JPS60238416A - 湿潤硫化水素環境用サツカ−ロツドの製造法 - Google Patents

湿潤硫化水素環境用サツカ−ロツドの製造法

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JPS60238416A
JPS60238416A JP9417884A JP9417884A JPS60238416A JP S60238416 A JPS60238416 A JP S60238416A JP 9417884 A JP9417884 A JP 9417884A JP 9417884 A JP9417884 A JP 9417884A JP S60238416 A JPS60238416 A JP S60238416A
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JP
Japan
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weight
steel
corrosion resistance
hydrogen sulfide
sucker rod
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Application number
JP9417884A
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English (en)
Inventor
Teruo Kaneko
金子 輝雄
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0075Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rods of limited length
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/32Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with boron

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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】 本発明は湿潤硫化水素環境用サッカーロッドの製造法に
関する。
より詳細には、本発明は所定の強度を保持しながら、耐
食性および疲労強度に優れた、油井用サッカーロッドの
製造法に関する。
従来技術とその問題点 油井用のサッカーロッドは使用時に繰り返し応力を受け
るため、使用時の耐食性能としては耐腐食疲労特性が最
も重要である。他方、油井の生産性をあげるためサッカ
ーロッドを高強度化して製品径の減少を計る傾向が強い
が、湿潤硫化水素環境下では一般に高強度材はど耐食性
が劣化する。
従来のAPI規格品では強度と耐食性−が共に優れたも
のは存在しない。例えば、APIのCり −レードは通
常C−Mn鋼であり、規準または規準−焼戻し処理で製
造され、サワー環境での耐食性は比較的良好であるが、
強度レベルが低い。APIのにグレードは強度も低く、
Nl添加のため耐食性も劣る。更に、APIのDグレー
ドは、規準−焼戻しまたは焼入れ一焼戻し処理を行って
おり、強度は高いが、耐食性が低い。
一方、腐食疲労に対して材料の表面性状も大きな影響を
与え、脱炭層や表面欠陥の存在は耐食性能を劣化させる
ことが知られている。この対策として熱処理後の材料表
面を機械的に切削して表面を清浄化することが最も有効
であるが工業的大量生産には現実的な方法ではない。工
業的な表面性状のコントロール方法としては、焼戻し後
の材料表面をショットピーニング処理することが有効と
されているが、それでも湿潤硫化水素環境への適用可能
なサッカーロッド用材料はCグレードどまりの低強度材
である。
しかしながら、現在のエネルギー状況では更に厳しい環
境下の油井の開発と、その油井の生産性の向上が望まれ
、強度と耐食性を兼備したサッカーロッド材の開発が要
望されている。
発明の目的 本発明は、湿潤硫化水素環境下で好適に使用できるサッ
カーロッドの製造方法を提供することにある。
更に詳細には、本発明は、強度および耐腐食疲労特性を
兼備し、特に湿潤硫化水素環境下で優れた耐腐食疲労特
性を有する高強度鋼を、適正な成分系、熱処理法および
表面性状調整方法を組み合わせることによって提供する
ことを目的とする。
発明の構成 上記の目的を達成するために、本発明に従うと、C:0
.20〜0.40重量%、 Si:0.05〜0.60重量%、 Mn : 0.30〜0.80重量%、P:0.015
重量%以下、 S:、o、oto重量%以下、 Cr : 0.5(1−1,50重量%、Mo : 0
.20−0.70重量%、Nb : 0.015〜0.
040重量%、Ti:0.005〜0.025重量%、
B : 0.0005〜0.0025重童%、Al:0
.01〜0.10重量%、 を含、み残部は実質上Fe及び不可避的不純物よりなる
鋼を用い、最終熱処理を実施するにあたり850〜10
50℃の温度範囲に浸炭雰囲気中で加熱後焼入れを行い
、ついで表面にショツトブラスト処理を加えた後650
〜720℃の温度範囲で焼戻すことを特徴とする湿潤硫
化水素環境用サッカーロッドの製造法が提供される。
すなわち、本発明者等は湿潤硫化水素環境下での冶金的
因子の影響を検討した結果、耐食性を向上させるには次
の2つの事項が極めて重要であることを知得した。
(i)出来るだけ均一な焼戻しマルテンサイト組織を得
ること。
(ii)焼戻しは^C1変態点以下で出来るだけ高温度
で行ない、鋼材中の歪を減少させ、又炭化物の析出分布
状態を適正化し耐腐食性を向上させること。
しかしながら、油井用のサッカーロッドはアップセット
部を含めると最大径が60mmにも達するため上記の要
請を満足し、良好な耐食性を確保するには厳密な成分コ
ントロールが必要であることが判明し、幾多の実験の結
果、上記の如き成分範囲に限定したものである。
以下、本発明の方法に於ける鋼成分限定理由および熱処
理、表面性状調整方法について説明する。
(1)鋼成分限定理由 (a) C: Cは強度確保に有効な元素で0.2重量
%未満では十分な高強度が得られないため0.2重量%
を下限とする。一方0.4重量%を越えると靭性が劣化
するほか、熱処理時の曲がりや割れを生じやすくなるた
め0.4重量%を上限とする。Cは焼入れ性を上げ且つ
焼戻し時の軟化抵抗を上げるため均一な高温度焼戻しマ
ルテンサイト組織を得ることにより耐食性向上に有効な
元素で、0.25〜0.35重量%にコントロールする
ことが望ましい。
(b)Si:Siは脱酸剤として添加されるもので、鋼
の清浄度を確保するため0.05重量%以上の添加が必
要である。一方0.60重量%を越えると靭性;加工性
が劣化する上結晶粒が粗大化し易く耐食性も劣化する。
 更に好ましくは、S1分を0.20〜0.40重量%
に管理することが望ましい。
(c)Mn : Mnは焼入れ性と強度、靭性を確保す
るのに有効で0.20重量%未満ではその効果が得られ
ない。
一方0.80重量%を越えると偏析が増大して耐食性が
劣化するため0.8重量%を上限とする。強度、靭性お
よび耐食性のバランスからは0.40〜0.60重量%
とするのが好ましい。
(d)P:Pは偏析を助長して耐食性を劣化させるので
O,,015重量%以下、望ましくは0.010重量%
以″下にする必要がある。
(e) S :’ Sは非金属介在物を増加させ耐食性
を劣化させるので0.010重量%、望ましくは0.0
05重量%以下にする必要がある。
(f)Cr : Crは焼入れ性及び強度確保に有効な
元素で0.50重量%未満ではその効果が得られない。
しかしながら、1.50重量%越えると靭性、加工性が
劣 −化する。好ましくはCrは0.80〜1.20重
量%とするのが適当である。
((至)Mo:Moは焼入れ性と焼戻軟化抵抗の向上を
通じて耐食性改善に効果的な元素で、0.20重量%未
満ではその効果が十分でない。一方0.70重量%を越
えると炭化物の析出状態を変化させ耐食性を劣化させる
。添加効果と経済性を考慮すると0.30〜0.50重
量%にコントロールするのが適当である。
(h)Nb:Nbは焼戻し軟化抵抗を向上させしかもオ
ーステナイト粒度を微細にするのに有効で、その効果を
得るには0.015重量%以上の添加が必要である。一
方0.040重量%を越えると靭性、加工性を劣化させ
る。通常は0.025〜0.035重量%にコントロー
ルするのが適当である。
(i)Ti、B:Ti、Bを併用することにより鋼の焼
入れ性が大巾に向上する。Ti 0.005重量%、B
:0.00.05重量%未満では効果が十分でない。一
方、Ti : 0.025重量%、B : 0.002
5重量%を越えると脆化が生じやすくなる。
(j)Al:Atは脱酸剤として添加されるもので、又
結晶粒の細粒化にも有効である。0.01%未満ではそ
れらの効果がなく、0.1%を越えると脆化が生じ易く
なる。
(2)熱処理その他の製造因子 (a)焼入れ処理 焼入れは均一なマルテンサイト組織を得るために行なう
。上記の本発明で採用する成分範囲の鋼に対しては、焼
入れ前の加熱温度としては完全なオーステナイトを得る
ため850℃以上とする必要がある。850℃未満では
一部炭化物が未固溶で残存し耐食性を劣化させる。一方
1050℃を越えて加熱するとオーステナイト結晶粒が
粗大に成長し逆に耐食性を劣化させる。上記成分系では
900〜950℃の加熱温度範囲が好ましい。
また加熱雰囲気を浸炭雰囲気で行なうことは特に耐腐食
疲労特性向上に極めて有効である。加熱を脱炭雰囲気中
で行った場合、鋼表面に脱炭層が形成されるがこれは耐
腐食疲労特性を劣化させる。
加熱を浸炭雰囲気で行なうと鋼の表面が硬化するため表
面傷もつきにくく、しかも表面部に若干の圧縮残留応力
も生じるため耐腐食疲労特性が改善される。加熱雰囲気
の調整は雰囲気ガス中の炭素活量を鋼中の炭素活量より
大きくすれば良く、具体的な方法は当業者の周知すると
ころである。
(b)焼戻し及び焼戻し前のショツトブラスト処理焼戻
しはAc、変態点以下で出来るだけ高温で行なうことが
望ましい。良好な耐食性を得るためには650℃以上の
焼戻しが必要である。一方720℃を越えて加熱すると
鋼内部の偏析部で変態が生じ耐食性が劣化する危険性が
大きくなる。上記成分範囲の鋼では680〜710℃の
焼戻しで十分な高強度が得られるので、この範囲で焼戻
しを行うのが更に好ましい。
ショツトブラスト処理は圧延及び焼入れ加熱時に生成し
た酸化スケールを除去し表面性状を整えることにより耐
腐食疲労特性の向上に効果をもつものである。若干の冷
間加工層を鋼材表面に与えるためこの処理を焼戻し後に
行うと耐食性を劣化させるので焼戻し前に行う必要があ
る。
以下、本発明の方法を実施例により説明するが、これら
の実施例は本発明の技術的範囲を制限するものでないこ
とは勿論である。
実施例。
第1表に示す本発明で採用する鋼(以下“本発明鋼”と
称す)とAPI規格のCグレードおよびDグレードの鋼
とを、本発明の方法および従来法により処理してサッカ
ーロッドを製造した。
ここで採用した本発明の方法は、鋼の溶製、熱間圧延、
アップセット加工、浸炭雰囲気下での加熱後の焼入れ処
理、ショツトブラスト処理からなり、焼入れおよび焼戻
し温度は第2表に示すとおりである。
他方、従来方法は、鋼の溶製、熱間圧延、アップセット
加工、焼入れ処理、焼戻し処理及びショットピーニング
処理からなり、焼入れおよび焼戻しの温度は第2表に示
すとふりである。
更に腐食疲労寿命試験は、25℃の硫化水素飽和5%食
塩水中で、最大応力40ksi 、最低応力20ksi
で1100cpのサイクル数で繰り返し応力をかけて破
断寿命をめることによって行った。
第2表に試片の強度および腐食疲労試験結果を示すよう
に、本発明の範囲の鋼は強度が高く、耐腐食疲労特性も
優れている。特に、本発明の範囲内の鋼成分に本発明の
方法を適用した場合は、API規格のDグレード鋼程度
の強度を有すると同時にCグレードの鋼のサッカーロッ
ドよりも優れた耐腐食疲労特性を有する。
発明の効果 本発明は、強度および耐食性を兼備した湿潤硫化水素環
境下で好適に使用できるサッカーロッドを提供すること
に成功したものである。
すなわち、本発明に従い使用する鋼成分は、サッカーロ
ッドを製造する熱処理工程で高強度且つ均一な焼戻しマ
ルテンサイト組織を得ることを可能ならしめるもので、
この鋼成分に本発明の方法を適用することにより上記の
如く耐腐食疲労特性に著しく優れたサッカーロッドを提
供することができる。
更に本発明の方法では、浸炭雰囲気中で焼入れ前の加熱
を行なうので耐腐食疲労特性を劣化させる脱炭層も生ぜ
ず、熱処理の後の表面調整をショツトブラストで行なえ
ば十分であり、極めて経済的な方法である。
特許出願人 住友金属工業株式会社 代 理 人 弁理士 新居正彦

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 C:0.20〜0.40重量%、 Si:0.05〜0.60重量%、 Mn + 0.30〜0.80重量%、P:0.015
    重量%以下、 S二〇、010重量%以下、 Cr : 0.50〜1.50重量%、Mo : 0.
    20−0.70重量%、Nb : 0.015〜0.0
    40重量%、Ti : 0.005〜0.025重量%
    、B :O,,0005〜0.0025重量%、AI:
    0.01〜0.10重量%、 を含み残部は実質上Pa及び不可避的不純物よりなる銅
    を用い、最終熱処理を実施するにあたり850〜105
    0℃の温度範囲に浸炭雰囲気中で加熱後焼入れを行い、
    ついで表面にショツトブラスト処理を加えた後650〜
    720℃の温度範囲で焼戻すことを特徴とする湿潤硫化
    水素環境用サッカーロッドの製造法。
JP9417884A 1984-05-11 1984-05-11 湿潤硫化水素環境用サツカ−ロツドの製造法 Pending JPS60238416A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2684392A1 (fr) * 1991-11-30 1993-06-04 Samsung Heavy Ind Acier au bore pour engrenages cementes.
US5853502A (en) * 1995-08-11 1998-12-29 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Carburizing steel and steel products manufactured making use of the carburizing steel
CN108381114A (zh) * 2018-02-07 2018-08-10 宁夏长鑫防腐工程有限公司 旧抽油杆疲劳强度恢复工艺及其装置

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FR2684392A1 (fr) * 1991-11-30 1993-06-04 Samsung Heavy Ind Acier au bore pour engrenages cementes.
US5853502A (en) * 1995-08-11 1998-12-29 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Carburizing steel and steel products manufactured making use of the carburizing steel
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