JP2000256783A

JP2000256783A - 靭性と耐硫化物応力腐食割れ性に優れる高強度油井用鋼およびその製造方法

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Publication number: JP2000256783A
Application number: JP11064958A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Kushida; 隆弘櫛田; Tomohiko Omura; 朋彦大村; Kunio Kondo; 邦夫近藤; Yoshiori Miyata; 佳織宮田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-03-11
Filing date: 1999-03-11
Publication date: 2000-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】靭性と耐ＳＳＣ性に優れたＹＳが１４０ｋｓｉ
以上の高強度油井用鋼とその安価な製造方法を提供す
る。【解決手段】重量％で、C：0.2〜0.35％、Cr：0.2〜0.7
％、Mo：0.1〜0.5％、V：0.1〜0.3％を含む低合金鋼か
らなり、析出している炭化物の総量が2〜5重量％であ
り、そのうちＭＣ型炭化物の割合が8〜40重量％で、か
つ旧オーステナイト粒度がASTMに規定される粒度番号で
11番以上の油井用鋼で、この鋼は上記の化学組成を有す
鋼に、A₃変態点以上からの少なくとも２回の焼入れ後に
650℃以上、A_C1変態点以下で焼戻すか、またはA₃変態点
以上からの焼入れと前記条件の焼戻しを少なくとも２回
施すことで製造可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐硫化物応力腐食
割れ性に優れる低合金鋼に関し、より詳しくは、油井や
ガス井用のケーシングやチュービングおよび掘削用のド
リルパイプの素材として用いて好適であり、降伏応力が
１４０ｋｓｉ以上という高強度であるにもかかわらず靭
性と耐食性が良好な低合金鋼とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のエネルギー事情の逼迫に伴い、硫
化水素を含む原油や天然ガスの掘削、輸送、貯蔵などを
必要とする情勢になっている。特に、油井の深井戸化、
輸送効率の向上、さらには低コスト化のために、この分
野で用いられる材料については、これまで以上に高強度
化が要求されている。

【０００３】具体的には、これまでは降伏応力（ＹＳ）
８０〜９５ｋｓｉ級の鋼管が広く用いられていたが、最
近では、１１０ｋｓｉ級が使用されるようになり、１２
５ｋｓｉ級以上の要求にとどまらず、１４０ｋｓｉ級以
上の要求も高まりつつある。

【０００４】耐硫化物応力腐食割れ性（以下、耐ＳＳＣ
性という）に優れる従来鋼としては、(a) ８０〜９０％
以上のマルテンサイト組織鋼、(b) 粗大な炭化物を含ま
ない鋼、(c) 非金属介在物の少ない清浄鋼、(d) 高温焼
戻し鋼、(e) 細粒組織鋼、(f) 高降伏比鋼、(g) 低Ｍｎ
−低Ｐ−低Ｓ鋼、(h) 不溶性窒化物を多く含む鋼、(i)
Ｚｒ添加鋼がある。

【０００５】上記の耐ＳＳＣ性に優れる高強度低合金鋼
を得るための方法には種々の方法があり、その代表的な
方法としては、急速加熱法（特開昭５４−１１７３１１
号公報、同６１−９５１９号公報）や短時間焼戻し法
（特開昭５８−２５４２０号公報）などがある。

【０００６】上記(a) 〜(i) の従来鋼のうち、(b) の粗
大な炭化物を含まない鋼は、「鉄と鋼、76(1990)、p.13
64」にも示されるように、粗大な炭化物がＳＳＣの起点
となる点を考慮し、粗大な炭化物を含まない鋼として開
発された鋼である。

【０００７】そして、この粗大な炭化物を含まない鋼
は、粗大な炭化物が残存したり、析出成長しないよう
に、種々の成分設計を施したＣｒを含む低合金鋼を用
い、焼入れ後主として短時間焼戻し処理を施すことによ
り製造可能とされている。

【０００８】これは、耐ＳＳＣ性が必要とされる鋼で
は、一般に、焼入れによってＣの固溶したマルテンサイ
ト組織とし、その後焼戻し処理を施して微細な炭化物を
析出させる。このため、素材鋼には、通常、焼入性を高
めるためにＣｒを添加した低合金鋼が用いられる。

【０００９】また、焼戻し温度が低い場合には、炭化物
が旧オーステナイト粒界に膜状に析出するので、これを
防ぐために適量のＭｏを添加した低合金鋼を用い、高温
焼戻しすることも行われている。

【００１０】さらに、析出した炭化物は、焼戻し時間が
長いと成長して粗大化するので、より短時間に焼戻しす
るために誘導加熱手段を用いることも行われている。

【００１１】このほか、炭化物は粒界上に析出して粗大
化しやすい傾向にあるので、炭化物の分散を図るため
に、種々の細粒化手段も採られている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来知られて
いるＣｒとＭｏを含む低合金鋼の炭化物は、Ｍ₃Ｃ型、
Ｍ₇Ｃ₃型およびＭ₂₃Ｃ₆型として析出する。そのうちの
Ｍ₂₃Ｃ₆型は、粗大化しやすい炭化物である。熱力学的
には、Ｍ₃Ｃ型、Ｍ₇Ｃ₃型、Ｍ₂₃Ｃ₆型の順に安定である
ので、ＣｒとＭｏを含む焼入れ焼戻し鋼では、粗大なＭ
₂₃Ｃ₆型の炭化物がどうしても析出する。また、Ｍｏ量
がきわめて高い場合には、Ｍ₂Ｃ型も析出する。このＭ
₂Ｃ型の炭化物は、針状であり、応力集中係数が高いの
で、耐ＳＳＣ性を低下させる。

【００１３】ここで、上記のＭは、「Metal 」の略であ
り、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖなどの金属元素を意味する。

【００１４】上記の粗大なＭ₂₃Ｃ₆型の炭化物の析出抑
制方法としては、短時間焼戻し処理が最も効果的であ
り、このため、従来はこの短時間焼戻し処理法が主とし
て用いられてきたことは前述した通りである。しかし、
この短時間焼戻し処理法は、誘導加熱設備の設置が必須
であり、過大な設備投資を必要とする。

【００１５】また、十分な細粒化を達成するためには、
熱処理を２回以上施したり、焼入れ温度を低くしたりす
る必要がある。その結果、熱処理コストが高くなるだけ
でなく、合金元素の固溶量が少なくなるために、合金元
素の添加量を増やす必要があって材料コストが上昇す
る。

【００１６】さらに、細粒化は、必然的に焼入性を下げ
るので、マルテンサイト組織を確保するためには高速冷
却が必須になり、特別な冷却装置の設置が必要となって
過大な設備投資を必要とする。

【００１７】また更に、より一層の高強度化を図ると靭
性が低下し、油井用鋼に要求される靭性が確保できない
という問題もあった。

【００１８】本発明の目的は、Ｍ₂₃Ｃ₆型に代表される
粗大な炭化物を含まない、耐ＳＳＣ性に優れた油井用
鋼、具体的には降伏応力（ＹＳ）が１４０ｋｓｉ（９６
５ＭＰａ）以上で、かつ規格最小降伏応力（ＳＭＹＳ）
の８５％の応力付加時にＮＡＣＥＴＭ０１７７浴中で
ＳＳＣを生じず、しかも靭性が良好な油井用鋼と、この
油井用鋼を、合金元素の増量は勿論、誘導加熱設備や特
別な冷却装置を用いることなく、比較的簡単な熱処理を
施すだけで得ることが可能な製造方法を提供することに
ある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記
（１）の靭性と耐硫化物応力腐食割れ性に優れる高強度
油井用鋼と、下記（２）のその製造方法にある。

【００２０】（１）重量％で、Ｃ：０．２〜０．３５
％、Ｃｒ：０．２〜０．７％、Ｍｏ：０．１〜０．５
％、Ｖ：０．１〜０．３％を含む低合金鋼からなり、析
出している炭化物の総量が２〜５重量％であり、そのう
ちＭＣ型炭化物の割合が８〜４０重量％で、かつ旧オー
ステナイト粒度がＡＳＴＭに規定される粒度番号で１１
番以上である靭性と耐硫化物応力腐食割れ性に優れる高
強度油井用鋼。

【００２１】（２）重量％で、Ｃ：０．２〜０．３５
％、Ｃｒ：０．２〜０．７％、Ｍｏ：０．１〜０．５
％、Ｖ：０．１〜０．３％を含む低合金鋼に、Ａ₃変態
点以上からの焼入れを少なくと２回施した後、６５０℃
以上、Ａ_C1変態点以下で焼戻す焼入れ焼戻し処理、また
はＡ₃変態点以上からの焼入れ後、６５０℃以上、Ａ_C1
変態点以下で焼戻す焼入れ焼戻し処理を少なくと２回施
す請求項１に記載の靭性と耐硫化物応力腐食割れ性に優
れる高強度油井用鋼の製造方法。

【００２２】上記の本発明は、下記の知見に基づいて完
成させた。すなわち、本発明者らは、炭化物には、前述
したＭ₃Ｃ型、Ｍ₇Ｃ₃型、Ｍ₂₃Ｃ₆型およびＭ₂Ｃ型の
他にＭＣ型があり、このＭＣ型炭化物は、これらの炭化
物のうち最も微細で粗大化しにくいことである。

【００２３】また、上記の規格最小降伏応力（ＳＭＹ
Ｓ）の８５％の付加応力時におけるＮＡＣＥＴＭ０１
７７浴中での耐ＳＳＣ性は確保できないが、例えば、文
献「Metallurgical Transactions A. Volume 16A, May
1985, P935”Sulfide Stress Crackingof High Stregth
Modified Cr-Mo Steels”」にも示されるように、耐Ｓ
ＳＣ性の改善には０．１％程度のＶ添加が有効なことに
注目した。

【００２４】そして、鋼の化学組成と炭化物が耐ＳＳＣ
性と靭性に及ぼす影響を詳細に調査した結果、次のこと
を知見した。

【００２５】ＭＣ型の炭化物量を単純に増やすと、かえ
って耐ＳＳＣ性が低下する。これは、次の理由によるも
のと考えられる。

【００２６】ＭＣ型炭化物は微細なために、粗大な他の
炭化物に比べ、単位体積当たりではマトリックスとの界
面積が広くなり、水素のトラップ量が増加して耐ＳＳＣ
性が低下するものと考えられる。実際、ＭＣ型の炭化物
量が上記の範囲を外れる耐ＳＳＣ性の劣る鋼の吸蔵水素
濃度は、ＭＣ型の炭化物量が上記の範囲内の鋼よりも高
いことが確認された。

【００２７】また、炭化物の総量が上記の範囲を外れる
場合に耐ＳＳＣ性が低下する理由も上記と同様と考えら
れる。

【００２８】ところが、炭化物の総量を２〜５重量％に
制限した上で、総炭化物中に占めるＭＣ型炭化物の割合
を８〜４０重量％にすれば、耐ＳＳＣ性が飛躍的に向上
し、規格最小降伏応力（ＳＭＹＳ）の８５％の付加応力
時におけるＮＡＣＥＴＭ０１７７浴中での耐ＳＳＣ性
が確保される。

【００２９】しかし、その対象鋼には、重量％で、Ｃ：
０．２〜０．３５％、Ｃｒ：０．２〜０．７％、Ｍｏ：
０．１〜０．５％およびＶ：０．１〜０．３％を必須成
分として含む化学組成を有する鋼を用いる必要がある。
これは、次の理由による。

【００３０】すなわち、前述したように、多すぎる炭化
物は、それだけ吸蔵水素濃度の増加を招いて耐ＳＳＣ性
を低下させるが、ＣとＣｒの含有量がそれぞれ上記の上
限値を超えると、炭化物の総量が上記の上限値の５％を
超え、Ｖの含有量が上記の上限値を超えると、ＭＣ型炭
化物の割合が上記の上限値の４０％を超えるようにな
る。

【００３１】また、ＭＣ炭化物のＭは、主としてＶであ
るが、ＣｒやＭｏも含まれ、特に、ＭｏはＶと共存しや
すく、Ｍｏ含有量が上記の上限値０．５％を超えると、
Ｍｏの共存量が極端に多いＭＣ型炭化物となり、このＭ
Ｃ型炭化物が他の炭化物に比べれば微細ではあるが粗大
であることが判明し、たとえその量が上記の範囲内の８
〜４０％であっても、水素をトラップする界面積が増加
して吸蔵水素濃度の増加を招き、要求される耐ＳＳＣ性
が確保できなるためである。

【００３２】なお、上記の事実は、従来にあっては、焼
戻軟化抵抗を高める目的で高Ｍｏ化が進められてきた
が、Ｖ添加鋼においては逆で、低Ｍｏ化した方が耐ＳＳ
Ｃ性が向上するという、全く予想外の結果が得られるこ
とを意味している。

【００３３】そして、上記の炭化物総量とＭＣ型炭化物
の割合は、上記の化学組成を有する鋼に、Ａ₃変態点以
上で焼入れし、次いで６５０℃以上で焼戻すという、極
めて単純な焼入れ焼戻し熱処理を少なくと１回施せば確
保されることも判明した。

【００３４】ところが、その降伏応力を１４０ｋｓｉ以
上に高めると、従来鋼よりも多く析出させたＭＣ型炭化
物が靭性を低下させ、油井用鋼に要求される靭性、すな
わち遷移温度−１０℃以下が確保できないことが判明し
た。そこで、ＭＣ型炭化物の量が上記の範囲内あっても
靭性が低下せず、要求される靭性を有する鋼の開発に努
めた。その結果、旧オーステナイト粒度をＡＳＴＭに規
定される粒度番号で１１番以上にすれば、要求される靭
性が確保されることが分かった。

【００３５】また、粒度番号１１番以上のオーステナイ
ト粒は、Ａ₃変態点以上からの焼入れを少なくと２回施
した後、６５０℃以上、Ａ_C1変態点以下で焼戻す焼入れ
焼戻し処理、またはＡ₃変態点以上からの焼入れ後、６
５０℃以上、Ａ_C1変態点以下で焼戻す焼入れ焼戻し処理
を少なくと２回施せば確保されることも判明した。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の油井用鋼とその製
造方法について詳細に説明する。なお、以下において、
「％」は「重量％」を意味する。

【００３７】《炭化物》総量：炭化物は、後述する化学組成を有する焼入れ焼戻
し鋼においては、析出強化に欠かすことができないが、
その総量が２％未満であると、ＹＳが１４０ｋｓｉ以上
の強度を確保することが困難になる。逆に、その総量が
５％を超えると、水素をトラップする界面積が増加し、
吸蔵水素濃度の増大を招いて耐ＳＳＣ性が低下する。こ
のため、炭化物の総量は、２〜５％と定めた。望ましい
範囲は、２．５〜４％である。

【００３８】総炭化物量中に占めるＭＣ型炭化物の割
合：ＭＣ型炭化物は、炭化物の粗大化を防ぎ、耐ＳＳＣ
性の改善に効果がある。しかし、総炭化物量中に占める
ＭＣ型炭化物の割合が８％未満では、その効果に乏し
い。逆に、その割合が４０％を超えると、ＭＣ型炭化物
は微細なだけに水素をトラップする界面積が増加し、吸
蔵水素濃度の増大を招いて耐ＳＳＣ性が低下する。この
ため、総炭化物量中に占めるＭＣ型炭化物の割合は、８
〜４０％と定めた。望ましい範囲は、１０〜３５％であ
る。

【００３９】ここで、炭化物の総量と、総炭化物量中に
占めるＭＣ型炭化物の割合は、それぞれ次に述べる方法
によって求められる値である。

【００４０】総量の測定方法；被検体鋼から採取した重
量Ｗ₁の試験片を、電解液（１０％アセチルアセトン−
１％塩化テトラメチルアンモニウム−残部メタノール）
中に浸漬して電流密度２０ｍＡ／ｃｍ²の条件で電気分
解し、濾過径０．２μｍのフィルターで濾過して得られ
た抽出残さ（炭化物）の重量Ｗ₂を求め、この重量Ｗ₂
を試験片の重量Ｗ₁で除して求める。

【００４１】ＭＣ型炭化物の割合算出方法：上記の抽出
残さ（炭化物）を粉砕した試料を対象にＸ線回折を行
い、Ｍ₃Ｃ型炭化物の回折線強度に対するＭＣ型炭化物
の回折線強度の比から全炭化物中のＭＣ型炭化物の重量
割合を求める。

【００４２】《鋼の化学組成》Ｃ：Ｃは、焼入性を高め、強度を向上させるために必要
な元素である。しかし、その含有量が０．２％未満で
は、焼入性が不足して所望の強度（ＹＳ≧１４０ｋｓ
ｉ）が得られない。逆に、その含有量が０．３５％を超
えると、炭化物の総量増加に伴ってトラップされる水素
が増加する結果、耐ＳＳＣ性が低下する。このため、Ｃ
含有量は、０．２〜０．３５％とした。望ましい範囲
は、０．２〜０．３％である。

【００４３】Ｃｒ：Ｃｒは、焼入性を高め、強度を上昇
させるとともに耐ＳＳＣ性を向上させる元素である。し
かし、その含有量が０．２％未満では、焼入性が不足し
て所望の強度（ＹＳ≧１４０ｋｓｉ）が得られない。逆
に、その含有量が０．７％を超えると、炭化物の総量が
増加し、これに伴ってトラップされる水素が増加する上
に、Ｍ₂₃Ｃ₆型の粗大な炭化物が析出して、耐ＳＳＣ性
が低下する。また、硫化水素を含む環境においては、腐
食速度の増加とそれに伴う吸蔵水素濃度の増加を招く。
このため、Ｃｒ含有量は、０．２〜０．７％とした。望
ましい範囲は、０．３〜０．６％である。

【００４４】Ｍｏ：Ｍｏは、Ｃｒと同様に、焼入性を向
上させて高強度を得るとともに、焼戻軟化抵抗を高めて
耐ＳＳＣ性を向上させる元素である。しかし、その含有
量が０．１％未満であると、上記の効果が得られない。
逆に、その含有量が０．５％を超えると、ＭＣ型炭化物
の粗大化を招いて水素のトラップ量を増加させるだけで
なく、Ｍ₂₃Ｃ₆型の粗大な炭化物が析出して、耐ＳＳＣ
性が低下する。このため、Ｍｏ含有量は、０．１〜０．
５％とした。望ましい範囲は、０．２〜０．４％であ
る。

【００４５】Ｖ：Ｖは、本発明において、最も重要な元
素である。Ｖは、焼戻し時に微細なＳＳＣの起点となり
にくいＭＣ型炭化物として優先的に析出する。その結
果、Ｃを固定するので、ＳＳＣの起点となりやすいＭ₂₃
Ｃ₆型炭化物の析出を防止する。しかし、その含有量が
０．１％未満では、上記の効果が得られない。一方、そ
の含有量が０．３％を超えると、ＭＣ型炭化物の量が多
くなりすぎて、トラップされる水素が増加して、耐ＳＳ
Ｃ性が低下する。このため、Ｖの含有量は、０．１〜
０．３％とした。望ましい範囲は、０．１５〜０．２５
％である。

【００４６】本発明の油井用鋼の素材鋼は、上記の４成
分を必須成分と含む低合金鋼であればよく、他の成分に
ついては特に制限されない。しかし、工業的に製造する
うえでは、任意添加成分として、下記の各元素のうちか
ら選ばれた１種または２種以上を含むものであることが
好ましい。

【００４７】Ｓｉ：Ｓｉは、添加しなくてもよいが、後
述するＡｌやＭｎなどの他の脱酸剤を用いない場合に
は、０．０５％以上含有させるのがよい。また、Ｓｉに
は、脱酸作用の他に焼戻軟化抵抗を高めて耐ＳＳＣ性を
向上させる作用もあり、その効果は０．１％以上で顕著
になる。しかし、０．５％を超えて含有させると、靭性
が低下する。このため、添加する場合のＳｉ含有量は、
０．０５〜０．５％とするのよい。なお、好ましい上限
は０．３％である。

【００４８】Ｍｎ：Ｍｎは、添加しなくてもよいが、他
の脱酸剤を用いない場合、熱間加工性を向上させる場合
などには、少なくとも０．０５％以上含有させるのがよ
い。しかし、１％を超えて含有させると靭性が低下す
る。このため、添加する場合のＭｎ含有量は、０．０５
〜１％とするのがよい。なお、好ましい上限は０．５％
である。

【００４９】Ａｌ：Ａｌは、添加しなくてもよいが、他
の脱酸剤を用いない場合には、少なくとも０．００５％
以上含有させるのがよい。しかし、０．１％を超えて含
有させると介在物が多くなって靱性が低下する。また、
油井管には、その管端に接続用のねじ切り加工が施され
ることが多いが、Ａｌが多いとねじ切り部に介在物起因
の欠陥が発生しやすくなる。このため、添加する場合の
Ａｌ含有量は、０．００５〜０．１％とするのがよい。
なお、好ましい上限は０．０５％である。また、本明細
書でいうＡｌとは、いわゆるｓｏｌ．Ａｌ（酸可溶Ａ
ｌ）のことである。

【００５０】Ｎｂ：Ｎｂは、添加しなくてもよいが、添
加すれば、結晶粒を細粒化し、結晶粒界における粗大な
炭化物の析出を抑制する作用があり、その効果は０．０
０５％以上の含有量で得られる。しかし、０．０１％を
超えて含有させると、ＮｂＣが析出して本発明鋼のよう
なＭＣ型炭化物の多いＹＳが１４０ｋｓｉ以上という高
強度鋼では靱性が低下する。このため、添加する場合の
Ｎｂ含有量は、０．００５〜０．０１％未満とするのが
よい。好ましい上限は０．００８％である。

【００５１】Ｔｉ：Ｔｉは、添加しなくてもよいが、添
加すれば、鋼中に不純物として存在するＮをＴｉＮとし
て固定するので、焼入性向上の目的で添加される場合の
後述するＢがＢＮになるのを防ぎ、焼入性の向上に有効
な固溶状態でＢを存在させる作用がある。また、ＮをＴ
ｉＮとして固定する以上のＴｉには、焼入れ時は固溶状
態で存在し、焼戻し時に炭化物などの化合物として微細
に析出して焼戻軟化抵抗を高める作用があり、これらの
効果は０．００５％以上の含有量で顕著になる。しか
し、０．０５％を超えて含有させると、靱性が低下す
る。このため、添加する場合のＴｉ含有量は、０．００
５〜０．０５％とするのがよい。好ましい上限は０．０
３％である。

【００５２】Ｂ：Ｂは、添加しなくてもよいが、上記し
たように、添加すれば、焼入性を向上さる作用があり、
特に厚肉材の焼入性を改善するのに有効であり、０．０
００１％以上の含有量でその効果が顕著になる。しか
し、０．００５％を超えて含有させると、靱性が低下す
る。このため、添加する場合のＢ含有量は、０．０００
１〜０．００５％とするのがよい。好ましい上限は０．
００２％である。

【００５３】Ｚｒ：Ｚｒは、添加しなくてもよいが、添
加すれば、上記のＴｉと同様に、鋼中に不純物として存
在するＮを窒化物として固定し、Ｂの焼入性向上効果を
十分に発揮させる作用があり、０．０１％以上の含有量
でその効果が顕著になる。しかし、０．１％を超えて含
有させると、介在物が増加して靱性が低下する。このた
め、添加する場合のＺｒ含有量は、０．０１〜０．１％
とするのがよい。好ましい上限は０．０３％である。

【００５４】Ｗ：Ｗは、添加しなくてもよいが、添加す
れば、前述のＭｏと同様に、焼入性を高めて強度の向上
に寄与するとともに、焼戻軟化抵抗を高めて耐ＳＳＣ性
を向上させる作用があり、これらの効果は０．１％以上
の含有量で顕著になる。しかし、その効果は１％で飽和
し、これ以上含有させるとコストが上昇するだけであ
る。このため、添加する場合のＷ含有量は、０．１〜１
％とするのがよい。好ましい上限は０．５％である。

【００５５】Ｃａ：Ｃａは、添加しなくてもよいが、添
加すれば、鋼中に不純物として存在するＳと反応して硫
化物を形成して介在物の形状を改善し、耐ＳＳＣ性を向
上させる作用があり、０．０００１％以上の含有量でそ
の効果が顕著になる。しかし、０．０１％を超えて含有
させると、靱性および耐ＳＳＣ性が低下するだけでな
く、鋼表面に欠陥が多発しやすくなる。このため、添加
する場合のＣａ含有量は、０．０００１〜０．０１％と
するのがよい。好ましい上限は０．００３％である。

【００５６】なお、Ｃａによる上記の効果は、Ｓの含有
量によってその度合いが異なり、脱酸が十分でない場合
には、かえって耐ＳＳＣ性が低下するので、その含有量
はＳ含有量と脱酸の程度に応じて調整することが肝要で
ある。

【００５７】Ｐ：Ｐは、鋼中に不可避的に存在するが、
その含有量が０．０２５％を超えると、結晶粒界に偏析
して耐ＳＳＣ性を低下させる。このため、その含有量
は、０．０２５％以下とするのがよい。なお、Ｐの含有
量は、低ければ低いほど好ましいが、過度の低減は製造
コストの上昇を招く。Ｐは、０．０１％程度含んでも実
用上差し支えない。

【００５８】Ｓ：Ｓは、上記のＰと同様に、鋼中に不可
避的に存在するが、その含有量が０．０１％を超える
と、結晶粒界に偏析するとともに、硫化物系の介在物を
生成して耐ＳＳＣ性を低下させる。このため、その含有
量は、０．０１％以下とするのがよい。なお、Ｓの含有
量は、上記のＰと同様に、低ければ低いほど好ましい
が、過度の低減は製造コストの上昇を招く。Ｓは、０．
００２％程度含んでも実用上差し支えない。

【００５９】Ｎ：Ｎは、上記のＰ、Ｓと同様に、鋼中に
不可避的に存在するが、その含有量が０．０１％を超え
ると、靱性および焼入性が低下する。このため、その含
有量は、０．０１以下とするのがよい。なお、Ｎの含有
量は低ければ低いほど好ましい。Ｏ（酸素）：Ｏは、上
記のＰ、Ｓ、Ｎと同様に、鋼中に不可避的に存在する
が、その含有量が０．０１％を超えると、靱性が低下す
る。このため、その含有量は０．０１％以下とするのが
よい。なお、Ｏの含有量も低ければ低いほど好ましい。

【００６０】《製造方法（熱処理条件）》本発明の油井
用鋼は、上記の化学組成を有する低合金鋼を常法にした
がって溶製し、得られた素材鋼に所定の熱間圧延加工
（例えば、マンネスマン−マンドレルミル方式による熱
間継目製管加工）を施して所定の製品形状（例えば、継
目無鋼管）に仕上げた後、焼入れを少なくと２回施した
後に焼戻す焼入れ焼戻し処理、または焼入れ焼戻し処理
を少なくとも２回施すことで製造することができる。

【００６１】ここで、所定の製品形状に仕上げた後、上
記いずれかの焼入れ焼戻し処理を施すのは、次の理由に
よる。すなわち、本発明で規定する化学組成を有する鋼
は、一旦、焼入れしてマルテンサイト組織とし、その上
で焼戻さないとＭＣ型炭化物が十分に析出せず、粗大な
炭化物が残存して所望の耐ＳＳＣ性が確保できない。ま
た、焼入れ処理を少なくとも２回施さないと、旧オース
テナイト粒度がＡＳＴＭに規定される粒度番号の１１番
以上の細粒にならず、油井用鋼に要求される靭性が確保
できないからである。

【００６２】焼入れは、Ａ₃変態点以上で施せばよく、
上限温度は特に制限されない。しかし、焼入れ温度が９
５０℃を超えると結晶粒度が粗大になり、所望の靭性が
確保できなくなる。このため、その上限温度は９５０℃
とするのが好ましい。

【００６３】焼戻しは、６５０℃以上、Ａ_C1変態点以下
で施す必要がある。これは、焼戻し温度が６５０℃未満
であると、ＭＣ型炭化物の析出が十分でなく、粒界にフ
ィルム状のセメンタイトが残存することがあり、耐ＳＳ
Ｃ性が低下するためである。また、焼戻し温度がＡ_C1変
態点を超えると、オーステナイト相が析出し、所望の強
度が確保できなくなるためである。

【００６４】なお、上記いずれかの焼入れ焼戻し処理に
おける最初の焼入れは、熱間圧延を９５０℃以上で終了
し、この熱間圧延終了後直ちに焼入れする、いわゆる直
接焼入れであってもよい。ただし、この場合には、直接
焼入れ後、長時間放置すると置き割れが発生する場合が
あるが、これを防ぐためには、可及的速やかにＡ₃変態
点以上に再加熱して焼入れ処理し、次いで焼戻すかまた
は直接焼入れ後、可及的速やかに６５０℃以上、Ａ_C1変
態点以下に再加熱して焼戻すのが好ましい。

【００６５】また、２回焼入れの２回目の焼入れ処理ま
たは焼戻し処理を速やかに実施できない場合には、直接
焼入れ後、６００℃以下の温度で焼きなまし処理してお
けば、上記の置き割れは発生しない。

【００６６】

【実施例】表１に示す化学組成を有する１６種類の低合
金鋼を、１５０ｋｇ真空溶解炉を用いて溶製した。その
際、鋼No. Ａ〜Ｄ、Ｅ〜Ｈ、ＩとＪ、ＫとＬ、ＭとＮお
よびＯとＰは、同じ溶湯を分湯した後、Ｖをはじめとす
る各成分の含有量を調整することにより、表１に示す化
学組成を有する鋼とした。

【００６７】

【表１】

【００６８】得られた各鋼は、熱間鍛造を施して厚さ２
０ｍｍ、幅８０ｍｍ、長さ２５０ｍｍの板材に成形した
後、表２に示す種々の条件で焼入れ焼戻し処理を施し、
いずれの板材もＹＳが１４０ｋｓｉ以上になるように調
整した。

【００６９】

【表２】

【００７０】そして、熱処理して得られた各板材の炭化
物の総量と、総炭化物量中に占めるＭＣ型炭化物の割合
を、それぞれ前述した方法によって調べる一方、ミクロ
観察を行って旧オーステナイト粒の粒度を調べた。

【００７１】また、熱処理して得られた各板材の板厚中
心部から、長手方向が圧延方向（Ｌ方向）で、平行部の
寸法が外径６．３５ｍ、長さ２５．４ｍｍのＮＡＣＥ
ＴＭ０１７７ＭｅｔｈｏｄＡに規定される丸棒引
張試験片を採取し、下記のＳＳＣ試験に供した。

【００７２】ＳＳＣ試験：上記のＮＡＣＥＴＭ０１７
７ＭｅｔｈｏｄＡに規定される方法に準じた方法
で、通常は１気圧の硫化水素を飽和させるのであるが、
高強度であることから、０．１気圧の硫化水素を飽和さ
せた２５℃の０．５％酢酸＋５％食塩水溶液を用い、こ
の水溶液中に各板材のＹＳの８５％の応力を負荷した試
験片を７２０時間浸漬保持する定荷重試験とした。

【００７３】評価は、上記のＳＳＣ試験中、すなわち試
験時間７２０時間中に試験片が破断しなかったものを耐
ＳＳＣ性が良好「○」、破断したものを耐ＳＳＣ性が不
芳「×」とした。

【００７４】また、上記と同じく、各板材の板厚中心部
から、長手方向が圧延方向と直交する方向（Ｔ方向）の
ＪＩＳＺ２２０２に規定される４号試験片を採取し、
下記のシャルピー衝撃試験に供し、遷移温度を調べた。

【００７５】シャルピー衝撃試験：−４０℃、−２０
℃、０℃および２０℃の各温度にて３個ずつ試験した。
そして、試験後の各試験片の延性破面の面積をノッチ底
の断面積で除して求められる延性破面率の平均値から遷
移温度を求めた。

【００７６】以上の結果を、表２に併せて示した。

【００７７】表２に示す結果からわかるように、本発明
例の試番２、３、６，７、９、１１、１４および１６
は、炭化物の総量、総炭化物量中に占めるＭＣ型炭化物
の割合および旧オーステナイト粒度がいずれも本発明で
規定する範囲内であり、靭性および耐ＳＳＣ性が良好で
あった。

【００７８】これに対し、比較例の試番１と５は、素材
鋼のＶ含有量が少なく、ＭＣ型炭化物の割合が本発明で
規定する範囲の下限値を外れるために、耐ＳＳＣ性が不
芳であった。また、試番４と８は、逆にＶ含有量が多す
ぎ、ＭＣ型炭化物の割合が本発明で規定する範囲の上限
値を外れるために、耐ＳＳＣ性が不芳であった。

【００７９】また、試番１０は、Ｃ含有量が高く、炭化
物の総量が本発明で規定する範囲の上限値を外れるため
に、耐ＳＳＣ性が不芳であった。試番１２は、Ｃｒが高
く、ＭＣ型炭化物の割合が本発明で規定する範囲の下限
値を外れるために、耐ＳＳＣ性が不芳であった。試番１
５は、Ｍｏが高く、ＭＣ型炭化物の割合が本発明で規定
する範囲の下限値を外れるために、耐ＳＳＣ性が不芳で
あった。

【００８０】さらに、試番１７〜２４は、炭化物の総量
と総炭化物量中に占めるＭＣ型炭化物の割合が本発明で
規定する範囲内で耐ＳＳＣ性は良好であるが、熱処理条
件が本発明で規定する範囲を外れるために、旧オーステ
ナイト粒度が１１番未満と大きく、靭性が悪かった。

【００８１】

【発明の効果】本発明によれば、靭性と耐硫化物応力腐
食割れ性に優れたＹＳが１４０ｋｓｉ以上の高強度油井
用鋼を提供することができる。また、この油井用鋼は、
所定の化学組成を有する鋼に少なくとも２回の焼入れと
焼戻し、または焼入れ焼戻しを少なくとも２回施すだけ
で得られるので、安価に製造することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者近藤邦夫大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者宮田佳織大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：０．２〜０．３５％、Ｃ
ｒ：０．２〜０．７％、Ｍｏ：０．１〜０．５％、Ｖ：
０．１〜０．３％を含む低合金鋼からなり、析出してい
る炭化物の総量が２〜５重量％であり、そのうちＭＣ型
炭化物の割合が８〜４０重量％で、かつ旧オーステナイ
ト粒度がＡＳＴＭに規定される粒度番号で１１番以上で
あることを特徴とする靭性と耐硫化物応力腐食割れ性に
優れる高強度油井用鋼。
【請求項２】重量％で、Ｃ：０．２〜０．３５％、Ｃ
ｒ：０．２〜０．７％、Ｍｏ：０．１〜０．５％、Ｖ：
０．１〜０．３％を含む低合金鋼に、Ａ₃変態点以上か
らの焼入れを少なくと２回施した後、６５０℃以上、Ａ
_C1変態点以下で焼戻す焼入れ焼戻し処理、またはＡ₃変
態点以上からの焼入れ後、６５０℃以上、Ａ_C1変態点以
下で焼戻す焼入れ焼戻し処理を少なくと２回施すことを
特徴とする請求項１に記載の靭性と耐硫化物応力腐食割
れ性に優れる高強度油井用鋼の製造方法。