JPS648686B2 - - Google Patents

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JPS648686B2
JPS648686B2 JP13079484A JP13079484A JPS648686B2 JP S648686 B2 JPS648686 B2 JP S648686B2 JP 13079484 A JP13079484 A JP 13079484A JP 13079484 A JP13079484 A JP 13079484A JP S648686 B2 JPS648686 B2 JP S648686B2
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JP
Japan
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steel
less
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sscc
resistance
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JP13079484A
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JPS619519A (ja
Inventor
Teruo Kaneko
Akio Ikeda
Shinya Onoyama
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 この発明は、油井或いはガス井用鋼管材として
好適な、湿潤硫化水素(H2S)環境下での硫化物
腐食割れ(以下、SSCCと略称する)に対して高
い抵抗性を有する高強度鋼、特に、降伏強度レベ
ル70Kgf/mm2以上の高強度鋼であつて、しかも
SSCC割れ限界応力比(割れ限界応力/降伏強
度)が80%以上と言う優れた耐SSCC性を有する
鋼の製造方法に関するものである。 〔従来の技術〕 SSCCは、硫化水素を含む湿潤環境下で使用さ
れる鋼材に応力が作用して生ずる現象であるが、
一般に、材料強度(例えば降伏強度)が高くなる
ほど耐SSCC性は劣化することが知られている。 そして、従来からの数多くの研究結果や経験等
から、通常の焼入れ・焼戻し処理による高強度鋼
の製造手段では、降伏強度レベルが70Kgf/mm2以上
であつて、しかも良好な耐SSCC性を兼備した鋼
の実現は困難であるとされており、従つて、硫化
水素を含む湿潤環境下での使用に供される鋼材
は、70Kgf/mm2を下回る降伏強度のものに制限され
ざるを得なかつたのである。 しかしながら、近年のエネルギー事情は、地層
深層部の油田やガス田にまで開発の手を伸ばすこ
とを要求しており、このような油井やガス井の深
さ増大傾向に対処するため、これらに使用する油
井管の鋼材強度上昇が切実に叫ばれてもいた。 そこで、これらの要求に応えるため、Ti―B
添加鋼を使用し、これの焼入れに際して急速加熱
を採用したり(特開昭52−52114号公報)、Cr―
Mo鋼を急速加熱して焼入れする手段(特開昭54
−119324号公報)等にて、耐SSCC性に優れた高
強度鋼を製造する方法が提案された。 これらの方法による耐SSCC性改善効果は、結
晶粒の細粒化や析出炭化物等の均一分散化を通じ
てもたらされると考えられており、事実、耐
SSCC性の改善に有効な手段であることは認めら
れるが、従来報告されている限りでは、必ずしも
十分な耐SSCC性向上効果が得られるとは言い難
いものであつた。 一方、油井用鋼製品(例えば油井用鋼管)では
曲りや真円度等の形状に比較的厳しい要求がなさ
れるため、通常、冷間にてストレートナーやプレ
スによる形状矯正が行われる。そして、耐食性用
途に対しては最終熱処理後の冷間加工が禁止され
ているので、上記冷間矯正した後の製品に対して
は応力除去焼鈍が施される。 ところが、このような後処理を施すことは工程
の複雑化やコスト上昇を招くのはもちろんのこ
と、鋼材の耐SSCC性が劣化する傾向が認めら
れ、最終熱処理の際に急速加熱を採用して耐
SSCC性の改善を図つたとしても、その後の工程
で該効果が失われてしまうか或いは減ずること
が、本発明者等の検討によつて明らかとなつたの
である。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上述のように、従来の技術によつては、降伏強
度で70Kgf/mm2以上の強度を有するとともに、割れ
限界応力比が80%以上と言う優れた耐SSCC性を
兼ね備えた高強度鋼材を安定して製造することが
できなかつたばかりか、製品形状矯正工程の付加
によつて耐SSCC性が一層劣化し、しかも工程の
複雑化やコスト上昇を余儀なくされると言う問題
を解決することができなかつた。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明者等は、このような観点から、70Kgf/mm2
以上の降伏強度と割れ限界比:80%以上で示され
る優れた耐SSCC性とを兼備し、かつ形状精度の
良好な高強度鋼製品を、能率良く、低コストで製
造する方法を見出すべく、長年に亘つて研究を行
つた結果、 鋼の成分組成並びに熱処理条件、特に焼戻し温
度を慎重に調整するとともに、該焼戻し時の冷却
過程で、温間にて形状の矯正を実施すると、冷間
矯正加工及びその後の応力除去焼鈍を行うことな
く、十分に満足できる強度、耐SSCC性並びに形
状寸法を備えた高強度調製品が安定して得られ
る。 との知見を得るに至つたのである。 この発明は、上記知見に基づいてなされたもの
であり、 重量割合にて、 C:0.20〜0.40%、Si:0.05〜0.60%、 Mn:0.30〜0.80%、P:0.015%以下、 S:0.010%以下、 Cr:0.30〜1.50%、 Mo:0.10〜0.70%、 Nb:0.015〜0.050%、 Ti:0.005〜0.025%、 B:0.0005〜0.0025%、 Al:0.01〜0.10% を含むとともに、 Mo/Cr:0.3〜0.6 を満足し、 残部:Fe及びその他の不可避的不純物 から成る成分組成の鋼を、700℃以上の平均加熱
速度を2.5〜50℃/secとして850〜1050℃にまで加
熱した後、該温度から焼入れし、次いで650〜730
℃にて焼戻しするとともに、その冷却過程におけ
る650〜450℃の温度域で加工率:10%以下の矯正
加工を施すことにより、優れた耐SSCC性を備え
るとともに形状寸法の良好な高強度鋼を得る点、 に特徴を有するものである。 次に、この発明において、鋼の成分組成、熱処
理条件及び矯正条件を前記のように限定した理由
を説明する。 A 鋼の化学成分組成 C C成分には、鋼の強度を確保する作用のほ
か、焼入れ性や焼戻し抵抗性を向上すること
により耐SSCC性向上に有効な均一高温焼戻
しマルテンサイト組織を確保する作用をも有
しているが、その含有量が0.20%未満では前
記作用に所望の効果が得られず、他方0.40%
を越えて含有させると靭性の劣化を招くほ
か、熱処理時の曲りや割れを生じ易くなるこ
とから、C含有量を0.20〜0.40%と定めた。 Si Si成分には、鋼の脱酸剤としての作用のほ
か、清浄度を確保する作用があるので0.05%
以上の添加を必要とするものであるが、0.60
%を越えて含有させると靭性や加工性の劣化
を招き、また結晶粒が粗大化して耐SSCC性
の劣化を来たし易くなることから、Si含有量
を0.05〜0.60%と定めた。但し、実用上は
0.20〜0.40%が適当である。 Mn Mn成分には、鋼の焼入れ性を改善して強
度並びに靭性を向上せしめる作用があるが、
その含有量が0.30%未満では前記作用に所望
の効果が得られず、他方0.80%を越えて含有
させると偏析が増大して耐食性の劣化を招く
ことから、Mn含有量を0.30〜0.80%と定め
た。 P Pは鋼中に不可避的に随伴される不純物で
あり少なければ少ない程良好なものである
が、その含有量が特に0.015%を越えると偏
析が助長されて耐食性の劣化を招くことか
ら、P含有量は0.015%以下と定めた。 S Sも鋼中に不可避的に随伴される不純物で
あり、少ないほど良好なものであるが、その
含有量が特に0.010%を越えると非金属介在
物が増加して耐食性の劣化を招くことから、
S含有量は0.010%以下と定めた。但し、望
ましくは0.005%以下とする。 Cr Cr成分には、鋼の焼入れ性を向上すると
ともに強度を増加する作用があるが、その含
有量が0.1%未満では前記作用に所望の効果
を得ることができず、一方1.50%を越えて含
有させると鋼の靭性や加工性の劣化を招くこ
とから、Cr含有量を0.30〜1.50%と定めた。 Mo Mo成分には、鋼の焼入れ性と焼戻し軟化
抵抗性の向上を通じて耐SSCC性を改善する
作用があるが、その含有量が0.10%未満では
前記作用に所望の効果を得ることができず、
一方0.70%を越えて含有させると炭化物の析
出状態が変化し、耐食性の劣化を招くことか
ら、Mo含有量を0.10〜0.70%と定めた。 Nb Nb成分には、鋼の焼入れ性と焼戻し軟化
抵抗性を向上させ、耐SSCC性を改善させる
作用があるが、その含有量が0.015%未満で
は前記作用に所望の効果が得られず、一方
0.050%を越えて含有させると靭性及び加工
性の劣化を招くことから、Nb含有量を0.015
〜0.050%と定めた。 Ti Ti成分は、Bとの複合添加によつて鋼の
焼入れ性を大幅に向上する作用を有している
が、その含有量が0.005%未満では前記作用
に所望の効果が得られず、一方0.025%を越
えて含有させると靭性劣化を招くことから、
Ti含有量を0.005〜0.025%と定めた。 B B成分は、Tiとの複合添加によつて鋼の
焼入れ性を大幅に向上する作用を有している
が、その含有量が0.0005%未満では前記作用
に所望の効果が得られず、一方0.0025%を越
えて含有させてもそれ以上の向上効果が得ら
れないばかりか、靭性劣化を来たすこととな
るので、B含有量を0.0005〜0.0025%と定め
た。 Al Al成分には、鋼の脱酸作用に加えて結晶
粒の細粒化作用があるが、その含有量が0.01
%未満では前記作用に所望の効果が得られ
ず、他方0.10%を越えて含有させると介在物
が増加して鋼の脆化を招くようになることか
ら、Al含有量を0.01〜0.10%と定めた。 Mo/Crの比 Mo及びCrの添加量が上記範囲であつたと
しても、Cr含有量に対するMo含有量の比が
0.3〜0.6の範囲であることが良好な耐SSCC
性を確保する上で不可欠な要件である。即
ち、Mo/Crの値が0.3未満であつても、或い
は前記値が0.6を越えてたとしても、いずれ
も炭化物の析出分布状態に悪影響が及ぼさ
れ、耐食性の劣化を招くからである。 なお、製品肉厚が25mm以上の場合には、先
に述べたようにTi及びBの複合添加は必須
であるが、製品肉厚が25mm未満と薄い場合に
は、Ti及びBの複合添加が行われなくとも
所望の強度と耐SSCC性を確保できることも
確認された。 B 熱処理条件 焼入れ時の加熱速度 耐SSCC性に有効な結晶粒の細粒化は、焼
入れに際して700℃以上の温度域を急速加熱
することにより得られるものであり、700℃
未満の温度域での加熱速度は細粒化に大きな
影響を与えることがない。そして、平均加熱
速度が2.5℃/sec未満では所望の耐SSCC性向
上効果を得ることができず、一方50℃/secを
越える平均加熱速度では混粒を生じて、やは
り所望の耐SSCC性向上効果が得られないこ
とから、焼入れの際の加熱は、700℃以上の
温度域での平均加熱速度が2.5〜50℃/secと
なるものに限定した。 焼入れ時の加熱温度 焼入れ時の加熱温度が850℃未満では鋼の
オーステナイト化が十分になされない恐れが
あり、一方1050℃を越えて加熱すると結晶粒
の粗大化を招くことから、焼入れの際の加熱
温度は850〜1050℃と限定した。 焼戻し温度 焼戻し温度が650℃未満では焼戻し不十分
で炭化物球状化が十分でなく、従つて鋼の耐
SSCC性は劣つたものとなる。一方、焼戻し
温度が730℃を越えると、偏析部で変態が生
じて耐SSCC性の劣化を招くこととなる。 このようなことから、焼戻し温度は650〜
730℃と定めた。 C 矯正条件 矯正温度 この発明では、焼戻し処理における冷却過
程で形状矯正を行うことが1つの特徴になつ
ているが、矯正温度が450℃を下回ると、矯
正による塑性変形部の歪が回復しないで耐
SSCC性の劣化を招く上、残留応力が残つて
耐圧壊強度をも低下させる。一方、650℃を
越える温度域で矯正を行うと、得られる製品
の強度バラツキが大きくなつてしまう。 以上の理由から、矯正温度を650〜450℃と
定めた。 矯正の際の加工率 上記温度域で矯正する際の加工率が10%を
越えると、得られる製品の強度バラツキが増
大することとなるので、矯正時の加工率を10
%以下と定めた。 次に、この発明を実施例により比較例と対比し
ながら説明する。 〔実施例〕 まず、常法によつて第1表に示される如き化学
成分組成の鋼を溶製し、これらを素材として通常
のマンネスマン製管法により、外径127mm、内径
108.6mmの鋼管を製造した。 次いで、誘導加熱によつて25℃/secの加熱速度
で950℃にまで鋼管を加熱後、水焼入れを施した。 続いて、該鋼管を第2表に示される焼戻し温度
にまで加熱して焼戻しを行い、試験番号18及び20
で示されるものはそのまま室温まで冷却したが、
その他のものは、焼戻し後の鋼管温度が第2表に
示す矯正温度に到達した時点で加工率3%のスト
レートナーによる矯正加工を施した。なお、室温
までそのまま冷却した試験番号18及び20の鋼管に
ついては、冷却後に加工率3%の冷間ストレート
ナーによる矯正加工を施し、続いて応力除去焼鈍
を実施した。 このように得られた鋼管製品について降伏強度
及び耐SSCC性能を調べ、その結果を第2表に
【表】 (注) *印は、本発明の条件から外れていること
を示す。
〔総括的な効果〕
上述のように、この発明によれば、優れた耐
SSCC性を有する形状良好な高強度鋼材を、能率
良く、低コストで製造することができ、苛酷な条
件下に存在する天然資源の開発を一層促進し得る
状況を作り出せるなど、産業上有用な効果がもた
らされるのである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 C:0.20〜0.40%、Si:0.05〜0.60%、 Mn:0.30〜0.80%、P:0.015%以下、 S:0.010%以下、 Cr:0.30〜1.50%、 Mo:0.10〜0.70%、 Nb:0.015〜0.050%、 Ti:0.005〜0.025%、 B:0.0005〜0.0025%、 Al:0.01〜0.10% を含むとともに、 Mo/Cr:0.3〜0.6 を満足し、 残部:Fe及びその他の不可避的不純物 からなる成分組成(以上重量%)の鋼を、700℃
    以上の平均加熱速度を2.5〜50℃/secとして850〜
    1050℃にまで加熱した後、該温度から焼入れし、
    次いで650〜730℃にて焼戻しするとともに、その
    冷却過程における650〜450℃の温度域で加工率:
    10%以下の矯正加工を施すことを特徴とする、耐
    硫化物腐食割れ性に優れた高強度鋼の製造方法。
JP13079484A 1984-06-25 1984-06-25 耐硫化物腐食割れ性に優れた高強度鋼の製法 Granted JPS619519A (ja)

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