JPH10130785A - 熱間加工性に優れた油井用マルテンサイト系ステンレス鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】硫化水素と炭酸ガスの両方を含む環境下で優れ
た耐硫化物応力腐食割れ性を発揮し、低温で焼戻しても
軟化が容易で強度ばらつきが生じにくく、かつ熱間加工
性に優れた油井用マルテンサイト系ステンレス鋼を提供
する。 【解決手段】Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ｏ、Ｖ、Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉを特定し、かつ下記
〜式を満たし、残部Ｆｅおよび不可避的不純物から
なるステンレス鋼。 ３０×％Ｃｒ＋３６×％Ｍｏ＋１４×％Ｓｉ−（２８×
％Ｎｉ＋１３×％Ｍｎ）≦４５５…… ２１×％Ｃｒ＋２５×％Ｍｏ＋１７×％Ｓｉ＋３５×％
Ｎｉ＋１７×％Ｍｎ≦７３１………… Ｎｉ≧（０．６４×％Ｃｕ−０．１５）…………… 上記の鋼には、Ｃａ、Ｍｇ、ＬａおよびＣｅの１種以上
をそれぞれ０．００１〜０．０５重量％添加含有させる
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油井あるいはガス
井（以下、単に「油井」と総称する）に使用されるマル
テンサイト系ステンレス鋼に関し、特に炭酸ガス、硫化
水素、塩素イオンなどの腐食性不純物を同時に含有する
腐食環境下での使用に供して好適な耐食性と適正な強度
レベルを有し、さらに製造時における熱間加工性に優れ
た油井用マルテンサイト系ステンレス鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、石油または天然ガスを採取するた
めの井戸の環境がますます苛酷なものになっており、深
さの増加に加えて炭酸ガス、硫化水素を含む油井が増
え、それにつれて腐食などによる材料の脆化が大きな問
題となっている。

【０００３】従来、一般の油井用鋼材の一つである油井
管には、炭素鋼や低合金鋼を使用するのが通常であっ
た。しかし、油井の腐食環境が苛酷になるにつれて、Ｃ
ｒなどの合金元素の添加含有量を高めた高合金鋼製の油
井管が用いられるようになってきている。

【０００４】例えば、炭酸ガスを多く含有する油井で
は、鋼の耐食性を向上させる上でＣｒの添加が極めて有
効であることが知られており、Ｃｒを９％程度添加含有
させた９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼や、Ｃｒを１３％程度添加
含有させたＳＵＳ４２０に代表されるマルテンサイト系
ステンレス鋼製の油井管が多く用いられている。

【０００５】しかし、Ｃｒを多く含有する鋼は、いわゆ
るステンレス鋼であるにもかかわらず、硫化水素に対す
る耐食性が不芳であり、さらに炭酸ガスと硫化水素とを
同時に含む環境下では、硫化物応力腐食割れが発生しや
すいので、その使用が制限されているのが実状である。

【０００６】このような炭酸ガスと硫化水素とを同時に
含む油井には、現状ではＣｒやＮｉなどの合金元素の含
有量をより高めた２相ステンレス鋼やオーステナイト系
ステンレス鋼を用いざるを得ないが、これらの鋼は合金
元素の含有量が多いためにコスト高につくという問題が
ある。

【０００７】そこで、特開平７−６２４９９号公報に
は、上述のＳＵＳ４２０鋼をベースとし、これに特定量
のＮｉとＭｏを添加含有するとともに、Ｃ含有量を０．
０２〜０．０５％に制限することによって、１００〜１
５０℃の高温腐食環境中での耐全面腐食、耐硫化物応力
腐食割れ性を確保するようにしたマルテンサイト系ステ
ンレス鋼が提案されている。

【０００８】また、特開平２−２１７４４４号公報に
は、上記と同様に、ＳＵＳ４２０鋼をベースとし、その
Ｃ含有量を０．０２％未満に制限するとともに、１．２
〜５％のＣｕを添加含有することによって、耐硫化物応
力腐食割れ性を向上させた高強度マルテンサイトステン
レス鋼とその製造方法が提案されている。

【０００９】さらに、特開平５−２８７４５５号公報に
は、上記と同様に、ＳＵＳ４２０鋼をベースとし、これ
に適量のＮｉとＭｏの添加含有する一方、Ｃ含有量を低
減させ、さらに適量のＴｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｖを添加含有
することによって、安定した強度が得られるとともに、
良好な耐硫化物応力腐食割れ性を確保するようにしたマ
ルテンサイト系ステンレス鋼が提案されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特開平７
−６２４９９号公報に示されるマルテンサイト系ステン
レス鋼は、従来から使用されているＳＵＳ４２０鋼に比
べてＡ_C1点が低い。このため、高温焼戻しが不可能で低
温焼戻しをせざるを得ないが、低温焼戻した場合の軟化
特性を考慮して成分設計がされておらず、容易に軟化し
ないという欠点を有している。

【００１１】また、特開平２−２１７４４４号公報に示
されるマルテンサイト系ステンレス鋼は、多量のＣｕを
含むために、熱間加工性が悪いという欠点を有してい
る。

【００１２】さらに、特開平０５−２８７４５５号公報
に示されるマルテンサイト系ステンレス鋼は、低温焼戻
しで容易に軟化し、かつ強度ばらつきも小さく、工業的
生産性に優れるものの、熱間加工性が十分でないという
欠点を有している。

【００１３】このため、低温焼戻しで容易に軟化して安
定した強度が得られ、しかも熱間加工性が良好な硫化水
素と炭酸ガスの両方を含む環境下で優れた耐硫化物応力
腐食割れ性を示すマルテンサイト系ステンレス鋼の開発
が望まれていた。

【００１４】本発明は、上記の実状に鑑みてなされたも
ので、その課題は、硫化水素と炭酸ガスの両方を含む環
境下で優れた耐硫化物応力腐食割れ性を発揮し、かつ低
温焼戻しで容易に軟化して強度ばらつきが生じにくく、
さらに実際の工業的生産に適用して優れた熱間加工性を
示す油井用マルテンサイト系ステンレス鋼を提供するこ
とにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の
（１）および（２）の油井用マルテンサイト系ステンレ
ス鋼にある。

【００１６】（１）重量％で、Ｃ：０．０５％以下、Ｓ
ｉ：１％以下、Ｍｎ：５％以下、Ｐ：０．０４％以下、
Ｓ：０．０００８％以下、Ｎ：０．０５％以下、Ｏ：
０．００５％以下、Ｖ：０．２％以下、Ｃｒ：７〜１４
％、Ｍｏ：０．５〜７％、Ａｌ：０．００１〜０．１
％、Ｎｉ：０〜８％、Ｃｕ：０〜５％、Ｔｉ：４×％Ｃ
〜｛０．７５−〔０．０１／（％Ｃ＋０．０１５）〕｝
を含有し、かつ下記〜式を満たし、残部Ｆｅおよび
不可避的不純物からなることを特徴とする安定した強度
が得られる耐硫化物応力腐食割れ性および熱間加工性に
優れた油井用マルテンサイト系ステンレス鋼。

【００１７】 ３０×％Ｃｒ＋３６×％Ｍｏ＋１４×％Ｓｉ−（２８×
％Ｎｉ＋１３×％Ｍｎ）≦４５５…… ２１×％Ｃｒ＋２５×％Ｍｏ＋１７×％Ｓｉ＋３５×％
Ｎｉ＋１７×％Ｍｎ≦７３１………… Ｎｉ≧（０．６４×％Ｃｕ−０．１５）…………… （２）残部Ｆｅの一部に代えて、重量％で、Ｃａ：０．
００１〜０．０５％、Ｍｇ：０．００１〜０．０５％、
Ｌａ：０．００１〜０．０５％およびＣｅ：０．００１
〜０．０５％のうちの１種または２種以上を含有するこ
とを特徴とする上記（１）に記載の安定した強度が得ら
れる耐硫化物応力腐食割れ性および熱間加工性に優れた
油井用マルテンサイト系ステンレス鋼。

【００１８】本発明者らは、多くの実験研究の結果、次
のことを知見し、本発明をなすにいたった。

【００１９】すなわち、低Ｃ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｆｅ系鋼で
あるマルテンサイト系ステンレス鋼の強度挙動について
詳細に調査した。その結果、低Ｃ領域においては、焼戻
し後の強度上昇とばらつきが顕著に認められるが、鋼中
のＶ含有量を０．２％以下に制限した上で下式を満たす
量のＴｉを必須成分として添加含有させると、焼戻し後
の強度が異常に高くならず、かつそのばらつきも小さく
し得ることを見いだした。

【００２０】４×％Ｃ≦Ｔｉ≦｛０．７５−〔０．０１
／（％Ｃ＋０．０１５）〕｝ また、安定した強度と耐硫化物応力腐食割れ性で代表さ
れる良好な耐食性を同時に確保する観点からは、マルテ
ンサイト単相鋼とするのが望ましく、通常のオーステナ
イト化温度である８００〜１１００℃でオーステナイト
単相鋼となり、冷却するとマルテンサイトに変態する鋼
でなければならない。そのためには、下記と式を同
時に満たすように成分調整する必要のあることを見いだ
した。

【００２１】 ３０×％Ｃｒ＋３６×％Ｍｏ＋１４×％Ｓｉ−（２８×
％Ｎｉ＋１３×％Ｍｎ）≦４５５…… ２１×％Ｃｒ＋２５×％Ｍｏ＋１７×％Ｓｉ＋３５×％
Ｎｉ＋１７×％Ｍｎ≦７３１………… さらに、硫化水素と炭酸ガスの両方を含む環境中での耐
食性をより一層向上させるには、上記特開平２−２１７
４４４号公報に示されるように、Ｃｕを添加含有させる
のが有効であることを確認した。しかし、Ｃｕを添加含
有させると、熱間加工性が著しく悪化するが、鋼中に不
可避的に含有されるＳとＯ（酸素）をそれぞれ０．００
０８％以下、０．００５％以下に低減する一方、下記
式を満たすＮｉを必須成分として複合添加含有させる
と、熱間加工性の改善が図れることを見いだした。

【００２２】 Ｎｉ≧（０．６４×％Ｃｕ−０．１５）……………

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、各成分の限定理由について
説明する。なお、以下において「％」は「重量％」を意
味する。

【００２４】Ｃ：０．０５％以下 Ｃは、鋼中に不可避的に含まれる元素であり、その含有
量が０．０５％を超えると、強度が高くなりすぎて耐硫
化物応力腐食割れ性が劣化する。また、炭化物が析出し
やすくなり、局部腐食が発生しやすくなる。よって、Ｃ
含有量は、０．０５％以下とした。なお、Ｃは、耐食性
確保の観点からは少なければ少ないほどよく、好ましく
は０．０２５％以下、より好ましくは０．０１％以下と
するのが望ましい。

【００２５】Ｓｉ：１％以下 Ｓｉは、通常の製鋼過程で脱酸剤として必要な元素であ
る。しかし、その含有量が１％を超えると、靭性が著し
く低下する。よって、Ｓｉ含有量は、１％とした。な
お、好ましい上限は０．７５％、より好ましい上限は
０．５％である。

【００２６】Ｍｎ：５％以下 Ｍｎは、熱間加工性の改善に寄与する元素である。しか
し、その含有量が５％を超えると、残留オーステナイト
が生成しやすくなり、マルテンサイト単相の確保ができ
なくなる。よって、Ｍｎ含有量は、５％以下とした。

【００２７】なお、特に耐孔食性を向上させたい場合に
は、その含有量を１％未満にするのが望ましい。また、
Ｍｎは、耐食性を向上させる観点からはその含有量が少
なければ少ないほどよく、好ましくは０．５％以下とす
るのが望ましい。

【００２８】Ｓ：０．０００８％以下 Ｓは、鋼中に不可避的に含まれる不純物元素であり、熱
間加工性を向上させる観点からは少なければ少ないほど
よい。しかし、過度の低減は、脱硫コストが嵩み経済的
でない。また、その含有量が０．０００８％以下であれ
ば所望の熱間加工性が得られる。よって、Ｓ含有量は、
０．０００８％以下とした。

【００２９】なお、製管時における疵発生を極力少なく
する観点からは、その疵発生起点となる硫化物系の非金
属介在物の生成をできるだけ少なくするのが好ましく、
そのためにはＳ含有量を０．０００５％以下、より好ま
しくは０．０００３％以下とするのが望ましい。

【００３０】Ｐ：０．０４％以下 Ｐは、上記Ｓと同様に、鋼中に不可避的に含まれる不純
物元素であり、その含有量が０．０４％を超えると、耐
硫化物応力腐食割れ性が著しく劣化する。よって、Ｐ含
有量は、０．０４％以下とした。なお、好ましい上限は
０．０３％、より好ましい上限は０．０２％である。

【００３１】Ｃｒ：７〜１４％ Ｃｒは、本発明にかかわるマルテンサイト系ステンレス
鋼の耐食性を確保するための主要な必須成分であり、炭
酸ガス環境中での実用上問題のない耐食性を確保する観
点からは７％以上の含有量が必要である。しかし、その
含有量が１４％を超えると、耐食性の向上以上にコスト
上昇が著しく経済的でないのに加え、次に述べるＭｏと
の相乗作用によってδフェライトの生成を招き、耐食性
が低下するのみならず、熱間加工性も低下する。よっ
て、Ｃｒ含有量は、７〜１４％とした。なお、好ましい
範囲は９〜１４％、より好ましい範囲は１０〜１４％で
ある。 Ｍｏ：０．５〜７％ Ｍｏは、耐硫化物応力腐食割れ性を顕著に向上させる元
素である。しかし、その含有量が０．５％未満ではその
効果が得られない。逆に、その含有量が７％を超える
と、Ｃｒとの相乗作用によってδフェライトの生成を招
き、耐食性が低下するのみならず、熱間加工性も低下す
る。よって、Ｍｏ含有量は、０．５〜７％とした。な
お、好ましい範囲は０．５〜５％、より好ましい範囲は
０．７〜４％である。

【００３２】Ａｌ：０．００１〜０．１％ Ａｌは、上記のＳｉと同様に、製鋼過程で脱酸剤として
必要な元素であるが、その含有量が０．００１％未満で
は所望の脱酸効果が得られない。逆に、その含有量が
０．１％を超えると、非金属介在物が多くなって耐食性
が劣化する。よって、Ａｌ含有量は、０．００１〜０．
１％とした。

【００３３】Ｎ：０．０５％以下 Ｎは、鋼中に不可避的に混入する不純物で、強度を高め
て硫化物応力腐食割れ感受性を高める元素であり、その
含有量が０．０５％を超えると、強度が上昇しすぎて耐
硫化物応力腐食割れ性が著しく劣化する。よって、Ｎ含
有量は、０．０５％以下とした。なお、好ましい上限は
０．０２％、より好ましい上限は０．０１５％である。

【００３４】Ｖ：０．２％以下 Ｖは、主としてＣｒ源から混入して鋼中に不可避的に混
入する不純物で、工業的にその含有量を例えば０．０１
％以下にするのは極めて難しい元素である。そして、Ｃ
含有量を低減した本発明にかかわるマルテンサイト系ス
テンレス鋼においては、微量のＶが含有されると、焼戻
し後の強度（硬度）が著しく高くなる。

【００３５】図１は、その一例を示す図であり、Ｃ含有
量の種々異なる１３％Ｃｒ−５％Ｎｉ−２％Ｍｏ−残部
実質的にＦｅからなり、Ｖ含有量が０．１％と０．０３
％の２種類の鋼を対象に、８５０℃に３０分間加熱保持
後水冷する焼入れ処理を施した後、６００℃に３０分間
加熱保持後空冷する焼戻し処理した場合の硬度挙動を示
してある。

【００３６】この図から明らかなように、Ｃ含有量が
０．０５％以下、特に０．０１〜０．０３％の範囲で
は、Ｖ含有量が多くなるにつれて、焼戻し処理後の硬度
（強度）が著しく高くなることがわかる。これは、鋼中
の固溶Ｃが焼戻し処理時にＣｒ炭化物およびＶ炭化物、
特にＶ炭化物となって微細析出するためである。

【００３７】このため、本発明においては、鋼中の固溶
Ｃが焼戻し処理時にＣｒ炭化物およびＶ炭化物、特にＶ
炭化物となって微細析出しないように、強度上昇に寄与
しない炭化物のＴｉＣに固定すべく、次に述べるＴｉを
必須成分として添加含有させる。しかし、Ｖ含有量が
０．２％を超えると、下記量のＴｉを添加含有させても
焼戻し処理後の強度（硬度）上昇を防ぐことができな
い。よって、Ｖ含有量は、０．２％以下とした。なお、
好ましい上限は０．１５％、より好ましい上限は０．１
％である。

【００３８】Ｔｉ：４×％Ｃ以上、０．７５−〔０．０
１／（％Ｃ＋０．０１５）〕以下 Ｔｉは、上述したように、鋼中に固溶しているＣをＴｉ
Ｃとして固定し、焼戻し処理後の強度（硬度）上昇を防
ぐために必須成分として添加含有させる。しかし、その
含有量が４×％Ｃ未満では、上記の効果が得られない。
逆に、その含有量が「０．７５−〔０．０１／（％Ｃ＋
０．０１５）〕」を超えると、金属間化合物（ＴｉＮ
ｉ）が析出し、かえって焼戻し処理後の強度（硬度）上
昇を招く。よって、Ｔｉ含有量は、４×％Ｃ以上、
「０．７５−〔０．０１／（％Ｃ＋０．０１５）〕」以
下とした。

【００３９】Ｏ（酸素）：０．００５％以下 Ｏ（酸素）は、上記のＳと同様に、鋼中に不可避的に含
まれる不純物元素であり、熱間加工性を向上させる観点
からは少なければ少ないほどよい。しかし、過度の低減
は、脱酸コストが嵩み経済的でない。また、その含有量
が０．００５％以下であれば所望の熱間加工性が得られ
る。よって、Ｏ含有量は、０．００５％以下とした。な
お、好ましい上限は０．００３％、より好ましい上限は
０．００２％である。

【００４０】本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼
は、上記の成分組成からなるが、さらに下記および
式を満たすものでなければならない。

【００４１】 ３０×％Ｃｒ＋３６×％Ｍｏ＋１４×％Ｓｉ−（２８×
％Ｎｉ＋１３×％Ｍｎ）≦４５５…… ２１×％Ｃｒ＋２５×％Ｍｏ＋１７×％Ｓｉ＋３５×％
Ｎｉ＋１７×％Ｍｎ≦７３１………… すなわち、本発明鋼は、油井用であるので、安定した所
望の強度と優れた耐食性、特に所望の強度を確保するう
えでマルテンサイト単相鋼であることが望ましい。その
ためには、通常のオーステナイト化温度である８００℃
〜１１００℃でオーステナイト単相となり、冷却すれば
マルテンサイトに変態することが必要である。また、室
温にまで冷却した場合、残留オーステナイトを含まず、
マルテンサイト単相になることが必要である。

【００４２】しかし、上記式を満たさないと、上記８
００℃〜１１００℃の温度域でδフェライトが生成し、
オーステナイト単相にならない。また、上記式を満た
さないと、室温まで冷却した場合に残留オーステナイト
が生成し、マルテンサイト単相にならない。よって、本
発明では、上記および式を満たすように成分調整す
ることとした。

【００４３】なお、場合によっては炭化物など他の相が
生成することもあるが、本発明鋼は上記および式を
満たすものであれば、何ら問題ない。

【００４４】本発明鋼は、以上に述べた成分組成からな
るが、必要により下記の成分を添加含有させることがで
きる。

【００４５】Ｃｕ：０〜５％ Ｃｕは、必ずしも添加含有させる必要はないが、炭酸ガ
スと硫化水素の両方を含む酸性環境中での耐食性を向上
させるのに有効な元素ある。したがって、その効果を得
たい場合には添加含有させることができる。しかし、そ
の含有量が０．０５％未満では上記の効果が得られな
い。一方、５％を超えて添加含有させてもその効果は飽
和し、熱間加工性が著しく劣化する。よって、添加含有
させる場合のＣｕ含有量は、０．０５〜５％とする必要
がある。なお、添加含有させる場合の好ましい範囲は
０．１〜４％、より好ましい範囲は０．２〜３％であ
る。

【００４６】また、Ｃｕ添加による熱間加工性の悪化
は、次に述べる目的で添加含有させることのできるＮｉ
を、下記の２〜８％の範囲内で「０．６４×％Ｃｕ−
０．１５」％以上複合添加含有させることによって防ぐ
ことができる。

【００４７】Ｎｉ：０〜８％ Ｎｉは、必ずしも添加含有させる必要はないが、鋼の強
度と耐食性を向上させ、かつマルテンサイト単相とする
のに有効な元素である。したがって、それらの効果を得
たい場合には添加含有させることができる。しかし、そ
の含有量が２％未満では上記の効果が得られない。一
方、８％を超えて添加含有させると、残留オーステナイ
トが多くなって耐食性が低下する。よって、添加含有さ
せる場合のＮｉ含有量は、２〜８％とする必要がある。
なお、添加含有させる場合の好ましい範囲は２．５〜
７．５％、より好ましい範囲は３〜７％である。

【００４８】ただし、Ｎｉは、Ｃｕ添加時における熱間
加工性の悪化を防ぐためには、前述したように、上記の
２〜８％の範囲内で「０．６４×％Ｃｕ−０．１５」％
以上を必須成分として添加含有させる必要がある。

【００４９】Ｃａ、Ｍｇ、ＬａおよびＣｅ：それぞれ
０．００１〜０．０５％ Ｃａ、Ｍｇ、ＬａおよびＣｅは、必ずしも添加含有させ
る必要はないが、いずれの元素も鋼の熱間加工性を向上
させるのに用いて有効である。したがって、その効果を
得たい場合には、これらのうちから１種または２種以上
を選んで添加含有させることができる。しかし、いずれ
の元素もその含有量が０．００１％未満では上記の効果
が得られない。一方、０．０５％を超えて添加含有させ
ると、粗大な酸化物が生成し、かえって耐食性が低下す
る。よって、添加含有させる場合のＣａ、Ｍｇ、Ｌａお
よびＣｅの含有量は、いずれも０．００１〜０．０５％
とする必要がある。なお、いずれの元素も添加含有させ
る場合の好ましい範囲は、０．００５〜０．０４％、よ
り好ましい範囲は０．００７〜０．０３５％である。

【００５０】以上に説明したように、本発明のマルテン
サイト系ステンレス鋼は、Ｖ、ＳおよびＯ（酸素）の含
有量を低く規制するともに、所定量のＴｉを添加含有さ
せ、かつＣｕ添加時には所定量のＮｉを添加含有させる
ことにより、焼戻し後強度の低位安定化と耐食性および
熱間加工性の向上を図ったことに特徴がある。

【００５１】このマルテンサイト系ステンレス鋼は、通
常の工業的なステンレス鋼の製造方法によって製造する
ことができる。精錬については、アーク式電気炉による
溶解法、ＡＯＤ（アルゴン−酸素脱酸）法、ＶＯＤ（真
空酸素脱炭）法などが適している。例えば、Ｓの低減
（脱硫）については、脱炭の前工程で脱硫処理を行うの
が効果的である。また、Ｏの低減（脱酸）については、
所定の化学組成に成分調整された溶鋼に対して真空処理
を施し、これらの元素の成分調整精度を向上させる方法
が有効である。

【００５２】成分調整された溶鋼は、連続鋳造法または
造塊法により、スラブ（丸ビッレトを含む）またはイン
ゴットに鋳造する。また、得られた丸ビッレトを除くス
ラブまたはインゴットは、分塊圧延などの熱間圧延工程
を経て丸鋼片あるいは熱延鋼板に成形し、通常の継目無
鋼管製造プロセスあるいは電縫溶接管製造プロセスに供
して所定寸法の継目無管あるいは電縫管に成形するが、
この時その製造工程に何ら特別な手段を加える必要はな
い。

【００５３】また、成形後の継目無管あるいは電縫管
は、例えば、８００〜９５０℃の温度範囲に３０分〜２
時間加熱保持後水冷または空冷する焼入れ処理を施し、
次いで５５０〜７５０℃の温度範囲に３０分〜２時間加
熱保持後炉冷または空冷する焼戻し処理を施すことによ
って所望の強度を有する油井管とすることができる。

【００５４】

【実施例】表１に示す化学成分を有する１５種類の鋼を
溶製した。そして、これらの鋼の焼戻し処理後の強度、
耐硫化物応力腐食割れ性（耐ＳＳＣ性）および熱間加工
性を、それぞれ次に述べる方法に従って調べた。

【００５５】＜熱間加工性＞１２００℃に加熱後の一辺
５０ｍｍの角インゴットに熱間鍛造と熱間圧延を施して
厚さ８ｍｍの板材とし、その表面の脱スケールを行った
後、ダイチェック法により表面欠陥の有無を調査した。
そして、表面欠陥がなかったものを「○」、表面欠陥が
あったものを「×」として評価し、熱間加工性（製管
性）の指標とした。

【００５６】＜耐硫化物応力腐食割れ性＞８５０℃に３
０分間加熱保持後水冷する焼入れ処理に引き続いて、６
００℃に３０分間加熱保持後空冷する焼戻し処理を施し
た上記各供試鋼の板材から、図２に示すように、長さ方
向の中央部にＵノッチ２を形成した厚さ２ｍｍ、幅１０
ｍｍ、長さ７５ｍｍの試験片１を２個づつ採取した。採
取した試験片１は、図３（ａ）に示す曲げ付与治具３を
用いて所定の曲げ量ｙを付与した状態で、温度が２５℃
の「５％ＮａＣｌ＋０．００３ａｔｍＨ₂ Ｓ＋３０ａｔ
ｍＣＯ₂ 」の腐食水溶液中に３３６時間浸漬した。しか
る後、試験片１を取り出し、その外観観察と試験片断面
を光学顕微鏡観察して割れの有無を調査した。そして、
取り出した試験片１に割れが認められなかったものを
「○」、割れが認められたものを「×」として評価し
た。

【００５７】なお、各試験片１には、図３（ｂ）に示す
各部の寸法に基づき、下式で表される曲げ応力σが、各
供試鋼の０．２％耐力になるように曲げ量ｙを付与し
た。

【００５８】σ＝Ｅｔｙ〔（２ｌ₁ ²／３）＋（ｌ₁ ×ｌ
₂ ）＋（ｌ₂ ²／４）〕^-1 ここで、Ｅはヤング率、ｙ：曲げ量、ｌ₁ およびｌ₂ は
曲げ支点間距離、ｔは試験片厚さである。

【００５９】＜焼戻し処理後の強度＞上記耐硫化物応力
腐食割れ性の試験片を採取したのと同様の各供試鋼板材
から、硬度試験片を採取した。そして、ロックウエル硬
度計を用い、Ｃスケール硬度（ＨＲＣ）を測定すること
で、その強度を調べた。

【００６０】これらの結果を、表１に併記して示した。

【００６１】

【表１】

【００６２】表１に示す結果から明らかなように、本発
明例の鋼（No. １〜１０）は、いずれも熱間鍛造および
熱間圧延後の板材表面に疵の発生が認められず、熱間加
工性（製管性）が良好であった。また、焼戻し処理後の
硬度ＨＲＣは、２３．１〜２５．３と低位に安定してお
り、硫化物応力腐食割れも発生しておらず耐硫化物応力
腐食割れ性に優れていた。

【００６３】これに対し、比較例のうち、No. １１の鋼
は、Ｔｉの含有量が多すぎるためにＴｉＮあるいは炭化
物が析出し、焼戻し後の硬度ＨＲＣが２９．８と著しく
上昇した結果、耐硫化物応力腐食割れ性も不芳であっ
た。また、比較例のNo. １２〜１４の鋼は、焼戻し処理
後の硬度と耐硫化物応力腐食割れ性は良好であるが、
Ｓ、ＯおよびＣｕのいずれかの含有量が多すぎるため
に、熱間鍛造および熱間圧延後の板材表面に疵の発生が
認められ、いずれも熱間加工性が悪かった。さらに、比
較例のNo. １５の鋼は、各成分は本発明の範囲内である
が、上記式を満たすように成分調整されていないため
にマルテンサイト単相とならず、耐硫化物応力腐食割れ
性に優れるものの、油井用材料としての強度を有してい
ないのみならず、熱間加工性も不芳であった。

【００６４】

【発明の効果】以上実施例からも明かなとおり、本発明
鋼は塩化物イオンと炭酸ガスと硫化水素ガスが存在する
苛酷な環境中でも満足する耐食性を備え、油井用材料と
して使用するのに十分な強度が安定して得られ、かつ熱
間加工性が良好であることから工業的にも有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｖ含有量が焼戻し処理後の強度（硬度）に及ぼ
す影響の一例を示す図である。

【図２】実施例の耐硫化物応力腐食割れ性試験に用いた
試験片の形状と寸法を示す図で、同図（ａ）は正面図、
同図（ｂ）は平面図、同図（ｃ）はノッチ部の拡大正面
図である。

【図３】実施例の耐硫化物応力腐食割れ性試験に用いた
曲げ付与治具と試験片の関係を示す図で、同図（ａ）は
曲げ付与前の状態を示す正面図、同図（ｂ）は曲げ付与
後の試験片形状と曲げ支点との関係を示す正面図であ
る。

【符号の説明】

１：試験片、 ２：Ｕノッチ、 ３：曲げ付与治具。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：１
   ％以下、Ｍｎ：５％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：
   ０．０００８％以下、Ｎ：０．０５％以下、Ｏ：０．０
   ０５％以下、Ｖ：０．２％以下、Ｃｒ：７〜１４％、Ｍ
   ｏ：０．５〜７％、Ａｌ：０．００１〜０．１％、Ｎ
   ｉ：０〜８％、Ｃｕ：０〜５％、Ｔｉ：４×％Ｃ〜
   ｛０．７５−〔０．０１／（％Ｃ＋０．０１５）〕｝を
   含有し、かつ下記〜式を満たし、残部Ｆｅおよび不
   可避的不純物からなることを特徴とする安定した強度が
   得られる耐硫化物応力腐食割れ性および熱間加工性に優
   れた油井用マルテンサイト系ステンレス鋼。 ３０×％Ｃｒ＋３６×％Ｍｏ＋１４×％Ｓｉ−（２８×
   ％Ｎｉ＋１３×％Ｍｎ）≦４５５…… ２１×％Ｃｒ＋２５×％Ｍｏ＋１７×％Ｓｉ＋３５×％
   Ｎｉ＋１７×％Ｍｎ≦７３１………… Ｎｉ≧（０．６４×％Ｃｕ−０．１５）……………
2. 【請求項２】残部Ｆｅの一部に代えて、重量％で、Ｃ
   ａ：０．００１〜０．０５％、Ｍｇ：０．００１〜０．
   ０５％、Ｌａ：０．００１〜０．０５％およびＣｅ：
   ０．００１〜０．０５％のうちの１種または２種以上を
   含有することを特徴とする請求項１に記載の安定した強
   度が得られる耐硫化物応力腐食割れ性および熱間加工性
   に優れた油井用マルテンサイト系ステンレス鋼。