JPWO2004106572A1

JPWO2004106572A1 - 埋設拡管用油井鋼管

Info

Publication number: JPWO2004106572A1
Application number: JP2005506479A
Authority: JP
Inventors: 尚天谷; 勇次荒井
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2024-05-26
Also published as: AU2004243718A1; JP4475424B2; AR044438A1; BRPI0410732A; AU2004243718B9; EA200501880A1; NO20055154L; UA79213C2; EA008418B1; CA2527117A1; EP1640468A4; MXPA05012510A; EP1640468A1; US7082992B2; AU2004243718B2; NO20055154D0; US20060073352A1; CN1780929A; WO2004106572A1; CN100554473C

Abstract

拡管後の耐硫化物応力割れ性に優れた埋設拡管用の油井鋼管である。この鋼管は、Ｃ：０．０５〜０．４５％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜３．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５％以下を含有し、残部はＦｅおよび不純物で、鋼中の固溶Ｎ量が４０ｐｐｍ以下の鋼からなる。この鋼は、上記の成分に加えて、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、ＣｕおよびＣａの中から選んだ１種以上を含むことができる。

Description

本発明は、主として油井またはガス井（以下、これらを「油井」と総称する）に用いられる鋼管であって、油井中において拡管加工され、そのまま使用されるチュービング、ケーシングおよびライナー等の油井用鋼管に関する。本発明は、特に、拡管後の耐食性に優れた埋設拡管用油井鋼管に関する。
技術背景

油井の掘削においては、多数のケーシングと呼ばれるパイプを坑井中に埋設して、坑井の壁の崩落を防止する。坑井の掘削では、ある深さに達するまでドリリングによって穴が掘られた後、掘削された坑井の中に、壁の崩落を防止する目的でケーシングが挿入される。このようにして、井戸は、順次ドリリング作業を続けて掘り進められるが、次の段階の深さまで掘り進めた時に埋設されるケーシングは、先に埋設されたケーシングの中を通して降下されるために、後から深い部分に埋設されるケーシングの直径は、先に埋設されたケーシングの直径よりも小さくする必要がある。

このようにして掘削された油井では、坑井上部のケーシングの径は大きく、深度が大きくなるにしたがって、小さい直径のケーシングとなり、その中に、最終的に油およびガスの生産のために用いる鋼管（チュービング）が通されることになる。このため、所定の深度にまで掘り進めた時に確保するべきチュービングの直径から逆算して、坑井上部のケーシングの直径が設計されることになる。

このようなことから、深い井戸を掘削する場合には、坑井上部のケーシングのサイズも大きくなり、掘削に要する費用も増加する。

特許文献１に記載されているように、坑井内においてケーシングを半径方向に膨張させることで、多段構造になったケーシング毎の直径の差を小さくし、結果として坑井上部のケーシングのサイズを小さくする工夫がなされている。この方法は、必要としている鋼管の外径よりも外径が小さい鋼管を油井内に挿入し、油井内において拡管加工を施し、必要な鋼管の外径にまで加工するものである。この方法を採用することにより、前記したように坑井上部でのケーシングの直径を小さく抑えることができ、井戸の掘削にかかるコストを削減することができる。

油井内で鋼管を拡管する場合には、鋼管は、拡管による加工を受けた状態のままで油やガスなどの生産流体の環境に曝される。従って、鋼管は、拡管加工を受けたままで所定の性能を持たなければならない。これは、拡管後の鋼管の全長に特性改善のための熱処理を施すことは不可能だからである。

油井用の鋼管は、熱処理を施した状態で出荷される。そして、その鋼管は、優れた耐食性、就中、湿潤硫化水素環境における硫化物応力割れ（以下「ＳＳＣ」ともいう）に対する優れた抵抗性、すなわち優れた耐硫化物応力割れ性（以下「耐ＳＳＣ性」ともいう）を備えるように配慮されている。しかし、拡管工法が適用される鋼管については、拡管による加工硬化に起因する耐ＳＳＣ性の劣化に対する配慮が特に重要となる。

特許文献２には、拡管加工が施された後の耐ＳＳＣ性を確保するようにした鋼管が提案されている。しかし、この文献に示される鋼管は、拡管加工後の耐ＳＳＣ性が加工前の鋼管の結晶粒と強度の影響を受けるので、強度と関連付けて結晶粒の大きさを一定以下に小さくした鋼管である。そして、その鋼管では拡管加工後の耐ＳＳＣ性が確保されるというのである。

上記の文献で提案されている鋼管の製造には、細粒化のための適正な熱処理が必須である。しかし、その熱処理条件の管理が容易でない。また、この文献には、鋼中のＮ、中でも固溶Ｎ（固溶窒素）とＳＳＣ発生に大きな影響を及ぼす拡散性水素との関係については一切記載されていない。
特表平７−５０７６１０号公報特開２００２−２６６０５５号公報

本発明の目的は、拡管加工後の耐食性、具体的には耐ＳＳＣ性が良好な埋設拡管用油井鋼管を提供することにある。

本発明者らは、上記の課題を達成するために、油井管として用いられている炭素鋼および低合金鋼からなる鋼管を用いて、これを半径方向に膨張させる拡管加工を加えた後の耐ＳＳＣ性を調べた。そのとき、特に湿潤硫化水素環境下で鋼中に侵入してくる吸蔵水素に注目し、そのトラップサイトと成分元素との関係を詳細に検討した。その結果、下記の（ａ）および（ｂ）の知見を得て、その知見を基礎として本発明を完成させた。

（ａ）鋼中に固溶Ｎが多い場合とそうでない場合とでは、拡管加工後の水素のトラップサイトの挙動が大きく異なる。

（ｂ）固溶Ｎ量が多い鋼では、拡管加工の加工率の増加とともに、耐ＳＳＣ性の劣化をもたらす拡散性水素の鋼中に吸蔵されるが量が多くなる。これに対して、固溶Ｎが含まれていないか、含まれていてもその量が少ない鋼、特に固溶Ｎ量が４０ｐｐｍ以下の鋼では、拡管加工を受けた後でも拡散性水素は拡管加工前と比較してほとんど増えない。

上記の知見に基づいて完成された本発明の要旨は、下記の埋設拡管用油井鋼管にある。
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．４５％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜３．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５％以下を含有し、残部はＦｅおよび不純物で、鋼中の固溶Ｎ量が４０ｐｐｍ以下の鋼からなる埋設拡管用油井鋼管。

上記の埋設拡管用油井鋼管は、Ｆｅの一部に代えて、下記のＡ群からＣ群までのうちの少なくとも１群のうちから選ばれた少なくとも１種以上の成分を含む鋼からなるものであってもよい。

Ａ群…Ｖ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％およびＢ：０．０００５〜０．００５％
Ｂ群…Ｃｒ：０．１〜１．５％、Ｍｏ：０．１〜１．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．５％およびＣｕ：０．０５〜０．５％
Ｃ群…Ｃａ：０．００１〜０．００５％

以下、本発明の埋設拡管用油井鋼管を構成する鋼の組成を上記のように定めた理由について詳細に説明する。なお、以下において、「％」は、特に断らない限り「質量％」を意味する。

１．固溶Ｎについて
まず、水素のトラップサイトについて説明する。鋼中の吸蔵水素量を定量する方法としては昇温水素分析法がある。昇温水素分析法では、対象とする鋼の温度を上げながら各温度において脱離する水素原子を四重極質量分析計などにより測定する。この方法によれば、トラップされている状態での水素の活性化エネルギーの高低により、水素が離脱する温度が異なるので、各温度で測定される水素の量（離脱水素量）は水素のトラップされている状態の活性化エネルギーの状態を示す尺度となる。

従来から、ＳＳＣなどの水素の関与した脆化現象（水素脆化と呼ばれる）には、いわゆる拡散性水素が影響しているものと考えられており、一般的には上記の昇温水素分析法で測定した場合に２００℃までに放出される活性化エネルギーのレベルにある水素が拡散性であるといわれている。２００℃よりも高温で放出される水素は、水素トラップの活性化エネルギー値が高く、室温では拡散しにくい不可逆トラップ水素であり、水素脆化に及ぼす影響は少ないと考えられている。

そこで、水素のトラップサイトに及ぼす成分元素および拡管加工の影響について、次の手順により詳しく調査した。

表１に示す化学組成を有する４種類の鋼を溶製した。これらの鋼を用いて熱間鍛造により、直径８０ｍｍ、長さ３００ｍｍのバー材を作製した。このバー材から、外削およびくり貫き加工により、外径７５ｍｍ、肉厚１０ｍｍ、長さ３００ｍｍの継目無鋼管を作製した。この鋼管の降伏強さ〔ＹＳ（ＭＰａ）〕およびロックウエルＣスケール硬さ（ＨＲＣ）は表２に示す値であった。

なお、固溶Ｎ量は、化学分析によって測定される鋼中の全Ｎ量から抽出残渣法によって求められるＴｉ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｖ、Ｂ等との各窒化物中のＮ量を差し引いて算出される値とした。

この熱処理後の鋼管に、拡管用のプラグを押し込んで半径方向に拡管を行った。拡管率は、プラグのサイズを変えることにより変化させ、半径拡大率で１０％および２０％の二とおりとした。そして、拡管前と拡管後の鋼管から、図１に示す形状および寸法の４点曲げ試験片を採取し、これを図２に示す曲げ付与治具１にセットして、ＮＡＣＥＴＭ−０１７７に規定されるＳｏｌｕｔｉｏｎＡ（５質量％ＮａＣｌ＋０．５質量％酢酸の水溶液で、１ａｔｍのＨ_２Ｓを飽和させた試験液）中に７２０ｈｒ浸漬することにより、耐ＳＳＣ性を調べた。その際、負荷応力は規格最小降伏強さ５５２ＭＰａ（８０ｋｓｉに相当）の８５％とした。

一方、上記の耐ＳＳＣ性調査試験後の４点曲げ試験片のうち、符号ＡおよびＤの鋼の試験片を対象に、鋼中吸蔵水素を前記の昇温水素分析法により調べた。その際、昇温速度は１０℃／ｍｉｎとした。
耐ＳＳＣ性の調査結果を表３に、昇温水素分析法による調査結果を図３と図４に示す。

図３は、固溶Ｎ量が４５ｐｐｍと高い符号Ｄ鋼の昇温温度（℃）と水素放出速度（ｐｐｍ／ｓｅｃ）との関係を示す図である。図示のとおり、拡管加工率の増加とともに、１００〜１５０℃の範囲にある第１ピークが高くなっている。これは、２００℃以下で放出される拡散性水素の量が、加工率の増大に伴って増大することを示している。

図４は、Ｔｉ添加によってＮをＴｉＮとして固定することにより、固溶Ｎ量を４ｐｐｍと低くした符号Ａ鋼の昇温温度（℃）と水素放出速度（ｐｐｍ／ｓｅｃ）との関係を示す図である。このＡ鋼の場合、拡管加工を受けると２００〜４００℃での第２ピークは高くなるが、２００℃までにおける第１ピークは、拡管前とほとんど変わっていない。

一般に、拡管加工を受けると加工硬化により鋼の硬度は上昇する。硬度が高いというのは転位が多いということであり、このような転位の多い鋼にトラップされる拡散性水素濃度は高くなる。しかし、図３と図４に示したように、固溶Ｎ量の高低によって、拡管加工後の鋼中に吸蔵されている拡散性水素の活性化エネルギーレベルが大きく異なる。即ち、固溶Ｎ量が少ない鋼の方が２００℃までに放出される拡散性水素濃度が低い。これは、固溶Ｎ量が少ない鋼では、拡管加工を受けた場合の水素脆性感受性、言い換えれば、ＳＳＣ感受性の増大が低く抑えられることを意味する。

そこで、このような水素のトラップサイトに及ぼす固溶Ｎ量の影響を符号ＢおよびＣの鋼からなる鋼管をも対象にさらに詳細に調査した。その結果、固溶Ｎ量が低い符号ＢおよびＣの鋼では、図４の場合と同様に、拡管加工を加えても第１ピークはほとんど変化せず、新たに２００〜４００℃での第２ピークが出現することが判明した。

固溶Ｎ量が少ない鋼では、拡管加工率の増大とともに第２ピークが高くなる。しかし、この第２ピークは、活性化エネルギー値の高い水素の放出ピークであり、この水素の水素脆化に対する影響は小さい。固溶Ｎ量の少ないＡ〜Ｃ鋼は、拡管加工を受けてもこの第２ピークが高くなるだけで、第１ピークの拡散性水素はＤ鋼に比べて低い。第１ピークで放出される拡散性水素が多いと耐ＳＳＣ性が悪くなるが、その拡散性水素の低い鋼は、たとえ第２ピークで放出される水素が多くても、耐ＳＳＣ性は良好なのである。要するに、拡管加工を受けた後の鋼管において優れた耐ＳＳＣ性を確保するのには、固溶Ｎ量を少なくすることが有効であることが判明した。

なお、拡管加工を加えなければ、固溶Ｎの多い鋼と少ない鋼で第１ピークはほとんど同じであり、吸蔵される拡散性水素量はほぼ同等である。

図５は、２００℃までの温度域において鋼中から放出された符号Ａ〜Ｄの鋼の拡散性水素量（ｐｐｍ）とロックウエルＣスケール硬度（ＨＲＣ）との関係を示す図である。この図から明らかなように、拡管加工を受けると加工硬化により硬度は上昇する。一般的に硬度が高いほど転位が多くなり、トラップされる拡散性水素は多くなる。従来、硬度と鋼中に吸蔵される拡散性水素濃度は一義的に比例する関係にあるものと考えられていた。しかし、図５に示すように、鋼中の固溶Ｎ量の高低によって、拡管加工によって変化させた場合の硬度に対する拡散性水素濃度のレベルが異なり、固溶Ｎ量が低い鋼の方が同一硬度で見た場合、拡散性水素濃度が低い。つまり、固溶Ｎ量が少ない分だけ拡管加工による加工硬化に対する水素脆性感受性、すなわちＳＳＣ感受性の増大が低く抑えられるのである。

実際、表３に示したＳＳＣの発生挙動をみても、拡管加工を施すと、４０ｐｐｍを超える固溶Ｎを含むＤ鋼のみにＳＳＣが発生している。固溶Ｎ量が低いＡ〜Ｃの鋼は、拡管加工を受けても優れた耐ＳＳＣ性を保持する。特に、固溶Ｎ量がそれぞれ４ｐｐｍおよび０ｐｐｍである符号ＡおよびＢの鋼は、半径拡管率で２０％という厳しい拡管加工を加えても優れた耐ＳＳＣ性を発揮している。

以上の理由から、本発明では、素材の鋼の固溶Ｎ量を４０ｐｐｍ以下と規定した。
なお、鋼中の固溶Ｎ量を４０ｐｐｍ以下にするには、鋼中の全Ｎ量を減らすか、または窒化物形成元素であるＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、ＢおよびＡｌ等を積極的に添加してＮを固定すればよく、その手段には制約はない。

鋼中の固溶Ｎを窒化物として十分固定するためには、目標とする固溶Ｎ量以下となるように全Ｎ量とのバランスを考慮し、窒化物を形成した場合の等量関係から推定される必要な量のＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、ＢおよびＡｌ等の窒化物形成元素を添加する必要がある。しかし、これだけでは不十分であり、以下のことを考慮してその添加量を決めることが肝要である。

すなわち、鋼中の固溶Ｎ量は、溶製条件のみによって決まるのではない。その後の製造条件、例えば、製管時のビレット加熱の条件および製管終了時の温度、焼入れのための加熱および冷却過程での温度と時間、焼戻しのための加熱および冷却過程での温度と時間等の因子が複雑に影響して、固溶Ｎ量が変化する。従って、これらのことを総合的に考慮し、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、ＢおよびＡｌ等の窒化物形成元素の添加量を決めることが肝要である。

基本的には、窒化物の成長が速い高温での反応を極力活用するために、なるべく高めの温度での保持時間を長くして、窒化物形成元素の添加量に見合うだけの十分な窒化物形成反応を起こさせることが望ましい。

また、加熱温度が異なると生成する窒化物が異なるので、上記ＴｉやＮｂなどの窒化物形成元素の種類に応じて加熱の温度と時間を最適化することも望ましい。例えば、窒化物形成元素として必要量のＴｉが添加されている鋼においてＴｉによってＮを固定する場合は、製管時のビレット加熱は１２５０℃以上で２０分以上均熱することが望ましい。また、ＡｌやＮｂの添加によりＮを固定する場合は、製管後の焼入れ時には９００℃以上で１５分以上の均熱加熱とすることが望ましい。

さらに、製造する鋼管の肉厚も窒化物の生成に影響する。例えば、厚肉材では冷却速度が遅いので、焼入れの際に加熱炉から出てから水冷開始までの間にも窒化物形成が進むことが期待できる。従って、その時間分だけ均熱時間を短くすることは可能であるが、薄肉材では冷却速度が大きいため炉内での時間管理が重要になる。

２．固溶Ｎ以外の成分について
Ｃ：０．０５〜０．４５％
Ｃは、鋼の強度を確保し、また十分な焼入れ性を得るために必要な元素である。これらの効果を得るためには、少なくとも０．０５％の含有量が必要である。一方、０．４５％を超えると、焼入れ時の焼き割れ感受性が増大する。このため、Ｃ含有量は０．０５〜０．４５％とした。下限として好ましいのは０．１％である。また、上限として好ましいのは０．３５％である。

Ｓｉ：０．１〜１．５％
Ｓｉは脱酸剤としての効果、および焼戻し軟化抵抗を高めて強度を上昇させる効果を有する元素である。しかし、０．１％未満の含有量ではこれらの効果が十分に得られない。一方、１．５％を超えると、鋼の熱間加工性が著しく劣化する。このため、Ｓｉ含有量は０．１〜１．５％とした。下限として好ましいのは０．２％である。また、上限として好ましいのは１．０％である。

Ｍｎ：０．１〜３．０％
Ｍｎは鋼の焼入れ性を増し、鋼管の強度確保のために有効な元素である。その含有量が０．１％未満ではこれらの効果が得られない。一方、３．０％を超えるとＭｎの偏析が大きくなって靭性が低下する。よって、Ｍｎ含有量は０．１〜３．０％とした。下限として好ましいのは０．３％である。また、上限として好ましいのは１．５％である。

Ｐ：０．０３％以下
Ｐは鋼中に不純物として含まれる元素であり、その含有量が０．０３％を超えると粒界に偏析して靭性を劣化させるので、０．０３％以下とした。好ましいのは０．０１５％以下である。なお、Ｐ含有量は少ないほどよい。

Ｓ：０．０１％以下
Ｓは、上記のＰと同様に、鋼中に不純物として含まれる元素で、ＭｎやＣａ等と硫化物系の介在物を形成して靭性を劣化させ、その含有量が０．０１％を超えると、靭性劣化が著しくなる。このため、Ｓ含有量は０．０１％以下とした。好ましいのは０．００５％以下である。なお、Ｓ含有量も少ないほどよい。

ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５％以下
Ａｌは脱酸剤として鋼に添加するが、その含有量が、ｓｏｌ．Ａｌとしての含有量で０．０５％を超えると靭性低下を招くだけでなく、脱酸効果も飽和する。従って、Ａｌの含有量は、ｓｏｌ．Ａｌ含有量で０．０５％以下とした。好ましいのは０．０３％以下である。脱酸効果だけを得る場合には、下限は不純物レベルでもよい。しかし、ＡｌはＡｌＮを形成してＮを固定する作用を有し、この効果は０．００１％以上のｓｏｌ．Ａｌ含有量の場合に得られるので、その効果を得たい場合にはｓｏｌ．Ａｌ含有量で０．００１％以上とするのがよい。

本発明の埋設拡管用油井鋼管の一つは、上記の化学組成を有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼よりなるものである。

本発明の埋設拡管用油井鋼管のもう一つは、上記の成分に加えて更に、Ｆｅの一部に代えて、下記のＡ群からＣ群までのうちの少なくとも１群の中から選ばれた少なくとも１種の成分を含む鋼からなるものである。
Ａ群…Ｖ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％およびＢ：０．０００５〜０．００５％
Ｂ群…Ｃｒ：０．１〜１．５％、Ｍｏ：０．１〜１．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．５％およびＣｕ：０．０５〜０．５％
Ｃ群…Ｃａ：０．００１〜０．００５％。
以下、これらの成分について説明する。

Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂ：
これらの元素は、いずれも、窒化物を形成して鋼中のＮを固定する作用を有する。即ち、固溶Ｎを減少させる元素である。従って、その効果を得たい場合には、いずれか１種または２種以上を添加してもよく、その効果は、Ｖ、ＴｉおよびＮｂでは０．００５％以上、Ｂでは０．０００５％以上の含有量で得られる。しかし、その含有量が、Ｖでは０．２％、ＴｉおよびＮｂではそれぞれ０．１％、Ｂでは０．００５％を超えると、いずれも鋼の靱性劣化を招く。このため、添加する場合のこれら元素の含有量は、Ｖは０．００５〜０．２％、ＴｉおよびＮｂはそれぞれ０．００５〜０．１％、Ｂは０．０００５〜０．００５％とするのがよい。

なお、Ｖには焼戻し時にＶＣを形成して軟化抵抗を高めて鋼の強度を向上させる作用があり、ＴｉとＮｂには高温で微細な炭窒化物を形成して高温域での結晶粒の粗大化を防止する作用もある。

Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕ：
これらの元素は、いずれも焼入れ性を向上させ、強度を向上させるのに有効な元素である。その効果を得たい場合には、いずれか１種以上を添加してもよい。その効果は、ＣｒとＭｏではそれぞれ０．１％以上、ＮｉとＣｕではそれぞれ０．０５％以上で得られる。しかし、ＣｒおよびＮｉはそれぞれ１．５％、Ｍｏは１．０％、Ｃｕは０．５％を超えると、靭性や耐食性の劣化を招く。このため、添加する場合のこれら元素の含有量は、Ｃｒは０．１〜１．５％、Ｍｏは０．１〜１．０％、Ｎｉは０．０５〜１．５％、Ｃｕは０．０５〜０．５％とするのがよい。

Ｃａ：
Ｃａは硫化物の形態制御に寄与し、鋼の靭性改善などに有効な元素である。従って、その効果を得たい場合には添加してもよく、その効果は０．００１％以上で得られる。しかし、０．００５％を超えると、介在物が多量に生成し、孔食の起点となるなど耐食性の面で悪影響が現れる。このため、添加する場合のＣａ含有量は０．００１〜０．００５％とするのがよい。

表４に示す化学組成を有する２２種類の鋼を溶製し、次の工程による試験を行った。
それぞれの鋼の鋼塊を１２５０℃で３０分間均熱した後、断面減少率３０％の熱間鍛造にて直径８０ｍｍ、長さ３００ｍｍのバー材とした。このバー材から、外削、およびくり貫き加工にて、外径７５ｍｍ、肉厚１０ｍｍ、長さ３００ｍｍの継目無鋼管を作製した。この継目無鋼管に、１０５０℃で１０分間均熱した後に水で急冷する焼入れと、６５０℃で３０分間均熱する焼戻しの熱処理を施し、固溶Ｎ量が種々異なる拡管用鋼管を得た。

得られた拡管用鋼管は、室温下においてその一方の管端から他方の管端に向けて拡管用プラグを押し込んで、半径方向に拡管を行った。拡管は、プラグのサイズを変えることにより、半径拡大率で１０％と２０％の二とおりとした。この二とおりの拡管後の鋼管と拡管していない鋼管から、図１に示す形状および寸法の４点曲げ試験片を採取し、これを図２に示す曲げ付与治具１にセットして硫化物応力腐食割れ試験を行った。

硫化物応力腐食割れ試験は、ＮＡＣＥＴＭ−０１７７に規定される溶液Ａ（５質量％ＮａＣｌ＋０．５質量％酢酸の水溶液で、１ａｔｍのＨ_２Ｓを飽和させた試験液）中に７２０ｈｒ浸漬することにより行い、ＳＳＣの発生が認められなかったものを耐ＳＳＣ性が良好「○」、ＳＳＣの発生が認められたものを不良「×」とした。なお、負荷応力は規格最小降伏強さ５５２ＭＰａ（８０ｋｓｉに相当）の８５％とした。

結果を表５に示す。なお、表５には拡管前の拡管用鋼管から採取したＪＪＳＺ２２４１に規定される１２Ｂ号試験片による室温下での引張試験による降伏強度ＹＳ（ＭＰａ）も示す。

表５からわかるように、本発明例のＮｏ．１〜１８の鋼からなる鋼管では、拡管加工後の耐ＳＳＣ性が良好である。特に、Ｎｏ．２〜４、Ｎｏ．７〜１２およびＮｏ．１５〜１８の鋼からなる鋼管は、固溶Ｎ量が２０ｐｐｍ以下と非常に低いために、半径拡管率で２０％の拡管を加えても優れた耐ＳＳＣ性を維持していた。

一方、比較例のＮｏ．１９〜２２の鋼からなる鋼管は、いずれも、拡管加工後の耐ＳＳＣ性は悪い。すなわち、Ｎｏ．１９の鋼からなる鋼管は、鍛造時の加熱時間が短く、ＴｉによるＮの固定が不十分で、固溶Ｎ量が４０ｐｐｍを超えているために拡管加工後の耐ＳＳＣ性が悪い。Ｎｏ．２０の鋼からなる鋼管は、窒化物形成元素の添加がないために固溶Ｎ量が５９ｐｐｍと高く、耐ＳＳＣ性が悪い。Ｎｏ．２１の鋼からなる鋼管は、ＣｒとＭｏの含有量が多すぎるために粗大な炭化物が生成し、耐ＳＳＣ性が悪い。Ｎｏ．２２の鋼からなる鋼管は、Ｃａ量が過剰なために介在物が多量に生成して孔食起点のＳＳＣが生じ、耐ＳＳＣ性が悪い。

本発明の埋設拡管用油井鋼管は、拡管後の耐ＳＳＣが良好である。従って、油井中に埋設した後に拡管する、埋設拡管施工法で使用するのに極めて有用である。

［図１］４点曲げ試験片の形状と寸法を示す図である。
［図２］曲げ付与治具とこの治具への４点曲げ試験片のセット状態を示す図である。
［図３］固溶Ｎ量が多い鋼の温度と水素放出速度との関係を示す図である。
［図４］固溶Ｎ量が少ない鋼の温度と水素放出速度との関係を示す図である。
［図５］鋼中の拡散性水素量と鋼の硬度との関係を示す図である。

符号の説明

１曲げ付与治具

Claims

質量％で、Ｃ：０．０５〜０．４５％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜３．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５％以下を含有し、残部はＦｅおよび不純物で、固溶Ｎ量が４０ｐｐｍ以下の鋼からなることを特徴とする埋設拡管用油井鋼管。
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．４５％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜３．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５％以下、ならびにＶ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％およびＢ：０．０００５〜０．００５％のうちの１種以上を含有し、残部はＦｅおよび不純物で、固溶Ｎ量が４０ｐｐｍ以下の鋼からなることを特徴とする埋設拡管用油井鋼管。
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．４５％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜３．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５％以下、ならびにＣｒ：０．１〜１．５％、Ｍｏ：０．１〜１．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．５％およびＣｕ：０．０５〜０．５％のうちの１種以上を含有し、残部はＦｅおよび不純物で、固溶Ｎ量が４０ｐｐｍ以下の鋼からなることを特徴とする埋設拡管用油井鋼管。
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．４５％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜３．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５％以下、およびＣａ：０．００１〜０．００５％を含有し、残部はＦｅおよび不純物で、固溶Ｎ量が４０ｐｐｍ以下の鋼からなることを特徴とする埋設拡管用油井鋼管。
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．４５％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜３．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５％以下、ならびにＶ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％およびＢ：０．０００５〜０．００５％のうちの１種以上、Ｃｒ：０．１〜１．５％、Ｍｏ：０．１〜１．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．５％およびＣｕ：０．０５〜０．５％のうちの１種以上を含有し、残部はＦｅおよび不純物で、固溶Ｎ量が４０ｐｐｍ以下の鋼からなることを特徴とする埋設拡管用油井鋼管。
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．４５％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜３．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５％以下、Ｃａ：０．００１〜０．００５％、ならびにＶ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％およびＢ：０．０００５〜０．００５％のうちの１種以上を含有し、残部はＦｅおよび不純物で、固溶Ｎ量が４０ｐｐｍ以下の鋼からなることを特徴とする埋設拡管用油井鋼管。
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．４５％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜３．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５％以下、Ｃａ：０．００１〜０．００５％、ならびにＣｒ：０．１〜１．５％、Ｍｏ：０．１〜１．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．５％およびＣｕ：０．０５〜０．５％のうちの１種以上を含有し、残部はＦｅおよび不純物で、固溶Ｎ量が４０ｐｐｍ以下の鋼からなることを特徴とする埋設拡管用油井鋼管。
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．４５％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜３．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５％以下、Ｃａ：０．００１〜０．００５％、ならびにＶ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％およびＢ：０．０００５〜０．００５％のうちの１種以上、Ｃｒ：０．１〜１．５％、Ｍｏ：０．１〜１．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．５％およびＣｕ：０．０５〜０．５％のうちの１種以上を含有し、残部はＦｅおよび不純物で、固溶Ｎ量が４０ｐｐｍ以下の鋼からなることを特徴とする埋設拡管用油井鋼管。