JPWO2008123025A1 - 坑井内で拡管される拡管用油井管及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
C:0.05〜0.08%
炭素(C)は、鋼の強度を向上する。C含有量が0.05%未満であれば、本発明に必要な降伏強度が得られない。一方、C含有量が0.08%を超えると、一様伸びが低下する。したがって、C含有量は0.05〜0.08%である。
珪素(Si)は鋼を脱酸する。また、焼戻し軟化抵抗を高めて鋼の強度を向上する。しかしながら、Si含有量が0.50%を超えると、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Si含有量は0.50%以下である。上述の効果をより有効に得るために、好ましいSi含有量は0.1%以上である。ただし、Si含有量が0.1%未満であっても上述の効果はある程度得られる。
マンガン(Mn)は鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を向上する。Mn含有量が0.80%未満であれば、本発明に必要な強度が得られない。一方、Mn含有量が1.30%を超えると、鋼中の偏析が増加し、鋼の靭性が低下する。したがって、Mn含有量は0.80〜1.30%である。好ましいMn含有量は1.20〜1.30%である。
リン(P)は不純物である。Pは、粒界に偏析することで鋼の靭性を低下する。そのため、P含有量はなるべく少ない方が好ましい。そこで、P含有量は0.030%以下とする。好ましいP含有量は0.015%以下である。
硫黄(S)は不純物である。Sは、Mn又はCaと結合して介在物を形成する。形成された介在物は熱間加工時に延伸され、その結果、鋼の靭性が低下する。そのため、S含有量はなるべく少ない方が好ましい。そこで、S含有量は0.020%以下とする。好ましいS含有量は0.0050%以下である。
アルミニウム(Al)は、鋼を脱酸する。Al含有量が0.005%未満であれば、脱酸不足により鋼の清浄度が低下し、その結果、鋼の靭性が低下する。一方、Al含有量が0.06%を超えた場合も、鋼の靭性が低下する。したがって、Al含有量は0.005〜0.06%である。好ましいAl含有量は0.02〜0.06%である。なお、本明細書でいうAl含有量は、酸可溶Al(sol.Al)の含有量を意味する。
窒素(N)は不純物である。Nは、AlやTi、Nbと結合して窒化物を形成する。AlNやTiNが多量に析出すれば、鋼の靭性が低下する。そのため、N含有量はなるべく少ない方が好ましい。そこで、N含有量は0.01%以下とする。
クロム(Cr)は、鋼の焼入れ性を向上する。Crはさらに、耐炭酸ガス腐食性を向上する。Cr含有量が0.08%未満であれば、耐炭酸ガス腐食性が低下する。一方、Cr含有量が増加すれば、粗大な炭化物が形成されやすくなるため、Cr含有量の上限は0.50%とする。したがって、Cr含有量は0.08〜0.50%である。好ましいCr含有量は0.08〜0.35%であり、さらに好ましくは、0.08〜0.25%である。
チタン(Ti)はNと結合してTiNを形成し、高温域における結晶粒粗大化を抑制する。しかし、Ti含有量が0.05%を超えると、Cと結合してTiCを形成し、その結果、鋼の靭性が低下する。したがって、Ti含有量は0.05%以下とする。なお、上述の結晶粒粗大化を抑制する効果は、Ti含有量が0.001%程度の不純物レベルである場合でもある程度認められるが、Ti含有量が0.005%以上の場合に、より顕著に現れる。
銅(Cu)は固溶強化により鋼の強度を向上する。しかし、Cu含有量が過剰に多ければ、鋼が脆化し、含有量が0.50%を超えると、鋼が顕著に脆化する。したがって、Cu含有量は0.50%以下とする。なお、Cu含有量が0.01%以上であれば、上述の鋼の強度を向上する効果が顕著に現れる。
ニッケル(Ni)は、鋼の靭性を向上するとともに、Cuが共存する場合Cuに起因した鋼の脆化を抑制する。しかし、Ni含有量が0.50%を超えれば、その効果は飽和する。したがって、Ni含有量は0.50%以下とする。Ni含有量が0.01%以上であれば、上述の効果が顕著に現れる。
モリブデン(Mo)は任意添加元素である。Moは、焼入れ性を高めることにより、鋼の強度を向上する。Moはさらに、P等による脆化を抑制する。しかしながら、Moが過剰に含有されれば、粗大な炭化物が形成される。したがって、Mo含有量は0.10%以下である。上記効果を有効に得るために、好ましいMo含有量は、0.05%以上である。ただし、Mo含有量が0.05%未満であっても、上記効果をある程度得ることができる。
V:0.10%以下
ニオブ(Nb)及びバナジウム(V)は、いずれも任意添加元素である。これらは、いずれも鋼の強度を向上する。具体的には、Nbは、炭窒化物を形成することにより、鋼の強度を向上する。Vは、炭化物を形成することにより、鋼の強度を向上する。しかしながら、Nbが過剰に含有されれば、偏析や伸延粒が発生する。また、Vが過剰に含有されれば、鋼の靭性が低下する。したがって、Nb含有量は0.040%以下であり、V含有量は0.10%以下である。上述の効果を有効に得るために、好ましいNb含有量は0.001%以上であり、好ましいV含有量は0.02%以上である。ただし、含有量が上述の下限値未満であっても、上記効果をある程度得ることができる。
REM:0.01%以下
カルシウム(Ca)及びREMは、いずれも任意添加元素である。Ca及びREMは、硫化物の形態制御に寄与し、その結果、鋼の靭性を向上する。しかしながら、Ca含有量が0.005%を超える場合、又はREM含有量が0.01%を超える場合、介在物が多量に発生する。したがって、Ca含有量は0.005%以下であり、REM含有量は0.01%以下である。上述の効果を有効に得るために、好ましいCa含有量は0.001%以上であり、好ましいREM含有量は0.001%以上である。ただし、Ca含有量及びREM含有量が上述の下限値未満であっても、上記効果をある程度得ることができる。
金属組織内のフェライト率は、80%以上である。ここで、フェライト率とは、フェライト面積率であり、以下の方法で測定される。拡管用油井管の任意の箇所から試料を採取する。採取された試料を機械研磨した後、研磨された試料を4%ピクリン酸アルコール溶液中でエッチングする。光学顕微鏡を用いてエッチングされた試料表面を観察し、フェライト率をASTM E562に準じたポイントカウント法により測定する。
鋼の降伏強度は、276MPa〜379MPaの範囲内とする。ここで、降伏強度とは、ASTM規格に基づく0.2%オフセット耐力である。降伏強度が379MPaを超えると、一様伸びが16%未満となる。一方、降伏強度が276MPa未満であれば、油井管として必要な強度が得られない。したがって、降伏強度は276MPa〜379MPaとする。
本発明の拡管油井管では、好ましくは、楕円率が0.7%以下であり、かつ、偏肉率が6.0%以下である。
楕円率(%)=(最大外径Dmax−最小外径Dmin)/平均外径Dave×100 (1)
ここで、最大外径Dmax、最小外径Dmin及び平均外径Daveは、たとえば、以下の方法で測定される。拡管用油井管の任意の横断面において、同一円の外径を22.5°おきに測定する。これにより、16(=360°/22.5°)個の外径が測定される。測定された16個の外径のうち、最大の外径をDmaxとし、最小の外径をDminとする。また、測定された16個の外径の平均をDaveとする。
偏肉率(%)=(最大肉厚Tmax−最小肉厚Tmin)/平均肉厚Tave×100 (2)
ここで、最大肉厚Tmax、最小肉厚Tmin及び平均肉厚Taveは、たとえば、以下の方法で測定される。拡管用油井管の任意の横断面において、肉厚を11.25°おきに測定する。これにより、32(=360°/11.25°)個の肉厚が測定される。測定された32個の肉厚のうち、最大の肉厚をTmaxとし、最小の肉厚をTminとする。また、測定された32個の肉厚の平均をTaveとする。
本発明の拡管用油井管の製造方法の一例を説明する。上記化学組成の鋼を溶製し、ビレットを製造する。製造されたビレットを加工して素管を製造する(素管製造工程)。素管製造工程では、たとえば、熱間加工により素管を製造する。具体的には、ビレットを穿孔圧延して素管とする。又はビレットを熱間押出して素管としてもよい。
表1に示した化学組成を有する複数の丸ビレットを製造した。
断面減少率(%)=(冷間抽伸前の継目無鋼管の断面積−冷間抽伸後の継目無管の断面積)/冷間抽伸前の継目無管の断面積×100 (3)
さらに、冷間抽伸された継目無鋼管に対して、焼入れ焼戻しを実施した。
表2に示す試験番号1〜14の拡管用油井管のフェライト率を以下の方法で求めた。各拡管用油井管から組織観察用の試験片を採取した。採取された試験片を機械研磨し、研磨された試験片を4%ピクリン酸アルコール溶液中でエッチングした。光学顕微鏡(500倍)を用いてエッチング後の試料表面を観察した。このとき、観察される領域の面積は約36000μm2であった。観察された領域内でフェライト率(%)を求めた。フェライト率はASTM E562に準拠したポイントカウント法により求めた。求めたフェライト率(%)を表2に示す。
試験番号1〜14の拡管用油井管の各々から、引張試験片を採取し、引張試験を実施した。具体的には、各拡管用油井管の長手方向から外径6.35mm、平行部長さ25.4mmの丸棒試験片を採取した。採取された丸棒試験片に対して、常温で引張試験を実施した。引張試験により得られた降伏強度(MPa)を表2中の「YS」欄に、引張強度(MPa)を表2中の「TS」欄に、一様伸び(%)を表1中の「一様伸び」欄にそれぞれ示す。ASTM規格に基づく0.2%オフセット耐力を降伏強度(YS)とした。また、引張試験の最大荷重点における試験片の歪みを一様伸び(%)とした。
表2を参照して、試験番号8〜10、13及び14の油井管は、化学組成、金属組織(フェライト率)、降伏強度が本発明の範囲内であったため、一様伸びが16%以上となった。さらに、試験番号9、10及び14の油井管は、焼戻し温度がAc1点以上であったため、一様伸びが18%以上となった。
複数の拡管用油井管を製造し、製造された拡管用油井管の楕円率及び偏肉率を調査した。具体的には、表1に示す鋼種Eの化学組成を有する8本の丸ビレットを準備した。8本中4本の丸ビレットを熱間で穿孔圧延して、公称外径が203.2mm、公称肉厚が12.7mmの継目無鋼管とした。製造された継目無鋼管を950℃の焼入れ温度で焼入れした。そして、焼入れ後に650℃の焼戻し温度で焼戻しして拡管用油井管とした。以下、これら4本の拡管用油井管を熱間加工材1〜4という。
Claims (10)
- 坑井内で拡管される拡管用油井管であって、
質量%で、C:0.05〜0.08%、Si:0.50%以下、Mn:0.80〜1.30%、P:0.030%以下、S:0.020%以下、Cr:0.08〜0.50%、N:0.01%以下、Al:0.005〜0.06%、Ti:0.05%以下、Cu:0.50%以下及びNi:0.50%以下を含有し、残部はFe及び不純物からなる化学組成と、
フェライト率が80%以上の組織とを備え、
276〜379MPaの降伏強度と16%以上の一様伸びとを有することを特徴とする拡管用油井管。 - 請求項1に記載の拡管用油井管であって、
前記化学組成は、
前記Feの一部に替えて、Mo:0.10%以下、V:0.10%以下、Nb:0.040%以下、Ca:0.005%以下及び希土類元素:0.01%以下からなる群から選択される1種又は2種以上を含有することを特徴とする拡管用油井管。 - 請求項1又は請求項2に記載の拡管用油井管であって、18%以上の一様伸びを有することを特徴とする拡管用油井管。
- 請求項3に記載の拡管用油井管であって、
焼入れされた後、Ac1点以上の焼戻し温度で焼戻しされることを特徴とする拡管用油井管。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の拡管用油井管であってさらに、
0.7%以下の楕円率と、6.0%以下の偏肉率とを有することを特徴とする拡管用油井管。 - 請求項5に記載の拡管用油井管であって、
冷間加工された後、焼き入れ焼戻しされることを特徴とする拡管用油井管。 - 拡管用油井管の製造方法であって、
質量%で、C:0.05〜0.08%、Si:0.50%以下、Mn:0.80〜1.30%、P:0.030%以下、S:0.020%以下、Cr:0.08〜0.50%、N:0.01%以下、Al:0.005〜0.06%、Ti:0.05%以下、Cu:0.50%以下及びNi:0.50%以下を含有し、残部はFe及び不純物からなる化学組成を有する素管を製造する工程と、
前記製造された素管を焼入れ焼戻しして、フェライト率が80%以上の組織と、276〜379MPaの強度と、16%以上の一様伸びとを有する拡管用油井管とする焼入れ焼戻し工程とを備えることを特徴とする拡管用油井管の製造方法。 - 請求項7に記載の拡管用油井管の製造方法であって、
前記素管の化学組成は、
前記Feの一部に替えて、Mo:0.10%以下、V:0.10%以下、Nb:0.040%以下、Ca:0.005%以下及び希土類元素:0.01%以下からなる群から選択される1種又は2種以上を含有することを特徴とする拡管用油井管の製造方法。 - 請求項7又は請求項8に記載の拡管用油井管の製造方法であって、
前記焼入れ焼戻し工程では、焼入れされた前記素管を、Ac1点以上の焼戻し温度で焼戻しして、前記拡管用油井管の一様伸びを18%以上とすることを特徴とする拡管用油井管の製造方法。 - 請求項7〜請求項9のいずれか1項に記載の拡管用油井管の製造方法であってさらに、
前記製造された素管を冷間加工して、前記拡管用油井管の楕円率を0.7%以下とし、かつ、偏肉率を6.0%以下にする工程を備え、
前記焼入れ焼戻し工程では、前記冷間加工された素管を焼入れ焼戻しすることを特徴とする拡管用油井管の製造方法。
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