JPS62120430A - 超高強度鋼管の製造方法 - 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、油井、ガス井に使用されるチューピング、
ケーシング、ドリルパイプ専の鋼管の製造方法に関し、
特１こ降伏強さ１４０ｋｇ、／／ｉｎ？　（２００ｋｓ
ｉ　）以上の高強度８もしかつ耐遅れ破壊性が良好“（
−”しかも靭′１；［もＱれた超高強度油井用継目無鋼
管の製造方？人に閏するものである。

従来の技術 近年の石油１１源の枯渇化に伴ない、最近の油井、ガス
井においてほぞの掘削深度か従来より一層大ぎくなる傾
向にある。このように油井、ガス井の掘削深度が人さく
なるに伴ない、ぞれに使用される鋼管も高強度のものか
要求されるようになり、特に掘削深度が人きくなること
は全体としての鋼管の小串増人を招くところから、軽量
化のためにもより高強度の油井用鋼管の開発が強く望ま
れている。具体的には、降伏強さくＹＳ）か１５０ｋＳ
ｉ（１０５ｋ（１／　ｌＩ！ｍ　）の高強度油１１用鋼
管は既に市販されているか、最近ではＹＳ２００ｋｓｉ
　（１４０ｋｇ／ｍｎ？）以上の超高強度を有する油井
用鋼管が強く望まれ一〇いる。

しかしながら、上述のように高強度化した場合、一般に
ｔよ靭性か著しく低下し、↓ム二てればかりでなく遅れ
破壊か′トし易くむべ）という間￥匂かある。。

遅れ破壊は、応力下に１１３いである膿境１・（こ１上
ヌかＩ’した場合に、ある時間経過後、１よどんと塑１
ｉ！□−変形ケ伴なわずに突然脆性的（こ破壊する現象
−（必り、将に引張り強ざ１？０へ・１３０　ｋ（Ｊ　
ｚ′−以上の走６高張力鋼に発作し、強度１ノベルが鳥
くなるに保つ″（著しく感受性か増す傾向にあることが
知られでいる１、したがって油井用鋼管を高強［臭化４
ろ場合、耐遅れ破壊性および靭性を損うことなく高強［
身を図ることが、油井用鋼管としての安全性、信頼ｉ生
をＦ「保する上において力めて重要である。

最近に至り、引張強さ２５５ｋｇ、・′−以」−の超凸
張力を有し、しかも箸しく延性、１司性が優れた超凸張
力鋼累管の製造方法として、特開昭５９−２９６４９号
公報において、Ｎ　ｉ　１５．０〜１８．５、ＣＯ１２
，５〜１５．０％、ＭＯ５，０〜６゜９％、工ｉ　　１
．００〜１．２８９’ｏ、ＡＩ　０．０１−０．２％を
含イ１゛す゛る鋼を素材と１）で所定の熱処理を力１１
える方法が提案されでいる。しかしなからこの提案の方
法の１月合、Ｎ　ｉ　、Ｃｏ、ＭＯなどの高価な合金元
素を多量に含むため、材料コストが著しく高価となり、
またそればかりでなく、多最の合金元素を含有するため
に熱間加工斗か劣り、そのため生産性が高く製造コスト
の安価なマンネスマン穿孔法の如き通常の継目無鋼管製
造方法では造管が困難となる問題−すある。

一方、少イ星い合金成分の鋼を用いて油Ｈ用の高強度琳
目照鋼管を製造する方法としては、特開昭４９−７４２
２１号公報に提案されている方法があり、この場合は合
金成分が少ないため系材コス］・が安価でしかもマンネ
スマン穿孔法により高い生産性で製造することが可能で
はあるが、降伏強さ１ｄＯｋｇ／−以上の超高強度を得
ることは困難でめった。

発明が解決すぺぎ問題点 前述のように従来一般に降伏強さ１４０ｋｇ／ｍ４以上
の超高強度を１ｑようとすれば靭性および耐遅れ破壊性
を確保することか困難となる問題かある。

また従来提案されている油井用高強度鋼管の製造方法（
・は、Ｎ　ｉ、Ｃ０．ＭＯ等の高価な合金元素を多ｍに
使用すれば超高強度で靭性、延性に優れた屯営を１ｑる
こと１よ可能であったか、その１場合には素材コスｌ−
の上昇を（８くのみイ１うず、マンネスン穿孔法の適用
か困難なため造管コストも高くならざるを青ず、−５高
（ＩＨな合金元系を少なくすれば降伏強さ１．ｉｏｋＭ
−以上の超高強度を１１７ることは困難であった。

この発明は以上の諸問題を同時に解決り゛ろことを目的
とするものであり、畠１曲４（合金元系を多用に含有せ
ず、生産性に優れたマンネスマン穿孔法にも適した安価
な成分系でしかも靭ｉ生、耐遅れ破壊性を損うことなく
、降伏強さ１４０ｋｇ、−以−１−の超高強度を有する
油井用継目無鋼管を製）聞する方法を提供する。

問題点を解決するための手段 本発明者等は上述の目的を達成す゛るべく鋭意実験・検
討を重ねた結果、鋼の化学成分を適切に調整りると同時
に、熱処理条件、特に焼入れ一焼もどし処理における焼
もどし条件を適切に設定することによって上述の目的を
達成し得ることを見出し、このざで明をなすに至ったの
である。

具体的には、本願の第１発明の方法は、Ｃ０．３０〜０
．５０％、Ｓ　ｉ　０．１５〜３．０％、Ｍｎ０．６〜
１．０％、Ｐ　０．０１５％以下、Ｓ　０．０１０％以
下、Ｃｒ　１．２５〜５．５％、Ｍｏ０．１〜２．０％
、Ａｆｏ１％以下を含有し、残部がＦ　ｅおよび不可避
的不純物よりなる鋼を素材とし、通常の熱間加工によっ
て継目無鋼管に製管した１な、Ａｒ３点以上の温度から
０．５℃／ｓｅｃ以上、１０℃／　５６Ｃ以下の範囲内
の冷却速度で冷却し、次いで焼もどし温度Ｔ　（℃）　
、焼もどし時間ｊ（ｍｉｎ＞によって次式 ％式％）） で定まる焼もどしパラメータＴ、Ｐ、が１５，０００〜
１７．０００の範囲内となるようかつ焼もどし温度５０
０℃以上の条件下で焼もどし、これによって耐遅れ破壊
性および靭性を損うことなく降伏強さ１４０ｋｇ／ｍイ
以上の超高強度を有する継目無鋼管を１昇るものである
。

また本願の第２発明の方法は、素材鋼成分として、前記
各成分のほか、ざらにＶ　０．２５％以下、Ｎｉ１．０
％以下の１種または２種を含有するものどし、その荊木
材ｌこ′−）いてｉ’ｒ？ｊ記同様な条件て！１７５　
Ｊ甲１ろｂのである、。

作　　　用 先ずこの発明の方法におけろ累月成分の限）ｊ三理由に
ついて説明する１、 Ｃ： Ｃは強度、焼入れ性の向１−に有効な元系であり、０．
３％未満ではそれらの効果か充分に得られず、一方０．
５％を越えれば焼入れ時＆ＣＩ３いて′ξつ割れが発生
するおそれが市るから、０．３〜０．５９′ｏの範囲内
とした。

Ｓｌ： Ｓｌは脱酸剤として有効な九県であり、し・かも強度向
上にも有効な元素であり、そのためには０．１５％以上
の添加が必要であるが、３．０％を越えれば靭匪の劣化
を（８くから、０．１５〜３．０％の範囲内に限定した
。

Ｍｎ： Ｍｎは０．６％以上の添加により強度および靭性を向上
させるに有効であり、また脱酸剤としてもイ１効である
が、１．０％を越えればＰ、Ｓなどの偏析を拾い−ＣＣ
遅遅破壊性を劣化させるから、０．６〜１．０％の範囲
内に限定した。

ＰおよびＳ： これらはいずれも靭性の向上および耐遅れ値頃１生の向
上に対し百害な元素であることから、不純物元系として
可及的に少ないことが望ましく、この発明では製造コス
トとの兼ね合いから、Ｐは上限を０．０１５％、Ｓは上
限を０．０１０％とした。

Ｃｒ： Ｃｒは強度、焼もどし抵抗性および耐食性を高めるため
に有効な元素であり、そのためには１．２５％以−Ｆが
必要で市るが、５．５％を越えれば靭性を劣化させると
ころから、１．２５〜５．５％の範囲内に！シ、ｊ　’
７ｊｆ　Ｌ７だ。

：〜１０　： ＭＯは強度、焼もどし抵抗性および耐食性を高めろため
に有効な元素であり、そのためには０．１ｆｉｌ、／、
以上の添加が必要でおるが、２．０％を越えれば鞠ピ１
−の劣化を招き、またコスト上昇を招くから、０．１〜
２．０％の範囲内とした。

Ａｌ： Ａｌは脱酸剤として有効な元系であるか、０．１％を越
えればその効果が飽和し、また靭性の劣化を＋ｅ＜から
、０．１％以下に限定し！＝１゜上記各成分のほかは、
基本的にｔよＦｅおよび不可避的不純物とすれば良いが
、特に強度を一１凶増加させたい場合にはＶ　０．２５
％以下、１Ｎ１１．０？６以下の１種または２種を添加
し一〇も良い。それらの限定理由は次の通りである。１
なわｔ）■は強度の向上に有効であるが、過剰に添加リ
−れば靭性を損うから、■を添加する場合の上限ｉ、１
０．２５％とする。また１＼１は強度、靭性の向上に有
効であるが、１．０％を越えて添加してもその効果は飽
和し、コスト増大をｔａ＜たけであるから、Ｎ１を添加
する場合の上限は１．０％とした。

次にこの発明の方法に４３Ｇ″ｊる製造条件について説
明する。

前述のような成分組成の鋼を常法にしたがって溶装、鋳
造してビレットとし、マンネスマン穿孔−マンドレルミ
ル圧延法などの通常の熱間加工によるｊ古管法によって
継目無鋼管とする。ここで、この発明においては合金元
素の量が比較的少量でおるから、熱間加工性が良好であ
り、したがって生産性の高いマンネスマン穿孔法を充分
に適用することかでき、押出し法などの生産性の低い方
法を適用する必要はない。

造管後は、焼入れ焼もどし処理を１１なう。焼入れ条件
は、オーステナイト化のためにＡｒ３点以上の温度に７
′）１１熱し−（、その温度から０．５℃／　Ｓｅｃ以
上、１０℃／　ｓｅｃ以下の冷へ〇速度で冷却する。こ
の冷Ｆ！ｌ速度が０．５℃／　Ｓｅｃ未満ではオーステ
ナイト相から充分に焼入れマルテンサイト相を１ｑるこ
とができず、したがって光分な強度が得られず、一方冷
却速度が１０℃／　ＳｅＣを越えれば焼割れが生じるお
それが市るから、０５〜１０℃／　Ｓｅｃの範囲内に限
定した。

た。

焼もどしは、前述の式によって求められる焼もどしパラ
メータＴ、Ｐ、が１５，０００以上、１７．０００以下
の範囲内となるよう、しかも焼もどし温度が５００℃以
上、ＡＣＩ点以下の範囲内で行なう。焼もどしパラメー
タ丁３Ｐ、が１５，０００未）両市るいは焼もどし温度
５００℃未満では、強度は確保可能なものの、光分な靭
性を得ることが困難となる。−５焼もどしパラメータＴ
、Ｐ、が１７．ＱＱＱを越えるような長時間高温加熱で
は、靭匪は向上するが、降伏強さ１４０ｋＭ−以上の超
高強度を得ることができない。したがって降伏強さ１４
０ｋＯ／ｍｍ以上の超高強度を得、しかも所要の靭性を
確保するためには、焼もどし条件を上記範囲内に定める
必要がめる。

以上のようにこの発明においては、鋼素材の成分を適切
に調整するとともに、焼入れ焼もどし条件を適切に選定
することによって、靭性および耐遅れ破壊性を損うこと
なく、合金元素量の比較的少ない成分系で降伏強さ１４
０Ｊｌ／ｍ−以上の超高強度を有する継目無鋼管を得る
ことが可能となったのである。

ここで、この発明の成分系において１ｖｌｎを１．０％
以下に規制し、またＰ、Ｓを低減したことは、耐遅れ破
壊性の向上に有効であり、また焼もどしを、焼もどしパ
ラメータ１５，０００以上、焼もどし温度５００℃以上
の比較的高温で行なうことは、粒界を強めて所要の靭性
を得るに有効で必る。

実施例 第１衣の別記号Ａ〜Ｇに示す成分の鋼を用いて、通常の
マンネスマン穿孔−プラグミル圧延法によって外径１１
４．３ｇ、肉厚６．３５１Ｍ１の継目無鋼管に造管した
。造管後、第２表中に示す条件によって焼入れ一焼もど
し処理を行なった。焼もどし後の鋼管について、降伏強
ざＹＳ、引張強ざＴＳＳ”調べるとともにシャルピー衝
撃試験により吸収エネルキ−（ｖＥＲ工）を試べ、また
耐遅れ破壊性についてはり一ベント曲げ試験法で評価し
た。すなわち、３００Ｆ　　１％ＮａＣｆ（ｐＨはＮ　
ａ　Ｏ＋−１でほぼ１２に調整）溶液の高温アルカリ中
に浸漬する１９２時間のｍｉ試験を１１ない、試験後各
試験片の割れ発生の有無を観察した。以上の結果を第２
表に併せて示す。

［ 旺二ね［？’ＬｔＪＬＦＩ任はＱｉｌｌはが１れｙ仁王
なし、×甲は６１１れ発生を示す。

第２表から、本発明成分範囲内の鋼へ〜Ｅについ−（焼
入れ焼もどし処理を本発明条件範囲内で実施したＮ０１
１〜Ｎｏ、　７の本発明例では、いずれも降伏強さ１４
０ｋＭ−以上の超高強度か１昇られろと同時に、靭性、
耐遅れ破壊性も優れていることが判明した。

これに対（〕ＩＸｉ　ＦについてのＮｏ、１２の比較例
は、Ｃｒ含有量か少ない例であるが、この場合は降伏強
さ１４０ｋＭ−以上の超高強度か得られなかった。

また鋼ＧについてのＮα１３の比較例は、Ｍｎ含有借が
高い例て必るが、この場合は耐遅れ破壊性が劣っている
ことが判明した。ざらにＮα８の比較例は焼入れ冷却速
度か０．５℃／　Ｓｅｃより低い比較例、Ｎｏ、１１は
焼ちどしパラメータＴ、Ｐ、が１７，０００を越える比
較例であるが、いずれも降伏強さ１４０ｋ（１／　ｍｍ
以上の超高強度を冑ることができなかった。

またＮα９、Ｎｏ、１０の比較例はともに焼もどし温度
が５００℃より低く、焼もどしパラメータＴ、Ｐ。

が１５，０００より小さい例であるが、これらの場合は
強度は光分であるが、靭性が著しく劣っていることが判
明した。

発明の効果 以上の実施例からも明らかなようにこのブを明の方法に
よれば、降伏強さ１４０ｋｑ／−以上の超高強度を有し
しかも靭性、耐遅れ破壊性（４二も弼れた油井用超高強
１宴継目照鋼管を１ワることかできる。そしてこの発明
の方法では、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏなとの高価な合金成分の
含有量が比較的少ない成分系で上）小のような優れたｈ
性の鋼管が］ワられるため、ぞの素材コストが安価であ
るのみならず、￥１寧目凧（鋼管の製造法として最も生
産性の高いマンネスマン穿孔法を用いることができるた
め、高い生産性で鋼管を製造することがて゛き、生産コ
ストも従来より大幅に削減することかできる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ０．３０〜０．５０％（重量％以下同じ）、Ｓ
   ｉ０．１５〜３．０％、Ｍｎ０．６〜１．０％、Ｐ０．
   ０１５％以下、Ｓ０．０１０％以下、Ｃｒ１．２５〜５
   ．５％、Ｍｏ０．１〜２．０％、Ａｌ０．１％以下を含
   有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる低合金
   鋼を素材として熱間加工により継目無鋼管に造管した後
   、Ａｒ＿３点以上の温度から０．５℃／ｓｅｃ以上、１
   ０℃／ｓｅｃ以下の範囲内の冷却速度で冷却し、次いで
   焼もどし温度Ｔ（℃）、焼もどし時間ｔ（ｍｉｎ）につ
   いて、次式 Ｔ．Ｐ．＝（Ｔ＋２７３）｛２０＋ｌｏｇ（ｔ／６０）
   ｝で定まる焼もどしパラメータＴ．Ｐ．が１５，０００
   〜１７，０００の範囲内となるようかつ焼もどし温度が
   ５００℃以上となるような条件下で焼もどすことを特徴
   とする、降伏強さ１４０ｋｇ／ｍｍ＾２以上の超高強度
   鋼管の製造方法。
2. （２）Ｃ０．３０〜０．５０％、Ｓｉ０．１５〜３．０
   ％、Ｍｎ０．６〜１．０％、Ｐ０．０１５％以下、Ｓ０
   ．０１０％以下、Ｃｒ１．２５〜５．５％、Ｍｏ０．１
   〜２．０％、Ａｌ０．１％以下を含有し、さらにＶ０．
   ２５％以下、Ｎｉ１．０％以下の１種または２種を含有
   し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる低合金鋼
   を素材として熱間加工により継目無鋼管に造管した後、
   Ａｒ＿３点の以上の温度から０．５℃／ｓｅｃ以上、１
   ０℃／ｓｅｃ以下の範囲内の冷却速度で冷却し、次いで
   焼もどし温度Ｔ（℃）、焼もどし時間ｔ（ｍｉｎ）につ
   いて、次式、 Ｔ．Ｐ．＝（Ｔ＋２７３）｛２０＋ｌｏｇ（ｔ／６０）
   ｝で定まる焼もどしパラメータＴ．Ｐ．が１５，０００
   〜１７，０００の範囲内となるようかつ焼もどし温度が
   ５００℃以上の条件下で焼もどすことを特徴とする、降
   伏強さ１４０ｋｇ／ｍｍ＾２以上の超高強度鋼管の製造
   方法。