JPH0726180B2

JPH0726180B2 - 耐食性に優れた油井用マルテンサイト系ステンレス鋼

Info

Publication number: JPH0726180B2
Application number: JP2202076A
Authority: JP
Inventors: 雄介南; 修司橋爪; 達雄高岡; 武海山田
Original assignee: 日本鋼管株式会社
Priority date: 1990-07-30
Filing date: 1990-07-30
Publication date: 1995-03-22
Anticipated expiration: 2010-03-22
Also published as: EP0472305A1; US5167731A; JPH0488152A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は湿潤炭酸ガスからに塩分、硫化水素を含有する
高深度油井用のマルテンサイト系ステンレス鋼に関する
ものである。

〈従来の技術〉従来、油井管として広く用いられているのは高強度の炭
酸鋼、低合金鋼であるが、石油資源の確保から近年高深
度油井の開発が進み、その環境が湿潤炭酸ガス化の状態
であることから、従来の炭酸鋼、低合金鋼に代って13Cr
マルテンサイト鋼などの高合金鋼が用いられてきてい
る。この鋼に要求される特性として、高強度、耐食性、
耐応力腐食割れ性があり、これらの性質を満足させる鋼
として例えば特公昭61−3391号、特開昭58−199850号、
特開昭61−207550号に示される鋼があるが、油井の高深
度化に伴なってCO₂、H₂S、Cl^-が共存し、かつ150℃を越
える油井環境もあり、上記開発鋼では十分な耐食性を有
さないため、二相系ステンレス鋼が用いられるのが実情
である。

しかし、二相系ステンレス鋼は13Cr系鋼に比べて高価で
あり、このため従来の13Cr系鋼より耐食性に優れ、かつ
経済性をも有する鋼として特開昭60−174859号に示され
る鋼が開発されている。

〈解決しようとする課題〉しかしながら、特開昭60−174859号に示される鋼は、高
Ni含有鋼であり、耐硫化物応力耐食割れ特性（以下耐SS
C特性と略す）に難点がある。また、Niは高価であるた
め、経済性も二相ステンレス鋼と大差がないものとなっ
ている。

従って、13Cr系鋼より耐食性に優れ、かつ二相ステンレ
ス鋼より経済性優れる鋼の開発が強く望まれているもの
である。

本発明は、以上のような問題に鑑み草案されたもので、
Co₂中に少量のH₂ＳさらにCl^-を含み、かつ高温域の環境
条件下においても耐食性、強度、靱性に優れ、かつ経済
性を有する鋼を提供しようとするものである。

〈課題を解決するための手段〉 Cr鋼の耐食性を向上させるためにはCr量の増加が有効で
あるが、それは一方でδ−フェライト相を生成させるた
め、鋼の強度、靱性を低下させてしまう。このため、δ
−フェライト相を抑制する必要が生じるが、オーステナ
イト生成元素であるNi量の増加は耐SSC特性およびコス
ト面から制約がある。また、Ｃ量の増加もδ−フェライ
ト相の抑制に有効であるが、焼戻し時に炭化物を形成
し、かえって耐食性を劣化させるため、その含有量は制
限される。

本発明者らは、このようなCr量の増加による組成の制約
を考慮し、各種実験、研究を行った。

まず、後述する耐食試験の結果、添附図面に示すように
Cr−12C＋0.75Ni＋10Nなる関係式の数値が13以上になる
と、腐食速度が顕著に減退することが見い出された。ま
た後述する衝撃試験および引張試験の結果、δ−フェラ
イト相10％以上の増加は下記表に示すように衝撃特性お
よび常温強度を低下させることが見い出された。

本発明は、以上のような本発明者らの新たな知見に基づ
いてなされたもので、耐食性はCr−12C＋0.75Ni＋10N≧
13.0なる関係式を満足することにより、また強度、靱性
はδ−フェライト相を10％以下に制御することにより、
その特性が格段に優れた15Cr系鋼である。

次に本発明の重量比における成分限定理由を説明する。

Ｃは、オーステナイト生成元素であり、マルテンサイト
相を得るために有効な元素であるが、0.08％未満ではδ
−フェライト相が増し、δ−フェライト相抑制に高価な
Niの使用を増加させることになるため、下限を0.08％と
した。また過剰な含有は焼戻し時、Cr炭化物の析出量を
増加させ、耐食性を損うことからその上限を0.25％とし
た。

Crは、耐食性を向上させる元素で、含有量が少ないと13
Cr鋼と同等の耐食性しか示さず、含有量が多いとδ−フ
ェライト相の生成量が増すため、14〜16％とした。

Siは脱酸剤として必要であるが、強力なフェライト生成
元素であるため、1.0％未満とした。

Mnは脱酸、脱硫剤として有効な元素であるとともに、オ
ーステナイト相生成元素であるが、過剰に添加しても効
果は飽和するため2.0％未満とした。

Niはオーステナイト生成元素であり、δ−フェライト相
の抑制に有効な元素であるが、その含有量が増加すると
耐SSC特性が低下し、かつ高価となるため、0.5〜3.0％
とした。

Ｎもオーステナイト生成元素であり、含有量が少ないと
その効果が十分でなく、多いと加工性を損うため、0.03
〜0.10％とした。

Ｐ、Ｓは鋼の熱間加工性および耐応力腐食割れ性を低下
させる元素であるため、それぞれ0.04％未満、0.01％未
満とした。

Moは耐食性、特に耐孔食性に有効な元素であるが、高価
であり、かつ過剰の含有はδ−フェライト相を増加させ
るので0.1〜1.0％とした。

Ｖ、Nbは強力な炭化物形成元素であり、結晶粒の細粒化
に有効であるが、フェライト生成元素でもあるためその
添加量をそれぞれ0.05〜0.30％、0.01〜0.1％とした。

CuはMoと同様、耐食性を改善する元素であるが、高価な
元素であること、および3.0％を越えて添加してもその
効果が飽和してしまうため、0.5〜3.0％とした。

〈実施例〉以下本発明の具体的実施例につき説明する。

本発明者らは下表に示す成分組成の本発明鋼Ａ乃至Ｆ、
比較鋼１乃至６を供試鋼として、溶製し、圧延で12mmt
板とした後、焼準、焼戻しの熱処理を行ない、各種試験
片を採取した。

耐食性の試験は、29.95atmCO₂−0.05atm H₂S−10％NaCl
溶液中に336時間浸漬し、その腐食減量を測定した。試
験温度は200℃である。

δ−フェライト量の測定は、熱処理後の試料で光学顕微
鏡を用いた画像処理法で行った。

衝撃試験は2mmVノッチ、フルサイズの試験片を用い、−
40℃で試験し吸収エネルギーを求めた。

引張試験は、直径6mmφ、標点距離30mmの試験片を用い
て常温で行った。

添附図面に腐食試験の結果を示す。現用の13Cr系鋼（比
較鋼１、２、４）の腐食速度は1g/m²/hr以上であるが、
Cr−12C＋0.75Ni＋10Nの数値が13以上の場合は0.48g/m²
/hr以下であり、上記Cr−12C＋0.75N＋10Nが13以上で腐
食速度が顕著に改善されることが示されている。

δ−フェライト相は腐食速度には影響しないが、衝撃特
性を低下させる。10％以上のδ−フェライト相生成鋼
（比較鋼３、５、６）では−40℃の吸収エネルギーが1k
gf・ｍ以下になり十分な靱性を有しない。また、δ−フ
ェライト相は常温強度をも低下させ、10％以上の生成で
は耐力が55kgf/mm²以下になる。

これに対して、本発明鋼は現用の13Cr系鋼に比べて1/3
の腐食速度であり、また強度、靱性も比較鋼と比べて十
分な特性を示している。

〈発明の効果〉以上説明したように、本発明によれば現用13Cr系鋼より
優れた耐食性を有し、強度、靱性も油井管としての使用
を満足させ、かつ経済性を有する鋼が得られるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は腐食速度とCr−12C＋0.75Ni＋10Nの数値との関係
を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比でC:0.08〜0.25％、Cr:14〜16％、S
i:1.0％未満、Mn:2.0％未満、Ni:0.5〜3.0％、N:0.03〜
0.10％、P:0.04％未満、S:0.01％未満、Mo:0.1〜1.0％
を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる組成で
あって、 Cr−12C＋0.75Ni＋10N≧13.0 なる関係式を満足し、かつδ−フェライト相を10％以下
としたことを特徴とする耐食性に優れた油井用マルテン
サイト系ステンレス鋼。
【請求項２】重量比でC:0.08〜0.25％、Cr:14〜16％、S
i:1.0％未満、Mn:2.0％未満、Ni:0.5〜3.0％、N:0.03〜
0.10％、P:0.04％未満、S:0.01％未満、Mo:0.1〜1.0％
を含有し、かつV:0.05〜0.30％、Nb:0.01〜0.1％の１種
または２種を含有し、残部がFeおよび不可避不純物から
なる組成であって、 Cr−12C＋0.75Ni＋10N≧13.0 なる関係式を満足し、かつδ−フェライト相を10％以下
としたことを特徴とする耐食性に優れた油井用マルテン
サイト系ステンレス鋼。
【請求項３】重量比でC:0.08〜0.25％、Cr:14〜16％、S
i:1.0％未満、Mn:2.0％未満、Ni:0.5〜3.0％、N:0.03〜
0.10％、P:0.04％未満、S:0.01％未満、Mo:0.1〜1.0
％、Cu:0.5〜3.0％を含有し、残部がFeおよび不可避不
純物からなる組成であって、 Cr−12C＋0.75Ni＋10N≧13.0 なる関係式を満足し、かつδ−フェライト相を10％以下
としたことを特徴とする耐食性に優れた油井用マルテン
サイト系ステンレス鋼。
【請求項４】重量比でC:0.08〜0.25％、Cr:14〜16％、S
i:1.0％未満、Mn:2.0％未満、Ni:0.5〜3.0％、N:0.03〜
0.10％、P:0.04％未満、S:0.01％未満、Mo:0.1〜1.0
％、Cu:0.5〜3.0％を含有し、かつV:0.05〜0.30％、Nb:
0.01〜0.1％の１種または２種を含有し、残部がFeおよ
び不可避不純物からなる組成であって、 Cr−12C＋0.75Ni＋10N≧13.0 なる関係式を満足し、かつδ−フェライト相を10％以下
としたことを特徴とする耐食性に優れた油井用マルテン
サイト系ステンレス鋼。