JPH02296089A - 高温・高圧に耐える機械的性質とすぐれた耐食性を備えた複合管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、Ｈ，Ｓ分が多いサワー環境油井等に敷設され
るラインパイプ用クラツド管の改良に関する。

（従来技術とその問題点） 原油、天然ガス油井に使用されるラインパイプ材は、高
温・高圧に耐える機械的性質とすぐれた耐食性が要求さ
れる。最近では、井戸の深度が深くなって使用環境の高
温・高圧化が進み、又、生産も陸上から海洋に移行し、
塩素イオン、硫化水素、炭酸ガスを含む油井での生産が
余儀なくされており、機械的性質及び耐食性の一層の改
善が要求されている。

単層管ではこの両特性を同時に満足させることができな
いため、外側を炭素鋼又は低合金鋼、内側をステンレス
鋼又は高合金鋼から形成した二層構造のクラツド管が提
案されている。

ところで、この種用途の管サイズは、一般的には外径約
１００〜６００ｍｍ、長さ約４０００〜６０００ｍｍ、
外層厚さ約１０〜６０ｍｍ、内層厚さ約２〜４ｍｍの長
尺細管である。従来、油井等のラインパイプ用の二層管
を作るには、内層管と外層管を予め作っておき、これら
の管を嵌め合わせた後、水圧、熱間圧延、熱間押出又は
爆発圧着によって製造する方式が採用されている。

これらの二層管は外層と内層との金属的な密着接合が十
分でな（、機械的な接合部を含んで接合強度が不十分で
あったり、偏肉が大きくなる問題があった。また、外層
成分と内層成分が境界部分で突然大きく変動するため、
管全体としての強度が低下する問題があった。更に、サ
ワー環境で使用した場合、使用中に硫化水素が機械的接
合部に侵入し、当該接合部にて硫化水素誘起割れが発生
する問題があった。

これらの二層管を遠心鋳造法で複合化すれば、外層と内
層が冶金的に一体となり接合強度は高まるが、内層成分
と外層成分とが相互に拡散し、外層の機械的強度及び内
層の耐食性が低下する問題がある。

本発明者は、遠心鋳造法による製管時、外層と内層との
間に所定厚さの中間層が形成されるように鋳造すれば、
十分な接合強度を備え、しかも外層成分と内層成分が互
いに拡散し合うことのない複合管を製造できることを見
出した。この管は、中間層以外では外層成分と内層成分
が混ざり合うことなく冶金的に一体化することができる
から、外層は所定の機械的強度を発揮でき、内層は所定
の耐食性を具備できる。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、外層と内層を冶金的に一体化するために遠心
鋳造法によって製造し、外層と内層との間に所定厚さの
中間層を形成し、十分な接合強度を備えると共に、中間
層以外では外層成分と内層成分が混ざり合わないように
した複合管を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段及び作用）本発明の複合管
は、遠心力鋳造法によって形成され、高温・高圧に耐え
る機械的強度の高い外層と、耐食性にすぐれる内層との
間に、境界部として外層材料と内層材料の略中間成分か
らなりかつ所定厚さの中間層を冶金的に一体的に外層及
び内層と結合したものである。

本発明の複合管は、重量％（以下、すべて同じ）にて、
Ｃ：０　、ｏ　５〜０．２０％、Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ　：１．０％以下、Ｎｆ：０
．２〜２．０％、Ｍｏ：１．０％以下、ｖ　：０．０５
〜０．１５％、Ａｌ：０．１％以下、残部不可避の不純
物及びＦｅからなり、 によって表わされる炭素当量が０．４５以下の材料の外
層と、合計量が１００％であって、Ｃ：０゜０３０％以
下、Ｓ　ｉ　：１．０％以下、Ｍ　ｎ　：２．０％以下
、Ｎ　ｉ　：１２．０〜１６．０％、Ｃｒ　：１６．０
〜１８，０％、Ｍｏ：２．Ｏ〜３．０％、残部不可避の
不純物及びＦｅからなる材料の内層との間に、境界部と
して、合計量が１００％であって、Ｃ０７０３〜０．０
７％、Ｓｉ：０．３〜０．７％、Ｍｎ：０．５〜１．５
％、Ｃｒ　：６．Ｏ〜１２．０％、Ｎｉ：４．０〜１１
．０％、Ｍ　ｏ　：０．９〜１．５％、Ｆｅニア５．０
〜８５．０％、Ａ１：０．０１〜０．０５％、及び不可
避の不純物を含む材料でありかつ１０〜１００μｍの厚
さを有する中間層が冶金的に一体的に外層及び内層と結
合されている。

本発明の上記複合管は、前述した通り、外層は低合金鋼
、内層は耐食性合金から形成される。本発明にかかる複
合管は、外層の機械的性質を向上させるため、外層に所
定成分のＮｉと■を含有させている。

Ｎｉは低温衝撃性及び常温強度を高める作用がある。こ
の作用を十分に発揮させるためにその含有量は０．２〜
２，０％に規定する。またＶは焼入れ性の向上及び結晶
粒の微細化に寄与する。これらの作用を十分に発揮させ
るためにその含有量は０．０５〜０．１５％に規定する
。

本発明の複合管は、外層と内層との間に所定成分と厚さ
の中間層を備えている。該中間層は、内層材料を注湯す
る際に外層材料と混ざり合って形成される。外層と内層
が十分な接合強度を備え、かつ外層成分と内層成分が相
互に混ざらないようにするために、中間層の厚さは１０
〜１００μｍに規定する。即ち、厚さが１０μｍ未満で
あれば十分な接合強度を得ることができない。また、内
層厚さが約２〜４ａ＋ｍのラインパイプの場合、中間層
の厚さが１００μｍを超えると外層成分が内層に侵入し
、内層の耐食性が損なわれて使用に供せなくなる。

即ち、中間層の厚さを１０μｍ〜１００μｍに規定する
ことによって、前述したように外層と内層の成分組成が
互いに混ざり合うことなく、所望の複合管を製造できる
。なお、中間層の厚さは約２０〜５０μｍの範囲が望ま
しい。

外層と内層の接着強度は約４０　ｋｇｆ／ｍｍ”以上の
剪断応力を具備する。

また、外層成分と内層成分は相互に拡散しないから、外
層は所定の機械的強度を備え、内層は所定の耐食性を備
えることができる。

外層と内層は、中間層を介して冶金的に一体に形成され
ているから、機械的接合のように硫化水素が外層と内層
の接合部に侵入して該接合部にて硫化水素誘起割れが発
生するような問題も解消される。

（実施例） 本発明の複合管は、第１表に示す外層材料の溶湯を回転
鋳型に注湯し、外層の凝固後、第１表に示す内層材料の
溶湯を注湯し、該溶湯によって凝固層の表面を溶かし、
外層材料と内層材料を融合して中間層を形成し、そのま
ま注湯を続けて内層を凝固させることにより製造した。

なお、中間層の厚さを所定の範囲内にするためには、外
層材料と内層材料を夫々鋳造するタイミングを適切にせ
ねばならない。外層が凝固する前に内層を鋳込むと、中
間組成の境界層は形成されず、外層成分と内層成分は相
互に拡散するし、外層の凝固後、内層を鋳込むまでの時
間が長いときは、内層は外層に冶金的に一体結合しなく
なってしまうからである。

実施例において製造した複合管は、長さ５６００　ｆｆ
１１１゜外径１７０ａ＋ｍ、内径１３４ｍｍ、外層厚さ
１５ｍｍ、内層厚さ３ｍｍであり、中間層の厚さは約２
０μｍであった。

得られた中間層の合金成分を第１表に、中間層近傍の電
子顕微鏡組織写真を第１図に示す。なお、中間層の合金
成分の数値は、厚さ方向の略中央部における分析結果で
ある。

（以下余白） ｎｉｊ記供試管に対して、ＡＳＴＭ　Ａ　２６４に規定
される剪断試験を行ない、剪断応力を調べたところ、４
１　ｋｇｆ／ｍｍ’であった。

（発明の効果） 本発明の複合管は、外層成分と内層成分が混ざり合った
所定厚さの中間層を備えている。外層と内層は、外層成
分と内層成分が相互に混ざり合うことなく、中間層を介
して冶金的に一体どなり、十分な強度で接合される。従
って、外層は所望通りの機械的性質を発揮Ｉ２、内層は
所望通りの耐食性を具備することができる。

本発明の複合管は、外層と内層が中間層を介して冶金的
に一体に形成され、機械的接合部は存在］７ないから、
使用中に硫化水素が外層と内層の接合部に侵入１．て該
接合部にて硫化水素誘起割れが発生ずる虞れはない。

本発明の複合管は原油、天然ガス油井のラインパイプ用
配管として好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の複合管の中間層近傍における金属組織
を示す図面代用電子顕微鏡写真である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％にて、Ｃ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：
   １．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ：１．０％以
   下、Ｎｉ：０．２〜２．０％、Ｍｏ：１．０％以下、Ｖ
   ：０．０５〜０．１５％、Ａｌ：０．１％以下、残部不
   可避の不純物及びＦｅからなり、炭素当量値（％）＝Ｃ
   ＋（Ｍｎ／６）＋［（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５］＋（Ｎｉ
   ／１５）によって表わされる炭素当量が０．４５以下の
   材料の外層と、合計量が１００％であって、Ｃ：０．０
   ３０％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下
   、Ｎｉ：１２．０〜１６．０％、Ｃｒ：１６．０〜１８
   ．０％、Ｍｏ：２．０〜３．０％、残部不可避の不純物
   及びＦｅからなる材料の内層との間に、境界部として、
   合計量が１００％であって、Ｃ：０．０３〜０．０７％
   、Ｓｉ：０．３〜０．７％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、
   Ｃｒ：６．０〜１２．０％、Ｎｉ：４．０〜１１．０％
   、Ｍｏ：０．９〜１．５％、Ｆｅ：７５．０〜８５．０
   ％、Ａｌ：０．０１〜０．０５％、及び不可避の不純物
   を含む材料でありかつ１０〜１００μｍの厚さを有する
   中間層が冶金的に一体的に外層及び内層と結合されてい
   ることを特徴とする、高温・高圧に耐える機械的性質と
   すぐれた耐食性を備えた複合管。