JPWO2005073421A1 - 耐硫化物応力割れ性に優れた油井用継目無鋼管およびその製造方法 - Google Patents

耐硫化物応力割れ性に優れた油井用継目無鋼管およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

Ｃ：０．１〜０．２０％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜１．０％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％、Ｍｏ：０．０５〜１．０％、Ａｌ：０．１０％以下、Ｔｉ：０．００２〜０．０５％およびＢ：０．０００３〜０．００５％を含有し、かつ、Ｃ（％）＋（Ｍｎ（％）／６）＋（Ｃｒ（％）／５）＋（Ｍｏ（％）／３）の値が０．４３以上であり、残部がＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰが０．０２５％以下、Ｓが０．０１０％以下、Ｎが０．００７％以下である耐硫化物応力割れ性に優れた高強度油井用継目無鋼管。この油井用継目無鋼管は特定量のＶとＮｂの１種以上及び／又は特定量のＣａ、ＭｇとＲＥＭの１種以上を含んでもよい。この油井用継目無鋼管は細粒化のための再熱処理を必要としないから、生産効率の高いインライン製管−熱処理プロセスを採用して低コストで製造することが可能である。

Description

本発明は、耐硫化物応力割れ性に優れた高強度継目無鋼管およびその製造方法に関する。さらに詳しくは、特定の成分系の鋼を用いて焼入れ焼戻しすることにより製造される高降伏比を有し、しかも耐硫化物応力割れ性に優れた油井用継目無鋼管に関する。
なお、本明細書における「油井」には「ガス井」を含むこととし、「油井用及び／又はガス井用」の意味で「油井用」という。
溶接管に比較して信頼性の高い継目無鋼管は、過酷な油井環境や高温環境で使用されることが多く、高強度化、靱性向上および耐サワー性の向上が常に要求されている。特に、これから開発されようとしている油井は、高深度の井戸が主流となるため、従来以上の鋼管の高強度化が必要であり、また使用環境が過酷な腐食環境であるため、耐応力腐食割れ性を兼ね備えた油井用継目無鋼管が要求されるようになってきている。
鋼材は、強度を高めるにしたがって硬度が高くなる。すなわち転位密度が上昇するため、鋼材に進入する水素量が増加し、応力に対して脆弱化する。したがって、硫化水素を多く含む環境下で使用される鋼材の高強度化に対し、耐硫化物応力割れ性が悪くなるのが一般的である。特に「降伏強度／引張強度」の比（以下、降伏比という。）が低い鋼材は、所望の降伏強度の部材を製造すると、引張強度および硬度が高くなりやすく、耐硫化物応力割れ性が著しく低下する。したがって、鋼材の強度を上昇させるに際し、硬度を低く保つためには降伏比を高めることが肝要である。
鋼の降伏比を高めるためには、鋼材を均一な焼戻しマルテンサイト組織とするのが好ましいが、それだけでは不十分である。焼戻しマルテンサイト組織で、より降伏比を高めるための一つの手法として、旧オーステナイト粒の微細化が挙げられる。しかしながら、オーステナイト粒の細粒化には、オフライン熱処理での焼入れが必要となり、生産効率が低下し、使用するエネルギーも増加するため、コスト合理化、生産効率の向上および省エネルギーが製造者にとって不可欠となっている今日においては不利である。
特許文献１および２には結晶粒界でのＭ２３Ｃ６型の炭化物の析出を抑制して耐硫化物応力割れ性を向上させることが記載されている。また、特許文献３には結晶粒微細化による耐硫化物応力割れ性の改善が開示されているが、このような対策には上記のような難点がある。
特開２００１−７３０８６号公報 特開２０００−１７３８９号公報 特開平９−１１１３４３号公報
本発明は、上記の現状に鑑みてなされたもので、省エネルギーを実現できる効率的な手段で製造が可能な鋼管であって、高強度であって、かつ降伏比が高く、耐硫化物応力割れ性にも優れた油井用継目無鋼管を得ることを目的とする。
本発明の要旨は、下記(1)に示す油井用継目無鋼管および(2)に示す油井用継目無鋼管の製造方法にある。なお、以下において、成分含有量についての％は、質量％を意味する。
(1) Ｃ：０．１〜０．２０％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜１．０％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％、Ｍｏ：０．０５〜１．０％、Ａｌ：０．１０％以下、Ｔｉ：０．００２〜０．０５％、Ｂ：０．０００３〜０．００５％、さらに必要に応じて下記の第１群および第２群の一方または両方から選んだ１種以上の成分を含有し、かつ、下記の式（１）で求められるＡの値が０．４３以上であり、残部がＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰが０．０２５％以下、Ｓが０．０１０％以下、Ｎが０．００７％以下であることを特徴とする油井用継目無鋼管。
第１群
Ｖ：０．０３〜０．２％およびＮｂ：０．００２〜０．０４％
第２群
Ｃａ：０．０００３〜０．００５％、Ｍｇ：０．０００３〜０．００５％およびＲＥＭ：０．０００３〜０．００５％
Ａ＝Ｃ＋（Ｍｎ／６）＋（Ｃｒ／５）＋（Ｍｏ／３）・・・・・（１）
ただし、式（１）中のＣ、Ｍｎ、ＣｒおよびＭｏは、それぞれの元素の質量％を示す。
(2) 上記(1)に記載の化学組成を有し、かつ、上記の式（１）で求められるＡの値が０．４３以上である鋼片を熱間で穿孔し、延伸圧延した後、最終圧延温度を８００〜１１００℃として製管し、得られた鋼管をインラインでＡｒ３変態点から１０００℃までの温度域で補熱し、Ａｒ３変態点以上の温度から焼入れし、次いでＡｃ１変態点よりも低い温度で焼戻すことを特徴とする油井用継目無鋼管の製造方法。
なお、上記(1)に記載の油井用継目無鋼管の耐硫化物応力割れ性を一層高めるためには、その引張強度を９３１ＭＰａ（１３５ｋｓｉ）以下とするのがよい。
また、上記(2)に記載の油井用継目無鋼管の製造方法において、より一層均一な組織を得るために、鋼管をインラインで補熱する温度は、Ａｃ３変態点から１０００℃までの温度域とするのがよい。
はじめに本発明の基礎となった知見について述べる。
焼入れ焼戻しを行った鋼材の降伏比には、Ｃ含有量の影響が最も大きい。Ｃ含有量を下げることにより一般に降伏比は高くなる。しかし、単にＣ量を低下させただけでは焼入れ性が低下し、均一な焼入れ組織が得られず、降伏比は十分に高くならない。そこでＣ量を下げたことで低下した焼入れ性は、Ｍｎ、ＣｒおよびＭｏの添加で向上させることが肝要である。
前記の式（１）のＡ値を０．４３以上とすれば、通常の鋼管の焼入れ設備で均一な焼入れ組織が得られる。本発明者らは式（１）のＡ値が０．４３以上であれば、ジョミニー試験での焼入れ端（以下、「ジョミニー端」という。）から１０ｍｍの位置での硬度が、マルテンサイト率９０％に対応する硬度を上回り、良好な焼入れ性を確保できることを確認した。なお、Ａ値は０．４５以上であれば好ましく、０．４７以上であればより一層好ましい。
さらに本発明者らは、焼入れ焼戻しを行った鋼材の降伏比および耐硫化物応力割れ性におよぼす合金元素の影響について調査した。その調査結果は次のとおりである。
まず、表１に示す化学成分を有する鋼を、それぞれ１５０ｋｇの真空溶解炉を用いて溶製した。得られた鋼塊を熱間鍛造し、厚さ５０ｍｍ×幅８０ｍｍ×長さ１６０ｍｍのブロック材とした。また、残りの鋼塊からジョミニー試験片を取り出し、１１００℃でオーステナイト化後、ジョミニー試験を実施して各鋼の焼入れ性を調査した。表１のＡ〜Ｇの各鋼材の旧オーステナイト粒度は、５番程度で比較的粗粒であった。
表１に、Ａ〜Ｇの鋼のジョミニー試験でのジョミニー端から１０ｍｍの位置でのロックウェルＣ硬度（ＪＨＲＣ１０）およびＡ〜Ｇの各鋼のＣ量に対応するマルテンサイト率９０％でのロックウェルＣ硬度予測値を併せて示す。なお、ジョミニー試験におけるジョミニー端から１０ｍｍ位置は冷却速度約２０℃／秒に相当する。また、Ｃ量とマルテンサイト率９０％でのロックウェルＣ硬度の予測値は、下記の非特許文献１に示されるとおり「（Ｃ％×５８）＋２７」で与えられる。
J.M.Hodge and M.A.Orehoski：「Relationship between hardnenability and percentage martensite in some low alloy steels」、Trans. AIME、167(1946)、pp. 627-642
Figure 2005073421
式（１）のＡ値が０．４３以上であるＡ〜Ｅの鋼は、ＪＨＲＣ１０がマルテンサイト率９０％に対応するロックウェルＣ硬度を上回っており、良好な焼入れ性が確保されている。一方、式（１）のＡ値が０．４３より小さいＦの鋼および、Ｂ（ボロン）を添加しなかったＧの鋼は、ＪＨＲＣ１０がマルテンサイト率９０％に対応するロックウェルＣ硬度を下回っていて、焼入れ性が不足している。
次に各ブロック材に１２５０℃で２時間均熱という加熱処理を施し、直ちに熱間圧延機に搬送し、仕上げ圧延温度を９５０℃以上として厚さ１６ｍｍまで熱間圧延した。次に各熱間圧延材を、その表面温度がＡｒ３変態点よりも低くならないうちに加熱炉に搬送し、９５０℃で１０分間在炉させた後、撹拌水槽に装入して水焼入れを行った。
上記の水焼入れをしたままの各板材を適当な長さに分割し、種々の温度で均熱３０分間の焼戻し処理を実施して、焼入れ焼戻し板材を得た。このようにして得られた、熱間圧延−熱処理板材の長手方向から丸棒引張試験片を採取し、引張試験を実施した。
図１は、Ａ〜Ｅの鋼の焼戻し温度を種々変えて、強度を変化させた板材の降伏強度（ＹＳ）と降伏比（ＹＲ、単位％）の関係を示す図である。ＹＳの単位は、ｋｓｉで表した。１ＭＰａ＝０．１４５ｋｓｉである。なお、表２に焼戻し温度と引張性質の具体的なデータを示す。
Figure 2005073421
図１及び表２からわかるとおり、旧オーステナイト粒度にして５番程度の比較的粗粒であるにもかかわらず、Ｃが０．２０％以下のＡ〜Ｃ鋼は、Ｃが０．２５％以上のＤ〜Ｅ鋼に比べ、降伏比が２％以上大きくなっている。このように、焼入れ焼戻し鋼材において、Ｃ含有量を低下させ、かつ、焼入れ性を確保して均一な焼入れ組織とすることで、広い強度範囲にわたり高降伏比の材質が得られることが明白となった。一方、Ｃが０．２０％以下であっても、焼入れ性が不足しているＦ〜Ｇ鋼においては、降伏比を高める効果が得られていないことが明らかである。
次に本発明において、油井用継目無鋼管の素材鋼の化学組成を前記のように特定した理由を説明する。
Ｃ：
Ｃは、安価に鋼の強度を高めるのに有効な元素である。しかし、その含有量が０．１％未満では、所望の強度を得るために低温の焼戻しを余儀なくされ、耐硫化物応力割れ性が低下し、または焼入れ性を確保するために高価な元素を多量添加する必要が生じる。また、０．２０％を超えると、降伏比が低下してしまい、所望の降伏強度を得ようとすると硬度の上昇をきたして耐硫化物応力割れ性が低下する。そこでＣ含有量は０．１〜０．２０％とした。なお、Ｃ含有量の好ましい範囲は、０．１２〜０．１８％で、より好ましい範囲は、０．１４〜０．１８％である。
Ｓｉ：
Ｓｉは、脱酸作用を有するほか、鋼の焼入れ性を高めて強度を向上させる元素であり、０．０５％以上の含有量が必要である。しかし、その含有量が１．０％を超えると耐硫化物応力割れ性が低下する。したがって、Ｓｉの適正な含有量は０．０５〜１．０％である。なお、Ｓｉ含有量の好ましい範囲は０．１〜０．６％である。
Ｍｎ：
Ｍｎは、脱酸作用を有するほか、鋼の焼入れ性を高めて強度を向上させる元素であり、０．０５％以上の含有量が必要である。しかし、その含有量が１．０％を超えると耐硫化物応力割れ性が低下する。したがって、Ｍｎの含有量を０．０５〜１．０％とした。
Ｐ：
Ｐは、鋼の不純物であり、粒界偏析に起因する靱性低下をもたらし、特に、その含有量が０．０２５％を超えると耐硫化物応力割れ性の低下が著しくなる。したがって、Ｐの含有量は０．０２５％以下に抑える必要がある。なお、Ｐの含有量は０．０２０％以下とするのが好ましく、０．０１５％以下であれば一層好ましい。
Ｓ：
Ｓも不純物であり、その含有量が０．０１０％を超えると耐硫化物応力割れ性の劣化が大きくなる。したがって、Ｓの含有量を０．０１０％以下とした。なお、Ｓの含有量は０．００５％以下とするのが好ましい。
Ｃｒ：
Ｃｒは、鋼の焼入れ性を高めるのに有効な元素であり、その効果を発揮させるには０．０５％以上含有させる必要がある。しかし、その含有量が１．５％を超えると耐硫化物応力割れ性の低下を招く。このため、Ｃｒの含有量を０．０５〜１．５％とした。Ｃｒ含有量の好ましい範囲は０．２〜１．０％、より好ましい範囲は０．４〜０．８％である。
Ｍｏ：
Ｍｏは、鋼の焼入れ性を高めて高強度を確保すると共に、耐硫化物応力割れ性を高めるのに有効な元素である。これらの効果を得るには、Ｍｏは０．０５％以上の含有量とする必要がある。しかし、Ｍｏの含有量が１．０％を超えると、旧オーステナイト粒界に粗大な炭化物を形成し、耐硫化物応力割れ性が低下する。したがって、Ｍｏの含有量は０．０５〜１．０％とする必要がある。Ｍｏ含有量の好ましい範囲は、０．１〜０．８％である。
Ａｌ：
Ａｌは、脱酸作用を有し、鋼の靱性および加工性を高めるのに有効な元素である。しかし、その含有量が０．１０％を超えると、地疵の発生が著しくなる。したがって、Ａｌの含有量を０．１０％以下とした。なお、Ａｌ含有量は不純物レベルであってもよいので、その下限は特に定めないが、０．００５％以上とすることが好ましい。Ａｌ含有量の好ましい範囲は０．００５〜０．０５％である。なお、本発明にいうＡｌ含有量とは、酸可溶Ａｌ（いわゆる「ｓｏｌ．Ａｌ」）の含有量を指す。
Ｂ：
Ｂの焼入れ性向上作用は不純物レベルの含有量であっても得られるが、より顕著にその効果を得るには、０．０００３％以上の含有量とする必要がある。しかし、Ｂの含有量が０．００５％を超えると靱性が低下する。このため、Ｂの含有量を０．０００３〜０．００５％とした。Ｂ含有量の好ましい範囲は０．０００３〜０．００３％である。
Ｔｉ：
Ｔｉは、鋼中のＮを窒化物として固定して、焼入れ時にＢを固溶状態で存在させ、焼入れ性向上効果を発揮させる。このようなＴｉの作用を得るには、０．００２％以上の含有量とする必要がある。しかし、Ｔｉの含有量が０．０５％以上になると、粗大な窒化物として存在することになり、耐硫化物応力割れ性を低下させる。したがって、Ｔｉの含有量を０．００２〜０．０５％とした。なお、好ましい含有量は０．００５〜０．０２５％である。
Ｎ：
Ｎは、不可避的に鋼中に存在し、Ａｌ、ＴｉまたはＮｂと結合して窒化物を形成する。Ｎが多量に存在すると、ＡｌＮ、ＴｉＮの粗大化を招くばかりでなくＢとも窒化物を形成して、焼入れ性を著しく低下させる。したがって、不純物元素としてのＮの含有量は０．００７％以下とする。なお、Ｎの含有量は０．００５％以下とするのが好ましい。
式（１）によって算出するＡ値の限定：
前記のようにＡ値は次の（１）式で定義される。なお、式（１）中のＣ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏはそれぞれの元素の質量％である。
Ａ＝Ｃ＋（Ｍｎ／６）＋（Ｃｒ／５）＋（Ｍｏ／３）・・・・・（１）。
本発明では、Ｃを限定することにより降伏比を高め、耐硫化物応力割れ性を向上させることを狙いとしている。したがって、Ｃ含有量の調整に伴って、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏの含有量を調整しなければ、焼入れ性を損なうことになり、かえって耐硫化物応力割れ性が低下する。そこで、焼入れ性を確保する意味でＣ、Ｍｎ、ＣｒおよびＭｏの含有量は、特に式（１）のＡ値が０．４３以上となるように定めなければならない。なお、Ａ値が０．４５以上であれば好ましく、０．４７以上であれば一層好ましい。
以下、必要に応じて含有させる第１群および第２群の任意成分について説明する。
第１群はＶおよびＮｂである。Ｖには焼戻し時に微細な炭化物として析出して、強度を高める効果がある。０．０３％以上含有させるとこのような効果を発揮するが、０．２％を超えると靭性が低下する。したがって、添加する場合のＶの含有量は０．０３〜０．２％とするのがよい。Ｖ含有量のより好ましい範囲は０．０５〜０．１５％である。
Ｎｂは、高温域で炭窒化物を形成して、結晶粒の粗大化を防いで、耐硫化物応力割れ性を向上させるのに有効である。含有量が０．００２％以上であればその効果を発揮するが、０．０４％を超えると炭窒化物が粗大になりすぎて、かえって耐硫化物応力割れ性を低下させる。したがって、添加する場合のＮｂの含有量は、０．００２〜０．０４％とするのがよい。Ｎｂ含有量のより好ましい範囲は０．００２〜０．０２％である。
第２群は、Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭである。これらの元素は、添加しなくてもよいが、添加すれば鋼中のＳと反応して硫化物を形成することにより、介在物の形態を改善するので、鋼の耐硫化物応力割れ性が向上する効果がある。その効果を得たい場合は、Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭ（希土類元素、即ち、Ｃｅ、Ｒａ、Ｙなど）のうちから選ばれた１種または２種以上を添加することができる。ただし、いずれの元素もその含有量が０．０００３％未満では上記の効果が得られない。一方、いずれの元素も含有量が０．００５％を超えると、鋼中の介在物量が増えて、鋼の清浄度が低下して耐硫化物応力割れ性が低下する。したがって、添加する場合のこれらの元素の含有量はいずれの元素も０．０００３〜０．００５％とするのがよい。なお、本発明でいうＲＥＭの含有量とは、希土類元素の合計含有量を指す。
なお、既に述べたとおり、一般に硫化水素を多く含む環境下で使用される鋼材は、その強度が高くなると、耐硫化物応力割れ性が悪くなる。しかし、上述の化学組成を有する鋼からなる油井用継目無鋼管の場合、引張強度（ＴＳ）が９３１ＭＰａ（１３５ｋｓｉ）以下であれば良好な耐硫化物応力割れ性を維持することができる。したがって、油井用継目無鋼管の引張強度は９３１ＭＰａ（１３５ｋｓｉ）以下とするのがよい。より好ましい引張強度の上限は、８９７ＭＰａ（１３０ｋｓｉ）である。
次に、本発明の油井用継目無鋼管の製造方法について述べる。
本発明の油井用継目無鋼管は、主な組織が焼戻しマルテンサイトで、旧オーステナイト結晶粒度がJIS G 0551(1998)に規定される粒度番号で７番以下であるような比較的粗い組織であっても、降伏比が高く耐硫化物応力割れ性に優れるものである。したがって、上記の化学組成を有する鋼の鋼塊を素材とすれば、鋼管製造方法の選択の自由度が高い。
例えばマンネスマン−マンドレルミル製管法によって穿孔し、延伸圧延されて成形された鋼管を、Ａｒ３変態点以上の温度に維持した状態で、仕上げ圧延機の後段に設けられた熱処理設備に供給して焼入れ処理し、その後、例えば６００〜７５０℃で焼戻し処理することによって製造する、省エネルギー型のインライン製管−熱処理プロセスを選択したとしても降伏比の高い鋼管が製造でき、所望の高強度で高耐硫化物応力割れ性の油井用継目無鋼管が得られる。
また、熱間仕上げ成形された鋼管を、一旦室温まで冷却した後、焼入れ炉で再加熱して９００〜１０００℃の温度範囲で均熱して水焼入れし、その後６００〜７５０℃で焼戻し処理することによって製造する、オフライン製管−熱処理プロセスを選択すれば、旧オーステナイト粒径の細粒効果と相俟ってより高い降伏比を有する鋼管を製造でき、より高強度で高耐硫化物応力割れ性の油井用継目無鋼管が得られる。
しかしながら、以下に述べる製造方法が最も望ましい。その理由は、製管から焼入れまでの間で管が高温に保たれるので、ＶやＭｏのような元素を固溶状態のままに保つことが容易であり、耐硫化物応力割れ性の向上に有利な高温焼戻しにおいて、これらの元素が微細炭化物として析出し、鋼管の高強度化に寄与するからである。
本発明の油井用継目無鋼管の製造方法は、延伸圧延の最終圧延温度、および圧延終了後の熱処理に特徴がある。以下、それぞれについて説明する。
(1)延伸圧延の最終圧延温度
この温度は、８００〜１１００℃とする。８００℃よりも低いと鋼管の変形抵抗が大きくなりすぎて、工具摩耗の問題が生じる。一方、１１００℃よりも高いと結晶粒が粗大になりすぎて、耐硫化物応力割れ性が劣化する。なお、延伸圧延よりも前の穿孔工程は、通常の方法、例えばマンネスマン穿孔法でよい。
(2)補熱処理
延伸圧延を終えた鋼管は、インラインで、即ち、一連の鋼管製造ライン内に設けられた補熱炉に装入して、Ａｒ３変態点から１０００℃までの温度域で補熱する。この補熱の目的は、鋼管の長手方向の温度のバラツキをなくし、組織を均一化することにある。
補熱の温度がＡｒ３変態点よりも低いとフェライトが生成しはじめて均一な焼入れ組織が得られない。一方、１０００℃よりも高いと結晶粒成長が促進されて、粗粒化による耐硫化物応力割れ性の劣化がおきる。補熱の時間は、管の肉厚全体が均一な温度になるのに必要な時間とする。およそ５〜１０分程度でよい。延伸圧延の最終圧延温度がＡｒ３変態点から１０００℃までの温度域にある場合には、補熱工程は省略してもよいが、管の長手方向と肉厚方向の温度バラツキを小さくするために、補熱を行うのが望ましい。
なお、鋼管をインラインで補熱する温度をＡｃ３変態点から１０００℃までとすれば、より一層均一な組織が得られる。したがって、鋼管をインラインで補熱する温度はＡｃ３変態点から１０００℃までの温度域とするのがよい。
(3)焼入れ焼戻し
上記の工程を経てＡｒ３変態点から１０００℃までの温度域にある鋼管を焼入れする。焼入れは、管の肉厚全体がマルテンサイト組織になるのに十分な冷却速度で行う。通常は水冷でよい。焼戻しは、Ａｃ１変態点よりも低い温度で行う。望ましいのは、６００〜７００℃である。焼戻し時間は、管の肉厚にもよるが、概ね２０〜６０分でよい。
以上により焼戻しマルテンサイトからなる、優れた性質の油井用継目無鋼管が得られる。
以下、実施例により本発明を更に詳しく説明する。
［実施例１］
表３に示す２８種類の鋼種からなる外径２２５ｍｍのビレットを製作し、これを１２５０℃に加熱した後、マンネスマン−マンドレル製管法にて、外径２４４．５ｍｍ×肉厚１３．８ｍｍの継目無鋼管に成形した。
Figure 2005073421
成形後の継目無鋼管は、仕上げ圧延機（延伸圧延機）の後段に設けられた熱処理設備を構成する炉内温度が９５０℃の補熱炉に装入して５分間在炉させて均一に補熱した後に水焼入れした。
水焼入れ後の継目無鋼管は、焼戻し炉に装入し、６５０〜７２０℃の間の温度で３０分均熱する焼戻し処理を施し、降伏強度にしてほぼ１１０ｋｓｉ（７５８Ｍｐａ）となるように強度を調整し、製品鋼管つまり、油井用継目無鋼管とした。なお、水焼入れのままの鋼管の旧オーステナイト結晶粒度は、Ｎｏ．１〜２８の鋼すべてにおいてJIS G 0551(1998)に規定される粒度番号で７番以下であった。
次に、製品鋼管から各種試験片を取り出し下記の試験を実施し、油井用継目無鋼管の性能を調査した。また、各鋼の焼入れ性を調査した。
１．焼入れ性
製管圧延前のビレットからジョミニー試験片を取り出し、１１００℃でオーステナイト化後、ジョミニー試験を行った。焼入れ性の評価は、ジョミニー端から１０ｍｍの位置でのロックウェルＣ硬度（ＪＨＲＣ１０）と、各鋼の９０％マルテンサイト率に対応するロックウェルＣ硬度の予測値である「（Ｃ％×５８）＋２７」の値とを比較し、ＪＨＲＣ１０の方が高い値を示した場合を焼入れ性が「良好」とし、ＪＨＲＣ１０の値が「（Ｃ％×５８）＋２７」の値以下の場合を焼入れ性が「不良」とした。
２．引張試験
鋼管の長手方向から、ＡＰＩ規格の５ＣＴに規定される弧状引張試験片を採取して、引張試験を実施し、降伏強度ＹＳ（ｋｓｉ）と引張強度ＴＳ（ｋｓｉ）および、降伏比ＹＲ（％）を測定した。
３．耐食試験
鋼管の長手方向から、ＮＡＣＥのＴＭ０１７７−９６に規定されるＡ法試験片を採取して、硫化水素の分圧を１０１３２５Ｐａ（１ａｔｍ）として硫化水素で飽和した２５℃の０．５％酢酸＋５％食塩水環境中で、ＮＡＣＥのＡ法試験を実施し、限界負荷応力（試験７２０時間で破断しない最大の応力。各鋼管の実際の降伏強度との比で表す。）を測定した。耐硫化物応力割れ性は、限界負荷応力がＹＳの９０％以上であれば良好とする。
以上の調査結果を表４に示す。なお、表４の「焼入れ性」の欄は、ＪＨＲＣ１０と「（Ｃ％×５８）＋２７」の値とを比較した結果の「良好」又は「不良」で示した。
Figure 2005073421
表４から、本発明で規定する化学組成を有するＮｏ．１〜２３の鋼は、焼入れ性が良好であり、かつ降伏比が高く、耐硫化物応力割れ性が良好なことが明らかである。
一方、本発明規定の成分範囲を外れるＮｏ．２４〜３８の鋼は、いずれも耐硫化物応力割れ性が劣る。Ｎｏ．２４の鋼は、Ｍｏの含有量が本発明で規定する範囲を外れているため、焼入れ性が不足し、均一な焼入れ焼戻し組織、つまり、均一な焼戻しマルテンサイト組織が得られておらず、降伏比が低く、耐硫化物応力割れ性もよくない。
Ｎｏ．２５の鋼は、Ｃ、Ｍｎ、ＣｒおよびＭｏのそれぞれ単独の含有量は本発明で規定する範囲内であるが、式（１）のＡ値が０．４３より低く、本発明で規定する条件を満たさないので、焼入れ性が不足し、均一な焼入れ焼戻し組織、つまり、均一な焼戻しマルテンサイト組織が得られておらず、降伏比が低く、耐硫化物応力割れ性も劣る。
Ｎｏ．２６の鋼は、焼入れ性は良好で降伏比が高くなっているが、Ｃｒの含有量が本発明の規定よりも高く、耐硫化物応力割れ性がよくない。
Ｎｏ．２７の鋼は、式（１）のＡ値は本発明で規定する条件を満たすが、Ｍｏ単独の含有量が本発明で規定する下限値よりも低いため、焼入れ性が不足し、降伏比が低く、耐硫化物応力割れ性が悪い。
Ｎｏ．２８の鋼は、焼入れ性が高いがＣの含有量が本発明の規定よりも高いため、降伏比が低く、耐硫化物応力割れ性に劣る。
［実施例２］
表５に示す３種類の鋼種からなる外径２２５ｍｍのビレットを製作し、これを１２５０℃に加熱した後、マンネスマン−マンドレル製管法にて、外径２４４．５ｍｍ×肉厚１３．８ｍｍの継目無鋼管に成形した。なお、表５におけるＮｏ．２９〜３１の鋼はすべて、本発明で規定する化学組成を有する鋼である。
Figure 2005073421
成形後の継目無鋼管は、仕上げ圧延機（延伸圧延機）の後段に設けられた熱処理設備を構成する炉内温度が９５０℃の補熱炉に装入して５分間在炉させて均一に補熱した後に水焼入れした。
水焼入れ後の継目無鋼管は、２本に分割した後、それぞれ、６５０〜７２０℃の間の温度の焼戻し炉に装入し、３０分均熱する焼戻し処理を施し、引張強度にしてほぼ１２５〜１３５ｋｓｉ（８６２〜９３１ＭＰａ）となるように強度を調整し、製品鋼管つまり、油井用継目無鋼管とした。なお、水焼入れのままの鋼管の旧オーステナイト結晶粒度は、Ｎｏ．２９〜３１の鋼すべてにおいてJIS G 0551(1998)に規定される粒度番号で７番以下であった。
次に、製品鋼管から各種試験片を取り出し下記の試験を実施し、油井用継目無鋼管の性能を調査した。また、各鋼の焼入れ性を調査した。
１．焼入れ性
製管圧延前のビレットからジョミニー試験片を取り出し、１１００℃でオーステナイト化後、ジョミニー試験を行った。焼入れ性の評価は、ジョミニー端から１０ｍｍの位置でのロックウェルＣ硬度（ＪＨＲＣ１０）と、各鋼の９０％マルテンサイト率に対応するロックウェルＣ硬度の予測値である「（Ｃ％×５８）＋２７」の値とを比較し、ＪＨＲＣ１０の方が高い値を示した場合を焼入れ性が「良好」とし、ＪＨＲＣ１０の値が「（Ｃ％×５８）＋２７」の値以下の場合を焼入れ性が「不良」とした。
２．引張試験
鋼管の長手方向から、ＡＰＩ規格の５ＣＴに規定される弧状引張試験片を採取して、引張試験を実施し、降伏強度ＹＳ（ｋｓｉ）と引張強度ＴＳ（ｋｓｉ）および、降伏比ＹＲ（％）を測定した。
３．耐食試験
鋼管の長手方向から、ＮＡＣＥのＴＭ０１７７−９６に規定されるＡ法試験片を採取して、硫化水素の分圧を１０１３２５Ｐａ（１ａｔｍ）として硫化水素で飽和した２５℃の０．５％酢酸＋５％食塩水環境中で、ＮＡＣＥのＡ法試験を実施し、限界負荷応力（試験７２０時間で破断しない最大の応力。各鋼管の実際の降伏強度との比で表す。）を測定した。耐硫化物応力割れ性は、限界負荷応力がＹＳの９０％以上であれば良好とする。
以上の調査結果を表６に示す。なお、表６の「焼入れ性」の欄は、ＪＨＲＣ１０と「（Ｃ％×５８）＋２７」の値とを比較した結果の「良好」又は「不良」で示した。
Figure 2005073421
表６から、本発明で規定する化学組成を有するＮｏ．２９〜３１の鋼は、焼入れ性が良好であり、かつ降伏比が高く、耐硫化物応力割れ性が良好なことが明らかである。
そして、そのなかでも引張強度が１３０ｋｓｉ（８９７ＭＰａ）以下である符号２９−２、３０−２、３１−１及び３１−２の場合には、耐硫化物応力割れ性が一層良好である。
本発明の油井用継目無鋼管は、旧オーステナイト結晶粒度がJIS G 0551(1998)に規定される粒度番号で７番以下のような比較的粗い焼入れ焼戻し組織、つまり、焼戻しマルテンサイト組織であっても、高降伏比を有するため、高強度で、しかも耐硫化物応力割れ性に優れた鋼管である。
本発明の油井用継目無鋼管は、細粒化のための再熱処理を必要としないから、生産効率の高いインライン製管−熱処理プロセスを採用して低コストで製造することが可能である。
焼入れ焼戻し処理を施した鋼板の、降伏強度（ＹＳ）と降伏比（ＹＲ）の関係に及ぼすＣ含有量の影響を示す図である。

Claims (7)

  1. 質量％で、Ｃ：０．１〜０．２０％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜１．０％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％、Ｍｏ：０．０５〜１．０％、Ａｌ：０．１０％以下、Ｔｉ：０．００２〜０．０５％およびＢ：０．０００３〜０．００５％を含有し、かつ、下記の式（１）で求められるＡの値が０．４３以上であり、残部がＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰが０．０２５％以下、Ｓが０．０１０％以下、Ｎが０．００７％以下であることを特徴とする油井用継目無鋼管。
    Ａ＝Ｃ＋（Ｍｎ／６）＋（Ｃｒ／５）＋（Ｍｏ／３）・・・・・（１）
    ただし、式（１）中のＣ、Ｍｎ、ＣｒおよびＭｏは、それぞれの元素の質量％を示す。
  2. 質量％で、Ｃ：０．１〜０．２０％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜１．０％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％、Ｍｏ：０．０５〜１．０％、Ａｌ：０．１０％以下、Ｔｉ：０．００２〜０．０５％、Ｂ：０．０００３〜０．００５％、ならびにＶ：０．０３〜０．２％およびＮｂ：０．００２〜０．０４％のうちの１種または２種を含有し、かつ、下記の式（１）で求められるＡの値が０．４３以上であり、残部がＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰが０．０２５％以下、Ｓが０．０１０％以下、Ｎが０．００７％以下であることを特徴とする油井用継目無鋼管。
    Ａ＝Ｃ＋（Ｍｎ／６）＋（Ｃｒ／５）＋（Ｍｏ／３）・・・・・（１）
    ただし、式（１）中のＣ、Ｍｎ、ＣｒおよびＭｏは、それぞれの元素の質量％を示す。
  3. 質量％で、Ｃ：０．１〜０．２０％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜１．０％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％、Ｍｏ：０．０５〜１．０％、Ａｌ：０．１０％以下、Ｔｉ：０．００２〜０．０５％、Ｂ：０．０００３〜０．００５％、ならびにＣａ：０．０００３〜０．００５％、Ｍｇ：０．０００３〜０．００５％およびＲＥＭ：０．０００３〜０．００５％のうちの１種または２種以上を含有し、かつ、下記の式（１）で求められるＡの値が０．４３以上であり、残部がＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰが０．０２５％以下、Ｓが０．０１０％以下、Ｎが０．００７％以下であることを特徴とする油井用継目無鋼管。
    Ａ＝Ｃ＋（Ｍｎ／６）＋（Ｃｒ／５）＋（Ｍｏ／３）・・・・・（１）
    ただし、式（１）中のＣ、Ｍｎ、ＣｒおよびＭｏは、それぞれの元素の質量％を示す。
  4. 質量％で、Ｃ：０．１〜０．２０％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜１．０％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％、Ｍｏ：０．０５〜１．０％、Ａｌ：０．１０％以下、Ｔｉ：０．００２〜０．０５％、Ｂ：０．０００３〜０．００５％、ならびにＶ：０．０３〜０．２％およびＮｂ：０．００２〜０．０４％のうちの１種または２種、さらにＣａ：０．０００３〜０．００５％、Ｍｇ：０．０００３〜０．００５％およびＲＥＭ：０．０００３〜０．００５％のうちの１種または２種以上を含有し、かつ、下記の式（１）で求められるＡの値が０．４３以上であり、残部がＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰが０．０２５％以下、Ｓが０．０１０％以下、Ｎが０．００７％以下であることを特徴とする油井用継目無鋼管。
    Ａ＝Ｃ＋（Ｍｎ／６）＋（Ｃｒ／５）＋（Ｍｏ／３）・・・・・（１）
    ただし、式（１）中のＣ、Ｍｎ、ＣｒおよびＭｏは、それぞれの元素の質量％を示す。
  5. 引張強度が９３１ＭＰａ以下である請求項１〜４のいずれかに記載の油井用継目無鋼管。
  6. 請求項１から４までのいずれかに記載の化学組成を有し、かつ、下記の式（１）で求められるＡの値が０．４３以上である鋼片を熱間で穿孔し、延伸圧延した後、最終圧延温度を８００〜１１００℃として製管し、得られた鋼管をインラインでＡｒ３変態点から１０００℃までの温度域で補熱し、Ａｒ３変態点以上の温度から焼入れし、次いでＡｃ１変態点よりも低い温度で焼戻すことを特徴とする油井用継目無鋼管の製造方法。
    Ａ＝Ｃ＋（Ｍｎ／６）＋（Ｃｒ／５）＋（Ｍｏ／３）・・・・・（１）
    ただし、式（１）中のＣ、Ｍｎ、ＣｒおよびＭｏは、それぞれの元素の質量％を示す。
  7. 鋼管をインラインで補熱する温度が、Ａｃ３変態点から１０００℃までの温度域である請求項６に記載の油井用継目無鋼管の製造方法。

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