JPS6210241A - 耐食性と圧潰強度の優れた継目無油井管用鋼 - Google Patents

耐食性と圧潰強度の優れた継目無油井管用鋼

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JPS6210241A
JPS6210241A JP14943985A JP14943985A JPS6210241A JP S6210241 A JPS6210241 A JP S6210241A JP 14943985 A JP14943985 A JP 14943985A JP 14943985 A JP14943985 A JP 14943985A JP S6210241 A JPS6210241 A JP S6210241A
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JP
Japan
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steel
strength
resistance
corrosion resistance
corrosion cracking
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JP14943985A
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English (en)
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Terutaka Tsumura
津村 輝隆
Yasutaka Okada
康孝 岡田
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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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】 (産業上の利用分野) 本発明は、耐食性、就中硫化水素(Has)を含む湿潤
な環境における耐硫化物応力腐食割れ性番こ優れ、且つ
圧潰強度の高い、耐力が95,000−115.00Q
psi (約66.8〜80.8 kgf/mn+Qで
ある低度ft、 m 目無油井管用鋼に関するものであ
る。
(従来の技術) 近年、エネルギー消費の増大と入手容易な良質の石油、
ガス資源の減少に伴い、ガスあるいは油中のH,S含有
置が多くしかも深井戸であるサワーガス田、サワー油田
が多く開発されるようになってきた。
このため、これらの開発にはH,Sに対する抵抗性(耐
硫化物応力腐食割れ性)と耐圧潰性の両方に優れた油井
管が必要となっている。
従来より、耐硫化物応力腐食割れ性の向上のためには、
綱の強度を下げることが最も効果的であることが知られ
ているが、耐圧潰性を向上させるためには強度を上げる
必要があり、従来低合金鋼でこの両方の特性を具備させ
ることは甚だ困難であった。
一方、耐圧潰性はパイプの真円度の向上、偏肉の減少と
いった寸法精度の向上によっても高めることが可能であ
るため、継目無鋼管に比べて寸法精度の高い電縫鋼管が
耐圧潰性のすぐれた油井管として用いられることもある
やしがし、電縫鋼管については溶接欠陥であるベネトレ
ータを皆無にすることが甚だ困難であるため、必ずしも
使用者側の全幅の信親を得ていないのが現状であって、
高級用途に対してはもっばら継目無鋼管が使用されてい
る。
(発明が解決しようとする問題点) さて、継目無鋼管の圧潰強度を向上させるためには鋼の
耐力(降伏強さ)を上昇させればよいことは従来からよ
く知られているが、単に耐力を上昇させるだけではそれ
に伴って引張強さも上昇してしまい、この引張強さの上
昇は耐硫化物応力腐食割れ性を低下させる。
一方、硫化物応力腐食割れ性に対する抵抗性を高めるた
めの従来の方法として、鋼の強度の上限規制を行うこと
に加えて、鋼材の組織の面からは、完全な焼入れを行う
とともに高温での十分な焼戻しを施した焼戻しマルテン
サイトM織を得ることが提案されており、例えばへP!
規格5^Cの中にも、 こうした考え方が採用されてい
る。しかし、高温で焼戻しを行って引張強さを低下させ
た場合には、耐力の低下が極めて大きく、したがって圧
潰強度がむしろ低下するという問題がある。あるいは腐
食環境にインヒビターを注入して鋼の耐硫化物応力腐食
割れ性を改善させることも試みられているが必ずしも十
分な効果を有するものではない。
ここに、本発明の目的とするところは、綱の耐力を95
,000〜115.000 psj という高強度に保
って圧潰強度を大きくしたままであっても、H!Sを含
む?W潤な環境において耐硫化物応力腐食割れ性が優れ
た焼入れ焼戻しされた継目無油井管用鋼を提供すること
である。
(問題点を解決するための手段) 本発明者らは上述の如き現状に鑑み、継目無油井管につ
いて耐硫化物応力腐食割れ性と耐圧潰性を両立させるた
めの手段について種々検討した結果、綱の成分を調整し
て焼入れ焼戻し処理すれば、耐力を高くしたままで引張
強さを低くできることを見い出し、本発明を完成させた
ものである。
すなわち、本発明の要旨とするところは、重量%で、 c : 0.05〜0.15%、Si: 0.05〜0
.50%、Mn: 0.30〜1.70%、Cr; 0
.05〜0.70%、Mo: 0.05〜0.35%、
Ti: 0.005〜0.050%、B : 0.00
03〜0.0050%、A tt :0.01〜0.1
0%、Nb: 0.005〜0.100%およびV :
0.01〜0.15%の1種以上、 Ca: 0.001〜0.030%および希土類元素:
0゜001〜0.030%の1種以上、 残部がFeおよび不可避的不純物 から成り、不純物中のP、SがそれぞれP70.025
%以下、S: 0.010%以下であり、さらに必要に
応じてCu: 0.35%以下およびZr: 0.01
〜0.10%の1種以上を含む鋼を、焼入れ焼戻して成
る95,000〜115.000psi (約66.8
〜80.8kgf/ve2)の耐力を有する、耐食性と
圧潰強度の優れた継目無油井管用鋼である。
(作用) 次に、本発明において化学成分の範囲を上記のように限
定した理由を説明する。なお、本文において特にことわ
りがない限り、「%」は「重量%」である。
C:Cは強度および焼入れ性を高めるために有効な成分
であるが、0.05%未満ではその効果が得られない。
一方、0.15%を超えてCを含有すると、所望の強度
である95,000〜115,000ps+の耐力に対
して引張強さが大きくなり過ぎ、耐硫化極力腐食割れ性
を劣化させるので、C含有量を0.05〜0.15%と
した。
Si: Siは脱酸上必要な成分であるが0.05%未
満では脱酸効果が得られず0.50%を超すと靭性劣化
のおそれがあるため、Si含を量を0.05〜0.50
%とした。
Mn: Mnは焼入れ性と強度、靭性を向上させるのに
有効な成分であるが、0.30%未満ではその効果が小
さい。一方、1.70%を超えて含有させると靭性およ
び耐硫化物応力腐食割れ性を劣化させるので、Mn含有
量を0.30〜1.70%とした。
Cr: Crは耐食性の向上および焼入れ性と強度の向
上にを効な成分であり、また焼戻し軟化抵抗を高めるこ
とにより高温焼戻し処理を可能にして耐硫化物応力腐食
割れ性を高めるのにも有効な成分であるが、0.05%
未満ではそれらの効果を適切に得ることができない、一
方、0.70%を超えて含有させると所望の強度である
95.000〜11s、oooρsiの耐力に対して引
張強さが大きくなり過ぎ、耐硫化物応力腐食割れ性を劣
化させるので、Cr含有量を0.05〜0.70%とし
た。
Mo: Moは焼入れ性、強度、靭性、耐食性および焼
戻し軟化抵抗を増大させ、高温焼戻し処理を可能にして
耐硫化物応力腐食割れ性を向上させるのに有効な成分で
あるが、0.05%未満ではその効果は少ない。一方、
MOは高価な元素であるので経済的理由からその上限を
0.35%とした。
Ti: Tiは強度の向上および耐食性の向上に効果を
有し、また共存するBの効果を十分発擢させるのに有効
な成分であるが、o、oos%未満ではその効果が得ら
れず、一方、0.050%を超えて含有させると靭性を
劣化させるのでその含有量をo、oos〜0.050%
とした。
BIBは極めて微量の添加で焼入れ性を向上させる効果
を有するが、その含有量が0.0003%未満では効果
がなく、一方、0.0050%を超えて含有させると靭
性を劣化させる。したがって、本発明においてBの含有
量は0.0003〜o、ooso%とした。
^1: 八βは脱酸剤として有効な成分であり、またB
の焼入れ性改善効果の助長にも有効である。
しかしながら、0.01%未満ではそれらの効果は得ら
れず、一方、0.10%を超えて含有させると靭性劣化
をきたす場合があるので、その含有量は0.01〜0.
10%とした。
Nb、V:  NbおよびVはいずれも強度の向上に効
果を有するほか、結晶粒を微細にして耐力を高めるので
圧潰強度の向上にも有効な成分である。
更に焼戻し軟化抵抗を付与して耐硫化物応力腐食割れ性
を高める作用をも有する。しかしながら、Nb、 Vが
それぞれo、oos%未満、0.01%未満では前記効
果が得られず、一方、Nb、 Vがそれぞれ0.100
%、0.15%を超えると靭性の劣化を招くようになる
ことから、その含有量をNb:0.005〜0.100
%、V: 0.01−0.15%と定めた。
Ca、希土類元素: Caおよび希土類元素はいずれも鋼中介在物を球状化し
て圧延方向と直角方向の靭性を向上させるとともに、硫
化物応力腐食割れ感受性を低減する作用を有する。しか
しながら、その含有量がo、oot%未満では前記作用
に所望の効果が得られず、一方、それが0.030%を
超えると、その添加効果が飽和するのみならず、それら
の酸化物等の非金属介在物が増加して綱の清浄性を低下
させ、却って硫化物応力腐食割れ感受性を高めるので、
その含有量をそれぞれ0.001〜0゜030%とした
P、S:耐力が95,000ps+以上の高強度鋼にお
いては、綱の靭性と耐硫化物応力割れ性を向上させるた
めには、不純物であるPSSの含有量を可及的に少なく
するのが望ましいが、鋼の製造コストとのバランスを考
慮して、PおよびSの含有量の上限をそれぞれ0.02
5%、o、oio%とした。
Cu: CuはZrと同様に必要に応じ添加され、強度
の向上に有効な成分である。また耐食性の向上にも効果
を有するが、0.35%を超えて含有させると熱間加工
性を劣化させるのでその含有量の上限を0.35%とし
た。
Zr: ZrもCuと同様に必要に応じ添加され、強度
の向上に効果を有する。また2「には耐硫化物応力腐食
割れ性向上効果や結晶粒微細化効果もある。
しかしながら、0.01%未満ではそれらの効果が得ら
れず、一方、0.10%を超えると靭性が劣化するので
、Zr含有量は0.01〜0.10%とした。
次に、耐力を95,000〜115.000psiとし
たのは次の理由による。
すなわち、近年、油井およびガス井が深井戸化するに伴
い、安定確実な生産性の面から高強度の油井管の需要が
高まっているが、硫化物応力腐食割れに対する感受性は
鋼材強度が高くなる程太きくなり、特にAPI規格5八
CのL−80(耐力80.000〜95.000 ps
i)やC−90(耐力90,000〜105,000 
psi)クラス以上の高強度品において、硫化物応力腐
食割れが問題となっているので、耐力の下限を95,0
00 psiとした。一方、耐力が115,000 p
siを超える場合には圧潰強度は大きいが、低度な低合
金鋼である本発明に係る成分系の鋼の場合には、必然的
に高い焼戻し温度を採用することが困難となるため耐硫
化物応力腐食割れ性の劣化をきたす。このため耐力が9
5.OOO〜l15,000 psiの鋼に限定した。
上述の成分で構成された鋼は転炉または電気炉等で溶製
され、連続鋳造または造塊後に分塊され熱間圧延により
継目無鋼管に加工される。さらに適宜の加熱方法で加熱
しオーステナイト化された後、水等の冷却媒体によって
焼入れされ、マルテンサイトを主とする組織となる。こ
の後にAc+点以下の温度で焼戻しを受けることによっ
て、焼戻しマルテンサイトを主とする組織となって、耐
力が95,000〜115.OOOpsiで耐硫化物応
力腐食割れ性と圧潰強度の優れた油井管用鋼が得られる
なお、本発明において、そのような焼入れ、焼戻しの熱
処理は特に制限されるものではない。
継目無油井管の接続は継手を介して行われるため、その
成分選定に当たっては溶接性を全く考慮する必要がない
。そのため従来は高C鋼のマルテンサイト組織を利用す
ることが行われてきており、C量としては0.20〜0
.40%のものが用いられることが多かった。しかしな
がら、C量を高めることは成分元素の節減には大いに効
果を奏しても、耐圧潰性と耐硫化物応力腐食割れ性を両
立させるという点では難点があった。本発明では従来の
継目無油井管の成分体系を外れて、低C化し、かつSi
、Mns Cr、Mo、Ti、B 、Al、Nbs V
 % Cas希土類元素、さらにはCu、Zrといった
成分元素をうまく組合せ、加えて不純物元素であるP、
Sの含有量を制限することによって、耐力が95.00
0〜115,000psiという最も使用者から切望さ
れている強度グレードのものにおいて耐硫化物応力腐食
割れ性と耐圧潰性を両立させた点に特徴を有する。
次に本発明の実施例を示し、本発明の効果について説明
する。なお、これらの実施例は本発明の効果を示す単な
る例示であって、本発明を同等制限するものでないこと
は勿論である。
実施例1 第1表に示す化学成分組成の鋼1〜21を溶製した。次
いでこれらの鋼を加熱、圧延して慣用法により、外径1
39.7I+w x肉rg、8.2m+*の継目無鋼管
とした後、930℃に加熱して水焼入れし、その後、第
2表に示す各温度で焼戻し処理して、引張特性、圧潰強
度および耐硫化物応力腐食割れ性を調査した。第2表に
その調査結果を併せて示す。
なお、上記の継目無鋼管の肉厚中央部から長さ方向に、
第1図(alおよび同(blに寸法(単位、+nm)を
付してそれぞれ正面図および側面図で示すような試験片
1を切り出し、第2図に示す試験片支持具2によって試
験片1に応力を付加した。ガラス丸棒3を介して試験片
1を3点にて支持し、応力付加ボルトを経て押し込めて
、曲げ応力を与える。
耐硫化物応力腐食割れ性の評価は、このようにして構成
された試験片Iを応力付加の状態で、液温:20°c、
d成:0.5%酢酸水溶液+2200〜3200ppm
H2Sの腐食液中に200時間浸漬するという、シェル
タイブ試験法によって実施し、この試験によって測定さ
れる硫化物応力腐食割れに対する限界応力値(Sc値)
を求めて、その値で示した。
第2表に示す結果より、本発明鋼については耐力が10
0ksiを超え且つ圧潰強度がいずれも877kgf/
cm”以上、多くは900kgf/cm”以上と高いに
もかかわらず、耐硫化物応力腐食割れ性も共にSc値1
35ksi以上と良好であることが明らかである。
実施例2 前記第1表に示す鋼のうち本発明の規定する化学成分範
囲の対象鋼である鋼3.13および本発明の範囲外であ
る比較鋼20を加熱、圧延して慣用法により外径177
.8a+w X肉厚6.9+amおよび外径177゜8
mm X肉厚9.2mmの継目無鋼管とした後、930
℃に加熱して水焼入れし、その後、第3表に示す各温度
で焼戻し処理して、引張特性、圧潰強度、耐硫化物応力
腐食割れ性を調査した。
なお、耐硫化物応力腐食割れ性は実施例1と同しくシェ
ルタイブ試験法によって評価し、Sc値を求めた。結果
は第3表にまとめて示す。
第3表に示す結果から、本発明の規定する化学成分範囲
の対象鋼についても本発明で対象とする耐力レベルにあ
るものにおいてのみ、圧潰強度および耐硫化物応力腐食
割れ性が共に良好であることが明らかである。
(発明の効果) 以上、本発明により耐力が95.000〜115,00
0psiの高強度にして、優れた耐硫化物応力腐食割れ
性と大きな圧潰強度を共に具備して、しかも安価な調質
型継目無油井管の製造が可能となり、したがってその産
業上もたらされる効果は掻めて大きいものである。
【図面の簡単な説明】
第1図falは、シェルタイブ試験法において使用され
る試験片の形状を寸法とともに示す正面図:第1図(b
lは、同じくその側面図: 第2図は、前記試験片を試験片支持具で支持した状態を
示す概略正面図である。 1:試験片    2:支持具

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量%で、 C:0.05〜0.15%、Si:0.05〜0.50
    %、Mn:0.30〜1.70%、Cr:0.05〜0
    .70%、Mo:0.05〜0.35%、Ti:0.0
    05〜0.050%、B:0.0003〜0.0050
    %、Al:0.01〜0.10%、Nb:0.005〜
    0.100%およびV:0.01〜0.15%の1種以
    上、 Ca:0.001〜0.030%および希土類元素:0
    .001〜0.030%の1種以上、 残部がFeおよび不可避的不純物 から成り、不純物中のP、SがそれぞれP:0.025
    %以下、S:0.010%以下である鋼を、焼入れ焼戻
    しして成る、95,000〜115,000psi(約
    66.8〜80.8kgf/mm^2)の耐力を有する
    、耐食性と圧潰強度の優れた継目無油井管用鋼。
  2. (2)重量%で、 C:0.05〜0.15%、Si:0.05〜0.50
    %、Mn:0.30〜1.70%、Cr:0.05〜0
    .70%、Mo:0.05〜0.35%、Ti:0.0
    05〜0.050%、B:0.0003〜0.0050
    %、Al:0.01〜0.10%、Cu:0.35%以
    下およびZr:0.01〜0.10%の1種以上、 Nb:0.005〜0.100%およびV:0.01〜
    0.15%の1種以上、 Ca:0.001〜0.030%および希土類元素:0
    .001〜0.030%の1種以上、 残部がFeおよび不可避的不純物 から成り、不純物中のP、SがそれぞれP:0.025
    %以下、S:0.010%以下である綱を、焼入れ焼戻
    して成る、95,000〜115,000psi(約6
    6.8〜80.8kgf/mm^2)の耐力を有する、
    耐食性と圧潰強度の優れた継目無油井管用鋼。
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