JPS613832A - 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 - 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】 （技術′分野） 本発明はＣｕ、Ｎｉ、ｌｏｒ、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（烏８）をはじめ、炭酸ガス（
ＣＯ，）や塩素イオン（ａＺ−）などの腐食性物質が含
まれることが多くなってきている。このような傾向とと
もに油井管の使用条件が苛酷となシ、安定操業上、その
腐食対策がよシ一層重要なこととなっている。

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に方法であるが、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。この疎か、管の保護コーティ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シ、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
いった高合金材料が採用され出している。

然し表から、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＼では強度、特に降伏強さくα２％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。

従ってこれらの材料にｌｌ＋Ｔｉ　　などの析出強化元
素を多量に添加したシ、固溶強化のためにＲを殊更に添
加したシ、冷間加工を施したシ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Ｈａｓ−ａｏ、
−ａｔ−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（ｓＣａ　）であるが、仁の場合の８
ＣＣ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
ＥｌｏｏがＣＺ−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ａｔ
−もさることながらそれ以上に１８の影響が大きいとい
う事実が明らかになったのである。

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Ｎｔ）やＴ１を多量に添
加した場合、これらの元素によっ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シでなく、こうし九強冷間加工は
上記Ｅ１００　Ｋ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Ｎ’ｂ＋Ｔｉ。

又Ｎといった元素を殊更に添加することなく而もＳａａ
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４ｓ−ｃｏ、−ａＺ−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
なった結果、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、そのま
＼の状態で直接に急冷する処理（直接溶体化処理）を行
なった後、時効処理を行なえば凍結された熱間加工歪と
Ｏｕの析出との重畳作用で強度が大巾に向上し、しかも
４ｓ−ｃｏ、−Ｃｔ−の油井、ガス井環境下での耐ＳＯ
Ｃ性は良好であること。

（６）耐Ｓａａ性向上のためには材料のＣＩ！′をα１
矩景％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
を組合せだ処理による強化作用は十分に大きいこと。

（０）　　直接溶体化処理温度が８００℃以上の場合に
１特に良好な耐Ｂｏｏ性が得られること。

（ｄｌ　　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、よシ大きな強度が得られ耐ＳａＣ性も従来法に
よるものと比較して良好なこと。

（６１あるいは上記直接溶体化処理と、それにつづく時
効処理を行なっ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ｓｅａ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７オーミン
グが知られている。然しなから、それらは上記溶体化処
理と次の点において全く異なっている。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シ、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
Ｋよっ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
が入り易くなシ、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７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＼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って、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太いに異なっている。而も
オースフォーミングによって顕著な強化を起すためには
、はｙｎ１重量％以上の０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　。

あって、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏを含有するオーステナ
イト系材料、即ちＥＩＵｆ？５１６Ｊ１などのオーステ
ナイト系のステンレス鋼やＮ１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
、熱間加工後そのま＼の状態でＳＯＯ℃以上の温度から
急冷（直接溶体化）処理し、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
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
、その後急冷処理し、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Ｏｕの析出との重畳作用で
強度が大巾に上昇し、さらによシ大き“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、ｓＣａ抵抗性の劣化を防止できるばかシか、設備的
にパワーの小さいミルでも強化′が可能となる仁とを知
見した。こ＼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１凍結された熱間加工歪
及び冷間加工歪がＯｕ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（ｕ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もの
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
する友めの加熱下限温度を１０００℃としたのけ、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
くなっ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って熱間加
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ＳａＣ性の劣化を招くとと＼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−プ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１２
０・０〜１２５ｏ℃）を選べばよい。

一方、熱間加工後の急冷、即ち直接溶体化の下限温度を
８００℃としたのは、この温度以下に徐冷すると耐８ａ
Ｏ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Ｈｓｏｏ℃を下廻る温度での時効処理で
はＯｕ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℃に越えて長
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８００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ｓ
Ｃａ性を劣化させるので、冷間加工量は断面圧縮率で３
０％以下とすることが好ましい。こ＼において、断面圧
縮率（ＲＡ）は次式によって定義されるものである。

へ 但し　ＲＡ　：　　断面圧縮率 Ｓｏ；　　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 Ｓｌ：　　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って炭化物などの固溶を十分
に行なわせて大きな耐Ｓ００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、［ｌＬ
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４０％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。

実施例を 通常の方法によって第１表に示す成分組成を有するオー
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℃に均熱した彼
、熱間圧延を行ない、その後直接溶体化処理又は通常の
再加熱溶体化処理と時効処理及び冷間加工処理を行なっ
て、降伏強さくα２％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
示第２表の結果から、本発明による処理によって大きな
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、時効処理及
び冷間加工処理を行なって降伏強さくα２％耐力）を測
定し、その結果を併せて第３表に示す。

この第３表からも本発明処理によって容易に強化が可能
なことが明らかである。

実施例＆ 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と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２■厚さＸ
１０１１ｍ巾×７５雪長さの試験片を採取してｓｅａ試
験を実施した。

こ＼におけるＳａＣ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）に降伏強さく［１２％耐力）に相当す
る応力を付加し、８気圧−８１１０気圧００．で４ｓ、
ｃｏ、を飽和させた１０％Ｍａｉｌ　、溶液（温度１７
５℃）中に１５０時間浸漬し、割れ発生の有無を観察す
る方法によった。

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
、Ｓａａ試験結果をまとめて示す。

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℃を下達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ｓＣａ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十強
冷間加工処理材に比べても耐ＳａＣ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ｓＣａ試験治具を示す。

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熱間加工を行
   ない、熱間加工後そのまゝの状態で８００℃以上の温度
   から急冷処理し、さらに時効処理することを特徴とする
   Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏを含有する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熱間加工を行
   ない、熱間加工後そのまゝの状態で８００℃以上の温度
   から急冷処理し、その後冷間加工を施し、さらに時効処
   理することを特徴とするＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏを含有
   する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熱間加工を行
   ない、熱間加工後そのまゝの状態で８００℃以上の温度
   から急冷処理し、さらに時効処理し、その後冷間加工を
   施すことを特徴とするＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏを含有す
   るオーステナイト系材料の製造方法