JPS63210259A - 耐硫化物割れ性にすぐれた油井用高強度鋼 - Google Patents

耐硫化物割れ性にすぐれた油井用高強度鋼

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JPS63210259A
JPS63210259A JP4143587A JP4143587A JPS63210259A JP S63210259 A JPS63210259 A JP S63210259A JP 4143587 A JP4143587 A JP 4143587A JP 4143587 A JP4143587 A JP 4143587A JP S63210259 A JPS63210259 A JP S63210259A
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JP
Japan
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less
steel
resistance
strength steel
strength
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JP4143587A
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English (en)
Inventor
Terutaka Tsumura
津村 輝隆
Fukukazu Nakazato
中里 福和
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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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】 (利用分野) 本発明は湿潤硫化水素環境において、すぐれた耐硫化物
割れ性を発揮し、油井やガス井で使用される構造部材、
例えば油井管やラインパイプ、サッカーロッド、さらに
油井、ガス井の周囲に使用される装置用部材として用い
るのに好適な油井用高強度鋼に関するものである。
(発明の背景及び先行技術) 近年、新油田あるいは新ガス田開発に目立つ特徴として
、従来は放置されていたような深層にしてかつ油やガス
が硫化水素(H,8)で汚染された、所謂サワー環境下
にあるものにまで開発の目が向けられるようになってき
た1ことをあげることができる。
従って、石油及び天然ガスの生産分野においては、近年
、土圧(地層の圧力)やガス圧あるいは鋼材の自重によ
る引張シ荷重に耐えるとともにサワー環境で使用しても
十分に所望性能を発揮するところの高強度にして硫化物
割れ(以下、5scaと称す)にも強い抵抗力を有する
鋼に対する要望が一段と大きくなってきている。
鋼の耐5saa性を向上させる手段については1950
年来、種々の検討が加えられてきているが、現在ではl
NAc!K 8tandard MR−01−750.
977、Revision )  に示された硬度(強
度)の上限以下に鋼の強度2抑えることが5sca防止
−に最も有効であるとされておシ、このためにL−80
(降伏強さの下限が80. OQ Opsi[5& 2
 klif/■2〕)がAPI規格に加えられてユーザ
ーの要望に応えてきていた。
ところが上述のようなサワー深井戸においては、油井管
として強度を抑えたものを用いると、必然的にその必要
肉厚を厚くせざるを得す、経済性及び作業性の点で著し
い不利を招くようになるという問題があったのである。
このようなことから、前述のL−80よシもさらに強度
が高く、かつ耐5sac性にすぐれた鋼材が切望される
ようになってきておシ、特に最近では、降伏強さの下限
が9 0.1,Q OQ psi(6五3ゆf/■りを
超す高強度油井管に対する要望も大きくなっている。
従来、このような高強度、高耐5sac性に対する要求
に対しては焼入れ、焼戻し処理によって形成された均一
な焼戻しマルテンサイト組織を有するAIS工 413
0系鋼を用いたシ、あるいは鋼の水素吸収を防止するた
めにCOを添加することが試みられてきたが、それでも
A工S工 4130系鋼では依然として十分に満足でき
る耐食性を実現することができない。
その上、Co  添加鋼ではCOの水素吸収防止効果を
発揮させるためにはMOとの複合添加を避ける必要があ
漫、従って0.Or 又はVなどの強化元素を多量に添
加して鋼の強化を図らねばならず、靭性劣化を招くこと
となるほか、十分添加する必要があるので、鋼材製造コ
ストが大幅に上昇するという問題を避けることができな
かった。
一方、耐5sac性のすぐれた鋼の製造方法として、特
開昭57−89436号、58−224116号及び5
9−222526号記載の方法が開示されている。しか
しながら上記特開昭57−89436号及び58−22
4116号記載の方法では後述するように焼入性の向上
を図るためにcLo 005%以上のBを添加しており
、また炭化物析出に対するOr +2 Mnの含有量の
範囲について考慮することなく、Sl  含有量も少量
であシ、また特開昭59−222526号に記載の鋼も
Or + 2 Mnの含有量範囲について考慮せず、専
ら粒界偏析の防止と硫化物形態の制御の効果を追求する
のみで−1,Si含有量も少量である。
ところで、耐5saa性の確認方法としてはH!Sを飽
和させた0、5%酢酸水溶液から成る腐食液中で行なう
シェルタイブ試験法が多数の現場実績との対比による研
究の積み重ねの結果開発されておル、この試験によって
測定される5sac限界応力値(Sc値)が下記の弐〇
c  ′≧(SMYS  /(L75 )Xl 0−4
 [但しBM’lBは「規格最小降伏強さ」を意味し、
単位はpsiで表示される〕全満足すれば割れの発生が
ないとされているけれども、従来、%に低合金鋼にはこ
のような厳しい基準を満足するものがなかったのである
なお、上記シェルタイブ試験法は第1図に示すような長
さ方向の中央部にキリ孔を設けた試験片0.)に、第2
図に示すような3点支持曲げにてその中央部に応力を付
加しながら腐食液中に浸漬し、割れ率が50係となる見
掛けの応力を測定して、これをSc 値とするものであ
る。
第2図において符号(2)で示されるものはガラス丸棒
、符号(3)は荷重(応力)を付加するためのボルトで
ある。
また、このよd)な材料自身の改良のほかに鋼材をコー
ティングしたシ、腐食環境中にインヒビターを注入する
などの方法も試みられているが、いずれも十分な効果を
期待できるものではなかった。
(発明の概要) 本発明者らは上述のような観点から、特に降伏強さが6
5 kgflva雪 以上でSa  値が式8C≧(S
MY8 / 0.75 ) X 10−’を満足する耐
5scc性のすぐれた油井用鋼を得るべく研究を行なっ
た結果、下記に示すような知見を得るに至ったのである
(a)  前述のような所定の8C値を満たし、かつ降
伏強さが65kl?f/m”以上の高強度を実現するに
はtO%を超えるSi  を添加して鋼中水素の拡散能
を低下させかつ組織としては焼戻しマルテンサイト組織
とするのが有効であること (b)  鋼中の炭化物は水素の集積場所となり、従っ
てこの炭化物が針状、棒状など切欠欠陥形状を呈した漫
、粗大に凝集したシする場合にはそこが起点となってs
s ccが発生しやすいが鋼中にZr を含有せしめる
と炭化物が球状微細に分散されて耐ss Sc性が著し
く改善されること 記Zr の炭化物微細分散効果が小さくなし、耐5sa
c性の劣化を生ずること (d)  鋼中のBはオーステナイト粒界に炭化物を析
出しやすくするが、とのBiが0.0005憾未満では
粒界炭化物は生じても極めて微細で5saaの発生が抑
制されること (e)  鋼中のN1  は湿潤H,Si境下で孔食の
発生を促し、そこが起点となってss acが起るが、
N1 含有量を0.05%以下に抑えると孔食の発生が
抑制され、従って耐5sac性が改善されること 本発明は以上の知見に基づいてなされたものであり、重
量でOO,15〜a45%、Sit o 超〜 2−0
96 、  Mn    Ol 3 〜 LDl  、
  Oro、1〜t 5 %、 MO11〜11B  
憾、 Mb(LDl  〜110 %、 Zr  cL
o  1〜0. 1 596 s  AZ  CI O
1〜Q、10%を含有するとともに式2×Mn(至))
+〇r鍾)<7−1% を満足し、必要に応じさらに0
.)     V      a   O1〜 a  
 1   ロ  係 、   ’I’1(LOl   
〜 (LID憾の1種以上 (2)  Oa  (L D 01〜0. O10%、
RBM  0.001〜α010%の1種以上 の一方又は両方を含み、残部がFθ及び不可避的不純物
から成る成分組成を有し、かつ不純物中のP、日、Ni
、Hの含有量が夫々P(LO15係以下、s  ao口
5係以下、N1  α03%以下、B  0.OOO5
%未満であシ、而も焼戻しマルテンサイトを主体とする
組織を有する耐5sco性にすぐれた油井用高強度鋼を
提供する点に特徴を有するものである。
(詳細な説明) 本発明は上記のような成分組成と組織とを有するもので
あるがこのように限定した理由について説明する。
0.)  成分組成 0: Cは鋼の焼入性増加、強度増加に加えて細粒化の
ためにも有効な成分であるが、0.15係未満では強度
低下及び焼入性劣化をきたし、所望の強度に対して低温
での焼戻しを余儀なくされるため5sac感受性が大き
くなるが、一方045%を超えてCを含有すると焼入れ
時の焼割れ感受性が増加し、また靭性劣化をも招くこと
がらC含有量を0.15〜0.45優と定めた。
Si:Si  は鋼中の水素の拡散能を低下させて耐5
sca性の向上に有効であるとともにAcl変態点をあ
げて高温焼戻しが安定して行えるようにするためにも有
効であシ、また焼入性や強度を高めるのにも有効である
。しかしながら、1.0%以下では鋼中水素の拡散能の
低下に対して所望の効果が得難く、また2係を超えると
熱間加工性が劣化して歩留多低下をきたすので、Sl 
含有量を1.0%超〜2.0%とする。
Mn:Mn  は焼入性と強度を向上させ、かつ脱酸を
よくするために0.3%以上を必要とするが、to係を
超えると偏析が大とな)耐5sca性に悪影響を及ぼす
のでMn!′はIIL3〜t。
憾とする。
Or :  Or  u鋼の焼入性、強度及び焼戻し軟
化抵抗性を増大させる作用がsb、高強度とするのに極
めて有効であるほか、SS○0抵抗性改善作用も有する
が、その含有量がα1優未満では前記作用に所望の効果
を得ることができず、一方t5%を超えて含有させると
靭性の劣化及び焼割れ感受性の増大をきたすことからO
r 量は[lL1〜t5%とする。
なお2×Mn(4)+Or(支))の値が2.1%を超
えると炭化物が粗大に凝集して耐5sca性の劣化を生
ずるため2.1係以下なる制限を設けた。
Mo:MQ  は鋼の焼入性、強度及び焼戻し軟化抵抗
性を増大させ、又靭性を改善する作用を有しさらに耐5
saa性の向上にも有効であるが、α1%未満ではその
効果が十分でなく、一方α8係を超えて含有させても前
記効果が飽和してしまう上、MOは非常に高価であるの
で、α1〜0.L8qbとした。
Nb:Nb  は鋼の強度、靭性の向上音焼戻し軟化抵
抗の付与、細粒化に対して効果を有し、耐5sca性の
向上に対しても効果があるが、α01%未満ではその効
果が十分でなく、一方(Ll 0%を超えて含有させて
も前記効果が飽和してしまい、また靭性の劣化を招くこ
ととなるのでα01〜Q、10%とした。
有するが、a0196未満ではその効果が小さく、一方
a15%を超えると靭性を劣化するので、[L01〜0
.L15壬とした。
At:  ムtは鋼の脱酸の安定化、均質化及び細粒化
を図るのに有効であるが、Q、01qb未満では所望の
効果を得ることができず、一方0.L10%を超えて含
有させてもその効果を飽和してしまい、また靭性の劣化
をきたすので[L01〜(L1G係とした。
P及びS: 降伏強さが特に65 k17f/1I11
”  を超える高強度鋼においては鋼の靭性向上を図シ
、又耐5saa性向上のためには不純物であるP及びS
の含有量を可及的に少なくするのが望ましいが、鋼の製
造コストとのバランスを考慮してP及び日の含有量上限
を夫々α015憾、l1005係とした。
Ni:Ni  は湿潤a、S環境下での孔食の発生を促
し、そこが起点となって5SOCを発生させるので耐5
sac性改善のため不純物としてのN1  をα03優
以下と定めた。
B :鋼中のBが100054未満ではオーステナイト
粒界に炭化物を析出しても極めて微細でesccの発生
が抑制されるため、不純物としてのBをα0005%未
満とした。
V、Ti:V及びTi  は鋼の強度上昇と細粒化に有
効な元素であるが、いずれもその含有量が101%未満
では前記効果が得られず、一方0.10%を超えて添加
すると靭性の劣化を招くこととなるので夫々0.01〜
0.10%の範囲とした。
Ca 、 RFiM :  Oa 及びRIMはいずれ
も鋼中介在物を球状化して圧延方向と直角方向の靭性を
向上させるのに有効であるが、0.001%未満ではそ
の効果が得られず、他方0.0111119gを超える
とその添加効果が飽和するのみならず、それらの非金属
介在物が増加して鋼の清浄性が低下し8B Co感受性
が高くなるの−で夫々の含有量をα001〜α010%
とした。
(2)組織 上記組成を有する鋼であっても、その組織が焼戻しマル
テンサイトを主体とする組織でないと、耐5sac性が
極端に悪化することから鋼の組織を焼戻しマルテンサイ
トを主体とする組織に規定した。即ち、本発明者らはO
,Si。
Mn、(jr、Mo、Nb、Zr、At、P、S、Ni
Bが本発明の範囲内にある種々の鋼を用い、920〜1
000℃の温度から焼入れし、650〜750℃の温度
で焼戻しした焼戻しマルテンサイトを主体とする組織の
ものと、焼ならし材、焼ならし焼戻し材、圧延のままの
もの及び圧延材を焼戻ししたものといった高温での変態
生成物である高温ベイナイト、フェライト、パーライト
を主体とする組織のものについて引張試験を、前述した
シェルタイブ試験を行ないその結果を第3図に示した。
第3図において○は焼入れ焼戻し材で焼戻しマルテンサ
イトを80係以上とする組織を有し、一方Δは焼ならし
材など高温での変態生成物を主体とする組織を有するも
のである。
なお、降伏強さで65 kgf/w+”以上の高強度鋼
の場合、焼戻しマルテンサイト組織の割合が低下するこ
とは強度の低い高温での変態生成物の焼戻し組織の占め
る割合が多くなシ、従って全体としての強度を上げるた
めには焼戻しの温度を下げて焼戻しマルテンサイトの強
度を高くすることが必要となるが、この焼戻しマルテン
サイトの極端な強度アップは耐5sca性の劣化を招く
こととなるので、焼戻しマルテンサイトの割合は80%
以上、好ましくは90係以上でおることが必要である。
一般に焼入れはAc1点以上の温度から行なわれること
が多いが、本発明では焼戻し後の組織において焼戻しマ
ルテンサイトの割合か80係以上、好ましくは90%以
上あればよいから、Ac1点とAc1点の間の温度から
焼入れしてもよ−い。一方焼戻しは一般に行なわれるよ
う1cAc1点以下の温度で行えばよい。
次に本発明を実施例により比較例と対比しながら説明す
る。なお、これらの実施例は本発明の効果を示す単なる
例示であって、本発明の技術的範囲を何等制限するもの
でないことは勿論である。
実施例 まず、通常の方法によって第1表に示すような成分組成
の鋼A −U ff:溶製した。表中、鋼A〜Lは本発
明の範囲内の組成を有しているものであ勺、鋼M −U
は第1表中の脣印を付した点において本発明の範囲から
外れた組成のものである。
次にこれを920〜1020℃の温度に加熱圧延後直接
焼入れあるいは再加熱焼入れし、660〜740℃の温
度で焼戻ししてその組織が焼戻しマルテンサイトを主体
とし、その降伏強さがは’i 77 kgf/w+” 
 となるように調整して耐食性を測定し、その結果を第
2表に示した。
なお、耐食性については各鋼から第1図に示したような
試験片を切シ出し、第2図に示すような試験片支持具に
て該試験片を支持し腐食液組成:cL5%OHgCOO
H+2200〜3200 ppmH,8、温度=20℃
、浸漬時間=200時間の条件での試験にて上記Sc 
値を測定し、その値で示した。
第2表よ)明らかなように本発明鋼は高いBe値を有し
、すぐれた耐5sca性を有することを示している。
上述のように本発明鋼は高い強度で、式Sc≧(SMY
S /α75 ) X 10−4を満足するので、強度
と耐5sac性の要求されるサワー環境下の油井やガス
井に使用される油井用鋼として好適なものであることが
明らかである。
第  2  表
【図面の簡単な説明】
第1図はシェルタイブ試験片を例示するもので、(a)
はその正面図、(b)はその側面図であ)、第2図は試
験片を試験片支持具に支持した状態を示す概略図、第3
図は本発明鋼の耐5sca性に及ぼす組織を示す図面で
ある。 図面において 1・・・試験片 2・・・ガラス丸棒 3・・・応力付加ボルト

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、重量で、C0.15〜0.45%、Si1.0%超
    〜2.0%、Mn0.3〜1.0%、Cr0.1〜1.
    5%、Mo0.1〜0.8%、Nb0.01〜0.1%
    、Zr0.01〜0.15%、Al0.01〜0.10
    %を含有するとともに、式2×Mn(%)+Cr(%)
    ≦2.1%を満足し、残部がFe及び不可避的不純物よ
    り成り、かつ前記不可避的不純物の中、P、S、Ni、
    Bの含有量が夫々P0.015%以下、S0.005%
    以下、Ni0.03%以下、B0.0005%未満であ
    る組成を有し、而も焼戻しマルテンサイトを主体とする
    組織を有することを特徴とする耐硫化物割れ性にすぐれ
    た油井用高強度鋼。 2、重量で、C0.15〜0.45%、Si1.0%超
    〜2.0%、Mn0.3〜1.0%、Cr0.1〜1.
    5%、Mo0.1〜0.8%、Nb0.01〜0.10
    %、Zr0.01〜0.15%、Al0.01〜0.1
    0%、及びV0.01〜0.10%、Ti0.01〜0
    .10%の一方又は両方を含有するとともに、式2×M
    n(%)+Cr(%)≦2.1%を満足し、残部がFe
    及び不可避的不純物より成り、かつ前記不可避的不純物
    の中、P、S、Ni、Bの含有量が夫々P0.015%
    以下、S0.005%以下、Ni0.03%以下、B0
    .0005%未満である組成を有し、而も焼戻しマルテ
    ンサイトを主体とする組織を有することを特徴とする耐
    硫化物割れ性にすぐれた油井用高強度鋼。 3、重量で、C0.15〜0.45%、Si1.0%超
    〜2.0%、Mn0.3〜1.0%、Cr0.1〜1.
    5%、Mo0.1〜0.8%、Nb0.01〜0.10
    %、Zr0.01〜0.15%、Al0.01〜0.1
    0%、及びCa0.001〜0.01%、REM0.0
    01〜0.010%の一方又は両方を含有するとともに
    、式2×Mn(%)+Cr(%)≦2.1%を満足し、
    残部がFe及び不可避的不純物より成り、かつ前記不可
    避的不純物の中、P、S、Ni、Bの含有量が夫々P0
    .015%以下、S0.005%以下、Ni0.03%
    以下、B0.0005%未満である組成を有し、而も焼
    戻しマルテンサイトを主体とする組織を有することを特
    徴とする耐硫化物割れ性にすぐれた油井用高強度鋼。 (4)重量で、C0.15〜0.45%、Si1.0%
    超〜2.0%、Mn0.3〜1.0%、Cr0.1〜1
    .5%、Mo0.1〜0.8%、Nb0.01〜0.1
    0%、Zr0.01〜0.15%、Al0.01〜0.
    10%、及びV0.01〜0.10%、Ti0.01〜
    0.10%の一方又は両方とCa0.001〜0.01
    %、REM0.001〜0.010%の一方又は両方と
    を含有するとともに、式2×Mn(%)+Cr(%)≦
    2.1%を満足し、残部がFe及び不可避的不純物より
    成り、かつ前記不可避的不純物の中、P、S、Ni、B
    の含有量が夫々P0.015%以下、S0.005%以
    下、Ni0.03%以下、B0.0005%未満である
    組成を有し、而も焼戻しマルテンサイトを主体とする組
    織を有することを特徴とする耐硫化物割れ性にすぐれた
    油井用高強度鋼。
JP4143587A 1987-02-26 1987-02-26 耐硫化物割れ性にすぐれた油井用高強度鋼 Pending JPS63210259A (ja)

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WO2022102441A1 (ja) * 2020-11-11 2022-05-19 日本製鉄株式会社 サワー環境での使用に適した鋼材

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