JPS5912737B2 - 耐食性に優れた油井管用二相ステンレス鋼 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、耐食性、なかんずく耐応力腐食割れ性に優
れた油井管用二相ステンレス鋼に関する。

近年、油井・天然ガス井は深井戸化の傾向が著しく、産
出ガス中に湿潤な硫化水素や塩素イオン等、腐食性物質
が多量含有される事例が多くなってきた。このような傾
向とともに油井管の使用条件が苛酷化すると、油井管の
防食は安定操業上よりー層重要な意味をもつこととなる
。油井管の腐食対策とし又は、インヒビターと呼ばれる
腐食抑制剤を使用して管表面に被膜を生成させ腐食を防
止するなど２｜３の例が挙げられるが、何れも上記のよ
うな苛酷な使用条件では今一つ満足のゆく効果が期待で
きない。こうした事情から最近では、油井管により高級
な耐食性材料が用いられる傾向があり、各種ステンレス
鋼をはじめ、インコロイやバスアロイといった高合金鋼
の採用も検討されはじめ℃いる。しかしながらいまのと
ころ、ＨＳ−ＣＯ２−Ｃｌ一の油井環境における腐食挙
動についての詳細なことは十分に解明されておらず、こ
のような環境下での腐食と鋼成分の関連性についても、
僅かに現存する高合金鋼の適性テストなどがなされてい
る程度に過ぎない。

本発明は、このきわめて腐食性のつよい、Ｈ２Ｓ−ＣＯ
２−ＣＩ一の油井環境下でも優れた耐久性を発揮する油
井管用鋼の提供を目的とするものである。

すなわち本発明の要旨とするところは、Ｃ： イ☆０．
１％以下、Ｓｉｌ．Ｏ％以下、Ｍｎ２．Ｏ％以下、ＰＯ
．Ｏ３％以下、８０．００５％以下、ＮＯ．３％以下で
、ＭＯ４．Ｏ％以下を含み、Ｎｉ．Ｃｒを、下記式及び
式を満たす範囲で含有し、２４％≦Ｃｒ（％）−１−
ＭＯ（％）≦２９％ ・・・更に場合によってはＣ
ｕｌ％以下を含み、残部は実質的にＦｅよりなることを
特徴とする耐食性に優れた油井管用二相ステンレス鋼に
ある。

本発明者らの実験、研究によれば、Ｈ２Ｓ−ＣＯ２−Ｃ
ｚ−環境下における腐食の主たるものは応力腐食割れで
あり、更にこの場合の応力腐食割れは、一般の場合のス
テンレス鋼のそれとは腐食挙動を全く異にするものであ
り、一般の応力腐食割れがＣＩ−の存在と深く係わるも
のであるのに対し、上記油井環境によるものではＣｌ一
もさることながら、それ以上にＨ２Ｓの影響が太きいと
いうことが明らかとなった。

一方、油井管として実用に供される鋼管は一般に、油井
管として必要な強度を得るため，使用に先立ち冷間加工
が行われるが、冷間加工は応力腐食割れ性に対する悪影
競が著しいということもまた、本発明者らの研究の結果
判明した。二相ステ／レス鋼もその例外ではなく、一般
にＨ２Ｓ−ＣＯ２−ＣＡ一環境下での応力腐食割れに対
し可成り高い抵抗性を示すものではあるが、この鋼も油
井管としては、固溶化熱処理のままでは強度不足のため
冷間力旺が必須とされ、この冷間加工が施されると、と
くに圧延方向と直角（Ｔ方向）に引張応力が作用する場
合、応力腐食割れ抵抗性が低下する傾向がつよい。本発
明者らは、冷間加工後も二相ステンレス鋼本来のＨ２Ｓ
−ＣＯ２−ＣＩ−環境に対する耐応力腐食割れ性が維持
される鋼組成について系統的に実験、研究を推進し、そ
の結果、冷間加工を加えてもＴ方向の応力腐食割れ抵抗
性の劣化が小さい二相ステンレス鋼の開発に至ったもの
である。第１図は、上記油井環境下での耐応力腐食割れ
抵抗性とＣｒ（％）＋ ＭＯ（％）（以下、Ｘで示す）
、Ｎｉ（支））−＋−３０｛Ｃ（％）十ＮφＢ（以下、
ｙで示す）との関係を示す。これは一試験結果を表わし
たものであるが、その試験とは、Ｃｒ，Ｎｉ，ＭＯ＊Ｃ
．Ｎの各含有量を種々に変えたＣｒ−Ｎｉ−ＭＯ鋼を溶
製し、鍛伸そし″Ｃ７ｍＪＸ厚まで熱延を行なった後、
１０５０゜Ｃで３０分保持後水冷する固溶化処理を行な
い、しかる後３０％の冷間刀旺で強度を高め、この板か
らＴ方向に２Ｔ１ｊ／ｔ厚×１０７ＬＩｎ巾×７５闘長
の試験片をとり、応力腐食割れ試験を実施したものであ
る。応力腐食割れ試験としては、第２図に示す３点ビー
ム冶具によって試験片に０．２％耐力の７０％に相当す
る引張応力を付加し、室温に″″Ｃ１気圧Ｈ２Ｓ，ｌＯ
気圧ＣＯ２でＨ２Ｓ，ＣＯ２をそれぞれ飽和させた２０
％ＮａＣｌ溶液（温度＝２００゜Ｃ）中に１０００ｈ浸
漬し、応力腐食割れ発生の有無を調べる方法によった。
図中、〇二割れなし、×：割れ発生、をそれぞれ示す。
同図より明らかなことは、Ｘの値が２４％以上でかつＸ
とｙの値がｘ−ｙ二１０％とｘ − ｙ＝１６％（それ
ぞれ直線Ａ．Ｂで示される）の間では、冷間加工後も良
好な耐応力腐食割れ性が維持されるということである。

云う迄もな（ｘ−ｙとは、前出式の中位の式に相尚する
。本発明鋼における各成分限定の理由＆’ｌ下のとおり
である。

Ｃ：強度向上およびオーステナイト相安定性の向上に寄
与する元素であってＮｉ使用量の節約を図る上で有効で
あるが、０，１％を越えると固溶化処理後の冷却中に腐
食の起点となるクロム炭化物の生成がみられ、耐食性の
劣化を来たす。

Ｎ：Ｃ同様の効果があるが、０．３％を越えると耐食性
への悪影響が出る。

ＣｒおよびＭＯ二両者とも耐応力腐食割れ性を高めるの
に有効な元素であり、特にＭＯは少量でも効果が太きい
。

しかしながら、Ｃｒ（％）＋ＭＯ（％ν２９％を越える
と、またＣｒ（％）＋ ＭＯ（％）が２９％以下でもＭ
Ｏが４飴を上廻ると、固溶化処理後の冷却中にσ相が析
出し易くなり靭性が損われる危蔭性があるので、Ｃｒｔ
％）＋ ＭＯ（％）≦２９％、ＭＯ≦４％としなげれば
ならない。Ｃｕ：特に酸性環境下での耐食性を上げる効
果があるから、１％までの添加は場合によっては有利で
ある。

１％を越えると、熱間加工性が劣化する。

この他の鋼成分については、Ｓｉ：脱酸剤として必要で
あるが１．０％を越えると熱間加工性が劣化する。

Ｍｎ：脱酸剤として必要であり、応力腐食割れには影響
しないので２．０％まで許容した。

Ｐ ：応力腐食割れ性に有害であるので０．０ａ％以下
とする。

Ｓ ：Ｓは熱間加工性を著しく劣化させるので０．００
５％以下とする。

次に本発明の効果を実施例に基いて説明する。

第１表に示す（１｝−（１７）の各成分の鋼を溶製し、
外径６０７ｎｊＩ１、肉厚４ｕの鋼管を通常の製管法に
て製作し、これに２０％の冷間力旺を加えて強度を高め
油井管とした。この油井管から、中心角で６０油に当た
る部分を切欠した長さ２０，の管状体を試験片として採
取し、第３図に示すようにセツトしてボルト・ナットに
て管外表面で０．２％耐力の７０％に相当する引張応力
なＴ方向、すなわち応力腐食割れの生じ易い方向に付加
し、１気圧Ｈ２Ｓ、１０気圧ＣＯ２で飽和させた２０％
ＮａＣｉｔ溶液（温度二２００゜Ｃ）に１０００ｈ浸漬
し応力腐食割れ発生の有無を調査した。結果は第１表に
示し“た。應（ｎ）はＳＵＳ３２９Ｊｌに相当する二相
ステンレス鋼であるが、これをはじめ、鋼成分の何れか
が本発明範囲から外れる比較例（１１Ｈ４７）は、全て
Ｈ２Ｓ−ＣＯ？−ＣｌｌＪｊ境下で応力腐食割れの発生
がみられたのに対し（１）〜斡沖本発明例では、応力腐
食割れは一切認められず、本発明鋼の有用性が実証され
た。

以上の説明から明らかな如く本発明二相ステンレス鋼は
、冷間加工後もＨ２Ｓ−ＣＯ２−ＣＩ−環境下での応力
腐食割れに対する高い抵抗性が維持される特徴を有して
いるから、冷間加工して使用される油井管に用いて優れ
た耐久性を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋼中Ｃｒ（イ）＋ＭＯ一よびＮｉ（イ）十３０
｛Ｃ（イ）十Ｎ（％）｝が耐応力腐食割れ性に及ぼす影
響を示す図、第２図は板状試験片用応力腐食割れ試験機
を示す図、第３図は管状試験片を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃ０．１％以下、Ｓｉ１．０％以下、Ｍｎ２．０％
   以下、Ｐ０．０３％以下、Ｓ０．００５％以下、Ｎ０．
   ３％以下で、Ｍｏ４．０％以下に、Ｎｉ、Ｃｒを、下式
   （１）、（２）を満す範囲内で含有し、２４％≦Ｃｒ（
   ％）＋Ｍｏ（％）≦２９％・・・（１）１０％≦Ｃｒ（
   ％）＋Ｍｏ（％）−Ｎｉ（％）−３０｛Ｃ（％）＋Ｎ（
   ％）｝≦１６％・・・（２）残部は実質的にＦｅよりな
   ることを特徴とする耐食性に優れた油井管用二相ステン
   レス鋼。 ２ Ｃ０．１％以下、Ｓｉ１．０％以下、Ｍｎ２．０％
   以下、Ｐ０．０３％以下、Ｓ０．００５％以下、Ｎ０．
   ３％以下で、Ｍｏ４．０％以下に、Ｎｉ、Ｃｒを、下式
   （１）、（２）を満たす範囲内で含有し、２４％≦Ｃｒ
   （％）＋Ｍｏ（％）≦２９％・・・（１）１０％≦Ｃｒ
   （％）＋Ｍｏ（％）−Ｎｉ（％）−３０｛Ｃ（％）＋Ｎ
   （％）｝≦１６％・・・（２）更にＣｕ１％以下を含み
   、残部は実質的にＦｅよりなることを特徴とする耐食性
   に優れた油井管用二相ステンレン鋼。