JPS5848024B2

JPS5848024B2 - 耐食性のすぐれた油井管用鋼

Info

Publication number: JPS5848024B2
Application number: JP3614379A
Authority: JP
Inventors: 富久長寺崎; 泰夫大谷; 昭夫池田; 輝隆津村; 正明田中
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1979-03-26
Filing date: 1979-03-26
Publication date: 1983-10-26
Also published as: JPS55128566A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、炭酸ガス、硫化水素を単独又は複合して含
有する油井、ガス井に使用される油井用鋼管に生ずる腐
食又は割れに対してすぐれた抵抗性を有する高強度の油
井管用鋼に関する。

石油又は天然ガスを採取するための井戸の環境は近年ま
すます過酷なものとなっており、深さの増加に加えて炭
酸ガス、硫化水素を含むものがふえ、それにつれ材料の
強度が要求される一方、腐食などによる材料の脆化が大
きな問題となっている。

すなわち、炭酸ガスと硫化水素が海水などの水分と共存
するとき、腐食や割れが起り、そのため油井用鋼管が破
壊する事故が起っている。

硫化水素を含む環境下での油井用鋼管の使用基準につい
ては実用的にフィールド経験などに基いてＮＡＣＥＳ
ｔａｎｄａｒｄＭＲ−０１−７５（１９７７
Ｒｅｖｉｓｉｏｎ）が推奨されているが、しかしな
がらこれによって必ずしも耐硫化物割れ性が保証される
ものではなく、又炭酸ガスを同時に含有せる環境では腐
食のために短期間のうちに減肉する問題が起っている。

たとえば硫化水素を含む環境下では、使用する油井管用
鋼の強度をロツクウエル硬度ＨＲＣ２２以下に規制する
ことが硫化物割れに対して有効であるとされているが、
複合組織に関する限り強度に対する混合則からも明らか
なごとく、たとえばマルテンサイトとフエライトの２相
からなる絹織では均一なマルテンサイト組織の場合と同
一の強度レベルに到達するにはマルテンサイトの強度は
複合絹織の場合が高い。

そのためＨＲＣ２２以下に全体の強度を抑えても、ＨＲ
Ｃ２２をはるかに越える炉もどされたマルテンサイト組
織部分が存在し、これが硫化物割れに対し問題となる。

このように、高強度油井管用鋼の硫化物割れに対しては
事故例などの解析により検討が加えられているが、いま
だに不十分で、ことに炭酸ガスと硫化水素が共存する環
境下で使用される油井管用鋼についてはほとんど検討さ
れていない現状である。

この発明は、かかる現状に鑑みてなされたもので、油井
管用鋼の化学成分を調整し、均質な組織となすことによ
って、耐炭酸ガス腐食性と耐硫化物割れ性をともに具備
せる高強度油井管用鋼を提案するものである。

すなわち、この発明は下記のとおりの高Ｃｒ鋼からなる
高強度油井管用鋼を要旨とする。

（１）ＣＯ．２５％以下、Ｓｉ０．８０％以
下、Ｍｎ０．１０〜０．８０％、Ｃｒ７．０〜１
１．０％、ＡＡ’０．０１〜０．１０％、残部Ｆｅ及
び不可避的不純物からなり、不純物中のＰは０．０１％
以下、Ｓは０．００″５％以下、Ｃｕは０．１％以下で
、かつ組織が主に焼もどしマルテンサイトの微細組織か
らなることを特徴とする耐食性のすぐれた鋼。

（２）上記（１）の成分のほかに、ざらにＮｂＯ．０１
〜０，２５％とＭｏ０．０５〜０．８０％とＮ
ｉＯ．１〜０．６％のうち少なくとも１種を含む鋼。

（３）上記（１）の成分のほかに、ざらにＶ０．０１〜
０．１５％とＴｉＯ．０１〜０．１５％とＺｒ
０．０１〜０．１５％のうち少なくとも１種を含む鋼。

（４）上記（１）の戒分のほかに、さらに（２）及び（
３）の特殊成分をともに含有する鋼。

上記この発明鋼は、Ｃｒ含有量が高く、かつ不純物中の
Ｐ，Ｓ，Ｃｕ量を低く制限したことを特徴とし、フエラ
イト組織を抑え７０％以上の焼もどされたマルテンサイ
ト組織よりなる微細組織を有し、降伏強度７５ｋｓ
ｉ以上の高強度で、耐食性のすぐれた油井管用鋼である
。

この発明鋼は、オーステナイト域に加熱後単に放冷する
だけでマルテンサイトを主体とした紐織が得られるが、
望ましくは焼入れを行ない、しかる徽Ａ１変態点を越え
ない温度で燐もどすことにより、又適当な強度、靭性、
耐食性保証元素を選択添加し、焼入れ一焼もどしを施す
ことにより均質微細な焼もどしマルテンサイト組織とな
り、高強度、高靭性とともにすぐれた耐食性が得られる
。

さらに、鋼の組成によっては炉ならし、焼もどし処理し
てもさしつかえない。

この発明において化学或分を限定したのは次の理由によ
る。

Ｃは炭酸ガス腐食感受性を増大させるため少ないほど好
ましく、又靭性を劣化させるので０．２５φ以下とする
。

しかし、含有量が極端に少なくなるとフエライトが生成
しやすいので０．０１％程度までが望ましい。

Ｓｉは脱酸剤として有効であるが、ｏ．ｓｏ％を越える
と靭性が劣化するから０．８０％以下とする。

Ｍｎはオーステナイト域を広げ、又強度、靭件の向上に
有効であるが、０．１０％未満ではその効果が十分あが
らず、又０．８０％を越えると炭酸ガス腐食感受性及び
硫化物割れ感受性が著しく増大するので０、１０〜０．
８０％とする。

Ｃｒは炭酸ガス腐食に対し腐食速度を減少させるのに極
めて有効であるが、７．０％未満ではその効果が不十分
であり、又１１．Ｏ％を越えるとフエライトの生成が増
大しやすくなるため７．０−１１．０咎とする。

Ａ７は脱酸剤として有効であるが、ｏ．ｏｉ％未満では
安定した脱酸処理が望めず、又０．１０％を越えると脱
酸効果は飽和し、介在物の増大による疵が発生し、靭性
も劣化するから０．０１〜０．１０斜とする。

Ｐは不純物として少ないことが望まれるが、良好な耐硫
化物割れ性を得るには０．０１φ以下とする必要がある
。

ＳはＰと同様に少ないことが望まれるが、良好な耐硫化
物割れ性を得るには０．００５１％以下とする必要があ
る。

Ｃｕは０．１％を越えると耐炭酸ガス腐食性が劣化する
から０．１φ以下とする。

Ｎｂ，Ｍｏ，Ｎｉはいずれも強度、靭性の向上に有効で
あることに加え、炭酸ガスを含む環境中での耐食性、す
なわち耐炭酸ガス腐食性の向上に有効であるが、Ｎｂは
ｏ．ｏｔ％未満ではその添加効果が少な＜、０．２５咎
を越えると靭性が劣化し、かつ耐炭酸ガス腐食性への寄
与が飽和するので０．０１〜０．２５％とし、Ｍｏは０
．０５％未満ではその添加効果が得られず、０．８０咎
を越えると強度向上の効果が飾和し、さらに靭性が劣化
し、且つ硫化物割れの感受性が増すから０．０５〜０．
８０φとし、Ｎｉは０．１φ未満ではその添加効果があ
がらず、０．６％を越えるとかえって硫化物割れ感受性
が増すから０．１〜０．６％とする。

Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒは主として強度の向上に有効であるが、
それぞれ０．０１φ未満ではその効果が得られず、又０
．１５％を越えると靭性が劣化するから、０．０１〜０
．１５％とする。

硫化物割れに対しては鋼の強度との相関性が大きく、前
記のごと＜ＮＡＣＥＳｔａｎｄａｒｄでは
ＨＲ，Ｃ２２以下を推奨しているが、本発明者らの研究
で、均質微細に焼もどされたマルテンサイト組織のこの
発明鋼に対しては、ＨＲ，Ｃ２２を越えてもきわめて良
好な耐硫化物割れ性が得られることが判明した。

又同時に耐炭酸ガス腐食性も良好であり、従来鋼に比べ
強度を高めた油井管用鋼を提供し得る。

しかし、異常組織に対する配慮からＨＲＣ２４以下にす
ることが望ましい。

次に、この発明の具体的実施例について説明する。

実施例１７０ｔ転炉等で、この発明の実施による鋼及び比較のた
め従来鋼、この発明に属さない比較鋼を溶製した。

その化学成分を第１表に示す。そして通常の圧延で得ら
和た鋼板に焼入れ焼もどしを施したのち硫化物割れ感受
性を試験した。

この試験はＵベンド試験法により硫化水素飽和の０．５
％酢酸を含む２５℃の水溶液中に４８時間浸漬して行な
った。

なお、Ｕベンド試験片は厚さ２ｍｙｒｔ１巾１０１ｎ
７Ｌ１長さ７５闘で、その表面をエメリー研磨紙０番で
仕上げ、曲げ試験機でＵ型に曲げ、さらにボルト、ナッ
トで両端部を締めつけたものを使用した。

その試験結果を第２表に示す。この結果より、この発明
による油井管用鋼は従来鋼及び比較鋼に比べ耐硫化物割
れ性が著しくすぐれていることがわかる。

実施例２第１表に示す各鋼を焼入れ、焼もどししたのち厚さ２間
、巾４０ｍｒｒｔ、長さ４０ｍｍの試験片を作り、これ
を３２０番エメリー研磨紙で表面を仕上げし、次の条件
で腐食試験を行った。

すなわち、外気から遮断した密閉型ループ試験機を用い
、炭酸ガスを飽和した人工海水を流速０．１〜１０
ｍ／ｓｅｃ，液温３０〜８０℃で１５０〜５００時
間流したのち、試験片を取りだし腐食生成物を取り除い
たのち、その減量を測定した。

なお、この試験は実際の腐食を再現するのに有効な方法
であり、発明鋼に於いては虫食い状の局部腐食は発生し
ない。

その試験のうち流速２．５ｍ／ＳｅＣ，液温６０℃、試
験時間５００時間で行なった結果の一例を第３表に示す
。

評価法は現用油井鋼管用鋼の一つである鋼１の腐食量を
１００としたときの腐食率で表わした。

この結果より、この発明による油井管用鋼は従来鋼及び
比較鋼に比べ耐炭酸ガス腐食性がすぐれていることがわ
かる。

実施例３第１表に示す各鋼を焼入れ、焼もどししたのち厚さ２關
、巾４０ｍｍ，長さ４０ｍｍの試験片を作り、これ
を３２０番エメリー研磨紙で表面仕上げし、次の条件で
腐食試験を行なった。

すなわち、攪拌型オートクレープに試験片を挿入し密閉
したのち、真空ポンプで脱気し、人工海水を加え、さら
に炭酸ガス、硫化水素で加圧し、炭酸ガス分圧１０ａｔ
ｍ１硫化水素分圧１０ａｔｍ１試験片表面における流速
１０ｍ／ｓｅｃ以下、温度３０〜２００℃で５０
〜５００時間試験を行い、その減量を測定した。

なお、この試験は実際の腐食を再現するのに有効な方法
であり、発明鋼に於では虫食い状の局部腐食は発生しな
い。

その試験のうち流速２．５ｍ／Ｓｅ（，温度１５０℃、
試験時間２００ｈｒで行なった結果の一例を第４表に示
す。

なお評価は実施例２と同じ基準で示した。

この結果より、炭酸ガスー硫化水素混合下においても、
この発明鋼は他の鋼に比べ耐食性がすぐれていることが
わかる。

Claims

【特許請求の範囲】ＩＣ０．２５％以下、Ｓｉ０．８０％以下、Ｍｎ０
．１０〜０．８０％、Ｃｒ７．０〜１
１．０％、Ａ７０．０１−０．１０％、残部Ｆｅ及び不
可避的不純物からなり、不純物中のＰは０．０１％以下
、Ｓは０．００５％以下、Ｃｕは０．１多以下で、かつ
組織が主に焼もどしマルテンサイトの微細組織からなる
ことを特徴とする耐食性のすぐれた油井管用鋼。２Ｃ０．２５％以下、Ｓｉ０．８０％以下、Ｍｎ０
．１０〜ｏ．ｓｏ％、Ｃｒ７．０〜１１．０％
、Ａｌ０．０１〜０．１０％及びＮｂＯ．０１〜０
．２５％とＭｏ０．０５〜０．８０％とＮｉＯ．
１〜０．６％のうち少なくとも１種、残部Ｆｅ及び不
可避的不純物からなり、不純物中のＰは０．０１多以下
、Ｓは０．００５φ以下、Ｃｕは０．１φ以下で、かつ
組織が主に焼もどしマルテンサイトの微細組織からなる
ことを特徴とする耐食性のすぐれた油井管用鋼。３Ｃ０．２５％以下、Ｓｉ０．８０％以下、Ｍｎ０
．１０−０．８０％、Ｃｒ７．０〜１１．０％、
．１１？ｏ．ｏｉ〜０．１０咎及びｖｏ．ｏｉ〜０．１
５係とＴｉ０．０１〜０．１５％とＺｒ０．０
１〜０．１５％のうち少なくともｌ種、残部Ｆｅ及
び不可避的不純物からなり、不純物中のＰは０．０１％
以下、Ｓは０．００５％以下、Ｃｕは０．１％以下で、
かつ組織が主に焼もどしマルテンサイトの微細組織から
なることを特徴とする耐食性のすぐれた油井管用鋼。４Ｃ０．２５％以下、ＳｉＯ．８０％以下、Ｍｎ０
．１０〜０．８０％、Ｃｒ７．Ｏ〜１１．０
％、Ａｌ０．０１〜０．１０％及びＮｂ０．０１〜０．
２５％とＭｏ０．０５〜０．８００Ｉ０とＮ
ｉＯ．１〜０．６％のうち少なくとも１種、ざらにＶ０
．０１〜０１５％とＴｉＯ．０１〜０．１５％
とＺｒ０．０１〜Ｏ。１５％のうち少なくとも１種、残部Ｆｅ及び不可避的不
純物からなり、不純物中のＰは０．０１％以下、Ｓは０
．００５％以下、Ｃｕは０．１φ以下で、かつ組織が主
に焼もどしマルテンサイトの微細組織からなることを特
徴とする耐食性のすぐれた油井管用鋼。