JP2006265668A - 油井用継目無鋼管 - Google Patents
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Abstract
【課題】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、強度安定性に優れた油井用継目無鋼管を提供する。
【解決手段】Ｃ：０．１４〜０．３５％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜２．０％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％、Ｍｏ：０．０５〜２．０％、Ｔｉ：０〜０．０５％、Ｖ：０〜０．１％およびＡｌ：０．０１０％以上を含有し、かつ、Ａｌ含有率と、ＴｉおよびＶにより補正したＮ含有率の積の値が０．００００１〜０．０００５０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％以下である油井用継目無鋼管である。Ｔｉ、Ｖ、ＮｂまたはＢを含有させて焼入れ性および耐硫化物応力腐食割れ性を向上させ、また、Ｃａ、ＭｇまたはＲＥＭを含有させて介在物の形態改善を行い、耐硫化物応力腐食割れ性を向上させることが好ましい。
【選択図】 図１
【解決手段】Ｃ：０．１４〜０．３５％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜２．０％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％、Ｍｏ：０．０５〜２．０％、Ｔｉ：０〜０．０５％、Ｖ：０〜０．１％およびＡｌ：０．０１０％以上を含有し、かつ、Ａｌ含有率と、ＴｉおよびＶにより補正したＮ含有率の積の値が０．００００１〜０．０００５０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％以下である油井用継目無鋼管である。Ｔｉ、Ｖ、ＮｂまたはＢを含有させて焼入れ性および耐硫化物応力腐食割れ性を向上させ、また、Ｃａ、ＭｇまたはＲＥＭを含有させて介在物の形態改善を行い、耐硫化物応力腐食割れ性を向上させることが好ましい。
【選択図】 図１
Description
本発明は、油井用継目無鋼管に関し、詳しくは、引張強度などの強度変動が少なく、強度安定性に優れた油井用継目無鋼管に関する。
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、安定した強度のもとでの高強度化、靭性向上および耐サワー性向上が常に要求されている。
例えば、特許文献１には、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、ＣｒおよびＭｏ含有率を所定の関係式を満足させるように調整した継目無鋼管を、焼入れ焼戻しすることにより得られるＭ２３Ｃ６タイプの炭化物の生成を抑制することにより高靱性および高耐食性を備えた継目無鋼管が開示されている。
これらの要求を満たすためには、強度の安定化を図ることが重要であり、特に、耐サワー性を必要とされる鋼管においては、強度範囲の狭幅化が図られている。また、一般の油井管においても、鋼管の強度変動（強度バラツキ）に起因して、油井における外圧により油井管が部分的に変形するおそれがあり、鋼管の強度安定性は不可欠な要素となっている。
従来から、強度安定化を図るためには、鋼管を均一な焼戻しマルテンサイト組織とするのが好ましく、焼入れ性を調整するために、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏなどの元素含有率の狭幅化が必要であったが、それだけでは、安定した強度を実現することはできなかった。さらに、最近では、生産効率の向上、使用エネルギーの低減、コスト合理化を目的として、従来のオフライン熱処理に代えてインライン熱処理が採用されつつある。このインライン熱処理では、旧オーステナイトの結晶粒度の変動によって焼入れ性が変化し、安定した強度が得られないという問題もあった。
上述のとおり、旧オーステナイト結晶粒度の変動による焼入れ性の変動などを抑制し、安定した高強度、高い靱性および耐サワー性を備えた油井用継目無鋼管を得るためには、なお、解決されねばならない課題が残されている。
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その課題は、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、強度安定性に優れた油井用継目無鋼管を提供することにある。
本発明者らは、上述の課題を解決するために、従来の問題点を踏まえて、強度安定性に優れた油井用継目無鋼管の製造について検討を行い、下記の（ａ）〜（ｄ）に示す主な知見を得て、本発明を完成させた。
（ａ）鋼管の焼入れ性の変動による鋼強度の変動を低減するためには、鋼中におけるＡｌＮの析出量を所定範囲内に制御することが重要であり、その指標であるＡｌ含有率（質量％）と、窒化物を形成するＴｉおよびＶ含有率により補正したＮ含有率（質量％）（以下、「補正Ｎ含有率」とも称する）との濃度積（以下、「Ａｌ×｛Ｎ−１４×(Ｔｉ／１４４＋Ｖ／１５３)｝」とも記す）の値を０．００００１〜０．０００５０の範囲内に調整する必要がある。
（ｂ）濃度積、Ａｌ×｛Ｎ−１４×(Ｔｉ／１４４＋Ｖ／１５３)｝の値を上記（ａ）の範囲内に調整する理由は下記のとおりである。すなわち、上記濃度積の値が０．０００５０を超えて高くなるとＡｌＮの析出量が多くなるので、結晶粒の粗大化が抑制され、鋼管の焼入れ性が低下する。他方、上記濃度積の値が０．００００１未満ではＡｌＮの析出量が少なくなるので、結晶粒が粗大化し、鋼管の焼入れ性が上昇する。このようにして発生する鋼管の焼入れ性の変動を抑制し、強度の安定化を図るためには、上記濃度積の値を上記（ａ）に記した範囲内に調整する必要がある。
（ｃ）焼入れ性を高めて鋼管の強度を確保するとともに靱性の低下を防止するためには、Ｃ、Ｓｉ、ＭｎおよびＣｒ含有量を調整することが、また、焼入れ性を高めるとともに耐硫化物応力腐食割れ性を高めるためには、Ｍｏ含有量を調整することが、それぞれ有効である。
（ｄ）Ｔｉを含有させるとＮを窒化物として固定し、Ｂを固溶状態で存在させることができるので、焼入れ性を向上させることができ、また、Ｖを含有させると焼戻し時に微細炭化物が析出することにより、強度上昇を図ることができる。Ｎｂは炭窒化物を形成することにより、また、Ｂは焼入れ性を向上させてマルテンサイト量を増加させることにより、それぞれ耐硫化物応力腐食割れ性を向上させる。さらに、Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭのうちの１種以上を含有させることにより、介在物の形態を改善して耐硫化物応力割れ性を向上させることができる。
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記の（１）〜（４）に示す油井用継目無鋼管にある。
（１）質量％で、Ｃ：０．１４〜０．３５％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜２．０％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％、Ｍｏ：０．０５〜２．０％、Ｔｉ：０〜０．０５％、Ｖ：０〜０．１％およびＡｌ：０．０１０％以上を含有し、かつ、Ａｌ、Ｎ、ＴｉおよびＶ含有量が下記（１）式で与えられる関係を満足し、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％以下であることを特徴とする油井用継目無鋼管。
０．００００１≦Ａｌ×｛Ｎ−１４×(Ｔｉ／１４４＋Ｖ／１５３)｝≦０．０００５０ ・・・・（１）
ただし、（１）式中の元素記号は、鋼中に含有される各元素の含有率（質量％）を表す。
０．００００１≦Ａｌ×｛Ｎ−１４×(Ｔｉ／１４４＋Ｖ／１５３)｝≦０．０００５０ ・・・・（１）
ただし、（１）式中の元素記号は、鋼中に含有される各元素の含有率（質量％）を表す。
（２）質量％で、Ｃ：０．１４〜０．３５％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜２．０％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％、Ｍｏ：０．０５〜２．０％、Ｔｉ：０〜０．０５％、Ｖ：０〜０．１％およびＡｌ：０．０１０％以上、ならびに、Ｎｂ：０．００５〜０．０４０％およびＢ：０．０００３〜０．００５％のうちの１種または２種を含有し、かつ、Ａｌ、Ｎ、ＴｉおよびＶ含有量が前記（１）式で与えられる関係を満足し、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％以下であることを特徴とする油井用継目無鋼管。
（３）質量％で、Ｃ：０．１４〜０．３５％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜２．０％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％、Ｍｏ：０．０５〜２．０％、Ｔｉ：０〜０．０５％、Ｖ：０〜０．１％およびＡｌ：０．０１０％以上、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、Ａｌ、Ｎ、ＴｉおよびＶ含有量が前記（１）式で与えられる関係を満足し、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％以下であることを特徴とする油井用継目無鋼管。
（４）質量％で、Ｃ：０．１４〜０．３５％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜２．０％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％、Ｍｏ：０．０５〜２．０％、Ｔｉ：０〜０．０５％、Ｖ：０〜０．１％およびＡｌ：０．０１０％以上、ならびに、Ｎｂ：０．００５〜０．０４０％およびＢ：０．０００３〜０．００５％のうちの１種または２種を含有し、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、Ａｌ、Ｎ、ＴｉおよびＶ含有量が前記（１）式で与えられる関係を満足し、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％以下であることを特徴とする油井用継目無鋼管。
本発明において、「強度安定性に優れた」とは、鋼の引張強度などの強度変動が少ないことを意味し、その詳細については後述する。
なお、以下の説明では、「質量％」を単に「％」とも表記する。
本発明の油井用継目無鋼管は、省エネルギーを実現できる効果的手段により製造可能な、強度安定性に優れた油井用継目無鋼管である。とりわけ、インライン熱処理プロセスを経て製造した場合においても、旧オーステナイト結晶粒の粒度変動に起因する焼入れ性の変動が抑制され、安定した高強度を得ることができる。したがって、本発明の油井用継目無鋼管は、省エネルギーおよび生産効率向上の下で生産される油井用継目無鋼管として好適である。
本発明は、前記したとおり、Ｃ：０．１４〜０．３５％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜２．０％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％、Ｍｏ：０．０５〜２．０％、Ｔｉ：０〜０．０５％、Ｖ：０〜０．１％およびＡｌ：０．０１０％以上を含有し、かつ、Ａｌ、Ｎ、ＴｉおよびＶ含有量が前記（１）式で与えられる関係を満足し、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％以下であることを特徴とする油井用継目無鋼管である。以下に、本発明の範囲を前記のとおり限定した理由および好ましい範囲について、さらに詳しく説明する。
Ｃ：
Ｃは、油井用継目無鋼管の強度を確保する目的で含有させる。その含有率が０．１４％未満では焼入性が不足して焼戻し温度を高めることができず、必要とする鋼性能を確保することが難しい。一方、含有率が０．３５％を超えて高くなると焼き割れが発生し、また、靭性が劣化する。以上の理由から、Ｃ含有率の適正範囲を０．１４〜０．３５％とした。なお、Ｃ含有率の好ましい範囲は、０．１６〜０．２８％であり、より好ましい範囲は、０．２０〜０．２８％である。
Ｃは、油井用継目無鋼管の強度を確保する目的で含有させる。その含有率が０．１４％未満では焼入性が不足して焼戻し温度を高めることができず、必要とする鋼性能を確保することが難しい。一方、含有率が０．３５％を超えて高くなると焼き割れが発生し、また、靭性が劣化する。以上の理由から、Ｃ含有率の適正範囲を０．１４〜０．３５％とした。なお、Ｃ含有率の好ましい範囲は、０．１６〜０．２８％であり、より好ましい範囲は、０．２０〜０．２８％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作用を有する元素であり、その効果を得るためには０．０５％以上の含有率とする必要がある。しかし、その含有率が１．０％を超えて高くなると耐硫化物応力割れ性が低下する。そこで、Ｓｉ含有率の適正範囲を０．０５〜１．０％とした。なお、Ｓｉ含有率の好ましい範囲は０．１〜０．５％である。
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作用を有する元素であり、その効果を得るためには０．０５％以上の含有率とする必要がある。しかし、その含有率が１．０％を超えて高くなると耐硫化物応力割れ性が低下する。そこで、Ｓｉ含有率の適正範囲を０．０５〜１．０％とした。なお、Ｓｉ含有率の好ましい範囲は０．１〜０．５％である。
Ｍｎ：
Ｍｎは、脱酸作用を有するとともに、鋼の焼入れ性を高めて強度を向上させる作用を有する元素であり、その効果を得るには０．０５％以上を含有させる必要がある。しかし、その含有率が２．０％を超えて高くなると成分偏析が増大し、靭性を低下させる。したがって、Ｍｎ含有率の適正範囲を０．０５〜２．０％とした。
Ｍｎは、脱酸作用を有するとともに、鋼の焼入れ性を高めて強度を向上させる作用を有する元素であり、その効果を得るには０．０５％以上を含有させる必要がある。しかし、その含有率が２．０％を超えて高くなると成分偏析が増大し、靭性を低下させる。したがって、Ｍｎ含有率の適正範囲を０．０５〜２．０％とした。
Ｐ：
Ｐは、鋼中の不純物元素であり、粒界に偏析して靭性低下をもたらし、特に、その含有率が０．０２５％を超えて高くなると靭性を著しく低下させる。そこで、Ｐ含有率の適正範囲を０．０２５％以下とした。なお、Ｐ含有率は０．０２０％以下とするのが好ましい。
Ｐは、鋼中の不純物元素であり、粒界に偏析して靭性低下をもたらし、特に、その含有率が０．０２５％を超えて高くなると靭性を著しく低下させる。そこで、Ｐ含有率の適正範囲を０．０２５％以下とした。なお、Ｐ含有率は０．０２０％以下とするのが好ましい。
Ｓ：
Ｓも鋼中の不純物であり、ＭｎまたはＣａと結合して介在物を形成する。Ｓ含有率が０．０１０％を超えると介在物に起因して鋼の靱性および耐硫化物応力割れ性の劣化が大きくなる。そこで、Ｓ含有率の適正範囲を０．０１０％以下とした。なお、Ｓ含有率は０．００５％以下とするのが好ましい。
Ｓも鋼中の不純物であり、ＭｎまたはＣａと結合して介在物を形成する。Ｓ含有率が０．０１０％を超えると介在物に起因して鋼の靱性および耐硫化物応力割れ性の劣化が大きくなる。そこで、Ｓ含有率の適正範囲を０．０１０％以下とした。なお、Ｓ含有率は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％以上を含有させる必要がある。しかし、その含有率が１．５％を超えて高くなると鋼の靱性および耐硫化物応力割れ性が低下する。そこで、Ｃｒ含有率の適正範囲を０．０５〜１．５％とした。なお、Ｃｒ含有率の好ましい範囲は、０．２〜１．２％である。
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％以上を含有させる必要がある。しかし、その含有率が１．５％を超えて高くなると鋼の靱性および耐硫化物応力割れ性が低下する。そこで、Ｃｒ含有率の適正範囲を０．０５〜１．５％とした。なお、Ｃｒ含有率の好ましい範囲は、０．２〜１．２％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ともに、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含有率を０．０５％以上とする必要がある。しかし、Ｍｏ含有率が２．０％を超えて高くなると靱性および耐硫化物応力割れ性が低下する。上記の理由により、Ｍｏ含有率の適正範囲を０．０５〜２．０％とした。なお、Ｍｏ含有率の好ましい範囲は、０．１〜０．８％である。
Ｍｏは、鋼の焼入れ性を高めて高強度を確保するとともに、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含有率を０．０５％以上とする必要がある。しかし、Ｍｏ含有率が２．０％を超えて高くなると靱性および耐硫化物応力割れ性が低下する。上記の理由により、Ｍｏ含有率の適正範囲を０．０５〜２．０％とした。なお、Ｍｏ含有率の好ましい範囲は、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。また、Ａｌ含有率が０．０１０％未満では、固溶Ｃ量が増加する結果、著しく強度が上昇する。そこで、Ａｌ含有率の適正範囲を０．０１０％以上とした。なお、Ａｌ含有率の好ましい上限値は０．０８０％である。
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。また、Ａｌ含有率が０．０１０％未満では、固溶Ｃ量が増加する結果、著しく強度が上昇する。そこで、Ａｌ含有率の適正範囲を０．０１０％以上とした。なお、Ａｌ含有率の好ましい上限値は０．０８０％である。
関係式（１）によるＡｌ、Ｎ、ＴｉおよびＶ含有率の限定理由：
前記のとおり、Ａｌ含有率とＮ含有率との濃度積、Ａｌ×｛Ｎ−１４×(Ｔｉ／１４４＋Ｖ／１５３)｝の値を下記（１）式により表される値の範囲に調整する理由は以下のとおりである。
０．００００１≦Ａｌ×｛Ｎ−１４×(Ｔｉ／１４４＋Ｖ／１５３)｝≦０．０００５０ ・・・・（１）
上記濃度積、Ａｌ×｛Ｎ−１４×(Ｔｉ／１４４＋Ｖ／１５３)｝の値は、鋼中にＡｌＮが析出する度合いを示す指標であり、濃度積の値が０．０００５０を超えて高くなると鋼中におけるＡｌＮの析出量は増大する。その結果、結晶粒の粗大化が抑制され、鋼管の焼入れ性が低下する。他方、濃度積の値が０．００００１未満では鋼中におけるＡｌＮの析出量が減少する結果、結晶粒が粗大化し、鋼管の焼入れ性が上昇する。これらの理由から、上記のようにして発生する鋼管の焼入れ性の低下および過度の上昇にともなう焼入れ性の変動を抑制し、強度を安定化させるための濃度積の値の適正範囲を上記（１）により表されるとおり、０．００００１〜０．０００５０とした。なお、濃度積の値の好ましい範囲は、０．００００３〜０．０００３である。
前記のとおり、Ａｌ含有率とＮ含有率との濃度積、Ａｌ×｛Ｎ−１４×(Ｔｉ／１４４＋Ｖ／１５３)｝の値を下記（１）式により表される値の範囲に調整する理由は以下のとおりである。
０．００００１≦Ａｌ×｛Ｎ−１４×(Ｔｉ／１４４＋Ｖ／１５３)｝≦０．０００５０ ・・・・（１）
上記濃度積、Ａｌ×｛Ｎ−１４×(Ｔｉ／１４４＋Ｖ／１５３)｝の値は、鋼中にＡｌＮが析出する度合いを示す指標であり、濃度積の値が０．０００５０を超えて高くなると鋼中におけるＡｌＮの析出量は増大する。その結果、結晶粒の粗大化が抑制され、鋼管の焼入れ性が低下する。他方、濃度積の値が０．００００１未満では鋼中におけるＡｌＮの析出量が減少する結果、結晶粒が粗大化し、鋼管の焼入れ性が上昇する。これらの理由から、上記のようにして発生する鋼管の焼入れ性の低下および過度の上昇にともなう焼入れ性の変動を抑制し、強度を安定化させるための濃度積の値の適正範囲を上記（１）により表されるとおり、０．００００１〜０．０００５０とした。なお、濃度積の値の好ましい範囲は、０．００００３〜０．０００３である。
図１は、焼入れ焼戻し処理を施した鋼管の降伏強度ＹＳの変動におよぼすＡｌおよび補正Ｎ含有率の影響を示す図である。
同図において、鋼管の降伏強度ＹＳの変動の大小は、後述する（２）式により評価した。すなわち、図中の○印は、強度変動が小さいことを示し、また、●印は、強度変動が大きいことを示す。
同図に示されるとおり、Ａｌ含有率および補正Ｎ含有率の適正範囲は、上記（１）式を満足し、かつ、Ａｌ含有率が０．０１０％以上の領域となる。
以下に、必要に応じて含有させる第１群および第２群の成分および組成について説明する。
第１群は、Ｔｉ、Ｖ、ＮｂおよびＢであり、必要に応じてこれらの元素の１種または２種以上を含有させる。
Ｔｉ：
Ｔｉは、鋼中のＮを窒化物として固定することにより、焼入れ時にＢを鋼中に固溶状態で存在させ、焼入れ性向上効果を発揮させる元素である。含有させてもさせなくてもよいが、含有させることにより上記の作用を得ることができる。しかし、Ｔｉの含有率が０．０５％を超えて高くなると、粗大な窒化物として鋼中に残存し、耐硫化物応力割れ性を低下させる。上記の理由から、Ｔｉを含有させる場合の含有率の範囲を０〜０．０５％とした。なお、含有率の好ましい範囲は０．００５〜０．０２５％である。
Ｔｉは、鋼中のＮを窒化物として固定することにより、焼入れ時にＢを鋼中に固溶状態で存在させ、焼入れ性向上効果を発揮させる元素である。含有させてもさせなくてもよいが、含有させることにより上記の作用を得ることができる。しかし、Ｔｉの含有率が０．０５％を超えて高くなると、粗大な窒化物として鋼中に残存し、耐硫化物応力割れ性を低下させる。上記の理由から、Ｔｉを含有させる場合の含有率の範囲を０〜０．０５％とした。なお、含有率の好ましい範囲は０．００５〜０．０２５％である。
Ｂ：
Ｂは、焼入れ性を向上させ、マルテンサイト量を増加させることにより耐硫化物応力腐腐食割れ性を向上させる作用を有する元素であり、その含有率が不純物レベルの値であっても、その作用を有する。含有させてもさせなくてもよいが、より顕著にその効果を得るには、０．０００３％以上の含有率とすることが好ましい。しかし、Ｂ含有率が０．００５％を超えて高くなると、鋼の靱性が低下する。そこで、Ｂを含有させる場合の含有率の範囲を０．０００３〜０．００５％とした。なお、含有率の好ましい範囲は０．０００３〜０．００３％である。
Ｂは、焼入れ性を向上させ、マルテンサイト量を増加させることにより耐硫化物応力腐腐食割れ性を向上させる作用を有する元素であり、その含有率が不純物レベルの値であっても、その作用を有する。含有させてもさせなくてもよいが、より顕著にその効果を得るには、０．０００３％以上の含有率とすることが好ましい。しかし、Ｂ含有率が０．００５％を超えて高くなると、鋼の靱性が低下する。そこで、Ｂを含有させる場合の含有率の範囲を０．０００３〜０．００５％とした。なお、含有率の好ましい範囲は０．０００３〜０．００３％である。
Ｖ：
Ｖは、焼戻し時に微細な炭化物として析出することにより、鋼の強度を高める作用を有する元素である。含有させてもさせなくてもよいが、含有させることにより上記の効果を得ることができる。一方、その含有率が０．３％を超えて高くなると、鋼の靱性が低下する。これらの理由から、Ｖを含有させる場合のＶ含有率の範囲を０〜０．３％とした。
Ｖは、焼戻し時に微細な炭化物として析出することにより、鋼の強度を高める作用を有する元素である。含有させてもさせなくてもよいが、含有させることにより上記の効果を得ることができる。一方、その含有率が０．３％を超えて高くなると、鋼の靱性が低下する。これらの理由から、Ｖを含有させる場合のＶ含有率の範囲を０〜０．３％とした。
Ｎｂ：
Ｎｂは、高温領域で炭窒化物を形成することにより結晶粒の粗大化を防止し、鋼の靱性および耐硫化物応力腐食割れ性を向上させる作用を有する元素である。含有させてもさせなくてもよいが、含有率を０．００５％以上とすることにより、その効果を得ることができる。一方、その含有率が０．０４０％を超えて高くなると、炭窒化物が過度に粗大化し、耐硫化物応力割れ性を低下させる。そこで、含有させる場合のＮｂ含有率の範囲を０．００５〜０．０４０％とした。なお、含有率の好ましい範囲は０．０１０〜０．０３０％である。
Ｎｂは、高温領域で炭窒化物を形成することにより結晶粒の粗大化を防止し、鋼の靱性および耐硫化物応力腐食割れ性を向上させる作用を有する元素である。含有させてもさせなくてもよいが、含有率を０．００５％以上とすることにより、その効果を得ることができる。一方、その含有率が０．０４０％を超えて高くなると、炭窒化物が過度に粗大化し、耐硫化物応力割れ性を低下させる。そこで、含有させる場合のＮｂ含有率の範囲を０．００５〜０．０４０％とした。なお、含有率の好ましい範囲は０．０１０〜０．０３０％である。
第２群は、Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭである。
これらの元素は、含有させても含有させなくてもよいが、含有させた場合には、いずれも、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し、鋼の耐硫化物応力割れ性を向上させる作用を有する。上記の効果を得たい場合は、Ｃａ、Ｍｇ、およびＲＥＭ（Ｃｅ、Ｌａ、Ｙなどの希土類元素）のうちから選ばれた１種または２種以上を、それぞれ０．０００５％以上を含有させることにより、その効果を得ることができる。一方、いずれの元素も、それらの含有率が０．００５％を超えると、鋼中の介在物量が増加することにより、鋼の清浄度が低下して耐硫化物応力割れ性を低下させる。上記の理由から、これらの元素を含有させる場合の含有率の範囲は、いずれの元素についても、０．０００５〜０．００５％とした。
本発明の油井用継目無鋼管の効果を確認するため、下記の試験を行い、その結果を評価した。
表１および表２に示す化学成分組成を有する２２種類の供試鋼から外径２２５ｍｍのビレツトを製作し、これらを１２５０℃に加熱した後、マンネスマン・マンドレル製管法により、外径２４４．５ｍｍ、肉厚１３．８ｍｍの継目無鋼管に成形した。続いて、この継目無鋼管に焼入れおよび焼戻し処理を施し、引張試験片を採取した。
ここで、焼入れは、９５０℃にて５分間均一に補熱した後、水焼入れすることにより行い、また、焼戻しは、上記焼入れ後の鋼管を６５０℃にて３０分間均熱することにより行った。なお、上記の処理条件は、一例であり、本発明の継目無鋼管の焼入れおよび焼戻し処理は、これに限られるものではない。
また、引張試験は、引張試験用鋼管の長手方向から、ＡＰＩ規格の５ＣＴにて規定された平行部断面が円弧状の引張試験片を採取し、引張試験を実施して降伏強度ＹＳ（ＭＰａ）を測定した。
さらに、上記の測定結果に基づいて降伏強度ＹＳの変動（バラツキ）を求め、強度安定性を評価して、前記表２に併せて示した。
なお、表２において、降伏強度ＹＳの変動は、下記の方法により求め、２段階により評価した。すなわち、各鋼番号の供試鋼について上記の引張試験を１０回（Ｎ数＝１０）実施し、下記（２）式の関係を満足する場合を、ＹＳの変動が小さく良好（○）とし、（２）式の関係を満足しない場合を、ＹＳの変動が大きく不良（×）とした。
各ＹＳ≦平均ＹＳ−３×ＹＳ標準偏差 ・・・・（２）
ここで、「平均ＹＳ」は試験に供した全供試鋼（２２種類）の平均ＹＳを、「各ＹＳ」は対象供試鋼（１種）の平均ＹＳを、そして、「各ＹＳ標準偏差」は対象供試鋼（１種）の標準偏差をそれぞれ表す。
ここで、「平均ＹＳ」は試験に供した全供試鋼（２２種類）の平均ＹＳを、「各ＹＳ」は対象供試鋼（１種）の平均ＹＳを、そして、「各ＹＳ標準偏差」は対象供試鋼（１種）の標準偏差をそれぞれ表す。
試験番号１〜１２は、本発明鋼である鋼番号１〜１２を用いた本発明例であり、試験番号１３〜２２は、比較鋼である鋼番号１３〜２２を用いた比較例である。
Ａｌ含有率が低い鋼番号１３〜１５を用いた試験番号１３〜１５、および、Ａｌ含有率が低く、しかも濃度積、Ａｌ×｛Ｎ−１４×(Ｔｉ／１４４＋Ｖ／１５３)｝の値が高い鋼番号１６を用いた試験番号１６は、いずれも降伏強度ＹＳの変動が大きく、強度安定性は不良であった。また、Ａｌ含有率が本発明の範囲内であるにも拘わらず、濃度積、Ａｌ×｛Ｎ−１４×(Ｔｉ／１４４＋Ｖ／１５３)｝の値が高い鋼番号１７〜２２を用いた試験番号１７〜２２は、そのいずれにおいても、ＹＳの変動が大きく、強度安定性は不良であった。
これに対して、本発明で規定する条件を全て満足する本発明鋼である鋼番号１〜１２を用いた試験番号１〜１２では、いずれもＹＳの変動が小さく、強度安定性は良好であった。特に、Ｔｉ、Ｖ、ＮｂまたはＢを含有する鋼番号６、７、８および１０を用いた試験番号６、７、８および１０では、焼入れ性の向上などにより一層高い強度および耐硫化物応力腐食割れ性が得られ、また、Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭのうちの１種以上を含有する試験番号６、８、９および１０では、一層高い耐硫化物応力割れ性が得られた。
本発明の油井用継目無鋼管は、省エネルギーを実現できる効果的手段により製造可能な、強度安定性に優れた油井用継目無鋼管である。特に、インライン熱処理プロセスを経て製造した場合においても、旧オーステナイト結晶粒の粒度変動に起因する焼入れ性の変動が抑制され、安定した高強度を得ることができる。したがって、本発明の油井用継目無鋼管は、省エネルギーおよび生産効率向上下で生産される強度安定性を具備した油井用継目無鋼管として好適であり、製造プロセスの合理化および用途拡大の両面で、広範に適用できる。
Claims (4)
- 質量％で、Ｃ：０．１４〜０．３５％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜２．０％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％、Ｍｏ：０．０５〜２．０％、Ｔｉ：０〜０．０５％、Ｖ：０〜０．１％およびＡｌ：０．０１０％以上を含有し、かつ、Ａｌ、Ｎ、ＴｉおよびＶ含有量が下記（１）式で与えられる関係を満足し、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％以下であることを特徴とする油井用継目無鋼管。
０．００００１≦Ａｌ×｛Ｎ−１４×(Ｔｉ／１４４＋Ｖ／１５３)｝≦０．０００５０ ・・・・（１）
ただし、（１）式中の元素記号は、鋼中に含有される各元素の含有率（質量％）を表す。 - 質量％で、Ｃ：０．１４〜０．３５％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜２．０％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％、Ｍｏ：０．０５〜２．０％、Ｔｉ：０〜０．０５％、Ｖ：０〜０．１％およびＡｌ：０．０１０％以上、ならびに、Ｎｂ：０．００５〜０．０４０％およびＢ：０．０００３〜０．００５％のうちの１種または２種を含有し、かつ、Ａｌ、Ｎ、ＴｉおよびＶ含有量が下記（１）式で与えられる関係を満足し、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％以下であることを特徴とする油井用継目無鋼管。
０．００００１≦Ａｌ×｛Ｎ−１４×(Ｔｉ／１４４＋Ｖ／１５３)｝≦０．０００５０ ・・・・（１）
ただし、（１）式中の元素記号は、鋼中に含有される各元素の含有率（質量％）を表す。 - 質量％で、Ｃ：０．１４〜０．３５％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜２．０％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％、Ｍｏ：０．０５〜２．０％、Ｔｉ：０〜０．０５％、Ｖ：０〜０．１％およびＡｌ：０．０１０％以上、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、Ａｌ、Ｎ、ＴｉおよびＶ含有量が下記（１）式で与えられる関係を満足し、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％以下であることを特徴とする油井用継目無鋼管。
０．００００１≦Ａｌ×｛Ｎ−１４×(Ｔｉ／１４４＋Ｖ／１５３)｝≦０．０００５０ ・・・・（１）
ただし、（１）式中の元素記号は、鋼中に含有される各元素の含有率（質量％）を表す。 - 質量％で、Ｃ：０．１４〜０．３５％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜２．０％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％、Ｍｏ：０．０５〜２．０％、Ｔｉ：０〜０．０５％、Ｖ：０〜０．１％およびＡｌ：０．０１０％以上、ならびに、Ｎｂ：０．００５〜０．０４０％およびＢ：０．０００３〜０．００５％のうちの１種または２種を含有し、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、Ａｌ、Ｎ、ＴｉおよびＶ含有量が下記（１）式で与えられる関係を満足し、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％以下であることを特徴とする油井用継目無鋼管。
０．００００１≦Ａｌ×｛Ｎ−１４×(Ｔｉ／１４４＋Ｖ／１５３)｝≦０．０００５０ ・・・・（１）
ただし、（１）式中の元素記号は、鋼中に含有される各元素の含有率（質量％）を表す。
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