JPS6296657A - 非磁性ドリルカラ−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〉 この発明は、油井やガス井掘削用の非磁性ドリルカラー
用鋼に関するものである。

〈背景技術〉 近年のエネルギー事情は、埋蔵条件の難易を問わず、世
界各地において新たな油井やガス井の開発を活発化させ
ているが、油井・ガス井の開発において＃１斜井を掘削
する必要のある場合には、何層もの石油層やガス層から
の最も効率の良い生産を確保するため、各井戸毎に掘削
すべき方向や傾斜等が綿密に計画されなければならなか
った。特に、海上の生産プラットホームからの井戸掘削
を余儀なくされるような場合は、これらの計画をより細
心に行う必要がある。

しかも、上記の如き頌斜井においては、実際の掘削中に
その坑井の方位や傾斜の測定を行って計画通りに掘削が
進んでいるか否かを確認し、もしも計画から外れている
ような場合には直ちにコースの修正を実施しなければな
らない等の面倒な作業を必要としていたのである。

そこで、このような作業を容易ｆヒするため、最近では
、井戸の掘削に当って磁気センサーの使用が試みられて
いる。この場合、磁気センサーは、担った１ドリルカラ
ー”にセットされるのが普通である。

従って、このようなドリルカラー用の素材としては、前
記磁気センサーの探索精度を低下させないために非磁性
であることが望まれ、また、同時Ｃ二掘削時の外力に耐
え得るだけの高耐力をも備えていること等が必要とされ
ているが、これらの要求特性をまとめると次の通りであ
る。即ち、ａ）透磁率＜１．０１． ０．２チ耐力（降伏強さ）≧９０　ｋｓｉ（６３，３Ｋ
ｇｆ　／ｍＡ　）、 伸び≧３０％、 シャルピー吸収エネルギー≧４Ｋｇｆ−ｍの緒特性を兼
備していること、 ｂ）穴あけ加工性に漫れ、ドリルカラー製品製造が容易
であること、 Ｃ）地下深くの厳しい腐食環境に耐えるだけのト９れた
耐食性（例えば耐応力腐食割れ性）を有していること。

ところで、従来、非磁性ト）リルカラニ用材としてはＮ
ｉ−Ｃｕ合金である“Ｋモネル（商品名）”や非磁性マ
ンガン鋼が使用されてきたが、これらには次のような問
題点が指摘されていた。即ち、■　ＫモネルはＮｉ−Ｃ
ｕ合金（例えば、１モネルに−５００”は６６％Ｎｉ−
２９％Ｃｕをベースとする）であって、極めて高価であ
る、 ■　従来の高１ψｎ系非磁性漏は、オーステナイトの安
定ｆヒと透ｔｉｉ率の低下並びに高強度ｆヒを図るため
に０．５０　％を越える多けのＣが必要とされ、このた
め延性及び靭性が低く、また高Ｃ含有の故に切削性、特
に穴あけ加工性も劣る、 ■　上記従来の高Ｍｎ系非磁性鋼はＣｒ含有（けが低く
、従って深層の厳しい腐食猿境での耐久性に雉がある。

く問題点を解決するための手段〉 本発明者専は、上述の如き従来の非磁性ドリルカラー用
材料に指摘されていた問題点を踏まえた上で、廉価にし
て安定した非磁性と高耐力とを具備し、かつ延性、靭性
、耐食性並びに穴あけ加工性の点でも十分に満足し得る
非磁性ドリルカラー用材料の提供を１指して、特に ○　非磁性である、 ○　耐力と延性・靭性とのバランスが良い、○　穴あけ
加工性が比較的良好である、○　耐食性も比較的良好で
ある。

等の観点から１低Ｃ−高Ｃｒ系のＭｎ−Ｃｒ−Ｖ−Ｎ系
オーステナイト鋼”に層目し、その特性を更に改善して
ドリルカラー用材料としての前記要求性能を確保すべく
、鋭意研究を重ねた結果、「上記＠Ｍｎ−Ｃｒ　−Ｖ　
−Ｎ系オーステナイト鋼”において、Ｃ＠有量を特定範
囲にまで低減すると同時に１２％以上（以下、成分割合
は重ｒ４チとする）Ｑ）Ｃｒｆｔを確保し、かつＭｎ含
荷量の上限を特に２０％と規制した上で鋼の成分系を非
磁性に安定となるように調整すると、Ｃ置低域による効
果が主体となって快削性元素を添加することなく切削性
（穴あけ加工性）が向上し、かっＣｒ啜増加による十分
な耐食性改善効果が確保されるとともに、Ｍｎｊｌの規
制による効果が主体となって＠熱間加工のまま″或いは
“熱間加工後の簡単な短時間時効処理”でＶの析出物に
よる強１ヒが可能となり、これらが絡み合って、耐力、
延性、靭性、耐食性並びに穴あけ加工性等の緒特性に潰
れ、しかも安定した非磁性を示すところの、非磁性ドリ
ルカラー用素材として好適な鋼がコスト安く実現される
」ことを見出すに至ったのである。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、 非磁性ドリルカラー用−を、 ｃ：ｏ、ｉｏ〜０．３５％、　Ｓｉ：２．Ｏチ以下、Ｍ
ｎ：１２〜２０％、　Ｎｉ：０．０１〜６．００％、Ｃ
ｒ：１２〜２０ｑｂ％　Ｖ：０．１〜１．５％、Ｎ：０
．１〜〇、５チ を含有し、必要により更に Ｃｕ：１．５優以下、 Ｂ：０．００２〜０．０１５チ ｏ）１種以上をも含むとともに残部が実質的にＦｅから
成り、かつ、式 ％式％ を満たす成分組成に構成した点、 （−特徴を有するものである。

次に、この発明の非磁性ドリルカラー用鋼において、構
成成分の含有割合を前記の如くに限定した理由を説明す
る。

（ａ）　　　Ｃ Ｃ成分には、オーステナイト相を安定１ヒして非磁性を
確保する作用のほか、鋼の強度を上昇させる作用をも有
しているが、その含有けがｎ、　１０１未満では前記作
用に所望の効果が得られない恐れがあり、一方、０．３
５　％を越えて含有させると延性及び靭性の劣ｒヒを招
く上、Ｍｎ＠が２０％以下の範囲での高Ｍｎ鋼では切削
性（穴あけ加工性）が極端に悲くなることに加えて、オ
ーステナイト結晶粒界に多量の炭化物が析出して応力腐
食割れに対する感受性が高まることから、Ｃ含有量は０
．１０〜０．３５条と定めた。

（ｂ）　　５ｉ Ｓｉは禦の脱酸剤として添加される元素であり、また鋼
の強度上昇にも有効なものであるが、２．０チを越えて
含有させても上記効果が飽和するばかりか、逆に非金属
介在物が増加して非磁性ドリルカラー用鋼の清浄度を悪
「ヒさせ、〃為つ延性及び靭性をも低下させることから
、Ｓｔ金含有は２．０％以下と定めた。

（ｃ）　　　Ｍｎ Ｍｎはオーステナイト相を安定にして非磁性鋼とするの
に有効な低価格の元素であり、耐食性を考慮して１２チ
以上のＣｒを添加した本発明鋼にあっては、上記効果を
確保するため１２チ以上の割合で含有させる必要がある
。しかしながら、　ＭｎはＶ析出物の固溶用を増してＶ
析出物による強１ヒ作用を減じるので、高Ｍｎ鋼にあっ
ては強化のために多置のＶを必要としコスト上昇を招く
ことから、実用の非磁性ドリルカラー用鋼としてはＭｎ
含有１１を２０チ以下に制限する必要がある。従って、
Ｍｎ含有）仕は１２〜２０チと定めた。

（ｄｉ　　Ｎｉ Ｎｉ成分には、オーステナイト相を安定化するとともに
−の靭性を向上する作用があるが、その含有量が０．０
１〜未満では上記作用に基づく所望の効果が得られず、
一方、６．０　ＯＳを越えて添加してもその効果が飽和
してしまってそれ以上の向上効果が期待できないばかり
か、コスト上昇を招くことから、Ｎｉ含含有は０．０１
〜６．００チと定めた。

（ｅ）　　　Ｃｒ Ｃｒは、高Ｍｎ鋼に高い耐力と慶れた耐食性を付与する
ため書−欠かせない成分であるが、その含有１よが１２
チ未満では上記効果が十分でなく、一方、２０チを越え
て含有させてもその効果が飽和してしまうばかりか、δ
−フェライトを生成させて透磁率を上昇せしめ、非磁性
を損なうようになることから、Ｃｒ含有盪は１２〜２０
チと定めた。

げ）　　■ ■成分は、菌の組織微細化作用に加えて強度を同上させ
る作用をも有するが、その含耳潰が０．１チ未満では上
記作用に基づく所望の効果が得られず、一方、１．５１
を越えて含有させると延性及び靭性の劣ｆヒを来たすこ
とから、■含有量は０．１〜１．５％と定めた。

（ｇｌ　　Ｎ Ｎ成分は、オーステナイト相を安定にして非磁性とする
のに有効であり、加えて強度上昇作用及び耐応力腐食割
れ住改善作用をも有しているが、七の含傅看が０．１チ
未満では前記作用に基づく所望の効果を得難く、一方、
０．５チを越える添加は鋼製造上極めて困難である上、
熱間加工性の低下をも招くことから、Ｎ含有量は０．１
〜０．５俤と定めた。

（ｈｌ　　Ｃｕ Ｃｕ成分は、オーステナ・イト相を安定ｆヒすることに
加えて強度の向上作用、更には耐食性改善作用を有して
いるので必要により含有せしめられるものであるが、そ
の含！蝋が１．５係を越えると熱間加工性の劣化を招く
ことから、Ｃｕ倉有川用１．５チ以下と定めた。なお、
Ｃｕは微量添加によってもそれなりの効果を発揮するが
、望ましくは０．１５６以上の含有量を確保するのが良
い。

（ｉｌ　　Ｂ Ｂ成分には、極く微盪の添加でもって高Ｍｎ鋼の熱間加
工性を改善する作用があるので必要により含有せしめら
れるが、その含有量が０．００２％未満では上記作用に
所望の効果を得ることができず、一方、０．０１５％を
越えて含有させるとその効果が飽和するのみならず、靭
性の劣化を来たし、更に炭硼ｆヒ物の析出を促進して耐
応力腐食割れ性にも悪影響を及ぼすようになることから
、Ｂ含有量：　　　　は０．００２〜０．０１５％と定
めた。

（ｊｌｃ、Ｎ、Ｍｎ及びＮｉの組合わせこの発明におい
て、式 ％式％ を満足するようにＣ，Ｎ、Ｍｎ及びＮｉの＠荷駄を規制
することは、鋼に安定して非磁性を確保する上で欠かせ
ないことであり、上記式の値が１８，５未１　　　満に
なると鋼の透ｒｆ！率を１．０１未満に抑えること□ □ １　　　ができない。

：　　　　　添附図面は、上記式の値が神々に変１ヒす
るように成分調整した鋼について透磁率を測定し、グラ
フイヒしたものであるが、該図面からも、前記式の値が
１８．５％以上のときに非磁性ドリルカラー用′：　　
　お、ユあ要２ヶゎ６゜率１．。□未□１つき、□　　
　　ことがわかる。

：　　　　　この発明の非磁性ドリルカラー用鋼は以上
に説明した成分組成を有し、熱間加工のまま、或いはそ
の後簡単な短時間時効処理を行うだけで心安特性を確保
できるものであるが、できれば、その製造に当っては、
前記組成の鋳片又は鋼片に終了温度９００℃以上の熱間
加工を施した後空冷相当以上の？ｌ？！却速度で冷却す
るか、又は冷却の後更に７５０℃以下の温度で ＰＬＭ≦２０．５Ｘ１０３ なる条件Ｃ：て時効処理を施すかする方法を採用するの
が望ましい。

なぜなら、９００℃を下回る温度域では材料の変形抵抗
が大きくなって熱間加工が困難となり、加工設備の大型
１ヒが必要となるほか、本発明に係る鋼の如きＣｒ含葺
ｕの高い成分糸では、９００℃を下回る。＠度域で熱間
加工を施すとＣｒ炭化物が結晶粒界に析出して応力腐食
割れに対する感受性が高まったり、靭性の劣ｆヒを招い
たりすることが懸念されるからである。

そして、熱間加工終了後に空冷相当以上の冷却速度で冷
却することは、オーステナイト粒の細粒化に有効である
ことに加えて、徐冷による耐応力腐食割れ性の劣（ヒを
防止する上でも強く推奨される手段である。

更に、より一層の強化を図るための時効処理温度が７５
０℃を上回ると、強化に有効なＶ析出物が粗大（ヒして
しまって強度同上効果を喪失したり、Ｃｒ炭１ヒ物が析
出して靭性や耐応九腐食割れ性を劣１ヒしたりする恐れ
があり、また、７５０℃以下の温度での時効処理であっ
ても前記〔ＰＬＭ〕の値が２０．５Ｘ１０３を上回る条
件になると、所謂°過時効状態”を呈し、却って強度低
下と靭性劣化を招く結果をもたらしがちなことから、熱
間加工後の時効処理は先に述べた条件内で実施するのが
良い。

続いて１、−の発明を、実施例により比較例と対比しな
がら説明する。

〈実施例〉 実施例　１ まず、第１表に示す調香１〜２１の供試鋼をそれぞれ成
分調整して鋼塊に溶製した後、分塊王延（調香１〜２０
）又は鍛造（ｗＡ番２１）によって１　　　　鋼片とな
し、次いで該鋼片に、全圧下率（断面減少率）が５０チ
となるような終了（仕上げ）温度１　　　　１０３０〜
９３０°Ｃの熱間田延を施し、その後第：　　　２ッ１
．イア、、＃ア□い。

１　　　　　得６ｈＴｈｊｉｉ材′１″″ｌ　ｌｚＮ　
ｒ　８棟１能″８５・“０１　　　　端果を第２表に併
せて示した。

なお、引張り性能は、平行部が１４−φの丸棒引張り試
験片を切り出して調査し、衝撃性能は２ＩｆｉＩｖノツ
チのシャルピー衝撃試験片を切り出して調査した。

また、耐食性調査には、次に示す“シングルＵベンド試
＠法”を採用した。即ち、切り出した１０本の試験片を
Ｕベンド形状となし、このＵベンド試験片を８０℃の人
工海水中に４週間浸漬した後に取出して、光学顕微鏡に
より試験片のびベンドし １　　　　部中央の縦断面における最大割れ深さを計測
する方法である。第２表には、この結果に基づく耐食性
の評価な○印及びＸ印で示したが、ここでは、○印・・
・・・・１０本の試験片のいずれにも応力腐食割れが生
ぜず、 ×印・・・・・・１０本の試験片のいずれか又は全部１
一応力腐食割れが発生、 （７）　２段階で表示した。

穴あけ加工性については、切り出した試験片をＢＴＡ　
（Ｂｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｒｅｐａｎｎｉｎｇ　ＡＳ
Ｓｏｃｉａｔｉｏｎ　）　７７０工機にて穿孔加工し、
七のときの回転数、送り速度、装置の振動状況、工具摩
耗及び表面粗度の観点から総合的に判定して３段階評価
で表示した。

熱間加工性は、２００Ｋｇ試験鋼塊を１２００　’Ｃに
加熱した後熱間田延し、このときの鋼片表面肌、耳割れ
発生状況、並びにクラック発生状況から総合的に判定し
て３段階評価で表示した。

第２表に示される結果からも、本発明鋼は比較鋼に比べ
て強度、延性、靭性、耐食性、穴あけ加工性並びに熱間
加工性等のバランスに凌れていて、非磁性ドリシカラー
用鋼として好適であることがわかる。

実施例　２ 第１表に示した本発明鋼１，１１．１３及び１５と比較
鋼１８について、分塊圧延によって得た鋼片を全圧下率
が６０％となるような終了温度１０００℃の熱間圧延を
施し、その後水冷を行い、更に第３表に示した条件で時
効処理を施して、実施例１と同じ条件で引張り性能、衝
撃性能、耐食性、透磁率並びに穴あけ加工性を調査した
。

得られた結果を第３表に併せて示す。

＠３表に示される結果からも、Ｍｎ敬の高い比較鋼では
時効による“Ｖ析出物２二よる強化”が少ないのに対し
、Ｍｎを抑えた本発明鋼では、時効による強１ヒが大き
いことが明らかである。

実施例　３ 第１表に示した本発明鋼１について、分塊圧延によって
得た個片を全圧下率が４０チとなるような終了温度９６
０℃の熱間圧延を施し、その後水内を行い、更に一部に
ついては第４表に示した条件で時効処理を施して引張り
性能及び衝撃性能を調査した。

得られた結果を第４表に併せて示す。

第４表に示される結果からも、本発明鋼は、製遣方法の
如何によらず非磁性ドリルカラー用鋼として好適な性能
を発揮することがわかる。

く総括的な効果〉 以上１ゴ説明した如く、この発明によれば、非磁性ドリ
ルカラー用鋼の品質同上並びにコスト低減に顕著な効果
がもたらされるなど、産業上の荷吊性には計り知れない
ものがある。

【図面の簡単な説明】

添附図面は、透出率と鋼組成との関係を示すグラフであ
る。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量割合にて、 Ｃ：０．１０〜０．３５％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ
   ：１２〜２０％、Ｎｉ：０．０１〜６．００％、Ｃｒ：
   １２〜２０％、Ｖ：０．１〜１．５％、Ｎ：０．１〜０
   ．５％ を含有するとともに残部が実質的にＦｅから成り、かつ
   、式 ２０×Ｃ（％）＋２０×Ｎ（％）＋０．５×Ｍｎ（％）
   ＋Ｎｉ（％）≧１８．５を満たす成分組成に構成された
   ことを特徴とする非磁性ドリルカラー用鋼。
2. （２）重量割合にて、 Ｃ：０．１０〜０．３５％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ
   ：１２〜２０％、Ｎｉ：０．０１〜６．００％、Ｃｒ：
   １２〜２０％、Ｖ：０．１〜１．５％、Ｎ：０．１〜０
   ．５％、Ｃｕ：１．５％以下を含有するとともに残部が
   実質的にＦｅから成り、かつ、式 ２０×Ｃ（％）＋２０×Ｎ（％）＋０．５×Ｍｎ（％）
   ＋Ｎｉ（％）≧１８．５を満たす成分組成に構成された
   ことを特徴とする非磁性ドリルカラー用鋼。
3. （３）重量割合にて、 Ｃ：０．１０〜０．３５％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ
   ：１２〜２０％、Ｎｉ：０．０１〜６．００％、Ｃｒ：
   １２〜２０％、Ｖ：０．１〜１．５％、Ｎ：０．１〜０
   ．５％、 Ｂ：０．００２〜０．０１５％ を含有するとともに残部が実質的にＦｅから成り、かつ
   、式 ２０×Ｃ（％）＋２０×Ｎ（％）＋０．５×Ｍｎ（％）
   ＋Ｎｉ（％）≧１８．５を満たす成分組成に構成された
   ことを特徴とする非磁性ドリルカラー用鋼。
4. （４）重量割合にて、 Ｃ：０．１０〜０．３５％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ
   ：１２〜２０％、Ｎｉ：０．０１〜６．００％、Ｃｒ：
   １２〜２０％、Ｖ：０．１〜１．５％、Ｎ：０．１〜０
   ．５％、Ｃｕ：１．５％以下、Ｂ：０．００２〜０．０
   １５％ を含有するとともに残部が実質的にＦｅから成り、かつ
   、式 ２０×Ｃ（％）＋２０×Ｎ（％）＋０．５×Ｍｎ（％）
   ＋Ｎｉ（％）≧１８．５を満たす成分組成に構成された
   ことを特徴とする非磁性ドリルカラー用鋼。