JPS61563A - 非磁性ドリルカラ−用鋼とその製造方法 - 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〉 この発明は、石油掘削外の非磁性ドＩ））レカヲー用銅
（以下、非磁性例用銅という）とその製造方法に関する
。

〈従来技術〉 近年、油田開発においては、油脂の発見をよシ効果的に
イテうため、深井戸の掘削にあたり磁気センサーが使用
でれるようになシ、これはドリルカフ−にセットされて
いる。したがってドリルカラーは磁気センサーの油照探
索精度を低下させないために非磁性材であることが望ま
れ、また同時に掘削にあたっての外力に耐え得るため高
耐力をも備えることが必要とされる。

このようなドリルカフ−には通常、オーステナイト系鋼
が使用される８オーヌテナイト鋼は一般に透磁率が低く
非磁性材料として使われるもので、常温で安定なオース
テナイト組織を得るのにＮ１゜ＯｒおよびＭｎのうちの
２元素または３元素を比較的多量に含有せしめるもので
ある。

ところが、これらオーステナイト鋼は固溶化熱処理状態
では耐力が低いので冷間あるいは温間加工を施して耐力
の向上をはかる必要があるが、ドリルカフ−月利が極め
て太径の大型材であるところからその加工設備を大型化
しなければならず、そのために設備費用が嵩んでコスト
アップとなるという何ｒ点がある。

そこで最近は非磁性Ｔ？Ｃ用鋼用銅てＭｎ系のオーステ
ナイト鋼にＮｂ、　Ｔａ、　Ｖなどの析出硬化元素を添
加して高耐力をもたせた析出硬化型のオー７４　　　　
　　　　テナイト鋼を使用する例が多くなってきている
。

しかしかかるオーステナイト鋼にも次の（ａ）〜（（１
）のような問題点がある。

（（ホ）圧延加工後に析出硬化させるための長時間の熱
処理を必要とし、コストの上昇、工程の煩雑化を招来す
る。

（６）析出硬化元素の添加を必要とし、これがコストの
上昇につながる。

（Ｃ）　　析出硬化型オーステナイト鋼では非磁性と高
耐力とを満足でせることか可能であっても、同時にＤ／
Ｃ用材料として必要な性質である高い延性を満足でせる
ことか極めて困難である。

（（１）　　穴あけ加工性に劣る。

〈発明の目的〉 この発明は、上記従来の問題点を解決し、圧延後の大型
加工設備または析出硬化のための熱処理設備等を必要と
せず、安定した非磁性と高耐力を備えかつ、延性、耐食
性、穴あけ加工性の点でも良好な非磁性必用鋼とその製
造方法を提供しようとするものである。

〈発明の構成〉 すなわち本発明の要旨とするところは、（１）　　Ｃ０
，０に０．５０％、５ｊ−２，０％以下、Ｍｎ　１０〜
２５％、Ｎ’ｌ　０．０１−５％、ｃｒｌＱ−２０％、
５Ｏ０１５％以下、Ｎ０．０１〜０．５０％を含有し、
さらに必要に応じｓｅ　０．ｏ　０５−ＯＪ　ｏｘ、Ｔ
ａ０．００５〜０．８０％、ＰＩ）　０．０５〜Ｑ、２
０％、Ｃａ　０．０００５−０．０２光の１種または２
種以上を含み、残部実質的にＦｅから々ること全特徴と
する非磁性ドリルカフ−用銅。

（２）上記（１）に記載の成分組成をもつ鋳片または鋼
片を、１２５０℃以下の加熱温度にて加熱後１１００℃
以下の仕上温度にて圧延し、しかる後空冷和尚以上の冷
却速度にて急冷することを特徴とする非磁性ドリルカフ
ー用鋼の製造方法。

にある。

非磁性Ｄ／Ｃ用鋼用銅求される特性は大路次の（イ）〜
（ハ）に示すものである。

（イ）透磁率＜　１．０１　、耐力（０−）≧７０ツ智
、延び５３０％（ロ）穴あけ加工性にすぐれること （ハ）地下の厳しい腐食環境で使用される関係上耐食性
（耐応力腐食割れ性）にすぐれること本発明者らはこの
（イ）〜Ｇ／′９を満足する鋼材を得るべく鋭意天険研
究を重ねた結果、本発明の完成に至った。

すなわち、非磁性および耐力の点からＭｎ−０ｒ−Ｎ系
のオーステナイト鋼に着目し、その成分調整の適正化と
ともに、圧延加工の段階で所定の制御圧延を実施するこ
とによってオーステナイト粒の細粒化および加工歪の一
部導入を図シ、従来鋼の如き長時間の熱処理あるいは冷
間加工等を必要とせず圧延のままで上記要求性能を確保
することに成功したものである。

また、高Ｍｎ非磁性鋼は一般に難削材とでれており、Ｓ
ｅ、　Ｔｓ、　Ｐ’ｂ、　Ｃａ等の快削性元素の適用を
はかり、その熱間加工性はσはど劣化させずに、その被
削性を改善できることを確認した・次に本発明における
各要件の限定理由を述べる。

本発明鋼の化学成分の限定理由を説明する。

Ｃ：オーステナイト組織の安定化と同浴強化をもたらす
元素である。０．０１％未満では強度低下とオーステナ
イト組織を不安定にするおそれがあシ、また０、５％を
越えるとオーステナイト結晶粒界に多量の炭化物が析出
し、これによシ非磁性らｔ用銅の延性が劣化するととも
に応力腐食割れに対する感受性が高まるようになるので
好ましくない。

Ｓｉ：　脱酸剤として精錬の過程で溶鋼中に添加式れる
が、２．０％を越えて添加しても脱酸効果が飽和してそ
れ以上の向上はみられず逆に非金属介在物が増加して非
磁性しＣ用鋼の清浄度を悪化させ延性を低下させるので
上限を２，０％とした。

Ｍｎ：　安価にオーステナイト相を安定化でせる作用が
あるとともに非磁性を得るのに欠かせない元素であり最
低限１０％の含有が望ましい。しかし２５％を越えると
応力腐食割れ発生のおそれを生じるので１０〜２５％と
した。非磁性と応力腐食割れ性の双方を考慮すると１５
〜２０３＋６が最も好ましい範囲である。

Ｎｉ：　　オーステナイト組織を安定にし耐食性を改善
するのに有効な元素でろり、０．０１％未満ではシ　　
　　　　　その効果が十分に発揮鑓ない。また５％を越
えて添加してもオーステナイト相安定の効果が飽和しそ
れ以上の向上は期待できずコスト上昇を招くばかシなの
で０．０１〜５％に限定した。

Ｏｒ：Ｍｎ−Ｍを含む鋼のオーステナイト組織の安定化
と高耐力を得るために必要な元素であシ、また耐食性改
善の効果も有している。１０％未満ではこれらの効果が
十分に得られず、また２０％を越えて添加してもこれら
の効果が飽和する許シでなく逆にオーステナイト組織に
代ってδフエライト組織が生成して透磁率が上昇して非
磁性が損われるので１０〜２０％とした。

Ｓ：鋼の被削性改善の効果をもたらす元素である。

しかし０．１５％を越えると機械的性質を劣化させるの
で０．１５％を上限とした。

Ｎ：Ｃと同様オーステナイト組織の安定化と固溶強化を
もたらす元素であり、同時に耐応力腐食割れ住改善の効
果もあって、そのためには０．０１％以上の含有が必要
である。しかしＮが０．５０％を越えて含有するような
鋼を溶製することは極めて幡しく、また溶製後に鋳込ま
れた鋼塊中にブローホールによる欠陥を発生はせるおそ
れがあるので、０．０１〜０．５０％に限定した。

Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｂ、　Ｃａ　：いずれも被削性改善の効
果をもたらす元素であフ、そのためＫはＳｅ０．００５
％以上、Ｔｅ０．００５％以上、ｐｔ＋　、０．　０５
％以上、ｃａ０．０００５％以上の添加を必要とする。

しかし各元素とも多量に添加すると機械的性質の異方性
を助長し、またＴｅは熱間加工性をも劣化させるため、
各上限をそれぞれＳｅ０．，８０％、Ｔｅ　０．３０％
、Ｐ’ｌ）０．２０Ｘ　、　Ｃａ　０．０２％とした。

次に圧延条件の限定理由を説明する。

加熱温度を１２５０℃以下に限定したのは、１２５０１
Ｓヲこえると熱間加工性が劣化して割れを生じるおそれ
があるからである。また仕上温度を１１００℃以下とし
たのは、１１００℃とえでは加工歪の導入が不十分とな
り好ましくない。なお加工歪の導入の意味からは仕上温
度を可及的に低くすることが好ましいが、そのために加
工設備の大型化を要する問題が生じる等の点を考慮する
と、仕上温度としては９００〜１０００℃程原が実用的
には最も好ましい温度範囲である。

圧延後の冷却速度を空冷相当以上の急冷とじたのは、か
かる速度での急冷がオーステナイト粒の細粒化の上から
必要とでれるからである。

なお圧延加工における圧下率については限定はしていな
いが、高耐力を確保したうえで芒らに高延性を得るため
には圧下率（断面減少率）を少なくとも６０％以上とす
ることが望ましいことを天険的に確認している。

〈発明の効果〉 次に本発明の実施例について述べる。

第１表に本発明鋼１３種ρと高Ｍｎステンレス鋼の従来
鋼３種類と比較鋼２種類の供試鋼成分を示す。比較鋼０
ａはＮ成分が、また比較鋼αｉ１９は圧延条件（加熱温
度と仕上温度）が、それぞれ本発明範囲から外れた鋼で
ある。

これらの供試鋼は、それぞれ成分調整して鋼塊に溶製し
た後分塊圧延して鋼片となし、しかる後第１表に示す圧
延条件（加熱温度、仕上温度）で圧下率６０％の仕上圧
延加工を行って得たものである。

この供試鋼について、以下のような材質試験を行い結果
を第１表に示した。

耐食性試験は、試験片をＵベンド形状となし、とのＵベ
ンド試験片を８０℃人工海水中に３０日間浸漬後取出し
、光学顕微鏡にて試験片Ｕベンド部中央の縦断面におけ
る最大割れ深きを計測するシングア＋／Ｕベンド試験を
行い、その結果から応力腐食割れ性の評価を行った。表
中○印は応力腐食割れの生じていないもの、臂ｏは１０
本の試験片のうち１本が応力腐食割れを生じたことを示
す。

また穴あけ加工性については、試験片をＢＴＡ加工機（
Ｂｏｒｉｎｇ　ａｎ（Ｉ　Ｔｒｅｐａｎ’ｉｎｇ　ＡＳ
ＳＯ（！’ｉａｔ’ｉｏｎ　）にて穿孔加工し、回転数
、送シ速度、装置の振動状況により評価したものである
。

第１表において、従来鋼Ｑｆ９−　（１８）は高Ｍｎヌ
テンレヌ鋼であって、００はＮｂを、またα７１（１８
）はＭｏを、それぞれ添加して強度の向上を図っている
が、これら元素の添加によって強度向上の成果は期待で
きず逆に透磁率が悪化して目標に到達し得なくなるとと
もに耐食性についても不十分な成績となっている。

比較鋼θ４）は、本発明鋼（１）に比しＮが０．００８
％と発明範囲を低目にはずれたものだが、Ｎによる固溶
強化が期待できないためＹＰが５０２に９．、Ｉ／／７
と低くなっている。

また比較鋼α■は、本発明鋼（１）と同一のものである
が、加熱温度、仕上温度とも高いのでγ粒の細粒化、及
び加工歪の導入が期待できないため、ＹＰが５２１ｋｑ
ｆ７電と低くなっている。同時にこの様な高温加熱、高
温仕上の圧延条件では圧延材の表面Ｉ　　　　　　　疵
が多発しておシ、製造上からも好ましくない。

これに対し本発明鋼（１）〜α匈はいずれも耐力、延び
、透磁率、耐食性、穴あけ加工性のすべての点で前記非
磁１”ｌＥ　”／Ｃ用鋼としての要求を十分に満足する
成績を示している。特に被削性強化元素を添加した（６
）〜（１■は穴あけ加工性がきわめて良好である。

以上の説明から明らかなように、本発明は非磁性Ｄ／Ｃ
用鋼用銅質向上、コストの低減に著るしい効果を発揮す
るものである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ０．０１〜０．５０％、Ｓｉ２．０％以下、Ｍ
   ｎ１０〜２５％、Ｎｉ０．０１〜５％、Ｃｒ１０〜２０
   ％、Ｓ０．１５％以下、Ｎ０．０１−０．５０％を含有
   し、残部実質的にＦｅからなることを特徴とする非磁性
   ドリルカラー用鋼。
2. （２）Ｃ０．０１〜０．５０％、Ｓｉ２．０％以下、Ｍ
   ｎ１０〜２５％、Ｎｉ０．０１〜５％、Ｃｒ１０〜２０
   ％、Ｓ０．１５％以下、Ｎ０．０１〜０．５０％を含有
   し、さらにＳｅ０．００５〜０．３０％、Ｔｅ０．００
   ５〜０．３０％、Ｐｂ０．０５〜０．２０％、Ｃａ０．
   ０００５〜０．０２％の１種または２種以上を含み、残
   部実質的にＦｅからなることを特徴とする非磁性ドリル
   カラー用鋼。
3. （３）Ｃ０．０１〜０．５０％、Ｓｉ２．０％以下、Ｍ
   ｎ１０〜２５％、Ｎｉ０．０１〜５％、Ｃｒ１０〜２０
   ％、Ｓ０．１５％以下、Ｎ０．０１〜０．５０％を含有
   し、必要に応じさらにＳｅ０．００５〜０．３０％、Ｔ
   ｅ０．００５〜０．３０％、Ｐｂ０．０５〜０．２０％
   、Ｃａ０．０００５〜０．０２％の１種または２種以上
   を含み残部実質的にＦｅからなる鋳片または鋼片を、１
   ２５０℃以下の加熱温度にて加熱後１１００℃以下の仕
   上温度にて圧延し、しかる後空冷相当以上の冷却速度に
   て急冷することを特徴とする非磁性ドリルカラー用鋼の
   製造方法。