JP6680142B2 - High-strength seamless oil country tubular good and method for manufacturing the same - Google Patents

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本発明は、高強度継目無油井管およびその製造方法に関する。詳しくは、本発明は、C含有量の高い鋼を素材とし、焼入れ時の割れ(以下、「焼割れ」という。)を抑止するために、空気と水を混合したミスト焼入れを施しても変形を生じ難い、生産性に優れる高強度継目無油井管およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a high-strength seamless oil country tubular good and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention uses steel with a high C content as a raw material, and in order to prevent cracks during quenching (hereinafter referred to as "quenching cracks"), it is deformed even if mist quenching is performed by mixing air and water. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a high-strength seamless oil country tubular good that is less likely to cause rusting and has excellent productivity, and a method for manufacturing the same.
近年、例えば、エネルギー関連分野では、油井およびガス井(以下、油井およびガス井を総称して、単に「油井」という。)の深井戸化が進んでいる。このため、こうした油井で用いられるケーシング、チュービング等の「継目無油井管」に高強度化が要求されている。   In recent years, for example, in the field of energy, oil wells and gas wells (hereinafter, oil wells and gas wells are collectively referred to simply as “oil wells”) are becoming deeper. For this reason, the "seamless oil well pipe" such as casing and tubing used in such oil wells is required to have high strength.
高強度の継目無油井管に関する技術としては、例えば、特許文献1〜3に降伏強さ(以下、「YS」ということがある。)が862MPa(125ksi)以上の「油井用高強度継目無鋼管およびその製造方法」が開示され、また、特許文献4および5にはYSが758MPa(110ksi)以上の「耐硫化物応力割れ性に優れた油井用高強度継目無鋼管およびその製造方法」が開示されている。さらに、油井用の高強度低合金鋼としては、例えば、特許文献6および7にいずれもYSが618〜853MPa(63〜87kgf/mm2)の「低温靱性および耐硫化物応力割れ性に優れた高強度低合金油井用調質鋼」および「低温靱性および耐硫化物応力割れ性に優れた高強度低合金油井用鋼」が開示されている。一方、各種鋼材の冷却に関する技術として、特許文献8には「鋼材の冷却制御方法」が開示され、また、特許文献9には「変態発熱量を考慮した鋼板の温度予測方法」が開示されている。 As a technique related to a high-strength seamless oil country tubular good, for example, Patent Documents 1 to 3 have a yield strength (hereinafter sometimes referred to as “YS”) of 862 MPa (125 ksi) or more “high-strength seamless steel pipe for oil well” And its manufacturing method ", and Patent Documents 4 and 5 disclose" High strength seamless steel pipe for oil well excellent in sulfide stress cracking resistance and YS of 758 MPa (110 ksi) or more and manufacturing method thereof ". Has been done. Further, as a high-strength low-alloy steel for oil wells, for example, in Patent Documents 6 and 7, YS of 618 to 853 MPa (63 to 87 kgf / mm 2 ) is "excellent in low temperature toughness and sulfide stress cracking resistance. "High-strength low alloy oil well tempered steel" and "high strength low alloy oil well steel excellent in low temperature toughness and sulfide stress cracking resistance" are disclosed. On the other hand, as a technique relating to cooling of various steel materials, Patent Document 8 discloses “a steel material cooling control method”, and Patent Document 9 discloses “a steel plate temperature prediction method in consideration of transformation heat value”. There is.
特許第5943165号公報Patent No. 5943165 特許第5943164号公報Patent No. 5943164 特許第5930140号公報Japanese Patent No. 5930140 特開2013−129879号公報JP, 2013-129879, A 国際公開第2010/150915号International Publication No. 2010/150915 特開平7−011384号公報JP, 7-011384, A 特開平4−066645号公報JP-A-4-066645 特開平1−162508号公報JP-A-1-162508 特開2011−212743号公報JP, 2011-212743, A
特許文献1〜7に開示された高強度の継目無油井管および油井用の高強度低合金鋼の組織はいずれも、焼戻しマルテンサイトが主相であるので、焼入れ−焼戻し処理(所謂「調質処理」)が施される。なお、焼入れには、鋼の化学組成に応じて種々の冷却媒体が用いられるが、水冷によって焼入れすると、鋼のC含有量が0.40質量%以上、特に0.50質量%以上の場合には、焼割れが生じて、生産性の著しい低下をきたすことがある。一方、0.40質量%以上というC含有量の高い鋼を用いた場合に、焼入れ時の冷却速度を遅くすると、焼割れは防止できても、図1に模式的に示すような変形(曲り)が生じて生産性の低下をきたすことがある。しかし、上記特許文献1〜7のいずれにも、焼割れ防止のためにC含有量の高い鋼を冷却速度を遅くして焼入れた際の「曲り」については全く検討されていない。加えて、上記各特許文献は「高強度」とはいうものの、YSの具体的な値は各特許文献の「本発明例」の場合で高々986MPa(特許文献1の表3の鋼管No.7参照)であり、さらに、「比較例」の場合でも高々1098MPa(特許文献2の表3の鋼管No.16参照)でしかない。   Since the structures of the high-strength seamless oil well pipes and high-strength low-alloy steels for oil wells disclosed in Patent Documents 1 to 7 are mainly composed of tempered martensite, quenching-tempering treatment (so-called "tempering" Processing ”) is performed. Although various cooling media are used for quenching depending on the chemical composition of the steel, when quenching by water cooling is performed when the C content of the steel is 0.40 mass% or more, particularly 0.50 mass% or more. May cause quench cracking, resulting in a significant decrease in productivity. On the other hand, when steel with a high C content of 0.40 mass% or more is used, if the cooling rate during quenching is slowed, even though quenching cracks can be prevented, the deformation (curvature) schematically shown in FIG. ) May occur, resulting in a decrease in productivity. However, none of the above Patent Documents 1 to 7 discusses "bending" when quenching steel having a high C content at a low cooling rate to prevent quench cracking. In addition, although each of the above patent documents says “high strength”, the specific value of YS is at most 986 MPa in the case of the “present invention example” of each patent document (steel pipe No. 7 in Table 3 of Patent document 1). In addition, even in the case of the “comparative example”, it is no more than 1098 MPa (see steel pipe No. 16 in Table 3 of Patent Document 2).
特許文献8および9にも、焼割れ防止のためにC含有量の高い継目無鋼管を冷却速度を遅くして焼入れた際の「曲り」についての検討は全くなされていない。   In Patent Documents 8 and 9 as well, there is no study on "bending" when quenching a seamless steel pipe having a high C content at a slow cooling rate to prevent quench cracking.
本発明は、YSで1103MPa(160ksi)以上の高い強度を安定して確保するために、Cの含有量を0.40質量%以上に高めた鋼を素材とし、焼割れ抑止の観点からミスト焼入れしても変形を生じ難い、生産性に優れる高強度継目無油井管およびその製造方法を提供することを目的とする。   In order to stably secure a high strength of 1103 MPa (160 ksi) or more in YS, the present invention uses steel having a C content increased to 0.40 mass% or more as a material, and mist quenching from the viewpoint of quenching crack suppression. It is an object of the present invention to provide a high-strength seamless oil country tubular good which is hardly deformed even if it is excellent in productivity and a manufacturing method thereof.
本発明は、上記の課題を解決するために完成されたものであり、その要旨は、下記に示す高強度継目無油井管およびその製造方法にある。   The present invention has been completed to solve the above problems, and the gist thereof is a high-strength seamless oil country tubular good and a method for producing the same.
(1)質量%で、
C:0.40〜1.00%、
Si:0.05〜1.00%、
Mn:0.05〜1.00%、
P:0.050%以下、
S:0.010%以下、
Al:0.01〜0.10%、
N:0.010%以下、
Cr:0.10〜2.50%、
Mo:0.30〜3.00、
Ni:0.02〜4.00%、
Cu:0〜0.50%、
Ti:0〜0.030%、
Nb:0〜0.150%、
V:0〜0.500%、
B:0〜0.0030%、
Ca:0〜0.0040%、
Mg:0〜0.0040%、
Zr:0〜0.0040%、
残部:Feおよび不純物で、
下記[1]式で表されるFn1が12.4以上である、
化学組成を有する、
高強度継目無油井管。
Fn1=25×C+Ni・・・[1]
但し、[1]式中のCおよびNiは、それぞれの元素の鋼中含有量(質量%)を意味する。
(1) In mass%,
C: 0.40 to 1.00%,
Si: 0.05 to 1.00%,
Mn: 0.05-1.00%,
P: 0.050% or less,
S: 0.010% or less,
Al: 0.01 to 0.10%,
N: 0.010% or less,
Cr: 0.10 to 2.50%,
Mo: 0.30 to 3.00,
Ni: 0.02 to 4.00%,
Cu: 0 to 0.50%,
Ti: 0 to 0.030%,
Nb: 0 to 0.150%,
V: 0 to 0.500%,
B: 0 to 0.0030%,
Ca: 0 to 0.0040%,
Mg: 0 to 0.0040%,
Zr: 0 to 0.0040%,
The balance: Fe and impurities,
Fn1 represented by the following formula [1] is 12.4 or more,
Having a chemical composition,
High strength seamless oil well pipe.
Fn1 = 25 × C + Ni ... [1]
However, C and Ni in the formula [1] mean the contents (mass%) of the respective elements in the steel.
(2)前記化学組成が、質量%で、
Cu:0.02〜0.50%、
Ti:0.003〜0.030%、
Nb:0.003〜0.150%、
V:0.005〜0.500%、
B:0.0003〜0.0030%、
Ca:0.0003〜0.0040%、
Mg:0.0003〜0.0040%、および、
Zr:0.0003〜0.0040%、
から選択される1種以上を含有する、上記(1)に記載の高強度継目無油井管。
(2) The chemical composition is represented by mass%
Cu: 0.02 to 0.50%,
Ti: 0.003 to 0.030%,
Nb: 0.003 to 0.150%,
V: 0.005 to 0.500%,
B: 0.0003 to 0.0030%,
Ca: 0.0003 to 0.0040%,
Mg: 0.0003 to 0.0040%, and
Zr: 0.0003 to 0.0040%,
The high-strength seamless oil country tubular good as described in (1) above, which contains at least one selected from
(3)降伏強さが1103MPa以上である、
上記(1)または(2)に記載の高強度継目無油井管。
(3) The yield strength is 1103 MPa or more,
The high-strength seamless oil country tubular good according to (1) or (2) above.
(4)上記(1)または(2)に記載の化学組成を有するマンネスマン製管して仕上げた継目無鋼管に、下記の[i]から[iii]までの工程を順に処理する、上記(1)から(3)までのいずれかに記載の高強度継目無油井管の製造方法。
[i]:850〜1200℃に加熱して10分〜3時間保持する、加熱工程
[ii]:800〜500℃における冷却速度が2〜60℃/秒で、冷却開始から室温までの冷却速度が1〜30℃/秒の条件でミスト冷却する、焼入れ工程
[iii]:100〜750℃に加熱して10分〜3時間保持した後、室温まで冷却する、焼戻し工程
(4) A seamless steel pipe manufactured by Mannesmann pipe having the chemical composition as described in (1) or (2) above is subjected to the following steps [i] to [iii] in order. ) To (3), the method for producing a high-strength seamless oil country tubular good.
[i]: Heating step of heating to 850 to 1200 ° C. and holding for 10 minutes to 3 hours
[ii]: A quenching step in which the cooling rate at 800 to 500 ° C. is 2 to 60 ° C./second, and the mist is cooled at a cooling rate from the start of cooling to room temperature of 1 to 30 ° C./second.
[iii]: Tempering step of heating to 100 to 750 ° C., holding for 10 minutes to 3 hours, and then cooling to room temperature
本発明によれば、高いYSが要求される深井戸用のケーシング、チュービング等の油井管として好適な、C含有量の高い鋼を素材とし、焼割れを抑止するためにミスト焼入れを施しても変形を生じ難い、生産性に優れる高強度継目無油井管を得ることができる。上記の高強度継目無油井管は、本発明の製造方法によって安定して得ることができる。   According to the present invention, a steel having a high C content, which is suitable as a casing for deep wells requiring a high YS, an oil country tubular good such as tubing, is used as a raw material, and is subjected to mist quenching to prevent quench cracking. It is possible to obtain a high-strength seamless oil country tubular good that is resistant to deformation and has excellent productivity. The high-strength seamless oil country tubular good can be stably obtained by the production method of the present invention.
継目無鋼管をミスト焼入れした後の変形(曲り)の発生状況を模式的に示す図である。「L」は継目無鋼管の長さ(全長)を「M」は変形量を示す。It is a figure which shows typically the deformation | transformation (bending) generation | occurrence | production state after mist hardening of a seamless steel pipe. “L” indicates the length (total length) of the seamless steel pipe, and “M” indicates the amount of deformation. 示差走査熱量計(Differential Scanning Calorimeter、以下では「DSC」という。)を用いて測定した冷却中の発熱量から、マルテンサイト変態の潜熱(以下、単に「変態潜熱」という。)を求める方法を模式的に示す図である。A method of obtaining the latent heat of martensitic transformation (hereinafter simply referred to as "transformation latent heat") from the calorific value during cooling measured using a differential scanning calorimeter (hereinafter referred to as "DSC"). FIG. 各試験番号について外径245mm、肉厚13.8mmおよび長さ12mの鋼管を20本ずつミスト焼入れした実施例での曲りの発生率と、DSC測定結果から求めた変態潜熱との関係を整理して示す図である。なお、同じ長さ単位での図1に示すMとLの比である「M/L」が0.02以上の場合に「曲り発生」とした。For each test number, the relationship between the occurrence rate of bending and the transformation latent heat obtained from the DSC measurement results in the example in which 20 steel pipes each having an outer diameter of 245 mm, a wall thickness of 13.8 mm and a length of 12 m were mist quenched, was arranged. FIG. In addition, when the ratio "M / L" of M and L shown in FIG. 1 in the same length unit is 0.02 or more, "bending occurs". C含有量が0.48〜0.50質量%である実施例表1中の鋼2〜5および鋼26について、DSC測定結果から求めた変態潜熱と、Ni含有量との関係を整理して示す図である。Regarding the steels 2 to 5 and the steel 26 in the examples in which the C content is 0.48 to 0.50 mass%, the relationship between the transformation latent heat obtained from the DSC measurement results and the Ni content is summarized. FIG. 実施例で用いた26鋼種について、DSC測定結果から求めた変態潜熱と、「25×C+Ni(=Fn1)」との関係を整理して示す図である。It is a figure which rearranges and shows the relation between the transformation latent heat calculated | required from the DSC measurement result, and "25xC + Ni (= Fn1)" about the 26 steel types used in the Example.
本発明者らは、高いYSが要求される深井戸用のケーシング、チュービング等の継目無油井管の素材鋼として好適であり、しかも比較的安価な低合金鋼の化学組成について種々検討し、さらに、その低合金鋼を用いた継目無油井管の製造方法についても検討を加えた。   The present inventors have made various studies on the chemical composition of low-alloy steel, which is suitable as a raw material steel for seamless oil well pipes such as deep well casings and tubing that require high YS, and , And the manufacturing method of seamless oil country tubular goods using the low alloy steel was also examined.
その結果、先ず、低合金系の比較的安価な鋼で高強度(高いYS)を得るには、Cの含有量を0.40質量%以上とすればよいとの結論に達した。一方、C含有量が0.40質量%以上という高C系の低合金鋼の場合には、高強度化のために水焼入れすると、焼割れを生じる可能性が極めて高い。   As a result, first, it was concluded that the content of C should be 0.40 mass% or more in order to obtain high strength (high YS) in a low-alloy type relatively inexpensive steel. On the other hand, in the case of a high C low alloy steel having a C content of 0.40 mass% or more, if water quenching is performed to increase the strength, it is extremely likely that quench cracking will occur.
このため、焼割れ防止の観点から種々の緩冷却方法について検討したところ、緩冷却、特にミスト焼入れを行うと、継目無鋼管(以下、「鋼材」ということがある。)の厚さ方向や長さ方向で、機械的特性等各種の特性にバラツキが生じる場合があることが明らかになった。さらに、鋼材が変形して、寸法精度が落ちる場合のあることも確認できた。   Therefore, various slow cooling methods have been studied from the viewpoint of preventing quenching cracks. When slow cooling, especially mist quenching, the thickness direction and length of seamless steel pipes (hereinafter sometimes referred to as "steel materials") are investigated. It became clear that variations in various properties such as mechanical properties may occur in the vertical direction. Moreover, it was confirmed that the steel material may be deformed and the dimensional accuracy may be degraded.
そこで、ミスト焼入れについてさらに調査した結果、上述した機械的特性等各種の特性のバラツキおよび変形が、ミスト焼入れ時の鋼材内部における温度バラツキに基づく現象であるとの知見が得られた。   Then, as a result of further investigation on the mist quenching, it was found that the variations and deformations of various characteristics such as the mechanical characteristics described above are phenomena based on the temperature variations inside the steel material during the mist quenching.
本発明者らは、ミスト焼入れ時の上記温度バラツキに関してさらなる詳細な調査を行った。その結果、ミスト焼入れ時の温度バラツキの主な原因が、マルテンサイト変態による発熱(換言すれば、変態潜熱)であるという新しい知見を得た。すなわち、鋼材の一部がマルテンサイト変態すると、その近傍は変態による発熱で温められるので、鋼材の内部で温度バラツキが生じるのである。従って、変態潜熱が小さければ小さいほど、鋼材内部での温度バラツキが小さくなって、機械的特性等各種の特性のバラツキおよび変形も小さくなる。   The present inventors conducted a more detailed investigation on the above-mentioned temperature variation during mist quenching. As a result, a new finding was obtained that the main cause of the temperature variation during mist quenching is the heat generation by the martensitic transformation (in other words, transformation latent heat). That is, when a part of the steel material undergoes martensitic transformation, the vicinity thereof is heated by the heat generated by the transformation, so that temperature variation occurs inside the steel material. Therefore, the smaller the transformation latent heat, the smaller the temperature variation inside the steel material, and the smaller the variation and deformation of various characteristics such as mechanical characteristics.
そこで次に本発明者らは、ミスト焼入れ時の鋼材内部の温度バラツキを低減させるために、鋼の化学組成を種々変えて、変態潜熱に及ぼす合金元素の影響について検討した。その結果、Cの鋼中含有量の増加が変態潜熱の低減に極めて効果が大きく、さらに、Niを鋼中に含有させることも変態潜熱の低減に有効であることが明らかになった。   Therefore, the present inventors next examined the influence of alloying elements on the latent heat of transformation by changing the chemical composition of the steel in order to reduce the temperature variation inside the steel during mist quenching. As a result, it was clarified that the increase of the content of C in the steel is extremely effective in reducing the transformation latent heat, and that the addition of Ni in the steel is also effective in reducing the transformation latent heat.
さらに、上記知見を踏まえて、本発明者らは、変態潜熱とミスト焼入れ時の継目無鋼管の曲りについて検討した。その結果、変態潜熱が68J/g以下であれば、ミスト焼入れ時の継目無鋼管の変形が大きく低減することが明らかになった。また、下記[1]式で表されるFn1が12.4以上という条件を満たせば、変態潜熱が68J/g以下になることも判明した。
Fn1=25×C+Ni・・・[1]
但し、[1]式中のCおよびNiは、それぞれの元素の鋼中含有量(質量%)を意味する。
Further, based on the above findings, the present inventors have examined transformation latent heat and bending of a seamless steel pipe during mist quenching. As a result, it was clarified that if the transformation latent heat is 68 J / g or less, the deformation of the seamless steel pipe during mist quenching is significantly reduced. It was also found that the transformation latent heat becomes 68 J / g or less if the condition that Fn1 represented by the following formula [1] is 12.4 or more is satisfied.
Fn1 = 25 × C + Ni ... [1]
However, C and Ni in the formula [1] mean the contents (mass%) of the respective elements in the steel.
さらに、ミスト焼入れ時に継目無鋼管の曲りを抑止し、しかも継目無鋼管にバラツキなく安定して所望の高いYSを具備させるには、特に、ミスト焼入れ時の800〜500℃間の冷却速度と、冷却開始から室温までの冷却速度とが大きく影響することも明らかになった。   Furthermore, in order to suppress the bending of the seamless steel pipe during mist quenching and to provide the seamless steel pipe with a stable and desired high YS, in particular, a cooling rate between 800 and 500 ° C. during mist quenching, It was also clarified that the cooling rate from the start of cooling to room temperature has a great influence.
本発明は、上記の内容に基づいて完成されたものである。以下、本発明の各要件について詳しく説明する。   The present invention has been completed based on the above contents. Hereinafter, each requirement of the present invention will be described in detail.
1.化学組成:
本発明に係る高強度継目無油井管の化学組成の限定理由は次のとおりである。以下の説明において、各元素の含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。
1. Chemical composition:
The reasons for limiting the chemical composition of the high-strength seamless oil country tubular good according to the present invention are as follows. In the following description, “%” regarding the content of each element means “mass%”.
C:0.40〜1.00%
Cは、変態潜熱を低減するのに極めて有効な元素である。また、Cは、鋼の強度を高める効果もある。しかしながら、Cの含有量が0.40%未満では、ミスト焼入れでは所望の強度を確保できないことがある。一方、1.00%を超えてCを含有させると、ミスト焼入れでも焼割れを防止できないことがある。このため、Cの含有量は0.40〜1.00%とする。C含有量の好ましい下限は0.48%であり、0.50%を超えて含有させることがより好ましい。C含有量の好ましい上限は0.80%であり、より好ましい上限は0.62%である。
C: 0.40 to 1.00%
C is an extremely effective element for reducing the latent heat of transformation. C also has the effect of increasing the strength of the steel. However, if the C content is less than 0.40%, the desired strength may not be secured by mist quenching. On the other hand, if C is contained in excess of 1.00%, quench cracking may not be prevented even by mist quenching. Therefore, the C content is 0.40 to 1.00%. A preferable lower limit of the C content is 0.48%, and it is more preferable that the C content be more than 0.50%. The preferable upper limit of the C content is 0.80%, and the more preferable upper limit is 0.62%.
Si:0.05〜1.00%
Siは、鋼の脱酸に有効な元素である。脱酸効果を得るには、Si含有量を0.05%以上とする必要がある。一方、Si含有量が1.00%を超えると、熱間加工性を低下させる。このため、Siの含有量は0.05〜1.00%とする。Si含有量の好ましい下限は0.15%であり、より好ましい下限は0.20%である。Si含有量の好ましい上限は0.55%であり、より好ましい上限は0.50%である。
Si: 0.05-1.00%
Si is an element effective for deoxidizing steel. To obtain the deoxidizing effect, the Si content needs to be 0.05% or more. On the other hand, if the Si content exceeds 1.00%, the hot workability is reduced. Therefore, the Si content is set to 0.05 to 1.00%. A preferable lower limit of the Si content is 0.15%, and a more preferable lower limit thereof is 0.20%. The preferable upper limit of the Si content is 0.55%, and the more preferable upper limit is 0.50%.
Mn:0.05〜1.00%
Mnは、鋼の焼入れ性を向上させるのに有効な元素である。この効果を得るには、少なくとも0.05%のMnを含有させる必要がある。一方、Mn含有量が1.00%を超えると、熱間加工性を低下させる。このため、Mnの含有量は0.05〜1.00%とする。Mn含有量の好ましい下限は0.25%であり、より好ましい下限は0.30%である。Mn含有量の好ましい上限は0.80%であり、より好ましい上限は0.70%である。
Mn: 0.05-1.00%
Mn is an element effective in improving the hardenability of steel. To obtain this effect, it is necessary to contain at least 0.05% Mn. On the other hand, if the Mn content exceeds 1.00%, the hot workability is deteriorated. Therefore, the Mn content is set to 0.05 to 1.00%. The preferable lower limit of the Mn content is 0.25%, and the more preferable lower limit thereof is 0.30%. The preferable upper limit of the Mn content is 0.80%, and the more preferable upper limit is 0.70%.
P:0.050%以下
Pは、不純物として結晶粒界に偏析して粒界破壊を惹起する。このため、P含有量は0.050%以下に制限する必要がある。P含有量の好ましい上限は0.020%である。
P: 0.050% or less P segregates at the crystal grain boundaries as an impurity and causes grain boundary destruction. Therefore, the P content needs to be limited to 0.050% or less. The preferable upper limit of the P content is 0.020%.
S:0.010%以下
SもPと同様に不純物として粒界に偏析して粒界破壊を惹起する。このため、S含有量は0.010%以下とする必要がある。S含有量の好ましい上限は0.005%である。
S: 0.010% or less S, like P, segregates as an impurity at the grain boundaries and causes grain boundary destruction. Therefore, the S content needs to be 0.010% or less. The preferable upper limit of the S content is 0.005%.
Al:0.01〜0.10%
Alは、鋼の脱酸に有効な元素である。その効果は、Alの含有量が0.01%未満では得られない。一方、0.10%を超えてAlを含有させると、介在物が粗大化して、機械的特性を低下させる。このため、Alの含有量は0.01〜0.10%とする。Al含有量の好ましい下限は0.015%であり、より好ましい下限は0.020%である。Al含有量の好ましい上限は0.060%であり、より好ましい上限は0.055%である。なお、本発明のAl含有量とは、酸可溶Al(「Sol.Al」)での含有量を指す。
Al: 0.01 to 0.10%
Al is an element effective for deoxidizing steel. The effect cannot be obtained when the Al content is less than 0.01%. On the other hand, when Al is contained in excess of 0.10%, the inclusions are coarsened and the mechanical properties are degraded. Therefore, the content of Al is set to 0.01 to 0.10%. The preferable lower limit of the Al content is 0.015%, and the more preferable lower limit is 0.020%. The preferable upper limit of the Al content is 0.060%, and the more preferable upper limit is 0.055%. The Al content in the present invention refers to the content in acid-soluble Al (“Sol. Al”).
N:0.010%以下
Nは不純物として鋼中に存在し、含有量が0.010%を超えると粗大な窒化物を形成して、靱性等の機械的特性を低下させる。このため、N含有量は0.010%以下とする。N含有量の好ましい上限は0.005%である。
N: 0.010% or less N is present in steel as an impurity, and if the content exceeds 0.010%, coarse nitrides are formed and mechanical properties such as toughness are deteriorated. Therefore, the N content is 0.010% or less. The preferable upper limit of the N content is 0.005%.
Cr:0.10〜2.50%
Crは、鋼の焼入れ性を向上させるのに有効な元素である。この効果を得るには、少なくとも0.10%のCrを含有させる必要がある。一方、Cr含有量が2.50%を超えると、炭化物が粗大化して、機械的特性を低下させる。このため、Crの含有量は0.10〜2.50%とする。Cr含有量の好ましい下限は0.25%であり、より好ましい下限は0.30%である。Cr含有量の好ましい上限は1.50%であり、より好ましい上限は1.30%である。
Cr: 0.10 to 2.50%
Cr is an element effective in improving the hardenability of steel. To obtain this effect, it is necessary to contain at least 0.10% Cr. On the other hand, when the Cr content exceeds 2.50%, the carbides are coarsened and the mechanical properties are deteriorated. Therefore, the content of Cr is set to 0.10 to 2.50%. The preferable lower limit of the Cr content is 0.25%, and the more preferable lower limit thereof is 0.30%. The preferable upper limit of the Cr content is 1.50%, and the more preferable upper limit is 1.30%.
Mo:0.30〜3.00%
Moは、鋼の焼入れ性を向上させるのに有効な元素である。この効果を得るには、少なくとも0.30%のMoを含有させる必要がある。しかし、Moの含有量が3.00%を超えると、材料コストの上昇を招く。このため、Moの含有量は0.30〜3.00%とする。Mo含有量の好ましい下限は0.50%であり、より好ましい下限は0.55%である。Mo含有量の好ましい上限は2.00%であり、より好ましい上限は1.70%である。
Mo: 0.30 to 3.00%
Mo is an element effective in improving the hardenability of steel. To obtain this effect, it is necessary to contain at least 0.30% Mo. However, if the Mo content exceeds 3.00%, the material cost is increased. Therefore, the Mo content is set to 0.30 to 3.00%. A preferable lower limit of the Mo content is 0.50%, and a more preferable lower limit thereof is 0.55%. The preferable upper limit of the Mo content is 2.00%, and the more preferable upper limit is 1.70%.
Ni:0.02〜4.00%
Niは、変態潜熱を低減するのに有効な元素である。この効果を得るには、少なくとも0.02%のNiを含有させる必要がある。しかし、Niの含有量が4.00%を超えると、材料コストの上昇を招く。このため、Niの含有量は0.02〜4.00%とする。Ni含有量の好ましい下限は0.03%であり、より好ましい下限は0.06%である。Ni含有量の好ましい上限は3.00%であり、より好ましい上限は2.90%である。
Ni: 0.02 to 4.00%
Ni is an element effective in reducing the latent heat of transformation. To obtain this effect, it is necessary to contain at least 0.02% Ni. However, if the Ni content exceeds 4.00%, the material cost is increased. Therefore, the Ni content is 0.02 to 4.00%. A preferable lower limit of the Ni content is 0.03%, and a more preferable lower limit thereof is 0.06%. The preferable upper limit of the Ni content is 3.00%, and the more preferable upper limit is 2.90%.
Cu:0〜0.50%
Cuは、鋼の焼入れ性を向上させる元素である。このため、必要に応じてCuを含有させてもよい。しかし、Cuの含有量が0.50%を超えると、材料コストの上昇を招く。このため、含有させる場合のCu含有量の上限を0.50%とする。Cu含有量の上限は、0.35%であることが好ましく、0.30%であることがさらに好ましい。なお、前記の効果を安定して得るためには、Cu含有量の下限は、0.02%であることが好ましく、0.05%であることがさらに好ましい。
Cu: 0 to 0.50%
Cu is an element that improves the hardenability of steel. Therefore, Cu may be contained if necessary. However, if the Cu content exceeds 0.50%, the material cost is increased. Therefore, the upper limit of the Cu content when contained is set to 0.50%. The upper limit of the Cu content is preferably 0.35%, more preferably 0.30%. In order to obtain the above effect stably, the lower limit of the Cu content is preferably 0.02%, and more preferably 0.05%.
Ti:0〜0.030%
Tiは、結晶粒を微細化させて、機械的特性を向上させる作用を有する。このため、必要に応じてTiを含有させてもよい。しかし、Tiの含有量が0.030%を超えると、窒化物が粗大化し、却って機械的特性を低下させる。従って、含有させる場合のTi含有量の上限を0.030%とする。Ti含有量の上限は、0.015%であることが好ましく、0.012%であることがさらに好ましい。なお、前記の効果を安定して得るためには、Ti含有量の下限は、0.003%であることが好ましく、0.005%であることがさらに好ましい。
Ti: 0 to 0.030%
Ti has the function of refining the crystal grains and improving the mechanical properties. Therefore, Ti may be contained if necessary. However, when the content of Ti exceeds 0.030%, the nitride becomes coarse and the mechanical properties are rather deteriorated. Therefore, the upper limit of the Ti content when contained is set to 0.030%. The upper limit of the Ti content is preferably 0.015%, more preferably 0.012%. In order to stably obtain the above effects, the lower limit of the Ti content is preferably 0.003%, more preferably 0.005%.
Nb:0〜0.150%
Nbは、結晶粒を微細化させて、機械的特性を向上させる作用を有する。このため、必要に応じてNbを含有させてもよい。しかし、Nbの含有量が0.150%を超えると、窒化物が粗大化して、却って機械的特性を低下させる。従って、含有させる場合のNb含有量の上限を0.150%とする。Nb含有量の上限は、0.050%であることが好ましく、0.035%であることがさらに好ましい。なお、前記の効果を安定して得るためには、Nb含有量の下限は、0.003%であることが好ましく、0.007%であることがさらに好ましい。
Nb: 0 to 0.150%
Nb has a function of refining crystal grains to improve mechanical properties. Therefore, Nb may be contained if necessary. However, when the content of Nb exceeds 0.150%, the nitride is coarsened and the mechanical properties are rather deteriorated. Therefore, the upper limit of the Nb content when contained is set to 0.150%. The upper limit of the Nb content is preferably 0.050%, more preferably 0.035%. In order to stably obtain the above effects, the lower limit of the Nb content is preferably 0.003%, more preferably 0.007%.
上記のTiとNbを複合して含有させる場合の合計量は、0.150%以下であることが好ましく、0.050%以下であることがさらに好ましい。   When the above Ti and Nb are combined and contained, the total amount is preferably 0.150% or less, and more preferably 0.050% or less.
V:0〜0.500%
Vは、鋼の強度を高める作用を有する。このため、必要に応じてVを含有させてもよい。しかし、0.500%を超える量のVを含有させても上記の効果が飽和し、さらに、靱性の低下も招く。従って、含有させる場合のV含有量の上限を0.500%とする。V含有量の上限は、0.150%であることが好ましく、0.110%であることがさらに好ましい。なお、前記の効果を安定して得るためには、V含有量の下限は、0.005%であることが好ましく、0.015%であることがさらに好ましい。
V: 0 to 0.500%
V has the effect of increasing the strength of steel. Therefore, V may be contained if necessary. However, even if V is contained in an amount exceeding 0.500%, the above effect is saturated, and further, toughness is reduced. Therefore, the upper limit of the V content when contained is set to 0.500%. The upper limit of the V content is preferably 0.150%, more preferably 0.110%. In order to obtain the above effect stably, the lower limit of the V content is preferably 0.005%, and more preferably 0.015%.
B:0〜0.0030%
Bは、微量の含有で鋼の焼入れ性を高める効果を有する。このため、必要に応じてBを含有させてもよい。しかし、0.0030%を超える量のBを含有させても上記の効果が飽和し、さらに、窒化物(BN)が粗大化する。従って、含有させる場合のB含有量の上限を0.0030%とする。B含有量の上限は、0.0015%であることが好ましく、0.0012%であることがさらに好ましい。なお、前記の効果を安定して得るためには、B含有量の下限は、0.0003%であることが好ましく、0.0007%であることがさらに好ましい。
B: 0 to 0.0030%
B has an effect of enhancing the hardenability of steel when it is contained in a small amount. Therefore, B may be contained if necessary. However, even if B is contained in an amount of more than 0.0030%, the above effect is saturated and the nitride (BN) is coarsened. Therefore, when B is contained, the upper limit of the B content is set to 0.0030%. The upper limit of the B content is preferably 0.0015%, more preferably 0.0012%. In order to stably obtain the above effects, the lower limit of the B content is preferably 0.0003%, more preferably 0.0007%.
Ca:0〜0.0040%
Caは、鋼中のSと結合して硫化物を微細化し、機械的特性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じてCaを含有させてもよい。しかし、Caの含有量が0.0040%を超えると、酸化物を粗大化させる。このため、含有させる場合のCa含有量の上限を0.0040%とする。Ca含有量の上限は、0.0025%であることが好ましく、0.0020%であることがさらに好ましい。なお、前記の効果を安定して得るためには、Ca含有量の下限は、0.0003%であることが好ましく、0.0006%であることがさらに好ましい。
Ca: 0 to 0.0040%
Ca has the effect of combining with S in steel to refine sulfides and improving mechanical properties. Therefore, Ca may be contained if necessary. However, when the content of Ca exceeds 0.0040%, the oxide is coarsened. Therefore, when Ca is contained, the upper limit of the Ca content is set to 0.0040%. The upper limit of the Ca content is preferably 0.0025%, more preferably 0.0020%. In order to stably obtain the above effects, the lower limit of the Ca content is preferably 0.0003%, more preferably 0.0006%.
Mg:0〜0.0040%
Mgは、鋼中のSと結合して硫化物を微細化し、機械的特性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じてMgを含有させてもよい。しかし、Mgの含有量が0.0040%を超えると、酸化物を粗大化させる。このため、含有させる場合のMg含有量の上限を0.0040%とする。Mg含有量の上限は、0.0025%であることが好ましく、0.0020%であることがさらに好ましい。なお、前記の効果を安定して得るためには、Mg含有量の下限は、0.0003%であることが好ましく、0.0006%であることがさらに好ましい。
Mg: 0 to 0.0040%
Mg has the effect of combining with S in steel to refine sulfides and improving mechanical properties. Therefore, Mg may be contained if necessary. However, when the content of Mg exceeds 0.0040%, the oxide is coarsened. Therefore, the upper limit of the Mg content when contained is set to 0.0040%. The upper limit of the Mg content is preferably 0.0025%, more preferably 0.0020%. In order to obtain the above effect stably, the lower limit of the Mg content is preferably 0.0003%, more preferably 0.0006%.
Zr:0〜0.0040%
Zrも鋼中のSと結合して硫化物を微細化し、機械的特性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じてZrを含有させてもよい。しかし、Zrの含有量が0.0040%を超えると、酸化物を粗大化させる。このため、含有させる場合のZr含有量の上限を0.0040%とする。Zr含有量の上限は、0.0025%であることが好ましく、0.0020%であることがさらに好ましい。なお、前記の効果を安定して得るためには、Zr含有量の下限は、0.0003%であることが好ましく、0.0006%であることがさらに好ましい。
Zr: 0 to 0.0040%
Zr also has the effect of combining with S in steel to refine sulfides and improve mechanical properties. Therefore, Zr may be contained if necessary. However, if the Zr content exceeds 0.0040%, the oxide is coarsened. Therefore, the upper limit of the Zr content when contained is set to 0.0040%. The upper limit of the Zr content is preferably 0.0025%, more preferably 0.0020%. In order to stably obtain the above effects, the lower limit of the Zr content is preferably 0.0003%, more preferably 0.0006%.
上記のCa、MgおよびZrから選ばれる2種以上を複合して含有させる場合の合計量は、0.0040%以下であることが好ましい。   When two or more kinds selected from the above-mentioned Ca, Mg and Zr are compounded and contained, the total amount is preferably 0.0040% or less.
本発明に係る高強度継目無油井管は、上述の各元素と、残部がFeおよび不純物で、さらに前記[1]式で表されるFn1が12.4以上である、化学組成を有する。   The high-strength seamless oil country tubular good according to the present invention has a chemical composition in which the above elements, the balance are Fe and impurities, and Fn1 represented by the above formula [1] is 12.4 or more.
ここで「不純物」とは、鉄鋼材料を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。   Here, the "impurities" are components that are mixed due to various factors such as ores, raw materials such as scraps, and manufacturing processes when industrially manufacturing steel materials, and are allowed within a range that does not adversely affect the present invention. Means what is done.
Fn1:12.4以上
本発明に係る高強度継目無油井管は、下記[1]式で表されるFn1が12.4以上のものである。
Fn1=25×C+Ni・・・[1]
但し、[1]式中のCおよびNiは、それぞれの元素の鋼中含有量(質量%)を意味する。
Fn1: 12.4 or more The high-strength seamless oil country tubular good according to the present invention has Fn1 represented by the following formula [1] of 12.4 or more.
Fn1 = 25 × C + Ni ... [1]
However, C and Ni in the formula [1] mean the contents (mass%) of the respective elements in the steel.
Fn1は、変態潜熱の指標である。Fn1の値が12.4以上であれば、変態潜熱が68J/g以下になる。そして、変態潜熱が68J/g以下の場合、ミスト焼入れ時の継目無鋼管の変形(同じ長さ単位での図1に示すMとLの比(「M/L」)を指す。)を0.02未満に抑制することができる。Fn1の下限は12.5であることが好ましく、12.55であればさらに好ましい。また、Fn1の上限は26.0であることが好ましく、23.0であればさらに好ましい。   Fn1 is an index of transformation latent heat. When the value of Fn1 is 12.4 or more, the transformation latent heat is 68 J / g or less. When the latent heat of transformation is 68 J / g or less, the deformation of the seamless steel pipe during mist quenching (refers to the ratio of M and L ("M / L" shown in FIG. 1 in the same length unit)) is 0. It can be suppressed to less than 0.02. The lower limit of Fn1 is preferably 12.5, and more preferably 12.55. The upper limit of Fn1 is preferably 26.0, and more preferably 23.0.
2.降伏強さ:
本発明の高強度継目無油井管は、YSが1103MPa以上であることが好ましい。このYSであれば、深井戸化が進んでもケーシング、チュービング等の油井管として適用可能である。なお、上記YSの上限は、十分な耐遅れ破壊性を確保する観点から1240MPa程度である。
2. Yield strength:
The high strength seamless oil country tubular good of the present invention preferably has a YS of 1103 MPa or more. This YS can be applied as an oil well pipe such as a casing or tubing even if the deep well is advanced. The upper limit of YS is about 1240 MPa from the viewpoint of ensuring sufficient delayed fracture resistance.
3.製造方法:
本発明の高強度継目無油井管は、例えば、以下の方法により製造することができる。
3. Production method:
The high-strength seamless oil country tubular good of the present invention can be produced, for example, by the following method.
上記で説明した化学組成を有する低合金鋼を、溶製した後、鋳造によりインゴットまたは鋳片とし、該鋳造されたインゴットまたは鋳片を分塊圧延して、円形ビレット形状とし、次に、マンネスマン製管して継目無鋼管に仕上げる。いわゆる「ラウンドCC」法によって、マンネスマン製管用の円形ビレット形状を有する鋳片にする場合は、その円形ビレット形状を有する鋳片を直接マンネスマン製管して、継目無鋼管に仕上げてもよい。   A low alloy steel having the chemical composition described above is melted, and then cast into an ingot or a slab, and the cast ingot or slab is slab-rolled into a round billet shape, and then Mannesmann Pipes are made to make seamless steel pipes. When a cast slab having a circular billet shape for a Mannesmann pipe is produced by a so-called "round CC" method, the cast slab having the circular billet shape may be directly produced by a Mannesmann pipe to finish a seamless steel pipe.
上記のマンネスマン製管して仕上げた継目無鋼管に、以下に示す[i]から[iii]までの工程を順に施して、本発明の高強度継目無油井管が製造される。   The high-strength seamless oil country tubular good of the present invention is manufactured by sequentially performing the following steps [i] to [iii] on the seamless steel pipe manufactured by the Mannesmann pipe and finished.
[i]:850〜1200℃に加熱して10分〜3時間保持する、加熱工程
マンネスマン製管によって所定の形状に仕上げた継目無鋼管は、850〜1200℃に加熱して10分〜3時間保持し、オーステナイト化される。加熱保持温度が850℃を下回ると、ミスト処理では焼入れが不十分となって所望の高強度が得られない場合がある。一方、加熱保持温度が1200℃を超えると、旧オーステナイト結晶粒が粗大化して機械的特性が低下する場合がある。なお、850〜1200℃での加熱であっても、保持時間が10分未満の場合には、焼入れが不十分となって所望の高強度が得られないことがあり、また、保持時間が3時間を超える場合には、旧オーステナイト結晶粒が粗大化して機械的特性が低下することがある。従って、前記継目無鋼管は、850〜1200℃に加熱して10分〜3時間保持することとした。なお、加熱温度の下限は900℃とすることが好ましい。また、加熱温度の上限は1050℃とすることが好ましく、1000℃とすることが一層好ましい。さらに、保持時間の下限は20分とすることが好ましく、また、上限は2時間とすることが好ましい。この[i]の工程での加熱温度は、継目無鋼管の外表面における温度を指す。
[i]: Heating step of heating to 850 to 1200 ° C. and holding for 10 minutes to 3 hours The seamless steel pipe finished in a predetermined shape by Mannesmann pipe heating is heated to 850 to 1200 ° C. for 10 minutes to 3 hours. Hold and austenitized. If the heating and holding temperature is lower than 850 ° C, quenching may be insufficient in the mist treatment, and desired high strength may not be obtained. On the other hand, if the heating and holding temperature exceeds 1200 ° C., the austenite crystal grains may become coarse and the mechanical properties may deteriorate. Even when heating at 850 to 1200 ° C., if the holding time is less than 10 minutes, quenching may be insufficient and desired high strength may not be obtained, and the holding time may be 3 If the time is exceeded, the austenite crystal grains may become coarse and the mechanical properties may deteriorate. Therefore, the seamless steel pipe is heated to 850 to 1200 ° C. and held for 10 minutes to 3 hours. The lower limit of the heating temperature is preferably 900 ° C. The upper limit of the heating temperature is preferably 1050 ° C, more preferably 1000 ° C. Furthermore, the lower limit of the holding time is preferably 20 minutes, and the upper limit is preferably 2 hours. The heating temperature in the step [i] refers to the temperature on the outer surface of the seamless steel pipe.
[ii]:800〜500℃における冷却速度が2〜60℃/秒で、冷却開始から室温までの冷却速度が1〜30℃/秒の条件でミスト冷却する、焼入れ工程
上記加熱工程の後、継目無鋼管は、800〜500℃における冷却速度が2〜60℃/秒で、冷却開始から室温までの冷却速度が1〜30℃/秒の条件でミスト冷却される。ミスト冷却時の800〜500℃における冷却速度が2℃/秒未満の場合には、焼入れが不十分となって所望の高強度が得られない場合がある。一方、800〜500℃における冷却速度が60℃/秒を超えると、焼割れの発生が避けられない場合がある。なお、ミスト冷却時の800〜500℃における冷却速度が2〜60℃/秒であっても、冷却開始から室温までの冷却速度が1℃/秒未満の場合には、焼入れが不十分となって所望の高強度が得られないことがあり、また、冷却開始から室温までの冷却速度が30℃/秒を超える場合には、焼割れの発生が避けられないことがある。従って、加熱工程後の継目無鋼管は、800〜500℃における冷却速度が2〜60℃/秒で、冷却開始から室温までの冷却速度が1〜30℃/秒の条件でミスト冷却することとした。なお、800〜500℃における冷却速度の下限は3℃/秒とすることが好ましく、また、上限は40℃/秒とすることが好ましい。さらに、冷却開始から室温までの冷却速度の下限は2℃/秒とすることが好ましく、また、上限は20℃/秒とすることが好ましい。この[ii]の工程での温度は、継目無鋼管の外表面における温度を指し、冷却速度も、継目無鋼管の外表面における冷却速度を指す。ミスト冷却時の上記2種の冷却速度は、
「800〜500℃における冷却速度」=300℃/冷却に要した時間(秒)
「冷却開始から室温までの冷却速度」=(冷却開始温度(℃)−室温(25℃))/冷却に要した時間(秒)
を指す。
[ii]: Quenching step in which the cooling rate at 800 to 500 ° C. is 2 to 60 ° C./second, and the mist is cooled at a cooling rate from the start of cooling to room temperature of 1 to 30 ° C./second. The seamless steel pipe is mist-cooled at a cooling rate of 2 to 60 ° C / sec at 800 to 500 ° C and a cooling rate of 1 to 30 ° C / sec from the start of cooling to room temperature. If the cooling rate at 800 to 500 ° C. during mist cooling is less than 2 ° C./sec, quenching may be insufficient and desired high strength may not be obtained. On the other hand, if the cooling rate at 800 to 500 ° C. exceeds 60 ° C./second, the occurrence of quench cracking may be unavoidable. Even if the cooling rate at 800 to 500 ° C. during mist cooling is 2 to 60 ° C./second, quenching becomes insufficient if the cooling rate from the start of cooling to room temperature is less than 1 ° C./second. Therefore, the desired high strength may not be obtained, and if the cooling rate from the start of cooling to room temperature exceeds 30 ° C./sec, the occurrence of quench cracking may be unavoidable. Therefore, the seamless steel pipe after the heating step is subjected to mist cooling under the conditions that the cooling rate at 800 to 500 ° C. is 2 to 60 ° C./sec and the cooling rate from the start of cooling to room temperature is 1 to 30 ° C./sec. did. The lower limit of the cooling rate at 800 to 500 ° C is preferably 3 ° C / sec, and the upper limit is preferably 40 ° C / sec. Furthermore, the lower limit of the cooling rate from the start of cooling to room temperature is preferably 2 ° C./sec, and the upper limit is preferably 20 ° C./sec. The temperature in the step [ii] refers to the temperature on the outer surface of the seamless steel pipe, and the cooling rate also refers to the cooling rate on the outer surface of the seamless steel pipe. The cooling rates of the above two types during mist cooling are
"Cooling rate at 800 to 500 ° C" = 300 ° C / time required for cooling (seconds)
"Cooling rate from the start of cooling to room temperature" = (cooling start temperature (° C) -room temperature (25 ° C)) / time required for cooling (seconds)
Refers to.
[iii]:100〜750℃に加熱して10分〜3時間保持した後、室温まで冷却する、焼戻し工程
室温までミスト冷却して焼入れされた継目無鋼管は、次に、所望のYSレベルに調整するために、100〜750℃に加熱して10分〜3時間保持した後、室温まで冷却する、焼戻し処理が施される。加熱保持温度が100℃を下回ると、所望の高強度(就中、高いYS)が得られなかったり靱性が劣る等の機械的特性の低下を招く場合があり、一方、750℃を超えると、所望の高強度が得られない場合がある。なお、100〜750℃での加熱であっても、保持時間が10分未満の場合には、靱性等の機械的特性が低下することがあり、また、保持時間が3時間を超える場合には、所望の高強度が得られないことがある。従って、ミスト焼入れした継目無鋼管は、100〜750℃に加熱して10分〜3時間保持した後、室温まで冷却することとした。なお、加熱温度の下限は400℃とすることが好ましく、450℃とすることが一層好ましい。また、加熱温度の上限は700℃とすることが好ましく、680℃とすることが一層好ましい。さらに、保持時間の下限は20分とすることが好ましく、また、上限は2時間とすることが好ましい。この[iii]の工程での加熱温度は、継目無鋼管の外表面における温度を指す。なお、この焼戻し工程で室温まで冷却する際の冷却速度については、特に制限がない。
[iii]: Tempering step of heating to 100 to 750 ° C. and holding for 10 minutes to 3 hours, and then cooling to room temperature. The seamless steel pipe that was mist cooled to room temperature and quenched was then brought to a desired YS level. For adjustment, a tempering treatment is performed in which the temperature is heated to 100 to 750 ° C. and kept for 10 minutes to 3 hours, and then cooled to room temperature. If the heating and holding temperature is lower than 100 ° C., the desired high strength (in particular, high YS) may not be obtained, or the mechanical properties such as poor toughness may be deteriorated, while if it exceeds 750 ° C. The desired high strength may not be obtained. Even when heated at 100 to 750 ° C., mechanical properties such as toughness may deteriorate when the holding time is less than 10 minutes, and when the holding time exceeds 3 hours. However, the desired high strength may not be obtained. Therefore, the mist-quenched seamless steel pipe was heated to 100 to 750 ° C., held for 10 minutes to 3 hours, and then cooled to room temperature. The lower limit of the heating temperature is preferably 400 ° C, and more preferably 450 ° C. The upper limit of the heating temperature is preferably 700 ° C, and more preferably 680 ° C. Furthermore, the lower limit of the holding time is preferably 20 minutes, and the upper limit is preferably 2 hours. The heating temperature in the step [iii] refers to the temperature on the outer surface of the seamless steel pipe. The cooling rate when cooling to room temperature in this tempering process is not particularly limited.
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
表1に示す化学組成を有する低合金鋼1〜26を通常の方法で溶製した後、分塊圧延して円形ビレット形状とし、次いで、マンネスマン製管して、外径245mm、肉厚13.8mmおよび長さ12mの継目無鋼管に仕上げた。   After low melting alloy steels 1 to 26 having the chemical composition shown in Table 1 are melted by a usual method, they are slab-rolled into a round billet shape, then manufactured by Mannesmann pipe, and have an outer diameter of 245 mm and a wall thickness of 13. A seamless steel pipe having a length of 8 mm and a length of 12 m was finished.
表1中の鋼1〜21は、化学組成が本発明で規定する範囲内にある鋼であり、一方、鋼22〜26、化学組成が本発明で規定する条件から外れた鋼である。   Steels 1 to 21 in Table 1 are steels having a chemical composition within the range specified by the present invention, while steels 22 to 26 and steels having chemical compositions outside the conditions specified by the present invention.
各鋼について、先ず、上記サイズの継目無鋼管の長手方向の管端から1mの位置から、長手方向(鋼管の長手方向と試験片の厚み方向が平行)に、直径が5mmで厚みが1mmの円盤試験片を採取し、DSCを用いて冷却中の発熱量を測定し、変態潜熱とMs点を求めた。   For each steel, first, a diameter of 5 mm and a thickness of 1 mm were measured in the longitudinal direction (the longitudinal direction of the steel pipe and the thickness direction of the test piece were parallel) from a position 1 m from the pipe end in the longitudinal direction of the seamless steel pipe of the above size. A disc test piece was sampled, the calorific value during cooling was measured using DSC, and the transformation latent heat and Ms point were obtained.
具体的には、DSCを用いて、上記の円盤試験片を室温から20℃/分で950℃まで昇温し、950℃で10分保持した後、冷却速度60℃/分(1℃/秒)で室温(25℃)まで冷却した。DSCを用いて測定した上記冷却条件下での、マルテンサイト変態による発熱ピークの立ち上がり温度をMs点と判定した。また、変態潜熱は、図2に示すように、
<i>冷却時のマルテンサイト変態による発熱ピークの前後のベースラインを延長し、
次いで、
<ii>発熱ピークとベースラインで囲まれた範囲を積分し、冷却速度60℃/分で除す、
ことによって求めた。なお、DSCを用いた場合には、昇温速度(20℃/分)と冷却速度(60℃/分)は、いずれの温度域でも一定になる。
Specifically, using a DSC, the above disc test piece was heated from room temperature to 950 ° C. at 20 ° C./min and held at 950 ° C. for 10 minutes, and then cooled at 60 ° C./min (1 ° C./sec. ) To room temperature (25 ° C.). The rising temperature of the exothermic peak due to martensitic transformation under the cooling conditions measured by DSC was determined as the Ms point. Further, the transformation latent heat is, as shown in FIG.
<i> Extend the baseline before and after the exothermic peak due to martensitic transformation during cooling,
Then
<ii> Integrate the exothermic peak and the range surrounded by the baseline, and divide by the cooling rate of 60 ° C / min.
Sought by. When DSC is used, the temperature rising rate (20 ° C / min) and the cooling rate (60 ° C / min) are constant in any temperature range.
各鋼について、上述の外径245mm、肉厚13.8mmおよび長さが12mの継目無鋼管を20本ずつ用いて、950℃に加熱して1時間保持した後、鋼管を回転させながら室温(25℃)までミスト冷却して焼入れた後、継目無鋼管の変形を調査した。この際、同じ長さ単位での図1に示すM(変形量)とL(全長)の比である「M/L」が0.02未満であれば、変形(曲り)は許容範囲内であるとして、上記「M/L」が0.02以上の場合を「曲り発生」とし、曲り発生率0(ゼロ)を目標とした。なお、ミスト冷却時の800〜500℃における冷却速度は4〜10℃/秒であり、950から室温(25℃)までの冷却速度は2〜5℃/秒であった。   For each steel, 20 seamless steel pipes each having the above-mentioned outer diameter of 245 mm, wall thickness of 13.8 mm and length of 12 m were used, heated to 950 ° C. and held for 1 hour, and then rotated at room temperature ( After mist cooling to 25 ° C. and quenching, deformation of the seamless steel pipe was investigated. At this time, if “M / L”, which is the ratio of M (deformation amount) and L (overall length) shown in FIG. 1 in the same length unit, is less than 0.02, the deformation (bending) is within the allowable range. Assuming that there is any, the case where the above "M / L" is 0.02 or more is defined as "bending", and a bending occurrence rate of 0 (zero) is set as a target. The cooling rate at 800 to 500 ° C during mist cooling was 4 to 10 ° C / sec, and the cooling rate from 950 to room temperature (25 ° C) was 2 to 5 ° C / sec.
次いで、各鋼ごとに、ミスト焼入れした各20本の継目無鋼管から無作為に1本の継目無鋼管を選び、表2に示す温度で1時間保持した後、室温(25℃)まで空冷した。そして、上記焼戻し後の継目無鋼管の長手方向の両管端および中央の3つの位置から、長手方向に、平行部直径が6mmの丸棒引張試験片をそれぞれ2本ずつ切り出し、室温の大気中で引張試験して、降伏強さ(YS)と引張強さ(以下、「TS」という。)を測定し、各鋼について6本の試験片の算術平均値とバラツキ(最大値−最小値)を求めた。なお、YSの平均値は1103MPa以上を目標とした。   Next, for each steel, one seamless steel pipe was randomly selected from the 20 mist-quenched seamless steel pipes, held at the temperature shown in Table 2 for 1 hour, and then air-cooled to room temperature (25 ° C). . Then, two round bar tensile test pieces each having a parallel part diameter of 6 mm were cut out in the longitudinal direction from two positions in the longitudinal direction at both ends and the center of the seamless steel pipe after the tempering, respectively, and in an atmosphere at room temperature. Yield strength (YS) and tensile strength (hereinafter referred to as "TS") are measured by a tensile test with, and arithmetic mean value and variation (maximum value-minimum value) of 6 test pieces for each steel are measured. I asked. The average value of YS was set to 1103 MPa or more.
各試験結果のうち、表1に、Ms点を併せて示し、表2に、上記Ms点を除くその他の試験結果を併せて示す。図3に、各鋼について外径245mm、肉厚13.8mmおよび長さ12mの鋼管を20本ずつミスト焼入れした曲りの発生率と、DSC測定結果から求めた変態潜熱との関係を整理して示す。また、図4に、C含有量が0.48〜0.50%である鋼2〜5および鋼26について、DSC測定結果から求めた変態潜熱と、Ni含有量との関係を整理して示す。さらに、図5に、鋼1〜26についてDSC測定結果から求めた変態潜熱と、「25×C+Ni(=Fn1)」との関係を整理して示す。   Among the test results, Table 1 also shows the Ms points, and Table 2 also shows the other test results except the above Ms points. FIG. 3 summarizes the relationship between the incidence of bending when 20 steel pipes each having an outer diameter of 245 mm, a wall thickness of 13.8 mm, and a length of 12 m are mist-quenched, and the transformation latent heat obtained from the DSC measurement results. Show. Further, FIG. 4 shows the relationship between the transformation latent heat obtained from the DSC measurement results and the Ni content for Steels 2 to 5 and Steel 26 having a C content of 0.48 to 0.50%. . Furthermore, FIG. 5 shows the relationship between the transformation latent heat obtained from the DSC measurement results for steels 1 to 26 and “25 × C + Ni (= Fn1)” in a organized manner.
表2および図3から明らかなように、鋼の化学組成が本発明で規定する条件を満たす鋼1〜21を用いた本発明例の試験番号1〜21の場合は、上述した基準での曲がりが発生していない。さらに、上記の本発明例の試験番号のYSの平均値は、1103MPaを遙かに超えている。   As is clear from Table 2 and FIG. 3, in the case of the test numbers 1 to 21 of the examples of the present invention using the steels 1 to 21 having the chemical composition of steel satisfying the conditions specified in the present invention, the bending based on the above-mentioned criteria. Has not occurred. Further, the average value of YS in the test number of the above-mentioned inventive example is far more than 1103 MPa.
これに対して、化学組成が本発明で規定する条件から外れた22〜26を用いた比較例の試験番号22〜26の場合は、いずれも上述した基準での曲がりが発生した。しかも、YSとTSのバラツキもずいぶんと大きい。   On the other hand, in the case of the test numbers 22 to 26 of the comparative examples using 22 to 26 whose chemical compositions deviated from the conditions defined by the present invention, bending occurred on the basis of the above-mentioned criteria. Moreover, the variation between YS and TS is quite large.
なお、C含有量が同じレベルの図4から、Niの含有量は微量であっても変態潜熱は大きく減少すること、また、Ni含有量の増加とともに変態潜熱は低下することが明らかである。   It is clear from FIG. 4 that the C content is at the same level, even if the Ni content is very small, the transformation latent heat significantly decreases, and the transformation latent heat decreases as the Ni content increases.
さらに、図5から、変態潜熱は、
(Fn1=)25×C+Ni
の式で整理でき、この式の値が12.4以上であれば、変態潜熱が68J/g以下となることも明らかである。
Furthermore, from FIG. 5, the transformation latent heat is
(Fn1 =) 25 × C + Ni
It is clear that the transformation latent heat becomes 68 J / g or less when the value of this equation is 12.4 or more.
本発明によれば、高いYSが要求される深井戸用のケーシング、チュービング等の油井管として好適な、C含有量の高い鋼を素材とし、焼割れを抑止するためにミスト焼入れを施しても変形を生じ難い、生産性に優れる高強度継目無油井管を得ることができる。上記の高強度継目無油井管は、本発明の製造方法によって安定して得ることができる。
According to the present invention, a steel having a high C content, which is suitable as a casing for deep wells requiring high YS, oil well pipes such as tubing, is used as a raw material, and mist quenching is performed to prevent quench cracking. It is possible to obtain a high-strength seamless oil country tubular good that is resistant to deformation and has excellent productivity. The high-strength seamless oil country tubular good can be stably obtained by the production method of the present invention.

Claims (4)

  1. 質量%で、
    C:0.40〜1.00%、
    Si:0.05〜1.00%、
    Mn:0.05〜1.00%、
    P:0.050%以下、
    S:0.010%以下、
    Al:0.01〜0.10%、
    N:0.010%以下、
    Cr:0.10〜2.50%、
    Mo:0.30〜3.00、
    Ni:0.06〜4.00%、
    Cu:0〜0.50%、
    Ti:0〜0.030%、
    Nb:0〜0.150%、
    V:0〜0.500%、
    B:0〜0.0030%、
    Ca:0〜0.0040%、
    Mg:0〜0.0040%、
    Zr:0〜0.0040%、
    残部:Feおよび不純物で、
    下記[1]式で表されるFn1が12.4以上である、
    化学組成を有する、
    高強度継目無油井管。
    Fn1=25×C+Ni・・・[1]
    但し、[1]式中のCおよびNiは、それぞれの元素の鋼中含有量(質量%)を意味する。
    In mass%,
    C: 0.40 to 1.00%,
    Si: 0.05 to 1.00%,
    Mn: 0.05-1.00%,
    P: 0.050% or less,
    S: 0.010% or less,
    Al: 0.01 to 0.10%,
    N: 0.010% or less,
    Cr: 0.10 to 2.50%,
    Mo: 0.30 to 3.00,
    Ni: 0.06 to 4.00%,
    Cu: 0 to 0.50%,
    Ti: 0 to 0.030%,
    Nb: 0 to 0.150%,
    V: 0 to 0.500%,
    B: 0 to 0.0030%,
    Ca: 0 to 0.0040%,
    Mg: 0 to 0.0040%,
    Zr: 0 to 0.0040%,
    The balance: Fe and impurities,
    Fn1 represented by the following formula [1] is 12.4 or more,
    Having a chemical composition,
    High strength seamless oil well pipe.
    Fn1 = 25 × C + Ni ... [1]
    However, C and Ni in the formula [1] mean the contents (mass%) of the respective elements in the steel.
  2. 前記化学組成が、質量%で、
    Cu:0.02〜0.50%、
    Ti:0.003〜0.030%、
    Nb:0.003〜0.150%、
    V:0.005〜0.500%、
    B:0.0003〜0.0030%、
    Ca:0.0003〜0.0040%、
    Mg:0.0003〜0.0040%、および、
    Zr:0.0003〜0.0040%、
    から選択される1種以上を含有する、請求項1に記載の高強度継目無油井管。
    The chemical composition is% by mass,
    Cu: 0.02 to 0.50%,
    Ti: 0.003 to 0.030%,
    Nb: 0.003 to 0.150%,
    V: 0.005 to 0.500%,
    B: 0.0003 to 0.0030%,
    Ca: 0.0003 to 0.0040%,
    Mg: 0.0003 to 0.0040%, and
    Zr: 0.0003 to 0.0040%,
    The high-strength seamless oil country tubular good according to claim 1, containing at least one selected from the group consisting of:
  3. 降伏強さが1103MPa以上である、
    請求項1または2に記載の高強度継目無油井管。
    The yield strength is 1103 MPa or more,
    The high-strength seamless oil country tubular good according to claim 1 or 2.
  4. 請求項1または2に記載の化学組成を有するマンネスマン製管して仕上げた継目無鋼管に、下記の[i]から[iii]までの工程を順に処理する、請求項1から3までのいずれかに記載の高強度継目無油井管の製造方法。
    [i]:850〜1200℃に加熱して10分〜3時間保持する、加熱工程
    [ii]:800〜500℃における冷却速度が2〜60℃/秒で、冷却開始から室温までの冷却速度が1〜30℃/秒の条件でミスト冷却する、焼入れ工程
    [iii]:100〜750℃に加熱して10分〜3時間保持した後、室温まで冷却する、焼戻し工程
    A seamless steel pipe manufactured by Mannesmann pipe having the chemical composition according to claim 1 or 2 and subjected to the following steps [i] to [iii] in order. The method for producing a high-strength seamless oil country tubular goods according to.
    [i]: Heating step of heating to 850 to 1200 ° C. and holding for 10 minutes to 3 hours
    [ii]: A quenching step in which the cooling rate at 800 to 500 ° C. is 2 to 60 ° C./second, and the mist is cooled at a cooling rate from the start of cooling to room temperature of 1 to 30 ° C./second.
    [iii]: Tempering step of heating to 100 to 750 ° C., holding for 10 minutes to 3 hours, and then cooling to room temperature
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