JPH0371506B2 - - Google Patents

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JPH0371506B2
JPH0371506B2 JP10466387A JP10466387A JPH0371506B2 JP H0371506 B2 JPH0371506 B2 JP H0371506B2 JP 10466387 A JP10466387 A JP 10466387A JP 10466387 A JP10466387 A JP 10466387A JP H0371506 B2 JPH0371506 B2 JP H0371506B2
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JP
Japan
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less
alloy
corrosion cracking
stress corrosion
environment
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Application number
JP10466387A
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Japanese (ja)
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JPS63274743A (en
Inventor
Kozo Denho
Akihiro Myasaka
Hiroyuki Ogawa
Toshiharu Sakamoto
Eiji Sato
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP10466387A priority Critical patent/JPS63274743A/en
Publication of JPS63274743A publication Critical patent/JPS63274743A/en
Publication of JPH0371506B2 publication Critical patent/JPH0371506B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

(産業上の利用分野) 本発明は石油、天然ガスを生産する際に使用さ
れる油井用管または、これらを搬送するために使
用されるラインパイプ用のオーステナイト合金に
係り、特に、H2S、CO2、Cl-が存在する環境で、
耐食性を有する合金に関する。 (従来の技術) 石油、天然ガスを生産する環境が、H2Sの増
加、深井戸掘削による高温・高圧になるに伴なつ
て、使用される材料も高合金化が進行している。
通常、H2Sの存在する高温高圧の環境では、Ni
を含有した(例えば、25%以上)、Ni−Cr−Mo
−Fe合金が、高い耐食性を有することが知られ
ている。 また、特開昭61−99656号公報、および特開昭
61−99660号公報「ラインパイプ用高強度溶接鋼
管」、特開昭58−1044号公報「耐応力腐食割れ性
に優れた高強度油井管用合金」等には、H2Sの存
在する腐食性の強い環境で使用される合金につい
て、開示されている。 特開昭61−99656号、および特開昭61−99660号
公報の技術は、耐食性を付与しうるように、有効
成分(Ni、Cr、Mo、W))の成分範囲を設定し、
さらに、熱間加工性を改善するために、希土類元
素、Y、Mg、CaおよびTiを添加した、高強度ラ
インパイプ用溶接鋼管に関するもので、その特徴
とする所は、高耐食性を保有する高合金鋼管の熱
間加工性を希土類元素等を添加することによつて
保有せしめることにある。 また、特開昭58−1044号公報では、Cr、Mo、
W、Ni、Mnの成分量を調整してH2S環境で耐応
力腐食割れ性を有する範囲に設定し、さらに、
Cu、Coを添加して耐食性を高めたうえに、希土
類元素、Y、Mg、Ca、Tiを添加して、熱間加工
性を改善することを特徴とする合金を開示してい
る。 (発明が解決しようとする問題点) H2Sの存在する油井・ガス井の環境条件は、使
用される合金にとつて、非常に苛酷である。例え
ば、H2Sの存在そのものが、環境の腐食性を高め
ているだけでなく、H2S、CO2により環境の水素
イオン濃度が高くなること、温度、ガス圧力が高
いめに、耐食性の低い低合金鋼では年間10数mmに
も達する全面腐食が発生して使用に耐えられな
い。一方、既存の高合金を油井管として使用する
こと、例えば、ハステロイC−276はすべての環
境で使用可能であろうが、油井管としてのコスト
が高く実用性が低い。 本発明は、150℃以上200℃未満の温度範囲で
H2S、CO2、Cl-の存在下で優れた耐応力腐食性
と耐隙間腐食性を備えたオーステナイト合金を提
供することを目的としている。 (問題点を解決するための手段) 本発明は、上記環境における耐全面腐食性を、
基本成分であるCr、Ni、Moで形成し、使用に供
される環境では、全面腐食の起らない条件(合金
が不働態化する条件)を満すように、合金成分量
を設定する。しかし、通常のH2Sを含有す油井・
ガス井環境は、塩素イオンを含有しているため
に、全面腐食をおこさない不働態の状態でも孔
食、応力腐食割れ等の局部腐食を発生する。合金
がH2S環境で使用されるためには、局部腐食の中
でも、応力腐食割れの発生を抑制することが必要
である。 本発明者等は研究を行つた結果、合金中に存在
する介在物の形状を一定の大きさ以下にし、か
つ、微小δ−フエライトの生成を抑制することに
より、耐応力腐食割れ性が格段に向上するとの知
見を得た。このように、合金の耐応力腐食割れ性
の性能を最大限に発揮できるように処理を行なつ
た上で、与えられた環境で応力腐食割れを発生し
ない合金成分の範囲を設定した。さらに、上記の
状態を前提として、Cu、Sn、Sbを添加すること
により、耐隙間腐食性を向上せしめうるとの知見
を得た。 しかして本発明の要旨とするところは重量%で
C:0.03%以下、Si:0.02%〜1.0%、Mn:0.02
%〜1.0%、Cr:20%〜28%、Ni:24%〜60%、
Mo:4%〜7%未満、La:0.1%以下、Al:0.1
%以下、Ca:0.03%以下、O:0.01%以下、P:
0.03%以下、S:0.01%以下であり、必要に応じ
てCu:2%以下および/またはSn:0.15%以下、
Sb:0.15%以下のうち1種または2種を含有し、
その他不可避不純物と残部鉄からなり、かつ、下
記各式の条件を満足することを特徴とする冷間加
工され硫化水素の存在する環境で高い割れ抵抗を
有するオーステナイト合金にある。 75≦Cr+2Ni+1.5Mo≦152 Ni+12≧1.5(Cr+Mo) (Al+Ca)/(S+O)≧5 1≦La/[(S+O)−0.05(Al+Ca)]≦20 以下に本発明について詳細に説明する。 (作用) 第1図に、温度200℃、PH3、H2S分圧50気圧
の5%NaCl溶液において、20%冷間加工を加え
た25%Cr−40%Ni−5%Mo−Fe合金の応力腐
食割れ発生におよぼす介在物形状の影響を示して
いる。なお、第1図における介在物粒度は鋳造組
織におけるものである。介在物形状は、後述する
本発明の合金成分を含有する合金において、Al
またはCa等およびこれらの複合添加等により、
(Al+Ca)≧5(S+O)となるように一次的に脱
酸処理を行なつた後に、スラグに直接接触しない
方法でLaを添加すると、第2図に示すように介
在物形状が微細化する。なお、第2図に示した介
在物粒径は鋳造組織におけるものである。第1図
及び第2図において、耐応力腐食割れ性に有効で
ある範囲の介在物形状を得るためには、 1≦La/[(S+O)−0.05(Al+Ca)]≦20 ……(1) であることが必要であり、La/[(S+O)−0.05
(Al+Ca)]の値が1より小さいと介在物は微細
化せず、20をこえると、耐火物を還元して、La
を含有する大型介在物を形成するようになり、と
もに、本発明の目的から逸脱する。 また、通常、脱酸剤として使われるミツシユメ
タルは本発明の目的のためには適していない。ミ
ツシユメタル中にLaとともに存在するCeは大型
の介在物を形成するからである。 上述のごとき介在物形状を制御したCr−Ni−
Mo−Fe合金において、H2Sの存在する環境にお
いて、150℃以上、200℃未満の温度範囲で応力腐
食割れを発生しない成分範囲は、第3図から下記
(2)式とすることが必要である。尚、第3図は第5
図の試験片を用い、後述する実施例における第5
図の説明と同様の試験を行つた結果である。 75≦Cr+2Ni+1.5Mo≦152 ……(2) さらに上式の範囲内において、微細なδ−フエ
ライトの形成を抑制し、耐応力腐食割れ性の劣化
を抑制するためには第4図に示すように 1.5(Cr+Mo)−12≦Ni ……(3) であることが必要である。 次に、本発明における成分限定の理由を以下に
示す。 C: 粒界に炭化物を析出することにより、粒界近傍
に生成したCr欠乏層が選択的に腐食されること、
また、炭化物そのものが腐食されることにより、
応力腐食割れの起点を形成する。このため、炭化
物の析出温度域に保持されたとき、短時間で析出
しない0.03%以下に製造時に低減する。 Si: Siは脱酸成分として必要な成分である。0.02%
未満では脱酸の効果が得られないので、下限値を
0.02%とした。その含有量が1.0%を超えて添加
しても効果はほぼ飽和するため、その上限値を
1.0%とした。 Mn: Mn成分にはSiと同様に脱酸作用がある。0.02
%未満では脱酸の効果が得られないので、下限値
を0.02%とした。この成分は応力腐食割れ性にほ
とんど影響を及ぼさず、また1.0%超の添加は効
果が飽和するので、その上限値を1.0%とした。 P: 粒界に偏析して、熱間加工性とともに、応力腐
食割れ性を劣化せしめる。含有量が0.03%以下で
あれば実用上影響ない。このため、0.03%以下と
規定した。 Ni: H2Sの存在する環境では、Crとともに、不働態
を形成する主要元素であり、かつ、オーステナイ
ト形成元素として、δ−フエライトの形成を抑制
する。フエライト形成元素(Cr、Mo)に対応し
て、δ−フエライトの形成を抑制するためには、
Ni+12≧1.5(Cr+Mo)の式から、下限量として
24%必要であり、かつ、60%超の添加は、フエラ
イト形成元素が上限の場合でも、δ−フエライト
の形成を抑制するためには必要としない。このた
め24%以上、60%以下とした。 Cr: 不働態皮膜を形成する主要元素で、H2Sの存在
する第3図、第4図の環境では、20%未満では効
果を示さない。また、28%を超えて添加しても、
第3図の範囲内では効果が飽和し、かつ、δ−フ
エライトを生成し、耐応力腐食割れ性を劣化せし
める。このため、下限を20%、上限含有量を28%
とした。 Mo: 活性溶解を抑制することにより、応力腐食割れ
の発生−伝播を抑制する。150℃以上のH2S環境
では、4.0%未満の添加では効果が小さく、かつ、
7.0%以上の添加は、δ−フエライトを形成して、
逆に耐応力腐食割れ性を劣化せしめる。このた
め、下限を4.0%、上限を7.0%未満とした。 Al、Ca: 脱酸剤として添加される。従つて、脱酸に必要
の上限量以上に添加されることはない。AlとCa
は、添加後の成分量が(Al+Ca)≧5(O+S)
となるように添加される。Alは0.1%、Caは0.03
%を超えて添加されると、耐応力腐食割れ性を劣
化せしめる。このため、Al、Caの上限は、それ
ぞれ、0.1%、0.03%とした。 La: 鋼中の介在物を微細化する。しかし、O、S含
有量が高い場合は有効でない。従つて、Al、Ca、
またはこれらの複合により、または他の手段によ
り、溶融合金を(Al+Ca)≧5(O+S)となる
ように、脱酸−脱硫し、かつ、脱酸生成物として
のスラグと接触しないようにLaを添加すること
が必要である。Laによる介在物の細粒化効果は、
第(1)式の範囲で有効であり、第(1)式の制限にかか
わらず、Laが0.07%を超えると飽和する。また、
Laの添加は耐孔食性を向上する効果もある。耐
孔食性に対する効果は、ほゞ0.1%で飽和する。
以上の理由から、上限を0.1%とした。 さらに、Laの作用は、Mgでも代替することが
可能であるが、その効果は、Laにくらべると小
さい。 S: Sは硫化物系介在物を生成して腐食や応力腐食
割れの起点となるので、0.01%以下とすることが
必要である。 O: Oは酸化物系介在物を生成して応力腐食割れの
起点となるため、0.01%以下に低減せしめること
が必要である。 以上は本発明の基本成分であるが、この他に必
要に応じて以下の元素をも含有することができ
る。 Cu: 隙間腐食の発生を抑制する効果がある。しか
し、その効果は、2%を超えると飽和する。この
ため、2%以下の範囲内において、選択的に添加
される。 Sn、Sb: これらの1種または2種を添加することによ
り、隙間腐食の発生を抑制する効果がある。しか
し、その効果は、それぞれ、0.15%を超えると飽
和する。また、0.2%を超えると、耐応力腐食割
れ性を劣化せしめる。このため、それぞれの上限
を0.15%とした。 本発明合金が、油井・ガス井環境において、油
井管として使用される場合には、強度を付与する
ことが要求される。通常、強度を付与する方法と
して、加工硬化、析出硬化、固溶硬化等の方法が
用いられる。これらのうち、析出硬化は微細析出
物を析出させて強度を付与する方法であるが、微
細な析出物を均一に析出させることは難しく、巨
大析出物が形成されると、さきに述べた介在物と
同様に応力腐食割れの起点となる。このため、本
発明においては、析出硬化は用いないこととし
た。次に、固溶硬化は本発明のごとき、高合金の
場合は、添加合金量に対して効果が小さく、従つ
て、強化法として採用しがたい。 以上のことから、本発明は加工硬化により、強
度を付与することとした。過大な加工硬化によ
り、耐応力腐食割れ性は劣化するが、30%までの
冷間加工によつては耐応力腐食割れ性は変化しな
いので、本発明では強度付加のため、最終熱処理
終了後に30%以下の冷間加工を行なう。 つぎに、この発明の合金を実施例により比較例
および従来例と対比しながら説明する。 (実施例) それぞれ第1表に示される成分組成をもつた合
金を下記の工程によつて製造し、本発明合金材1
〜21、比較合金材1〜4、および従来合金材1
〜3を得た。従来合金材1はIncolloy825に、従
来合金材2はDIN14462に、従来合金材3はJIS.
SUS316Cにそれぞれ相当する組成をもつもので
ある。 [工程] 溶 解:電気炉で成分調整と溶解を行なう。 ↓ 精 錬:AOD炉により脱酸、脱硫と成分調整を
行なう。 ↓ 出 鋼:取鍋においてLaの添加を行なう。 ↓ 造 塊:2〜4tonの鋼塊とする。 ↓ 鍛 造:次工程に必要な形状を有するビレツトに
鍛造加工する。 ↓ 造 管:熱押し造管法により素管とする。 ↓ 焼 鈍:1050〜1110℃の温度域で固溶化焼鈍す
る。焼鈍終了後、酸洗等により表面仕上
を行なう。 ↓ 冷間加工:冷索により、所定の設定強度レベルに
合せて、30%以下の肉厚減少加工に行な
う。 ついで、この結果から得られた本発明合金材1
〜21、比較合金材1〜4、および従来合金材1
〜3より試験片をそれぞれ切出し、第5図に正面
図で示されるような試験片に0.2%耐力の1.2倍の
力を付加し、この状態の試験片に対して50気圧
H2S−5%NaCl溶液(PH=3、温度200℃)中に
330時間浸漬の応力腐食割れ試験を行い、試験後
における応力腐食割れの有無を調査した。 第5図において2は4点支持曲げ治具の本体、
3は試験片1に曲げおこさせるための押込みネ
ジ、4は試験片1を支持しかつ押込みネジ3によ
る力を試験片1にかけるための支持棒であつて、
押込みネジ3を押込んで試験片1に曲げ変形を生
じせしめ、これにより生じた引張応力を試験片1
に与えたまま試験片1及び4点支持曲げ治具を試
験環境中によりさらすことによつて、試験片1の
当該試験環境中における応力腐食割れ抵抗を判定
するものである。 さらに、第6図に正面図で示されるような試験
片1および1aを重ねて隙間を形成せしめ、最外
側位置で2Kg/mm2の引張応力を付加し、この状態
の試験片に対して50気圧H2S−5%NaCl溶液
(PH=3、温度200℃)中に120時間浸漬の隙間腐
食割れ試験を行い、試験後における隙間腐食の有
無を調査した。なお第1表において○印はいずれ
も発生のないものを示し、△印は微小腐食発生、
×印は割れ発生、隙間腐食発生のあつたものを示
す。
(Industrial Application Field) The present invention relates to an austenite alloy for oil well pipes used in the production of oil and natural gas, or line pipes used to transport these, and in particular, H2S , CO 2 , Cl - in an environment where
It relates to alloys with corrosion resistance. (Conventional Technology) As the environment for producing oil and natural gas increases in H 2 S and becomes hotter and more pressurized due to deep well drilling, the materials used are also becoming more highly alloyed.
Normally, in high temperature and high pressure environments where H 2 S exists, Ni
(e.g. 25% or more), Ni-Cr-Mo
-Fe alloys are known to have high corrosion resistance. Also, JP-A No. 61-99656 and JP-A-Sho.
No. 61-99660 "High strength welded steel pipes for line pipes", JP 58-1044 Publication "High strength alloys for oil country tubular goods with excellent stress corrosion cracking resistance", etc. contain corrosive substances in the presence of H 2 S. alloys used in harsh environments are disclosed. The techniques of JP-A-61-99656 and JP-A-61-99660 set the range of active ingredients (Ni, Cr, Mo, W) so as to impart corrosion resistance,
Furthermore, it relates to welded steel pipes for high-strength line pipes to which rare earth elements, Y, Mg, Ca, and Ti are added to improve hot workability. The objective is to maintain the hot workability of alloy steel pipes by adding rare earth elements and the like. Furthermore, in Japanese Patent Application Laid-open No. 1044/1983, Cr, Mo,
The content of W, Ni, and Mn is adjusted to a range that provides stress corrosion cracking resistance in an H 2 S environment, and further,
An alloy is disclosed that has improved corrosion resistance by adding Cu and Co, and improves hot workability by adding rare earth elements, Y, Mg, Ca, and Ti. (Problems to be Solved by the Invention) The environmental conditions of oil and gas wells where H 2 S exists are extremely harsh for the alloys used. For example, not only does the presence of H 2 S increase the corrosivity of the environment, but also the increased hydrogen ion concentration, temperature, and gas pressure caused by H 2 S and CO 2 reduce corrosion resistance. Low-alloy steel suffers general corrosion of up to 10 mm per year, making it unusable. On the other hand, the use of existing high alloys as oil country tubular goods, such as Hastelloy C-276, may be usable in all environments, but the cost and practicality of the oil country tubular goods is low. The present invention is effective in a temperature range of 150°C or higher and lower than 200°C.
The objective is to provide an austenitic alloy with excellent stress corrosion and crevice corrosion resistance in the presence of H 2 S, CO 2 and Cl - . (Means for solving the problems) The present invention provides general corrosion resistance in the above environment.
It is formed from the basic components of Cr, Ni, and Mo, and the alloy component amounts are set so as to satisfy the conditions that general corrosion does not occur (conditions that the alloy becomes passivated) in the environment in which it is used. However, oil wells containing normal H 2 S
Since the gas well environment contains chlorine ions, localized corrosion such as pitting corrosion and stress corrosion cracking occurs even in a passive state where general corrosion does not occur. In order for an alloy to be used in an H 2 S environment, it is necessary to suppress the occurrence of stress corrosion cracking, even among local corrosion. As a result of research, the present inventors have found that stress corrosion cracking resistance can be significantly improved by reducing the shape of inclusions present in the alloy to below a certain size and suppressing the formation of minute δ-ferrite. We have obtained knowledge that it will improve. In this way, after performing treatments to maximize the stress corrosion cracking resistance of the alloy, we set a range of alloy components that would not cause stress corrosion cracking in a given environment. Furthermore, it has been found that by adding Cu, Sn, and Sb under the above conditions, crevice corrosion resistance can be improved. However, the gist of the present invention is that C: 0.03% or less, Si: 0.02% to 1.0%, Mn: 0.02% by weight.
% ~ 1.0%, Cr: 20% ~ 28%, Ni: 24% ~ 60%,
Mo: 4% to less than 7%, La: 0.1% or less, Al: 0.1
% or less, Ca: 0.03% or less, O: 0.01% or less, P:
0.03% or less, S: 0.01% or less, Cu: 2% or less and/or Sn: 0.15% or less, as necessary.
Sb: Contains one or two of 0.15% or less,
It is an austenitic alloy that is cold-worked and has high cracking resistance in an environment where hydrogen sulfide is present, which is composed of other unavoidable impurities and the balance iron, and which satisfies the conditions of the following formulas. 75≦Cr+2Ni+1.5Mo≦152 Ni+12≧1.5(Cr+Mo) (Al+Ca)/(S+O)≧5 1≦La/[(S+O)−0.05(Al+Ca)]≦20 The present invention will be described in detail below. (Function) Figure 1 shows a 25%Cr-40%Ni-5%Mo-Fe alloy that has been subjected to 20% cold working in a 5% NaCl solution at a temperature of 200°C, PH3, and H2S partial pressure of 50 atm. The influence of the shape of inclusions on the occurrence of stress corrosion cracking is shown. Incidentally, the inclusion particle size in FIG. 1 is that in the cast structure. In the alloy containing the alloy components of the present invention, which will be described later, the inclusion shape is
Or by adding Ca etc. and their combined addition, etc.
If La is added in a way that does not directly contact the slag after primary deoxidation treatment so that (Al+Ca)≧5(S+O), the shape of inclusions becomes fine as shown in Figure 2. . Incidentally, the particle size of the inclusions shown in FIG. 2 is that in the cast structure. In Figures 1 and 2, in order to obtain an inclusion shape within a range that is effective for stress corrosion cracking resistance, 1≦La/[(S+O)-0.05(Al+Ca)]≦20...(1) It is necessary that La/[(S+O)−0.05
(Al+Ca)] is smaller than 1, inclusions will not be refined, and if it exceeds 20, the refractory will be reduced, and La
This results in the formation of large inclusions containing Also, Mitsushimetal, which is normally used as a deoxidizing agent, is not suitable for the purposes of the present invention. This is because Ce, which exists together with La in Mitsushi Metal, forms large inclusions. Cr−Ni− with controlled inclusion shape as described above
In Mo-Fe alloys, the range of components in which stress corrosion cracking does not occur in the temperature range of 150℃ or higher and lower than 200℃ in an environment where H 2 S exists is shown in Figure 3 as follows.
It is necessary to use equation (2). In addition, Figure 3 is the 5th
Using the test piece shown in the figure, the fifth example in the example described later.
These are the results of a test similar to that described in the figure. 75≦Cr+2Ni+1.5Mo≦152 ...(2) Furthermore, within the range of the above formula, in order to suppress the formation of fine δ-ferrite and suppress the deterioration of stress corrosion cracking resistance, as shown in Fig. 4. It is necessary that 1.5(Cr+Mo)−12≦Ni...(3). Next, the reasons for limiting the components in the present invention are shown below. C: By precipitating carbides at the grain boundaries, the Cr-deficient layer formed near the grain boundaries is selectively corroded;
In addition, due to corrosion of the carbide itself,
Forms the starting point for stress corrosion cracking. Therefore, when kept in the carbide precipitation temperature range, it is reduced during manufacturing to 0.03% or less, which does not precipitate in a short time. Si: Si is a necessary component as a deoxidizing component. 0.02%
If the value is less than the lower limit, the deoxidizing effect cannot be obtained.
It was set at 0.02%. Even if the content exceeds 1.0%, the effect will be almost saturated, so the upper limit value should be set.
It was set at 1.0%. Mn: Like Si, the Mn component has a deoxidizing effect. 0.02
%, the deoxidizing effect cannot be obtained, so the lower limit was set at 0.02%. This component has almost no effect on stress corrosion cracking resistance, and the effect reaches saturation when added in excess of 1.0%, so its upper limit was set at 1.0%. P: Segregates at grain boundaries, deteriorating hot workability and stress corrosion cracking resistance. If the content is 0.03% or less, there is no practical effect. For this reason, it was specified as 0.03% or less. Ni: In an environment where H 2 S exists, Ni is a main element that forms a passive state together with Cr and suppresses the formation of δ-ferrite as an austenite forming element. In order to suppress the formation of δ-ferrite corresponding to ferrite-forming elements (Cr, Mo),
From the formula Ni+12≧1.5 (Cr+Mo), as the lower limit amount
24% is necessary, and addition of more than 60% is not necessary in order to suppress the formation of δ-ferrite even if the ferrite-forming element is at the upper limit. For this reason, it was set at 24% or more and 60% or less. Cr: A main element that forms a passive film, and in the environment shown in Figures 3 and 4 where H 2 S exists, it does not show any effect if it is less than 20%. Also, even if it is added in excess of 28%,
Within the range shown in FIG. 3, the effect is saturated and δ-ferrite is produced, deteriorating the stress corrosion cracking resistance. For this reason, we set the lower limit to 20% and the upper limit to 28%.
And so. Mo: Suppresses the initiation and propagation of stress corrosion cracking by suppressing active dissolution. In an H 2 S environment of 150°C or higher, addition of less than 4.0% has little effect, and
Addition of 7.0% or more forms δ-ferrite,
On the contrary, it deteriorates stress corrosion cracking resistance. For this reason, the lower limit was set to 4.0% and the upper limit was set to less than 7.0%. Al, Ca: Added as deoxidizers. Therefore, it is not added in an amount exceeding the upper limit required for deoxidation. Al and Ca
The component amount after addition is (Al + Ca) ≧ 5 (O + S)
It is added so that Al is 0.1%, Ca is 0.03
If added in excess of %, stress corrosion cracking resistance will deteriorate. Therefore, the upper limits of Al and Ca were set to 0.1% and 0.03%, respectively. La: Refines inclusions in steel. However, it is not effective when the O and S contents are high. Therefore, Al, Ca,
Alternatively, by a combination of these or other means, the molten alloy is deoxidized and desulfurized so that (Al + Ca) ≧ 5 (O + S), and La is deoxidized so that it does not come into contact with the slag as a deoxidation product. It is necessary to add The effect of La on making inclusions finer is
It is effective within the range of formula (1), and saturates when La exceeds 0.07%, regardless of the limitations of formula (1). Also,
Addition of La also has the effect of improving pitting corrosion resistance. The effect on pitting corrosion resistance is saturated at approximately 0.1%.
For the above reasons, the upper limit was set at 0.1%. Furthermore, the effect of La can be replaced by Mg, but its effect is smaller than that of La. S: S generates sulfide inclusions and becomes the starting point of corrosion and stress corrosion cracking, so it must be kept at 0.01% or less. O: Since O forms oxide inclusions and becomes the starting point of stress corrosion cracking, it is necessary to reduce it to 0.01% or less. The above are the basic components of the present invention, but in addition to these, the following elements may also be contained as necessary. Cu: Has the effect of suppressing the occurrence of crevice corrosion. However, the effect saturates when it exceeds 2%. Therefore, it is selectively added within a range of 2% or less. Sn, Sb: Adding one or two of these has the effect of suppressing the occurrence of crevice corrosion. However, the effect saturates when each exceeds 0.15%. Moreover, if it exceeds 0.2%, stress corrosion cracking resistance will deteriorate. For this reason, each upper limit was set at 0.15%. When the alloy of the present invention is used as oil country tubular goods in oil and gas well environments, it is required to provide strength. Usually, methods such as work hardening, precipitation hardening, and solid solution hardening are used to impart strength. Among these, precipitation hardening is a method that imparts strength by precipitating fine precipitates, but it is difficult to precipitate fine precipitates uniformly, and when large precipitates are formed, the aforementioned interference occurs. It becomes the starting point of stress corrosion cracking, just like other materials. Therefore, in the present invention, precipitation hardening is not used. Next, solid solution hardening, as in the present invention, has a small effect on the amount of added alloy in the case of high alloys, and is therefore difficult to employ as a strengthening method. In view of the above, the present invention provides strength through work hardening. Excessive work hardening deteriorates the stress corrosion cracking resistance, but cold working up to 30% does not change the stress corrosion cracking resistance. Therefore, in the present invention, in order to add strength, the stress corrosion cracking resistance is reduced by 30% after the final heat treatment. % or less. Next, the alloy of the present invention will be explained using examples while comparing with comparative examples and conventional examples. (Example) Alloys having the respective compositions shown in Table 1 were manufactured by the following steps, and alloy material 1 of the present invention was produced.
~21, comparative alloy materials 1 to 4, and conventional alloy material 1
I got ~3. Conventional alloy material 1 is based on Incolloy825, conventional alloy material 2 is based on DIN14462, and conventional alloy material 3 is based on JIS.
Each has a composition corresponding to SUS316C. [Process] Melting: Adjust ingredients and melt in an electric furnace. ↓ Refining: Deoxidation, desulfurization, and composition adjustment are performed using an AOD furnace. ↓ Steel extraction: La is added in a ladle. ↓ Construction ingot: 2 to 4 tons of steel ingot. ↓ Forging: Forging into a billet that has the shape required for the next process. ↓ Pipe making: The raw pipe is made using the hot extrusion method. ↓ Annealing: Solution annealing in the temperature range of 1050 to 1110℃. After annealing, the surface is finished by pickling, etc. ↓ Cold working: Using cold cables, the wall thickness is reduced by 30% or less according to the predetermined strength level. Next, the present invention alloy material 1 obtained from this result
~21, comparative alloy materials 1 to 4, and conventional alloy material 1
A force 1.2 times the 0.2% proof stress was applied to the test piece as shown in the front view in Figure 5, and 50 atm was applied to the test piece in this state.
In H2S -5% NaCl solution (PH=3, temperature 200℃)
A stress corrosion cracking test was conducted by immersion for 330 hours, and the presence or absence of stress corrosion cracking after the test was investigated. In Fig. 5, 2 is the main body of the four-point support bending jig;
3 is a push-in screw for causing the test piece 1 to bend; 4 is a support rod for supporting the test piece 1 and applying the force of the push-in screw 3 to the test piece 1;
The push-in screw 3 is pushed in to cause bending deformation in the test piece 1, and the resulting tensile stress is transferred to the test piece 1.
The stress corrosion cracking resistance of the test piece 1 in the test environment is determined by exposing the test piece 1 and the four-point support bending jig to the test environment under the same conditions. Furthermore, test specimens 1 and 1a as shown in the front view in FIG. A crevice corrosion cracking test was conducted by immersing the sample in an atmospheric pressure H2S -5% NaCl solution (PH=3, temperature 200°C) for 120 hours, and the presence or absence of crevice corrosion after the test was investigated. In Table 1, ○ marks indicate no occurrence, and △ marks indicate microcorrosion occurrence.
The x mark indicates that cracks and crevice corrosion occurred.

【表】【table】

【表】【table】

【表】 第1表に示される結果から、比較合金材1〜4
は耐応力腐食割れ性および耐隙間腐食性のうち少
なくともいずれかの性質が劣つたものであるのに
対して、本発明合金材1〜21は、いずれも耐応
力腐食割れ性および耐隙間腐食性の全てにすぐれ
ており、しかも、従来合金材1〜3と比較しても
一段とすぐれた特性を有することが明らかであ
る。 (発明の効果) 上述のように、この本発明の合金は、すぐれた
耐応力腐食割れ性とすぐれた耐隙間腐食性を有し
ているので、これらの特性が要求される苛酷な環
境中での石油および天然ガス採掘用鋼管材料とし
てきわめてすぐれた性能を発揮するのである。
[Table] From the results shown in Table 1, comparative alloy materials 1 to 4
are inferior in at least one of the properties of stress corrosion cracking resistance and crevice corrosion resistance, whereas the present invention alloy materials 1 to 21 all have poor stress corrosion cracking resistance and crevice corrosion resistance. Moreover, it is clear that it has even better properties than conventional alloy materials 1 to 3. (Effects of the Invention) As mentioned above, the alloy of the present invention has excellent stress corrosion cracking resistance and excellent crevice corrosion resistance, so it can be used in harsh environments where these properties are required. It exhibits extremely excellent performance as a steel pipe material for oil and natural gas extraction.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は合金の応力腐食割れ性に関し、介在物
の粒径と負荷応力/降伏応力の関係を示した図、
第2図は介在物の粒径とLa(%)/[S(%)+O
(%)−0.05(Al(%)+Ca(%)]との関係を示した
図、第3図は合金の耐応力腐食割れ性に関し、
Ni含有量とCr(%)+2Ni(%)+1.5Mo(%)との
関係を示した図、第4図は応力腐食割れ発生と
Ni含有量及びCr(%)+Mo(%)との関係を示し
た図、第5図および第6図はそれぞれ応力腐食割
れ試験および、隙間腐食試験の態様を示す正面図
である。 1,1a……試験片、2……4点支持曲げ治具
本体、3……押込みネジ、4……支持棒。
Figure 1 is a diagram showing the relationship between the grain size of inclusions and load stress/yield stress regarding stress corrosion cracking properties of alloys.
Figure 2 shows the particle size of inclusions and La (%)/[S (%) + O
(%) - 0.05 (Al (%) + Ca (%)) Figure 3 shows the relationship between stress corrosion cracking resistance of the alloy.
Figure 4 shows the relationship between Ni content and Cr (%) + 2Ni (%) + 1.5Mo (%).
A diagram showing the relationship between Ni content and Cr (%) + Mo (%), and FIGS. 5 and 6 are front views showing aspects of a stress corrosion cracking test and a crevice corrosion test, respectively. 1, 1a... Test piece, 2... 4-point support bending jig main body, 3... Push-in screw, 4... Support rod.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 重量%で C:0.03%以下 Si:0.02%以上、1.0%以下 Mn:0.02%以上、1.0%以下 Cr:20%以上、28%以下 Ni:24%以上、60%以下 Mo:4%以上、7%未満 La:0.1%以下 Al:0.1%以下 Ca:0.03%以下 O:0.01%以下 P:0.03%以下 S:0.01%以下 その他不可避不純物と残部鉄よりなり、かつ、
下記各式の条件を満足することを特徴とする冷間
加工され硫化水素の存在する環境で高い割れ抵抗
を有するオーステナイト合金。 75≦Cr+2Ni+1.5Mo≦152 Ni+12≧1.5(Cr+Mo) (Al+Ca)/(S+O)≧5 1≦La/[(S+O)−0.05(Al+Ca)]≦20 2 重量%で C:0.03%以下 Si:0.02%以上、1.0%以下 Mn:0.02%以上、1.0%以下 Cr:20%以上、28%以下 Ni:24%以上、60%以下 Mo:4%以上、7%未満 Cu:2%以下 La:0.1%以下 Al:0.1%以下 Ca:0.03%以下 O:0.01%以下 P:0.03%以下 S:0.01%以下 その他不可避不純物と残部鉄よりなり、かつ、
下記各式の条件を満足することを特徴とする冷間
加工され硫化水素の存在する環境で高い割れ抵抗
を有するオーステナイト合金。 75≦Cr+2Ni+1.5Mo≦152 Ni+12≧1.5(Cr+Mo) (Al+Ca)/(S+O)≧5 1≦La/[(S+O)−0.05(Al+Ca)]≦20 3 重量%で C:0.03%以下 Si:0.02%以上、1.0%以下 Mn:0.02%以上、1.0%以下 Cr:20%以上、28%以下 Ni:24%以上、60%以下 Mo:4%以上、7%未満 La:0.1%以下 Al:0.1%以下 Ca:0.03%以下 O:0.01%以下 P:0.03%以下 S:0.01%以下 Sn:0.15%以下、Sb:0.15%以下のうち1種ま
たは2種を含有し、その他不可避不純物と残部鉄
よりなり、かつ、下記各式の条件を満足すること
を特徴とする冷間加工され硫化水素の存在する環
境で高い割れ抵抗を有するオーステナイト合金。 75≦Cr+2Ni+1.5Mo≦152 Ni+12≧1.5(Cr+Mo) (Al+Ca)/(S+O)≧5 1≦La/[(S+O)−0.05(Al+Ca)]≦20 4 重量%で C:0.03%以下 Si:0.02%以上、1.0%以下 Mn:0.02%以上、1.0%以下 Cr:20%以上、28%以下 Ni:24%以上、60%以下 Mo:4%以上、7%未満 Cu:2%以下 La:0.1%以下 Al:0.1%以下 Ca:0.03%以下 O:0.01%以下 P:0.03%以下 S:0.01%以下 Sn:0.15%以下、Sb:0.15%以下のうち1種ま
たは2種を含有し、その他不可避不純物と残部鉄
よりなり、かつ、下記各式の条件を満足すること
を特徴とする冷間加工され硫化水素の存在する環
境で高い割れ抵抗を有するオーステナイト合金。 75≦Cr+2Ni+1.5Mo≦152 Ni+12≧1.5(Cr+Mo) (Al+Ca)/(S+O)≧5 1≦La/[(S+O)−0.05(Al+Ca)]≦20
[Claims] 1 C: 0.03% or less Si: 0.02% or more, 1.0% or less Mn: 0.02% or more, 1.0% or less Cr: 20% or more, 28% or less Ni: 24% or more, 60% Mo: 4% or more, less than 7% La: 0.1% or less Al: 0.1% or less Ca: 0.03% or less O: 0.01% or less P: 0.03% or less S: 0.01% or less Consists of other unavoidable impurities and the balance iron, and ,
An austenitic alloy that is cold-worked and has high cracking resistance in an environment where hydrogen sulfide is present, which satisfies the conditions of each formula below. 75≦Cr+2Ni+1.5Mo≦152 Ni+12≧1.5 (Cr+Mo) (Al+Ca)/(S+O)≧5 1≦La/[(S+O)−0.05(Al+Ca)]≦20 2 C in weight%: 0.03% or less Si: 0.02 % or more, 1.0% or less Mn: 0.02% or more, 1.0% or less Cr: 20% or more, 28% or less Ni: 24% or more, 60% or less Mo: 4% or more, less than 7% Cu: 2% or less La: 0.1 % or less Al: 0.1% or less Ca: 0.03% or less O: 0.01% or less P: 0.03% or less S: 0.01% or less Consists of other unavoidable impurities and the balance iron, and
An austenitic alloy that is cold-worked and has high cracking resistance in an environment where hydrogen sulfide is present, which satisfies the conditions of each formula below. 75≦Cr+2Ni+1.5Mo≦152 Ni+12≧1.5 (Cr+Mo) (Al+Ca)/(S+O)≧5 1≦La/[(S+O)−0.05(Al+Ca)]≦20 3 C in weight%: 0.03% or less Si: 0.02 % or more, 1.0% or less Mn: 0.02% or more, 1.0% or less Cr: 20% or more, 28% or less Ni: 24% or more, 60% or less Mo: 4% or more, less than 7% La: 0.1% or less Al: 0.1 % or less Ca: 0.03% or less O: 0.01% or less P: 0.03% or less S: 0.01% or less Contains one or two of Sn: 0.15% or less, Sb: 0.15% or less, and other unavoidable impurities and the balance iron An austenitic alloy that is cold-worked and has high cracking resistance in an environment where hydrogen sulfide is present, and is characterized by satisfying the conditions of the following formulas. 75≦Cr+2Ni+1.5Mo≦152 Ni+12≧1.5 (Cr+Mo) (Al+Ca)/(S+O)≧5 1≦La/[(S+O)−0.05(Al+Ca)]≦20 4 C in weight%: 0.03% or less Si: 0.02 % or more, 1.0% or less Mn: 0.02% or more, 1.0% or less Cr: 20% or more, 28% or less Ni: 24% or more, 60% or less Mo: 4% or more, less than 7% Cu: 2% or less La: 0.1 Contains one or two of the following: % or less Al: 0.1% or less Ca: 0.03% or less O: 0.01% or less P: 0.03% or less S: 0.01% or less Sn: 0.15% or less, Sb: 0.15% or less, and others An austenitic alloy that is cold-worked and has high cracking resistance in an environment where hydrogen sulfide is present, which is composed of unavoidable impurities and a balance of iron, and which satisfies the conditions of the following formulas. 75≦Cr+2Ni+1.5Mo≦152 Ni+12≧1.5 (Cr+Mo) (Al+Ca)/(S+O)≧5 1≦La/[(S+O)−0.05(Al+Ca)]≦20
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