触面圧の変化との関係を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the relationship between the taper ratio of the seal surface and the change in contact surface pressure. 図12は、実施形態に係る油井管の側面図である。FIG. 12 is a side view of the oil well pipe according to the embodiment. 図13は、図12に示す油井管の一方の端部の拡大断面図である。FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view of one end of the oil well pipe shown in FIG. 図14は、図12に示す油井管の他方の端部の拡大断面図である。14 is an enlarged cross-sectional view of the other end of the oil well pipe shown in FIG. 図15は、図12に示す油井管と異なる構造を有する油井管の側面図である。FIG. 15 is a side view of an oil well pipe having a structure different from that shown in FIG.

<1.油井管の材料について>
実施形態に係る油井管は、ステンレス鋼からなる。以下、実施形態に係る油井管の材料として用いられるステンレス鋼について説明する。
<1. About Oil Well Pipe Materials>
The oil well pipe according to the embodiment is made of stainless steel. Hereinafter, stainless steel used as the material of the oil well pipe according to the embodiment will be described.

ステンレス鋼のマトリクス組織は、フェライト相と、焼戻しマルテンサイト相及びオーステナイト相(以下、実質マルテンサイト相という)とを含む。マトリクス組織において、フェライト相及び実質マルテンサイト相が圧延方向(長さ方向)に沿って延びかつ層状に配列される場合、ステンレス鋼は低温靱性に優れる。一方、マトリクス組織において、フェライト相が網目状に不規則に分布する場合、ステンレス鋼の低温靱性は低い。ステンレス鋼が鋼板の場合、圧延により延びた鋼板の中心軸を圧延方向とする。ステンレス鋼が鋼管の場合、鋼管の中心軸を圧延方向とする。   The matrix structure of stainless steel includes a ferrite phase, a tempered martensite phase, and an austenite phase (hereinafter referred to as a substantial martensite phase). In the matrix structure, when the ferrite phase and the substantial martensite phase extend along the rolling direction (length direction) and are arranged in layers, the stainless steel is excellent in low temperature toughness. On the other hand, when the ferrite phase is irregularly distributed like a network in the matrix structure, the low temperature toughness of stainless steel is low. When stainless steel is a steel plate, the central axis of the steel plate extended by rolling is defined as the rolling direction. When stainless steel is a steel pipe, the central axis of the steel pipe is the rolling direction.

ここで、本発明者等は、ステンレス鋼のフェライト相及び実質マルテンサイト相が、長さ方向に長く伸びることを特徴とする、ミクロ組織層状度を、ミクロ組織画像を2次元離散フーリエ変換することにより、肉厚方向及び長さ方向の両方を評価して定量化することができることを見出した。以下、この点について詳述する。   Here, the present inventors perform a two-dimensional discrete Fourier transform of a microstructure image, a microstructure microstructure, characterized in that the ferrite phase and the substantial martensite phase of stainless steel extend long in the length direction. Thus, it was found that both the thickness direction and the length direction can be evaluated and quantified. Hereinafter, this point will be described in detail.

ステンレス鋼の任意の板幅方向に垂直な断面から、観察倍率100倍であって1mm×1mmのミクロ組織画像を光学顕微鏡を用いて、グレースケール(256階調)にて撮影して得る。ミクロ組織画像の一例を図1に示す。図1では、ミクロ組織画像をxy座標系に配置している。図1中のy軸は長さ方向であり、x軸は長さ方向に垂直な肉厚方向である。図1において、灰色部分が実質マルテンサイト相であり、実質マルテンサイト相の粒の間に位置する白い部分がフェライト相である。ミクロ組織画像は、x軸方向にM=1024個の画素を有し、y軸方向にN=1024個の画素を有する。つまり、ミクロ組織画像は、M×N=1024×1024の画素数を有する。   From a cross section perpendicular to the plate width direction of stainless steel, a microstructure image having an observation magnification of 100 times and a size of 1 mm × 1 mm is obtained by using an optical microscope in gray scale (256 gradations). An example of the microstructure image is shown in FIG. In FIG. 1, the microstructure image is arranged in the xy coordinate system. The y-axis in FIG. 1 is the length direction, and the x-axis is the thickness direction perpendicular to the length direction. In FIG. 1, the gray portion is the substantial martensite phase, and the white portion located between the grains of the substantial martensite phase is the ferrite phase. The microstructure image has M = 1024 pixels in the x-axis direction and N = 1024 pixels in the y-axis direction. That is, the microstructure image has the number of pixels of M × N = 1024 × 1024.

ミクロ組織画像から各画素(x、y)(x=0〜M−1、y=0〜N−1)の2次元データf(x,y)を得る。f(x,y)は座標(x,y)の画素のグレースケールでの階調を表す。得られた2次元データに対して、式(5)で定義される2次元離散フーリエ変換(2D DFT)を実施する。M−1=1023、N−1=1023である。

Two-dimensional data f (x, y) of each pixel (x, y) (x = 0 to M−1, y = 0 to N−1) is obtained from the microstructure image. f (x, y) represents the gray scale of the pixel at the coordinate (x, y). A two-dimensional discrete Fourier transform (2D DFT) defined by equation (5) is performed on the obtained two-dimensional data. M-1 = 1023 and N-1 = 1023.

ここで、F(u,v)は、2次元データf(x,y)の2次元離散フーリエ変換後の2次元周波数スペクトルである。周波数スペクトルF(u,v)は一般に複素数であり、2次元データf(x,y)の周期性及び規則性の情報を含む。換言すれば、周波数スペクトルF(u,v)は、図1に示すようなミクロ組織画像内における、フェライト相及び実質マルテンサイト相の組織の周期性及び規則性に関する情報を含む。   Here, F (u, v) is a two-dimensional frequency spectrum after two-dimensional discrete Fourier transform of the two-dimensional data f (x, y). The frequency spectrum F (u, v) is generally a complex number and includes information on the periodicity and regularity of the two-dimensional data f (x, y). In other words, the frequency spectrum F (u, v) includes information on the periodicity and regularity of the structure of the ferrite phase and the substantial martensite phase in the microstructure image as shown in FIG.

図2は、図1に示すミクロ組織画像の対数周波数スペクトル図である。図2の横軸はv軸であり、縦軸はu軸である。図2の周波数スペクトル図は、白黒階調画像(グレースケール画像)であり、周波数スペクトルの最大値が白色、最小値が黒色である。周波数スペクトルの高い部分(図2中の白色部分)は、例えば図2の場合、u軸に延びた形状であり、境界は明確ではない。   FIG. 2 is a logarithmic frequency spectrum diagram of the microstructure image shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 2 is the v-axis, and the vertical axis is the u-axis. The frequency spectrum diagram of FIG. 2 is a black and white gradation image (grayscale image), where the maximum value of the frequency spectrum is white and the minimum value is black. For example, in the case of FIG. 2, the portion having a high frequency spectrum (white portion in FIG. 2) has a shape extending on the u axis, and the boundary is not clear.

ここで、周波数スペクトル図の周波数スペクトルF(u,v)において、u軸上のスペクトルの絶対値の総和Suは、式(3)で定義される。周波数スペクトルF(u,v)において、v軸上のスペクトルの絶対値の総和Svは、式(4)で定義される。さらに、Svに対するSuの比は、式(2)で定義されるβである。なお、Su,Svは、(u,v)空間で座標(0,0)のスペクトル強度を含まない。


Here, in the frequency spectrum F (u, v) of the frequency spectrum diagram, the sum Su of the absolute values of the spectrum on the u-axis is defined by Expression (3). In the frequency spectrum F (u, v), the sum Sv of the absolute values of the spectrum on the v-axis is defined by Expression (4). Furthermore, the ratio of Su to Sv is β defined by equation (2). Note that Su and Sv do not include the spectral intensity at coordinates (0, 0) in the (u, v) space.


また、同様の方法により、図3,5,7に示すステンレス鋼のミクロ組織画像を得る。さらに、図3,5,7に示すミクロ組織画像各々から対数周波数スペクトル図を求める。図4は、図3に示すミクロ組織画像の対数周波数スペクトル図であり、図6は、図5に示すミクロ組織画像の対数周波数スペクトル図であり、図8は、図7に示すミクロ組織画像の対数周波数スペクトル図である。以下、図1に示すミクロ組織を、組織1といい、図3に示すミクロ組織を、組織2といい、図5に示すミクロ組織を、組織3といい、図7に示すミクロ組織を、組織4という。   Moreover, the microstructure image of the stainless steel shown in FIGS. Further, a logarithmic frequency spectrum diagram is obtained from each of the microstructure images shown in FIGS. 4 is a logarithmic frequency spectrum diagram of the microstructure image shown in FIG. 3, FIG. 6 is a logarithmic frequency spectrum diagram of the microstructure image shown in FIG. 5, and FIG. 8 is a diagram of the microstructure image shown in FIG. It is a logarithmic frequency spectrum diagram. Hereinafter, the microstructure shown in FIG. 1 is referred to as organization 1, the microstructure shown in FIG. 3 is referred to as organization 2, the microstructure shown in FIG. 5 is referred to as organization 3, and the microstructure shown in FIG. Four.

組織1の画像(図1)と組織2の画像(図3)とを比較すると、組織1は組織2よりもフェライト相及び実質マルテンサイト相が圧延方向(長さ方向)に延びた形状である。さらに、組織1は、組織2よりもフェライト相及び実質マルテンサイト相の積層周期(肉厚方向に並ぶ周期)が短く、規則的である。組織1の画像と組織3の画像(図5)とを比較すると、組織1及び組織3のいずれも、各相が長さ方向に延びた形状である。さらに、組織3は、組織1と同様に、積層周期が短く、規則的である。組織3の画像と組織4の画像(図7)とを比較すると、組織3は組織4よりも各相が長さ方向に延びた形状である。さらに、組織3は、組織4よりも積層周期が短く、規則的である。   Comparing the image of the structure 1 (FIG. 1) and the image of the structure 2 (FIG. 3), the structure 1 has a shape in which the ferrite phase and the substantial martensite phase extend in the rolling direction (length direction) more than the structure 2. . Further, the structure 1 is regular and has a shorter lamination period (period aligned in the thickness direction) of the ferrite phase and the substantial martensite phase than the structure 2. Comparing the image of the tissue 1 and the image of the tissue 3 (FIG. 5), each of the tissue 1 and the tissue 3 has a shape in which each phase extends in the length direction. Furthermore, the structure 3 has a short lamination period and is regular like the structure 1. Comparing the image of the tissue 3 and the image of the tissue 4 (FIG. 7), the tissue 3 has a shape in which each phase extends in the length direction as compared with the tissue 4. Furthermore, the structure 3 has a shorter lamination cycle than the structure 4 and is regular.

また、組織1〜組織4各々の対数周波数スペクトル図はいずれも、白色部分がu軸に沿って延びる。しかしながら、組織1及び組織4は、組織2及び組織4に比べて白色部分のv軸方向の幅が狭い。βは、組織1が2.024であり、組織2が1.458であり、組織3が2.183であり、組織4が1.395である。要するに、βが低いほど、白色部分はu軸方向に短くなり、v軸方向に広がる。   Moreover, as for the logarithmic frequency spectrum figure of each structure | tissue 1-structure | tissue 4, the white part extends along u axis | shaft. However, the tissue 1 and the tissue 4 have a narrower white portion in the v-axis direction than the tissue 2 and the tissue 4. As for β, the structure 1 is 2.024, the structure 2 is 1.458, the structure 3 is 2.183, and the structure 4 is 1.395. In short, the lower β is, the shorter the white portion is in the u-axis direction and the v-axis direction is expanded.

また、延性脆性の遷移温度は、組織1が−82℃であり、組織2が−12℃であり、組織3が−109℃であり、組織4が−19℃である。なお、遷移温度は後述の実施例と同じ条件での結果である。図9は、βと遷移温度(℃)との関係を示す図である。図9は、次の方法により得られた。化学組成は後述の本実施形態の範囲内であり、βが異なる複数のステンレス鋼を製造した。各ステンレス鋼に対して、後述の低温靱性評価試験を実施して、遷移温度を得て、図9を作成した。図9中の直線は図9中の全てのプロットから最小2乗法により得た線であり、Rは相関関数である。 Further, the transition temperature of ductile brittleness is that the structure 1 is −82 ° C., the structure 2 is −12 ° C., the structure 3 is −109 ° C., and the structure 4 is −19 ° C. The transition temperature is the result under the same conditions as in the examples described later. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between β and the transition temperature (° C.). FIG. 9 was obtained by the following method. The chemical composition is within the range of this embodiment described later, and a plurality of stainless steels having different βs were produced. Each stainless steel was subjected to a low-temperature toughness evaluation test described later to obtain a transition temperature, and FIG. 9 was created. The straight line in FIG. 9 is a line obtained by the least square method from all the plots in FIG. 9, and R 2 is a correlation function.

このように、βが大きくなると、低温靱性に優れる傾向があることが分かった。以上より、βは、前記層状度を指標するものと考えることができる。   Thus, it turned out that there exists a tendency which is excellent in low-temperature toughness, when (beta) becomes large. From the above, it can be considered that β indicates the degree of layering.

本発明者等は、前述の知見に基づいて、実施形態に係る油井管に用いるステンレス鋼を完成させた。以下、当該ステンレス鋼について説明する。   Based on the above findings, the present inventors have completed stainless steel used in the oil well pipe according to the embodiment. Hereinafter, the stainless steel will be described.

実施形態に係る油井管用のステンレス鋼は、化学組成が、質量%で、C:0.001〜0.06%、Si:0.05〜0.5%、Mn:0.01〜2.0%、P:0.03%以下、S:0.005%未満、Cr:15.5〜18.0%、Ni:2.5〜6.0%、V:0.005〜0.25%、Al:0.05%以下、N:0.06%以下、O:0.01%以下、Cu:0〜3.5%、Co:0〜1.5%、Nb:0〜0.25%、Ti:0〜0.25%、Zr:0〜0.25%、Ta:0〜0.25%、B:0〜0.005%、Ca:0〜0.01%、Mg:0〜0.01%、及びREM:0〜0.05%を含有する。さらに、Mo:0〜3.5%、及びW:0〜3.5%からなる群から選択された1種又は2種を式(1)を満たす範囲で含有する。残部がFe及び不純物からなる。マトリクス組織が、体積率で、40〜70%の焼戻しマルテンサイト相と、10〜50%のフェライト相と、1〜15%のオーステナイト相とを有する。マトリクス組織を100倍の倍率で撮影して得られた1mm×1mmのミクロ組織画像を、肉厚方向をx軸としかつ長さ方向をy軸とするxy座標系に配置し、1024×1024の各画素をグレースケールで表したとき、式(2)で定義されるβが1.55以上である。
1.0≦Mo+0.5W≦3.5 (1)
The stainless steel for oil country tubular goods according to the embodiment has a chemical composition of mass%, C: 0.001 to 0.06%, Si: 0.05 to 0.5%, Mn: 0.01 to 2.0. %, P: 0.03% or less, S: less than 0.005%, Cr: 15.5 to 18.0%, Ni: 2.5 to 6.0%, V: 0.005 to 0.25% Al: 0.05% or less, N: 0.06% or less, O: 0.01% or less, Cu: 0 to 3.5%, Co: 0 to 1.5%, Nb: 0 to 0.25 %, Ti: 0 to 0.25%, Zr: 0 to 0.25%, Ta: 0 to 0.25%, B: 0 to 0.005%, Ca: 0 to 0.01%, Mg: 0 -0.01%, and REM: 0-0.05% is contained. Furthermore, 1 type or 2 types selected from the group which consists of Mo: 0-3.5% and W: 0-3.5% are contained in the range with which Formula (1) is satisfy | filled. The balance consists of Fe and impurities. The matrix structure has a volume ratio of 40 to 70% tempered martensite phase, 10 to 50% ferrite phase, and 1 to 15% austenite phase. A 1 mm × 1 mm microstructure image obtained by photographing a matrix structure at a magnification of 100 times is arranged in an xy coordinate system in which the thickness direction is the x axis and the length direction is the y axis, and is 1024 × 1024. When each pixel is expressed in gray scale, β defined by Equation (2) is 1.55 or more.
1.0 ≦ Mo + 0.5W ≦ 3.5 (1)

ここで、Mo,Wは、Mo,Wの含有量(質量%)である。

Here, Mo and W are Mo and W content (mass%).

ただし、式(2)において、Suは式(3)で定義され、Svは式(4)で定義される。


However, in Formula (2), Su is defined by Formula (3), and Sv is defined by Formula (4).


式(3)及び式(4)において、F(u,v)は式(5)で定義される。

In the equations (3) and (4), F (u, v) is defined by the equation (5).

式(5)において、f(x,y)は座標(x,y)の画素の階調を表す。   In equation (5), f (x, y) represents the gradation of the pixel at coordinates (x, y).

このステンレス鋼は、βが1.55以上であることで、延性脆性の遷移温度が−30℃以下となる。その結果、このステンレス鋼は、低温靱性に優れる。さらに、このステンレス鋼は、高強度を有し、高温での耐SCC性及び常温での耐SSC性に優れる。   This stainless steel has a ductile brittle transition temperature of −30 ° C. or lower because β is 1.55 or more. As a result, this stainless steel is excellent in low temperature toughness. Furthermore, this stainless steel has high strength and is excellent in SCC resistance at high temperature and SSC resistance at room temperature.

上記ステンレス鋼の化学組成は、質量%で、Cu:0.2〜3.5%、及びCo:0.05〜1.5%からなる群から選択された1種又は2種を含有してもよい。   The chemical composition of the stainless steel is 1% or 2% selected from the group consisting of Cu: 0.2-3.5% and Co: 0.05-1.5% in mass%. Also good.

上記ステンレス鋼の化学組成は、質量%で、Nb:0.01〜0.25%、Ti:0.01〜0.25%、Zr:0.01〜0.25%、及びTa:0.01〜0.25%からなる群から選択された1種又は2種以上を含有してもよい。   The chemical composition of the stainless steel is mass%, Nb: 0.01 to 0.25%, Ti: 0.01 to 0.25%, Zr: 0.01 to 0.25%, and Ta: 0.00. You may contain 1 type, or 2 or more types selected from the group which consists of 01-0.25%.

上記ステンレス鋼の化学組成は、質量%で、B:0.0003〜0.005%、Ca:0.0005〜0.01%、Mg:0.0005〜0.01%、及びREM:0.0005〜0.05%からなる群から選択された1種又は2種以上を含有してもよい。   The chemical composition of the stainless steel is, by mass, B: 0.0003 to 0.005%, Ca: 0.0005 to 0.01%, Mg: 0.0005 to 0.01%, and REM: 0.00. You may contain 1 type, or 2 or more types selected from the group which consists of 0005-0.05%.

[化学組成]
実施形態に係る油井管用のステンレス鋼は、以下の化学組成を有する。以降、元素に関する「%」は、質量%を意味する。
[Chemical composition]
The stainless steel for oil country tubular goods according to the embodiment has the following chemical composition. Hereinafter, “%” related to an element means mass%.

C:0.001〜0.06%
炭素(C)は鋼の強度を高める。しかしながら、C含有量が多すぎれば、焼戻し後の硬度が高くなり過ぎ、耐SSC性が低下する。さらに、本実施形態の化学組成では、C含有量が増加するに従い、Ms点が低下する。そのため、C含有量が増加するに従い、オーステナイトが増加しやすくなり、降伏強度が低下しやすくなる。したがって、C含有量は、0.06%以下である。C含有量は、好ましくは0.05%以下であり、さらに好ましくは0.03%以下である。また、製鋼工程における脱炭処理に掛かるコストを考慮すれば、C含有量は0.001%以上である。C含有量は、好ましくは0.003%以上であり、さらに好ましくは、0.005%以上である。
C: 0.001 to 0.06%
Carbon (C) increases the strength of the steel. However, if there is too much C content, the hardness after tempering will become high too much and SSC resistance will fall. Furthermore, in the chemical composition of the present embodiment, the Ms point decreases as the C content increases. Therefore, as the C content increases, austenite tends to increase and yield strength tends to decrease. Therefore, the C content is 0.06% or less. The C content is preferably 0.05% or less, and more preferably 0.03% or less. Moreover, if the cost concerning the decarburization process in a steelmaking process is considered, C content is 0.001% or more. The C content is preferably 0.003% or more, and more preferably 0.005% or more.

Si:0.05〜0.5%
シリコン(Si)は鋼を脱酸する。しかしながら、Si含有量が多すぎれば、鋼の靱性及び熱間加工性が低下する。Si含有量が多すぎればさらに、フェライトの生成量が増加し、降伏強度が低下しやすくなる。したがって、Si含有量は0.05〜0.5%である。Si含有量は、好ましくは0.5%未満であり、さらに好ましくは0.4%以下である。Si含有量は、好ましくは0.06%以上であり、さらに好ましくは、0.07%以上である。
Si: 0.05-0.5%
Silicon (Si) deoxidizes steel. However, if there is too much Si content, the toughness and hot workability of steel will fall. If the Si content is too large, the amount of ferrite produced further increases and the yield strength tends to decrease. Therefore, the Si content is 0.05 to 0.5%. The Si content is preferably less than 0.5%, more preferably 0.4% or less. The Si content is preferably 0.06% or more, and more preferably 0.07% or more.

Mn:0.01〜2.0%
マンガン(Mn)は、鋼を脱酸及び脱硫し、熱間加工性を高める。Mn含有量が少なすぎれば、上記効果が有効に得られない。一方、Mn含有量が高すぎれば、焼入れ時にオーステナイトが過剰に残留しやすくなり、鋼の強度を確保することが困難になる。したがって、Mn含有量は0.01〜2.0%である。Mn含有量は、好ましくは1.0%以下であり、さらに好ましくは0.6%以下である。Mn含有量は、好ましくは0.02%以上であり、さらに好ましくは0.04%以上である。
Mn: 0.01 to 2.0%
Manganese (Mn) deoxidizes and desulfurizes steel and improves hot workability. If the Mn content is too small, the above effect cannot be obtained effectively. On the other hand, if the Mn content is too high, austenite tends to remain excessively during quenching, and it becomes difficult to ensure the strength of the steel. Therefore, the Mn content is 0.01 to 2.0%. The Mn content is preferably 1.0% or less, and more preferably 0.6% or less. The Mn content is preferably 0.02% or more, and more preferably 0.04% or more.

P:0.03%以下
リン(P)は不純物である。Pは鋼の耐SSC性を低下する。したがって、P含有量はなるべく少ない方が好ましい。P含有量は0.03%以下である。P含有量は、好ましくは0.028%以下、さらに好ましくは0.025%以下である。また、P含有量は可能な限り低減することが好ましいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、P含有量は、好ましくは0.0005%以上であり、さらに好ましくは0.0008%以上である。
P: 0.03% or less Phosphorus (P) is an impurity. P decreases the SSC resistance of the steel. Therefore, it is preferable that the P content is as small as possible. The P content is 0.03% or less. The P content is preferably 0.028% or less, more preferably 0.025% or less. Moreover, although it is preferable to reduce P content as much as possible, extreme reduction leads to the increase in steelmaking cost. Therefore, the P content is preferably 0.0005% or more, and more preferably 0.0008% or more.

S:0.005%未満
硫黄(S)は不純物である。Sは鋼の熱間加工性を低下する。したがって、S含有量はなるべく少ない方が好ましい。S含有量は0.005%未満である。S含有量は、好ましくは0.003%以下であり、さらに好ましくは0.0015%以下である。また、S含有量は可能な限り低減することが好ましいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、S含有量は、好ましくは0.0001%以上であり、さらに好ましくは0.0003%以上である。
S: Less than 0.005% Sulfur (S) is an impurity. S decreases the hot workability of steel. Therefore, it is preferable that the S content is as small as possible. The S content is less than 0.005%. The S content is preferably 0.003% or less, and more preferably 0.0015% or less. Moreover, although it is preferable to reduce S content as much as possible, extreme reduction invites the increase in steelmaking cost. Therefore, the S content is preferably 0.0001% or more, and more preferably 0.0003% or more.

Cr:15.5〜18.0%
クロム(Cr)は鋼の耐食性を高める。具体的には、Crは腐食速度を低くし、鋼の耐SCC性を高める。C含有量が少なすぎれば、上記効果が有効に得られない。一方、Cr含有量が多すぎれば、鋼中のフェライト相の体積率が増加して鋼の強度が低下する。したがって、Cr含有量は15.5〜18.0%である。Cr含有量は、好ましくは17.8%以下であり、さらに好ましくは17.5%以下である。Cr含有量は、好ましくは16.0%以上であり、さらに好ましくは16.3%以上である。
Cr: 15.5 to 18.0%
Chromium (Cr) increases the corrosion resistance of steel. Specifically, Cr lowers the corrosion rate and increases the SCC resistance of the steel. If the C content is too small, the above effect cannot be obtained effectively. On the other hand, if there is too much Cr content, the volume fraction of the ferrite phase in steel will increase and the strength of steel will fall. Therefore, the Cr content is 15.5 to 18.0%. The Cr content is preferably 17.8% or less, and more preferably 17.5% or less. The Cr content is preferably 16.0% or more, and more preferably 16.3% or more.

Ni:2.5〜6.0%
ニッケル(Ni)は鋼の靱性を高める。Niはさらに、鋼の強度を高める。Ni含有量が少なすぎれば、上記効果が有効に得られない。一方、Ni含有量が多すぎれば、オーステナイトが多く生成し、その結果、鋼の強度が低下する。したがって、Ni含有量は2.5〜6.0%である。Ni含有量は、好ましくは6.0%未満であり、さらに好ましくは5.9%以下である。Ni含有量は、好ましくは3.0%以上であり、さらに好ましくは3.5%以上である。
Ni: 2.5-6.0%
Nickel (Ni) increases the toughness of the steel. Ni further increases the strength of the steel. If the Ni content is too small, the above effect cannot be obtained effectively. On the other hand, if the Ni content is too large, a large amount of austenite is generated, and as a result, the strength of the steel decreases. Therefore, the Ni content is 2.5 to 6.0%. The Ni content is preferably less than 6.0%, and more preferably 5.9% or less. The Ni content is preferably 3.0% or more, and more preferably 3.5% or more.

V:0.005〜0.25%
バナジウム(V)は、鋼の強度を高める。しかしながら、V含有量が多すぎれば、靱性が低下する。したがって、V含有量は0.005〜0.25%とする。V含有量は、好ましくは0.20%以下であり、さらに好ましくは0.15%以下である。V含有量は、好ましくは0.008%以上であり、さらに好ましくは0.01%以上である。
V: 0.005-0.25%
Vanadium (V) increases the strength of the steel. However, if there is too much V content, toughness will fall. Therefore, the V content is 0.005 to 0.25%. V content becomes like this. Preferably it is 0.20% or less, More preferably, it is 0.15% or less. V content becomes like this. Preferably it is 0.008% or more, More preferably, it is 0.01% or more.

Al:0.05%以下
アルミニウム(Al)は鋼を脱酸する。しかしながら、Al含有量が多すぎれば、鋼中の介在物が増加して鋼の靱性が低下する。そのため、上限は0.05%とする。Al含有量は、好ましくは0.048%以下であり、さらに好ましくは0.045%以下である。Al含有量は、好ましくは0.0005%以上であり、さらに好ましくは0.001%以上である。
Al: 0.05% or less Aluminum (Al) deoxidizes steel. However, when there is too much Al content, the inclusion in steel will increase and the toughness of steel will fall. Therefore, the upper limit is made 0.05%. The Al content is preferably 0.048% or less, and more preferably 0.045% or less. The Al content is preferably 0.0005% or more, and more preferably 0.001% or more.

N:0.06%以下
窒素(N)は鋼の強度を高める。しかしながら、N含有量が多すぎれば、オーステナイトが過剰に生成し、鋼中の介在物も増加する。その結果、鋼の靱性が低下する。したがって、N含有量は0.06%以下である。N含有量は、0.05%以下であり、さらに好ましくは0.03%以下である。N含有量は可能な限り低減することが好ましいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、N含有量は、好ましくは0.001%以上であり、さらに好ましくは0.002%以上である。
N: 0.06% or less Nitrogen (N) increases the strength of steel. However, if there is too much N content, austenite will produce | generate excessively and the inclusion in steel will also increase. As a result, the toughness of the steel is reduced. Therefore, the N content is 0.06% or less. N content is 0.05% or less, More preferably, it is 0.03% or less. The N content is preferably reduced as much as possible, but extreme reduction leads to an increase in steelmaking costs. Therefore, the N content is preferably 0.001% or more, and more preferably 0.002% or more.

O:0.01%以下
酸素(O)は不純物である。Oは鋼の靭性及び耐食性を低下させる。したがって、O含有量は0.01%以下である。O含有量は、好ましくは0.01%未満であり、より好ましくは0.009%以下、さらに好ましくは0.006%以下である。O含有量は可能な限り低減することが好ましいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、O含有量は、好ましくは0.0001%以上であり、さらに好ましくは0.0003%以上である。
O: 0.01% or less Oxygen (O) is an impurity. O reduces the toughness and corrosion resistance of steel. Therefore, the O content is 0.01% or less. The O content is preferably less than 0.01%, more preferably 0.009% or less, and still more preferably 0.006% or less. The O content is preferably reduced as much as possible, but extreme reduction leads to an increase in steelmaking costs. Therefore, the O content is preferably 0.0001% or more, and more preferably 0.0003% or more.

Mo:0〜3.5%、W:0〜3.5%
モリブデン(Mo)及びタングステン(W)は互いに置換可能な元素であり、両方を含有してもよく、一方だけを含有してもよい。Mo及びWは、少なくとも一方を含有することが必須である。これらの元素は鋼の耐SCC性を高める。一方、これらの元素の含有量が多すぎれば、その効果が飽和する。したがって、Mo含有量は0〜3.5%であり、W含有量は0〜3.5%であり、Mo及びWからなる群から選択された1種又は2種を式(1)を満たす範囲で含有する必要がある。Mo含有量は、好ましくは3.3%以下であり、さらに好ましくは3.0%以下である。Mo含有量は、好ましくは0.01%以上であり、さらに好ましくは0.03%以上である。W含有量は、好ましくは3.3%以下であり、さらに好ましくは3.0%以下である。W含有量は、好ましくは0.01%以上であり、さらに好ましくは0.03%以上である。
1.0≦Mo+0.5W≦3.5 (1)
Mo: 0 to 3.5%, W: 0 to 3.5%
Molybdenum (Mo) and tungsten (W) are elements that can be substituted for each other, and may contain both or only one. It is essential that Mo and W contain at least one. These elements increase the SCC resistance of the steel. On the other hand, if there is too much content of these elements, the effect will be saturated. Therefore, Mo content is 0-3.5%, W content is 0-3.5%, and 1 type or 2 types selected from the group which consists of Mo and W satisfy | fills Formula (1). It is necessary to contain in the range. Mo content becomes like this. Preferably it is 3.3% or less, More preferably, it is 3.0% or less. Mo content becomes like this. Preferably it is 0.01% or more, More preferably, it is 0.03% or more. W content becomes like this. Preferably it is 3.3% or less, More preferably, it is 3.0% or less. The W content is preferably 0.01% or more, and more preferably 0.03% or more.
1.0 ≦ Mo + 0.5W ≦ 3.5 (1)

本実施形態によるステンレス鋼の化学組成は、下記の選択元素を含有しても良い。すなわち、下記の元素は、いずれも本実施形態によるステンレス鋼に含有されていなくても良い。また、一部だけが含有されていても良い。   The chemical composition of the stainless steel according to this embodiment may contain the following selective elements. That is, none of the following elements may be contained in the stainless steel according to the present embodiment. Moreover, only a part may be contained.

Cu:0〜3.5%、Co:0〜1.5%
銅(Cu)及びコバルト(Co)は互いに置換可能な元素である。これらの元素は選択元素である。これらの元素は、焼戻しマルテンサイト相の体積分率を増加させ、鋼の強度を高める。さらに、Cuは焼戻し時にCu粒子として析出し、その強度をさらに高める。これらの元素の含有量が少なすぎれば、上記効果が有効に得られない。一方、これらの元素の含有量が多すぎれば、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Cu含有量は0〜3.5%とし、Co含有量は0〜1.5%とする。さらに、上記効果を十分に得るためには、Cu:0.2〜3.5%及びCo:0.05〜1.5%からなる群から選択された1種又は2種を含有することが好ましい。Cu含有量は、好ましくは3.3%以下であり、さらに好ましくは3.0%以下である。Cu含有量は、好ましくは0.3%以上であり、さらに好ましくは0.5%以上である。Co含有量は、好ましくは1.0%以下であり、さらに好ましくは0.8%以下である。Co含有量は、好ましくは0.08%以上であり、さらに好ましくは0.1%以上である。
Cu: 0 to 3.5%, Co: 0 to 1.5%
Copper (Cu) and cobalt (Co) are mutually replaceable elements. These elements are selective elements. These elements increase the volume fraction of the tempered martensite phase and increase the strength of the steel. Furthermore, Cu precipitates as Cu particles during tempering and further increases its strength. If the content of these elements is too small, the above effects cannot be obtained effectively. On the other hand, if there is too much content of these elements, the hot workability of steel will fall. Therefore, the Cu content is 0 to 3.5%, and the Co content is 0 to 1.5%. Further, in order to sufficiently obtain the above effect, it may contain one or two selected from the group consisting of Cu: 0.2 to 3.5% and Co: 0.05 to 1.5%. preferable. Cu content becomes like this. Preferably it is 3.3% or less, More preferably, it is 3.0% or less. The Cu content is preferably 0.3% or more, and more preferably 0.5% or more. The Co content is preferably 1.0% or less, and more preferably 0.8% or less. The Co content is preferably 0.08% or more, and more preferably 0.1% or more.

Nb:0〜0.25%、Ti:0〜0.25%、Zr:0〜0.25%及びTa:0〜0.25%
ニオブ(Nb)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)及びタンタル(Ta)は互いに置換可能な元素である。これらの元素は選択元素である。これらの元素は鋼の強度を高める。これらの元素は鋼の耐孔食性及び耐SCC性を向上させる。これらの元素が少しでも含有されれば、上記効果が得られる。しかしながら、これらの元素の含有量が多すぎれば、鋼の靭性が低下する。したがって、Nb含有量は0〜0.25%であり、Ti含有量は0〜0.25%であり、Zr含有量は0〜0.25%であり、Ta含有量は0〜0.25%である。さらに、上記効果を十分に得るためには、Nb:0.01〜0.25%、Ti:0.01〜0.25%、Zr:0.01〜0.25%、及びTa:0.01〜0.25%からなる群から選択された1種又は2種を含有することが好ましい。Nb含有量は、好ましくは0.23%以下であり、さらに好ましくは0.20%以下である。Nb含有量は、好ましくは0.02%以上であり、さらに好ましくは0.05%以上である。Ti含有量は、好ましくは0.23%以下であり、さらに好ましくは0.20%以下である。Ti含有量は、好ましくは0.02%以上であり、さらに好ましくは0.05%以上である。Zr含有量は、好ましくは0.23%以下であり、さらに好ましくは0.20%以下である。Zr含有量は、好ましくは0.02%以上であり、さらに好ましくは0.05%以上である。Ta含有量は、好ましくは0.24%以下であり、さらに好ましくは0.23%以下である。Ta含有量は、好ましくは0.02%以上であり、さらに好ましくは0.05%以上である。
Nb: 0 to 0.25%, Ti: 0 to 0.25%, Zr: 0 to 0.25% and Ta: 0 to 0.25%
Niobium (Nb), titanium (Ti), zirconium (Zr), and tantalum (Ta) are mutually replaceable elements. These elements are selective elements. These elements increase the strength of the steel. These elements improve the pitting corrosion resistance and SCC resistance of steel. If these elements are contained even a little, the above effect can be obtained. However, if there is too much content of these elements, the toughness of steel will fall. Therefore, the Nb content is 0 to 0.25%, the Ti content is 0 to 0.25%, the Zr content is 0 to 0.25%, and the Ta content is 0 to 0.25. %. Furthermore, in order to sufficiently obtain the above effects, Nb: 0.01 to 0.25%, Ti: 0.01 to 0.25%, Zr: 0.01 to 0.25%, and Ta: 0.00. It is preferable to contain 1 type or 2 types selected from the group which consists of 01-0.25%. The Nb content is preferably 0.23% or less, more preferably 0.20% or less. The Nb content is preferably 0.02% or more, more preferably 0.05% or more. The Ti content is preferably 0.23% or less, and more preferably 0.20% or less. The Ti content is preferably 0.02% or more, and more preferably 0.05% or more. The Zr content is preferably 0.23% or less, and more preferably 0.20% or less. The Zr content is preferably 0.02% or more, more preferably 0.05% or more. The Ta content is preferably 0.24% or less, and more preferably 0.23% or less. The Ta content is preferably 0.02% or more, and more preferably 0.05% or more.

Ca:0〜0.01%、Mg:0〜0.01%、REM:0〜0.05%及びB:0〜0.005%
カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、希土類元素(REM)及びボロン(B)は互いに置換可能な元素である。これらの元素は選択元素である。これらの元素は製造時の熱間加工性を改善する。これらの元素が少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ca、Mg及びREMの含有量が多すぎれば、酸素と結合して合金の清浄性を著しく低下させ、耐SSC性を劣化させる。また、B含有量が多すぎれば、鋼の靭性を低下させる。したがって、Ca含有量は0〜0.01%であり、Mg含有量は0〜0.01%であり、REM含有量は0〜0.05%であり、B含有量は0〜0.005%である。また、上記効果を十分に得るためには、Ca:0.0005〜0.01%、Mg:0.0005〜0.01%、REM:0.0005〜0.05%及びB:0.0003〜0.005%からなる群から選択された1種又は2種を含有することが好ましい。Ca含有量は、好ましくは0.008%以下であり、さらに好ましくは0.005%以下である。Ca含有量は、好ましくは0.0008%以上であり、さらに好ましくは0.001%以上である。Mg含有量は、好ましくは0.008%以下であり、さらに好ましくは0.005%以下である。Mg含有量は、好ましくは0.0008%以上であり、さらに好ましくは0.001%以上である。REM含有量は、好ましくは0.045%以下であり、さらに好ましくは0.04%以下である。REM含有量は、好ましくは0.0008%以上であり、さらに好ましくは0.001%以上である。B含有量は、好ましくは0.0045%以下であり、さらに好ましくは0.004%以下である。B含有量は、好ましくは0.0005%以上であり、さらに好ましくは0.0008%以上である。
Ca: 0 to 0.01%, Mg: 0 to 0.01%, REM: 0 to 0.05%, and B: 0 to 0.005%
Calcium (Ca), magnesium (Mg), rare earth element (REM), and boron (B) are mutually replaceable elements. These elements are selective elements. These elements improve hot workability during production. If these elements are contained even a little, the above effect can be obtained to some extent. However, if there is too much content of Ca, Mg and REM, it will combine with oxygen to significantly reduce the cleanliness of the alloy and degrade the SSC resistance. Moreover, if there is too much B content, the toughness of steel will be reduced. Therefore, the Ca content is 0 to 0.01%, the Mg content is 0 to 0.01%, the REM content is 0 to 0.05%, and the B content is 0 to 0.005. %. In order to sufficiently obtain the above effects, Ca: 0.0005 to 0.01%, Mg: 0.0005 to 0.01%, REM: 0.0005 to 0.05%, and B: 0.0003 It is preferable to contain 1 type or 2 types selected from the group which consists of -0.005%. The Ca content is preferably 0.008% or less, and more preferably 0.005% or less. The Ca content is preferably 0.0008% or more, and more preferably 0.001% or more. The Mg content is preferably 0.008% or less, and more preferably 0.005% or less. The Mg content is preferably 0.0008% or more, and more preferably 0.001% or more. The REM content is preferably 0.045% or less, and more preferably 0.04% or less. The REM content is preferably 0.0008% or more, and more preferably 0.001% or more. The B content is preferably 0.0045% or less, and more preferably 0.004% or less. The B content is preferably 0.0005% or more, and more preferably 0.0008% or more.

REMとは、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)及びランタノイドの合計17元素の総称である。本実施形態において、REM含有量とは、上述の17元素の1種又は2種以上の総含有量を意味する。   REM is a general term for a total of 17 elements of scandium (Sc), yttrium (Y), and lanthanoid. In the present embodiment, the REM content means the total content of one or more of the 17 elements described above.

なお、本実施形態によるステンレス鋼の化学組成の残部は、Fe及び不純物である。ここでいう不純物とは、ステンレス鋼を工業的に製造する際に、原料として利用される鉱石やスクラップから混入する元素、又は製造過程の環境等から混入する元素を意味する。   Note that the balance of the chemical composition of the stainless steel according to the present embodiment is Fe and impurities. An impurity here means the element mixed from the ore and scrap utilized as a raw material, or the element mixed from the environment of a manufacturing process, etc. when manufacturing stainless steel industrially.

[ミクロ組織]
本実施形態によるステンレス鋼のマトリクス組織は、体積率で、40〜70%の焼戻しマルテンサイト相と、10〜50%のフェライト相と、1〜15%のオーステナイト相とを有する。以降、マトリクス組織のこれらの体積率(分率)に関する%は、体積%を意味する。
[Microstructure]
The matrix structure of the stainless steel according to the present embodiment has a volume ratio of 40 to 70% tempered martensite phase, 10 to 50% ferrite phase, and 1 to 15% austenite phase. Henceforth,% regarding these volume fractions (fraction) of a matrix structure means volume%.

マトリクス組織中のフェライト相の体積率(フェライト分率:%)、オーステナイト相の体積率(オーステナイト分率:%)及び焼戻しマルテンサイト相の体積率(マルテンサイト分率:%)は次の方法で測定する。   The volume fraction of the ferrite phase in the matrix structure (ferrite fraction:%), the volume fraction of the austenite phase (austenite fraction:%), and the volume fraction of the tempered martensite phase (martensite fraction:%) are as follows. taking measurement.

[フェライト分率の測定方法]
ステンレス鋼の任意の位置からサンプルを採取する。ステンレス鋼の断面に相当するサンプルの表面(以下、観察面という)を研磨する。王水とグリセリンとの混合溶液を用いて、研磨された観察面をエッチングする。エッチングにより白く腐食された部分がフェライト相であり、このフェライト相の面積率を、JIS G0555(2003)に準拠した点算法で測定する。測定された面積率は、フェライト相の体積分率に等しいと考えられるため、これをフェライト分率(%)と定義する。
[Measurement method of ferrite fraction]
Samples are taken from any location on the stainless steel. The surface of the sample corresponding to the stainless steel cross section (hereinafter referred to as the observation surface) is polished. The polished observation surface is etched using a mixed solution of aqua regia and glycerin. The portion corroded in white by etching is a ferrite phase, and the area ratio of the ferrite phase is measured by a point calculation method based on JIS G0555 (2003). Since the measured area ratio is considered to be equal to the volume fraction of the ferrite phase, this is defined as the ferrite fraction (%).

[オーステナイト分率の測定方法]
オーステナイト分率は、X線回折法を用いて求める。ステンレス鋼の任意の位置から、15mm×15mm×2mmのサンプルを採取する。サンプルを用いて、フェライト相(α相)の(200)面及び(211)面、オーステナイト相(γ相)の(200)面、(220)面及び(311)面の各々のX線強度を測定し、各面の積分強度を算出する。算出後、α相の各面とγ相の各面との組み合わせ(合計6組)毎に、以下の式(6)を用いて体積率Vγを求める。各面の体積率Vγの平均値を、オーステナイト分率(%)と定義する。
Vγ=100/{1+(Iα×Rγ)/(Iγ×Rα)} (6)
[Method for measuring austenite fraction]
The austenite fraction is determined using an X-ray diffraction method. A 15 mm × 15 mm × 2 mm sample is taken from any location on the stainless steel. Using samples, the X-ray intensities of the (200) plane and (211) plane of the ferrite phase (α phase), the (200) plane, the (220) plane, and the (311) plane of the austenite phase (γ phase) are measured. Measure and calculate the integrated intensity of each surface. After the calculation, the volume ratio Vγ is obtained by using the following equation (6) for each combination (6 sets in total) of each surface of the α phase and each surface of the γ phase. The average value of the volume fraction Vγ of each surface is defined as the austenite fraction (%).
Vγ = 100 / {1+ (Iα × Rγ) / (Iγ × Rα)} (6)

ここで、Iαはα相の積分強度であり、Rγはγ相の結晶学的理論計算値であり、Iγはγ相の積分強度であり、Rαはα相の結晶学的理論計算値である。   Here, Iα is the integrated intensity of the α phase, Rγ is the crystallographic theoretical calculation value of the γ phase, Iγ is the integrated intensity of the γ phase, and Rα is the crystallographic theoretical calculation value of the α phase. .

[マルテンサイト分率の測定方法]
マトリクス組織のうち、フェライト相及びオーステナイト相以外の残部を、焼戻しマルテンサイト相の体積率(マルテンサイト分率)と定める。つまり、マルテンサイト分率(%)は100%からフェライト分率(%)及びオーステナイト分率(%)を引いた値である。
[Measurement method of martensite fraction]
The remainder of the matrix structure other than the ferrite phase and the austenite phase is defined as the volume ratio (martensite fraction) of the tempered martensite phase. That is, the martensite fraction (%) is a value obtained by subtracting the ferrite fraction (%) and the austenite fraction (%) from 100%.

[β]
本実施形態のステンレス鋼は、式(2)で定義されるβが1.55以上である。βは、次の方法で求める。ステンレス鋼の任意の板幅方向に垂直な断面(鋼管の場合は、管軸に平行な肉厚断面)から、マトリクス組織を100倍の倍率で撮影する。得られた1mm×1mmのミクロ組織画像を、肉厚方向をx軸としかつ長さ方向をy軸とするxy座標系に配置し、1024×1024の各画素をグレースケールで表す。したがって、グレースケール(256階調)で表されるミクロ組織画像は、ステンレス鋼のうち、肉厚方向及び長さ方向を含む面での断面から得られる。さらに、2次元離散フーリエ変換を用いて、グレースケールで表されるミクロ組織画像から、式(2)で定義されるβを求める。

[Β]
In the stainless steel of the present embodiment, β defined by the formula (2) is 1.55 or more. β is obtained by the following method. A matrix structure is photographed at a magnification of 100 times from a cross section perpendicular to an arbitrary plate width direction of stainless steel (in the case of a steel pipe, a thick cross section parallel to the tube axis). The obtained 1 mm × 1 mm microstructure image is arranged in an xy coordinate system in which the thickness direction is the x-axis and the length direction is the y-axis, and each 1024 × 1024 pixel is represented in gray scale. Therefore, a microstructure image expressed in gray scale (256 gradations) is obtained from a cross section of a surface including a thickness direction and a length direction in stainless steel. Furthermore, β defined by the equation (2) is obtained from the microstructure image expressed in gray scale using two-dimensional discrete Fourier transform.

ただし、式(2)において、Suは式(3)で定義され、Svは式(4)で定義される。


However, in Formula (2), Su is defined by Formula (3), and Sv is defined by Formula (4).


式(3)及び式(4)において、F(u,v)は式(5)で定義される。

In the equations (3) and (4), F (u, v) is defined by the equation (5).

式(5)において、f(x,y)は座標(x,y)の画素の階調を表す。   In equation (5), f (x, y) represents the gradation of the pixel at coordinates (x, y).

上述のとおり、βと低温靱性とは図9に示す関係を有する。本発明の一実施形態によるステンレス鋼は、マトリクス組織から求めたβが1.55以上であれば、図9に示すとおり、延性脆性の遷移温度が−30℃以下となる。したがって、本発明の一実施形態によるステンレス鋼は通常要求される−10℃において優れた低温靱性を示す。βは、好ましくは、1.6以上であり、さらに好ましくは、1.65以上である。   As described above, β and low temperature toughness have the relationship shown in FIG. The stainless steel according to one embodiment of the present invention has a ductile brittle transition temperature of −30 ° C. or less as shown in FIG. 9 when β obtained from the matrix structure is 1.55 or more. Therefore, the stainless steel according to one embodiment of the present invention exhibits excellent low temperature toughness at the normally required -10 ° C. β is preferably 1.6 or more, and more preferably 1.65 or more.

以上のことから、本実施形態によるステンレス鋼は、高強度を有し、高温での耐SCC性及び常温での耐SSC性に優れ、かつ優れた低温靱性を有する。   From the above, the stainless steel according to the present embodiment has high strength, excellent SCC resistance at high temperature and SSC resistance at room temperature, and excellent low temperature toughness.

[製造方法]
本実施形態のステンレス鋼の製造方法の一例を説明する。上述の化学組成を有する鋼素材(スラブ、ブルーム、ビレット等の鋳片又は鋼片)を適切な温度範囲においてなるべく高い圧延率で熱間圧延することにより、βが1.55以上のマトリクス組織が得られる。本例では、ステンレス鋼の製造方法の一例として、ステンレス鋼板の製造方法について説明する。
[Production method]
An example of the manufacturing method of the stainless steel of this embodiment is demonstrated. By hot rolling a steel material (slab, bloom, billet or other slab or steel slab) having the above-described chemical composition at a rolling rate as high as possible in an appropriate temperature range, a matrix structure having a β of 1.55 or more is obtained. can get. In this example, a stainless steel plate manufacturing method will be described as an example of a stainless steel manufacturing method.

上述の化学組成を有する鋼素材を準備する。素材は、連続鋳造により製造された鋳片であってもよいし、鋳片又はインゴットを熱間加工して製造された板材であってもよい。   A steel material having the above chemical composition is prepared. The raw material may be a slab produced by continuous casting, or a plate material produced by hot working a slab or an ingot.

準備された素材を加熱炉又は均熱炉に装入し、加熱する。加熱された素材を熱間圧延して、中間材(熱間圧延後の鋼素材)を製造する。このとき、熱間圧延工程での圧延率40%以上とする。ここで、圧延率(r:%)は、次の式(7)で定義される。
r={1−(熱間圧延後の鋼素材の肉厚/熱間圧延前の鋼素材の肉厚)}×100 (7)
The prepared material is charged into a heating furnace or a soaking furnace and heated. The heated material is hot-rolled to produce an intermediate material (steel material after hot rolling). At this time, the rolling rate in the hot rolling process is set to 40% or more. Here, the rolling ratio (r:%) is defined by the following formula (7).
r = {1- (the thickness of the steel material after hot rolling / the thickness of the steel material before hot rolling)} × 100 (7)

熱間圧延時における鋼材温度(圧延開始温度)を1200〜1300℃にする。ここでいう鋼材温度とは、素材の表面温度を意味する。素材の表面温度は、例えば、熱間圧延開始時に測定される。素材の表面温度は、素材の軸方向に沿って測定された表面温度の平均である。素材を加熱炉にて、例えば、1250℃の加熱温度で均熱した場合、鋼材温度は実質的に加熱温度に等しくなり、1250℃になる。さらに、熱間圧延終了時の鋼材温度(圧延終了温度)は、1100℃以上が好ましい。   The steel material temperature (rolling start temperature) during hot rolling is set to 1200 to 1300 ° C. The steel material temperature here means the surface temperature of the material. The surface temperature of the material is measured at the start of hot rolling, for example. The surface temperature of the material is an average of the surface temperatures measured along the axial direction of the material. When the material is soaked in a heating furnace at a heating temperature of 1250 ° C., for example, the steel material temperature is substantially equal to the heating temperature and becomes 1250 ° C. Furthermore, the steel material temperature at the end of hot rolling (rolling end temperature) is preferably 1100 ° C. or higher.

製造工程中、複数の熱間圧延工程が存在する場合、圧延率は、1100〜1300℃の鋼材温度の素材に対して連続して実施された熱間圧延工程の累積の圧延率を意味する。   When a plurality of hot rolling steps are present during the manufacturing process, the rolling rate means the cumulative rolling rate of the hot rolling step continuously performed on the material having a steel material temperature of 1100 to 1300 ° C.

熱間圧延時に鋼材温度が1100℃を下回る場合、熱間加工性の低下により鋼材表面に多量の疵が発生することがある。したがって、鋼材の加熱温度は高い方が好ましい。一方、層状度を高めるためには高い圧延率で圧延することが好ましい。   When the steel material temperature falls below 1100 ° C. during hot rolling, a large amount of wrinkles may be generated on the surface of the steel material due to a decrease in hot workability. Therefore, the one where the heating temperature of steel materials is higher is preferable. On the other hand, in order to increase the degree of layering, it is preferable to roll at a high rolling rate.

熱間圧延後の素板(中間材)に対して焼入れ及び焼戻しを実施する。中間材に焼入れ及び焼戻しを実施することにより、ステンレス鋼板の降伏強度を758MPa以上にすることができる。さらに、マトリクス組織が焼戻しマルテンサイト相を有する。   Quenching and tempering are performed on the base plate (intermediate material) after hot rolling. By performing quenching and tempering on the intermediate material, the yield strength of the stainless steel plate can be increased to 758 MPa or more. Furthermore, the matrix structure has a tempered martensite phase.

好ましくは、焼入れ工程では、中間材を一旦常温近傍の温度まで冷却する。そして、冷却された中間材を850〜1050℃の温度範囲に加熱する。加熱された中間材を、水等で冷却し、焼入れしてステンレス鋼板を製造する。好ましくは、焼戻し工程では、焼入れ後の中間材を650℃以下の温度に加熱する。つまり、焼戻し温度は好ましくは650℃以下である。焼戻し温度が650℃を超えると、鋼中にオーステナイトが増加し、強度が低下しやすくなるからである。好ましくは、焼戻し工程では、焼入れ後の中間材を500℃を超えた温度に加熱する。つまり、焼戻し温度は好ましくは500℃を超えた温度である。   Preferably, in the quenching step, the intermediate material is once cooled to a temperature near normal temperature. Then, the cooled intermediate material is heated to a temperature range of 850 to 1050 ° C. The heated intermediate material is cooled with water or the like and quenched to produce a stainless steel plate. Preferably, in the tempering step, the quenched intermediate material is heated to a temperature of 650 ° C. or lower. That is, the tempering temperature is preferably 650 ° C. or lower. This is because if the tempering temperature exceeds 650 ° C., austenite increases in the steel and the strength tends to decrease. Preferably, in the tempering step, the quenched intermediate material is heated to a temperature exceeding 500 ° C. That is, the tempering temperature is preferably a temperature exceeding 500 ° C.

以上の製造工程により、βが1.55以上であるステンレス鋼板が製造される。ステンレス鋼は、鋼板に限定されず、鋼板以外の他の形状であってもよい。好ましくは、素材を1200〜1250℃の温度で所定時間均熱し、その後、圧延率50%以上で圧延終了温度1100℃以上の熱間圧延を実施する。この場合、表面疵の発生を抑えつつ高い層状度をもつステンレス鋼材を得ることができる。   By the above manufacturing process, a stainless steel plate having β of 1.55 or more is manufactured. Stainless steel is not limited to a steel plate, and may have a shape other than a steel plate. Preferably, the material is soaked for a predetermined time at a temperature of 1200 to 1250 ° C., and then hot rolling is performed at a rolling rate of 50% or more and a rolling end temperature of 1100 ° C. or more. In this case, a stainless steel material having a high degree of layering can be obtained while suppressing generation of surface flaws.

<2.油井管の材料と構造との関係について>
本発明者等は、油井管の材料と構造との関係について検討を重ね、以下のような知見を得た。
<2. About the relation between the material and structure of the oil well pipe>
The present inventors have repeatedly studied the relationship between the material and structure of the oil well pipe, and obtained the following knowledge.

油井管の材料として13%Cr鋼を用いた場合、優れた耐食性を確保することができる。一方、ねじ継手によって複数連結される油井管では、密封性能をできるだけ向上させることが好ましい。本発明者等は、鋭意検討の結果、油井管のねじ継手に設けられたシール面の傾きを緩やかにすれば、密封性能を向上させることができるとの知見を得た。   When 13% Cr steel is used as the material of the oil well pipe, excellent corrosion resistance can be ensured. On the other hand, it is preferable to improve the sealing performance as much as possible in an oil well pipe connected by a plurality of threaded joints. As a result of intensive studies, the present inventors have obtained knowledge that the sealing performance can be improved if the inclination of the sealing surface provided in the threaded joint of the oil well pipe is made gentle.

本発明者等は、シール面のテーパ比が密封性能に大きな影響を与えると考えた。そこで、本発明者等は、有限要素法による数値シミュレーション解析を行い、シール面のテーパ比と密封性能との関係を調査した。   The present inventors considered that the taper ratio of the sealing surface has a great influence on the sealing performance. Therefore, the present inventors conducted numerical simulation analysis by a finite element method, and investigated the relationship between the taper ratio of the seal surface and the sealing performance.

図10は、解析結果に基づいて作成したグラフである。図10において、シール面のテーパ比と密封性能との関係を実線で示す。テーパ比は、管軸を含む平面で切断した油井管の断面で見て、シール面に含まれる直線状の部分のテーパ比である。   FIG. 10 is a graph created based on the analysis result. In FIG. 10, the relationship between the taper ratio of the sealing surface and the sealing performance is indicated by a solid line. The taper ratio is a taper ratio of a linear portion included in the seal surface when viewed in a cross section of the oil well pipe cut along a plane including the pipe axis.

図10において、密封性能は、ねじ継手に引張荷重が負荷されていない状態でシール部(ピンのシール面及びボックスのシール面)に発生する接触面圧の値と、油井管自体が降伏する極限の引張荷重をねじ継手に負荷した状態でシール部に発生する接触面圧の値とを対比した数値で示されている。当該数値が小さくなるほど、引っ張りによって密封性能が低下することを意味する。   In FIG. 10, the sealing performance refers to the value of the contact surface pressure generated at the seal part (the seal surface of the pin and the seal surface of the box) in a state where no tensile load is applied to the threaded joint, and the limit at which the oil well pipe itself yields. It is shown by the numerical value which contrasted with the value of the contact surface pressure which generate | occur | produces in a seal part in the state which applied the tension load of this to the threaded joint. It means that the smaller the value, the lower the sealing performance by pulling.

図10より、シール面のテーパ比が大きくなるほど、密封性能が低下していることがわかる。すなわち、シール面の傾きが急になるほど密封性能が低下する。よって、密封性能を向上させるためには、シール面の傾きを緩やかにすればよい。   FIG. 10 shows that the sealing performance decreases as the taper ratio of the sealing surface increases. In other words, the sealing performance decreases as the inclination of the sealing surface becomes steep. Therefore, in order to improve the sealing performance, the inclination of the sealing surface may be moderated.

本発明者等は、密封性能以外の性能とシール面の傾きとの関係についても検討した。その結果、本発明者等は、シール面の傾きが耐焼きつき性能にも影響を与えることを見出した。   The present inventors also examined the relationship between the performance other than the sealing performance and the inclination of the seal surface. As a result, the present inventors have found that the inclination of the seal surface also affects the anti-seizure performance.

本発明者等は、有限要素法による数値シミュレーション解析により、シール面のテーパ比と耐焼きつき性能との関係を導き出した。図10において、シール面のテーパ比と耐焼きつき性能との関係を一点鎖線で示す。   The present inventors derived the relationship between the taper ratio of the seal surface and the anti-seizure performance by numerical simulation analysis using a finite element method. In FIG. 10, the relationship between the taper ratio of the seal surface and the anti-seizure performance is indicated by a one-dot chain line.

図10において、耐焼きつき性能は、シール部のピーク接触面圧を締結開始から完了までにわたって積分した値の逆数で示されている。積分値は、摩擦係数が一定であるとの仮定の下、シール面同士の接触が最も強くなる局所的な点において、締結開始から完了までの間に摩擦によって発生するエネルギー(熱エネルギーとほぼ等しい)に相当する。よって、積分値の逆数が大きくなるほど、締結時において摩擦によって発生するエネルギーが小さくなり、ゴーリングが生じにくく耐焼きつき性能が高いということができる。   In FIG. 10, the seizure resistance performance is shown by the reciprocal of the value obtained by integrating the peak contact surface pressure of the seal portion from the start to the completion of the fastening. The integral value is the energy generated by friction between the start and the end of fastening (approximately equal to the thermal energy) at the local point where the contact between the seal surfaces is strongest under the assumption that the friction coefficient is constant. ). Therefore, it can be said that as the reciprocal of the integral value increases, the energy generated by friction at the time of fastening decreases, so that goling hardly occurs and the seizure resistance performance is high.

図10より、シール面のテーパ比が大きくなるほど、耐焼きつき性能が高くなっていることがわかる。すなわち、シール面の傾きが急になるほど耐焼きつき性能が高くなる。シール面の傾きを急にして耐焼きつき性能を向上させた場合は密封性能が低下し、シール面の傾きを緩やかにして密封性能を向上させた場合は耐焼きつき性能が低下する。すなわち、耐焼きつき性能は、密封性能とトレードオフの関係にあることがわかる。   FIG. 10 shows that the anti-seizure performance increases as the taper ratio of the seal surface increases. That is, the anti-seizure performance increases as the inclination of the seal surface becomes steeper. When the inclination of the sealing surface is abrupt and the seizure resistance is improved, the sealing performance is lowered. When the inclination of the sealing surface is made gentle and the sealing performance is improved, the seizure resistance is lowered. That is, it can be seen that the seizure resistance performance is in a trade-off relationship with the sealing performance.

本発明者等は、13%Cr鋼で油井管を構成した場合、耐焼きつき性能が特に悪化してしまうことを見出した。本発明者等は、焼きつき発生への懸念から、油井管の材料が13%Cr鋼のままでは、シール面の傾きを緩やかにして密封性能を向上させることは困難であると考えた。   The present inventors have found that when an oil well pipe is made of 13% Cr steel, the seizure resistance is particularly deteriorated. The present inventors considered that it is difficult to improve the sealing performance by making the inclination of the sealing surface gentle if the oil well pipe material is 13% Cr steel because of concern about the occurrence of seizure.

ステンレス鋼は、Cr含有量が多いほど熱伝導率が低く、熱がこもりやすいと考えられている。しかしながら、本発明者等は、前述の化学組成及びマトリクス組織を有するステンレス鋼の場合、Cr含有量が15.5%以上であるにもかかわらず、13%Cr鋼よりも熱伝導率が高くなるとの知見を得た。このことから、本発明者等は、当該ステンレス鋼からなる油井管であれば、他の油井管又はカップリングとの摺動時に発生する熱を効率的に放散させることができ、シール面の傾きを緩やかにしても焼きつきの発生を抑制することが可能になるとの着想に至った。本発明者等は、さらに検討を進め、特に好ましいシール面の傾きを見出した。   Stainless steel is considered to have a lower thermal conductivity and a higher heat content as the Cr content increases. However, in the case of the stainless steel having the above-described chemical composition and matrix structure, the present inventors have a higher thermal conductivity than the 13% Cr steel even though the Cr content is 15.5% or more. I got the knowledge. From this, the present inventors can efficiently dissipate heat generated when sliding with other oil well pipes or couplings if the oil well pipe is made of stainless steel, and the inclination of the seal surface. The idea was that it would be possible to suppress the occurrence of burn-in even if the pressure was moderated. The present inventors have further studied and found a particularly preferable inclination of the sealing surface.

上述した通り、シール面のテーパ比が小さくなるほど密封性能は高くなる。しかしながら、本発明者等は、シール面のテーパ比が1/10になった時点で密封性能向上の効果が飽和することを新たに見出した。すなわち、図10に示す通り、シール面のテーパ比が1/10以上であればテーパ比が小さくなるほど密封性能が向上するが、テーパ比が1/10未満ではテーパ比をそれ以上小さくしても密封性能の向上は望めない。一方、耐焼きつき性能は、シール面のテーパ比が1/10未満であっても、テーパ比の下降に伴って低下する。本発明者等は、この結果から、シール面のテーパ比は1/10以上であることが好ましいと結論づけた。   As described above, the sealing performance increases as the taper ratio of the sealing surface decreases. However, the present inventors have newly found that the effect of improving the sealing performance is saturated when the taper ratio of the seal surface becomes 1/10. That is, as shown in FIG. 10, if the taper ratio of the sealing surface is 1/10 or higher, the sealing performance improves as the taper ratio decreases. However, if the taper ratio is less than 1/10, the taper ratio can be further reduced. The improvement in sealing performance cannot be expected. On the other hand, even if the taper ratio of the seal surface is less than 1/10, the anti-seizure performance decreases as the taper ratio decreases. The present inventors concluded from this result that the taper ratio of the sealing surface is preferably 1/10 or more.

図10に示すように、シール面のテーパ比が大きくなるほど耐焼きつき性能は高くなる。一方、対応するシール面同士を360°均一に接触させるためには、締結が完了する直前におけるシール部の接触面圧の変動が少ないことが好ましい。図11に、締結完了の直前におけるシール部の接触面圧の変化の程度とシール面のテーパ比との関係を示す。図11より、テーパ比が1/3以下ではシール部の接触面圧は締結完了の直前でも変動しないが、テーパ比が1/3よりも大きくなると締結完了の直前にシール部の接触面圧が急上昇することがわかる。このようなシール部の接触面圧の急上昇は、円周方向における接触面圧の不均一を招き、密封性能を低下させる。よって、シール面のテーパ比は1/3以下であることが好ましい。   As shown in FIG. 10, the seizure resistance performance increases as the taper ratio of the seal surface increases. On the other hand, in order to bring the corresponding seal surfaces into uniform contact with each other by 360 °, it is preferable that the variation in the contact surface pressure of the seal portion immediately before the completion of fastening is small. FIG. 11 shows the relationship between the degree of change in the contact surface pressure of the seal portion and the taper ratio of the seal surface immediately before completion of fastening. From FIG. 11, when the taper ratio is 1/3 or less, the contact surface pressure of the seal portion does not fluctuate immediately before the completion of fastening, but when the taper ratio becomes larger than 1/3, the contact surface pressure of the seal portion immediately before the completion of fastening. You can see that it soars. Such a sudden increase in the contact surface pressure of the seal portion causes non-uniform contact surface pressure in the circumferential direction, thereby reducing the sealing performance. Therefore, the taper ratio of the seal surface is preferably 1/3 or less.

以上の知見に基づき、本発明者等は、実施形態に係る油井管を完成させた。   Based on the above findings, the present inventors have completed the oil well pipe according to the embodiment.

一実施形態に係る油井管は、前述の化学組成及びマトリクス組織を有するステンレス鋼からなる。油井管は、他の油井管と直接又はカップリングを介して連結される。油井管は、管本体と、ピンとを備える。ピンは、管本体の少なくとも一方の端に連続して形成される。ピンは、他の油井管のボックス又はカップリングのボックスに挿入される。ピンは、雄ねじ部と、ピンシール面とを有する。雄ねじ部は、ピンの外周に形成されている。ピンシール面は、雄ねじ部よりもピンの先端側においてピンの外周に形成されている。ピンシール面は、直線部を含む。直線部は、管軸を含む平面で切断した油井管の断面で見て、ピンの先端側に向かうにつれて管軸に近づくように管軸に対して斜行する。直線部のテーパ比は、1/10〜1/3である。   An oil well pipe according to one embodiment is made of stainless steel having the above-described chemical composition and matrix structure. The oil well pipe is connected to another oil well pipe directly or through a coupling. The oil well pipe includes a pipe body and a pin. The pin is continuously formed on at least one end of the tube body. The pin is inserted into another oil well tube box or coupling box. The pin has a male screw portion and a pin seal surface. The male screw portion is formed on the outer periphery of the pin. The pin seal surface is formed on the outer periphery of the pin on the tip end side of the pin with respect to the male screw portion. The pin seal surface includes a straight portion. The straight portion is inclined with respect to the pipe axis so as to approach the pipe axis as viewed from the cross-section of the oil well pipe cut along the plane including the pipe axis as it goes toward the tip end side of the pin. The taper ratio of the straight portion is 1/10 to 1/3.

上記実施形態に係る油井管は、前述の化学組成及びマトリクス組織を有するステンレス鋼からなる。このため、ピンシール面がボックスと摺動したときに発生する熱を効率的に放散させることができ、焼きつきの発生を抑制することができる。また、ピンシール面は、密封性能の向上に効果的なテーパ比1/3〜1/10を有する直線部を含んでいる。よって、当該油井管によれば、優れた密封性能及び耐焼きつき性能の双方を確保することができる。   The oil well pipe according to the embodiment is made of stainless steel having the above-described chemical composition and matrix structure. For this reason, the heat which generate | occur | produces when a pin seal surface slides with a box can be dissipated efficiently, and generation | occurrence | production of image sticking can be suppressed. The pin seal surface includes a straight portion having a taper ratio 1/3 to 1/10 that is effective for improving the sealing performance. Therefore, according to the oil well pipe, it is possible to ensure both excellent sealing performance and anti-seizure performance.

他の実施形態に係る油井管も、前述の化学組成及びマトリクス組織を有するステンレス鋼からなる。油井管は、他の油井管と連結される。油井管は、管本体と、ボックスとを備える。ボックスは、管本体の一方の端に連続して形成される。ボックスは、他の油井管のピンが挿入される。ボックスは、雌ねじ部と、ボックスシール面とを有する。雌ねじ部は、ボックスの内周に形成されている。ボックスシール面は、雌ねじ部よりも管本体側においてボックスの内周に形成されている。ボックスシール面は、直線部を含む。直線部は、管軸を含む平面で切断した油井管の断面で見て、雌ねじ部側に向かうにつれて管軸から遠ざかるように管軸に対して斜行する。直線部のテーパ比は、1/10〜1/3である。   Oil well pipes according to other embodiments are also made of stainless steel having the above-described chemical composition and matrix structure. The oil well pipe is connected to other oil well pipes. The oil well pipe includes a pipe body and a box. The box is formed continuously at one end of the tube body. The box is inserted with another oil well pipe pin. The box has an internal thread portion and a box seal surface. The female thread portion is formed on the inner periphery of the box. The box seal surface is formed on the inner periphery of the box on the tube main body side with respect to the female screw portion. The box seal surface includes a straight portion. The straight portion is inclined with respect to the tube axis so as to move away from the tube axis as viewed from the cross section of the oil well tube cut along the plane including the tube axis toward the female screw portion side. The taper ratio of the straight portion is 1/10 to 1/3.

上記他の実施形態に係る油井管も、前述の化学組成及びマトリクス組織を有するステンレス鋼からなる。このため、ボックスシール面がピンと摺動したときに発生する熱を効率的に放散させることができ、焼きつきの発生を抑制することができる。また、ボックスシール面は、密封性能の向上に効果的なテーパ比1/3〜1/10を有する直線部を含んでいる。よって、当該油井管によれば、優れた密封性能及び耐焼きつき性能の双方を確保することができる。   Oil well pipes according to other embodiments are also made of stainless steel having the above-described chemical composition and matrix structure. For this reason, the heat which generate | occur | produces when a box seal surface slides with a pin can be dissipated efficiently, and generation | occurrence | production of image sticking can be suppressed. The box seal surface includes a straight portion having a taper ratio 1/3 to 1/10 that is effective for improving the sealing performance. Therefore, according to the oil well pipe, it is possible to ensure both excellent sealing performance and anti-seizure performance.

以下、油井管の構造について、図12〜図15を参照しつつ説明する。図中同一及び相当する構成については同一の符号を付し、同じ説明を繰り返さない。説明の便宜上、各図において、構成を簡略化又は模式化して示したり、一部の構成を省略して示したりする場合がある。   Hereinafter, the structure of the oil well pipe will be described with reference to FIGS. In the drawings, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and the same description is not repeated. For convenience of explanation, in each drawing, the configuration may be simplified or schematically illustrated, or a part of the configuration may be omitted.

図12は、一実施形態に係る油井管10の概略構成を示す側面図である。油井管10は、「1.油井管の材料について」において説明した化学組成及びマトリクス組織を有するステンレス鋼からなる。油井管10は、管本体11と、ピン12と、ボックス13とを備える。ピン12は、管本体11の管軸方向の一方の端に連続して形成されている。ボックス13は、管本体11の管軸方向の他方の端に連続して形成されている。   FIG. 12 is a side view showing a schematic configuration of the oil well pipe 10 according to the embodiment. The oil well pipe 10 is made of stainless steel having the chemical composition and the matrix structure described in “1. The oil well pipe 10 includes a pipe body 11, a pin 12, and a box 13. The pin 12 is formed continuously at one end of the tube body 11 in the tube axis direction. The box 13 is formed continuously at the other end of the tube body 11 in the tube axis direction.

図13は、油井管10の一方の端部の拡大断面図である。図13に示すように、ピン12は、雄ねじ部121と、ピンシール面122と、ピンショルダ面123とを備える。   FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view of one end portion of the oil well pipe 10. As shown in FIG. 13, the pin 12 includes a male screw portion 121, a pin seal surface 122, and a pin shoulder surface 123.

雄ねじ部121及びピンシール面122は、ピン12の外周に形成されている。ピンシール面122は、雄ねじ部121よりもピン12の先端側に配置されている。ピンショルダ面123は、ピン12の先端面に設けられる。すなわち、ピン12において、雄ねじ部121、ピンシール面122、及びピンショルダ面123は、管本体11側から先端側に向かってこの順で配置されている。   The male screw part 121 and the pin seal surface 122 are formed on the outer periphery of the pin 12. The pin seal surface 122 is disposed closer to the distal end side of the pin 12 than the male screw portion 121. The pin shoulder surface 123 is provided on the tip surface of the pin 12. That is, in the pin 12, the male screw portion 121, the pin seal surface 122, and the pin shoulder surface 123 are arranged in this order from the tube main body 11 side to the distal end side.

ピンシール面122は、直線部122aを含む。直線部122aは、管軸CLを含む平面で切断した油井管10の断面で見て、ピン12の先端側に向かうにつれて管軸CLに近づくように管軸CLに対して斜行する直線状の部分である。すなわち、ピンシール面122は、ピン12の先端に向かって徐々に縮径する円錐台の周面を含んでおり、当該円錐台の周面によって直線部122aが構成される。   The pin seal surface 122 includes a straight portion 122a. The straight portion 122a is a straight line that is inclined with respect to the tube axis CL so as to approach the tube axis CL toward the distal end side of the pin 12 when viewed in a cross section of the oil well tube 10 cut along a plane including the tube axis CL. Part. That is, the pin seal surface 122 includes a circumferential surface of a truncated cone that gradually decreases in diameter toward the tip of the pin 12, and a linear portion 122 a is configured by the circumferential surface of the truncated cone.

本実施形態では、管軸CLを含む平面で切断した油井管10の断面で見て、ピンシール面122が直線部122aのみで構成されている。ただし、ピンシール面122は、管軸CLを含む平面で切断した油井管10の断面で見て、直線部122aと、1種以上の円弧及び/又は他の直線部との組み合わせによって構成されていてもよい。   In the present embodiment, the pin seal surface 122 is configured by only the straight portion 122a when viewed in a cross section of the oil well pipe 10 cut along a plane including the pipe axis CL. However, the pin seal surface 122 is configured by a combination of the straight portion 122a and one or more kinds of arcs and / or other straight portions when viewed in a cross section of the oil well pipe 10 cut along a plane including the tube axis CL. Also good.

直線部122aは、そのテーパ比Cが1/10〜1/3となるように構成されている。テーパ比Cは、以下の式(8)で表される。
=(Dp2−Dp1)/L (8)
Straight portion 122a, the taper ratio C p is configured to be 1 / 10-1 / 3. The taper ratio C p is expressed by the following formula (8).
C p = (D p2 -D p1 ) / L p (8)

式(8)において、Dp1,Dp2は、それぞれ、Pp1,Pp2におけるピンシール面122の直径(外径)であり、Lは、Pp1とPp2との管軸方向の距離である。Pp1,Pp2は、管軸CLを含む平面で切断した油井管10の断面で見て、直線部122a上の任意の点であるが、Pp1はPp2よりもピン12の先端側に位置している。したがって、Pp1におけるピンシール面122の直径Dp1よりも、Pp2におけるピンシール面122の直径Dp2の方が大きい。 In Expression (8), D p1 and D p2 are the diameters (outer diameters) of the pin seal surfaces 122 at P p1 and P p2 , respectively, and L p is the distance in the tube axis direction between P p1 and P p2. is there. P p1 and P p2 are arbitrary points on the straight line portion 122a when viewed in a cross section of the oil well pipe 10 cut along a plane including the pipe axis CL, but P p1 is closer to the tip side of the pin 12 than P p2 positioned. Therefore, than the diameter D p1 of pin seal surface 122 in the P p1, the larger diameter D p2 of pin seal surface 122 in the P p2.

図14は、油井管10の他方の端部の拡大断面図である。図14に示すように、ボックス13は、雌ねじ部131と、ボックスシール面132と、ボックスショルダ面133とを備える。   FIG. 14 is an enlarged cross-sectional view of the other end of the oil well pipe 10. As shown in FIG. 14, the box 13 includes an internal thread portion 131, a box seal surface 132, and a box shoulder surface 133.

雌ねじ部131及びボックスシール面132は、ボックス13の内周に形成されている。ボックスシール面132は、雌ねじ部131よりも管本体11側に配置されている。ボックスショルダ面133は、管本体11側のボックス13の端面に設けられる。すなわち、ボックス13において、雌ねじ部131、ボックスシール面132、及びボックスショルダ面133は、油井管10の端側から管本体11側に向かってこの順で配置されている。   The female screw part 131 and the box seal surface 132 are formed on the inner periphery of the box 13. The box seal surface 132 is disposed closer to the tube body 11 than the female thread portion 131. The box shoulder surface 133 is provided on the end surface of the box 13 on the tube body 11 side. That is, in the box 13, the female thread portion 131, the box seal surface 132, and the box shoulder surface 133 are arranged in this order from the end side of the oil well pipe 10 toward the pipe body 11 side.

ボックスシール面132は、直線部132aを含む。直線部132aは、管軸CLを含む平面で切断した油井管10の断面で見て、雌ねじ部131側に向かうにつれて管軸CLから遠ざかるように管軸CLに対して斜行する直線状の部分である。すなわち、ボックスシール面132は、雌ねじ部131に向かって徐々に拡径する円錐台の周面を含んでおり、当該円錐台の周面によって直線部132aが構成されている。   The box seal surface 132 includes a straight portion 132a. The straight portion 132a is a straight portion that is inclined with respect to the tube axis CL so as to move away from the tube axis CL toward the female screw portion 131 side when viewed in a cross section of the oil well pipe 10 cut along a plane including the tube axis CL. It is. That is, the box seal surface 132 includes a circumferential surface of a truncated cone that gradually increases in diameter toward the female screw portion 131, and a linear portion 132a is configured by the circumferential surface of the truncated cone.

本実施形態では、管軸CLを含む平面で切断した油井管10の断面で見て、ボックスシール面132が直線部132aのみで構成されている。ただし、ボックスシール面132は、管軸CLを含む平面で切断した油井管10の断面で見て、直線部132aと、1種以上の円弧及び/又は他の直線部との組み合わせによって構成されていてもよい。   In the present embodiment, the box seal surface 132 is composed of only the straight portion 132a when viewed in a cross section of the oil well pipe 10 cut along a plane including the pipe axis CL. However, the box seal surface 132 is configured by a combination of a straight portion 132a and one or more kinds of arcs and / or other straight portions as seen in a cross section of the oil well pipe 10 cut along a plane including the tube axis CL. May be.

直線部132aは、そのテーパ比Cが1/10〜1/3となるように構成されている。テーパ比Cは、以下の式(9)で表される。
=(Db2−Db1)/L (9)
Straight portion 132a, the taper ratio C b is configured to be 1 / 10-1 / 3. The taper ratio Cb is expressed by the following formula (9).
C b = (D b2 -D b1 ) / L b (9)

式(9)において、Db1,Db2は、それぞれ、Pb1,Pb2におけるボックスシール面132の直径(内径)であり、Lは、Pb1とPb2との管軸方向の距離である。Pb1,Pb2は、管軸CLを含む平面で切断した油井管10の断面で見て、直線部132a上の任意の点であるが、Pb2はPb1よりも雌ねじ部131側に位置している。したがって、Pb1におけるボックスシール面132の直径Db1よりも、Pb2におけるボックスシール面132の直径Db2の方が大きい。 In Expression (9), D b1 and D b2 are the diameters (inner diameters) of the box seal surfaces 132 at P b1 and P b2 , respectively, and L b is the distance in the tube axis direction between P b1 and P b2. is there. P b1 and P b2 are arbitrary points on the straight line portion 132a when viewed in a cross section of the oil well pipe 10 cut along a plane including the pipe axis CL, but P b2 is positioned closer to the female screw portion 131 than P b1. is doing. Therefore, than the diameter D b1 box sealing surface 132 of the P b1, the larger diameter D b2 box sealing surface 132 in the P b2.

上記の構造を有する油井管10を複数連結する場合、一の油井管10のピン12(図11及び図12)が他の油井管10のボックス13(図11及び図14)に挿入され、ピン12とボックス13とが締結される。したがって、油井管10において、ボックス13の雌ねじ部131、ボックスシール面132、及びボックスショルダ面133は、それぞれ、ピン12の雄ねじ部121、ピンシール面122、及びピンショルダ面123と対応するように形成されている。   When connecting a plurality of oil well pipes 10 having the above structure, the pin 12 (FIGS. 11 and 12) of one oil well pipe 10 is inserted into the box 13 (FIGS. 11 and 14) of another oil well pipe 10, and the pin 12 and the box 13 are fastened. Therefore, in the oil well pipe 10, the internal thread portion 131, the box seal surface 132, and the box shoulder surface 133 of the box 13 are formed to correspond to the external thread portion 121, the pin seal surface 122, and the pin shoulder surface 123 of the pin 12, respectively. ing.

雌ねじ部131は、雄ねじ部122を構成するねじと噛み合うねじで構成されている。ボックスシール面132は、締結状態において、ピンシール面122に接触する。ボックスショルダ面133は、締結状態において、ピンショルダ面123に接触する。   The female screw part 131 is constituted by a screw that meshes with a screw that constitutes the male screw part 122. The box seal surface 132 contacts the pin seal surface 122 in the fastened state. The box shoulder surface 133 contacts the pin shoulder surface 123 in the fastened state.

ピンシール面122及びボックスシール面132は、干渉量を有する。すなわち、ピンシール面122は、ボックスシール面132の内径よりもわずかに大きい外径を有する。このため、ピンシール面122及びボックスシール面132は、ボックス13に対するピン12のねじ込みに伴って互いに接触し、締結状態では嵌め合い密着して締まりばめの状態となる。これにより、ピンシール面122及びボックスシール面132は、メタル−メタル接触によるシール部を形成する。   The pin seal surface 122 and the box seal surface 132 have an interference amount. That is, the pin seal surface 122 has an outer diameter that is slightly larger than the inner diameter of the box seal surface 132. For this reason, the pin seal surface 122 and the box seal surface 132 come into contact with each other as the pin 12 is screwed into the box 13, and in a fastened state, the pin seal surface 122 and the box seal surface 132 are in close contact with each other. Thereby, the pin seal surface 122 and the box seal surface 132 form a seal portion by metal-metal contact.

ピンショルダ面123及びボックスショルダ面133は、ボックス13に対するピン12のねじ込みにより、互いに接触して押し付けられる。ピンショルダ面123及びボックスショルダ面133は、このような互いの押圧接触によってショルダ部を形成する。   The pin shoulder surface 123 and the box shoulder surface 133 are pressed against each other by screwing the pin 12 into the box 13. The pin shoulder surface 123 and the box shoulder surface 133 form a shoulder portion by such mutual pressing contact.

以上のように、本実施形態に係る油井管10では、ピンシール面122及びボックスシール面132に緩やかな傾斜面が設けられている。具体的には、管軸CLを含む油井管10の断面で見て、ピンシール面122は、直線部122aのテーパ比が1/10〜1/3となるように構成されている。同様に、ボックスシール面132も、直線部132aのテーパ比が1/10〜1/3となるように構成されている。上述した通り、このテーパ比の範囲であれば、密封性能を効果的に向上させることができる。   As described above, in the oil well pipe 10 according to the present embodiment, the pin seal surface 122 and the box seal surface 132 are provided with gently inclined surfaces. Specifically, the pin seal surface 122 is configured such that the taper ratio of the straight portion 122a is 1/10 to 1/3 when viewed in a cross section of the oil well pipe 10 including the pipe axis CL. Similarly, the box seal surface 132 is also configured so that the taper ratio of the straight portion 132a is 1/10 to 1/3. As described above, the sealing performance can be effectively improved within this taper ratio range.

また、本実施形態に係る油井管10は、「1.油井管の材料について」において説明した化学組成及びマトリクス組織を有するステンレス鋼からなる。当該ステンレス鋼は、13%Cr鋼と比べて高い熱伝導率を有し、熱がこもりにくい。このため、本実施形態に係る油井管10では、ピンシール面122が他の油井管10のボックスシール面132と摺動したときに発生する熱を効率的に放散させることができ、焼きつきの発生を抑制することができる。   In addition, the oil well pipe 10 according to the present embodiment is made of stainless steel having the chemical composition and the matrix structure described in “1. The stainless steel has a higher thermal conductivity than that of 13% Cr steel and is less likely to accumulate heat. For this reason, in the oil well pipe 10 according to the present embodiment, heat generated when the pin seal surface 122 slides with the box seal surface 132 of another oil well pipe 10 can be efficiently dissipated, and the occurrence of seizure can be prevented. Can be suppressed.

したがって、本実施形態に係る油井管10によれば、優れた密封性能及び耐焼きつき性能の双方を確保することができる。   Therefore, according to the oil well pipe 10 according to the present embodiment, both excellent sealing performance and anti-seizure performance can be ensured.

本開示に係る油井管の構造は、上記のものに限定されない。例えば、図12に示す油井管10において、ピンシール面122は、直線部122aのテーパ比が1/10〜1/3となるように構成されている。ボックスシール面132も、直線部132aのテーパ比が1/10〜1/3となるように構成されている。しかしながら、ピンシール面122及びボックスシール面132のどちらか一方がこのような直線部を含んでいなくてもよい。すなわち、ピンシール面122及びボックスシール面132のどちらか一方を、管軸CLの周りに円弧を回転させた回転体の周面のみ、あるいはテーパ比が1/10未満もしくは1/3よりも大きい円錐台の周面のみで構成してもよいし、これらを1種以上組み合わせたもののみで構成してもよい。   The structure of the oil well pipe according to the present disclosure is not limited to the above. For example, in the oil well pipe 10 shown in FIG. 12, the pin seal surface 122 is configured such that the taper ratio of the straight portion 122a is 1/10 to 1/3. The box seal surface 132 is also configured so that the taper ratio of the straight portion 132a is 1/10 to 1/3. However, one of the pin seal surface 122 and the box seal surface 132 may not include such a straight portion. That is, one of the pin seal surface 122 and the box seal surface 132 is formed only on the peripheral surface of the rotating body whose arc is rotated around the tube axis CL, or a cone having a taper ratio of less than 1/10 or greater than 1/3. You may comprise only with the surrounding surface of a stand, and you may comprise only what combined these 1 or more types.

油井管10では、ピンショルダ面123がピン12に設けられ、ボックスショルダ面133がボックス13に設けられている。しかしながら、ピン12及びボックス13は、それぞれ、ピンショルダ面123及びボックスショルダ面133を備えていなくてもよい。   In the oil well pipe 10, a pin shoulder surface 123 is provided on the pin 12, and a box shoulder surface 133 is provided on the box 13. However, the pin 12 and the box 13 may not include the pin shoulder surface 123 and the box shoulder surface 133, respectively.

油井管10では、管本体11の一方の端にピン12が連続して形成され、他方の端にボックス13が連続して形成されている。しかしながら、図15に示すように、管本体11の両端の各々にピン12が連続して形成されていてもよい。   In the oil well pipe 10, a pin 12 is continuously formed at one end of the pipe body 11, and a box 13 is continuously formed at the other end. However, as shown in FIG. 15, pins 12 may be formed continuously at both ends of the tube body 11.

図15に示すように、油井管10Aは、管本体11の管軸方向の各端に接続されたピン12,12を備える。油井管10Aは、ボックス13を備えていない。油井管10Aは、管状のカップリング20を介して他の油井管10Aと連結される。カップリング20は、管軸方向の両端部の各々においてボックス21を有する。一方のボックス21に一の油井管10Aのピン12を挿入して締結し、他方のボックス21に他の油井管10Aのピン12を挿入して締結することにより、2つの油井管10Aが連結される。   As shown in FIG. 15, the oil well pipe 10 </ b> A includes pins 12 and 12 connected to respective ends of the pipe body 11 in the pipe axis direction. The oil well pipe 10 </ b> A does not include the box 13. The oil well pipe 10 </ b> A is connected to another oil well pipe 10 </ b> A through a tubular coupling 20. The coupling 20 has a box 21 at each of both ends in the tube axis direction. By inserting the pin 12 of one oil well pipe 10A into one box 21 and fastening it, and inserting the pin 12 of another oil well pipe 10A into the other box 21 and fastening it, the two oil well pipes 10A are connected. The

特に図示しないが、カップリング20の各ボックス21は、ピン12の雄ねじ部121及びピンシール面122(図13)に各々対応する雌ねじ部及びボックスシール面を有する。ピン12がピンショルダ面123を有する場合、各ボックス21は、ピンショルダ面123に対応するボックスショルダ面をさらに有する。   Although not particularly illustrated, each box 21 of the coupling 20 has a female screw portion and a box seal surface corresponding to the male screw portion 121 and the pin seal surface 122 (FIG. 13) of the pin 12, respectively. When the pin 12 has the pin shoulder surface 123, each box 21 further has a box shoulder surface corresponding to the pin shoulder surface 123.

各ボックス21のボックスシール面は、油井管10のボックスシール面132(図15)と同様の構成を有していてもよいが、異なる構成を有していてもよい。すなわち、各ボックス21のボックスシール面は、管軸CLを含むカップリング20の断面で見て、テーパ比が1/10〜1/3の直線部を有していてもよいし、当該直線部を有していなくてもよい。   The box seal surface of each box 21 may have the same configuration as the box seal surface 132 (FIG. 15) of the oil well pipe 10, but may have a different configuration. That is, the box seal surface of each box 21 may have a straight portion having a taper ratio of 1/10 to 1/3 when viewed in a cross section of the coupling 20 including the tube axis CL. May not be included.

以上、実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。   Although the embodiments have been described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist thereof.

以下、実施例によって本開示をさらに詳しく説明する。ただし、本開示は、以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present disclosure will be described in more detail by way of examples. However, the present disclosure is not limited to the following examples.

<1.油井管の材料について>
表1に示す化学組成を有する鋼種A〜Vの鋼を溶製し、インゴットを製造した。鋼種A〜Vの化学組成は、本実施形態の範囲内である。各インゴットを熱間鍛造して、幅100mm、高さ30mmの板材を製造した。製造された板材を、番号1〜36の鋼素材として準備した。なお、表1に示す化学組成において、各元素の含有量は質量%であり、残部はFe及び不純物である。
<1. About Oil Well Pipe Materials>
Steels of steel types A to V having chemical compositions shown in Table 1 were melted to produce ingots. The chemical compositions of steel types A to V are within the scope of the present embodiment. Each ingot was hot forged to produce a plate material having a width of 100 mm and a height of 30 mm. The manufactured board material was prepared as a steel raw material of numbers 1-36. In the chemical composition shown in Table 1, the content of each element is mass%, and the balance is Fe and impurities.

準備された複数の素材を加熱炉で加熱した。加熱された素材を加熱炉から抽出し、抽出後速やかに熱間圧延を実施し、番号1〜36の中間材を製造した。熱間圧延時の素材各々の鋼材温度を、表2に示す。本実施例においては、素材を加熱炉にて十分な時間で加熱したため、鋼材温度は加熱温度に等しかった。各番号の熱間圧延での圧延率を、表2に示す。   A plurality of prepared materials were heated in a heating furnace. The heated raw material was extracted from the heating furnace, and after the extraction, hot rolling was performed immediately to produce intermediate materials having numbers 1 to 36. Table 2 shows the steel temperature of each material during hot rolling. In this example, since the material was heated in a heating furnace for a sufficient time, the steel material temperature was equal to the heating temperature. Table 2 shows the rolling ratio of each number in hot rolling.

番号1〜36各々の中間材に対して、焼入れ及び焼戻しを実施した。焼入れ温度は、950℃であった。焼入れ温度での保持時間(熱処理時間)は15分であった。水冷により、中間材に焼入れを実施した。焼戻し温度は、番号1、23〜30、32、33の中間材が550℃であり、番号2〜22、31、34〜36の中間材が600℃であった。焼戻し温度での保持時間は30分であった。以上の製造工程により、各番号の鋼板を製造した。   Quenching and tempering were performed on each of the intermediate materials of Nos. 1-36. The quenching temperature was 950 ° C. The holding time (heat treatment time) at the quenching temperature was 15 minutes. The intermediate material was quenched by water cooling. The tempering temperatures were 550 ° C. for the intermediate materials Nos. 23 to 30, 32, and 33, and 600 ° C. for the intermediate materials Nos. 2 to 22, 31, and 34 to 36. The holding time at the tempering temperature was 30 minutes. The steel plate of each number was manufactured according to the above manufacturing process.

[ミクロ組織観察試験]
番号1〜36各々の鋼板を幅中央で長さ方向に切断した。切断面(長さ方向をy軸、肉厚方向をx軸とする)のうち、鋼板の中心部分からミクロ組織観察用のサンプルを採取した。採取されたサンプルから、上述の方法で面積率を測定し、フェライト相の体積率と定義した。さらに、オーステナイト相の体積率を、上述のX線回折法により求めた。さらに、焼戻しマルテンサイト相の体積率を、フェライト相の体積率及びオーステナイト相の体積率を用いて上述の方法により求めた。
[Microstructure observation test]
The steel plates Nos. 1 to 36 were cut in the length direction at the width center. A sample for microstructural observation was taken from the central portion of the steel sheet in the cut surface (the length direction is the y-axis and the thickness direction is the x-axis). From the collected samples, the area ratio was measured by the method described above and defined as the volume ratio of the ferrite phase. Furthermore, the volume fraction of the austenite phase was determined by the X-ray diffraction method described above. Furthermore, the volume ratio of the tempered martensite phase was determined by the above-described method using the volume ratio of the ferrite phase and the volume ratio of the austenite phase.

さらに、観察面内の任意の位置から、観察倍率100倍であって1mm×1mmのミクロ組織画像(たとえば図1に示すような画像)を得た。得られたミクロ組織画像を用いて、上述の方法により、各番号の鋼板のβを算出した。   Further, a microstructure image (for example, an image as shown in FIG. 1) having an observation magnification of 100 times and a size of 1 mm × 1 mm was obtained from an arbitrary position in the observation surface. Using the obtained microstructure image, β of each numbered steel sheet was calculated by the method described above.

[降伏強度評価試験]
番号1〜36各々の鋼板の肉厚方向の中央部分から、引張試験用の丸棒を採取した。丸棒の長手方向は、鋼板の圧延方向に平行な方向(L方向)であった。丸棒の平行部の直径は6mmであり、標点間距離は40mmであった。採取された丸棒に対して、JIS Z2241(2011)に準拠して、室温で引張試験を実施し、降伏強度(0.2%耐力)を求めた。
[Yield strength evaluation test]
A round bar for a tensile test was collected from the central portion in the thickness direction of each of the steel plates Nos. 1 to 36. The longitudinal direction of the round bar was a direction (L direction) parallel to the rolling direction of the steel plate. The diameter of the parallel part of the round bar was 6 mm, and the distance between the gauge points was 40 mm. The collected round bar was subjected to a tensile test at room temperature in accordance with JIS Z2241 (2011) to determine the yield strength (0.2% yield strength).

[低温靱性評価試験]
低温靱性評価試験としてシャルピー衝撃試験を実施した。番号1〜36各々の鋼板の肉厚方向の中央部分から、ASTM E23に準拠したフルサイズ試験片を採取した。試験片の長手方向は、板幅方向に平行であった。採取された試験片を用いて、20℃〜−120℃の温度範囲においてシャルピー衝撃試験を実施し、吸収エネルギー(J)を測定し、延性脆性の破面遷移温度を求めた。
[Low temperature toughness evaluation test]
A Charpy impact test was conducted as a low temperature toughness evaluation test. Full-size test pieces based on ASTM E23 were collected from the central part in the thickness direction of each of the steel plates of Nos. 1 to 36. The longitudinal direction of the test piece was parallel to the plate width direction. Using the collected specimen, a Charpy impact test was performed in a temperature range of 20 ° C. to −120 ° C., the absorbed energy (J) was measured, and the fracture surface transition temperature of ductile brittleness was obtained.

[高温耐SCC性評価試験]
番号1〜36各々の鋼板から、4点曲げ試験片を採取した。試験片の長さは75mmであり、幅は10mmであり、厚さは2mmであった。試験片に4点曲げによるたわみを付与した。このとき、ASTM G39に準拠して、試験片に与えられる応力が試験片の0.2%オフセット耐力と等しくなるように、試験片のたわみ量を決定した。30bar(3.0MPa)のCOと0.01bar(1kPa)のHSとが加圧封入された200℃のオートクレーブを番号1〜36各々に準備した。たわみをかけた試験片をオートクレーブに収納した。試験片は、オートクレーブ内で25mass%のNaCl溶液に720時間浸漬した。溶液は、0.41g/lのCHCOONaを含有したCHCOONa+CHCOOH緩衝系によりpH4.5に調整した。浸漬後の試験片に対して応力腐食割れ(SCC)の発生の有無を観察した。具体的には、試験片に対して、引張応力が付加された部分の断面を100倍の倍率で光学顕微鏡を用いて観察し、割れの有無を判定した。表3において、割れ無しが○であり、割れ有りが×であり、○の場合が×の場合よりも耐SCC性に優れる。さらに、試験片に対して、試験前の重量及び浸漬後の重量の変化量に基づいて、腐食減量を求めた。得られた腐食減量から年間腐食量(mm/Year)を計算した。
[High temperature SCC resistance evaluation test]
Four-point bending test pieces were collected from each of the steel plates Nos. 1-36. The length of the test piece was 75 mm, the width was 10 mm, and the thickness was 2 mm. The test piece was given deflection by 4-point bending. At this time, in accordance with ASTM G39, the amount of deflection of the test piece was determined so that the stress applied to the test piece was equal to the 0.2% offset proof stress of the test piece. A 200 ° C. autoclave in which 30 bar (3.0 MPa) CO 2 and 0.01 bar (1 kPa) H 2 S were sealed under pressure was prepared for each of Nos. 1 to 36. The bent specimen was stored in an autoclave. The test piece was immersed in a 25 mass% NaCl solution in an autoclave for 720 hours. The solution was adjusted to pH 4.5 with a CH 3 COONa + CH 3 COOH buffer system containing 0.41 g / l CH 3 COONa. The presence or absence of occurrence of stress corrosion cracking (SCC) was observed on the test specimen after immersion. Specifically, the cross section of the portion where the tensile stress was applied to the test piece was observed with an optical microscope at a magnification of 100 times to determine the presence or absence of cracks. In Table 3, “No crack” is “Good”, “With crack” is “Good”, and “Good” is better in SCC resistance than “No”. Furthermore, corrosion weight loss was calculated | required based on the variation | change_quantity of the weight before a test, and the weight after immersion with respect to a test piece. The annual corrosion amount (mm / Year) was calculated from the obtained corrosion weight loss.

[常温での耐SSC性評価試験]
番号1〜36各々の鋼板から、NACE TM0177 METHOD A用の丸棒試験片を採取した。試験片の直径は6.35mmであり、平行部の長さは25.4mmであった。試験片の軸方向に引張応力を負荷した。このとき、NACA TM0177−2005に準拠して、試験片に与えられる応力が、試験材の実測の降伏応力の90%になるように調整した。試験片は、0.01bar(1kPa)のHSと0.99bar(0.099MPa)のCOとを飽和させた25mass%のNaCl溶液に720時間浸漬した。溶液は、0.41g/lのCHCOONaを含有したCHCOONa+CHCOOH緩衝系によりpH4.0に調整した。さらに、溶液の温度は25℃に調整した。浸漬後の試験片に対して、硫化物応力割れ(SSC)の発生の有無を観察した。具体的には、番号1〜36の試験片のうち、試験中に破断した試験片、及び破断しなかった試験片の各々に対して、平行部を肉眼にて観察し、クラック又は孔食の発生の有無を判定した。表3において、クラック又は孔食の発生が無い場合が○であり、クラック又は孔食の発生がある場合が×であり、○の場合が×の場合よりも耐SSC性に優れる。
[SSC resistance evaluation test at room temperature]
A round bar test piece for NACE TM0177 METHOD A was collected from each of the steel plates Nos. 1-36. The diameter of the test piece was 6.35 mm, and the length of the parallel part was 25.4 mm. A tensile stress was applied in the axial direction of the test piece. At this time, based on NACA TM0177-2005, the stress applied to the test piece was adjusted to be 90% of the actual measured yield stress of the test material. The test piece was immersed in a 25 mass% NaCl solution saturated with 0.01 bar (1 kPa) of H 2 S and 0.99 bar (0.099 MPa) of CO 2 for 720 hours. The solution was adjusted to pH 4.0 with a CH 3 COONa + CH 3 COOH buffer system containing 0.41 g / l CH 3 COONa. Furthermore, the temperature of the solution was adjusted to 25 ° C. The test piece after immersion was observed for the presence or absence of sulfide stress cracking (SSC). Specifically, among the test pieces numbered 1 to 36, for each of the test piece that was broken during the test and the test piece that was not broken, the parallel part was observed with the naked eye, and cracks or pitting corrosion was observed. The presence or absence of occurrence was determined. In Table 3, the case where there is no occurrence of cracks or pitting corrosion is o, the case where cracks or pitting corrosion occurs is x, and the case of o is more excellent in SSC resistance than the case of x.

[試験結果]
表3に試験結果を示す。番号1〜36の鋼板はいずれも、フェライト相の体積率(α分率)、オーステナイト相の体積率(γ分率)及び焼戻しマルテンサイト相の体積率(M分率)が、本実施形態の範囲内であった。番号1〜36の鋼材はいずれも、降伏強度が758MPa以上であり、年間腐食量が0.01mm/Year以下であり、耐SCC性及び耐SSC性が優れた。
[Test results]
Table 3 shows the test results. All of the steel plates numbered 1 to 36 have the ferrite phase volume fraction (α fraction), the austenite phase volume fraction (γ fraction) and the tempered martensite phase volume fraction (M fraction) of this embodiment. It was within the range. All of the steel materials of Nos. 1 to 36 had a yield strength of 758 MPa or more, an annual corrosion amount of 0.01 mm / year or less, and excellent SCC resistance and SSC resistance.

番号1、4、7、10、12〜16、19〜36の各鋼材はいずれも、βが1.55以上であった。これらの鋼材は遷移温度が−30℃以下であり、低温靭性に優れる。   Each of the steel materials of Nos. 1, 4, 7, 10, 12-16, and 19-36 had β of 1.55 or more. These steel materials have a transition temperature of −30 ° C. or less and are excellent in low temperature toughness.

また、番号2、3、5、6、8、9、11、17、18の各鋼材はいずれも、βが1.5未満であり、遷移温度が−30℃を上回った。これらの鋼材は低温靭性に劣る。   Moreover, all the steel materials of numbers 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11, 17, and 18 had β of less than 1.5, and the transition temperature exceeded −30 ° C. These steel materials are inferior in low temperature toughness.

<2.油井管の材料と構造との関係について>
本開示の範囲内の化学組成及びマトリクス組織を有するステンレス鋼について、油井管に適用した場合の耐焼きつき性能を確認するため、ファレックス試験及びメイクブレイク試験を実施した。
<2. About the relation between the material and structure of the oil well pipe>
A stainless steel having a chemical composition and a matrix structure within the scope of the present disclosure was subjected to a Falex test and a make break test in order to confirm seizure resistance performance when applied to an oil well pipe.

[ファレックス試験]
(試験条件)
実施例1−1、実施例1−2、比較例1−1、及び比較例1−2に係る試験片をそれぞれ3つずつ準備し、ファレックス試験機を用いた摩耗試験を実施した。共通の試験条件を以下に示す。試験終了条件は、摩擦係数0.2以上とした。
・試験面圧:2GPa
・ジャーナルピンの回転数:3rpm
・ジャーナルピン側の潤滑剤:シェル社製HP APIモディファイド スレッド コンパウンド タイプ3
・V型ブロック側の潤滑剤:なし
[Falex test]
(Test conditions)
Three test pieces according to Example 1-1, Example 1-2, Comparative Example 1-1, and Comparative Example 1-2 were prepared, and a wear test using a Falex tester was performed. Common test conditions are shown below. The test end condition was a friction coefficient of 0.2 or more.
Test surface pressure: 2 GPa
-Journal pin rotation speed: 3rpm
-Journal pin side lubricant: Shell API modified thread compound type 3 manufactured by Shell
・ V-block side lubricant: None

実施例1−1に係る試験片は、本開示の範囲内の化学組成及びマトリクス組織を有するステンレス鋼からなり、表面処理(サンドブラスト加工)が施されたものである。実施例1−2に係る試験片は、実施例1−1に係る試験片と同じステンレス鋼からなるが、表面処理が施されていない。表4に、実施例1−1及び1−2の試験片を構成するステンレス鋼の主な元素の含有量を示す。表4において、各元素の含有量は質量%で示されている。   The test piece according to Example 1-1 is made of stainless steel having a chemical composition and a matrix structure within the scope of the present disclosure, and is subjected to surface treatment (sandblasting). The test piece according to Example 1-2 is made of the same stainless steel as the test piece according to Example 1-1, but is not subjected to surface treatment. In Table 4, content of the main elements of the stainless steel which comprises the test piece of Example 1-1 and 1-2 is shown. In Table 4, the content of each element is shown by mass%.

比較例1−1に係る試験片は、本開示の範囲外の化学組成を有するステンレス鋼からなり、表面処理(サンドブラスト加工)が施されたものである。比較例1−2に係る試験片は、比較例1−1に係る試験片と同じステンレス鋼からなるが、表面処理が施されていない。比較例1−1及び1−2に係る試験片を構成するステンレス鋼は、質量%で11.9800のCrを含有する。   The test piece according to Comparative Example 1-1 is made of stainless steel having a chemical composition outside the scope of the present disclosure, and is subjected to surface treatment (sandblasting). The test piece according to Comparative Example 1-2 is made of the same stainless steel as the test piece according to Comparative Example 1-1, but is not subjected to surface treatment. The stainless steel constituting the test pieces according to Comparative Examples 1-1 and 1-2 contains 11.9800 Cr in mass%.

(評価)
実施例1−1、実施例1−2、比較例1−1、及び比較例1−2の各々について、各試験片の試験開始から終了までの時間(試験終了時間)及びその平均を表5に示す。
(Evaluation)
For each of Example 1-1, Example 1-2, Comparative Example 1-1, and Comparative Example 1-2, the time from the test start to the end of each test piece (test end time) and the average thereof are shown in Table 5. Shown in

表5より、試験片に表面処理を施した実施例1−1及び比較例1−1を比較すると、実施例1−1の方が比較例1−1よりも試験終了時間が長いことがわかる。試験片に表面処理を施さなかった実施例1−2及び比較例1−2についても、実施例1−2の方が比較例1−2よりも試験終了時間が長いことがわかる。特に、実施例1−2は、比較例1−2と比べて試験終了時間が大幅に延びている。このことから、本開示の範囲内の化学組成及びマトリクス組織を有するステンレス鋼は、摩耗が生じにくく、油井管に適用したときに耐焼きつき性能を向上させることができると予想される。   From Table 5, when Example 1-1 and Comparative Example 1-1 in which the test piece was subjected to surface treatment were compared, Example 1-1 was found to have a longer test completion time than Comparative Example 1-1. . Also about Example 1-2 and comparative example 1-2 which did not give surface treatment to a test piece, it turns out that example 1-2 has a test end time longer than comparative example 1-2. In particular, in Example 1-2, the test end time is significantly extended as compared with Comparative Example 1-2. From this, it is expected that the stainless steel having a chemical composition and matrix structure within the scope of the present disclosure is less likely to be worn and can improve the seizure resistance performance when applied to an oil well pipe.

[メイクブレイク試験]
(試験条件)
実施例2−1〜2−3として、実施例1−1及び1−2と同じステンレス鋼からなる油井管を使用し、締結と解体とを繰り返すメイクブレイク試験を実施した。比較例2−1〜2−3として、比較例1−1及び1−2と同じステンレス鋼からなる油井管を使用して、同様のメイクブレイク試験を実施した。共通の試験条件を以下に示す。
・油井管の寸法:外径177.8mm、肉厚14.99mm
・表面処理:ピン及びボックスともにサンドブラスト加工あり
・メイクアップトルク:34500N−m+0/−1360
・回転数:2rpm
・メイクブレイク回数:10回
[Make break test]
(Test conditions)
As Examples 2-1 to 2-3, an oil well pipe made of the same stainless steel as in Examples 1-1 and 1-2 was used, and a make-break test was repeated in which fastening and disassembly were repeated. As Comparative Examples 2-1 to 2-3, the same make break test was performed using an oil well pipe made of the same stainless steel as Comparative Examples 1-1 and 1-2. Common test conditions are shown below.
-Dimensions of oil well pipe: outer diameter 177.8mm, wall thickness 14.99mm
・ Surface treatment: Both pin and box are sandblasted ・ Make-up torque: 34500N-m + 0 / 1-1360
・ Rotation speed: 2rpm
・ Make breaks: 10 times

実施例2−1及び比較例2−1で使用した潤滑剤はShell Type 3、実施例2−2及び比較例2−2で使用した潤滑剤はBESTOLIFE社製API Modified 304−STである。実施例2−3及び比較例2−3では、いわゆる環境配慮型の潤滑剤(JET LUBE社製SEAL GUARD)を使用した。環境配慮型の潤滑剤は、重金属を含まず、潤滑性能が比較的低い潤滑剤である。   The lubricant used in Example 2-1 and Comparative Example 2-1 is Shell Type 3, and the lubricant used in Example 2-2 and Comparative Example 2-2 is API Modified 304-ST manufactured by BESTLIFE. In Example 2-3 and Comparative Example 2-3, a so-called environmentally friendly lubricant (SEAL GUARD manufactured by JET LUBE) was used. The environmentally friendly lubricant does not contain heavy metals and has a relatively low lubricating performance.

(試験結果)
実施例2−1では、1回目でネジ底に軽微なゴーリングが発生したが、手入れを実施した後、ゴーリングも疵の発生もなく10回までメイクブレイクを完了した。
(Test results)
In Example 2-1, slight goling occurred on the screw bottom at the first time, but after performing the care, make break was completed up to 10 times without goling and wrinkles.

実施例2−2では、1回目及び2回目でネジ底にスジ状の痕が発生したが、手入れを実施し、その後、さらに疵が発生することなく10回までメイクブレイクを完了した。   In Example 2-2, streak-like marks were generated on the screw bottom at the first time and the second time, but care was performed, and then makeup break was completed up to 10 times without further wrinkling.

実施例2−3では、1回目でネジ部にゴーリングが発生したため、メイクブレイク試験を中止した。しかし、シール部については性能が維持されていた。   In Example 2-3, since goling occurred in the screw portion at the first time, the make break test was stopped. However, the performance of the seal portion was maintained.

比較例2−1では、1回目、2回目、5回目にネジ底に軽微なゴーリング・スジ状の痕が発生し、2回目、4回目、9回目にネジ荷重面に軽微なゴーリング・変形が発生したが、その都度、手入れを実施して試験を続行し、10回のメイクブレイクを完了した。   In Comparative Example 2-1, a slight gorging and streak-like mark is generated on the screw bottom at the first time, the second time, and the fifth time, and a slight galling and deformation occurs on the screw load surface at the second time, the fourth time, and the ninth time. In each case, care was taken and the test was continued to complete 10 makeup breaks.

比較例2−2では、1回目、2回目、4回目にネジ底にスジ状の痕が発生し、1回目、3回目にネジ荷重面に軽微なゴーリングが発生し、8回目にはネジの各面で軽微なゴーリングが発生し、10回目にはネジ挿入面で変形が発生したが、その都度手入れを実施して試験を続行し、10回のメイクブレイクを完了した。   In Comparative Example 2-2, streak-shaped marks are generated on the screw bottom at the first time, the second time, and the fourth time, a slight goling occurs on the screw load surface at the first time and the third time, Minor goling occurred on each surface, and deformation occurred on the screw insertion surface for the 10th time, but the test was continued each time, and 10 makeup breaks were completed.

比較例2−3では、1回目でネジ部及びシール部の全周にゴーリングが発生したため、メイクブレイク試験を中止した。   In Comparative Example 2-3, go-ring occurred on the entire circumference of the screw portion and the seal portion at the first time, so the make break test was stopped.

(評価)
実施例2−1及び2−2と比較例2−1及び2−2とを比較すると、明らかに、比較例2−1及び2−2の方が損傷の発生回数が多い。また、実施例2−3及び比較例2−3は、どちらも1回目のブレイクアウト後にメイクブレイク試験を中止したが、比較例2−3ではシール部が損傷しているのに対し、実施例2−3ではシール部に損傷が発生しておらず、密封性能が維持されている。よって、本開示の範囲内の化学組成及びマトリクス組織を有するステンレス鋼によって油井管を構成すれば、締結及び解体時の損傷を抑制することができ、耐焼きつき性能を確保できることがわかる。
(Evaluation)
When Examples 2-1 and 2-2 are compared with Comparative Examples 2-1 and 2-2, obviously, Comparative Examples 2-1 and 2-2 have more damages. Further, both Example 2-3 and Comparative Example 2-3 stopped the make-break test after the first breakout, but in Comparative Example 2-3, the seal part was damaged, whereas the Example In 2-3, the seal portion is not damaged, and the sealing performance is maintained. Therefore, it can be seen that if the oil well pipe is made of stainless steel having a chemical composition and a matrix structure within the scope of the present disclosure, damage during fastening and dismantling can be suppressed, and seizure resistance can be ensured.

10,10A:油井管
11:管本体
12:ピン
121:雄ねじ部
122:ピンシール面
122a:直線部
13:ボックス
131:雌ねじ部
132:ボックスシール面
132a: 直線部
10, 10A: Oil well pipe 11: Pipe body 12: Pin 121: Male thread part 122: Pin seal surface 122a: Straight line part 13: Box 131: Female thread part 132: Box seal surface 132a: Straight line part

Claims (5)

ステンレス鋼からなり、他の油井管と直接又はカップリングを介して連結される油井管であって、
前記ステンレス鋼は、
化学組成が、質量%で、
C:0.001〜0.017%、
Si:0.05〜0.5%、
Mn:0.01〜2.0%、
P:0.03%以下、
S:0.005%未満、
Cr:15.5〜18.0%、
Ni:4.7〜6.0%、
V:0.005〜0.25%、
Al:0.05%以下、
N:0.06%以下、
O:0.01%以下、
Cu:0〜3.5%、
Co:0〜1.5%、
Nb:0〜0.25%、
Ti:0〜0.25%、
Zr:0〜0.25%、
Ta:0〜0.25%、
B:0〜0.005%、
Ca:0〜0.01%、
Mg:0〜0.01%、及び
REM:0〜0.05%を含有し、さらに、
Mo:0〜3.5%、及び
W:0〜3.5%からなる群から選択された1種又は2種を式(1)を満たす範囲で含有し、
残部がFe及び不純物からなり、
マトリクス組織が、体積率で、40〜70%の焼戻しマルテンサイト相と、10〜50%のフェライト相と、1〜15%のオーステナイト相とを有し、
前記マトリクス組織を100倍の倍率で撮影して得られた1mm×1mmのミクロ組織画像を、肉厚方向をx軸としかつ長さ方向をy軸とするxy座標系に配置し、1024×1024の各画素をグレースケールで表したとき、式(2)で定義されるβが1.55以上であり、
1.0≦Mo+0.5W≦3.5 (1)
ここで、Mo,Wは、Mo,Wの含有量(質量%)である。
ただし、式(2)において、Suは式(3)で定義され、Svは式(4)で定義される。
式(3)及び式(4)において、F(u,v)は式(5)で定義される。
式(5)において、f(x,y)は座標(x,y)の画素の階調を表す。
前記油井管は、
管本体と、
前記管本体の少なくとも一方の端に連続して形成され、前記他の油井管のボックス又は前記カップリングのボックスに挿入されるピンと、
を備え、
前記ピンは、
外周に形成された雄ねじ部と、
前記雄ねじ部よりも先端側において外周に形成されたピンシール面と、
を有し、
前記ピンシール面は、管軸を含む平面で切断した前記油井管の断面で見て、前記ピンの先端側に向かうにつれて管軸に近づくように管軸に対して斜行する直線部を含み、前記直線部のテーパ比が1/10〜1/3である、油井管。
An oil well pipe made of stainless steel and connected to another oil well pipe directly or via a coupling,
The stainless steel is
Chemical composition is mass%,
C: 0.001 to 0.017 %,
Si: 0.05 to 0.5%,
Mn: 0.01 to 2.0%,
P: 0.03% or less,
S: less than 0.005%,
Cr: 15.5 to 18.0%,
Ni: 4.7 ~6.0%,
V: 0.005-0.25%,
Al: 0.05% or less,
N: 0.06% or less,
O: 0.01% or less,
Cu: 0 to 3.5%
Co: 0 to 1.5%,
Nb: 0 to 0.25%,
Ti: 0 to 0.25%,
Zr: 0 to 0.25%,
Ta: 0 to 0.25%,
B: 0 to 0.005%,
Ca: 0 to 0.01%,
Mg: 0 to 0.01%, and REM: 0 to 0.05%,
Mo: 0 to 3.5%, and W: 1 type or 2 types selected from the group consisting of 0 to 3.5%, in a range satisfying the formula (1),
The balance consists of Fe and impurities,
The matrix structure has a volume ratio of 40 to 70% tempered martensite phase, 10 to 50% ferrite phase, and 1 to 15% austenite phase,
A 1 mm × 1 mm microstructure image obtained by photographing the matrix structure at a magnification of 100 times is arranged in an xy coordinate system in which the thickness direction is the x axis and the length direction is the y axis, and is 1024 × 1024. When each pixel is expressed in grayscale, β defined by the equation (2) is 1.55 or more,
1.0 ≦ Mo + 0.5W ≦ 3.5 (1)
Here, Mo and W are Mo and W content (mass%).
However, in Formula (2), Su is defined by Formula (3), and Sv is defined by Formula (4).
In the equations (3) and (4), F (u, v) is defined by the equation (5).
In equation (5), f (x, y) represents the gradation of the pixel at coordinates (x, y).
The oil well pipe is
A tube body;
A pin continuously formed on at least one end of the pipe body and inserted into the box of the other oil well pipe or the box of the coupling;
With
The pin is
A male thread formed on the outer periphery;
A pin seal surface formed on the outer periphery on the tip side of the male screw portion;
Have
The pin seal surface includes a straight portion that is inclined with respect to the tube axis so as to approach the tube axis toward the tip end side of the pin when viewed in a cross section of the oil well tube cut along a plane including the tube axis, An oil well pipe having a taper ratio of the straight portion of 1/10 to 1/3.
ステンレス鋼からなり、他の油井管と連結される油井管であって、
前記ステンレス鋼は、
化学組成が、質量%で、
C:0.001〜0.017%、
Si:0.05〜0.5%、
Mn:0.01〜2.0%、
P:0.03%以下、
S:0.005%未満、
Cr:15.5〜18.0%、
Ni:4.7〜6.0%、
V:0.005〜0.25%、
Al:0.05%以下、
N:0.06%以下、
O:0.01%以下、
Cu:0〜3.5%、
Co:0〜1.5%、
Nb:0〜0.25%、
Ti:0〜0.25%、
Zr:0〜0.25%、
Ta:0〜0.25%、
B:0〜0.005%、
Ca:0〜0.01%、
Mg:0〜0.01%、及び
REM:0〜0.05%を含有し、さらに、
Mo:0〜3.5%、及び
W:0〜3.5%からなる群から選択された1種又は2種を式(1)を満たす範囲で含有し、
残部がFe及び不純物からなり、
マトリクス組織が、体積率で、40〜70%の焼戻しマルテンサイト相と、10〜50%のフェライト相と、1〜15%のオーステナイト相とを有し、
前記マトリクス組織を100倍の倍率で撮影して得られた1mm×1mmのミクロ組織画像を、肉厚方向をx軸としかつ長さ方向をy軸とするxy座標系に配置し、1024×1024の各画素をグレースケールで表したとき、式(2)で定義されるβが1.55以上であり、
1.0≦Mo+0.5W≦3.5 (1)
ここで、Mo,Wは、Mo,Wの含有量(質量%)である。
ただし、式(2)において、Suは式(3)で定義され、Svは式(4)で定義される。
式(3)及び式(4)において、F(u,v)は式(5)で定義される。
式(5)において、f(x,y)は座標(x,y)の画素の階調を表す。
前記油井管は、
管本体と、
前記管本体の一方の端に連続して形成され、前記他の油井管のピンが挿入されるボックスと、
を備え、
前記ボックスは、
内周に形成された雌ねじ部と、
前記雌ねじ部よりも前記管本体側において内周に形成されたボックスシール面と、
を有し、
前記ボックスシール面は、管軸を含む平面で切断した前記油井管の断面で見て、前記雌ねじ部側に向かうにつれて管軸から遠ざかるように管軸に対して斜行する直線部を含み、前記直線部のテーパ比が1/10〜1/3である、油井管。
An oil well pipe made of stainless steel and connected to other oil well pipes,
The stainless steel is
Chemical composition is mass%,
C: 0.001 to 0.017 %,
Si: 0.05 to 0.5%,
Mn: 0.01 to 2.0%,
P: 0.03% or less,
S: less than 0.005%,
Cr: 15.5 to 18.0%,
Ni: 4.7 ~6.0%,
V: 0.005-0.25%,
Al: 0.05% or less,
N: 0.06% or less,
O: 0.01% or less,
Cu: 0 to 3.5%
Co: 0 to 1.5%,
Nb: 0 to 0.25%,
Ti: 0 to 0.25%,
Zr: 0 to 0.25%,
Ta: 0 to 0.25%,
B: 0 to 0.005%,
Ca: 0 to 0.01%,
Mg: 0 to 0.01%, and REM: 0 to 0.05%,
Mo: 0 to 3.5%, and W: 1 type or 2 types selected from the group consisting of 0 to 3.5%, in a range satisfying the formula (1),
The balance consists of Fe and impurities,
The matrix structure has a volume ratio of 40 to 70% tempered martensite phase, 10 to 50% ferrite phase, and 1 to 15% austenite phase,
A 1 mm × 1 mm microstructure image obtained by photographing the matrix structure at a magnification of 100 times is arranged in an xy coordinate system in which the thickness direction is the x axis and the length direction is the y axis, and is 1024 × 1024. When each pixel is expressed in grayscale, β defined by the equation (2) is 1.55 or more,
1.0 ≦ Mo + 0.5W ≦ 3.5 (1)
Here, Mo and W are Mo and W content (mass%).
However, in Formula (2), Su is defined by Formula (3), and Sv is defined by Formula (4).
In the equations (3) and (4), F (u, v) is defined by the equation (5).
In equation (5), f (x, y) represents the gradation of the pixel at coordinates (x, y).
The oil well pipe is
A tube body;
A box formed continuously at one end of the pipe body and into which the pin of the other oil well pipe is inserted;
With
The box is
An internal thread formed on the inner periphery;
A box seal surface formed on the inner periphery on the tube main body side than the female screw portion;
Have
The box seal surface includes a straight portion that is inclined with respect to the tube axis so as to move away from the tube axis as viewed from a cross section of the oil well tube cut along a plane including the tube axis, toward the female screw portion side, An oil well pipe having a taper ratio of the straight portion of 1/10 to 1/3.
請求項1又は2に記載の油井管であって、
前記ステンレス鋼は、
前記化学組成が、質量%で、
Cu:0.2〜3.5%、及び
Co:0.05〜1.5%からなる群から選択された1種又は2種を含有する、油井管。
The oil well pipe according to claim 1 or 2,
The stainless steel is
The chemical composition is mass%,
An oil well pipe containing one or two selected from the group consisting of Cu: 0.2 to 3.5% and Co: 0.05 to 1.5%.
請求項1から3のいずれか1項に記載の油井管であって、
前記ステンレス鋼は、
前記化学組成が、質量%で、
Nb:0.01〜0.25%、
Ti:0.01〜0.25%、
Zr:0.01〜0.25%、及び
Ta:0.01〜0.25%からなる群から選択された1種又は2種以上を含有する、油井管。
The oil well pipe according to any one of claims 1 to 3,
The stainless steel is
The chemical composition is mass%,
Nb: 0.01 to 0.25%,
Ti: 0.01 to 0.25%,
An oil well pipe containing one or more selected from the group consisting of Zr: 0.01 to 0.25% and Ta: 0.01 to 0.25%.
請求項1から4のいずれか1項に記載の油井管であって、
前記ステンレス鋼は、
前記化学組成が、質量%で、
B:0.0003〜0.005%、
Ca:0.0005〜0.01%、
Mg:0.0005〜0.01%、及び
REM:0.0005〜0.05%からなる群から選択された1種又は2種以上を含有する、油井管。
An oil well pipe according to any one of claims 1 to 4,
The stainless steel is
The chemical composition is mass%,
B: 0.0003 to 0.005%,
Ca: 0.0005 to 0.01%,
An oil well pipe containing one or more selected from the group consisting of Mg: 0.0005 to 0.01% and REM: 0.0005 to 0.05%.
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