JPH0128815B2 - - Google Patents

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JPH0128815B2
JPH0128815B2 JP59123992A JP12399284A JPH0128815B2 JP H0128815 B2 JPH0128815 B2 JP H0128815B2 JP 59123992 A JP59123992 A JP 59123992A JP 12399284 A JP12399284 A JP 12399284A JP H0128815 B2 JPH0128815 B2 JP H0128815B2
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JP
Japan
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temperature
treatment
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hot
solution treatment
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JP59123992A
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JPS613832A (ja
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Terutaka Tsumura
Yasutaka Okada
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0128815B2 publication Critical patent/JPH0128815B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/005Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
(技術分野) 本発明はCu,Ni,Cr,Moを含有するオース
テナイト系材料、特にオーステナイト系油井管材
料の製造方法に関し、耐食性、就中耐応力腐食割
れ性にすぐれた油井管用オーステナイト系材料の
製造方法に関するものである。 (背景技術) 近年、油井及び天然ガス井は深井戸化の傾向が
著しく、そのため高強度の油井管が要求され、加
えて産出油やガス中には湿潤な硫化水素(H2S)
をはじめ、炭酸ガス(CO2)や塩素イオン(Cl-
などの腐食性物質が含まれることが多くなつてき
ている。このような傾向とともに油井管の使用条
件が苛酷となり、安定操業上、その腐食対策がよ
り一層重要なこととなつている。 油井管の腐食対策としては腐食抑制剤(インヒ
ビター)を投入するのが最も一般的な方法である
が、この方法は海上油井、ガス井のときなどの場
合には有効に活用できないことが多く、また十分
な成果も期待できないことが多い。このほか、管
の保護コーテイングなどの手段も用いられている
が、これも十分な成果は期待できない状況であ
る。 このような事情に鑑み、最近では、より高級な
耐食性材料が用いられる傾向にあり、オーステナ
イト系ステンレス鋼やインコロイやハステロイ
(いずれも商品名)といつた高合金材料が採用さ
れ出している。 然しながら、これらの材料はオーステナイト系
のステンレス鋼又は合金であるため通常の製造方
法である溶体化処理のまゝでは強度、特に降伏強
さ(0.2%耐力)が低く、深井戸用油井管として
の強度を満足し得ないものである。 従つてこれらの材料にNbやTiなどの析出強化
元素を多量に添加したり、固溶強化のためにNを
殊更に添加したり、冷間加工を施したりして深井
戸用油井管に要求される高強度を具備させること
が行なわれているのが現状である。 然るに本発明者らの実験、研究によればH2S−
CO2−Cl-の油井、ガス井環境下における腐食の
主たるものは応力腐食割れ(SCC)であるが、こ
の場合のSCCはオーステナイト系ステンレス鋼に
おける一般的なそれとは挙動を全く異にするもの
である。即ち、一般のSCCがCl-の存在と深く関
連するものであるのに対し、上記の油井、ガス井
環境下におけるものではCl-もさることながらそ
れ以上にH2Sの影響が大きいという事実が明らか
になつたのである。 一方、油井管として実用に供される鋼管に対
し、強度上の必要から析出強化元素であるNbや
Tiを多量に添加した場合、これらの元素によつ
て熱間加工性が害なわれることがある。また冷間
加工を施して強化する場合は大きな加工量(圧下
量)が必要となり、設備上の制約が生ずる場合が
あるばかりでなく、こうした強冷間加工は上記
SCCに対する抵抗性をも著しく減少させる場合も
生ずる。又固溶強化のためにNを多量に添加する
場合には、溶製、造塊が困難となるという問題が
ある。 このような現状に鑑み、本発明者らはNbや
Ti、又Nといつた元素を殊更に添加することな
く而もSCC抵抗性に悪影響を及ぼす冷間加工量を
できるだけ低減して極めて腐食性の強いH2S−
CO2−Cl-の油井、ガス井環境下でもすぐれた耐
久性を発揮するとともに深井戸に適する高強度の
油井管の提供を目的として検討を行なつた結果、
下記に示すような知見を得たのである。 (a) Cu,Ni,Cr,Moを含有するオーステナイ
ト系のステンレス鋼や高合金は熱間加工後、直
ちに急冷する処理(直接溶体化処理)を行なつ
た後、時効処理を行なえば凍結された熱間加工
歪とCuの析出との重畳作用で強度が大巾に向
上し、しかもH2S−CO2−Cl-の油井、ガス井
環境下での耐SCC性は良好であること。 (b) 耐SCC性向上のためには材料のC量を0.1重
量%未満とすることが好ましいが、そうした低
C材でも上記直接溶体化処理とその後に時効処
理を行なうことを組合せた処理による強化作用
は十分に大きいこと。 (c) 直接溶体化処理温度が800℃以上の場合に、
特に良好な耐SCC性が得られること。 (d) さらに上記直接溶体化処理とそれにつづく時
効処理との間で、冷間加工を施せば小さな加工
量(圧下量)で、より大きな強度が得られ耐
SCC性も従来法によるものと比較して良好なこ
と。 (e) あるいは上記直接溶体化処理と、それにつづ
く時効処理を行なつた後に冷間加工を施して
も、小さな加工量で大きな強度が得られ、耐
SCC性も従来法によるものと比較して良好なこ
と。 さて、鋼の加工熱処理のうちには、上記の溶体
化処理と類似したものとして直接焼入れ処理やオ
ースフオーミングが知られている。然しながら、
それらは上記溶体化処理と次の点において全く異
なつている。即ち、 (1) 直接焼入れ処理は鋼を安定オーステナイト範
囲で熱間加工した後、直ちに焼入れを行ない、
マルテンサイト変態を起させる処理であり、そ
の後焼戻しをして使用される場合が多いが熱間
加工後、直ちに焼入れすることによつて再加熱
焼入れする場合よりもオーステナイト粒が大き
いため、鋼の硬化能が著しく上昇して、即ち焼
きが入り易くなり、そのために強度が上昇す
る。然るに本発明処理による強化はこの変態に
よる強化を利用するものではない。 (2) オースフオーミングはオーステナイト化した
鋼を等温変態線図の入江の温度まで急冷し、オ
ーステナイトのまゝの組織のものにその温度で
適当な塑性変形を与えてから、焼入れしてマル
テンサイト変態を起させ、然る後に焼戻しを行
なう処理であつて、一定温度での加工及び変態
を生じさせるという点で、本発明のオーステナ
イト系材料の強化処理とは大いに異なつてい
る。而もオースフオーミングによつて顕著な強
化を起すためには、ほゞ0.1重量%以上のC量
が必要であるが、本発明のオーステナイト系材
料の直接溶体化処理による場合は0.1重量%未
満の低C材でも後述の実施例において示すよう
に大きな強化効果が得られる。 (発明の概要) 本発明は上記知見に基づいてなされたものであ
つて、Cu,Ni,Cr,Moを含有するオーステナ
イト系材料、例えばSUS316J1などのオーステナ
イト系のステンレス鋼やインコロイやハステロイ
(いずれも商品名)などのNi基合金などのような
高合金を1000℃以上の温度に加熱して熱間加工を
行ない、該熱間加工を800℃以上の温度域で終了
して後直ちに急冷する直接溶体化処理を施しさら
に時効処理を施すか、あるいは上記の急冷処理と
時効処理の間または時効処理の後に、さらに冷間
加工を施して耐SCC性にすぐれた高強度油井管用
オーステナイト系材料を強化することにその特徴
を有するものである。 (詳細な説明) 本発明者らはCu,Ni,Cr,Moを含有するオ
ーステナイト系材料を高温に加熱して炭化物や析
出物などをオーステナイト中に固溶せしめた後熱
間で加工を行ない、熱間加工後直ちに急冷する直
接溶体化処理を施し、さらに粗大な炭化物やシグ
マ相の析出をみることのないように適正な時効処
理を行なえば、凍結された熱間加工歪とCuの析
出との重畳作用で強度が大巾に上昇し、さらによ
り大きな強度を付与するために冷間加工すると
き、その加工量が大巾に低減でき、SCC抵抗性の
劣化を防止できるばかりか、設備的にパワーの小
さいミルでも強化が可能となることを知見した。
こゝで上記冷間加工を直接溶体化処理に続けて行
なえば最終の時効処理の際に、凍結された熱間加
工歪及び冷間加工歪がCuの析出と重畳して大き
な強度が得られ、又時効処理の後に冷間加工を施
せば、熱間加工歪及びCuの析出による強度上昇
に、冷間加工による強化が重畳して強度が大きく
向上する。 又、従来の溶体化処理は熱間加工後一旦常温ま
で大気中冷却したものを高温に再加熱して急冷す
るというのであるが、本発明による直接溶体化処
理はこの溶体化温度への加熱と保持の熱エネルギ
ーを節約できるという副次的効果をも有するもの
である。 次に本発明において、オーステナイト系材料を
熱間加工するための加熱下限温度を1000℃とした
のは、この温度を下廻る低温域での加熱では材料
の変形抵抗が大きくなつて熱間加工が困難となる
ほか、炭化物や析出物などのオーステナイト中へ
の固溶が不十分となつて熱間加工性が劣化し、加
えて直接溶体化処理の利用では所望のミクロ組織
が得られず耐SCC性の劣化を招くことゝなるから
である。この加熱の上限温度は特定されるもので
はなく、材料加工時に高温での脆性を生じない温
度とすればよく、グリーブル試験機を用いた高温
引張り試験での絞り値が50%以上となるような温
度(例えば1200〜1250℃)を選べばよい。 一方、熱間加工後直ちに急冷する処理、即ち直
接溶体化処理の下限温度を800℃としたのは、こ
の温度以下に徐冷すると耐SCC性が劣化するの
で、これを防止するためである。 また時効処理は500〜700℃の温度域で行なうの
が好ましい。これは500℃を下廻る温度での時効
処理ではCuの析出が十分でなく、また700℃を越
える温度での時効処理では析出したCuが粗大化
することに加えて熱間加工歪や冷間加工歪が解放
されるために、強化に有効でなくなるからであ
り、さらに700℃を越えて長時間時効処理を行な
えば粗大な炭化物やシグマ相の析出が生じて耐
SCC性が劣化するので、これを防ぐために500〜
700℃での時効処理が好ましいのである。 またより大きな強度を付与する必要があるとき
は時効処理の前又は後に冷間加工を施すが、この
ときの冷間加工量は従来の再加熱溶体化処理した
ものに冷間加工を施して同一強度レベルを得る場
合に比べて著しく小さくすることができる。一
方、前述したように強冷間加工は耐SCC性を劣化
させるので、冷間加工量は断面圧縮率で30%以下
とすることが好ましい。こゝにおいて、断面圧縮
率(RA)は次式によつて定義されるものであ
る。 RA(%)=S0−S1/S0×100 但し RA:断面圧縮率 S0:主加工方向に対して直角をなす断
面の冷間加工前の面積 Si:主加工方向に対して直角をなす断
面の冷間加工後の面積 さらに直接溶体化処理によつて炭化物などの固
溶を十分に行なわせて大きな耐SCC性を得るため
には該処理をC含有量が0.1重量%未満、好まし
くは0.03重量%以下の材料に対して適用するのが
よい。 一方、Cuは強度、耐食性を向上させるために、
0.2%以上を含有させることが好ましく、他方熱
間加工性を劣化させないために3.0%以下とする
ことが好ましい。 (実施例) 次に、本発明の実施例について説明する。 実施例 1 通常の方法によつて第1表に示す成分組成を有
するCu,Cr,Ni,Moを含有するオーステナイ
ト系材料を溶製した。 次にこれらの鋼片(合金片)を1180℃に均熱し
た後、熱間圧延を行ない、その後直接溶体化処理
又は通常の再加熱溶体化処理を施した後、次いで
それぞれについて時効処理及び冷間加工処理を行
なつて、降伏強さ(0.2%耐力)を測定した。第
2表に熱間圧延後の各種処理の条件とともに降伏
強さの測定結果を示す。
【表】
【表】 第2表の結果から、本発明による処理によつて
大きな強化ができ、又小さな冷間加工量で通常の
再加熱溶体化処理材に大きな冷間加工を施したも
のに匹敵する高強度が得られることが明らかであ
る。 実施例 2 前記第1表の合金3を1150℃に均熱した後、熱
間圧延を行ない、その後第3表に示す条件にて直
接溶体化処理又は再加熱による溶体化処理を行な
い、次いでそれぞれについて及び冷間加工処理を
行なつて降伏強さ(0.2%耐力)を測定し、その
結果を併せて第3表に示す。
【表】 (注) * 直接溶体化処理した温度
** 溶体化のために再加熱した温度(急冷法
はいずれも水冷)
この第3表からも本発明処理によつて容易に強
化が可能なことが明らかである。 実施例 3 前記第1表中の合金1を1080℃又は1200℃に均
熱した後、熱間圧延を行ないその後直接溶体化処
理又は通常の再加熱溶体化処理を施した後、次い
でそれぞれについて時効処理及び冷間加工処理を
行ない、得られた板材から圧延方向と直角に2mm
厚さ×10mm巾×75mm長さの試験片を採取してSCC
試験を実施した。こゝにおけるSCC試験は添付図
面に示す3点にて支持4している3点支持ビーム
治具2を用いて、上記の試験片1に降伏強さ
(0.2%耐力)に相当する応力を付加し、8気圧
H2S、10気圧CO2でH2S,CO2を飽和させた10%
NaCl溶液(温度175℃)中に150時間浸漬し、割
れ発生の有無を観察する方法によつた。第4表に
熱間圧延後の各種処理の条件とともに降伏強さ、
SCC試験結果をまとめて示す。
【表】
【表】 第4表によれば本発明処理を施したものは大き
な強度を有し800℃を下廻る低温域から直接溶体
化処理した後時効処理と冷間加工を施したものに
比べ耐SCC性がすぐれ、又同一強度レベルの従来
の再加熱溶体化処理+強冷間加工処理材に比べて
も耐SCC性が良好なことが明らかである。 以上説明したように本発明の効果は頗る大き
く、その工業的価値は高いものである。
【図面の簡単な説明】
添付図面は板状試験片用SCC試験治具を示す。 図中、1……試験片、2……治具、3……ネジ
押え、4……支持点。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 Cu,Ni,Cr,Moを含有するオーステナイ
    ト系材料を1000℃以上の温度に加熱してから熱間
    加工を行ない、該熱間加工を800℃以上の温度域
    で終了した後直ちに急冷する直接溶体化処理を施
    し、次いで時効処理することを特徴とする耐食性
    のすぐれた高強度油井管用オーステナイト系材料
    の製造方法。 2 Cu,Ni,Cr,Moを含有するオーステナイ
    ト系材料を1000℃以上の温度に加熱してから熱間
    加工を行ない、該熱間加工を800℃以上の温度域
    で終了した後直ちに急冷する直接溶体化処理を施
    し、その後冷間加工を施し、次いで時効処理する
    ことを特徴とする耐食性のすぐれた高強度油井管
    用オーステナイト系材料の製造方法。 3 Cu,Ni,Cr,Moを含有するオーステナイ
    ト系材料を1000℃以上の温度に加熱してから熱間
    加工を行ない、該熱間加工を800℃以上の温度域
    で終了した後直ちに急冷する直接溶体化処理を施
    し、次いで時効処理し、その後冷間加工を施すこ
    とを特徴とする耐食性のすぐれた高強度油井管用
    オーステナイト系材料の製造方法。
JP59123992A 1984-06-16 1984-06-16 耐食性のすぐれた高強度油井管用オーステナイト系材料の製造方法 Granted JPS613832A (ja)

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EP2690188B1 (en) * 2011-03-24 2019-01-23 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Austenite system alloy pipe and manufacturing method thereof
CN113637830A (zh) * 2021-07-21 2021-11-12 广州大学 一种加速高碳奥氏体耐热钢sigma相形核和长大的方法

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