JPH02217445A - 油井分野チューブ製品向けの改善されたオーステナイト型Ｆｅ―Ｃｒ―Ｎｉ合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高強度・耐食性合金に関するものであり、特
には臨界量のニッケル、クロム、珪素、銅、モリブデン
及びマンガンを含有し、残部が鉄及び随伴不純物である
新規にして有用なオーステナイト型合金に関する。

本合金は、高強度、ゴーリング耐性及び応力下での耐食
性を有し、油井チェーブ製品等の用途に適する。

ｌ亘立１１ 深いサワー油（硫黄分等が多い油）油井の苛酷な環境に
おいても完全性を保持するような高強度・耐食性合金へ
の必要性が、容易に得られるスィート油（硫黄分が少な
い油）埋蔵量の減少に伴い新たに必要とされている。サ
ワー油油井は高温高圧において相当量の硫化水素、二酸
化炭素及び塩化物溶液を含有している可能性があるから
、応力及び腐食条件下でも一層優れた破損耐性を有する
合金が所望される。

え米ユｌ 腐食を最小限にする為に、別の用途に対して様々の高合
金ステンレス鋼及びニッケル合金が現在使用されている
。しかしながら、これら合金の大半に伴う欠点は、合金
元素含有量の増大及び製造が比較的複雑なことに由りコ
ストが比較的高いこと並びにこれら合金が未だ尚応力腐
食割れを受けるとの事実である。多くの冶金学的因子が
これら合金の機械的及び腐食挙動に影響を与える。これ
ら因子としては、ミクロ組織、組成及び強度が含まれる
。これら因子のすべてが相互に関連し、従ってサワー油
油井用途に関してはこれらが厳密に制御されそして最適
化されねばならない。

米国特許第４．４００，２０９　、４，４００，２１０
　。

４．４００，２１１　、４，４００．３４９及び４゜４
２１，５７１号は、深い油井ケーシング、チューブ及び
ドリルバイブ用に特に有用な高強度合金を開示し、これ
はニッケル、クロム、マンガン及びモリブデンを含む組
成を使用する。これら特許はまた、クロム及びモリブデ
ンの存在量と特定の関係を満たすタングステンの添加を
必要とし、全体としてこれらは合金中のかなりの比率を
構成する。

米国特許第４．４８９．０４０号もまた、ニッケル及び
クロム＋タングステンを含む耐食性合金を開示する。

米国特許第４．４０９．０２５及び４，４１９．１２９
号並びに同４．３８５．９３３号に開示されるような耐
食性ニッケルークロム合金に対する添加材としてチタン
もまた使用されている。

米国特許第４．５０５，２３２．４，４８７．７４４及
び４．４４４．５８９号に開示されるような耐食整合金
に対してはニオブが添加材である。

比較的低含有量のクロム及びニッケルを提唱する耐酸化
性オーステナイト鋼が米国特許第４．５３０、７２０号
に開示される。

米国特許第４，４２１．５５７号に開示されるようにオ
ーステナイト型ステンレス鋼に対してランタンを添加材
として使用出来る。

が　　　　　　よ　　と　　る 主として油チューブ製品において使用されることを意図
する合金においては、コストが重要な考慮事項である。

従来からの市販合金は３８〜４６重量％の高価なニッケ
ルを含有する。タングステン、チタン、ニオブ及びラン
タンを含むこともコスト増加につながる、また比較的高
いクロム含有分を含む上記文献の幾つかに示されるよう
に、窒素の存在が所望されている。窒素添加材は安定し
たオーステナイト組織を維持するためにクロムと置換す
るべく幾つかの合金において使用された。

クロムは通常フェライト形態で存在する。しかしながら
、窒素等の不純物は、こうした苛酷な用途では耐食性等
に有害な影響を及ぼす。

本発明の課題は、コスト効果を保持したまま、高強度、
延性、応力下での耐食性及び冶金学的安定性の良好な組
合せを達成し、熱間或いは冷間いずれでも容易に作製出
来、苛酷な環境条件下で応力腐食割れに対して優れた耐
性を有するとともに改善されたピッチング（孔食）及び
ゴーリング耐性を有する合金を開発することである。コ
スト節減のために、高価な元素、特にニッケルを合金の
望ましい特性を犠牲にすることなく比較的低い水準に低
減することを課題とする。

゛　るた　の 本発明合金は、油チューブ製品において主として使用さ
れることを意図するから、コストが重要な考慮事項であ
る。従って、コスト効果を保持したまま、高強度、延性
、応力下での耐食性及び冶全学的安定性の良好な組合せ
を達成することが必要である。

本発明は、含有元素の総合効果によって、非常に望まし
い機械的性質及び耐食性の組合せを与える、完全にオー
ステナイト質組織の合金を開発することに成功した。

本発明に従えば、重量％で表わして、２７〜３２％Ｎｉ
；２４〜２８％Ｃｒ；　１．２５〜３．０％Ｃｕ；１、
　Ｏ〜３．０％Ｍｏ；　１．５〜２．７５％５ｉｌｌ、
Ｏ〜２．０％Ｍｎを含有し、０．０１５％Ｎ１各０．１
０％Ｂ、Ｖ及びＣ，，０，３０％ＡＩ、０．０３％Ｐ並
びに０．０２％Ｓ以下に規制され、残部がＦｅ及び随伴
不純物から実質土酸る、高強度及び応力下での耐食性を
有する特に油井チューブ製品用オーステナイト合金が提
供される。

本発明は、熱間或いは冷間いずれでも容易に作製出来る
合金を提供する０本発明高強度合金は、合金が実際に遭
遇する環境条件に均等或いはもっと苛酷な試験条件下で
応力腐食割れに対して優れた耐性を有する。本合金はま
た、改善されたピッチング（孔食）及びゴーリング耐性
を有する。コスト節減のために、高価な元素、特にニッ
ケルは合金の望ましい特性を犠牲にすることなく比較的
低い水準に低減されている。

本合金は実質上タングステン、チタン、ニオブ及びラン
タンを含まず、そして先行技術において慣用されてきた
よりもはるかに少ない窒素しか使用しない。

良１医二上ｌ 臨界的な成分の組合せを見出すのに４６種の合金につい
て比較選別試験を行なった。試験した合金のうち市販合
金は、３８〜４６重量％ニッケルを含有するｒアロ（８
２５Ｊ　として表示されるものであった。本発明合金は
約１７％製造費を低減することに成功した１本発明合金
は［アロ（８２５Ｊ　と実質同じそして幾つかの場合も
っと良好な性能を示した。

試験された他の合金は他の様々の点で不充分であった。

例えば、マンガンを例にとると、その含有量が低過ぎた
り或いは高すぎると、合金の鍛造が非常に困難となる。

これは特に、合金がエレクトロスラグ溶解（ＥＳＲ）に
より製造されたときにそうであった。

本発明合金はコンピュータ設計手法を採用して多くの試
験合金の中から高強度及び耐食性を含めて上述した課題
を実現するよう選定された。

表１は、本発明合金の各成分の研究室サンプルと好まし
い範囲及び許容範囲とを、重量％に基づいて、示すもの
である。

０、Ｏｌ １．４２ ２．２０ ０．００９ ０．００４ ２５．３ ３０．３ １．５３ １．８８ ０．１７ ０．００１未満 ０．０１４ ０．００５３ ３ｐｐｍ 征滅ユ」【１墨 ０．０１−０．０３ １．２５−１．７５ １．７５−２．２５ ０．０２　　Ｍａｘ。

０．００９　　Ｍａｘ。

２５．５−２６．５ ２９．５−３０．５ １．４−１．６ １．７５−２．２５ ０．０５　　Ｍａｘ。

０．００６　　Ｍａｘ ０．１．ＯＭａｘ。

１．０−２．０ １．５−２．７５ ０．０３　　Ｍａｘ。

０．０２　　Ｍａｘ。

１．０−３．０ １．２５−３．０ ０．３０　　Ｍａｘ。

０．１０　　Ｍａｘ。

０．１０　　Ｍａｘ。

０、Ｏ１５Ｍａｘ。

本発明合金はオーステナイト組織であるから、そして炭
素及び窒素は強力なオーステナイト安定化剤であるけれ
ども、炭素或いは窒素はいずれも本組成において必須で
はない、むしろ、指定値以下に低減することが安定した
性質を得る為に好ましい。

ニッケルが、合金のオーステナイトバランス及びその所
望の性質、特に熱間加工性及び耐食性を保証する。この
ためには下限以上のニッケル添加が必要である。上限を
超えてのニッケルの添加は、合金の有用性に相応に寄与
することなくコストを賦課する。即ち、コスト増に見合
うだけ性能が改善されない、有益には、３０．５重量％
以下のニッケルしか必要とされない。これは、３８〜４
０重量％ニッケルを含有する「アロイ８２５」に比べて
対照的に低い。

クロムは合金に耐食性を付与するための主添加元素であ
り、好ましくは２５，３、より好ましくは２５．５重量
％以上添加さ・れる、上限を超えての多量のクロム添加
はフェライト及びシグマ相の析出を生じる危険がある。

燐及び硫黄は、耐食性及び鍛造性に及ぼすそれらの所望
されざる影響を回避するために意図的に指定値以下に低
く維持される。

珪素は、応力腐食割れ性を向上するために下限以上添加
される。上限を超えての添加は加工性等に悪影響を及ぼ
す。

銅もまた、耐食性に、特に酸環境下で寄与するものと考
えられる。ニッケルと同じく、銅はオーステナイトバラ
ンスを安定化する作用を為す。

モリブデンは一般耐食性及び孔食耐性を改善するために
添加される。

マンガンは指定された範囲において高温での加工性を改
善しそして適正な合金組織を得るのに有用である。

硼素、バナジウム及びアルミニウムも指定値以下に規制
することが望ましいことが判明した。

これらを総合的に勘案して上述の上限及び下限が設定さ
れた。

夫五五及旦上上皇 本発明合金の有益な性質を実証するために次の試験を行
なった。

表１に記載した押金から２０ボンドのインゴットを鋳造
した。合金は真空誘導加熱により調製した。２２００下
×１時間均熱化した後、インゴットを１８００〜２０５
０’Ｆの温度範囲で鍛造して０、９２０”直径のバーに
加工した。バーを冷間スェージングにより４３〜７２％
減厚した。冷間加工状態で室温引張性質を測定した。

これらの測定結果を表２に呈示する（ＹＳ：降伏強さ、
ＵＴＳ　：最大引張強さ）。

本発明の合金は、各種腐食性媒体に対する耐性のユニー
クな組合せにより特性づけられる。スェージ加工された
バーから切り出されたサンプルを０、２００”直径の平
滑な引張試験片に加工しそして応力腐食試験した。

試験結果を表３に示す。

艮ユ １．２４．０　　　（８５４）　　　１３３．６　　（
９２１）　　　　　　２１．２１４０．６　　（９６９
）　　　１４９．３　　（１０２９）　　　　　１８．
１７４．６ ７１．２ ２５％Ｎａｃｌ −１［１％ｏｓｓ　　４３％　　１２４．０　　　　　
１１１．７　　　　　７２ＯＮＦ９０％ＣＯ□、ＣＷ　
　　　（８５４）　　　　　（７７０）１０００ｐｓｉ
ｇ ５００下 （注）降伏強さ０．２％歪みに対する応力ＮＦ：指示時
間で破損生ぜず ＣＷニスエージによる冷間加工 優れた応力腐食割れを有するに加えて、本発明合金は、
「アロイ８２５」について行なわれた同様の試験結果に
比べて、塩化物環境（５％ＦｅＣ１５−１０％ＮａＣ１
（７５Ｔ　）溶液）において孔食に対する改善された耐
性及び著しく改善されたゴーリング耐性を有する。

本発明合金は主として、冷間加工されるとき、高強度チ
ューブ製品及び類似物品においての使用を意図する０本
合金は、熱間加工性、冷開成形性並びに特にＭｇＣ１ｇ
溶液中での応力腐食割れ耐性において著しく良好であり
そして「アロイ８２５」のような他のもっと高価な合金
と比べて改善された孔食及びゴーリング耐性を示す。本
発明合金は主としてチューブ製品を意図して開発された
が、他の種賦形物や成形物にも使用出来る。

比較のため調製された合金の幾つかを表４に示される組
成を有する。

表５は、これら合金及び幾つか並びに市販合金に付いて
為されたゴーリング試験の結果をまとめたものである。

本発明合金も比較のため含まれている。

表６は、これら合金の幾つかの引張性質を１本発明合金
を使用しての４つの試験結果と併せて示す。

本発明 ＜０．０１ １．４２ ０、００９ ２．２０ ２５．２７ ３０、３１ １．５３ ！、８８ ０．１７ ＜ｏ、ｏｏｉ ０、００５３ ０、０１４ 及朋四と肱呈 本発明合金は主として、冷間加工されるとき、油井用高
強度チューブ製品及び類似物品においての使用に有益で
ある。本合金は、熱間加工性、冷開成形性並びに特にＭ
ｇＣ１＊溶液中での応力腐食割れ耐性において著しく良
好でありそして市販のもっと高価な合金と比べて改善さ
れた孔食及びゴーリング耐性を示す。本合金は実質上、
タングステン、チタン、ニオブ及びランタンを含まず、
そして先行技術において慣用されてきたよりもはるかに
少ない窒素しか使用しない。本合金は低水準のニッケル
しか含有せず、３８〜４６重量％ニッケルを含有するア
ロイ８２５のような市販合金に比較して製造費を約１７
％も低減することに成功した。

以上、本発明の具体例について説明したが、本発明の範
囲内で多くの変更を為しうることを銘記されたい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）重量％で表わして、 ２７〜３２％　Ｎｉ ２４〜２８％　Ｃｒ １．２５〜３．０％　Ｃｕ １．０〜３．０％　Ｍｏ １．５〜２．７５％　Ｓｉ １．０〜２．０％　Ｍｎ を含有し、そして０．０１５％Ｎ、各０．１０％Ｂ、Ｖ
   及びＣ、０．３０％Ａｌ、０．０３％Ｐ並びに０．０２
   ％Ｓ以下に規制し、残部がＦｅ及び随伴不純物から実質
   上成る、高強度、ゴーリング耐性及び応力下での耐食性
   を有する油井チューブ製品用オーステナイト合金。 ２） ２９．５〜３０．５％　Ｎｉ ２５．５〜２６．５％　Ｃｒ １．７５〜２．２５％　Ｃｕ １．４〜１．６％　Ｍｏ １．７５〜２．２５％　Ｓｉ １．２５〜１．７５％　Ｍｎ を含有し、そして０．００６％Ｎ、０．００９％Ｓ及び
   ０．０２％Ｐ以下に規制された特許請求の範囲第１項記
   載の合金。 ３）随伴不順物として５３ｐｐｍ酸素を含有する特許請
   求の範囲第２項記載の合金。