JPH04231414A - 高耐食性油井管の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高強度を有し、かつ
硫化水素存在環境下での耐硫化物応力腐食割れ性に優れ
た高耐食性油井管の製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の油井あるいはガス井の深井戸化に
つれて、チュービング、ケーシングに対する耐食性の要
求が厳しくなっている。特に硫化水素存在環境での耐硫
化物応力腐食割れ性に優れた高耐食性油井管が要求され
ている。

【０００３】従来この種の継目無管は、第１図に破線で
示すとおり、鋼片を穿孔可能な温度に加熱し、例えばピ
アサーとマンドレルミルを用いて穿孔と圧延を行ったの
ち再加熱し、例えばストレッチレデューサーで仕上げ圧
延を行って製造される。仕上げ圧延後は、空冷され、そ
の後最終製品として必要な強度と靭性を付与するために
焼入れと焼戻しの熱処理が施されている。

【０００４】材料的には、Ｃｒ、Ｍｏ鋼を用いて焼入れ
焼戻しを実施して製造しているが、さらに焼入れ焼戻し
を繰返して実施し、マルテンサイト結晶粒を細粒化する
ことが耐硫化水素割れ感受性を低減させるのに有効であ
る。しかしながら、焼入れ焼戻しを繰返して実施するこ
とは、エネルギー原単位ならびに工程が繁雑化する等の
デメリットが多い。

【０００５】その対策としては、Ｃ：０．２５超〜０．
５０％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：０．５０
〜２．００％、Ｖ：０．１０超〜０．５０％、Ａｌ：０
．０１〜０．１０％、Ｎ：０．００５〜０．０２０％を
含み、さらにＮｂ：０．１０％以下、Ｔｉ：０．１０％
以下、Ｚｒ：０．１０％以下の中から選ばれるいずれか
１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的
不純物からなる高強度を有しかつ耐硫化物応力腐食割れ
性の良好な油井向け鋼管用鋼（特公昭６３−１５９８３
号公報）、あるいはＣ：０．３０〜０．４５Ｖｏｌ％、
Ｍｎ：１．４０〜１．８０Ｖｏｌ％、Ｓｉ：０．２０〜
０．５０Ｖｏｌ％、Ｃｒ：０．２０〜０．５０Ｖｏｌ％
、Ｖ：０．０４〜０．１０Ｖｏｌ％、Ｎｂ：０．０６Ｖ
ｏｌ％以下、Ｓ：０．００３Ｖｏｌ％以下、Ｆｅ：残余
、を有し、ＮｂおよびＶの含量が、Ｖ（Ｖｏｌ％）＋２
×Ｎｂ（Ｖｏｌ％）≧０．１の関係を有する合金鋼を、
高温成形したのち、空気で冷却してなる、その組織がＡ
ＳＴＭ番号８より微細な粒度を持ち、下記強度値 ５５２Ｎ／ｍｍ２≦０．２％弾性限度≦６５５Ｎ／ｍｍ
２および　　引張り強さ＞６５５Ｎ／ｍｍ２を有する、
硫化水素含有媒体中における応力腐食割れに対して高耐
久性を有するフェライト性パーライト管用鋼（特開昭６
０−２３４９５２号公報）等多くの提案が行なわれてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記Ｃｒ、Ｍｏ鋼を用
いて製造した管の焼入れ、焼戻しを繰返し実施する方法
は、エネルギー原単位ならびに工程が繁雑化する欠点が
ある。また、材料として特公昭６３−１５９８３号公報
あるいは特開昭６０−２３４９５２号公報記載の鋼を用
いるのは、高価なＶ等を含むため、材料費が高くつくと
いう欠点がある。

【０００７】この発明の目的は、前記焼入れ、焼戻しを
繰返し実施することなく、熱間圧延中に一旦マルテンサ
イト変態化させる工程を付与し、結晶粒を細粒化させる
ことによって、１回の通常の焼入れ、焼戻しで耐硫化水
素応力腐食割れ性に優れた高耐食性油管の製造法を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するため、種々試験研究の結果、所定化学成分の
素材を使用し、熱間圧延中に一旦マルテンサイト変態開
始温度以下の温度まで１０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で
急冷し、しかるのち７５０〜９００℃に加熱して仕上げ
圧延を行って得た鋼管は、１回の焼入れ、焼戻しによっ
て、従来法で圧延したのち、２回の焼入れ、焼戻しを行
ったと同レベルの微細粒マルテンサイト組織を有し、高
強度でしかも耐硫化水素応力腐食割れ性に優れているこ
とを確認した。

【０００９】すなわちこの発明は、成分範囲が、重量％
で、Ｃ：０．２０〜０．３０％、Ｓｉ：０．１０〜０．
４０％、Ｍｎ：０．４０〜１．００％、Ｐ：０．０２０
％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ｃｒ：０．８０〜１．
２０％、Ｍｏ：０．２０〜０．８０％を含み、さらにＴ
ｉ：０．０１０〜０．０３０％、Ｎｂ：０．０２０〜０
．０４０％、Ｂ：０．００１０〜０．００２０％のうち
１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的
不純物からなる合金鋼の素材を、加熱して穿孔、圧延後
、マルテンサイト変態開始温度以下の温度まで１０℃／
ｓｅｃ以上の冷却速度で急冷し、ついで７５０〜９００
℃に再加熱し仕上げ圧延して成形した鋼管を、焼入れ焼
戻して仕上げるのである。

【００１０】

【作用】この発明における成分組成を限定する理由を説
明する。なお、成分組成の％は、特に断わりの無い限り
重量％を示す。

【００１１】Ｃは、強度上昇に著しい効果を有する元素
であるが、０．２０％未満では均一マルテンサイト組織
が得られず、また０．３０％を超えると焼割れの危険が
あるので、０．２０〜０．３０％とする。

【００１２】Ｓｉは、脱酸元素であるが、０．１０％未
満では脱酸効果が少なく、また、０．４０％を超えると
靭性が劣化するので、０．１０〜０．４０％とする。

【００１３】Ｍｎは、強度を上昇させる元素であるが、
０．４０％未満では焼入れしても強度が十分に上昇せず
、また、１．００％を超えると偏析問題があるので、０
．４０〜１．００％とする。

【００１４】Ｐは、不純物元素であり低いほど望ましい
が、高すぎると偏析問題が生じるので０．０２０％以下
とする。

【００１５】Ｓは、不純物元素であり低いほど望ましい
が、ＭｎＳ介在物低減のため０．０２０％以下とする。

【００１６】Ｃｒは、焼入れ性、耐食性の点から考慮し
て、０．８０〜１．２０％とする。Ｍｏは、焼入れ性確
保のためには０．２０％以上必要であり、経済性の面か
ら上限を０．８０％とする。

【００１７】Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂは、強度や靭性の向上、耐
食性の改善に有効な元素であるが、Ｔｉは０．０１０％
未満ではその効果が少なく、また、０．０３０％を超え
ると靭性を劣化させるので０．０１０〜０．０３０％と
する。Ｎｂは、０．０２０％未満ではその効果が少なく
、また、０．０４０％を超えると靭性を劣化させるので
０．０２０〜０．０４０％とする。Ｂは、０．００１０
％未満ではその効果がなく、また、０．００２０％を超
えると耐食性に悪影響を与えるので０．００１０〜０．
００２０％とする。

【００１８】つぎに図１に実線で例示するこの発明方法
の一つの工程図にそって、加工熱処理の工程を説明する
。ピアサーで穿孔後の中空素管の圧延は、例えばマンド
レルミル（Ｍ／Ｍミル）で行うが、プラグミル、アッセ
ルミル等により圧延することができる。圧延終了後マル
テンサイト（Ｍｓ）変態開始温度以下に１０℃／ｓｅｃ
以上の冷却速度で急冷することによって、粗大粒界炭化
物の析出を抑制してマルテンサイト変態が発生し、実質
的にマルテンサイト組織となる。

【００１９】前記実質的にマルテンサイト組織となった
管は、７５０〜９００℃に再加熱して仕上げ圧延を実施
する。仕上げ圧延は、例えばストレッチレデューサーで
行うが、サイザー、リーラーにより仕上げ圧延を行うこ
とができる。再加熱温度は、７５０℃未満の場合は、低
温のため仕上げ圧延での変形抵抗が大きくなり、負荷が
過大となって圧延不十分となる。また、９００℃を超え
るとオーステナイトが粗粒化し、初期の細粒化目的を達
成できず、所望の靭性、耐硫化水素応力腐食割れ性が得
られない。

【００２０】

【実施例】実施例１ 表１に示す成分組成の合金鋼から表２に示す条件で外径
１７７．３ｍｍ、肉厚１５．０ｍｍ、長さ１２８００ｍ
ｍの継目無鋼管を製造した。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】そして焼入れ焼戻し後の本発明法、従来法
１および従来法２の金属組織を図２ａ、図２ｂおよび図
２ｃに示す。また、各方法により得られた焼入れのまま
でのオーステナイト結晶粒度Ｎｏ．とロックウエル硬さ
（ＨＲＣ）を測定した。その結果を図３および図４に示
す。

【００２４】図２ａと図２ｃに示す顕微鏡写真および図
３の結晶粒度のグラフから明らかなとおり、本願発明法
は２回の焼入れ、焼戻しを行った従来法２と同じレベル
の細粒組織が得られており、図４から焼入れのままでの
硬さも同じレベルであることがわかる。

【００２５】さらに、試験炉で焼戻し後、降伏応力およ
び引張り強さを測定し、焼戻し温度と降伏応力、引張り
強さおよび降伏比（降伏応力／引張り強さ）の関係を図
５に示す。また、本発明法および従来法２について、焼
戻し温度を変えて現場で実施した場合の焼戻し温度と降
伏応力、引張り強さおよび降伏比の関係を図６に、焼戻
し温度とロックウエル硬さの関係を図７に示す。

【００２６】図５ないし図７に示すとおり、本発明法の
場合は、従来法２の２回焼入れ、焼戻しを実施した場合
と、ほぼ同じ軟化特性を示し、降伏比もほぼ同じ０．９
０程度である。

【００２７】さらにまた、本発明法および従来法２につ
いて、耐応力腐食割れ性を評価する目的で、シェルタイ
プ試験、すなわち、水平３点曲げ試験片の中央点に異な
った荷重を付加した状態で、温度：２０℃、気圧：１気
圧の硫化水素で飽和した０．５％酢酸水溶液中に５００
時間浸漬して割れ発生を観察し、耐応力腐食割れ性の指
標となるＳｃ値を求め、降伏応力およびロックウエル硬
さとＳｃ値の関係を図８および図９示す。

【００２８】図８および図９に示すとおり、本発明は、
いずれの条件においても従来法２の２回焼入れ、焼戻し
とほぼ同じ耐応力腐食割れ性能が得られている。

【００２９】実施例２ 表３に示す成分組成の従来の高強度油井管用鋼と本発明
鋼について、表４に示す条件で熱間圧延したのち、８８
０℃で焼入れを行い、ついで７１０℃で焼戻しを行って
外径１７７．３ｍｍ、肉厚１５ｍｍ、長さ１２８００ｍ
ｍの継目無管を製造した。得られた継目無管の引張り強
さ（Ｔ．Ｓ）、降伏応力（Ｙ．Ｓ）、降伏比（Ｙ．Ｒ）
、ロックウエル硬さ（ＨＲＣ）ならびにＳｃ値を測定し
た。その結果を表４に併記した。

【００３０】

【表３】

【００３１】

【表４】

【００３２】表４に示すとおり、鋼Ｎｏ．３〜９の本発
明鋼から得た継目無管は、靭性に優れ、しかも耐硫化水
素応力腐蝕割れ性に優れているが、鋼Ｎｏ．１〜２の従
来鋼から得た継目無管は、本発明鋼から得た継目無管に
比較し、耐硫化水素応力腐蝕割れ性が劣っている。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたとおり、この発明方法によれ
ば、熱間圧延中に一旦マルテンサイト化した鋼管を、再
加熱して仕上げ圧延したのち、通常の焼入れ、焼戻しを
行い、１回の焼入れ、焼戻しによって、従来２回の焼入
れ、焼戻しを行ったとほぼ同等の耐硫化水素応力腐蝕割
れ性を付与することができ、その効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法と従来法との圧延方法の違いを説明す
るための説明図である。

【図２ａ】実施例１における本発明法の焼入れ焼戻し後
の組織を示す顕微鏡写真である。

【図２ｂ】実施例１における従来法１の焼入れ焼戻し後
の組織を示す顕微鏡写真である。

【図２ｃ】実施例１における従来法２の焼入れ焼戻し後
の組織を示す顕微鏡写真である。

【図３】同じく実施例１における本発明法と従来法１，
２の焼入れのままでのオーステナイト結晶粒度Ｎｏ．を
示すグラフである。

【図４】同じく実施例１における本発明法と従来法１，
２の焼入れのままでのロックウエル硬さを示すグラフで
ある。

【図５】実施例１における試験炉で焼戻しを行った場合
の焼戻し温度と降伏応力、引張り強さおよび降伏比を示
すグラフである。

【図６】本発明法と従来法２の現場での焼戻しを行った
場合の焼戻し温度と降伏応力、引張り強さおよび降伏比
を示すグラフである。

【図７】同じく本発明法と従来法２の現場での焼戻しを
行った場合の焼戻し温度とロックウエル硬さとの関係を
示すグラフである。

【図８】同じく本発明法と従来法２の現場での焼戻しを
行った場合の焼戻し温度と降伏応力とＳｃ値の関係を示
すグラフである。

【図９】同じく本発明法と従来法２の現場での焼戻しを
行った場合のロックウエル硬さとＳｃ値の関係を示すグ
ラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　成分範囲が、重量％で、Ｃ：０．２０
   〜０．３０％、Ｓｉ：０．１０〜０．４０％、Ｍｎ：０
   ．４０〜１．００％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．
   ０２０％以下、Ｃｒ：０．８０〜１．２０％、Ｍｏ：０
   ．２０〜０．８０％を含み、さらにＴｉ：０．０１０〜
   ０．０３０％、Ｎｂ：０．０２０〜０．０４０％、Ｂ：
   ０．００１０〜０．００２０％のうち１種または２種以
   上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる合
   金鋼の素材を、加熱して穿孔、圧延後、マルテンサイト
   変態開始温度以下の温度まで１０℃／ｓｅｃ以上の冷却
   速度で急冷し、ついで７５０〜９００℃に再加熱し仕上
   げ圧延して成形した鋼管を、焼入れ焼戻して仕上げるこ
   とを特徴とする高耐食性油井管の製造法。