JPS6254060A - 耐遅れ破壊性の優れた高強度油井用鋼管 - Google Patents

耐遅れ破壊性の優れた高強度油井用鋼管

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JPS6254060A
JPS6254060A JP19187985A JP19187985A JPS6254060A JP S6254060 A JPS6254060 A JP S6254060A JP 19187985 A JP19187985 A JP 19187985A JP 19187985 A JP19187985 A JP 19187985A JP S6254060 A JPS6254060 A JP S6254060A
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JP
Japan
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delayed fracture
steel pipe
fracture resistance
oil well
strength
Prior art date
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Pending
Application number
JP19187985A
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English (en)
Inventor
Keisuke Hattori
服部 圭助
Kazuhiro Kanero
加根魯 和宏
Yukihiko Ebihara
海老原 行彦
Yasuo Ono
小野 泰男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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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】 「発明の目的」 本発明は耐遅れ破壊性の優れた高強度油井用鋼管に係り
、高い降伏強さを有し、しかも耐遅れ破壊性において優
れた高強度油井用鋼管を提供しようとするものである。
産業上の利用分野 高強度を有し、しかも耐遅れ破壊性において優れた油井
用鋼管。
従来の技術 油井管においては降伏強さが150 KSi(105,
5kgf / mm2)以上を有する材料の要求すれる
ことがあり、このような製品はV−150と称されてい
る。然して鋼管は焼入れ焼戻し処理によって製造されて
いるが、Cr、  Mo等の強化元素添加量が少く、前
記V−150の強度を確保するためには焼戻し温度を低
くする必要がある。
発明が解決しようとする間゛照点 ところが上記のように焼戻し温度を低くしたものにおい
ては耐遅れ破壊特性が相当に劣る欠点があり、V−15
0を満足した強度と、この耐遅れ破壊特性を共に満足し
得ない不利がある。
「発明の構成」 問題点を解決するための手段 (1)  C:0.15〜0.26wt%、Si:0.
15〜1.00wt%・、Mn : 0.50〜1.5
0wt%、Cr :0.5〜2.0wt %、Mo:0
,5 〜1. 5wt  %、P ≦0.040wt 
 %、S ≦0.040wt  %、 Al : 0.
005 〜0.05hlt  %を含有し、残部がFe
および不可避的不純物からなり、しかも下記する式のX
≧0を満足することを特徴とする耐遅れ破壊性の優れた
高強度油井用鋼管。
−320×C(%)  +80×Cr (%)  +2
62  X!J。
(%) −2324X P (%) −8136x S
 (%)=X(2)  C:0.15〜L26wt%、
Sj:0.15〜1. 00wt%、Mn : 0.5
0〜1.50wt%、Cr :0.5〜2.0wt %
、MO:0.5〜1.5wt %、P≦0.040wt
 %、S≦0.040wt %、Al: 0.005〜
0.050!it %を含有すると共に、 Nb:0.01〜0.19wt%、B  :0.000
5〜0.0030wt%、V  : 0.05〜0.1
5wt%、Ti :0.005〜0.04(ht %、
Cu : 0.10〜0.50wt%、W 、: 0.
10〜0.60wt%、Ni : 0.05〜0.25
wt%、Ca : 0.0010〜0.0030wt%
、の何れか1種または2種以上を含有し、残部がFeお
よび不可避的不純物からなり、しかもS(%)−Ca 
(%)/2−<0の場合においてはS(%)−Ca (
%)/2=Oとして計算して下記する式のX≧0を満足
することを特徴とする耐遅れ破壊性の優れた高強度油井
用鋼管。
−320×C(、%) +80×Cr (%) +26
2  ×Mo(%) −2324X P (%) −8
136X (S (%)−Ca (%)  / 2) 
 +333  XNb (%)+519XV(%) +
95 ×Cu (%) +123  xW (%)=X
作用 Cをwt%(以下単に%という)で0.15%以上とす
ることにより強度を適切に得しめ、又Siを1.0%以
下、Mnを1.5 %以下、AAを0.050 %以下
、P、Sを0.040 %以下とすることに靭性ないし
延性を確保する。
Si、 Mn、  Alは脱酸剤として作用し、C:0
.25%以下、Cr:0.5 %以上、Mo:0.5 
%以上とすることにより焼入性を向上し、又焼戻し温度
を上昇せしめ、Cr:0.5 %以上、Mo:0.5 
%以上を含有させると共にP、  Sを0.040 %
以下とすることにより耐遅れ破壊特性を向上する。
なおNbを0.01%以上、V:0.05%以上、Cu
:0.1 %以上、W:0.1 %以上、Ca 二〇、
 0010%以上の何れかによって耐遅れ破壊特性を向
上し、Nb:0.1 %以下、V:0.15%以下、C
aを0.015 %以下とすることにより靭性を確保す
る。B :0.0005%以上、Ti:0.005 %
以上、W:0.196以上の添加は焼入性を向上する。
Cuを0.5 %以下とし、又このCuの2種度のNi
を含有さ、せることにより熱間加工性劣化を回避する。
実施例 上記したような本発明について更に説明すると、本発明
者等は上記したような従来のものの問題点を解消すべく
研究した結果、鋼の化学成分を適切に調整することによ
って高温焼戻しを行っても■−150の強度を確保する
ことができ、又このようにして高温焼戻しを行うことに
よって耐遅れ破壊特性が従来のものよりも優れた油井用
鋼管を得ることに成功した。
即ち前述したような本発明における各成分組成限定理由
について説明すると以下の如くである。
Cは、強度の向上に有効であるが、Wi96(以下単に
%という)で0.26%を超えると焼入時に焼割れが発
生する可能性が認められ、これを上限とすべきであり、
一方0.15%未満では焼入性および強度の著しい低下
を来すのでこれを下限とした。
Slは、鋼の脱酸のため0.15%以上は必要であるが
、1.0 %を超えると靭性および延性を劣化させるよ
うになるので、これ以下とすべきである。
Mnは、脱酸剤として有効であり、かつ焼入性を向上さ
せる元素であって、0.5 %以下ではこれらの目的を
達することができず、また1、5 %を超えると靭性が
劣化するのでこれを上限とすべきである。
Crは、焼入性を向上させる元素であり、かつ焼戻し温
度を上昇させ、耐遅れ破壊特性を向上させるのに有効な
元素であって、0.5 %以下ではその効果が不充分で
ある。又2.0 %を超えると、その効果は飽和してし
まうので2.0 %以下とすべきである。
)、10は、Crと同様に焼入性を向上させ、特に焼戻
し温度を上昇させて耐遅れ破壊特性を向上させることに
有効であって、このためには0.5 %以上含有させる
ことが必要である。しかし、1.5 %以上となるとそ
の効果が飽和し、経済的に不利となるからこれを上限と
する。
lは、脱酸剤として有効であり、かつ焼入温度でのオー
ステナイト粒細粒化に有効であって、0、005 %以
下ではその効果が小さく、一方0.050%以上では該
効果が飽和し且つ靭性劣化をもたらすので、0.005
〜0.050 %の範囲とする。
PおよびSは、耐遅れ破壊特性および靭性を向上させる
ために不純物として減少させることが望ましく、0.0
40 %を上限とする。
上記のような基本成分組成のものに対し、本発明におい
ては下記する成分を1種又は2種以上下記範囲内におい
て含有させることができる。
Nbは、焼入温度で加熱時のオーステナイト粒細粒化に
有効であり、適量添加によって靭性向上を図り得るし1
.耐遅れ破壊特性の向上にも有効である。即ち0.旧%
以下ではその効果が小さく、又0.1 %以上の添加で
は靭性が劣’(tする。
■は、炭化物の析出強化により焼戻し温度の向上を図り
、耐遅れ破壊特性の向上にも有効であり、このためには
0.05%以上添加することが必要であるが、又0.1
5%以上では靭性が劣化する。
Cuは、耐遅れ破壊特性および耐食性の向上に有効であ
るが、その効果は0.05%未満では小さい。
又0.5 %以上となると耐遅れ破壊特性に及ぼす効果
が飽和し、かつ熱間加工性の劣化が大きくなる。
N1は、Cu添加による熱間加工性劣化の改善に有効な
元素であり、このためCu添加鋼にNiを添加すること
が必要である。即ちこのためにはCu%の2種度が必要
であって、0.05〜0.25%の範囲内とする。
Bは、0.0005%以上の添加で焼入性が向上する。
しかし0.0030%を超えると、その効果は飽和する
Tiは、鋼中のNと結合してBNの生成を防止し、焼入
性向上に効果のある固溶Bを確保することに有効である
。即ちこのためには0.005 %以上を添加すること
が好ましく、一方0.040 %を超えるとその効果は
飽和する。
Wは、焼入性を向上させる元素であり、又焼戻し温度を
向上させ、耐遅れ破壊特性を向上させるのに有効な元素
であるが、0.1 %以下ではその効果が小さく、一方
0.6 %を超えるとその効果は飽和する。
Caは、非金属介在物を球状化するのに有効であり、こ
の非金属介在物球状、化により耐遅れ破壊特性は向上す
る。このような球状化のた絶には少くとも0.0010
%は必要であるが、0.0.15 %を超えると、Ca
系非金属介在物が増加し、靭性に悪影響を与えるのでこ
れを上限とする。
更に上記したような各成分系によるものは下記する各式
におけるXの値が0以上たることを満足すべきであり、
−このようなX≧0は降伏強さを150 KSi以上と
した場合においても良好な耐遅れ破壊特性を得るために
必要な化学成分を得るための条件である。
基本成分系の場合。
−320×C(%) +80×Cr (%) +262
  X九t。
(%) −2324X P (%) −8136X S
 (%)=X・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・(a
)任意成分系をも含有した場合。
−320×C(%) +80 ×Cr (%) +26
2  XM。
(%) −2324x P (%) −8136X C
3(%)−Ca (%)  / 2)  +333  
xNb (%)+519XV(%)  +95×Cu 
(%)  +123  ×W  (%)=X・・・・・
・・(al) 但し上記a1 式に関しては、そのS(%) −Ca(
%)/2<0となる場合においては、S(%)−Ca 
(%)/2=0として計算するものであり、又Cu添加
鋼にNiをCu (%)のZ程度添加する。
然して具体的な製造に当っては、各成分が上記のような
限定範囲内にあり、且つa式又はal 式のX≧0を満
足する成分系に、850〜950℃から焼入れを行い、
その後下記する各式のZ≧0を満足し、しかもAc、温
度以下の焼戻し温度によって降伏強さがL 50 KS
i以上となるように焼戻しを行うことにより良好な耐遅
れ破壊特性を有する鋼が得られる。
a式によるものの場合 Y−385−225×C(%)−30×Cr  (%)
−117XMo  (%)=Z  ・ ・ ・ ・ ・
 ・ ・ ・ ・ bal 式によるものの場合 Y−385−225×C(%) −30×Cr (%)
=117  XMo (%) −200XNII (%
)−630xV(%)−52xw(%>=2  ・・・
・・・b1但し上記すおよびbl 式において、Yは焼
戻し温度(1)である。
焼入れ温度範囲の850〜950℃は、焼入れによって
オーステナイト相からマルテンサイト相の焼入れ組織を
得るために充分なオーステナイト粒の成長に必要であり
、且つオーステナイト粒の粗大化による耐遅れ破壊特性
および靭性の劣化を防ぐために必要である。
即ち以上に示したように降伏強さが150 KSi以上
の高強度油井用鋼管を製造する場合、その化学成分が限
定範囲内にあり、且つa式又はa、式のX≧0なる要件
を満足した鋼を、850〜950℃から焼入れし、更に
b式又はbl 式のZ≧0なる条件を満足すると共にA
C,温度以下の焼戻し温度で、降伏強さが150 KS
i以上となるように焼戻しすることにより良好な耐遅れ
破壊特性を得しめる。
本発明によるものの具体的な製造例について説明すると
以下の如くである。
即ち先ず本発明者等が用いた本発明による鋼の化学成分
組成は次の第1表に示す鋼1〜24の如くであり、又こ
のような本発明によるものに対し比較鋼として用いたも
のは別に第2表に示した鋼A−Uの如くである。
然して上記した第1表の本発明による鋼に対する焼入れ
条件と焼戻し条件およびそれらの熱処理後に得られた試
験片による降伏強さ、引張り強さは次の第3表に示す如
くであって、同様に第2表に示した比較鋼についての同
様な熱処理条件とその後に得られた試験片によるそれら
の値は第4表に示す如くである。
なお遅れ破壊試験には片持梁式の試験機を使用し、その
試験片としてはその長さ方向を圧延方向と平行として採
取し、その寸法は1010X15X150のものとして
第1図に示すような試験片(1)とし、その中央に深さ
3 mmの疲労クラック(2)を圧延方向および圧延面
に直交するように導入したもので、上記試験機により試
験片(1)の疲労クラックが開口゛する方向に曲げモー
メントを負荷することによって疲労クラック(2)先端
のKl値を240kg f / nun3/z とし、
試験環境中に保持して破断時間を測定した。試験環境は
30℃の35%NaCI!水溶液(pH= 7 ”)と
し、最大保持時間は500時間とした。この遅れ破壊試
験の結果得られた破断時間は第3表および第4表に併せ
て示し、同時に前述したa式又はa、式およびb式又は
す、式によるXおよびZの値も示した。
又前記したようなX、Zの値に対応する遅れ破壊試験結
果については別に第2図に要約して示す通りであって、
この第2図から明らかなように本発明によるものは50
0時間保持後も遅れ破壊が全く発生しておらず、何れも
良好な耐遅れ破壊特性を示す。これに対し比較材は殆ど
が500時間以内に遅れ破壊が発生しており、この50
0時間保持後も遅れ破壊が発生しない例もV−150と
しては強度不足となっている。なお比較例のA。
BはSNCM439鋼、C,DはそれぞれSCM435
、SCM43Q鋼であって、これらは機械構造用に広く
用いられている鋼であるが、化学成分は本発明範囲外に
あり、本発明例と比較すると耐遅れ破壊特性が劣ってい
る。比較例E、F、G。
H,I、J鋼は化学成分の個々は本発明範囲内があるが
、Z≧0を満足していない例であり、それらの耐遅れ破
壊特性は劣る。K、L、M鋼はそれらの化学成分が本発
明の範囲外にあるため、焼戻し温度がZ≧0を満足する
にもかかわらず、耐遅れ破壊特性が劣っている。比較鋼
N、O,P、Q鋼はそれらの化学成分、Z≧0がともに
本発明範囲外にあってやはり耐遅れ破壊特性が劣ってい
る。
R,S、T、Uはそれらの化学成分が本発明範囲外にあ
り、Z≧、0を満足する焼戻しを行った結果、耐遅れ破
壊特性は良好であるが、V−150の強度(降伏強さ≧
105.5 kgf /mm2)が得られていない。
「発明の効果」 以上説明したような本発明によるときは高い降伏強さを
有し、しかも耐遅れ破壊特性において優れた高強度油井
用鋼管を的確に提供し得るものであって、工業的にその
効果の大きい発明である。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明−の技術的内容を示すものであって、第1
図は本発明において採用する耐遅れ破壊試験の試験片に
ついての説明図で、平面図、側面図と端面図とを併せて
示す゛ものであり、第2図は本発明鋼および比較鋼につ
いての遅れ破壊試験、結果とXおよびZの関係を要約し
て示した図表である。 なお第1図において、(1)は試験片、(2)は疲労り
ラックを示すものである。 特 許 出 願 人  日本鋼管株式会社発     
明     者   服   部   圭   肋間 
               加  根  魯   
和  宏量     海老原 打音

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)C:0.15〜0.26wt%、Si:0.15
    〜1.00wt%、Mn:0.50〜1.50wt%、
    Cr:0.5〜2.0wt%、Mo:0.5〜1.5w
    t%、P≦0.040wt%、S≦0.040wt%、
    Al:0.005〜0.050wt%を含有し、残部が
    Feおよび不可避的不純物からなり、しかも下記する式
    のX≧0を満足することを特徴とする耐遅れ破壊性の優
    れた高強度油井用鋼管。 −320×C(%)+80×Cr(%)+262×Mo
    (%)−2324×P(%)−8136×S(%)=X
  2. (2)C:0.15〜0.26wt%、Si:0.15
    〜1.00wt%、Mn:0.50〜1.50wt%、
    Cr:0.5〜2.0wt%、Mo:0.5〜1.5w
    t%、P≦0.040wt%、S≦0.040wt%、
    Al:0.005〜0.050wt%を含有すると共に
    、 Nb:0.01〜0.10wt%、B:0.0005〜
    0.0030wt%、V:0.05〜0.15wt%、
    Ti:0.005〜0.040wt%、Cu:0.10
    〜0.50wt%、W:0.10〜0.60wt%、N
    i:0.05〜0.25wt%、Ca:0.0010〜
    0.0030wt%、の何れか1種または2種以上を含
    有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、しか
    もS(%)−Ca(%)/2<0の場合においてはS(
    %)−Ca(%)/2=0として計算して下記する式の
    X≧0を満足することを特徴とする耐遅れ破壊性の優れ
    た高強度油井用鋼管。 −320×C(%)+80×Cr(%)+262×Mo
    (%)−2324×P(%)−8136×〔S(%)−
    Ca(%)/2〕+333×Nb(%)+519×V(
    %)+95×Cu(%)+123×W(%)=X
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6447835A (en) * 1987-08-19 1989-02-22 Daido Steel Co Ltd Production of steel for high strength parts and high strength parts
JP2009019503A (ja) * 2007-07-10 2009-01-29 Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd 燃料噴射管用鋼管およびその製造方法
EP2361996A3 (en) * 2007-03-30 2011-10-19 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Low alloy pipe steel for oil well use and seamless steel pipe
US9988060B2 (en) 2013-02-19 2018-06-05 Sluis Cigar Machinery B.V. Vehicle for a rail

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