JPWO2005073421A1 - 耐硫化物応力割れ性に優れた油井用継目無鋼管およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
V:0.03〜0.2%およびNb:0.002〜0.04%
第2群
Ca:0.0003〜0.005%、Mg:0.0003〜0.005%およびREM:0.0003〜0.005%
A=C+(Mn/6)+(Cr/5)+(Mo/3)・・・・・(1)
ただし、式(1)中のC、Mn、CrおよびMoは、それぞれの元素の質量%を示す。
Cは、安価に鋼の強度を高めるのに有効な元素である。しかし、その含有量が0.1%未満では、所望の強度を得るために低温の焼戻しを余儀なくされ、耐硫化物応力割れ性が低下し、または焼入れ性を確保するために高価な元素を多量添加する必要が生じる。また、0.20%を超えると、降伏比が低下してしまい、所望の降伏強度を得ようとすると硬度の上昇をきたして耐硫化物応力割れ性が低下する。そこでC含有量は0.1〜0.20%とした。なお、C含有量の好ましい範囲は、0.12〜0.18%で、より好ましい範囲は、0.14〜0.18%である。
Siは、脱酸作用を有するほか、鋼の焼入れ性を高めて強度を向上させる元素であり、0.05%以上の含有量が必要である。しかし、その含有量が1.0%を超えると耐硫化物応力割れ性が低下する。したがって、Siの適正な含有量は0.05〜1.0%である。なお、Si含有量の好ましい範囲は0.1〜0.6%である。
Mnは、脱酸作用を有するほか、鋼の焼入れ性を高めて強度を向上させる元素であり、0.05%以上の含有量が必要である。しかし、その含有量が1.0%を超えると耐硫化物応力割れ性が低下する。したがって、Mnの含有量を0.05〜1.0%とした。
Pは、鋼の不純物であり、粒界偏析に起因する靱性低下をもたらし、特に、その含有量が0.025%を超えると耐硫化物応力割れ性の低下が著しくなる。したがって、Pの含有量は0.025%以下に抑える必要がある。なお、Pの含有量は0.020%以下とするのが好ましく、0.015%以下であれば一層好ましい。
Sも不純物であり、その含有量が0.010%を超えると耐硫化物応力割れ性の劣化が大きくなる。したがって、Sの含有量を0.010%以下とした。なお、Sの含有量は0.005%以下とするのが好ましい。
Crは、鋼の焼入れ性を高めるのに有効な元素であり、その効果を発揮させるには0.05%以上含有させる必要がある。しかし、その含有量が1.5%を超えると耐硫化物応力割れ性の低下を招く。このため、Crの含有量を0.05〜1.5%とした。Cr含有量の好ましい範囲は0.2〜1.0%、より好ましい範囲は0.4〜0.8%である。
Moは、鋼の焼入れ性を高めて高強度を確保すると共に、耐硫化物応力割れ性を高めるのに有効な元素である。これらの効果を得るには、Moは0.05%以上の含有量とする必要がある。しかし、Moの含有量が1.0%を超えると、旧オーステナイト粒界に粗大な炭化物を形成し、耐硫化物応力割れ性が低下する。したがって、Moの含有量は0.05〜1.0%とする必要がある。Mo含有量の好ましい範囲は、0.1〜0.8%である。
Alは、脱酸作用を有し、鋼の靱性および加工性を高めるのに有効な元素である。しかし、その含有量が0.10%を超えると、地疵の発生が著しくなる。したがって、Alの含有量を0.10%以下とした。なお、Al含有量は不純物レベルであってもよいので、その下限は特に定めないが、0.005%以上とすることが好ましい。Al含有量の好ましい範囲は0.005〜0.05%である。なお、本発明にいうAl含有量とは、酸可溶Al(いわゆる「sol.Al」)の含有量を指す。
Bの焼入れ性向上作用は不純物レベルの含有量であっても得られるが、より顕著にその効果を得るには、0.0003%以上の含有量とする必要がある。しかし、Bの含有量が0.005%を超えると靱性が低下する。このため、Bの含有量を0.0003〜0.005%とした。B含有量の好ましい範囲は0.0003〜0.003%である。
Tiは、鋼中のNを窒化物として固定して、焼入れ時にBを固溶状態で存在させ、焼入れ性向上効果を発揮させる。このようなTiの作用を得るには、0.002%以上の含有量とする必要がある。しかし、Tiの含有量が0.05%以上になると、粗大な窒化物として存在することになり、耐硫化物応力割れ性を低下させる。したがって、Tiの含有量を0.002〜0.05%とした。なお、好ましい含有量は0.005〜0.025%である。
Nは、不可避的に鋼中に存在し、Al、TiまたはNbと結合して窒化物を形成する。Nが多量に存在すると、AlN、TiNの粗大化を招くばかりでなくBとも窒化物を形成して、焼入れ性を著しく低下させる。したがって、不純物元素としてのNの含有量は0.007%以下とする。なお、Nの含有量は0.005%以下とするのが好ましい。
前記のようにA値は次の(1)式で定義される。なお、式(1)中のC、Mn、Cr、Moはそれぞれの元素の質量%である。
A=C+(Mn/6)+(Cr/5)+(Mo/3)・・・・・(1)。
この温度は、800〜1100℃とする。800℃よりも低いと鋼管の変形抵抗が大きくなりすぎて、工具摩耗の問題が生じる。一方、1100℃よりも高いと結晶粒が粗大になりすぎて、耐硫化物応力割れ性が劣化する。なお、延伸圧延よりも前の穿孔工程は、通常の方法、例えばマンネスマン穿孔法でよい。
延伸圧延を終えた鋼管は、インラインで、即ち、一連の鋼管製造ライン内に設けられた補熱炉に装入して、Ar3変態点から1000℃までの温度域で補熱する。この補熱の目的は、鋼管の長手方向の温度のバラツキをなくし、組織を均一化することにある。
上記の工程を経てAr3変態点から1000℃までの温度域にある鋼管を焼入れする。焼入れは、管の肉厚全体がマルテンサイト組織になるのに十分な冷却速度で行う。通常は水冷でよい。焼戻しは、Ac1変態点よりも低い温度で行う。望ましいのは、600〜700℃である。焼戻し時間は、管の肉厚にもよるが、概ね20〜60分でよい。
表3に示す28種類の鋼種からなる外径225mmのビレットを製作し、これを1250℃に加熱した後、マンネスマン−マンドレル製管法にて、外径244.5mm×肉厚13.8mmの継目無鋼管に成形した。
製管圧延前のビレットからジョミニー試験片を取り出し、1100℃でオーステナイト化後、ジョミニー試験を行った。焼入れ性の評価は、ジョミニー端から10mmの位置でのロックウェルC硬度(JHRC10)と、各鋼の90%マルテンサイト率に対応するロックウェルC硬度の予測値である「(C%×58)+27」の値とを比較し、JHRC10の方が高い値を示した場合を焼入れ性が「良好」とし、JHRC10の値が「(C%×58)+27」の値以下の場合を焼入れ性が「不良」とした。
鋼管の長手方向から、API規格の5CTに規定される弧状引張試験片を採取して、引張試験を実施し、降伏強度YS(ksi)と引張強度TS(ksi)および、降伏比YR(%)を測定した。
鋼管の長手方向から、NACEのTM0177−96に規定されるA法試験片を採取して、硫化水素の分圧を101325Pa(1atm)として硫化水素で飽和した25℃の0.5%酢酸+5%食塩水環境中で、NACEのA法試験を実施し、限界負荷応力(試験720時間で破断しない最大の応力。各鋼管の実際の降伏強度との比で表す。)を測定した。耐硫化物応力割れ性は、限界負荷応力がYSの90%以上であれば良好とする。
表5に示す3種類の鋼種からなる外径225mmのビレットを製作し、これを1250℃に加熱した後、マンネスマン−マンドレル製管法にて、外径244.5mm×肉厚13.8mmの継目無鋼管に成形した。なお、表5におけるNo.29〜31の鋼はすべて、本発明で規定する化学組成を有する鋼である。
製管圧延前のビレットからジョミニー試験片を取り出し、1100℃でオーステナイト化後、ジョミニー試験を行った。焼入れ性の評価は、ジョミニー端から10mmの位置でのロックウェルC硬度(JHRC10)と、各鋼の90%マルテンサイト率に対応するロックウェルC硬度の予測値である「(C%×58)+27」の値とを比較し、JHRC10の方が高い値を示した場合を焼入れ性が「良好」とし、JHRC10の値が「(C%×58)+27」の値以下の場合を焼入れ性が「不良」とした。
鋼管の長手方向から、API規格の5CTに規定される弧状引張試験片を採取して、引張試験を実施し、降伏強度YS(ksi)と引張強度TS(ksi)および、降伏比YR(%)を測定した。
鋼管の長手方向から、NACEのTM0177−96に規定されるA法試験片を採取して、硫化水素の分圧を101325Pa(1atm)として硫化水素で飽和した25℃の0.5%酢酸+5%食塩水環境中で、NACEのA法試験を実施し、限界負荷応力(試験720時間で破断しない最大の応力。各鋼管の実際の降伏強度との比で表す。)を測定した。耐硫化物応力割れ性は、限界負荷応力がYSの90%以上であれば良好とする。
Claims (7)
- 質量%で、C:0.1〜0.20%、Si:0.05〜1.0%、Mn:0.05〜1.0%、Cr:0.05〜1.5%、Mo:0.05〜1.0%、Al:0.10%以下、Ti:0.002〜0.05%およびB:0.0003〜0.005%を含有し、かつ、下記の式(1)で求められるAの値が0.43以上であり、残部がFeおよび不純物からなり、不純物中のPが0.025%以下、Sが0.010%以下、Nが0.007%以下であることを特徴とする油井用継目無鋼管。
A=C+(Mn/6)+(Cr/5)+(Mo/3)・・・・・(1)
ただし、式(1)中のC、Mn、CrおよびMoは、それぞれの元素の質量%を示す。 - 質量%で、C:0.1〜0.20%、Si:0.05〜1.0%、Mn:0.05〜1.0%、Cr:0.05〜1.5%、Mo:0.05〜1.0%、Al:0.10%以下、Ti:0.002〜0.05%、B:0.0003〜0.005%、ならびにV:0.03〜0.2%およびNb:0.002〜0.04%のうちの1種または2種を含有し、かつ、下記の式(1)で求められるAの値が0.43以上であり、残部がFeおよび不純物からなり、不純物中のPが0.025%以下、Sが0.010%以下、Nが0.007%以下であることを特徴とする油井用継目無鋼管。
A=C+(Mn/6)+(Cr/5)+(Mo/3)・・・・・(1)
ただし、式(1)中のC、Mn、CrおよびMoは、それぞれの元素の質量%を示す。 - 質量%で、C:0.1〜0.20%、Si:0.05〜1.0%、Mn:0.05〜1.0%、Cr:0.05〜1.5%、Mo:0.05〜1.0%、Al:0.10%以下、Ti:0.002〜0.05%、B:0.0003〜0.005%、ならびにCa:0.0003〜0.005%、Mg:0.0003〜0.005%およびREM:0.0003〜0.005%のうちの1種または2種以上を含有し、かつ、下記の式(1)で求められるAの値が0.43以上であり、残部がFeおよび不純物からなり、不純物中のPが0.025%以下、Sが0.010%以下、Nが0.007%以下であることを特徴とする油井用継目無鋼管。
A=C+(Mn/6)+(Cr/5)+(Mo/3)・・・・・(1)
ただし、式(1)中のC、Mn、CrおよびMoは、それぞれの元素の質量%を示す。 - 質量%で、C:0.1〜0.20%、Si:0.05〜1.0%、Mn:0.05〜1.0%、Cr:0.05〜1.5%、Mo:0.05〜1.0%、Al:0.10%以下、Ti:0.002〜0.05%、B:0.0003〜0.005%、ならびにV:0.03〜0.2%およびNb:0.002〜0.04%のうちの1種または2種、さらにCa:0.0003〜0.005%、Mg:0.0003〜0.005%およびREM:0.0003〜0.005%のうちの1種または2種以上を含有し、かつ、下記の式(1)で求められるAの値が0.43以上であり、残部がFeおよび不純物からなり、不純物中のPが0.025%以下、Sが0.010%以下、Nが0.007%以下であることを特徴とする油井用継目無鋼管。
A=C+(Mn/6)+(Cr/5)+(Mo/3)・・・・・(1)
ただし、式(1)中のC、Mn、CrおよびMoは、それぞれの元素の質量%を示す。 - 引張強度が931MPa以下である請求項1〜4のいずれかに記載の油井用継目無鋼管。
- 請求項1から4までのいずれかに記載の化学組成を有し、かつ、下記の式(1)で求められるAの値が0.43以上である鋼片を熱間で穿孔し、延伸圧延した後、最終圧延温度を800〜1100℃として製管し、得られた鋼管をインラインでAr3変態点から1000℃までの温度域で補熱し、Ar3変態点以上の温度から焼入れし、次いでAc1変態点よりも低い温度で焼戻すことを特徴とする油井用継目無鋼管の製造方法。
A=C+(Mn/6)+(Cr/5)+(Mo/3)・・・・・(1)
ただし、式(1)中のC、Mn、CrおよびMoは、それぞれの元素の質量%を示す。 - 鋼管をインラインで補熱する温度が、Ac3変態点から1000℃までの温度域である請求項6に記載の油井用継目無鋼管の製造方法。
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