JPS6244560A - 耐水素透過性に優れた断熱2重管用鋼 - Google Patents

耐水素透過性に優れた断熱2重管用鋼

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JPS6244560A
JPS6244560A JP18157585A JP18157585A JPS6244560A JP S6244560 A JPS6244560 A JP S6244560A JP 18157585 A JP18157585 A JP 18157585A JP 18157585 A JP18157585 A JP 18157585A JP S6244560 A JPS6244560 A JP S6244560A
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JP
Japan
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steel
hydrogen
less
heat
hydrogen permeation
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Application number
JP18157585A
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English (en)
Inventor
Takao Kurisu
栗栖 孝雄
Mitsuo Kimura
光男 木村
Yoichi Nakai
中井 揚一
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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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】 (産業上の利用分野) 原油採収法の水蕪気攻法に用いるスチームインジェクシ
ョンパイプ又は原油の輸送管などに適した真空断熱空間
を内管と外管との間に形成した断熱2重管用の鋼に関し
てこの明細書では、真空断熱効果の維持に必要な優れた
耐水素透過性を有する鋼の開発研究の成果について述べ
る。
原油の採収率は、1次採収、水攻法による2次採収を経
た段階でも、なお原始鉱量の約50%が油層に取残され
ているとの推定がある。これに加えて近年は採鉱費の高
騰が著しいため、採鉱費を必要としない既存油田の残留
油が改めて注目されている。
そこでこの残留油の採収を行う3次採収法として、水蒸
気攻法が開発された。この方法の主たる効果は熱による
原油の粘性の低下に基因する流動性の向上と、原油の容
積の膨張による排油エネルギーの増加にあるが、さらに
水蒸気の凝縮から生じた復水による原油との置換の後に
取残された油に対しても水蒸気による原油の軽質分の蒸
留作用と、この軽質分が採収側で凝縮してミシブルドラ
イブを行うことが特徴である。そしてこの水蒸気攻法に
おいて水蒸気を油層内へ圧入する際にスチームインジェ
クションパイプを使用する。
ここに、地表のゼネレーターで発生した水蒸気をスチー
ムインジェクションパイプを介して油層へ圧入するが、
地表、圧入井の坑内及び油層の上下の地層などにおける
熱損失は大きく、水蒸気攻法の最大の問題となっている
この断熱効率を向上する手段として、内管および外管の
間に真空断熱空間を形成した2重管構造のスチームイン
ジェクションバイ・プは有用である。
この場合のヒートロスは通常の単管式スチームインジェ
クションパイプの1720〜1730程度と少なく、従
って水蒸気の単位重量当りの油回収率が向上するからで
ある。
ところがサワーの如き腐食性環境、またスィートの如き
環境でも、使用を継続すると、とくに内管の内周面ある
いは外管の外周面の腐食によって鋼中に水素が侵入し、
さらに透過して真空度が低下し、断熱効率を悪化し、や
がて上記油回収率の低下を招く。
一方原油の輸送に際しては、原油を加熱してその粘度を
下げ、管路輸送に適した状態とするが、このような原油
やヘビーオイル(高パラフィンオイル)の輸送にも断熱
効率の面で同様な2重管が有用である。
この場合、とくに輸送流体と接触する内管の内周面の腐
食によって鋼中に水素が侵入し、さらに透過して真空度
の低下による断熱効率の劣化が問題になる。
断熱2重管は、上掲の用途以外にも、液体酸素の如き寒
冷流体の管路輸送のほか逆に寒冷地域での凍結性流体輸
送や、凍土対策、さらには地熱用ウェルなどに適合し、
同様に真空度の維持が断熱のために必要である。
(従来の技術) 水素の透過を防いで断熱層の真空状態を維持するように
寄与すべく、耐水素透過性を鋼に付与すること、またそ
のような物性を具備した鋼材に関する文献は見当たらな
い。
(発明が解決しようとする問題点) 2重管の断熱効果を阻害するおそれのあるたとえば腐食
環境、とくに11□Sを含むサワー環境も含めて腐食に
起因した鋼中への水素の侵入、ひいては真空断熱空間へ
の水素透過を抑制し、それによる断熱効率の低下を回避
し得る断熱2重管用鋼を提案することが、この発明の目
的である。
(問題点を解決するための手段) 上記目的は次の事項を骨子とする構成により有利に達成
される。
C:0.lO〜0.50wt%(以下単に%と示す)、
Si : 0.01〜0.50%、 Mn : 0.2
0〜2.0%、Cr : 5.0%以下、  Ni :
 0.05〜3.0%、Mo : 2.0%以下、  
及びA # : 0.01〜0.10%、をCr+Mo
 : 0.5%以上において含み、さらにsb。
As+Sn+PbおよびBiの1種又は2種以上を合計
量0.005〜0.20%で含有し、残部は鉄および不
可避的不純物からなる組成(第1発明)。
上記第1発明の成分にさらに、V : 0.01〜0.
15%、Ti : 0.01〜0.1%、Nb : 0
.01〜0,1%、B:0.0005〜0.005%、
及びCu : 0.05〜0.60%の1種又は2種以
上を含有する組成(第2発明)。
上記第1発明の成分にさらに、Ca : 0.001〜
0.006%を含有する組成(第3発明)。
上記第1発明の成分に上記第2発明及び第3発明の成分
をともに含有する組成(第4発明)。
(作 用) 次に、鋼の成分範囲を限定した理由を述べる。
C:0.10〜0.50% Cは強度を増大させる成分であるが、0.10%未満で
は鋼管としての必要強度を得られず、また0、50%を
超すとじん性を損なって焼割れを起こすため、0.10
〜0.50%の範囲に限定した。
Si : 0.01〜0.50% Siは脱酸上必要な成分であるが、0.01%未満では
脱酸効果がなく 、0.50%を超すとじん性病化のお
それがあるため、0.01〜0.50%の範囲に限定し
た。
Mn : 0.20〜2.0% Mnは強度を増大する成分であり、0.2%未満では必
要強度を確保できず、20%を超えるとじん性を損なう
ので、0.2〜2.0%の範囲とした。
Ni : 0.05〜3.0% Niはじん性、熱間加工性及び耐食性を向上するととも
に、鋼中への水素侵入を著しく低下する効果があり、0
.05%未満ではこの効果が小さく 、2.0%を超え
ると鋼中への水素侵入を低下する効果は含有量に比例し
ては太き(ならないため、上限は2.0%とした。
Cr : 5.0%以下、 Mo : 2.0%以下、かつ Cr+Mo:0.5%以上 CrとMoは耐食性、じん性向上に効果があるとともに
、鋼中への水素侵入を低減する。とくにH2S又はCo
、環境においてNiと相乗的作用を有し、著しく鋼中へ
の水素侵入を低減する効果がある。そしてCrは5.0
%を超えるとじん性が劣化するため、上限を5.0%と
し、同様にMoの上限は2.0%とした。さらにCr 
+ Moの量が0.5%未満では鋼中への水素侵入を低
減する効果は少なく、Niとの相乗効果も少なくなるた
め、下限を0.5%とした。
八x:o、ot〜0.10% ANは脱酸上必要であるが、0.01%未満では結晶粒
の粗大化を招き、0.10%を超えるとじん性が劣化す
るため、0.01〜0.10%の範囲に限定した。
sb、八s、Sn、l’bおよびBiの1種又は2種以
上二合計量0.005〜0.20% sb、^s、Sn、PbおよびBiは、耐酸性、耐海水
性、耐孔食性、耐バクテリア腐食性および溶接部の耐選
択腐食性などに対して同一の作用効果を有する。
これら元素の1種又は2種以上の合計量がo、oos%
未溝の添加では耐水素侵入性および耐食性に効力を示さ
ず、また0、20%をこえると熱間加工性、造舎性、じ
ん性および溶接性を著しく悪化させるので、o、oos
〜0.20%の範囲とした。
以上の添加が、この発明の基本組成である。
上記基本組成の他に、さらにV、Ti、Nb、 B及び
Cuのうちから選ばれる1種又は2種を限定量含有して
もよい。これらの成分は綱の強度向上に同等の作用、効
果があり、その限定理由は次の通りである。
V : 0.001〜0.15% ■は強度の向上に効果があるが、0.001%未満では
その効果に乏しく 、o、is%を超えるとじん性を劣
化するため、0.001−0.15%の範囲に限定した
Ti : 0.001〜0.1% TiはVと同様の効果があり、また同様の理由から0.
001〜0.1%に限定する。
Nb : 0.001〜0.1% NbもVと同様の効果があり、また同様の理由から0.
001〜0.1%の範囲とする。
B : 0.0005〜0.005% Bは強度を向上するのに有効であるが、o、ooos%
未満ではその効果が少なく 、0.005%を超える添
加はじん性を劣化するため、0.0005〜0.005
%の範囲に限定した。
Cu : 0.05〜0.6% Cuは強度向上に効果があり、0.05%未満では効果
が少なく、0.6%を超えると耐熱間割れ性が劣化する
ため、0.05〜0.6%の範囲とした。なおCuはp
H5以上の比較的腐食性の弱い環境中では耐水素透過性
を向上する効果もある。
また上記基本組成に、Caを添加して耐水素透過性及び
耐ブリスター性をさらに向上することができる。Caの
添加量とその限定理由は次の通りである。
Ca : 0.001〜0.006% Caの効果は0.001%未満では少なく、また0、0
06%を超えると耐ブリスター性をかえって劣化するた
め、0.001〜0.006%の範囲に限定した。
(実施例) 断熱2重管の真空断熱層の真空度低下は表面から水素が
鋼中に侵入して真空断熱層に透過することに起因し、こ
の現象は電気化学的水素透過実験によって再現可能であ
る。
第1図に電気化学的水素透過実験用電解装置の1例を示
した。図中1は試験液循環槽、2はカソードセル、3は
循環ポンプ、4は微小電位計、5は記録計、6は試験片
、7は7ノードセル、8は白金対極、9は微小直流電流
計、10は記録計、11は定電位電解装置である。
電解装置のカソードセル2中のNACE試験液(硫化水
素飽和水溶液、0.5%酢酸+5%食塩水)を注入して
循環させ、試験片のカソード側表面から水素を鋼中に侵
入させ、アノードセルフ側で鋼中を透過してきた水素を
水素イオンに変換し、この′イオン化電流を測定するこ
とによって水素の透過量を測定する−0 この試験片は、通常の熱間圧延により板厚5mmまで圧
延し、650℃×30分の焼なまし処理後、第2図に示
す150mn+ X 150mmで板厚3++uwに加
工したもので、第1図の電解装置によって被験部(62
mm径の円)での水素透過量を測定した。
水素の透過量の試験結果の1例を第3図に示すように、
電流値の変化として測定でき、この電流値が小さい材料
はど耐水素透過性に優れた材料である。
この電流値の定常値(JOo)と、2重管として使用し
たときの断熱効率との関係を調査した結果、Jooの値
が0.5n+A以下であれば断熱効率の低下は20%以
下であり、さらにJooが0.2m八へ下であれば断熱
効率の低下を10%以下に抑えられ、2重管として優れ
た性能を示すことを見い出した。とくにJoo≦0.2
mAであれば、断熱効率の経時間的低下がより少なくな
りより長期の使用に耐え得る。
表1に各試験片の化学成分、機械的性質および水素透過
試験結果を示す。
(発明の効果) この発明による断熱2重管用鋼は、腐食環境下において
も耐水素透過性に優れているので、水素透過に由来する
断熱効率の低下が少なく、したがって長期使用でも断熱
効率の維持を図れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は水素透過装置の説明図、 第2図は水素透過試験片の説明図、 第3図は水素のイオン化電流の測定値を示すグラフであ
る。 第1図 第2図 第3図 眉11貞二晴M1 (ノブトノ 手  続  補  正  書く方式) %式% 1、事件の表示 昭和60年特許願第181575号 2、発明の名称 耐水素透過性に優れた断熱2重管用鋼 3、?I正をする者 事件との関係  特許出願人 (125)川崎製鉄株式会社 4、代理人 5、補正命令の日付  昭和60年11月26日6、補
正の対象    明細書の「特許請求の範囲」の欄7、
補正の内容

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、C:0.10〜0.50wt%、 Si:0.01〜0.50wt%、 Mn:0.20〜2.0wt%、 Cr:5.0wt%以下、 Ni:0.05〜3.0wt% Mo:2.0wt%以下、および Al:0.01〜0.10wt%、 をCr+Mo:0.5wt%以上において含み、さらに
    Sb、As、Sn、PbおよびBiの1種又は2種以上
    を合計量0.005〜0.20wt%で含有し、残部は
    鉄および不可避的不純物 からなる耐水素透過性に優れた断熱2重管用鋼。 2、C:0.10〜0.50wt%、 Si:0.01〜0.50wt%、 Mn:0.20〜2.0wt%、 Cr:5.0wt%以下、 Ni:0.05〜3.0wt%、 Mo:2.0wt%以下、および Al:0.01〜0.10wt%、 をCr+Mo:0.5wt%以上において含み、Sb、
    As、Sn、PbおよびBiの1種又は2種以上を合計
    量0.005〜0.20wt%で含有し、さらにV:0
    .01〜0.15wt%、 Ti:0.01〜0.1wt%、 Nb:0.01〜0.1wt%、 B:0.0005〜0.005wt%、およびCu:0
    .05〜0.60wt%の1種又は2種以上を含有し、 残部は鉄および不可避的不純物 からなる耐水素透過性に優れた断熱2重管用鋼。 3、C:0.10〜0.50wt%、 Si:0.01〜0.50wt%、 Mn:0.20〜2.0wt%、 Cr:5.0wt%以下、 Ni:0.05〜3.0wt%、 Mo:2.0wt%以下、および Al:0.01〜0.10wt%、 をCr+Mo:0.5wt%以上において含み、Sb、
    As、Sn、PbおよびBiの1種又は2種以上を合計
    量0.005〜0.20wt%で含有し、さらにCa:
    0.0010〜0.0060wt%で含有し、残部は鉄
    および不可避的不純物 からなる耐水素透過性に優れた断熱2重管用鋼。 4、C:0.10〜0.50wt%、 Si:0.01〜0.50wt%、 Mn:0.20〜2.0wt%、 Cr:5.0wt%以下、 Ni:0.05〜3.0wt%、 Mo:2.0wt%以下、および Al:0.01〜0.10wt%、 をCr+Mo:0.5wt%以上において含み、Sb、
    As、Sn、PbおよびBiの1種又は2種以上を合計
    量0.005〜0.20wt%で含有し、V:0.01
    〜0.15wt%、 Ti:0.01〜0.1wt%、 Nb:0.01〜0.1wt%、 B:0.0005〜0.005wt%、およびCu:0
    .05〜0.60wt%のうち1種又は2種以上を含み
    、 さらにCa:0.0010〜0.0060wt%を含有
    し、残部鉄および不可避的不純物 からなる耐水素透過性に優れた断熱2重管用鋼。
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