JP7207557B2 - 油井管用ステンレス継目無鋼管およびその製造方法 - Google Patents

油井管用ステンレス継目無鋼管およびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、原油あるいは天然ガスの油井、ガス井（以下、単に油井と称する）に使用される油井管用ステンレス継目無鋼管およびその製造方法に関するものであり、とくに、降伏応力ＹＳが６５５ＭＰａ以上で、硫化水素（Ｈ２Ｓ）を含む環境における耐硫化物応力腐食割れ性（耐ＳＳＣ性）に優れた油井管用ステンレス継目無鋼管およびその製造方法に関する。
近年、原油価格の高騰や、近い将来に予想される石油資源の枯渇という観点から、従来、省みられなかったような高深度の油田や、炭酸ガス、塩素イオンや硫化水素を含む厳しい腐食環境の油田やガス田等の開発が盛んになっている。このような環境下で使用される油井管用鋼管には、高強度で、かつ優れた耐食性を兼ね備えることが要求される。
従来、炭酸ガス、塩素イオン等を含む環境の油田、ガス田では、採掘に使用する油井管として１３％Ｃｒマルテンサイト系ステンレス鋼管が多く使用されている。最近では、硫化水素を含む極めて厳しい腐食環境での油田等の開発が世界規模で行われているため、耐ＳＳＣ性を備える油井管の要求が高まりつつある。
特許文献１には、質量％で、０．０１５％以下の極低Ｃ量、および０．０３％以上のＴｉを含有する成分系の１３％Ｃｒ系マルテンサイト系ステンレス鋼管が記載されており、当該鋼管は、降伏応力９５ｋｓｉ級の高強度と、ＨＲＣで２７未満という低硬さを兼備し、優れた耐ＳＳＣ性を有することが記載されている。
特許文献２には、Ｔｉ／Ｃが、引張応力から降伏応力を差し引いた値と相関関係を有するとの理由から６．０≦Ｔｉ／Ｃ≦１０．１を満たすマルテンサイト系ステンレス鋼が記載されている。特許文献２に記載された技術によって、引張応力から降伏応力を引いた値が２０．７ＭＰａ以上であり、かつ、耐ＳＳＣ性を低下させる硬度のばらつきが抑えられた鋼が得られるとしている。
また、特許文献３には、質量％で、Ｃ：０．１５～０．３５％、Ｓｉ：０．１～１．５％、Ｍｎ：０．１～２．５％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．００４％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１～０．１％、Ｃａ：０．０００５～０．００５％を含有し、鋼のＣａ系非金属介在物組成、ＣａとＡｌの複合酸化物および鋼の硬さをＨＲＣで規定した、耐硫化物応力腐食割れ性に優れた油井用鋼が記載されている。
特許文献４には、鋼中のＭｏ量をＭｏ≧２．３－０．８９Ｓｉ＋３２．２Ｃで規定し、かつ、金属組織が、主として焼戻しマルテンサイト、焼き戻し時に析出した炭化物および焼き戻し時に微細析出したラーベス相やδ相等の金属間化合物から構成されるマルテンサイト系ステンレス鋼が記載されている。特許文献４に記載された技術により、前記鋼の０．２％耐力が８６０ＭＰａ以上の高強度となり、優れた耐炭酸ガス腐食性および耐硫化物応力腐食割れ性を有することができるとされている。
特開２０１０－２４２１６３号公報 国際公開２００８／０２３７０２号 特開２００２－６０８９３号公報 国際公開２００４／０５７０５０号
近年の油田やガス田は、ＣＯ２、Ｃｌ－、Ｈ２Ｓを含む厳しい腐食環境で開発されている。更に、油田やガス田の経年変化によるＨ２Ｓ濃度の増加が懸念されており、使用される油井用鋼管には、優れた耐硫化物応力腐食割れ性が要求されるようになっている。
特許文献１では、５％ＮａＣｌ水溶液（Ｈ２Ｓ：０．１０ｂａｒ）をｐＨ３．５に調整した雰囲気下において、６５５ＭＰａの応力を負荷するという条件で耐硫化物応力腐食割れ性が保持できるとされている。特許文献２では、２０％ＮａＣｌ水溶液（Ｈ２Ｓ：０．０３ｂａｒ、ＣＯ２ｂａｌ．）をｐＨ：４．５に調整した雰囲気下で、特許文献３では、５％ＮａＣｌ水溶液（Ｈ２Ｓ：１ｂａｒ）中において、最小降伏応力の８５％の応力を付加した条件で、鋼が耐硫化物応力腐食割れ性を有するとされている。また、特許文献４では、２５％ＮａＣｌ水溶液（Ｈ２Ｓ：０．０３ｂａｒ、ＣＯ２ｂａｌ．）をｐＨ：４．０に調整した雰囲気下において、耐硫化物応力腐食割れ性を有するとされている。しかしながら、特許文献１～４では、上記以外の雰囲気下での耐硫化物応力腐食割れ性は検討されておらず、昨今のより厳しい腐食環境に耐え得る、耐硫化物応力腐食割れ性を具備するとは言い難い。
本発明は、６５５ＭＰａ（９５ｋｓｉ）以上の降伏応力を有し、かつ、優れた耐硫化物応力腐食割れ性を有する油井管用ステンレス継目無鋼管およびその製造方法を提供することを目的とする。
なお、ここでいう「優れた耐硫化物応力腐食割れ性」とは、０．１ｂａｒのＨ２Ｓ（ＣＯ２ｂａｌ.）を飽和させた２５質量％ＮａＣｌ＋０．５質量％ＣＨ３ＣＯＯＨ水溶液にＣＨ３ＣＯＯＮａを加えてｐＨ４．０とした試験液（２５℃）に試験片を浸漬させ、浸漬時間を７２０時間として、降伏応力の９０％を負荷応力として付加して試験を行い、試験後の試験片に割れが発生しない場合をいうものとする。
本発明者らは、上記した目的を達成するために、１３％Ｃｒ系ステンレス鋼管を基本組成として、ＣＯ２、Ｃｌ－、更にＨ２Ｓを含む腐食環境下における耐硫化物応力腐食割れ性（耐ＳＳＣ性）への影響因子について鋭意検討した。その結果、各成分を所定の含有量の範囲で含有し、かつ、ＳＳＣの起点となる介在物を規制することで、所望の強度を有しかつＣＯ２、Ｃｌ－、更にＨ２Ｓを含む腐食雰囲気下で、かつ降伏応力近傍の応力が負荷される環境下において、優れた耐ＳＳＣ性を有する油井管用ステンレス継目無鋼管とすることができることを見出した。
本発明は、上記した知見に基づき、更に検討を加えて完成させたものである。すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
［１］質量％で、
Ｃ：０．１０％以下、
Ｓｉ：０．５％以下、
Ｍｎ：０．０５～０．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ｏ：０．００４０％以下、
Ｎｉ：３．０～８．０％、
Ｃｒ：１０．０～１４．０％、
Ｍｏ：０．５～２．８％、
Ａｌ：０．１％以下、
Ｖ：０．００５～０．２％、
Ｎ：０．１０％以下、
Ｃｕ：０．０１～１．０％、
Ｃｏ：０．０１～１．０％、
Ｃａ：０．０００５～０．００３０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成と、
Ｃａ酸化物であるＣａＯとＡｌ酸化物であるＡｌ２Ｏ３を含む酸化物系の鋼中非金属介在物であって、組成比が下記（１）式を満足し、かつ、長径が５μｍ以上である前記鋼中非金属介在物の個数が１００ｍｍ２当り２０個以下である組織を有し、
降伏応力が６５５ＭＰａ以上である、油井管用ステンレス継目無鋼管。
（ＣａＯ）／（Ａｌ２Ｏ３）≧４．０ ・・・（１）
ただし、（１）式中の（ＣａＯ）、（Ａｌ２Ｏ３）は、それぞれ上記鋼中非金属介在物中のＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３の質量％である。
［２］前記成分組成が、さらに、質量％で、
Ｔｉ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．５０％以下、
Ｗ：１．０％以下、
Ｔａ：０．１％以下、
Ｚｒ：０．２０％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する、［１］に記載の油井管用ステンレス継目無鋼管。
［３］前記成分組成が、さらに、質量％で、
ＲＥＭ：０．０１０％以下、
Ｍｇ：０．０１０％以下、
Ｂ：０．０１０％以下、
Ｓｂ：０．２０％以下、
Ｓｎ：０．２０％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する、［１］または［２］に記載の油井管用ステンレス継目無鋼管。
［４］前記［１］～［３］のいずれかに記載の油井管用ステンレス継目無鋼管の製造方法であって、
前記成分組成を有する鋼管素材を造管し鋼管としたのち、該鋼管をＡｃ３変態点以上に加熱し、続いて１００℃以下の冷却停止温度まで冷却する焼入れ処理と、ついでＡｃ１変態点以下の温度で焼き戻しをする焼戻処理とを施す、油井管用ステンレス継目無鋼管の製造方法。
本発明によれば、ＣＯ２、Ｃｌ－、更にＨ２Ｓを含む腐食環境下において、優れた耐硫化物応力腐食割れ性（耐ＳＳＣ性）を有し、かつ降伏応力（ＹＳ）：６５５ＭＰａ（９５ｋｓｉ）以上の高強度を有する油井管用ステンレス継目無鋼管を得ることができる。
まず、本発明の油井管用ステンレス継目無鋼管（以下、単に「本発明の鋼管」ともいう）の成分組成の限定理由について説明する。以下、とくに断らない限り、質量％は単に％と記す。
Ｃ：０．１０％以下
Ｃは、ステンレス鋼の強度に関係する重要な元素であり、強度向上に有効であるが、０．１０％を超える含有量では、硬度が高くなりすぎるため、硫化物応力腐食割れ感受性が増大する。よって、Ｃ含有量は０．１０％以下に限定した。Ｃ含有量は、好ましくは０．０８％以下である。一方、所望の強度を確保するために０．００３％以上Ｃを含有することが望ましい。
Ｓｉ：０．５％以下
Ｓｉは、脱酸剤として作用するため、０．０５％以上含有することが望ましい。一方で、０．５％を超えるＳｉの含有は、耐炭酸ガス腐食性および熱間加工性を低下させる。よって、Ｓｉ含有量は０．５％以下に限定した。所望の強度をより安定して確保する点からは、Ｓｉ含有量は、より好ましくは０．１０％以上である。また、Ｓｉ含有量は、好ましくは０．３０％以下である。
Ｍｎ：０．０５～０．５０％
Ｍｎは、強度を向上させる元素であり、所望の強度を得るためには０．０５％以上のＭｎの含有を必要とする。一方、０．５０％を超えてＭｎを含有しても、その効果が飽和し、かえってコストの高騰を招く。よって、Ｍｎ含有量は０．０５～０．５０％に限定した。Ｍｎ含有量は、好ましくは０．４０％以下である。
Ｐ：０．０３０％以下
Ｐは、耐炭酸ガス腐食性、耐孔食性、耐硫化物応力腐食割れ性をともに低下させる元素であり、本発明ではできるだけ低減させることが望ましい。しかしながら、極端な低減は製造コストを高騰させる。よって、特性の極端な低下を招かない範囲で、かつ工業的に安価に実施可能な範囲として、Ｐ含有量は０．０３０％以下に限定した。なお、Ｐ含有量は、好ましくは０．０２０％以下である。Ｐ含有量の下限は、特に限定されないが、過度の脱Ｐは製造コストの増加を招くため、Ｐ含有量の下限は０．０１０％程度とすることが好ましい。
Ｓ：０．００５％以下
Ｓは、熱間加工性を著しく低下させる元素であるため、できるだけ低減させることが望ましい。０．００５％以下に低減することで、通常工程でのパイプ製造が可能となるため、本発明におけるＳ含有量は０．００５％以下に限定した。なお、Ｓ含有量は、好ましくは０．００２％以下である。Ｓ含有量の下限は、特に限定されないが、過度の脱Ｓは製造コストの増加を招くため、Ｓ含有量の下限は０．００１％程度とすることが好ましい。
Ｏ：０．００４０％以下
Ｏは、不可避的不純物として、ＡｌやＣａ等の酸化物として鋼中に存在する。これらの粗大酸化物が多数存在すると、孔食の起点となり、耐硫化物応力腐食割れ性が悪化する。このため、Ｏ含有量は、その悪影響が許容できる０．００４０％以下に限定した。なお、Ｏ含有量は、好ましくは０．００２５％以下である。Ｏ含有量の下限は、特に限定されないが、過度の脱Ｏは製造コストの増加を招くため、Ｏ含有量の下限は０．０００５％程度とすることが好ましい。
Ｎｉ：３．０～８．０％
Ｎｉは、保護被膜を強固にして耐食性を向上させ、さらに鋼の強度を増加させる元素である。このような効果を得るためには、３．０％以上のＮｉの含有を必要とする。一方、Ｎｉ含有量が８．０％を超えると、マルテンサイト相の安定性が低下して、強度が低下する。よって、Ｎｉ含有量は３．０～８．０％に限定した。Ｎｉ含有量は、好ましくは３．５％以上である。また、Ｎｉ含有量は、好ましくは７．５％以下である。
Ｃｒ：１０．０～１４．０％
Ｃｒは、保護被膜を形成して耐食性を向上させる元素であり、１０．０％以上のＣｒの含有で油井管用として必要な耐食性を確保できる。一方、Ｃｒ含有量が１４．０％を超えるとフェライトの生成が容易となるため、マルテンサイト相の安定確保ができなくなる。よって、Ｃｒ含有量は１０．０～１４．０％に限定した。なお、Ｃｒ含有量は、好ましくは１１．０％以上である。また、Ｃｒ含有量は、好ましくは１３．５％以下である。
Ｍｏ：０．５～２．８％
Ｍｏは、Ｃｌ－による孔食に対する抵抗性を向上させる元素であり、厳しい腐食環境に必要な耐食性を得るためには、０．５％以上のＭｏの含有が必要である。一方、Ｍｏは高価な元素であるため、２．８％を超えるＭｏの含有は製造コストの高騰を招く。よって、Ｍｏ含有量は０．５～２．８％に限定した。なお、Ｍｏ含有量は、好ましくは１．０％以上である。また、Ｍｏ含有量は、好ましくは２．５％以下である。
Ａｌ：０．１％以下
Ａｌは、脱酸剤として作用するため、このような効果を得るためには、Ａｌを０．０１％以上含有することが好ましい。しかしながら、０．１％を超えるＡｌの含有は、靱性に悪影響を及ぼすため、本発明におけるＡｌ含有量は０．１％以下に限定した。なお、Ａｌ含有量は、好ましくは０．０１％以上である。また、Ａｌ含有量は、好ましくは０．０５％以下である。
Ｖ：０．００５～０．２％
Ｖは、析出強化によって鋼の強度を向上させ、更に耐硫化物応力腐食割れ性も向上させるため、０．００５％以上の含有が必要である。一方、０．２％を超えるＶの含有は、靱性が低下するため、本発明におけるＶ含有量は０．００５～０．２％に限定した。Ｖ含有量は、好ましくは０．００８％以上である。また、Ｖ含有量は、好ましくは０．１％以下である。
Ｎ：０．１０％以下
Ｎは、耐孔食性を向上させると共に、鋼中に固溶し強度を増加させる作用を有する。しかしながら、Ｎの含有量が０．１０％を超えると、種々の窒化物系介在物が多く生成し、耐孔食性が低下する。よって、Ｎ含有量は０．１０％以下に限定した。なお、Ｎ含有量は、好ましくは０．０７０％以下である。下限については特に限定されるものではないが、過度の脱Ｎは製造コストの増加を招くので、Ｎ含有量の下限は０．００３０％程度とすることが好ましい。
Ｃｕ：０．０１～１．０％
Ｃｕは、保護被膜を強固にして耐硫化物応力腐食割れ性を向上させるため、０．０１％以上含有させる。しかしながら、１．０％を超えるＣｕの含有は、ＣｕＳが析出して熱間加工性を低下させる。よって、Ｃｕ含有量は０．０１～１．０％に限定した。Ｃｕ含有量は、好ましくは０．０３％以上である。また、Ｃｕ含有量は、好ましくは０．６％以下である。
Ｃｏ：０．０１～１．０％
Ｃｏは、Ｍｓ点を上昇させα変態を促進することで、硬さを低減すると共に、耐孔食性を向上させる元素である。このような効果を得るためには、０．０１％以上のＣｏの含有を必要とする。一方、過剰なＣｏの含有は靱性を低下させる場合があり、更に材料コストを高騰させる。よって、Ｃｏ含有量は０．０１～１．０％に限定した。なお、Ｃｏ含有量は、好ましくは０．６０％以下である。
Ｃａ：０．０００５～０．００３０％
Ｃａは、連続鋳造時のノズル詰まり防止に有効であり、このような効果を得るためには、０．０００５％以上のＣａの含有が必要である。一方、０．００３０％を超えるＣａの含有は、粗大な酸化物を形成し、耐硫化物応力腐食割れ性を低下させる。よって、Ｃａ含有量は０．０００５～０．００３０％に限定した。なお、Ｃａ含有量は、好ましくは０．００２０％以下である。
本発明の鋼管は、上記成分を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有することが好ましい。
また、本発明の鋼管は、上記成分組成に加えて、さらに下記のＡ群、Ｂ群のうちから選ばれた１種または２種を含有することができる。
（Ａ群）Ｔｉ：０．５０％以下、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｗ：１．０％以下、Ｔａ：０．１％以下、Ｚｒ：０．２０％以下のうちから選ばれた１種または２種以上
（Ｂ群）ＲＥＭ：０．０１０％以下、Ｍｇ：０．０１０％以下、Ｂ：０．０１０％以下、Ｓｂ：０．２０％以下、Ｓｎ：０．２０％以下のうちから選ばれた１種または２種以上
Ｔｉ：０．５０％以下、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｗ：１．０％以下、Ｔａ：０．１％以下、Ｚｒ：０．２０％以下のうちから選ばれた１種または２種以上
ＴｉおよびＮｂは、炭化物を形成することで、固溶炭素を減少させて、硬度を低減できる。一方、Ｔｉの過剰な含有では、ＴｉＮが生成することで、耐硫化物応力腐食割れ性が悪化する。よって、Ｔｉを含有する場合には、Ｔｉ含有量を０．５０％以下とする。Ｔｉを含有する場合、Ｔｉ含有量は、０．００１％以上が好ましく、０．０１０％以上がより好ましい。また、Ｎｂの過剰な含有は、靱性を低下させる場合がある。よって、Ｎｂを含有する場合には、Ｎｂ含有量を０．５０％以下とする。Ｎｂを含有する場合、Ｎｂ含有量は０．００２％以上が好ましい。Ｗは、耐孔食性を向上させる元素であるが、過剰な含有は靱性を低下させる場合があり、更に材料コストを高騰させる。よって、Ｗを含有する場合には、Ｗ含有量を１．０％以下とする。Ｗを含有する場合、Ｗ含有量は０．０５０％以上が好ましい。Ｔａは、強度を増加させる元素であり、耐硫化物応力割れ性を改善する効果も有する。また、ＴａはＮｂと同様の効果をもたらす元素であり、Ｎｂの一部をＴａに置き換えることができる。一方、０．１％を超えてＴａを含有すると、靭性が低下する。このため、Ｔａを含有する場合には、Ｔａ含有量は０．１％以下とする。Ｔａを含有する場合、Ｔａ含有量は０．０１％以上が好ましい。Ｚｒは、強度増加に寄与する元素であり、必要に応じて含有できるが、０．２０％を超えてＺｒを含有しても、効果は飽和する。このため、Ｚｒを含有する場合には、Ｚｒ含有量は０．２０％以下とする。Ｚｒを含有する場合、Ｚｒ含有量は０．０１％以上が好ましい。
ＲＥＭ：０．０１０％以下、Ｍｇ：０．０１０％以下、Ｂ：０．０１０％以下、Ｓｂ：０．２０％以下、Ｓｎ：０．２０％以下のうちから選ばれた１種または２種以上
ＲＥＭ（Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ Ｍｅｔａｌｓ：希土類金属）、Ｍｇ、Ｂは、いずれも介在物の形態制御を介し、耐食性を向上させる元素である。このような効果を得るためには、ＲＥＭ、Ｍｇ、Ｂをそれぞれ、ＲＥＭ：０．０００５％以上、Ｍｇ：０．０００５％以上、Ｂ：０．０００５％以上含有することが好ましい。一方、ＲＥＭ、Ｍｇ、Ｂをそれぞれ、ＲＥＭ：０．０１０％、Ｍｇ：０．０１０％、Ｂ：０．０１０％を超えて含有すると、靱性および耐炭酸ガス腐食性を低下させる。よって、ＲＥＭ、Ｍｇ、Ｂを含有する場合には、ＲＥＭ、Ｍｇ、Ｂの含有量をそれぞれ、ＲＥＭ：０．０１０％以下、Ｍｇ：０．０１０％以下、Ｂ：０．０１０％以下に限定した。Ｓｂは、耐食性改善に寄与する元素であり、必要に応じて含有できるが、０．２０％を超えてＳｂを含有しても、効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できなくなり、経済的に不利となる。このため、Ｓｂを含有する場合には、Ｓｂ含有量は０．２０％以下とする。Ｓｂを含有する場合、Ｓｂ含有量は０．０１％以上が好ましい。Ｓｎは、耐食性改善に寄与する元素であり、必要に応じて含有できるが、０．２０％を超えてＳｎを含有しても、効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できなくなり、経済的に不利となる。このため、Ｓｎを含有する場合には、Ｓｎ含有量は０．２０％以下とする。Ｓｎを含有する場合、Ｓｎ含有量は０．０１％以上が好ましい。
Ｃａ酸化物であるＣａＯとＡｌ酸化物であるＡｌ２Ｏ３を含む酸化物系の鋼中非金属介在物であって、組成比が下記（１）式を満足し、かつ、長径が５μｍ以上である鋼中非金属介在物の個数が１００ｍｍ２当り２０個以下
Ｃａ酸化物（ＣａＯ）とＡｌ酸化物（Ａｌ２Ｏ３）との組成比が、下記（１）式を満足する介在物は特に孔食の起点になり易く、耐硫化物応力腐食割れ性を悪化させる。さらに前記介在物のうち、長径（最大径）が５μｍ以上の粗大介在物は微細な介在物と比較して、硫化物応力腐食割れの起点になり易い。よって、Ｃａ酸化物であるＣａＯとＡｌ酸化物であるＡｌ２Ｏ３を含む酸化物系の鋼中非金属介在物であって、組成比が下記（１）式を満足し、かつ、長径が５μｍ以上である前記鋼中非金属介在物の個数を１００ｍｍ２当り２０個以下に限定した。好ましくは、１００ｍｍ２当り１５個以下である。なお、前記鋼中非金属介在物の個数は、実施例に記載の方法により求める。
（ＣａＯ）／（Ａｌ２Ｏ３）≧４．０ ・・・（１）
ただし、（１）式中の（ＣａＯ）、（Ａｌ２Ｏ３）は、それぞれ上記鋼中非金属介在物中のＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３の質量％である。
本発明の鋼管は、マルテンサイト系のステンレス鋼管であり、焼戻マルテンサイト相を主相とする組織を有する。なお、ここでいう「主相」とは、体積率で７０％以上を占める相をいうものとする。また、本発明の鋼管の組織は、焼戻マルテンサイト相以外に、体積率で、３０％以下の残留オーステナイト相、５％以下のデルタフェライト相の１種または２種を含んでもよい。ただし、デルタフェライト相は、造管時の割れや傷の原因となり、残留オーステナイト相は、硬度の上昇を招くため、可能な限り低減することが好ましい。
本発明の鋼管は、６５５ＭＰａ以上の降伏応力を有する。降伏応力は、好ましくは６６５ＭＰａ以上である。また、降伏応力の上限は特に限定されないが、耐硫化物応力腐食割れ性の担保の点からは、８９６ＭＰａ以下であることが好ましい。なお、降伏応力は、実施例に記載の方法により求める。
つぎに、本発明の油井管用ステンレス継目無鋼管の好ましい製造方法について説明する。
本発明では、上記の組成を有する鋼管素材を造管した鋼管（継目無鋼管）を用いるが、前記継目無鋼管の製造方法は特に限定する必要はなく、公知の継目無鋼管の製造方法がいずれも適用できる。
上記成分組成の溶鋼を、転炉等の溶製方法で溶製し、連続鋳造法、造塊－分塊圧延法等の方法でビレット等の鋼管素材とすることが好ましい。続いて、これらの鋼管素材を加熱し、公知の造管方法である、マンネスマン－プラグミル方式、またはマンネスマン－マンドレルミル方式の造管工程にて、熱間加工および造管し、上記成分組成を有する継目無鋼管とする。
このように鋼管素材を造管し継目無鋼管としたのちの処理も、特に限定されないが、好ましくは、継目無鋼管をＡｃ３変態点以上に加熱し、続いて１００℃以下の冷却停止温度まで冷却する焼入れ処理と、ついでＡｃ１変態点以下の温度で焼き戻しをする焼戻処理とを施す。
焼入れ処理
焼入れ処理では、継目無鋼管をＡｃ３変態点以上の温度に加熱（再加熱）し、好ましくは前記温度（加熱温度）で５ｍｉｎ以上保持し、続いて１００℃以下の冷却停止温度まで冷却する処理を施す。これによって、マルテンサイト相の微細化と高靱化が得られる。焼入れ処理における加熱温度がＡｃ３変態点未満では、組織がオーステナイト単相域とならないため、その後の冷却で十分なマルテンサイト組織が得られず、所望の高強度を達成できない。よって、焼入れ処理における加熱温度はＡｃ３変態点以上とする。前記加熱温度の上限は、特に限定されないが、一例として、前記加熱温度は１０００℃以下である。また、前記加熱温度での保持時間も特に限定されないが、一例として、前記保持時間は３０ｍｉｎ以下である。また、前記冷却停止温度の下限も特に限定されないが、一例として、前記冷却停止温度は５℃以上である。なお、冷却方法、冷却速度は限定されないが、例えば空冷（冷却速度０．０５℃／ｓ以上２０℃／ｓ以下）または水冷（冷却速度５℃／ｓ以上１００℃／ｓ以下）により冷却することができる。
焼戻処理
続いて、焼入れ処理を施した継目無鋼管に、焼戻処理を施す。焼戻処理は、継目無鋼管をＡｃ１変態点以下に加熱し、好ましくは前記温度（加熱温度）で１０ｍｉｎ以上保持し、空冷する処理である。焼戻処理における加熱温度がＡｃ１変態点より高温になると、オーステナイト相が生成し、所望の高靱性および優れた耐食性を確保できない。よって、焼戻処理における加熱温度はＡｃ１変態点以下とする。なお、焼戻処理における加熱温度は５５０℃以上が好ましい。前記加熱温度での保持時間は、特に限定されないが、一例として、２００ｍｉｎ以下である。また、上記のＡｃ３変態点（℃）、Ａｃ１変態点（℃）については、測定対象の試験片に加熱および冷却の温度履歴を与え、膨張および収縮の微小変位から変態点を検出するフォーマスター試験により測定することができる。
以下、実施例に基づき、さらに本発明について説明する。
表１に示す成分組成の溶鋼を転炉にて溶製した後、連続鋳造法でビレット（鋼管素材）に鋳造する。更にこのビレットをモデルシームレス圧延機を用いる熱間加工で造管した後、空冷または水冷による冷却を行い、外径１０４ｍｍ×肉厚１７．６ｍｍの継目無鋼管とした。
得られた継目無鋼管から試験材を切り出し、この試験材に表２に示す条件で焼入れ及び焼戻処理を施した。焼入れ及び焼戻処理を施した試験材の周方向の任意１箇所より、管長手直交断面のＳＥＭ用試料を採取した。
採取したＳＥＭ用試料の管外面、肉厚中央および管内面の３箇所について、介在物のＳＥＭ観察とＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）に付随する特性Ｘ線分析装置での化学組成分析を行い、Ｃａ酸化物であるＣａＯとＡｌ酸化物であるＡｌ２Ｏ３を含む酸化物系の鋼中非金属介在物であって、下記（１）式を満足し、かつ、長径（ＳＥＭ観察面における最大径）が５μｍ以上である前記鋼中非金属介在物の個数（個／１００ｍｍ２）を算出した。
（ＣａＯ）／（Ａｌ２Ｏ３）≧４．０ ・・・（１）
ただし、（１）式中の（ＣａＯ）、（Ａｌ２Ｏ３）は、それぞれ上記鋼中非金属介在物中のＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３の質量％である。
本発明の油井管用ステンレス継目無鋼管は、上記３箇所のいずれの箇所においても上記鋼中非金属介在物の個数（個／１００ｍｍ２）が２０以下である組織を有する。なお、後掲の表２中の介在物個数は、上記３箇所で算出した鋼中非金属介在物の個数のうち最大の個数を示す。
また、焼入れ及び焼戻処理を施した試験材において、管長手方向に平行な弧状引張試験片を採取し、ＡＳＴＭ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ）Ｅ８／Ｅ８Ｍの規定に準拠して引張試験を実施し、引張特性（降伏応力ＹＳ、引張応力ＴＳ）を求めた。表２中、Ａｃ３点（℃）、Ａｃ１点（℃）で示すＡｃ３変態点、Ａｃ１変態点については、焼入れ処理を施した試験材から、４ｍｍφ×１０ｍｍの試験片を採取し、フォーマスター試験により測定した。具体的には、前記試験片を５℃／ｓで５００℃まで加熱し、更に０．２５℃／ｓで９２０℃まで昇温させて１０分間保持した後、２℃／ｓで室温まで冷却した。この温度履歴に伴う試験片の膨張・収縮を検出することでＡｃ３点（℃）、Ａｃ１点（℃）を得た。
ＳＳＣ試験は、ＮＡＣＥ ＴＭ０１７７ Ｍｅｔｈｏｄ Ａに準拠して実施した。０．１ｂａｒのＨ２Ｓ（ＣＯ２ｂａｌ.）を飽和させた２５質量％ＮａＣｌ＋０．５質量％ＣＨ３ＣＯＯＨ水溶液にＣＨ３ＣＯＯＮａを加えてｐＨ４．０とした試験液（２５℃）に試験片を浸漬させ、浸漬時間を７２０時間として、降伏応力の９０％を負荷応力として試験を実施した。試験後の試験片に割れが発生しない場合を合格とし、割れが発生した場合を不合格とした。なお、ここでいう「ＣＯ２ｂａｌ.」とは、Ｈ２Ｓ以外の残部をＣＯ２とすることを意味する。
得られた結果を表２に示す。なお、表２に示す発明例は、いずれもマルテンサイト（焼戻マルテンサイト）を主相とする組織を有する。
Figure 0007207557000001
Figure 0007207557000002
本発明例はいずれも、降伏応力６５５ＭＰａ以上の高強度であり、Ｈ２Ｓを含む所定の環境下で所定の応力が負荷されても割れの発生が無い、優れた耐ＳＳＣ性を有するステンレス継目無鋼管（マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管）となっている。一方、本発明の範囲を外れる比較例では、所望の高強度が得られていないか、または、優れた耐ＳＳＣ性を確保できていない。

Claims (4)

  1. 質量％で、
    Ｃ：０．１０％以下、
    Ｓｉ：０．５％以下、
    Ｍｎ：０．０５～０．５０％、
    Ｐ：０．０３０％以下、
    Ｓ：０．００５％以下、
    Ｏ：０．００４０％以下、
    Ｎｉ：３．０～８．０％、
    Ｃｒ：１０．０～１４．０％、
    Ｍｏ：０．５～２．８％、
    Ａｌ：０．１％以下、
    Ｖ：０．００５～０．２％、
    Ｎ：０．１０％以下、
    Ｃｕ：０．０１～１．０％、
    Ｃｏ：０．０１～１．０％、
    Ｃａ：０．０００５～０．００３０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成と、
    Ｃａ酸化物であるＣａＯとＡｌ酸化物であるＡｌ２Ｏ３を含む酸化物系の鋼中非金属介在物であって、組成比が下記（１）式を満足し、かつ、長径が５μｍ以上である前記鋼中非金属介在物の個数が１００ｍｍ２当り２０個以下である組織を有し、
    降伏応力が６５５ＭＰａ以上である、油井管用ステンレス継目無鋼管。
    （ＣａＯ）／（Ａｌ２Ｏ３）≧４．０ ・・・（１）
    ただし、（１）式中の（ＣａＯ）、（Ａｌ２Ｏ３）は、それぞれ上記鋼中非金属介在物中のＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３の質量％である。
  2. 前記成分組成が、さらに、質量％で、
    Ｎｂ：０．５０％以下、
    Ｗ：１．０％以下、
    Ｔａ：０．１％以下、
    Ｚｒ：０．２０％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する、請求項１に記載の油井管用ステンレス継目無鋼管。
  3. 前記成分組成が、さらに、質量％で、
    ＲＥＭ：０．０１０％以下、
    Ｍｇ：０．０１０％以下、
    Ｂ：０．０１０％以下、
    Ｓｂ：０．２０％以下、
    Ｓｎ：０．２０％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する、請求項１または２に記載の油井管用ステンレス継目無鋼管。
  4. 請求項１～３のいずれかに記載の油井管用ステンレス継目無鋼管の製造方法であって、
    前記成分組成を有する鋼管素材を造管し鋼管としたのち、該鋼管をＡｃ３変態点以上に加熱し、続いて１００℃以下の冷却停止温度まで冷却する焼入れ処理と、ついでＡｃ１変態点以下の温度で焼き戻しをする焼戻処理とを施す、油井管用ステンレス継目無鋼管の製造方法。
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