KR860002139B1 - 유정및가스정용의고성능관제작방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고성능 관 제작 방법 및 이에 의해 제작되는 관

본 발명은 깊은 유정(油井)과 가스정에 사용하는 관 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 황화수소, 이산화탄소 및 탄화수소를 그 성분으로 포함하는 염수가 존재하는 부식성환경 및 고압력, 또는 온도 변화 범위가 큰 지역인 4,600∼11,000m 깊이의 유정에 사용할 수 있는 오일 컨츄리 튜브 제품(OCTG)으로 공지된 관에 관한 것이다.

최근에, 심한 응력 및 부식 환경하에서 사용할 때, 파괴에 대한 저항력이 양호하게 고강도를 갖는 관을 개발하려는 시도가 계속되어 왔다. 이러한 시도가 필요한 것은 압력과 온도가 1,050 kg/cm²와 121℃를 초과하는 상태인 4,600∼11,000m의 깊이에서 사용할 수 있는 관이 요구되기 때문이다. 부수적으로, 이러한 관은 많은 양의 황화수소(H₂S), 이산화탄소(CO₂), 염수 및 이에 관련된 탄화수소를 포함하는 고부식성 환경에서도 사용할 수 있어야 한다. 관을 장기와 같은 조건에서 사용할 때, 황화물에 의한 응력 파괴(crack)때문에 관이 손상되는 것은 시간 문제가 된다.

강철관의 황화물 응력 파괴 특성은 강의 화학적 성질, 합금요소의 양과 특성, 강의 현미경적 구조, 강의 기계적 공정 및 수행되는 열처리 특성 등의 다양한 요소에 의해 영향을 받는다. 수년 동안, 탄소강의 황화물 응력 파괴를 극복하기 위한 많은 시도가 행해졌으나, 본 발명 이전에는 만족할 만한 해결책이 제시되지 목하였다.

다음에 기재하는 특허들은 현재의 기술 수준을 나타낸다.

미합중국 특허 제1,971,829호에는 소위 필거(pilger) 공정을 사용하여 시임레스(seamless)관을 제작하고, 이어서 상기 관을 단조 온도로 재가열(약 1,150℃ 정도 가열)한 후에 플러그 밀(plug mill), 릴러(reeler) 및 정경(定徑) 밑에서 연속적으로 다듬질하는 공정이 기재되어 있다.

미합중국 특허 제1,993,842호, 제2,275,801호 및 제2,361,318호에는 방사상 방향으로 2% 이상 냉간 압연되어 좌굴 저항력(collapse resistance)이 증가된 케이싱(casing)이 기재되어 있다.

미합중국 특허 제2,184,624호에는 상부 임계점 이상으로 가열하여, 관의 가공 특성을 증가시키기 위해 냉간 인발하기 전에 서냉시키는 열처리법이 기재되어 있다.

미합중국 특허 제2,293,938호에는 열간 압연된 관을 5∼10%범위로 냉간 가공하고, 좌굴 저항력을 증가시키고 연성을 유지하기 위해 저임계점 이하에서 열처리를 하는 조합이 기재되어 있다.

좌굴 저항력과 같은 특성을 개선시키는 다른 방법으로서, 직경이 3∼10% 정도 크게되어 있는 관 케이싱을 하부 임계점 이하인 343∼538℃ 온도 범위에서 정경처리하는 방법이 미합중국 특허 제2,402,383호에 기재되어 있다.

미합중국 특허 제2,825,669호에서 저탄소강(0.20C 이하)의 황화물의 응력 부식 파괴를 극복하기 위해 크롬과 알루미늄을 첨가하여 AC₁과 AC₃사이의 범위에서 열처리를 하고 이어서 오우스테나이트화 열처리를 하고 다시 풀림처리를 하는 방법을 사용한다. 상기 특허는 또한 탄소가 많이 함유될 경우9즉 0.20C 이상)에는 응력 부식 파괴에 대한 저항력이 약화되는 것을 지적하고 있다.

미합중국 특허 제2,895,861호에 열처리로 저탄소강(0.10∼0.25C)에 있어서의 응력 부식 문제를 해결하기 위한 다른 방법이 기재되어 있다. 이 특허에서, 강은 약 1시간 동안 오우스테나이트화 되었다가 공냉 처리된다. 다음에, 강은 AC₁점 이상에서 약 1시간 동안 트임 처리된다.

미합중국 특허 제3,655,465호에는 유정용 케이싱을 2단계 열처리하는 방법이 기재되어 있으며, 여기에서는 임계점 사이의 열처리로 냉각에 의해 오우스테나이트 분해물이 50% 이상 존재하도록 한다. 다음에, 가공물은 저임계점 이하에서 뜨임 처리된다.

미합중국 특허 제3,992,231호에는 SAE 41 XX강의 황화물 응력 파괴의 문제를 극복하는 또 다른 방법이 기재되어 있다. 이 방법에서는, 강은 오우스테나이트화되고 급냉된 후에, 가열된 관의 내면을 급냉시킴으로써 변태 온도 이하의 온도에서 뜨임 강화된다.

미합중국 특허 제4,032,368호에는 아공석강을 임계점 사이에서 품림 작업을 할 때 소요되는 시간과 에너지를 절약하는 방법이 기재되어 있다.

미합중국 특허 제4,040,872호에는 아공석강을 강화하는 방법이 기재되어 있다. 이 방법은 오우스테나이트 범위(732℃∼1093℃)까지 강을 급가열시키고, 급냉시킨 다음, 저임계온도 이하에서 실질적인 냉간 가공을 한다.

마지막으로, 미합중국 특허 제4,226,645호에는 황화수소응력 파괴에 대한 저항성이 개선된 유정 케이싱이 기재되어 있다. 이 특허에는 적절한 양의 몰리브덴, 바나듐 및 크롬을 함유하고, 842℃∼927℃ 범위로 오우스테나이트화 열처리되고, 다음에 급냉처리된 다음 650℃∼760℃의 범위로 뜨임 처리되어 최대로 로크웰 경도 35를 갖는 알루미늄-킬드강(alumium-killed steel)으로 제작되는 관이 기재되어 있다.

심저 유정용 관의 성분표가 아메리칸 석유협회와 그외의 사용자에 의해 작성되었다. 이러한 성분표는 일예로 5,600, 6,300, 6,650, 7,700, 8,750 및 9800kg/cm²의 항복 강도를 갖는 관의 등급에 대해서 설명하고 있다. 본 발명의 실시에 사용하는 6,300kg/cm²의 항복 강도를 갖는 변형된 41XX강의 화학적인 성분을 아래 표 1에 상세하게 기재하였다.

[표 1]

이 강은 완전히 킬드되어 있고, ASTM 5의 입자 구조 혹은 더 미세한 입자 구조로 되어 있다. 이 성분표의 강은 오우스테나이트화 처리 후에 내측으로부터 외측으로 급냉처리하여, 급냉된 상태에서 90%이상의 마트텐사이트 조직을 갖도록 한다. 뜨임 처리 후에, 마지막 경도로 로크웰 경도 18∼25사이로 된다. 개재물, 랩(lap), 이음, 인열, 또는 기공 등의 표면 결함은 연마 혹은 기계 가공으로 제거하여 최소벽 두께가 공칭벽 두께의 87.5% 이상이 되도록 한다.

본 발명은 황화물 응력 파괴에 대한 개선된 저향성을 갖고, 고인성과, 고좌굴 강도를 갖는 관을 제작하는 것이며, 이러한 관의 특성은 최소 항복 강도가 6,300kg/cm²인 상기 성분표의 관에 비해 동등하거나 또는 우수하며, 다른 유사한 관, 즉 5,600, 6,650, 7,700, 8,750, 및 9,800kg/cm²의 최소 항복 강도를 갖는 다른 등급의 관에 대해서도 마찬가지다.

표 2의 성분 범위를 갖는 변형된 AISI 4130강이 본 발명의 실시에 적합하게 사용된다.

[표 2]

상기 표를 염두에 두고, 본 발명에 따르면, 최소 항복 강도가 5,600∼9800kg/cm²이고, 황화물 응력 파괴 저항성이 개선된 고성능 관을 제작하는 방법에 있어서, 중량%로 탄소 0.20∼0.35%, 망간 0.35∼0.90%, 크롬 0.80∼1.50%, 몰리브덴 0.15∼0.75%, 니켈 최대 함유량 0.25%, 구리 최대 함유량 0.35%, 인 최대함유량 0.04%, 황 최대 함유량 0.04%, 실리콘 최대 함유량 0.35%이고 보통의 강제조 불순물을 제외한 균형강을 포함하는 킬드강을 제공하고, 이 강을 단면적을 마무리된 관의 단면적의 10∼40%정도 크게하여 관 형태로 형성하고, 입자 구조를 정련하고 재결정화시키기 위해 상기 관을 제1임계점 사이의 열처리를 하고, 표면 결점을 제거하고, 열처리된 관을 냉각 가공으로 최종관 치수로 형성하고, 치수가 정해진 관을 제2임계점 사이의 열처리를 하여 입자 구조를 재결정 및 정련시키며, 마무리되니 관을 급냉과 뜨임 처리를 하여 관을 오우스테나이트화 하고, 급냉 시키고, 뜨임 처리를 하여 최소 항복 강도가 5,600∼9800kg/cm²범위인 뜨임 처리된 마르텐 사이트 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 고성능 관 제조 방법이 제공된다.

본 공정에 사용하는 강은 2중 슬랙(slag) 방법을 사용하는 아크 전기로에나 적절하게 정련되어, 빌렛 혹은 대강편으로 주조된다. 빌렛 혹은 대강편을 천공, 압출하여 두꺼운 벽을 갖는 압출된 부재로 형성하여 강을 관 형태로 제작하는데, 이때 단면적은 전기한 바와 같이 최종 단면적의 10∼40%가 증가된 상태로 된다. 압출 단계와 재질의 입자 크기를 정련시키는 임계점 사이의 열처리가 끝난 후에, 두꺼운 부재의 표면 결점을 외면 연마와 같은 적절한 방법으로 제거하고, 다음에 이 부재를 냉간 가공으로 실질적인 치수로 가공한다 .다음에 관에 제2임계점간 열처리를 다음에 상세히 설명하는 방법으로 시행한 후에, 급냉과 뜨임 처리를하여 마무리 작업을 한다. 적합하게는, 급냉은 특히 두꺼운 벽으로 된 케이상일 경우에 내면-외면 방식으로 한다.

본 발명의 관은 결점이 없고 용이하게 검사할 수 있으며, 드리프트(drift) 직경이 개선된 특징을 갖는다. 본 발명의 관은 항복 강도를 근접되게 조절할 수 있어 경도의 범위도 또한 좁게 졸절할 수 있다. 현미경적 구조는 뜨임 처리된 마르텐 사이트 조직인 미세 입자 구조의 특징으로 되어 있으며, 그 장점은 황화물 응력파괴에 대한 저항성이 증가하고, 높은 인성과 높은 좌굴 강도를 갖는 것이다. 관이 전기한 장점을 갖출 수 있도록 관을 제작하는데 사용하는 자료로서 특히 1980년 부식 기술 국제협회에서 간행한 네이스 스탠다드 MR-01-75(NACE STANDARD MR-01-75)를 사용한다.

표1,2에 기재된 것과 같이, 본 발명은 악조건의 유전 지대에 사용하는 고성능 관을 제작하기 위해 비교적 좁은 범위의 화학 성분을 사용한다. 이러한 성분은 우수한 경도와 인성을 유지하면서 합금 편석을 최소로 할 수 있도록 선택된다. 고도의 청정도(cleanliness)를 얻기 위해, 강의 성분을 2중 슬랙 방법을 사용하는 아크 전기로에서 정련시키는 것이 적합하다. 이러한 공정으로써 필요한 화학적인 범위 내에서 적절하게 조절된 온도를 얻을 수가 있다.

청정도를 얻기 위해 정련 기술이 유용하게 사용되지만, 다듬질 열을 강괴 공정보다 연속적인 주조 공정으로 얻는 것이 적합하며, 이것은 연속적인 주조에 관련되는 고도로 조절된 냉각을 이 빌렛 혹은 대강편의 편석을 방지하기 때문이다.

전기한 사항에서 알 수 있듯이 완성된 관은 미세입자 구조로 되어 있는 것이 바람직하다. 미세 입자 구조는 공정의 각 단계에서 미세 입자에 대한 상기 공정 단계의 영향과 다은 특성을 고려한다면 용이하게 얻을 수 있는 것이다. 따라서, 본 발명이 압출된 부재를 제작하기 위해 압출 공정을 사용하기 때문에, 천공 단계에서 주조된 입자 구조의 정련을 시작하여 궁극적으로 완성된 관 벽의 내면과 외면을 동심으로 제작할 수 있게 된다. 동심성을 증가시키기 위해, 본 발명은 대강편 또는 빌렛을 기계적으로 가공하여 크기에 상관없이 외면이 진원인 실린더형으로 형성하고, 다음에 동심인 내부 구멍을 형성한다. 내면과 외면을 동심으로 한 다음에, 필요하면 압출과정 전에 내경을 확장시키기 위해 대강편과 빌렛에 단조를 행할 수도 있다. 다른 방법으로, 빌렛 또는 대강편에 천공 단계에 확장시키기 위해 대강편과 빌렛에 단조를 행할 수도 있다. 다른 방법으로, 빌렛 또는 대강편에 천공 단계에서 업셋단조 또는 구멍을 뚫거나 원형 홈 파내기 작업을 행할 수도 있다. 상기 단조는 주조된 입자 구조를 초기 강화시킨다.

본 발명은 관 형태를 제작하기 위해 압출 방법 또는 이와 유사한 방법을 사용하나 회전 천공 또는 용접방법을 사용할 수도 있다. 열간 성형 공정 중에 행하는 상당량의 단조 등의 가공으로, 이미 주조된 입자 구조에 비틀림 작용을 가하여 입자구조를 정련시키게 된다. 그러나, 압출 공정은 본 발명에 있어서 특별한 장점을 제공한다. 주조 빌렛 혹은 대강편의 표면에 존재하거나 또는 공정 중에 유입되는 표면 결점은 압출된 부재의 표면 상에서 측상으로 위치한 연신된 결점으로 나타난다.

이러한 결점들은 압출된 부재상에 나선형(회전 천공 공정에서 발생함)으로 존재하지 않고 축상으로 직선으로 존재하기 때문에, 외면 연마로 손쉽게 제거할 수 있다.

압출 공정이 끝난 후에, 본 발명은 임계점 사이의 열처리를 하고 결점을 제거한다. 0.3%의 탄소를 함유하는 강의 경우에, 저임계점 온도(AC₁)는 746℃이고, 상부 임계점 온도(AC₃)는 816℃이다. AC₁점 이하에서 강의 성분은 퍼얼라이트(pearlite)와 페라이트로 구성되고, AC₁점과 AC₃점 사이에서는 오우스테나이트와 페라이트로 구성된다. AC₃점 이상에서 강의 성분은 완전히 오우스테나이트로 된다. 임계점 사이에서, 페라이트와 오우스테나이트의 비율은 평형 상태하에서 온도에 따라 결정된다. 즉, 816℃의 부근에서(0.3%의 탄소를 포함한 강의 경우), 강의 성분은 거의 오우스테나이트가 되고 페라이트는 소량만 존재한다. 반대로 746℃ 부근에서는 강의 성분은 거의 페타이트로 된다. 따라서, 임계점 사이의 열처리로 수행하는 온도에 의해 페라이트와 오우스테나이트 사이의 비가 결정된다. 한편, 압출된 부재가 균일한 온도로 되어 대략 평형상태를 유지할 수 있도록 충분한 시간이 허용된다면, 열처리의 시간은 별로 중요한 사항이 되지 못한다. 1.27∼2.54cm의 벽 두께를 갖는 압출된 부재의 임계점간 열처리 시간은 15분∼1시간 정도이다.

임계점 사이의 열처리는 0.3%의 탄소를 함유한 강의 경우에 AC₃점 바로 아래, 즉 약 802℃에서 수행하는 것이 적합하다. 이 온도에서, 입자 구조는 비교적 작은 입자로 재결정 된다. 임계점간 열처리가 끝난 후에, 편리한 방법으로 냉각을 수행하는데, 이때 냉각 방법은 한정되지 않는다.

본 발명의 다른 장점에 따르면, 초기에 10∼40%정도 크기가 증가되어 압출된 부재는 규정된 크기로 냉간가공된다. 이러한 냉간 가공은 필거링(pilgering), 압연, 스웨이징(swaging), 인발 등으로 수행하나, 맨드렐(mandrel) 상에서 냉간 가공하는 것이 적합하다. 연속적인 냉간 가공이 10%를 초과할 때, 열처리 후의 입자 크기 정련을 상당한 정도로 행할 수 있다. 적합하게는, 이 공정 단계 중의 냉간 가공을 20% 정도로 수행하여 상당한 정도의 입자 크기 정련도를 얻을 수 있도록 한다. 이러한 결과로써 인성이 증가하고 황화물 응력 파괴 저항성이 증가하여 '고압력을 받는 심저유정관의 특성을 갖추게 된다.

표면 결점을 연마로 제거한 다음 치수를 정하기 위해 냉간 가공을 하는 것은 또 다른 효과를 나타낸다. 맨드렐 상에서냉간 가공을 할 때, 이 공정은 연마 표면 윤곽을 매끄럽게 배출시켜 연마할 지역의 평균 깊이를 감소시킨다. 냉간 가공을 20%정도 수행한 후에는, 벽 두께의 30% 정도로 두꺼운 본래의 연마지역은 공칭벽 두께의 5% 이하로 감소된다. 이러한 상태는, 파괴역학적 분석에 따르면, 결점의 깊이가 감소되면 제품에 요구되는 인성이 감소되는 부수적인 장점을 제공한다.

냉간 가공시에 맨드렐을 사용하면, 관의 내부 표면의 불규칙성은 외부 표면과 마찬가지로 매끄럽게 된다. 부수적으로, 냉간 가공에 맨드렐을 사용하면 관의 내경 및 외경을 정확하게 조절할 수 있고, 또한 관의 원형도를 정확하게 조절할 수 있다. 이러한 특성들은 상호 관련적으로 여러 관점에서 관의 특성을 증진시킨다. 첫째로, 표면 연마 지역을 감소 또는 경감시킴으로써 벽 두께의 변화를 감소시킬 수 있어 관의 좌굴 강도를 증진시킨다. 둘째로, 벽 두께와 원형도와, 동심성(결점 깊이의 감소로 얻음)을 보다 정확하게 조절하여 관의 내경과 외경의 허용 공차가 근소한 관을 제작할 수 있어, 관의 트리프트 직경을 증진시킬 수 있다. 미국 석유협회의 드리프트는 다음과 같이 정의된다. 공칭 O-2t-규격 공차, 여기에서 OD는 외경, t는 벽 두께를 말한다.

치수를 결정하는 냉간 가공, 적합하게는 맨드렐상에서의 냉간 가공 단계가 끝난 후에, 본 발명은 관에 대해 제2의 임계점간의 열처리를 하는데, 여기에서 치수가 정해진 관은 AC₁점과 AC₃점 사이로 다시 가열된다. 이 때에, 입자 구조는 냉간 가공으로 인하여 비틀림되어 있고 각 입자의 슬립면을 따라 변형되어 있다. 임계점간 열처리 중에, 냉간 가공 공정으로 발생된 증가된 핵 형성 위치수로부터 재결정화가 발생하여 입자구조를 더욱 정련시킨다. 비교적 낮은 임계점 간의 온도로 인해, 입자 성장은 방지된다. 열처리 시간은 한정되지 않으나, 완전한 재결정화가 이루어질 수 있는 충분한 시간만 제공하면 된다. 벽 두께가 1.27∼ 2.54cm인 관에 열을 가하는 시간은 15분∼1시간 정도가 양호하다.

전기한 바와 같이, 급냉과 뜨임 단계를 마지막 공정 단계로 수행한다. 적합하게는 치수가 정해지고 임계점간 열처리가 된 관은 완전 오우스테나이트 조직으로 만들기 위해 필요한 최소의 시간 동안 899℃∼927℃에서 균열(soaking)된다. 이것은 바꿔 말하면 입자 성장을 최소로 하는 것이다. 관의 두께가 1.27cm 이상인 경우에, 오우스테나이트로부터 마르텐사이트로 완전히 변태시키기 위해서는 내면-외면 수중 담금질을 하는 것이 적합하다. 급냉이 끝난 후의 관의 온도를 최대로 93℃에서 유지하는 것이 좋다.

급냉이 끝난 후에, 관은 필요한 항복 강도와 인성을 갖추기 위해 AC₁이하의 온도에서 뜨임 처리된 마르텐사이트 구조를 열처리 된다. 5,600∼9,800kg/cm²의 항복 강도를 얻기 위해, 뜨임 처리 온도는 대략 593℃∼732℃ 정도로 된다.

공정 중의 하나 이상의 단계에서 관을 직선으로 교정시키는 것이 필요하다. 직선 교정은 공지된 회전 고정 방법 등과 같은 방법으로 수행한다.

본 발명의 특징을 확실히 하기 위해, 본 발명을 설명하는 예를 다음에 기재하였다. 그러나, 다음에 기재하는 사항은 단지 예시적인 방법일 뿐이지 본 발명의 범위를 한정하거나, 첨부된 특허 청구의 범위를 제한하는 것은 아니다. 다음의 예와 전 명세서에서 성분의 양은 중량비를 표시하였고, 다른 비율일 경우에는 그 사항을 명시하였다.

[예 1 및 2]

(열처리강 63910 및 73355)

2개의 상이한 제조 공정으로 최소 항복 강도 등급이 6,300kg/cm²이고, 항복 강도의 범위가 6,300∼7,350kg/cm²인 케이싱을 제작한다.

1) 압출, 급냉 및 뜨임 열처리

2) 압출, (불림) 임계점간 열처리-맨드렐 상에서 인발-임계점간 열처리, 급냉 및 뜨임 열처리.

상기 공중 중의 제1공정은 상기 등급의 케이싱의 표준 제조공정과 일치하며, 여기에서 열간 성형된 관은 적절한 강도 범위를 열처리된다. 제2공정은 여기에 설명된 본 발명의 임계점간 열처리와 냉간 가공 단계를 포함하나, 다음에 설명되는 사항과 동일하다. 상기 공정의 각 관의 샘플을 NACE TM-01-77표준 시험 방법에 따라 시험하여 황화물 응력 파괴에 대한 내성 특성을 시험한다.

표 3에 표시된 화학 성분으로 된 열처리 강은 천공 및 압출을 위해 이중 슬랙 방법을 사용하는 아크 전기로부터 80.55cm²넓이의 변형된 대강편으로 연속적으로 주조된다.

[표 3]

대강편은 2가지 경우로 직경이 19.8cm로 천공 압출 된다. 첫째로, 급냉에 의한 마르텐사이트 변태의 효율을 측정하기 위해, 케이싱은 공칭 외경이 19.4cm이고, 벽 두께가 각기 1.27cm 및 3.048cm로 압출된다. 상기 케이싱들은 913℃에서 약 45분 동안 오우스테나이트화되고, 내면 및 외면이 동시에 최대 93℃에서 수중 담금질된다. 케이싱들은 677℃와 704℃에서 약 1시간 동안 뜨임 처리되어 표 4에 기재된 범위의 항복 강도를 갖게 된다. 뜨임 처리된 케이싱은 물 분무로 냉각된다. 표 4는 또한 상기 관에 대해 행해지는 황화물 응력 파괴 시험 결과도 기재하고 있다.

다음으로, 앞서 사용한 2개의 동일한 열처리 강의 대강편으로 부터 19.4cm의 외경과 1,808cm의 벽 두께를 갖는 관을 압출시킨다. 압출된 부재는 802℃에서 20분간 임계점간 열처리되어 변태 지역을 통과하여 서냉된 후에, 공칭 외경으로 외면 연마된다. 압출 조절된 부재를 맨드렐 상에서 인발하여 직경 17.78cm, 벽두께 1.588cm의 관을 형성한다. 인발 가공에 의해 면적은 20% 정도 감소된다. 다음에, 제2임계간 열처리를 802℃에서 20분간 수행하고 변태 지역을 통과하여 서냉시킨다.

상기 케이싱들은 913℃에서 약 45분간 오우스테나니트화되고 동시에 최대 93℃로 내면과 외면에 수중 담금질을 행한다. 오우스테나이트화되고 담금질된 케이싱은 약 696℃로 45분간 뜨임 처리한 다음 물 분무로 냉각시킨다.

얻어지는 항복 강도는 담금질 후에 행하는 뜨임 처리 온도에 의해 결정되며, 온도와 항복 강도 사이에 관계는 다음 표와 같이 작성된다.

표 5는 관 35 및 관 41를 상기 공정을 수행한 결과이다. 관 41은 제1임계점간 열처리를 행하기 전에 927℃에서 풀리처리를 하였고 관 35는 풀림처리를 하지 않았기 때문에 시험재료로 선택한다.

다른 조건을 거의 동일하게 조절하여, 종래 방법으로 제작한 관과 새로운 공정으로 제작한 관 사이의 황화물 응력 파괴의 결과는 표 4와 5에 나타난 데이타를 사용하여 비교될 수 있다.

종래 공정인 표 4인 2개의 열처리강의 한계 응력(노출시간 720시간에서 결점 없음)과 5,600-5,950kg/cm²의 응력이 작용하는 벽 두께를 나타낸다. 표 5는 5,950∼6,300kg/cm²의 응력이 작용할 때 한계 응력이 한정적으로 증진되는 것을 나타낸다. 이 2개의 표에는 5,250kg/cm²에서의 이례적인 결점이 표시되어 있다. 시간대 결점의 발현율이 고도의 응력이 작용할 때 비교적 신속하게 나타나므로, 전체 데이타 동향을 시험하여 보면 실험적인 오차는 2개의 표본에 유사하게 일어나는 것을 알 수 있다. 실험실에서 행한 가속적인 실험은 보통 허용되는 한계응력으로 분류된 최소항복 응력의 75% 혹은 4,725kg/cm²를 사용한다. 양 과정이 상기 요구점을 만족시키는 것으로 간주되어도, 6,300kg/cm²의 응력이 작용하는 통과 시험은 일반적인 것이 아니기 때문에 새로운 공정의 한계 응력 증진은 대단한 것으로 간주될 수 있다. 여기에 기재된 새로운 공정으로 제작한 관 41과 제1임계점간 열처리를 하기 전에 부수적인 풀림 담계를 행한 관 35사이에는 현저한 차이가 없다. 표4와 5의 데이타로 나타나는 개선된 황화물 응력 파괴 저항력은 임계점간 열처리와 냉간 가공 단계가 포함된 결과라고 여겨진다. 종래의 공정에 새로운 공정을 첨가하여 사용하여, 심각하지 않은 상태(일예로 온도가 상승되거나 황화수소물의 함량이 적을 때)에서 관을 사용할 때 유사한 개선점을 기대할 수도 있다.

종래방법

[표 4]

압출되고 급냉되고 뜨임 열처리된 케이싱의 황화물 응력 파괴 데이타.

( )-결점 발생시 노출시간.

720NF-결점없이 720시간의 노출의 시험을 완수함.

본 발명의 공정

[표 5]

압출되고, 임계점간 열처리-맨드렐 상에서의 인발-임계점간 열처리, 급냉 및 뜨임 열처리된 케이싱

( )-결점 발생시 노출시간.

720NF-결점없이 720시간의 노출시험을 완수함.

* 620NF-실험에서 일기 관계로 시험 중단.

Claims (19)

1. (3차 정정) 최소 항복 강도가 5,600∼9,800kg/cm²이고, 황화물 응력 파괴 저항성이 개선된 유정 및 가스정용의 고성능 관을 제작하는 방법에 있어서, 중량 비로 탄소 0.20∼0.35%, 망간 0.35∼0.90%, 크롬 0.80∼1.50%, 몰리브덴 0.15∼0.75%, 니켈 최대 함유량, 0.25%, 구리 최대 함유량 0.35%, 인 최대 함유량 0.04%, 황 최대 함유량 0.04%, 실리콘 최대 함유량 0.35%, 바나듐 최대 함유량 0.15%와 보통의 강 제조 불순물을 제외한 균형 강을 포함하는 킬드 강을 제공하는 단계와, 이 강의 단면적을 마무리된 관의 단면적의 10∼40%정도 더 크게 하여 빌렛으로부터 관 형태로 형성하는 단계와, 상기 관을 제1임계점 사이에서 열처리를 하여 입자 구조를 정련하고 재결정화시키는 단계와, 표면 결점을 제거하는 단계와, 열처리된 관을 냉간 가공으로 마무리된 관의 치수를 형성하는 단계와, 치수가 정해진 관을 제2임계점 사이에서 열처리를 하여 입자 구조를 재결정 및 정련시키는 단계와, 마무리된 관을 오우스테나이트화, 급냉 및 뜨임 처리를 하여 최소 항복 강도가 5,600∼9,800kg/cm²범위인 뜨임 처리된 마르텐사이트 조직을 만드는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 유정 및 가스정용의 고성능 관 제작 방법.
2. (2차 정정) 제1항에 있어서, 공정 처리한 강을 본질적으로 중량비로 탄소 0.26∼0.33, 망간 0.40∼0.80, 실리콘 0.25∼0.34, 크롬 0.75∼1.30, 몰리브덴 0.20∼0.60, 바나듐, 0.06∼0.15와 보통의 강 제조 불순물을 제외한 균형강으로 구성하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. (2차 정정) 제1항에 있어서, 관 형태로 제작되는 빌렛을 그 내부를 종방향으로 관통하는 천공된 구멍이 있는 실린더형으로 가공하고, 가공된 실린더형의 외측 표면이 천공된 구멍과 동심인 것을 특징으로 하는 방법.
4. (2차 정정) 제1항에 있어서, 상기 강을 압출하여 관 형태로 열간 성형하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. (2차 정정) 제1항에 있어서, 초기 관 형태를 AC₁과 AC₃온도 사이에서 15분 내지 1시간 동안 유지하여 제1임계점간 열처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. (2차 정정) 제1항에 있어서, 표면 결점을 외면 연마로 제거하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. (2차 정정) 제1항에 있어서, 마무리된 치수로 행하는 측면 냉간 가공을 관을 맨드렐 상에서 인발함으로써 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. (2차 정정) 제1항에 있어서, 치수가 정해진 관을 AC₁과 AC₃온도 사이에서 15분 내지 1시간 동안 유지하여 제2임계점간 열처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. (2차 정정) 제2항에 있어서,급냉과 뜨임 처리를 오우스테 나이트화 범위인 899℃∼927℃에서 38℃∼93℃온도 범위까지 내측-외측 수중 담금질로 구성하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. (2차 정정) 제2항에 있어서, 급냉 후에 치수가 정해진 관을 항복 강도가 5,600∼6,650kg/cm²가 되도록 691℃∼732℃ 범위에서 뜨임 처리하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. (2차 정정) 제2항에 있어서, 급냉 후에 치수가 정해진 관을 항복 강도가 6,300∼7,350kg/cm²가 되도록 677℃∼718℃ 범위에서 뜨임 처리하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. (2차 정정) 제2항에 있어서, 치수가 정해진 관을 항복강도가 6,650∼7,700kg/cm²가 되도록 663℃∼704℃ 범위에서 뜨임 처리하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. (2차 정정) 제2항에 있어서,치수가 정해진 케이싱을 항복 강도가 7,700∼8,7350kg/cm²가 되도록 649℃∼691℃ 범위에서 뜨임처리하는 것을 특징으로 하는 방법.
14. (2차 정정) 제2항에 있어서, 치수가 정해진 관을 항복 강도가 8,750∼9,800kg/cm²가 되도록 621℃∼677℃ 범위에서 뜨임 처리하는 것을 특징으로 하는 방법.
15. (2차 정정) 제2항에 있어서,치수가 정해진 관을 항복 강도가 9,800∼10,850kg/cm²가 되도록 593℃∼649℃ 범위에서 뜨임 처리하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. (2차 정정) 제1항에 있어서, 제1 임계점간 열처리를 760℃∼816℃ 범위에서 15분 내지 1시간 동안 수행하고, 제2임계점간 열처리를 입자 구조를 재결정화시키고 정련시키기 위해 760℃∼816℃ 범위에서 15분 내지 1시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
17. (2차 정정) 제1항에 있어서, 관을 899℃∼927℃ 범위에 1시간 동안 오우스테나이트화시키고 다음에 38℃∼93℃ 온도 범위로 급냉시킨는 것을 특징으로 하는 방법.
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