JPS6213558A - 耐h↓2s性の優れた合金 - Google Patents

耐h↓2s性の優れた合金

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JPS6213558A
JPS6213558A JP15253685A JP15253685A JPS6213558A JP S6213558 A JPS6213558 A JP S6213558A JP 15253685 A JP15253685 A JP 15253685A JP 15253685 A JP15253685 A JP 15253685A JP S6213558 A JPS6213558 A JP S6213558A
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JP
Japan
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corrosion
alloy
resistance
liquid
steel
Prior art date
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JP15253685A
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English (en)
Inventor
Akihiro Miyasaka
明博 宮坂
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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  • Preventing Corrosion Or Incrustation Of Metals (AREA)

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H2S性の優れた合金に係り、さらに詳しく
は石油・天然ガスの掘削、輸送或いは貯蔵等もしくは化
学プラント等において液体1(2S及び液体H20の存
在する液体環境にあっても腐食が少なくかつ応力腐食割
れ抵抗の高い合金に関する。
(従来の技術) 近年生産される石油・天然ガス中には湿潤な硫化水素、
炭酸ガスや塩化物などの腐食性物質を含む場合が多い。
そして生産流体中にH2Sが非常に多い場合には、温度
低下や全圧の上昇に伴なりて気体中のH2Sが液化する
場合がある。このような環境の一例としてガス井戸の底
部で生産ガス中のH2S分圧が非常に高いが温度も比較
的高い九めにH2Sがすべて気体であったものが、ガス
生産によってガスが井戸の上部に上昇してくるに従って
ガス温度が低下するために遂には生産ガス中のH2S分
圧が、ガス温度におけるH、8蒸気圧を超えてしまった
場合が挙げられる。加えて油井・ガス井の底部において
は、石油・天然ガス中に底部温度における蒸気圧6にほ
ぼ対応する量の水蒸気が含まれておシ、井戸上部は井戸
底部よシも温度が低いため式水の凝縮が起こるので、生
産流体は一般に液体の水を含んでいる。さらに通常こう
した水中には塩化物が含まれている。
従って生産流体中にH2Sが非常に多い場合には、生産
のためのi弁管(チー−ピング及びケーシング)、輸送
のためのラインパイプ、貯蔵のための容器、各種処理の
ためのグランド配管・容器などは、液体H2Sと液体H
20とが共存し1場合によシ塩化物も溶解した腐食環境
にさらされる。
一方、H2Sの製造・静置設備やH2Sを使用する化学
プラントでも、純粋のH2Sばかシではなく、液体H2
S中に不純物としてのH2Oを含む場合がある。
これに対し、こうした液体H2Sと液体H20とが共存
し、さらに場合によっては塩化物までも存在する環境中
での鋼の腐食および応力腐食割れに関する知見は従来ま
ったくみられない。当然のことながら上記の環境中で使
用する材料として如伺なる組成の金属が適しているかに
ついても知見は表い。
従って上記のような環境を生ずる井戸は、開発が見過ら
れる場合が多かった。或いは、知識が不足したまま通常
の炭素鋼や低合金鋼、又は例えば池田等がシンポジ9ム
・オン・ライン/4’イブ・アンド・チューブラ−グツ
ズ・アット・ジ・ニーピーアイ・デパートメントのプロ
シーディング(]977)で報告しているような耐硫化
物応力割れ性に優れた鋼を使用する程度であっ九。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明はこうし次現状に鑑み、液体H2Sと液体H20
が共存し、さらに塩化物をも含む苛酷な腐食環境中にあ
っても耐食性の優れ九合金を提供することを目的とする
ものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明者は前述の目的を達成すべく研究を行なり九結果
、以下の知見を得九。
即ち本発明者は液体H2Sと液体1(20が共存する環
境における鋼の腐食挙動と応力腐食割れ挙動とを詳細に
調査した結果、以下のようなことを見出し九〇 まず、液体H2Sと水とが共存する環境では水の溶解し
fc液体H2S溶液とH2Sの溶解し元水溶液の2種類
の溶液が存在し得るが、液体H2S中に水をまっ九〈含
まない場合には炭素鋼及び低合金鋼は殆ど腐食しないが
、液体H2S中の水分量が増加するに従って炭素鋼及び
低合金鋼は著しく腐食するようになる。割れについても
同様で液体H2S中に水が溶解していない場合には炭素
鋼及び低合金鋼は6力腐食割れを生じないが、液体f(
2S中に水が溶解するとこれら材料は応力腐食割れを生
じ、液体H2S中の水分量が増加するに従ってよシ小さ
い応力で応力腐食割れを生ずるようになる。さらに水中
に塩化物を含む場合には腐食及び応力腐食割れが促進さ
れる。そして耐硫化物応力割れ性に優れた鋼であっても
液体H2S中に水が溶解し、あるいはさらに塩化物まで
も溶解し几環境での腐食に対しては効果がないことがわ
かっ九。
なお、液体H2O中に、液体H2Sが溶解した環境にお
いて炭素鋼及び低合金鋼の腐食は小さい。但し、炭素鋼
及び低合金鋼はこの・環境で応力腐食割れを生ずるが、
この割れは、耐硫化物応力割れ性に優れ穴鋼を使用すれ
ば防止できることも見出した。
さらに合金設計の面から各成分元素の添加効果について
検討し、次のような知見を得た。
まずFe中にCrを17%以上添加することによってH
2O及び塩化物を含有した液体H2S中における合金の
腐食速度を減少せしめることが可能であることがわかり
九。さらにかかる合金にNiを4%以上添加することに
よって室温を含めて広い範囲の温度にわ九りてH2O及
び塩化物を含有した液体H2S中においても応力腐食割
れや硫化物応力割れを防止できることがわかった。
ま九かかる合金に、さらにMe f 1.54以上添加
すれば孔食及び隙間腐食を著しく減少せしめることがで
きる上、一段と優れた耐全面腐食性と耐応力腐食割れ性
を得ることができた。加えてCr t−17−以上、N
%を4チ以上、Moを1.5チ以上含有する合金にCu
、CoaW*Nを単独または複合で添加すれば、よシ一
段と優れた耐食性が得られることが明らかとなう九。
本発明は以上の知見に基づいてなされ丸もので、その要
旨とするところは、重tチでSi0.02〜1.0% 
、 Mn 0.02〜1.5%* Cr 17〜404
 * Mo L5〜15俤・N14〜60係を含有し、
C0,07係以下、P0.030俤以下、S 0.00
4係以下に制限し、あるいはさらにCu 2.5 %以
下、 Co 494以下、wio*以下。
N013係以下のうち1種または2s以上を含有し、残
部F・及び不純物から成ることを特徴とする耐H2S性
の優れ九合金にある。
以下本発明の詳細な説明する・ (作用) 最初に本発明において各成分の範囲を前記の如く限定し
禽理由を以下に述べる。
まず、Siは強度を向上させる元素であり、脱酸のため
にも11[!!な元素であるので0.02%以上含有す
ることが必要であるが、1%を超えるとこれらの効果が
飽和するため上限含有量を1%とする。
次にMnも強度を向上させる元素であり、脱酸の九めに
重要な元素であるので0.02−以上含有することが必
要であるが、1.5%を超えて添加しても効果が飽和す
るので上限含有量を1.5チとする。
またCrは水及び塩化物の溶解した液体H2S中におけ
る合金の耐食性を向上させるもっとも重要な元素である
が、171未満では腐食抑制効果が不充分であり、40
1を超えると効果が飽和することに加えて熱間加工性が
低下することからその範囲は17〜40憾とすべきであ
る。
さらにMeは水及び塩化物の溶解し九液体H2S中にお
ける合金の耐孔食性及び耐隙間腐食性を向上させるが、
添加量が1.5%未満では充分な効果が得られず、また
]5チを超えて添加しても効果が飽和することからMo
の添加範囲は1.5〜15嗟とすべきである。
一方NiはCr及びMOを含有する合金の靭性を向上さ
せ、かつ、耐応力腐食割れ性を向上させる重要な元素で
あるが、4%未満では特に靭性向上と応力腐食割れの抑
制への効果が不充分であり、60係を超えて添加しても
効果が飽和する仁とからその成分範囲は4〜60嗟とす
べきである。
一方、CはCrと結合してCr炭化物を生成して粒界腐
食を促進することから0.0796以下に制限すること
が必要である。
次にPは0.0396を超えて含有すると応力腐食割れ
感受性を高めるので、0.031以下に制限する必要が
おる。
さらにSは合金の熱間加工性を低下させる元素であるの
でその上限含有量を0.0041に制限すべきである。
以上が本発明合金の基本成分であるが、本発明において
はこの他さらに耐H2S性を改善する目的でCu 、 
Co 、W、Nのうち1種または2種以上を含有させる
ことができるが、その範囲は以下の通りとすべきである
まずCuは耐H2S性をさらに向上させるので必要に応
じて含有されるが、2.51を超えて含有させると合金
の熱間加工性が著しく低下するので上限含有量を2.5
%とすべきである。
次にCGは耐全面腐食性をさらに向上させる元素である
ので必要に応じて含有されるが、4%を超えて添加して
も効果が飽和するので上限含有量を41とする。
またWは耐孔食性をさらに向上させる元素であるが、1
(lを超えて含有させてもよシ一層の改善効果はみられ
ず、脆化の原因にもなることから上限含有量を10%と
する。
さらにNは耐孔食性を一段と向上させる元素であシ必要
に応じて含有されるが、0.34 f超えて含有させる
ことは固溶限の面から非常に困難であることに加えて欠
陥の原因となシやすいことから上限含有量t 0.3%
とする。
本発明合金は通常の工程によって溶解、鋳造。
加工して板や管などを製造可能であり、さらにこれを素
材として油井管やライソノ4イブなどの配管、パルプ材
などの部品、貯薦容器の本体や配管等において、単体と
して使用しても艮く、2層以上から成る複合材の被榎材
として使用することも可能である。
以下に本発明の効果を実施例によりさらに具体的に示す
(実施例) 第1表に示す組成の合金を真空溶解炉を用いて溶製し、
熱間圧延によって9.0 m厚さの板に加工し九後、ノ
販1〜16及び扁20〜22については溶体化処理(1
200℃X 60 min保持保持端水冷施し、417
〜19については焼入れ焼戻し処理(焼入れ=A17に
対しては980℃X 30 min保持保持端水冷18
〜19に対しては980℃×30m1n保持後空冷、焼
戻しニア00℃X 30 min保持保持端空冷施した
。さらに414〜16については溶体化処理後強度上昇
の目的で冷間圧延(圧下率20俤)を行なり几。
次にこれらの合金から試験片を採取して耐食性評価試験
に供した。なお、第1表中でム1〜16が本発明合金、
417〜22が比較材である。
耐食性評価試験のうち腐食速度の測定のためには上記板
よシそれぞれ厚さ4+wX幅20mX長さ50霞の試験
片を採取し、試験溶液に浸漬する前後の重量変化と試験
片表面積及び浸漬時間から腐食速度を算出し九。一方、
応力腐食割れ抵抗の判定の九めには上記板より圧延方向
と直角に厚さ2鴎×幅101×長さ70mの試験片を採
取し、第1図に示す4点支持曲げ治具を使用して試験片
1に0.2%耐力に相当する引張応力を与えた状態で試
験環境中に浸漬し、一定時間後割れの有無を観察した。
第1図において2は4点支持曲げ治具の本体、3は試験
片1に曲げをおこさせる次めの押込みネジ、4は試験片
1を支持しかつ押込みネジ3による力を試験片1にかけ
さらには試験片1と4点支持曲げ治具本体2及び押込み
部5と’tt気的に絶縁するための支持棒であって、例
えばガラスやアルミナなどから成る。押込みネジ3を押
込んで試験片1に曲げ変形を生ぜしめ、これにより生じ
九引張応力を試験片IK与え九まま試験片1及び4点支
持曲げ治具を試験溶液中に浸漬することによって試験片
10当該試験溶液中における応力腐食割れ感受性を判定
するものである。
試験溶液としては腐食速度測定、応力腐食割れ感受性判
定のいずれにおいてもモル分率にて液体H,8: 0.
9 、人工海水:0.1の割合で混合して生ずるH2S
−rich溶液、即ち水および塩化物の溶解した液体H
2S溶液を用b、試験温度は35℃とし、試験時間はい
ずれも720時間とした@耐H2S性評価試験結果を第
2表に示す。@2表から明らかなように本発明合金はい
ずれも腐食速度が小さくかつ応力腐食割れ抵抗が高い、
即ち耐H2S性に優れているのに対し、比較鋼は耐H2
S性に劣ることがわかる。
第2表 (発明の効果) 前記の実施例からもわかる通り、本発明は液体H2S中
に水、塩化物を多量に含む苛酷な環境にあっても、優れ
几耐食t!t、を有する合金を提供することを可能にし
次ものであシ、産業の発展に貢献するところ極めて大で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は試験片に引張応力を与える究め04点支持曲げ
治具の構造を示す正面図である。 1・・・試験片、2・・・4点支持曲げ治具本体、3・
・・押込みネジ、4・・・支持棒、5・・・押込み部。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量%でSi0.02〜1.0%、Mn0.02
    〜1.5%、Cr17〜40%、Mo1.5〜15%、
    Ni4〜60%を含有し、C0.07%以下、P0.0
    30%以下、S0.004%以下に制限し、残部Fe及
    び不純物から成ることを特徴とする耐H_2S性の優れ
    た合金。
  2. (2)重量%でSi0.02〜1.0%、Mn0.02
    〜1.5%、Cr17〜40%、Mo1.5〜15%、
    Ni4〜60%を含有し、C0.07%以下、P0.0
    30%以下、S0.004%以下に制限し、かつCu2
    .5%以下、Co4%以下、W10%以下、N0.3%
    以下のうち1種または2種以上を含有し、残部Fe及び
    不純物から成ることを特徴とする耐H_2S性の優れた
    合金。
JP15253685A 1985-07-12 1985-07-12 耐h↓2s性の優れた合金 Pending JPS6213558A (ja)

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