JPS63100152A

JPS63100152A - 高耐食性鋳造合金

Info

Publication number: JPS63100152A
Application number: JP24594886A
Authority: JP
Inventors: Akira Yoshitake; 吉竹　晃; Akio Kuhara; 久原　昭夫
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1986-10-15
Filing date: 1986-10-15
Publication date: 1988-05-02

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、腐食環境、特に塩化物、炭酸ガス、硫化水素
ガス等を含む腐食環境での応力腐食割れ、粒界腐食、ス
キマ腐食、孔食などの腐食に対してすぐれた抵抗性を有
し、かつ強度および良好な溶接性等を兼ね備え、石油・
天然ガス油井用配管材料等として有用な高耐食性鋳造合
金に関する。

〔従来の技術〕

耐食材料としては、Ｊ　Ｉ　Ｓ　　Ｇ５１２１（Ｓ　Ｃ
５２３）等のステンレス鋼が知られているが、例えば石
油・天然ガス油井のように、高濃度の塩素イオン、炭酸
ガスおよび硫化水素等を含む腐食環境に対する耐食性は
十分ではない。このような腐食環境に使用される耐食材
料として、本出願人は、特開昭６０−１６５３６３号に
おいて、１９〜２４％Ｃｒ−３〜８％Ｎ　ｉ　−１〜５
％Ｍｏ−０．５〜３％Ｃｕ−０．２〜４％Ｃｏ　−０，
０５〜０．３％Ｎ−Ｆｅ系ステンレス鋼を提供した。ま
た、特公昭４１−１０６０７号公報には、ハロゲンイオ
ンの存在する腐食環境における耐孔食性を改善した合金
として、１７〜２５％Ｃｒ−３５〜４５％Ｎｉ−１０〜
１５％ＭＯ％　Ｆｅ系耐食合金、およびその成分系にＷ
ＳＶＳＴｉ、Ｎｂｓ　Ａｌ、Ｚｒ、。

Ｂのいずれか１種もしくは２種以上の元素を添加した耐
食合金が開示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

石油・天然ガス油井においては、エネルギ確保のため、
より劣悪な環境での採掘を余儀なくされており、ことに
井戸の深度が深（なるにつれ、塩素イオン、炭酸ガス、
硫化水素ガス等の腐食因子の増大や、温度、圧力の上昇
を伴い、また油井を回復するために炭酸ガス、海水等を
井戸に圧入することも行われる等、使用環境の苛酷化が
著しい。

従来の材料では、このような使用環境における構造材料
としての安定性や十分な耐用寿命を保証することは困難
である。

本発明は上記に鑑み所謂サワー油井等のように、高濃度
の塩化物、炭酸ガス、硫化水素ガス等を含む環境におけ
る孔食、応力腐食割れ、粒界腐食、硫化物応力腐食割れ
等に対するすぐれた抵抗性を有し、かつ強度、溶接性等
を備えた新規耐食合金を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明の高
耐食性鋳造合金は、Ｃ：　０．０３％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１
．０％以下、Ｃｒ　：　２０．０〜２３．０％、Ｎ　ｉ
　：　４０．０〜４５．０％、Ｍｏ：２．０〜４．０％
、Ｃｕ：１．５〜３．０％、Ｎｂ：０．１〜０．６％、
残部Ｆｅからなり、かつ次式（１）および〔■〕　：Ｎｂ（％）＝１０ＸＣ（％）〜２０ＸＣ（％）・・・（
＋）Ｃｒ（％）＋Ｎｉ（％）＋３　（Ｍｏ（％）＋Ｃｕ
（％）＋Ｎｂ（％）〕≧８０・・・（Ｉ［）を満たす成分構成を有していることを特徴としている。

本発明合金の成分限定理由は次のとおりである。

Ｃ：　０．０３％以下Ｃはオーステナイト生成元素であり、かつ強度の向上に
著効を有するが、含有量が多すぎると、クロム炭化物が
析出し易くなり、炭化物近傍におけるＣｒｆｉ度が減少
する結果、粒界腐食、孔食、すきま腐食等に対する抵抗
性が低下し、かつ耐応力腐食割れ性の劣化をみる。この
ため、０．０３％を上限とする。

Ｓｉ：１．０％以下Ｓｔは溶鋼の脱酸剤であり、また鋳造性を改善する元素
として必要であるが、多量に添加すると、溶接性が悪く
なり、靭性も低下するので、１．０％を上限とする。

Ｍｎ：１．０％以下Ｍｎは脱酸・脱硫元素として添加される。このための含
有量は１．０％までで十分であり、それをこえる必要は
ない。

Ｃｒ　：　２０．０〜２３．０％Ｃｒは耐粒界腐食性、耐孔食性、耐スキマ腐食性等の耐
食性の向上に奏効する元素である。特に、塩素イオンを
含む環境での耐孔食性、耐スキマ腐食性を高めるために
は、Ｃｒ（％）＋３Ｍｏ（％）≧２６（％）であること
が要求される。とりわけ、Ｃｒ（％）＋３Ｍｏ　　（％
）≧２９（％）とした場合には、例えばＡＳＴＭ　　Ｇ
４８に規定された６％塩化第二鉄（ＦｅＣ１３）水溶液
腐食試験における良好な耐食性（耐孔食性、耐スキマ腐
食性）を確保することができる。

更に、Ｃｒの添加は、塩素イオンや硫化水素ガス等の共
存する腐食環境における硫化物応力腐食割れに対する抵
抗性の改善に奏効する。その効果は、前記（Ｉｔ）式で
示される条件を満たすことにより発揮される。

上記のＣｒ（％）＋３Ｍ０（％）≧２６（％）の条件お
よびＣＩ＋）弐に示される条件を満足させるために、Ｃ
ｒｌは少なくとも２０．０％であることが必要である。

しかし、２３．０％を越えて多量に添加しても、それ程
の効果はない。耐孔食性、耐スキマ腐食性の面からは２
３．０％までの添加で十分である。また、２３．０％を
越えると、鋳造性や溶接性の低下を招くので好ましくな
い。よって、２３．０％を上限とする。

Ｎｉ：４０．０〜４５．０％Ｎｉは硫化水素ガスを含む環境下での耐硫化物応力腐食
割れ性を確保するための必須の元素である。また、Ｎｉ
の添加により合金組織をオーステナイト相とすることは
、硫化物応力腐食割れに対する感受性を小さくする面か
らも必要である。この効果を確保するには、他の元素の
含有量とも関連して前記（ＩＩ）で示される条件を満足
しなければならない。そのために必要なＮｉｌは少なく
とも４０．０％である。Ｎｉによる耐硫化物応力腐食割
れ住改善効果は、Ｎ　ｉ　ｆｉ４５．０％までの添加で
十分に達成され、それ以上に添加することはコスト高と
なり経済上好ましくない、よって、Ｎｉ量は４０゜０〜
４５．０％とする。

Ｍｏ：２．０〜４．０％Ｍｏは耐孔食性の改善に必須の元素である。ことに塩素
イオンを含む環境に対しては少な（とも２．０％のＭＯ
が必要である。また、前記Ｃｒ量との関係から、Ｃｒ（
％）＋３Ｍｏ　（％）≧２６（％）を満たすためにも、
２．０％以上の添加を必要とする。添加量の増加に伴っ
て、その効果も増大するが、本発明合金の主用途である
、塩素イオン、炭酸ガス、硫化水素ガス等を含む、所謂
サワー油井環境に対しては、最大４％までの添加で十分
であり、それ以上の添加を必要としない。よって、ＭＯ
量は２．０〜４．０％とする。

Ｃｕ：１．５〜３．０％Ｃｕは一般耐食性改善元素であり、特に塩化イオン等を
含む環境に対する一般耐食性を高める効果を有する。こ
の効果を得るための添加量は１．５〜３．０％で十分で
ある。

Ｎｂ：０．１〜０．６％Ｎｂは本発明合金を最も特徴づける元素の１つである。

本発明合金組成にＮｂを添加することにより、耐粒界腐
食性が顕著に向上すること、およびその効果を得るには
０．１％以上を必要とすることが見出された。Ｎｂの増
量によりその効果は増大するが、０．６％を越えると略
飽和する。

更に、Ｎｂの添加は、サワー油井のように、高濃度の硫
化水素ガスを含む環境における硫化物応力腐食割れ感受
性の減少に著効を奏すること、この効果を確保するには
、その添加量を０．１％以上とし、かつ他の元素の含有
量と関連して前記〔■〕式の関係を満たすことが必要で
あることが見出された。

Ｎｂは上記のように耐粒界腐食性および耐硫化物応力腐
食割れ性を顕著に高める元素であるが、その反面、０．
６％を越える多量のＮｂを添加すると、溶接亀裂感受性
が高くなることが見出された。

従って、配管材用途に対する適性を確保するには、溶接
亀裂感受性を低く抑えるために、Ｎｂ量は０゜６％を越
えてはならない。

上記のように、耐粒界腐食性、耐硫化物応力腐食割れ性
の顕著な改善効果、並びに良好な溶接性を確保するとい
う観点から、ＮＪＩを０．１〜０．６％の範囲に規定し
た。

本発明合金の成分組成は、各構成元素の個別の量的規定
に加えて、前記（１）式および（Ｉｆ）式に示されるよ
うに、諸元素相互間の量的関係が規定される。ＣＩ）式
で示される条件を必要とするのは、Ｎｂの添加効果、特
に耐粒界腐食性の改善効果がｃ４と密接に関連しており
、Ｃ量の１０倍量ないし２０倍量のＮｂの添加により、
Ｎｂの耐粒界腐食性の顕著な改善効果が発揮されるから
である。

、また、（ＩＩ）式で示される関係式は、本発明合金の
最も強調せねばならない点である。この関係式は、５％
ＮａＣ１水溶液に０．５％ＣＨ，Ｃ０ＯＨ水溶液を加え
てｐＨ値を調節したうえ、硫化水素ガスを大気圧で飽和
させた溶液を試験液として使用し、室温で行った低歪速
度引張試験（歪速度：８．３３　Ｘ　１０−　ｌ１ｍ　
／　５ｅｃ）の結果から得られたもノテする。、この関
係式を満足することにより、後記実施例にも示したよう
に、硫化物応力腐食割れ感受性が太き（減少し、硫化水
素ガスを含むサワー油井環境における硫化物応力腐食割
れに対してすぐれた抵抗性が確保される。

〔実施例〕

第１表に供試材の成分組成と腐食試験および溶接性試験
結果を示す。賦香（患）１〜３は発明例、ｍ１０１〜１
０５は比較例であり、比較例のうち、隘１０５はＪ　Ｉ
　Ｓ　　Ｇ５１２１に規定されている５ＣＳ２３相当鋼
である。

すべての供試材は、高周波誘導溶解炉により溶製され、
金型遠心鋳造されたチューブ（外径１３０φ。

肉厚２５１．長さ５００１　、關）であり、チューブを
１１００℃に加熱後水冷する溶体化処理を施したのち、
試験片を切り出した。

（１）粒界腐食試験：Ａ　Ｓ　ＴＭ　　Ａ２６２　Ｐｒａｃｔｉｃｅ　Ｃによ
り、沸腋６５％硝酸溶液中に試験片を浸漬し、２４０時
間経過後の試験片を秤量し、腐食−ｆｉ量（ｔｍ　／　
ｙｅａｒ）を求める。

（Ｉｆ）硫化物応力腐食割れ試験：５％Ｎ　ａ　Ｃｊｌ　＋０．５％Ｃ）（３ＣＯＯ）（溶
液に、硫化水素ガスを大気圧で飽和させ、液温８０℃に
設定した溶液を腐食試験液として使用。

試験片を上記腐食溶液に浸漬し、低歪速度引張試験機に
より、８．３３　Ｘ　１０−　’　ｍ　／　ｓｅｃの歪
速度で引張試験を行ってその伸びε、。、を測定する。

上記測定値（ε、。、）と、同じ試験片について大気中
で引張試験を行った場合の伸びεａｉｒとの比〔Ｃ３゜
ｔ／εａｉｒ＝Ｋ）（硫化物応力腐食割れ感受性指数）
を求める。

（Ｉｌｌ）溶接性試験：タングステン不活性ガスアーク溶接（ＴＩＧ溶接）法に
より、溶接棒を使用せず、溶接電流１００Ａにて、試験
片表面に長さ２００ｆｉのビードを形成する。そのビー
ド部およびその近傍の欠陥（クランク）の有無をカラー
チエツクにより調査して溶接性の良否を判定する。

まず耐粒界腐食性についてみると、ＮｂＯ，１％以上を
含む発明例（阻１〜３）は、Ｎｂを含まない比較例（Ｎ
ａ　１０１）に比し、耐粒界腐食性が大幅に向上してい
ることがわかる。また、比較例１’ｈ１０３のように、
たとえＮｂ量が０．１％以上であっても、Ｃ１ｉとの関
係式（１）を満足しない場合は、Ｎｂ添加効果が不十分
で、粒界腐食割れに対する抵抗性が低い。なお、本発明
合金は、従来材であるＪＩｓ　　Ｇ５１２１　５Ｃ３２
３ス＋ンレスａ（Ｎａ１０５）ヲ凌ぐ耐粒界腐食性を有
していることも明瞭に認められる。

次に、耐硫化物応力腐食割れ性についてみると、本発明
例（Ｎｌｌ−３）の硫化物応力腐食割れ感受性指数（Ｋ
）は１．０、すなわち腐食液中での伸び（ε、。、）が
大気中でのそれ（εａｉｒ　）と同一であり、硫化物応
力腐食割れに対する高い抵抗性を有していることがわか
る。その耐応力腐食割れ性は、従来材であるＮ１１０５
の５ＣＳ２３（その指数には０．８１）を大きく凌いで
いる。他方、Ｎｂを含まない比較例磁１０１の指数（Ｋ
）は０．９１と低い。

また、注目すべき点は比較例１１ｈ１０４であり、Ｎｂ
を０．１％以上含有していながら、（ｎ）式で算出され
る値が８０に満たないために、指数（Ｋ）は０゜９５と
低く、硫化物応力腐食割れに対する抵抗性が低い。この
ことから、耐硫化物応力腐食割れ特性を高めるには、Ｎ
ｂ量の単独規定と併せて、〔■〕式で算出される値が８
０以上でなければならないことがわかる。

次に、溶接性についてみると、Ｎｂを多量に含む比較例
１’！１１０２は割れが発生している。同側はＮｂ量が
高（、しかも（ＩＩ）式をも満足しているので、極めて
すぐれた耐粒界腐食性および耐硫化物応力腐食割れ性を
備えているけれども、そのＮｂ量が本発明の規定する上
限値（０，６％）を越えているがために、溶接亀裂感受
性が高くなっているのである。他方、本発明例（１１ｈ
１〜３）は、粒界腐食および硫化物応力腐食割れに対す
る高度の抵抗性と併せて、工業用材料として不可欠の条
件である良好な溶接性をも備えていることがわかる。

〔発明の効果〕

本発明合金は、耐孔食性、耐粒界腐食性、耐スキマ腐食
性等にすぐれたいるほか、塩素イオンおよび硫化水素等
を含む腐食環境での硫化物応力腐食割れに対してすぐれ
た抵抗性を有しており、また溶接性も良好である。従っ
て、本発明合金は、各種の耐食用途に有用であり、特に
サワー油井配管材料として好適である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ
：１．０％以下、Ｃｒ：２０．０〜２３．０％、Ｎｉ：
４０．０〜４５．０％、Ｍｏ：２．０〜４．０％、Ｃｕ
：１．５〜３．０％、Ｎｂ：０．１〜０．６％、残部Ｆ
ｅからなり、かつ次式〔 I 〕および〔II〕：Ｎｂ（％）＝１０×Ｃ（％）〜２０×Ｃ（％）・・・〔
I 〕Ｃｒ（％）＋Ｎｉ（％）＋３〔Ｍｏ（％）＋Ｃｕ
（％）＋Ｎｂ（％）〕≧８０・・・〔II〕を満たすことを特徴とする高耐食性鋳造合金。