JP2005105357A - 耐食性に優れた油井用高強度ステンレス鋼管 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 C:0.05%以下、Si:0.50%以下、Mn:0.10〜1.80%、P:0.03%以下、S:0.005%以下、Cr:14.0〜17.0%、Ni:5.0〜8.0%、Mo:1.0〜3.5%、Cu:0.5〜3.5%、Al:0.05%以下、V:0.20%以下、N:0.03〜0.15%、O:0.006%以下を含み、さらにNb:0.2%以下、Ti:0.3%以下のうちから選ばれた1種または2種を含有し、残部Feおよび不可避的不純物よりなる組成を有し、組織を、析出物中のMC型炭窒化物が全析出物量に対する質量%で3.0%以上存在する組織とする。これにより、高強度で耐食性に優れた油井用ステンレス鋼管となる。なお、Ca、あるいはZr、B、Wのうちから選ばれた1種又は2種以上を含有してもよい。
【選択図】 なし
Description
(1)mass%で、C:0.05%以下、Si:0.50%以下、Mn:0.10〜1.80%、P:0.03%以下、S:0.005%以下、Cr:14.0〜17.0%、Ni:5.0〜8.0%、Mo:1.0〜3.5%、Cu:0.5〜3.5%、Al:0.05%以下、V:0.20%以下、N:0.03〜0.15%、O:0.006%以下を含み、さらにNb:0.2%以下、Ti:0.3%以下のうちから選ばれた1種または2種を含有し、残部Feおよび不可避的不純物よりなる組成と、析出物中のMC型炭窒化物が全析出物量に対するmass%で3.0%以上存在する組織を有することを特徴とする高強度でかつ高耐食性を有する油井用高強度ステンレス鋼管。
(2)(1)において、前記組成に加えてさらに、mass%で、Ca:0.0005〜0.01%を含有する組成とすることを特徴とする油井用高強度ステンレス鋼管。
(3)(1)または(2)において、前記組成に加えてさらに、mass%で、Zr:0.2%以下、B:0.01%以下、W:3.0%以下のうちから選ばれた1種又は2種以上を含有する組成とすることを特徴とする油井用高強度ステンレス鋼管。
Cは、マルテンサイト系ステンレス鋼の強度に関係する重要な元素であるが、本発明では、0.005%以上含有することが望ましいが、0.05%を超えて含有すると、Ni含有による焼戻し時の鋭敏化が起こりやすくなる。この焼戻し時の鋭敏化を防止するために、0.05%以下に限定した。また、耐食性の観点からもCはできるだけ少ないほうが好ましい。なお、好ましくは0.01〜0.03の範囲である。
Siは、脱酸剤として作用する元素であり、通常の製鋼過程において必要であるが、0.50%を超える含有は、耐CO2腐食性を低下させ、さらには熱間加工性をも低下させる。このため、Siは0.50%以下に限定した。
Mnは、強度を増加させる元素であり、本発明における所望の強度を確保するために0.10%以上の含有を必要とするが、1.80%を超えて含有すると靭性に悪影響を及ぼす。このため、Mnは0.10〜1.80%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.25〜0.80%である。
Pは、耐CO2耐食性、耐CO2応力腐食割れ性、耐孔食性および耐硫化物腐食割れ性をともに劣化させる元素であり、本発明では可及的に低減することが望ましいが、極端な低減は製造コストの上昇を招く。工業的に比較的安価に実施可能でかつ耐CO2腐食性、耐CO2応力腐食割れ性、耐孔食性および耐硫化物応力腐食割れ性をともに劣化させない範囲でPは0.03%以下とした。なお、好ましくは0.02%以下である。
Sは、パイプ製造過程において熱間加工性を著しく劣化させる元素であり、可及的に少ないことが望ましいが、0.005%以下に低減すれば通常工程でのパイプ製造が可能となることから、Sはその上限を0.005%とした。なお、好ましくは0.003%以下である。
Crは、保護皮膜を形成して耐食性を向上させる元素であり、とくに耐CO2腐食性、耐CO2応力腐食割れ性の向上に寄与する有効な元素である。本発明では特に、高温における耐食性向上の観点からは14.0%以上の含有を必要とする。一方、17.0%を超える含有は熱間加工性を劣化させる。このため、Crは14.0〜17.0%の範囲に限定した。
Niは、保護皮膜を強固にして、耐CO2腐食性、耐CO2応力腐食割れ性、耐孔食性および耐硫化物応力腐食割れ性を高める作用を有し、さらに固溶強化により鋼の強度を増加させる元素である。このような効果は、5.0%以上の含有で認められる。一方、8.0%を超える含有は、マルテンサイト組織の安定性が低下し、強度が低下する。このため、Niは5.0〜8.0%の範囲に限定した。
Moは、Cl-による孔食に対する抵抗性を増加させる元素であり、本発明では、1.0%以上の含有を必要とする。Moが1.0%未満では高温環境下での耐食性が不十分となる。一方、3.5%を超える含有は、δ−フェライトの発生を招き、耐CO2腐食性、耐CO2応力腐食割れ性および熱間加工性が低下するとともに、製造コストの高騰を招く。このため、Moは1.0〜3.5%の範囲に限定した。なお、好ましくは1.5〜2.5%である。
Cuは、保護皮膜を強固にして、鋼中への水素の侵入を抑制し、耐硫化物応力腐食割れ性を高める元素であり、0.5%以上の含有でその効果が発揮されるが、3.5%を超える含有は、CuSの粒界析出を招き、熱間加工性が低下する。このため、Cuは0.5〜3.5%の範囲に限定した。なお、好ましくは、0.5〜2.0%である。
Alは、強力な脱酸作用を有する元素であり、0.001%以上含有することが望ましいが、0.05%を超える含有は、靭性に悪影響を及ぼす。このため、Alは0.05%以下に限定した。なお、好ましくは0.02%以下である。
Vは、強度を上昇させるとともに、耐応力腐食割れ性を改善する効果を有する。このような効果は、0.03%以上の含有で顕著となるが、0.20%を超えて含有すると、靭性が劣化する。このため、Vは0.20%以下に限定した。なお、好ましくは0.03〜0.10%である。
Nは、耐孔食性を著しく向上させる元素であるが、このような効果は0.03%以上の含有で認められるが、0.15%を超える含有は、種々の窒化物を形成して靭性を劣化させる。このため、Nは0.03〜0.15%の範囲に限定した。なお、この好ましくは0.03〜0.08%である。
Oは、鋼中では酸化物として存在し各種特性に大きな影響を及ぼすため、できるだけ低減することが好ましい。O含有量が0.006%を超えて多くなると、熱間加工性、耐CO2応力腐食割れ性、耐孔食性、耐硫化物応力腐食割れ性および靭性を著しく低下させる。このため、本発明では、Oは0.006%以下に限定した。なお、好ましくは0.004%以下である。
Nb、Tiは、いずれもMC型炭窒化物を形成し、強度の増加、および靭性の向上に寄与する元素であり、本発明では重要な元素で選択して1種または2種を含有する。このような効果を得るためには、Nb:0.02%以上、Ti:0.02%以上含有することが好ましいが、Nb:0.2%、Ti:0.3%を超える含有は靭性を低下させる。このため、Nb:0.2%以下、Ti:0.3%以下に限定した。なお、好ましくは、Nb:0.04〜0.12%、Ti:0.04〜0.15%である。
Caは、SをCaSとして固定し硫化物系介在物を球状化する作用を有し、これにより介在物周囲のマトリックスの格子歪を小さくして、介在物の水素トラップ能を低下させる効果を有する。このような効果は0.0005%以上の含有で顕著となるが、0.01%を超える含有は、CaOの増加を招き、耐CO2腐食性、耐孔食性が低下する。このため、Caは0.0005〜0.01%の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは、0.0005〜0.005%である。
Zr、B、Wは、いずれも強度を増加させる作用を有し、必要に応じ選択して1種または2種以上を含有できる。また、Zr、B、Wは、いずれも耐応力腐食割れ性を改善する作用も有している。このような効果は、Zr:0.02%以上、B:0.0005%以上、W:0.1%以上の含有で顕著となるが、Zr:0.2%、B:0.01%、W:3.0%をそれぞれ超える含有は、靭性を劣化させる。このため、Zr:0.2%以下、B:0.01%以下、W:3.0%以下に限定することが好ましい。
また、本発明のステンレス鋼管は、マルテンサイト相を主相とし、残留オーステナイト相を体積率で3〜30%含有する基地組織を有することが好ましい。ここでいう「主相」とは、体積率で50%を超えて存在する組織をいうものとする。残留オーステナイト相を体積率で3%以上含有することにより、高靭性を得ることができる。一方、30%を超える残留オーステナイト相の含有は強度を著しく低下させる。なお、体積率で3%以下のフェライト相を含有しても何ら問題はない。フェライト相が3%を超えると熱間加工性が劣化する。本発明のステンレス鋼管では、これらの基地組織中に上記した析出物を分散させた組織とすることが好ましい。
T(2.5+logt)/100≧43 ……(1)
(ここで、T:加熱温度(K)、t:保持時間(min))
を満足するように、加熱保持して所定量以上のMC型炭窒化物を析出させたのち、空冷以上の冷却速度で室温まで冷却する焼入れ処理を行なうことが好ましい。
Claims (3)
- mass%で、
C:0.05%以下、 Si:0.50%以下、
Mn:0.10〜1.80%、 P:0.03%以下、
S:0.005%以下、 Cr:14.0〜17.0%、
Ni:5.0〜8.0%、 Mo:1.0〜3.5%、
Cu:0.5〜3.5%、 Al:0.05%以下、
V:0.20%以下、 N:0.03〜0.15%、
O:0.006%以下
を含み、さらにNb:0.2%以下、Ti:0.3%以下のうちから選ばれた1種または2種を含有し、残部Feおよび不可避的不純物よりなる組成と、析出物中のMC型炭窒化物が全析出物量に対するmass%で3.0%以上存在する組織を有することを特徴とする高強度でかつ高耐食性を有する油井用高強度ステンレス鋼管。 - 前記組成に加えてさらに、mass%で、Ca:0.0005〜0.01%を含有する組成とすることを特徴とする請求項1に記載の油井用高強度ステンレス鋼管。
- 前記組成に加えてさらに、mass%で、Zr:0.2%以下、B:0.01%以下、W:3.0%以下のうちから選ばれた1種又は2種以上を含有する組成とすることを特徴とする請求項1または2に記載の油井用高強度ステンレス鋼管。
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