JPS58197260A - 酸性油井用２相系ステンレス鋼 - 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】 本発明は酸性油井用２相系ステンレス鋼に関する。

最近、石油資源の枯渇化に件ない今まで見捨てられてい
た高深度油井とか、酸性油井が見直され始めてきている
。しかし、これらの油井は大量の塩化物やＣＯ２とＩ−
＋　２ｓを含む場合が多く腐蝕性が著しく激しいので、
油井管用材料として今までの炭素鋼や低合金鋼では使用
に耐えず、耐蝕性の優れた高合金材料が要求されている
。

そして、これらの高合金材料としては、１３ｃｒ系マル
テンサイト・ステンレス鋼、オーステナイトとフェライ
トの２相系ステンレス鋼、オーステナイト系の高ニッケ
ル合金、ニッケル基合金、コバルト基合金、チタン基合
金などがあげられるが、このうちでも、高ＣｒでＭｏと
Ｎｉを含むオーステナイトとフェライトの２相系ステン
レス鋼はＣＯ２に対する一般耐蝕性に優れており、また
、塩化物による応力腐蝕割れに強いことから、油井管用
としても幅広く便用され始めている。

しかし、この２相系ステンレス鋼の最大の問題点は、塩
化物と大量のトＩ２Ｓが共存する場合に硫化物応力腐蝕
割れ（ＳＳＣＣ）を生じ易いことと、塩化物とＣＯ７の
共存下で隙間腐蝕や孔軸を生じること等の恐れがあるこ
とであり、これらの腐蝕に強い２相系のステンレス鋼が
望まれているのである。

しかして、酸性油井の油井管用材料として要求される特
性のうちで重要なものは次の３つである。

（］　）　ＣＩ−ＣＯ２−Ｈ２Ｓ環境下において応力腐
蝕割れを起さないこと。

（ｚ）ｃ＋１ｃ○２−Ｈ２Ｓ環境下における隙間腐蝕や
孔軸などの局部腐蝕に強いこと。

（３）高い機械的強度を有すること。

このうち、（３）の機械的強度に関しては、２相系ステ
ンレス鋼では冷開加工によって高めることは可能である
が、この冷開加工状態では（１）の応力腐蝕割れが極め
て発生し易くなる。従って、溶体化処理（焼鈍）状態で
高い機械的強度を有することが望ましいのである。

本発明者は酸性油井用材料としての２相系ス３− しく高くする必要があること、即ち、溶体化処理状態で
機械的強度を高めるため耐蝕性を損なわない範囲でＣ含
有量を高めるべきことを見出した。

これは従来の２相系ステンレス鋼が溶接構造物として使
用されることを前提としているのに対し、溶接が施され
ない（ネジ継手）状態で使用される油井管とは本質的に
異なることから考えられたものである。

また、本発明者は、ｃ　ｒ＝−ｃ　ｏ　２−　Ｉ−１２
Ｓ環境下における硫化物応力腐蝕割れ感受性が鋼中のオ
ーステナイトとフェライトの含有量の比率によって著し
く影響を受け、第１図に示すようにフェライト含有量が
６０％以下とする必要のあることを実験の結果知見した
。なお、上記第１図において使用した鋼は、０．０１−
０，２１％Ｃ−２０−２６％Ｃｒ　−５〜６％Ｎｉ’−
２−４％Ｍｏ−０−０，５％Ｃｕ−０，１，−０，２％
Ｎ−０〜１％＼７−Ｑ〜１％Ｎｂのものである。また、
図中○は耐硫化物応力腐蝕割れ性に優れ、・は耐硫化物
応力腐蝕割れ性に劣ることを示す。

さらに、本発明者は一般の２相系ステンレス鋼のＣＩ−
ＣＯ２、Ｈ２Ｓ環境における隙間腐蝕がオーステナイト
相の優先腐蝕に起因する（これはオーステナイト相中の
ＣｒとＭＯの含有量がフェライト相に比べて少ないこと
による。）との知見に基いてオーステナイト相の耐蝕性
を高めるためにＣｕを含有させるべきことを見出した。

本発明は上記に説明した酸性油井用材料としての従来材
料における種々の問題点、及び、酸性油井用材料に対す
る本発明者の数々の知見に基いてなされたもので、Ｃ１
−ＣＯ２−Ｈ２Ｓ環境下において優れた耐蝕性を示す酸
性油井用２相系ステンレス鋼を提供するものである。

本発明に係る酸性油井用２相系ステンレス鋼は、（１）
、　ＣＯ，０６−０，２０％、Ｓ１≦１．０％、Ｍｎ２
．５−４％、Ｃｒ　２０−２７％、Ｎｉ　５−８％、Ｍ
ｏ２．５〜４％、Ｃｕ　Ｏ，３−２％、Ｎ　Ｏ，１−０
，２５％を含有し、かつ、フェライト含有量が４０〜６
０％である残部Ｆｅ及び不可避不純物からなることを特
徴とする酸性油井用２相系ステンレス鋼を第１の発明と
し、４− （２）　　ＣＯ，０６〜０．２０％、　Ｓｌ　５１．０
％、　ＭＯ２，５〜４％、Ｃｒ　２０−２７％、Ｎｉ　
５−８％、Ｍｏ　２．５−４％、Ｃｕ　Ｏ，３−２％゛
、Ｎ　０１１−０．２５％を含み、更に、Ｔｉ、ＮＩ〕
、■の内から選んだ１種、或いは、２種以上を合計で０
．１〜０．５％を含有し、がっ、フェライト含有量が４
０〜６０％である残部Ｆｅ及び不可避不純物からなるこ
とを特徴とする酸性油井用２相系ステンレス鋼を第２の
発明とする２つの発明よりなるものである。

本発明に係る酸性油井用２相系ステンレス鋼について以
下詳細に説明する。

先ず、本発明に係る酸性油井用２相系ステンレス鋼の含
有成分、及び、成分割合について説明する。

Ｃは溶体化処理状態で酸性油井用油井管材料として必要
な８０ＫＳＩ以上の耐力を得るためにＣ含有量０．０６
％未満ではこの効果がなく、また、０．２０％を越えて
含有させると溶体化処理状態でも粒界腐蝕の原因となる
。よって、Ｃ含有量は０．０６％〜０．２０％とする。

Ｓｉは脱酸剤として不可欠な元素であるが、含有量が１
．０％を越えると油井管の製造時、特に造塊時にシグマ
相を生成して脆化し易くなる。

よって、８１含有量は１．０％以下とする。

Ｍｎは脱酸剤として必要であり、また、Ｎの固溶量を増
すために効果があるので多い方が望ましく、２．５％以
」二必要であるが、４滲を越えて含有されると加工性が
劣化する。よって、Ｍｎ含有量は２．５〜４％とする。

ＣｒはＣ＋−ＣＯ２Ｈ７Ｓ環境における耐隙間腐蝕性を
得るためには最低含有量として２０％は必要であり、多
い程望ましいものではあるが、２６％を越えて含有させ
るとシグマ相が著しく生成し易くなり製管が不可能とな
る。よって、Ｃｒ含有量は２０〜２７％とする。

Ｎｉは強力なオーステナイト生成元素であり、４０％以
上のオーステナイト相を得るためには他成分との兼ね合
いもあるグ、最低５％は必要であり、また、８％を越え
て含有させても効果は飽和し、かつ、シグマ相が生成し
易くなり更に高価になる。よって、Ｎ１含有量は５〜８
％とする。

ＭｏはＣｒとの複合含有によりｃ＋”−ＣＯ２−Ｈ２Ｓ
環境における耐隙間腐蝕性を得るために、最低２．５％
の含有は必要であって多い程望ましいが、４％を越えて
含有させるとシグマ相が生成し易くなり製管が不可能と
なる。よって、Ｍｏ含有量は２．５〜４％とする。

ＣｕはＣ１−ＣＯ２−Ｈ２Ｓ環境下におけるオーステナ
イト相の耐蝕性を高める重要な元素で含有量が０．３％
未満ではこの効果が少なく、また、２％を越えて含有さ
せると熱間加工性が者しく劣化する。よって、Ｃｕ含有
量は０．３〜２％とする。

ＮはＣｕと同様ｃ　＋−ｃ　ｏ　２−　Ｈ２Ｓ環境下に
おけるオーステナイト相の耐蝕性を高め、かつ、溶体化
処理状態での機械的強度を高めるために０．１％以上は
必要であり、また、０．２５％を越えて含有させると造
塊時に気泡が発生して製管が不可能となる。よって、Ｎ
含有量は０．１〜０．２５％とする。

Ｔｉ、Ｎｌ＋、■は強力な炭化物、及び、窒化物７− 生成元素として微細に析出させると溶体化処理状態での
機械的強度を高める作用があり、含有量が合計で０．１
％未満ではこの効果はなく、０．５％を越えて含有させ
るとマトリックスに固溶するＣ１Ｎを減らしてフェライ
ト含有量を多くすることになる。よって、Ｔｉ、Ｎｂ、
Ｖ含有量は０．１〜０．５％とする。

なお、フェライト量を６０％以下とすることについては
、上述した第１図の説明からも明らかであり、また、溶
体化処理状態で８０ＫＳＩ以上の耐力を得るために４０
％以上が必要である。

次に、本発明に係る酸性油井用２相系ステンレス鋼の実
施例を比較例とともに説明する。

８− 実施例 第１表に示す含有成分、及び、成分割合となるように、
通常の溶製法により各鋼を溶製して鋳造し、次いで、加
工して試験片を作成した。

この試験片によって、機械的性質、応力腐蝕割れ、隙間
腐蝕について試験した結果を第２表に示す。

第２表において、引張性質は１０５０℃からの水冷によ
る溶体化処理状態で測定した。

また、腐蝕試験は室温の５％ＮａＣｌ−０，５％Ｃ）（
３ＣＯＯＨ−１ａｔｍ−Ｈ２Ｓ水溶液中にて行ない、応
力腐蝕割れ試験片にはＵ曲げ試験片を、隙間腐蝕試験片
には平板試験片にテフロンワッシャーにで隙間を付与し
たものを用いた。

この第２表かられかるように、本発明に係る酸性油井用
２相系ステンレス鋼は比較鋼に比して、耐力、抗張力、
及び、伸びに優れており、さらに、ｃ＋”Ｌｃｏ２−Ｈ
２ｓ溶液中での耐蝕性においては、格段の相違があり、
本発明に係る酸性油井用２相系ステンレス鋼は優れた工
業的価値のあることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図はフェライト含有量と耐力の関係と硫化物応力腐
蝕割れについて示したグラフである。 特許出願人　　株式会社　神戸製鋼所 ＩＪ−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ＣＯ，０６−０，２０％、ＳｉＳ２．０％、Ｍ
   ｎ２．５−４％、Ｃｒ　２０−２７％、Ｎｉ５−８％、
   Ｍｏ２．５−４％、Ｃｕ　００３−２％、Ｎ　Ｏ，１−
   ０，２５％を含有し、かつ、フェライト含有量が４０〜
   ６０％である残部Ｆｅ及び不可避不純物からなることを
   特徴とする酸性油井用２相系ステンレス鋼。
2. （２）　Ｃ０００６−０，２０％、Ｓ１≦１．０％、Ｍ
   ｎ２．５−４％、Ｃｒ　２０−２７％、Ｎｉ５−８％、
   Ｍｏ２．５−４％、Ｃｕ０．３−２％、Ｎ　Ｏ，１−０
   ，２５％を含み、更に、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖの内から選んだ
   １種、或いは、２種以上を合計で０．１〜０．５％を含
   有し、かつ、フェライト含有量が４０〜６０％である残
   部Ｆｅ及び不可避不純物からなることを特徴とする酸性
   油井用２相系ステンレス鋼。