JPS6358892B2

JPS6358892B2 -

Info

Publication number: JPS6358892B2
Application number: JP4729779A
Authority: JP
Priority date: 1979-04-19
Filing date: 1979-04-19
Publication date: 1988-11-17
Also published as: JPS55141546A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は耐硫化物腐食割れ性に優れた油井管用
高張力鋼の製造方法に係り石油工業に関して用い
られる油井管などを主たる用途とした高張力鋼と
して酸性油田等における石油、ガスに含まれる硫
化水素による応力腐食割れ、即ち硫化物腐食割れ
に対する抵抗性を大幅に向上せしめ従来のものに
おいては使用できなかつたような高強度領域にも
使用することのできる新規な油井管用高張力鋼の
製造方法を提供しようとするものである。近年における石油、ガスの需要量増大およびそ
の価格上昇に伴い高深度油井の開発が増加してい
ることは周知の通りであつて、この高深度油井に
おいてはサワーガスを含有する場合が多い。又従
来から酸性油井の開発も多く、この酸性油井にお
いても上記サワーガスの場合と同様に硫化水素に
よる応力腐食割れ、即ち硫化物腐食割れ
（Sulphide Stress Corrosion Cracking）が発生
し易く、このことが高張力油井管の使用上におい
て大きな障害となつている。即ち油井管としては
環境の緩和とかコーテイングの実施というような
対応策は実現困難であつて材料的な面から、降
伏強度60Kg／mm²未満の低強度材料、硬度がH_R
C22以下、熱処理としては焼入、焼戻し処理を
行つたものがこのような油井管として使用されて
いるのが現状であるが、上記したような高深度油
井管としては勿論のこと、従来深度のものであつ
ても降伏強度σ_yが60Kg／mm²以上の高張力油井管の
使用が好ましく、むしろ不可欠であつて、上述し
たような条件下で耐応力腐食割れ特性の優れた高
張力油井管などの開発に関しては業界において広
く望まれているところである。本発明は上記したような実情に鑑み検討と工夫
を重ねて創案されたもので、本発明者等は焼入―
焼戻しタイプの降伏強度60Kg／mm²以上の高張力鋼
に関してその硫化物腐食割れに及ぼす合金元素の
影響ならびに非合金介在物の形状制御による効果
を検討した結果、降伏強さ60〜85Kg／mm²の所謂Ｃ
―100レベルまでの耐硫化水素特性が優れた油井
管用高張力鋼を得、上述したような油井管などと
して用いるに適した高張力鋼の製造方法を確立す
ることに成功した。即ち本発明によるものを更に説明すると、既に
説明したような硫化水素による応力腐食割れは鋼
管などの強度、熱処理に大きく関係している。蓋
し熱処理として焼入れ、焼戻しを行い、強度的に
は降伏強度60Kg／mm²未満のものが現状であるが、
本発明では成分系の検討および硫化物腐食割れに
対する成分の影響ならびに非金属介在物の形状制
御の効果を検討した結果、非金属介在物、特に
MnSの形状制御のために従来技術では希土類元
素（REM）の添加が水素誘起割れ、即ち無応力
下の硫化水素による鋼の割れ現象低減に効果があ
るとされているけれども油井管等における硫化物
腐食割れは水素誘起割れとは異り応力附加状態で
の割れに対しては成分のみならず非金属介在物の
効果が重要であることを知つた。蓋し本発明によ
るものはＣ：0.15〜0.40％、Si：0.2〜0.6％、
Mn：0.2〜1.5％、Ｓ：0.010％以下、Cr：0.2〜1.5
％、Mo：0.1〜１％、Al：0.005〜0.08％、
REM：0.005〜0.05％をベース成分とし、更に
Ｖ：0.03〜0.15％或いはTi：0.01％〜0.10％、
Ｂ：0.01％の何れか一方を含有し残部が鉄および
不可避不純物からなり、降伏強度が60〜85Kg／mm²
である調質型の耐硫化物腐食割れ性に優れた油井
管用高張力鋼を得ようとするもので上記成分組成
の鋼を850℃〜950℃の範囲でオーステナイト化後
急冷し、更に630℃以上、A₁点以下の温度で焼戻
しを行うものである。このような本発明についてより具体的に説明す
ると、本発明においてその成分組成を限定した理
由は以下の通りである。Ｃについては、強度を得るためには0.15％以上
が必要であり、0.40を超えると靭性、耐食性を害
し、又焼入熱処理上も好ましくなく、0.15％未満
では強度が得られないので0.15〜0.40％とする。 Siは、製鋼上脱酸剤として添加され、強度上昇
の効果もあるものであるが、0.20％未満ではその
効果が得られず、又0.60％超えでは靭性を害する
ので0.20〜0.60％とした。 Mnは、脱酸目的および強度上昇のために必要
な元素であつて0.2％未満ではそれらの効果が適
切に得られない。然しそれが1.5％超えとなると
介在物を形成し易くなり耐応力腐食割れ性を低下
させるので好ましくない。Ｓについては、硫化物として介在物を形成し、
耐食性、耐応力腐食割れ性を低下させるので必ず
0.010％以下とすることが必要である。 Alは、脱酸剤として添加され、靭性向上にも
効果があるので0.005％以上は必要であるが、
0.08％を超えると焼入性に若干害があることとな
ると共に介在物を生じて耐応力腐食割れ性を低下
させる傾向があるので0.005〜0.08％とした。 REMは、La＋Ceで示されるものであつて既述
したような優れた耐硫化物割れ性を附与するため
にこれを添加することが必要条件であつて、
0.005％以上を添加することによつて硫化物系介
在物の形状制御に効果があり、延伸したMnSを
低下させ耐応力腐食割れ性を向上させる。然しこ
のREMの添加量が0.05％以上となつてもその効
果が殆んど飽和し、却つてREMの介在物が鋼塊
ボトム部に生じやすくなるのでこれを上限とす
る。 Crは、強度向上および焼戻し軟化抵抗を増す
ために必要な元素であつて、又耐食性にも有効で
あるが、0.2％未満ではその効果が少く、然して
1.5％超えでは焼入硬化性が強過ぎることとなる
ので上限を1.5％とした。 Moは、焼入性、強度向上に有効であつて、特
にCrと共存して有効であり、そのためには0.1％
以上は必要であるが、１％超えとなると靭性に害
があるため上限を１％とした。上記したようなベース成分に対し本発明では以
下の成分を適宜に含有させることができる。即ち、Ｖは強度向上と焼戻し軟化抵抗を増すた
めに必要な元素で、Cr，Moと組合わせることに
よりその効果を強く得ることができるが、0.15％
超えではその効果が飽和し、加工性その他に害が
ある。0.03％未満ではその効果が少い。この元素
は少量添加でオーステナイト粒の細粒化により降
伏比を増し、耐応力腐食割れ性を向上させること
ができる。 Ti，Ｂは強度向上、焼入性向上に効果があり、
Tiと組合わせて用いることによりＢの効果があ
らわれる。然して少量添加でオーステナイトの細
粒化をはかり耐応力腐食割れ性を向上させること
ができ、Tiが0.1％を超え、Ｂが0.01％超えでは
加工性、靭性に害がある。またTiが0.01％未満で
はその効果が少い。焼入温度については、850℃未満では強度を得
るためのＣの固溶、オーステナイト化が十分はか
られず、又950℃を超えるとオーステナイト粒が
粗大となり、耐硫化物腐食割れ性を低下させるの
で850℃以上、950℃以下とする。焼戻温度についても同様にすぐれた、耐硫化物
腐食割れ性を有するには、十分な焼戻しをなし微
細炭化物を含む焼戻しマルテンサイトとすること
が必要であり、このため630℃以上の焼戻温度と
し、かつA₁点を超えると焼戻して後特性を劣化
させる組織が生成するのでA₁点以下とすること
が必要である。蓋し従来の油井管ではＣ―75以上の強度を有す
るものとなると耐硫化物腐食割れ性が急激に劣化
し、実用的に使用することができなかつたが、本
発明により上記のような成分系を採用し介在物を
制御することにより80Kg／mm²に近い降伏強さのも
のまで優れた耐硫化物腐食割れ性を得しめること
ができる。本発明によるものの具体的な実施例を比較例と
共に示して説明すると、本発明者等は次の第１表
に示すような各組成の鋼を供試鋼として準備し
た。なおこの第１表および後述する第３表におい
ては示さなかつたが、これらＡ〜Ｋの鋼は何れも
0.02〜0.05％の範囲でAlを含有したものである。

【表】即ちＡ鋼は焼入れ性を考えて基本鋼としたCr
―Mo鋼であり、Ｂ〜Ｄ鋼は焼入性を考え、更に
細粒と炭化物の微細析出を行つたCr―Mo―Ｖ系
鋼で、更に介在物制御を行うためＳを低くし、
REMの添加を行つたものである。又Ｅ鋼は同様成分にREMを過剰に添加したも
のであり、Ｆ〜ＪはCr，Mo，Ｖを夫々単独又は
複合して添加したものである。更にＫ鋼はCr―
Mo―Ti―Ｂ系鋼としたものである。然してこれらの鋼は何れも降伏強度が75〜80
Kg／mm²となるように850〜950℃で焼入れし、630
℃以上、A₁点以下で焼戻した場合における降伏
強度ならびに耐硫化物応力腐食割れ性を試験した
結果は次の第２表の通りである。なおこの硫化水素による応力腐食割れの試験方
法としては４点曲げによる定歪式応力附加法によ
り各応力レベルに附加した試験片を0.5％酢酸溶
液に硫化水素を飽和させた試験液に浸漬し、200
時間経過後に取出して割れの有無を確認したもの
である。又この第２表における試験結果において、○印
は割れの存しないことを示し、×は割れの生じた
ことを示すものであつて、割れの発生が確認され
た以上の応力条件での試験は省略したこと図示の
通りである。

【表】 ◎は本発明よるもの、その他は比較例である
。
即ち比較鋼たるＡ鋼は0.7σ_y以上では割れを生
じているのに対しCr―Mo―Ｖ鋼或いはCr―Mo
―Ti―Ｂ鋼として適量のREM添加を行い、介在
物の形状制御を行つたＢ〜Ｄ鋼ならびにＫ鋼は少
くとも0.8σ_yまでは優れた耐硫化物腐食割れ特性
を有していることが確認された。又REMを含んでおらず、然かも本発明規定範
囲内のCr或いはMoの一方しか含まない鋼Ｇ，Ｉ
は所定の降伏強度が得られているとしても硫化物
応力腐食割れ試験結果は基本鋼である鋼Ａの場合
以下である。更に鋼Ｈ（0.9％Cr）、鋼Ｊ（0.5Mo―
0.05V）では本発明で規定する範囲のREMを含
んでいるにも拘わらず降伏強度の70％応力
（0.7σ_y）を付加した段階で割れを生じている。な
お、本発明鋼Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｋと比較してＶ或いは
Ti，Ｂだけが不足する鋼Ｆでは0.7σ_yでは割れを
生じていないが、0.8σ_yでは割れを生じており、
本発明鋼の優位性は明かである。蓋しこれらの結果から明かなように単に所定の
強度が得られるように成分選定を行つた鋼（Ａ，
Ｇ，Ｉ）或いは所定の強度がでるようにベース成
分を選定しこれに介在物の形状制御元素である
REMを加えた鋼（Ｈ，Ｊ，Ｆ）では硫化物応力
腐食割れ特性の優れた高張力鋼を得ることができ
ない。本発明で開示する降伏強度60〜85Kg／mm²で
あつて、しかも優れた硫化物応力腐食割れ特性を
有する鋼とするには、Ｓ0.01％とし、Cr，Mo
を所定の範囲で含有させ、更にＶ或いはTi―Ｂ
というような元素を加えることにより焼入時のオ
ーステナイト粒をJISのNo.５以上の細粒とすると
共に充分な焼入強度を持たせておき、更にこれに
REMを加えることが必要である。又上記とは別に次の第３表に示すＬ〜Ｏの鋼種
を準備した。

【表】これらの鋼Ｌ〜Ｏは177.8φ×11〜12.65t（mm）
の鋼管に製造後、850〜950℃の温度から焼入を行
い、然して鋼Ｌ，Ｎ，Ｏについては630℃以上で
焼戻しを行い、又鋼Ｍについては焼戻温度の影響
を調べるため３つの温度レベルで焼戻しを行い硫
化物腐食割れ性を調査した。割れ試験は限界応力
値を正確に求めるため丸棒試験材を用いて
NACEが提案している定荷重引張型材により行
い、試験液はNACE標準液の0.5％酢酸＋５％塩
化ナトリウム水溶液に硫化水素を飽和させた溶液
を用い、又試験時間は720時間である。然してこ
れらの試験結果を720時間後の限界応力の降伏点
に対する割合で示すと第４表に示す通りである。

【表】

【表】即ち比較鋼のＯ鋼に比し本発明鋼のＬ，Ｍ，Ｎ
は何れも優れた特性を示すが、又この本発明鋼に
あつても降伏強度の80％以上の限界応力を有する
鋼を安定して得るには焼戻し温度を630℃以上と
して十分な焼戻しを行なうことが必要である。以上説明したような本発明によるときは耐硫化
物腐食割れ性に極めて優れた高張力鋼を提供する
ことができ、従来のもの（Ｃ―75）に比較し降伏
強さが20Kg／mm²も高い80Kg／mm²程度（Ｃ―100ク
ラス）或いはそれ以上の安定した耐硫化物腐食割
れ性を有し、高深度油井、酸性油井などに使用す
る上において頗る有利な鋼管類その他を提供する
ことができるものであるから工業的にその効果の
大きい発明である。

Claims

【特許請求の範囲】

１Ｃ：0.15〜0.40％、Si：0.2〜0.6％、Mn：0.2
〜1.5％、Ｓ：0.010％以下、Cr：0.2〜1.5％、
Mo：0.1〜１％、Al：0.005〜0.08％、REM：
0.005〜0.05％をベース成分とし、更にＶ：0.03〜
0.15％或いはTi：0.01％〜0.10％、Ｂ：0.01％以
下の何れか一方を含有し残部が鉄および不可避不
純物から成る鋼を850℃以上950℃以下で焼入れ
し、630℃以上A₁点以下で焼戻すことを特徴とす
る降伏強度が60〜85Kg／mm²の耐硫化物腐食割れ性
に優れた油井管用の高張力鋼の製造方法。