JPS6210240A - 耐食性と圧潰強度の優れた継目無油井管用鋼 - 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）″ 本発明は、耐食性、就中硫化水素（ＨｚＳ）を含む湿潤
な環境における耐硫化物応力腐食割れ性に優れ、且つ圧
潰強度の高い、耐力が９５．０００〜１１５．００Ｑｐ
ｓｉ　（約６６．８〜８０．８　ｋｇｆ／ｍｍ２）であ
る低度な継目無油井管用鋼に関するものである。

（従来の技術） 近年、エネルギー消費の増大と入手容易な良質の石油、
ガス資源の減少に伴い、ガスあるいは油中のＨｚＳ含有
量が多くしかも深井戸であるサワーガス田、サワー油田
が多く開発されるようになってきた。

このため、これらの開発にはＨＸＳに対する抵抗性（耐
硫化物応力腐食割れ性）と耐圧潰性の両方に優れた油井
管が必要となっている。

従来より、耐硫化物応力腐食割れ性の向上のためには、
綱の強度を下げることが最も効果的であることが知られ
ているが、一方、耐圧潰性を向上させるためには強度を
上げる必要があり、従来低合金鋼でこの両方の特性を具
備させることは甚だ困難であった。

また、耐圧潰性はパイプの真円度の向上、偏肉の減少と
いった寸法精度の向上によっても高めることが可能であ
るため、継目無鋼管に比べて寸法精度の高い電縫鋼管が
耐圧潰性のすぐれた油井管として用いられることもある
。しかし、電縫鋼管については溶接欠陥であるペネトレ
ータを皆無にすることが甚だ困難であるため、必ずしも
使用者側の全幅の信鯨を得ていないのが現状であって、
高級用途に対してはもっばら継目無鋼管が使用されてい
る。

（発明が解決しようとする問題点） さて、継目無鋼管の圧潰強度を向上させるためには鋼の
耐力（降伏強さ）を上昇させればよいことは従来からよ
く知られているが、単に耐力を上昇させるだけではそれ
に伴って引張強さも上昇してしまう。この引張強さの上
昇は耐硫化物応力腐食割れ性を低下させるため、油井管
用としては満足すべきものではなかった。

一方、硫化物応力腐食割れ性に対する抵抗性を高めるた
めの従来の方法として、綱の強度の上限規制を行うこと
に加えて、鋼材の組織の面からは、完全な焼入れを行う
とともに高温での十分な焼戻しを施した焼戻しマルテン
サイト組織を得ることが提案されており、例えばＡＰＩ
規格５ＡＣの中にもこうした考え方が採用されている。

しかし、高温で焼戻しを行って引張強さを低下させた場
合には、耐力の低下が極めて大きく、したがって圧潰強
度がむしろ低下するという問題がある。あるいは腐食環
境にインヒビターを注入して鋼の耐硫化物応力腐食割れ
性を改善させることも試みられているが必ずしも十分な
効果を有するものではない。

ここに、本発明の目的とするところは、綱の耐力を９５
．０００〜ＬＬ５．ＯＱＯｐｓｉという高強度に保って
圧潰強度を大きくしたままであっても、Ｈ，Ｓを含む湿
潤な環境において耐硫化物応力腐食割れ性が優れた焼入
れ焼戻しされた継目無油井管用鋼を提供することである
。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは上述の如き現状に鑑み、継目無油井管につ
いて耐硫化物応力腐食割れ性と耐圧潰性を両立させるた
めの手段について種々検討した結果、鋼の成分を調整し
て焼入れ焼戻し処理すれば、耐力を高くしたままで引張
強さを低くできることを見い出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明の要旨とするところは、重量％で、 Ｃ：　０．０５〜０．１５％、Ｓｒ：　０．０５〜０．
５０％、Ｍｎ：　０．３０〜１．７０％、Ｃｒ：　０．
０５〜０．７０％、Ｍｏ：　０．０５〜０．３５％、Ｔ
ｔ：　０．００５〜０．０５０％、Ｂ　：　０．０００
３〜０．００５０％、Ａ　Ｊ　：０．０１〜０．１０％
、残部がＦｅおよび不可避的不純物 から成り、さらに必要に応じてＣｕ：　０．３５％以下
、Ｎｂ：　０．００５〜０．１００％、Ｖ　：Ｏ，ＯＩ
　〜０．１５％およびＺｒ：　０．０１〜０．１０％の
１種以上を含む鋼を、焼入れ焼戻しして成る９５，００
０〜１１５．σ０Ｏｐｓｉ　（約６６．８〜８０゜８ｋ
ｇｆ／ｍｍ２）の耐力を有する、耐食性と圧潰強度の優
れた継目無油井管用鋼である。

（作用） 次に、本発明において化学成分の範囲を上記のように限
定した理由を説明する。なお、本文において特にことわ
りがない限り、「％」は「重量％」である。

Ｃ：Ｃは強度および焼入れ性を高めるために有効な成分
であるが、０．０５％未満ではその効果が得られない、
一方、０．１５％を超えてＣを含存すると、所望の強度
である９５，０００〜ｌ１５，０００ｐｓｉの耐力に対
して引張強さが大きくなり過ぎ、耐硫化物応力腐食割れ
性を劣化させるので、Ｃ含有量を０．０５〜０．１５％
とした。

Ｓｉ：　Ｓｉは脱酸上必要な成分であるが０．０５％未
満では十分な脱酸効果が得られず、一方、０．５０％を
超すと靭性劣化のおそれがあるため、Ｓｉ含有量を０．
０５〜０．５０％とした。

Ｍｎ：　Ｍｎは焼入れ性と強度、靭性を向上させるのに
有効な成分であるが、０．３０％未満ではその効果が小
さい。一方、１．７０％を超えて含有させると靭性およ
び耐硫化物応力腐食割れ性を劣化させるので、Ｍｎ含有
量を０．３０〜１．７０％とした。

Ｃｒ：　Ｃｒは耐食性の向上および焼入れ性と強度の向
上に有効な成分であり、また焼戻し軟化抵抗を高めるこ
とにより高温焼戻し処理を可能にして耐硫化物応力腐食
割れ性を高めるのにも有効な成分であるが、０，０５％
未満ではそれらの効果を適切に得ることができない。一
方、０．７０％を超えて含有させると所望の強度である
９５．０００〜１１５．０００ｐｓｉの耐力に対して引
張強さが大きくなり過ぎ、耐硫化物応力腐食割れ性を劣
化させるので、Ｃｒ含有量を０．０５〜０．７０％とし
た。

Ｍｏ：　Ｎｏは焼入れ性、強度、靭性、耐食性および焼
戻し軟化抵抗を増大させ、高温焼戻し処理を可能にして
耐硫化物応力腐食割れ性を向上させるのに有効な成分で
あるが、０．０５％未満ではその効果は少ない。一方、
Ｍｏは高価な元素であるので経済的理由からその上限を
０．３５％とした。

Ｔｉ：　Ｔｉは強度の向上および耐食性の向上に効果を
有し、また共存するＢの効果を十分発揮させるのに有効
な成分であるが、０．００５％未満ではその効果が得ら
れず、一方、ｏ、ｏｓｏ％を超えて含有させると靭性を
劣化させるのでその含有量を０．００５〜０．０５０％
とした。

ＢＩＢは極めて微量の添加で焼入れ性を向上させる効果
を有するが、その含有量が０．０００３％未満では効果
がなく、一方、０．００５０％を超えて含有させると靭
性を劣化させる。したがうて、本発明においてＢの含有
量は０．０００３〜０．００５０％とした。

Ａｌ２：　　Ａｌは脱酸剤として有効な成分であり、ま
たＢの焼入れ性改善効果の助長にも有効である。

しかしながら、０．０１％未満ではそれらの効果は得ら
れず、一方、０．１０％を超えて含有させると靭性劣化
をきたす場合があるので、その含有量は０．０１〜０．
１０％とした。

Ｃｕ：　Ｃｕは、Ｎｂ、、Ｖ　ＳＺｒと同様に必要に応
じ添加され、強度の向上に有効な成分である。また耐食
性の向上にも効果を有するが、０．３５％を超えて含有
させると熱間加工性を劣化させるのでその含有量の上限
を０．３５％とした。

Ｎｂ：　Ｎｂは、Ｃｕ、　Ｖ　、　Ｚｒと同様に必要に
応じ添加されるが、強度の向上に効果を有するほか、結
晶粒を微細にして靭性や耐力を高めるので圧潰強度の向
上にも有効な成分である。更に焼戻し軟化抵抗を付与し
て耐硫化物応力腐食割れ性を高める作用をも有する。し
かしながら、Ｎｂが０．００５％未満では前記効果が得
られず、一方、Ｎｂが０．１００％を超えると靭性の劣
化を招くようになることから、その含有量をＮｂ：　０
．００５〜０．１００％と定めた。

ｖ：ｖも上述の場合と同様に、強度の向上に効果を有す
るほか、結晶粒を微細にして耐力を向上させる作用があ
る。しかしながら、０．０１％未満ではそれらの効果が
得られず、一方、０．１５％を超えて含有させると靭性
を劣化させるので、Ｖの含有量を０．０１〜０．１５％
とした。

Ｚｒ：　ＺｒもＣｕ、　Ｎｂ、　Ｖと同様に必要に応じ
添加され、強度の向上に効果を有する。またＺｒには耐
硫化物応力腐食割れ性向上効果や結晶粒微細化効果もあ
る。しかしながら、０．０１％未満ではそれらの効果が
得られず、一方、０．１０％を超えると靭性が劣化する
ので、Ｚｒ含有量は０．０１〜０．１０％とした。

次に、耐力を９５．０００〜ｌ１５，０００ｐｓｉとし
たのは次の理由による。

すなわち、近年、油井およびガス井が深井戸化するに伴
い、安定確実な生産性の証から高強度の油井管の需要が
高まっているが、硫化物応力腐食割れに対する感受性は
鋼材強度が高くなる程大きくなり、特にＡＰＩ規格５Ａ
ＣのＬ−８０（耐力８０　、０００〜９５．０００　ｐ
ｓｉ）やＣ−９０（耐力９０．ＯＯＯ〜１０５，０００
　ｐｓｉ）クラス以上の高強度品において、硫化物応力
腐食割れが問題となっているので、耐力の下限を９５，
０００　ｐｓｉとした。一方、耐力が１１５．０００　
ｐｓｉを超える場合には圧潰強度は大きいが、低度な低
合金鋼である本発明に係る成分系の鋼の場合には、必然
的に高い焼戻し温度を採用することが困難となるため耐
硫化物応力腐食割れ性の劣化をきたす。このため耐力が
９５，０００〜１１５，０００　ｐｓｉの鋼に限定した
。

上述の成分で構成された鋼は転炉または電気炉等で溶製
され、連続鋳造または造塊後に分塊され熱間圧延により
継目無鋼管に加工される。さらに適宜の加熱方法で加熱
しオーステナイト化された後、水等の冷却媒体によって
焼入れされ、マルテンサイトを主とする組織となる。こ
の後にＡｃ、意思下の温度、好ましくは、Ａｃ１点以下
、６００℃以上で焼戻しを受けることによって、焼戻し
マルテンサイトを主とする組織となって、耐力が９５．
０００〜１１５，０００　ｐｓｉで耐硫化物応力腐食割
れ性と圧潰強度の優れた油井管用鋼が得られる。

なお、本発明において、そのような焼入れ、焼戻しの熱
処理は特に制限されるものではない。

継目無油井管の接続は継手を介して行われるため、その
成分選定に当たっては溶接性を全く考慮する必要がない
。そのため従来は高ｃｍのマルテンサイト組織を利用す
ることが行われてきており、Ｃｌとしては０．２０〜０
．４０％のものが用いられることが多かった。しかしな
がら、０里を高めることは成分元素の節減には大いに効
果を奏しても、耐圧潰性と耐硫化物応力腐食割れ性を両
立させるという点では難点があった。本発明では従来の
継目無油井管の成分体系を外れて、低Ｃ化し、かつＳｉ
、Ｍｎ、、ＣｒＳＭｏ、　Ｔｉ、　Ｂ　ＳＡｌ、さらに
はＣｕ、　Ｎｂ、　Ｖ　。

Ｚｒといった成分元素をうまく組合せることによって、
耐力が９５．０００〜１１５，０ＯＯｐｓｉという最も
使用者から切望されている強度グレードのものにおいて
耐硫化物応力腐食割れ性と耐圧潰性を両立させた点に特
徴を存する。

次に本発明の実施例を示し、本発明の効果について説明
する。なお、これらの実施例は本発明の効果を示す単な
る例示であって、本発明を同等制限するものでないこと
は勿論である。

実施例１ 第１表に示す化学成分組成の鋼１〜２１を溶製した。次
いでこれらの鋼を加熱、圧延して慣用法により、外径１
３９．７ｍｍ　ｘ肉厚８．２１の継目無鋼管とした後、
９２０℃に加熱して水焼入れし、その後、第２表に示す
各温度で焼戻し処理して、引張特性、圧潰強度および耐
硫化物応力腐食割れ性を調査した。第２表にその調査結
果を併せて示す。

なお、上記の継目無鋼管の肉厚中央部から長さ方向に、
第１図（ａｌおよび岡山）に寸法（単位、ｎｏｗ）を付
してそれぞれ正面図および側面図で示すような試験片１
を切り出し、第２図に示す試験片支持具２によって試験
片１に応力を付加した。ガラス丸棒３を介して試験片１
を３点にて支持し、応力付加ボルトを経て押し込めて、
曲げ応力を与える。

耐硫化物応力腐食割れ性の評価は、このようにして構成
された試験片１を応力付加の状態で、液温：２０℃、組
成：０．５％酢酸水溶液＋２２００〜３２００ｐｐｌＩ
ＩＨ，Ｓの腐食液中に２００時間浸漬するという、シェ
ルタイブ試験法によって実施した。この試験によって測
定される硫化物応力腐食割れに対する限界応力値（Ｓｃ
値）を求めて、その値で耐硫化物応力腐食割れ性を示し
た。

第２表に示す結果より、本発明鋼については耐力が１０
０ｋｓｉを超え且つ圧潰強度がいずれも８６５ｋｇｆ／
ｃｍ”以上、多くは９００ｋｇｆ／ｃｍ２以上と高いに
もかかわらず、耐硫化物応力腐食割れ性も共にＳｃ値１
２０ｋｓ　ｉ以上と良好であることが明らかである。

実施例２ 前記第１表に示す鋼のうち本発明の規定する化学成分範
囲の対象鋼である鋼９．１３および本発明の範囲外であ
る比較鋼２０を加熱、圧延して慣用法により外径１７７
．８ｍｍ　ｘ肉厚６．９１および外径１７７゜３ｓｕａ
　Ｘ肉厚９．２１の継目無鋼管とした後、９２０℃に加
熱して水焼入れし、その後、第３表に示す各温度で焼戻
し処理して、引張特性、圧潰強度、耐硫化物応力腐食割
れ性を調査した。

なお、耐硫化物応力腐食割れ性は実施例１と同じくシェ
ルタイブ試験法によって評価し、Ｓｃ値を求めた。結果
は第３表にまとめて示す。

第３表に示す結果から、本発明の規定する化学成分範囲
の対象鋼についても本発明で対象とする耐力レベルにあ
るものにおいてのみ、圧潰強度および耐硫化物応力腐食
割れ性が共に良好であることが明らかである。

第　　２　　表 瀬にてｒプく） （発明の効果） 以上、本発明によれば、耐力が９５，０００〜１１５，
０００ρｓｉと高強度にして、優れた耐硫化物応力腐食
割れ性と大きな圧潰強度を共に具備して、しかも安価な
調質型継目無油井管の製造が可能となり、したがってそ
の産業上もたらされる効果は極めて大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ｔａ＋は、シェルタイブ試験法において使用され
る試験片の形状を寸法とともに示す正面図；第１回出）
は、同じくそｐ側面図： 第２図は、前記試験片を試験片支持具で支持した状態を
示す概略正面図である。 １：試験片　　　　２：支持具

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で、 Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．０５〜０．５０
   ％、Ｍｎ：０．３０〜１．７０％、Ｃｒ：０．０５〜０
   ．７０％、Ｍｏ：０．０５〜０．３５％、Ｔｉ：０．０
   ０５〜０．０５０％、Ｂ：０．０００３〜０．００５０
   ％、Ａｌ：０．０１〜０．１０％、残部がＦｅおよび不
   可避的不純物 から成る鋼を、焼入れ焼戻しして成る、９５，０００〜
   １１５，０００ｐｓｉ（約６６．８〜８０．８ｋｇｆ／
   ｍｍ＾２）の耐力を有する、耐食性と圧潰強度の優れた
   継目無油井管用鋼。
2. （２）重量％で、 Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．０５〜０．５０
   ％、Ｍｎ：０．３０〜１．７０％、Ｃｒ：０．０５〜０
   ．７０％、Ｍｏ：０．０５〜０．３５％、Ｔｉ：０．０
   ０５〜０．０５０％、Ｂ：０．０００３〜０．００５０
   ％、Ａｌ：０．０１〜０．１０％、さらにＣｕ：０．３
   ５％以下、Ｎｂ：０．００５〜０．１００％、Ｖ：０．
   ０１〜０．１５％およびＺｒ：０．０１〜０．１０％の
   １種以上、 残部がＦｅおよび不可避的不純物 から成る鋼を、焼入れ焼戻しして成る、９５，０００〜
   １１５，０００ｐｓｉ（約６６．８〜８０．８ｋｇｆ／
   ｍｍ＾２）の耐力を有する、耐食性と圧潰強度の優れた
   継目無油井管用鋼。