JPH0372699B2 - - Google Patents
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- JPH0372699B2 JPH0372699B2 JP57092328A JP9232882A JPH0372699B2 JP H0372699 B2 JPH0372699 B2 JP H0372699B2 JP 57092328 A JP57092328 A JP 57092328A JP 9232882 A JP9232882 A JP 9232882A JP H0372699 B2 JPH0372699 B2 JP H0372699B2
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Description
この発明は、高強度並びに優れた耐食性、特に
優れた耐応力腐食割れ性を有し、これらの特性が
要求される苛酷な条件下での石油および天然ガス
の採掘に用いられる油井管用として用いるのに適
した合金に関するものである。 近年、油井および天然ガス井は深井戸化の傾向
が著しく、加えて産出油や産出ガス中には湿潤な
硫化水素（H2S）をはじめとして、炭酸ガス
（CO2）や塩素イオン（Cl-）などの腐食性成分が
含まれることが多くなつてきている。 このように井戸深さが増大すると、産出する原
油やガスの圧力、さらに地層の土圧が増加するよ
うになると共に、使用される油井管自身の自重に
よる引張荷重も増加するようになることから、こ
れに使用される油井管には、これらの力に耐え得
る高強度が要求されるばかりでなく、H2S、
CO2、およびCl-などの腐食性成分を含有する油
井およびガス井環境（以下H2S−CO2−Cl-油井
環境という）下での腐食の主たるものが応力腐食
割れであることから、優れた耐応力腐食割れ性を
具備することが要求される。 一方、油井管の防食には、インヒビタと呼ばれ
る腐食抑制剤を油井管内に投入する方法が一般的
方法として用いられているが、この方法は油井お
よびガス井が海上にある場合などには有効に活用
できないことも多く、また十分な成果も期待でき
ない。さらに油井管を保護皮膜で被覆する方法を
用いる場合もあるが、この場合も十分な防食成果
は期待できない。 このような事情に鑑み、最近ではステンレス鋼
をはじめとし、インコロイやハステロイ（いずれ
も商品名）などの高級な材料を油井管の製造に用
いる試みもなされているが、これらの材料のうち
特にインコロイやハステロイは、いずれも高価な
Niを多量に含有するために高価なものとなるば
かりでなく、いずれの材料もH2S−CO2−Cl-油
井環境下での腐食挙動についての詳細は十分に解
明されるに至つておらず、しかも深井戸用油井管
に要求される高強度を具備していないものであ
る。 そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、深井戸や、苛酷な腐食環境、特にH2S−CO2
−Cl-油井環境下での石油および天然ガスの採掘
に十分耐え得る高強度と優れた耐応力腐食割れ性
を具備した油井管用材料を得べく研究を行つた結
果、 (a) H2S−CO2−Cl-油井環境下における腐食の
主たるものは応力腐食割れであるが、この場合
の応力腐食割れは、オーステナイトステンレス
鋼における一般的な応力腐食割れとは挙動を全
く異にするものであること。すなわち、一般の
応力腐食割れがCl-の存在と深く係わるもので
あるのに対して、H2S−CO2−Cl-油井環境に
よるものでは、Cl-もさることながら、それ以
上にH2Sの影響が大きいこと。 (b) 油井管として実用に供される鋼管は、一般に
強度上の必要から冷間加工が施されるが、冷間
加工は上記応力腐食割れに対する抵抗性を著し
く減少させること。 (c) H2S−CO2−Cl-油井環境での鋼の溶出速度
（腐食速度）は、Mn、Cr、Ni、Mo、およびＷ
の含有量に依存し、これらの成分からなる表面
皮膜によつて耐食性が、保持され、かつこれら
の成分は応力腐食割れに対してもその抵抗性を
高め、特に、MnはNiの1/2の効果をもち、ま
たMoはCrと同等の効果をもち、さらにＷは
Moの1/2の効果をもつことから、 １／２Mn（％）＋Ni（％）：20％以上、 Cr（％）＋Mo（％）＋１／２Ｗ（％）：25％以上、 Mo（％）＋１／２Ｗ（％）：1.5〜4.0％未満、 を満足すると共に、Mn：3.0〜15.0％、Cr：
22.5％超〜30.0％、Ni：15.0〜25.0％未満を含
有し、さらにMo：4.0％未満およびＷ：8.0％
未満のうちの１種または２種を含有すると、冷
間加工材であつても、きわめて腐食性の強い
H2S−CO2−Cl-油井環境下、特に150℃以下の
H2S−CO2−Cl-油井環境下において、応力腐
食割れに対して優れた抵抗性を示す表面皮膜が
得られること。 (d) Ni成分は、表面皮膜に対する作用だけでな
く、組織的にも耐応力腐食割れ性を高める作用
をもつこと。 (e) 合金成分としてＮを0.1〜0.4％含有させると
一段と合金強度が向上するようになること。 (f) 合金成分としてCoを0.05〜3.0％含有させる
と、合金は一段と固溶強化および加工強化する
ようになると共に、耐応力腐食割れ性も向上す
るようになること。 (g) 合金成分としてCuを0.05〜3.0％含有させる
と合金の強度および耐食性が一段と向上するよ
うになること。 (h) 合金成分として希土類元素：0.001〜0.10％、
Ｙ：0.001〜0.20％、Mg：0.001〜0.10％、Ca：
0.001〜0.10％、およびTi：0.005〜0.50％のう
ちの１種または２種を含有させると、合金の熱
間加工性が一段と改善されるようになること。 以上(a)〜(h)に示される知見を得たのである。 したがつて、この発明は、上記知見にもとづい
てなされたものであつて、Ｃ：0.1％以下、Si：
1.0％以下、Mn：3.0〜15.0％、Ｐ：0.030％以下、
Ｓ：0.010％以下、Sol.Al：0.5％以下、Cr：22.5
％超〜30.0％、Ni：15.0〜25.0％未満、Ｎ：0.1〜
0.4％を含有し、Mo：4.0％未満およびＷ：8.0％
未満のうちの１種または２種を含有し、さらに必
要に応じて、Co：0.05〜3.0％、Cu：0.05〜3.0
％、希土類元素：0.001〜0.10％、Ｙ：0.001〜
0.20％、Mg：0.001〜0.10％、Ca：0.001〜0.10
％、およびTi：0.005〜0.50％のうちの１種また
は２種以上を含有し、かつ、 １／２Mn（％）＋Ni（％）：20％以上、 Cr（％）＋Mo（％）＋１／２Ｗ（％）：25％以上、 Mo（％）＋１／２Ｗ（％）：1.5〜4.0％未満、 を満足し、残りがFeとその他の不可避不純物か
らなる組成（以上重量％）を有する耐応力腐食割
れ性に優れた油井管用高強度合金に特徴を有する
ものである。 つぎに、この発明の合金において、成分組成範
囲を上記の通りに限定した理由を説明する。 (a) Ｃ Ｃ成分が0.1％を越えて含有するようになる
と、粒界に応力腐食割れが生じやすくなること
から、その含有量の上限値を0.1％と定めた。 (b) Si Si成分は脱酸成分として必要な成分である
が、その含有量が1.0％を越えると熱間加工性
および延性が劣化するようになることから、そ
の上限値を1.0％と定めた。 (c) Mn Mn成分には、上記の通りNi、Cr、Mo、お
よびＷとの共存において耐応力腐食割れ性を改
善するほか、冷間加工による強度向上を促進
し、さらにＮの固溶を促進させる作用がある
が、その含有量が3.0％未満では前記作用に所
望の効果が得られず、一方15.0％を越えて含有
させると熱間加工性が劣化するようになること
から、その含有量を3.0〜15.0％と定めた。 (d) Ｐ Ｐ成分には、応力腐食割れに対する感受性を
高める作用があり、この作用は、その含有量が
0.030％を越えると大きく現われるようになる
ことから、その上限値を0.030％と定めた。 (e) Ｓ Ｓ成分には、合金の熱間加工性を劣化させる
作用があり、この作用は、その含有量が0.010
％を越えると顕著に現われる傾向にあり、した
がつてその含有量の上限値を0.010％と定めた。 (f) sol.Al AlはSiと同様に脱酸成分として有効な成分
であり、sol、Al含有量で0.5％まで含有させて
も合金特性を何らそこなうものではないことか
ら、その含有量の上限値を、sol、Alで0.5％と
定めた。 (g) Cr Cr成分には、Mn、Ni、Mo、およびＷ成分
との共存において耐応力腐食割れ性を著しく改
善する作用があるが、その含有量が22.5％以下
では相対的に低いNi含有量との関係で所望の
優れた耐応力腐食割れ性を確保することができ
ず、一方30.0％を越えて含有させると、熱間加
工性が劣化するようになることから、その含有
量を22.5％超〜30.0％と定めた。 (h) Ni Ni成分には合金の耐応力腐食割れ性を向上
させる作用があるが、その含有量が15.0％未満
では所望の優れた耐応力腐食割れ性を確保する
ことができず、また組織面から熱間加工性を劣
化させる場合があり、一方25.0％以上含有させ
ても第１図や第２表の環境下では耐応力腐食割
れ性により一層の向上効果が現われないことか
ら、経済性をも考慮して、その含有量を15.0〜
25.0％未満と定めた。 (i) Ｎ Ｎ成分には、合金組織を改善し、かつ素地に
固溶して、これを強化する作用があるが、その
含有量が0.1％未満では前記作用に所望の効果
が得られず、一方0.4％を越えると、合金の溶
製および造塊が困難となることから、その含有
量を0.1〜0.4％と定めた。 (j) MoおよびＷ 上記の通り、これらの成分には、Mn、Cr、
およびNiとの共存において耐応力腐食割れ性
を改善する均等的作用があるが、それぞれ
Mo：4.0％以上およびＷ：8.0％以上含有させ
ても、特に150℃以下のH2S−CO2−Cl-油井環
境ではより一層の向上効果が現われないことか
ら、経済性を考慮して、その含有量をMo：4.0
％未満、およびＷ：8.0％未満とそれぞれ定め
た。 (k) Co Co成分には、素地に固溶して、これを強化
するばかりでなく、加工強化を促進し、さらに
合金の耐応力腐食割れ性を向上させる作用があ
るので、これらの特性が要求される場合に必要
に応じて含有されるが、その含有量が0.05％未
満では前記作用に所望の向上効果が得られな
い。一方Coは高価であるため、ここでは経済
性を考慮して、その含有量を0.05〜3.0％と定
めた。 (l) Cu Cu成分には、合金の強度および耐食性を向
上させる作用があるので、特にこれらの特性が
要求される場合に必要に応じて含有されるが、
その含有量が0.05％未満では前記作用に所望の
向上効果が現われず、一方3.0％を越えて含有
させると合金の熱間加工性が劣化するようにな
ることから、その含有量を0.05〜3.0％と定め
た。 (m) 希土類元素、Ｙ、Mg、Ca、およびTi これらの成分には、熱間加工性を改善する作
用があるので、特に厳しい条件下で熱間加工を
行なう必要がある場合などに含有されるが、そ
の含有量がそれぞれ希土類元素：0.001％未満、
Ｙ：0.001％未満、Mg：0.001％未満、Ca：
0.001％未満、およびTi：0.005％未満では所望
の熱間加工性改善効果が得られず、一方希土類
元素：0.10％、Ｙ：0.20％、Mg：0.10％、
Ca：0.10％、およびTi：0.50％をそれぞれ越え
て含有させると、せつかくの熱間加工性改善効
果に劣化傾向が現われるようになることから、
それぞれの含有量を、希土類元素：0.001〜
0.10％、Ｙ：0.001〜0.20％、Mg：0.001〜0.10
％、Ca：0.001〜0.10％、およびTi：0.005〜
0.50％と定めた。 (n) １／２Mn（％）＋Ni（％）および Cr（％）＋Mo（％）＋１／２Ｗ（％） 第１図は、厳しい腐食環境下、すなわちH2S
−CO2−Cl-油井環境に相当する環境下での耐
応力腐食割れ性に関して、Cr（％）＋Mo（％）＋
１／２Ｗ（％）と１／２Mn（％）＋Ni（％）との関係を 示したものである。すなわち、Mn、Cr、Ni、
Mo、およびＷの含有量を種々変化させたFe−
Mn−Cr−Ni−Mo系、Fe−Mn−Cr−Ni−Ｗ
系、およびFe−Mn−Cr−Ni−Mo−Ｗ系の合
金を溶製し、鋳造し、鍛伸および熱間圧延を施
して板厚：12mmの熱延板とし、ついでこの熱延
板に、温度：1075℃に30分間保持後水冷の溶体
化処理を施した後、強度向上の目的で、加工
率：25％の冷間加工を施し、この結果得られた
冷延板から圧延方向と直角に、厚さ：２mm×
幅：10mm×長さ：75mmの試験片を切り出し、こ
の試験片について、第２図に示す３点支持ビー
ム治具を用い、前記試験片Ｓに降伏強さ（0.2
％耐力）に相当する引張応力を付加した状態
で、H2Sを７気圧の圧力で、CO2を10気圧の圧
力で飽和させた10％NaCl溶液（温度：150℃）
中に960時間浸漬の応力腐食割れ試験を行ない、
試験後、前記試験片における割れ発生の有無を
観察した。これらの結果にもとづき、１／２Mn （％）＋Ni（％）とCr（％）＋Mo（％）＋１／２Ｗ（％
） との関係においてプロツトしたところ、応力腐
食割れに関して第１図に示される結果を示した
のである。なお、第１図において、○印は割れ
発生なし、×印は割れ発生ありをそれぞれ示す
ものである。第１図に示される結果から、Cr
（％）＋Mo（％）＋１／２Ｗ（％）の値が25％未満に して、１／２Mn（％）＋Ni（％）の値が20％未満の 範囲では所望の耐応力腐食割れ性が得られない
ことが明らかである。以上の結果から、優れた
耐応力腐食割れ性を確保するためには、Cr
（％）＋Mo（％）＋１／２Ｗ（％）：25％以上、１／２ Mn（％）＋Ni（％）：20％以上とする必要があ
る。 (o) Mo（％）＋１／２Ｗ（％） MoとＷの含有量に関して、Mo（％）＋１／２Ｗ （％）で規定するのは、ＷがMoに対し原子量
が約２倍で、効果の点では約半分で均等となる
ことからで、この値が1.5％未満では所望の耐
応力腐食割れ性を確保することができず、一
方、この値が4.0％以上となるMoおよびＷを含
有させても、上記の通りより一層の耐応力腐食
割れ性向上効果は現われず、実質的に不必要な
量のMoおよびＷの含有となり、コスト高の原
因となつて経済的でないことから、Mo（％）＋
１／２Ｗ（％）の値を1.5〜4.0％未満と定めた。 なお、この発明の合金において、その他の不可
避不純物としてＢ、Sn、Pb、およびZnをそれぞ
れ0.05％以下の範囲で含有しても、この発明の合
金の特性が何らそこなわれるものではない。 また、この発明の合金より油井管を製造するに
際しては、まず通常の電気炉、アルゴン−酸素脱
炭炉（AOD炉）、エレクトロスラグ溶解炉（ESR
炉）などを使用して所定の成分組成を有する溶鋼
を溶製し、重量：2ton程度の鋼塊とした後、1050
〜1250℃の温度に均熱した状態で、直径：150〜
300mm〓のビレツトに分塊し、引続いて1050〜1250
℃の温度に加熱し、熱間加工によつて管材とされ
るが、その際、強度を付与する目的で、再結晶の
進まない1000℃以下の温度範囲での肉厚減少率が
30％以上となる条件で熱間加工することによつて
管材とする工程が好ましい。この結果の管材は、
熱間加工ままの状態か、あるいは850〜1150℃の
温度で溶体化処理した状態で、さらに肉厚減少
率：５〜70％、望ましくは10〜50％の冷間加工を
施した状態で実用に供されるが、この状態の管材
は、降伏強さ（0.2％耐力）：70Kgｆ／mm2以上の高
強度を有し、かつ延性および靭性は勿論のこと耐
応力腐食割れ性に優れたものである。 つぎに、この発明の合金を実施例により比較例
と対比しながら説明する。 実施例 それぞれ第１表に示される成分組成をもつた溶
鋼を通常の溶解法にて調製した後、鋼塊となし、
この鋼塊を1050〜1200℃の温度に均熱し、熱間鍛
造を施してビレツトとし、この場合熱間加工性を
評価する目的でビレツトに割れの発生があるか否
かを観察し、さらにビレツトを中ぐりした後1050
〜1200℃の温度に加熱し、熱間押出加工を施して
管材とし、さらにこの管材に、強度を付与する目
的で、熱間加工ままの状態もしくは1050〜1125℃
の温度で溶体化した状態で、同じく第１表に示さ
れる肉厚減少率にて冷間抽伸加工を施すことによ
つて、外径：60.3mm〓×肉厚：５mmの本発明合金
管材１〜47、比較合金管材１〜９、および従来合
金管材１〜４をそれぞれ製造した。 なお、比較合金管材１〜９は、いずれも構成成
分のうちのいずれかの成分含有量あるいは条件式
（第１表に※印を付して表示）がこの発明の範囲
から外れた組成をもつものであり、また従来合金
管材１はSUS316に、従来合金管材２はSUS310S
に、従来合金管材３はSUS329J1に、さらに従来
合金管材４はインコロイ800にそれぞれ相当する
組成をもつものである。 ついで、この結果得られた各種の管材より長
さ：20mmの試験片をそれぞれ切出し、この試験片
より長さ方向にそつて中心角で60°に相当する部
分を切落し、この状態の試験片に第３図に正面図
で示されるようにボルトを貫通し、ナツトで締め
つけて管外表面に降伏強さ（0.2％耐力）に相当
する引張応力を付加し、この状態の試験片Ｓに対
して、H2Sをそれぞれ0.1気圧、１気圧、および
10気圧で、CO2をいずれも10気圧で含有させた３
種のH2S−CO2含有の10％NaCl溶液（液温：150
℃）中に960時間浸漬の応力腐食割れ試験を行な
い、試験後における応力腐食割れの有無を観察し
た。これらの結果を、上記の熱間鍛造時の割れ発
生の有無、降伏強さ（0.2％耐力）、およ
優れた耐応力腐食割れ性を有し、これらの特性が
要求される苛酷な条件下での石油および天然ガス
の採掘に用いられる油井管用として用いるのに適
した合金に関するものである。 近年、油井および天然ガス井は深井戸化の傾向
が著しく、加えて産出油や産出ガス中には湿潤な
硫化水素（H2S）をはじめとして、炭酸ガス
（CO2）や塩素イオン（Cl-）などの腐食性成分が
含まれることが多くなつてきている。 このように井戸深さが増大すると、産出する原
油やガスの圧力、さらに地層の土圧が増加するよ
うになると共に、使用される油井管自身の自重に
よる引張荷重も増加するようになることから、こ
れに使用される油井管には、これらの力に耐え得
る高強度が要求されるばかりでなく、H2S、
CO2、およびCl-などの腐食性成分を含有する油
井およびガス井環境（以下H2S−CO2−Cl-油井
環境という）下での腐食の主たるものが応力腐食
割れであることから、優れた耐応力腐食割れ性を
具備することが要求される。 一方、油井管の防食には、インヒビタと呼ばれ
る腐食抑制剤を油井管内に投入する方法が一般的
方法として用いられているが、この方法は油井お
よびガス井が海上にある場合などには有効に活用
できないことも多く、また十分な成果も期待でき
ない。さらに油井管を保護皮膜で被覆する方法を
用いる場合もあるが、この場合も十分な防食成果
は期待できない。 このような事情に鑑み、最近ではステンレス鋼
をはじめとし、インコロイやハステロイ（いずれ
も商品名）などの高級な材料を油井管の製造に用
いる試みもなされているが、これらの材料のうち
特にインコロイやハステロイは、いずれも高価な
Niを多量に含有するために高価なものとなるば
かりでなく、いずれの材料もH2S−CO2−Cl-油
井環境下での腐食挙動についての詳細は十分に解
明されるに至つておらず、しかも深井戸用油井管
に要求される高強度を具備していないものであ
る。 そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、深井戸や、苛酷な腐食環境、特にH2S−CO2
−Cl-油井環境下での石油および天然ガスの採掘
に十分耐え得る高強度と優れた耐応力腐食割れ性
を具備した油井管用材料を得べく研究を行つた結
果、 (a) H2S−CO2−Cl-油井環境下における腐食の
主たるものは応力腐食割れであるが、この場合
の応力腐食割れは、オーステナイトステンレス
鋼における一般的な応力腐食割れとは挙動を全
く異にするものであること。すなわち、一般の
応力腐食割れがCl-の存在と深く係わるもので
あるのに対して、H2S−CO2−Cl-油井環境に
よるものでは、Cl-もさることながら、それ以
上にH2Sの影響が大きいこと。 (b) 油井管として実用に供される鋼管は、一般に
強度上の必要から冷間加工が施されるが、冷間
加工は上記応力腐食割れに対する抵抗性を著し
く減少させること。 (c) H2S−CO2−Cl-油井環境での鋼の溶出速度
（腐食速度）は、Mn、Cr、Ni、Mo、およびＷ
の含有量に依存し、これらの成分からなる表面
皮膜によつて耐食性が、保持され、かつこれら
の成分は応力腐食割れに対してもその抵抗性を
高め、特に、MnはNiの1/2の効果をもち、ま
たMoはCrと同等の効果をもち、さらにＷは
Moの1/2の効果をもつことから、 １／２Mn（％）＋Ni（％）：20％以上、 Cr（％）＋Mo（％）＋１／２Ｗ（％）：25％以上、 Mo（％）＋１／２Ｗ（％）：1.5〜4.0％未満、 を満足すると共に、Mn：3.0〜15.0％、Cr：
22.5％超〜30.0％、Ni：15.0〜25.0％未満を含
有し、さらにMo：4.0％未満およびＷ：8.0％
未満のうちの１種または２種を含有すると、冷
間加工材であつても、きわめて腐食性の強い
H2S−CO2−Cl-油井環境下、特に150℃以下の
H2S−CO2−Cl-油井環境下において、応力腐
食割れに対して優れた抵抗性を示す表面皮膜が
得られること。 (d) Ni成分は、表面皮膜に対する作用だけでな
く、組織的にも耐応力腐食割れ性を高める作用
をもつこと。 (e) 合金成分としてＮを0.1〜0.4％含有させると
一段と合金強度が向上するようになること。 (f) 合金成分としてCoを0.05〜3.0％含有させる
と、合金は一段と固溶強化および加工強化する
ようになると共に、耐応力腐食割れ性も向上す
るようになること。 (g) 合金成分としてCuを0.05〜3.0％含有させる
と合金の強度および耐食性が一段と向上するよ
うになること。 (h) 合金成分として希土類元素：0.001〜0.10％、
Ｙ：0.001〜0.20％、Mg：0.001〜0.10％、Ca：
0.001〜0.10％、およびTi：0.005〜0.50％のう
ちの１種または２種を含有させると、合金の熱
間加工性が一段と改善されるようになること。 以上(a)〜(h)に示される知見を得たのである。 したがつて、この発明は、上記知見にもとづい
てなされたものであつて、Ｃ：0.1％以下、Si：
1.0％以下、Mn：3.0〜15.0％、Ｐ：0.030％以下、
Ｓ：0.010％以下、Sol.Al：0.5％以下、Cr：22.5
％超〜30.0％、Ni：15.0〜25.0％未満、Ｎ：0.1〜
0.4％を含有し、Mo：4.0％未満およびＷ：8.0％
未満のうちの１種または２種を含有し、さらに必
要に応じて、Co：0.05〜3.0％、Cu：0.05〜3.0
％、希土類元素：0.001〜0.10％、Ｙ：0.001〜
0.20％、Mg：0.001〜0.10％、Ca：0.001〜0.10
％、およびTi：0.005〜0.50％のうちの１種また
は２種以上を含有し、かつ、 １／２Mn（％）＋Ni（％）：20％以上、 Cr（％）＋Mo（％）＋１／２Ｗ（％）：25％以上、 Mo（％）＋１／２Ｗ（％）：1.5〜4.0％未満、 を満足し、残りがFeとその他の不可避不純物か
らなる組成（以上重量％）を有する耐応力腐食割
れ性に優れた油井管用高強度合金に特徴を有する
ものである。 つぎに、この発明の合金において、成分組成範
囲を上記の通りに限定した理由を説明する。 (a) Ｃ Ｃ成分が0.1％を越えて含有するようになる
と、粒界に応力腐食割れが生じやすくなること
から、その含有量の上限値を0.1％と定めた。 (b) Si Si成分は脱酸成分として必要な成分である
が、その含有量が1.0％を越えると熱間加工性
および延性が劣化するようになることから、そ
の上限値を1.0％と定めた。 (c) Mn Mn成分には、上記の通りNi、Cr、Mo、お
よびＷとの共存において耐応力腐食割れ性を改
善するほか、冷間加工による強度向上を促進
し、さらにＮの固溶を促進させる作用がある
が、その含有量が3.0％未満では前記作用に所
望の効果が得られず、一方15.0％を越えて含有
させると熱間加工性が劣化するようになること
から、その含有量を3.0〜15.0％と定めた。 (d) Ｐ Ｐ成分には、応力腐食割れに対する感受性を
高める作用があり、この作用は、その含有量が
0.030％を越えると大きく現われるようになる
ことから、その上限値を0.030％と定めた。 (e) Ｓ Ｓ成分には、合金の熱間加工性を劣化させる
作用があり、この作用は、その含有量が0.010
％を越えると顕著に現われる傾向にあり、した
がつてその含有量の上限値を0.010％と定めた。 (f) sol.Al AlはSiと同様に脱酸成分として有効な成分
であり、sol、Al含有量で0.5％まで含有させて
も合金特性を何らそこなうものではないことか
ら、その含有量の上限値を、sol、Alで0.5％と
定めた。 (g) Cr Cr成分には、Mn、Ni、Mo、およびＷ成分
との共存において耐応力腐食割れ性を著しく改
善する作用があるが、その含有量が22.5％以下
では相対的に低いNi含有量との関係で所望の
優れた耐応力腐食割れ性を確保することができ
ず、一方30.0％を越えて含有させると、熱間加
工性が劣化するようになることから、その含有
量を22.5％超〜30.0％と定めた。 (h) Ni Ni成分には合金の耐応力腐食割れ性を向上
させる作用があるが、その含有量が15.0％未満
では所望の優れた耐応力腐食割れ性を確保する
ことができず、また組織面から熱間加工性を劣
化させる場合があり、一方25.0％以上含有させ
ても第１図や第２表の環境下では耐応力腐食割
れ性により一層の向上効果が現われないことか
ら、経済性をも考慮して、その含有量を15.0〜
25.0％未満と定めた。 (i) Ｎ Ｎ成分には、合金組織を改善し、かつ素地に
固溶して、これを強化する作用があるが、その
含有量が0.1％未満では前記作用に所望の効果
が得られず、一方0.4％を越えると、合金の溶
製および造塊が困難となることから、その含有
量を0.1〜0.4％と定めた。 (j) MoおよびＷ 上記の通り、これらの成分には、Mn、Cr、
およびNiとの共存において耐応力腐食割れ性
を改善する均等的作用があるが、それぞれ
Mo：4.0％以上およびＷ：8.0％以上含有させ
ても、特に150℃以下のH2S−CO2−Cl-油井環
境ではより一層の向上効果が現われないことか
ら、経済性を考慮して、その含有量をMo：4.0
％未満、およびＷ：8.0％未満とそれぞれ定め
た。 (k) Co Co成分には、素地に固溶して、これを強化
するばかりでなく、加工強化を促進し、さらに
合金の耐応力腐食割れ性を向上させる作用があ
るので、これらの特性が要求される場合に必要
に応じて含有されるが、その含有量が0.05％未
満では前記作用に所望の向上効果が得られな
い。一方Coは高価であるため、ここでは経済
性を考慮して、その含有量を0.05〜3.0％と定
めた。 (l) Cu Cu成分には、合金の強度および耐食性を向
上させる作用があるので、特にこれらの特性が
要求される場合に必要に応じて含有されるが、
その含有量が0.05％未満では前記作用に所望の
向上効果が現われず、一方3.0％を越えて含有
させると合金の熱間加工性が劣化するようにな
ることから、その含有量を0.05〜3.0％と定め
た。 (m) 希土類元素、Ｙ、Mg、Ca、およびTi これらの成分には、熱間加工性を改善する作
用があるので、特に厳しい条件下で熱間加工を
行なう必要がある場合などに含有されるが、そ
の含有量がそれぞれ希土類元素：0.001％未満、
Ｙ：0.001％未満、Mg：0.001％未満、Ca：
0.001％未満、およびTi：0.005％未満では所望
の熱間加工性改善効果が得られず、一方希土類
元素：0.10％、Ｙ：0.20％、Mg：0.10％、
Ca：0.10％、およびTi：0.50％をそれぞれ越え
て含有させると、せつかくの熱間加工性改善効
果に劣化傾向が現われるようになることから、
それぞれの含有量を、希土類元素：0.001〜
0.10％、Ｙ：0.001〜0.20％、Mg：0.001〜0.10
％、Ca：0.001〜0.10％、およびTi：0.005〜
0.50％と定めた。 (n) １／２Mn（％）＋Ni（％）および Cr（％）＋Mo（％）＋１／２Ｗ（％） 第１図は、厳しい腐食環境下、すなわちH2S
−CO2−Cl-油井環境に相当する環境下での耐
応力腐食割れ性に関して、Cr（％）＋Mo（％）＋
１／２Ｗ（％）と１／２Mn（％）＋Ni（％）との関係を 示したものである。すなわち、Mn、Cr、Ni、
Mo、およびＷの含有量を種々変化させたFe−
Mn−Cr−Ni−Mo系、Fe−Mn−Cr−Ni−Ｗ
系、およびFe−Mn−Cr−Ni−Mo−Ｗ系の合
金を溶製し、鋳造し、鍛伸および熱間圧延を施
して板厚：12mmの熱延板とし、ついでこの熱延
板に、温度：1075℃に30分間保持後水冷の溶体
化処理を施した後、強度向上の目的で、加工
率：25％の冷間加工を施し、この結果得られた
冷延板から圧延方向と直角に、厚さ：２mm×
幅：10mm×長さ：75mmの試験片を切り出し、こ
の試験片について、第２図に示す３点支持ビー
ム治具を用い、前記試験片Ｓに降伏強さ（0.2
％耐力）に相当する引張応力を付加した状態
で、H2Sを７気圧の圧力で、CO2を10気圧の圧
力で飽和させた10％NaCl溶液（温度：150℃）
中に960時間浸漬の応力腐食割れ試験を行ない、
試験後、前記試験片における割れ発生の有無を
観察した。これらの結果にもとづき、１／２Mn （％）＋Ni（％）とCr（％）＋Mo（％）＋１／２Ｗ（％
） との関係においてプロツトしたところ、応力腐
食割れに関して第１図に示される結果を示した
のである。なお、第１図において、○印は割れ
発生なし、×印は割れ発生ありをそれぞれ示す
ものである。第１図に示される結果から、Cr
（％）＋Mo（％）＋１／２Ｗ（％）の値が25％未満に して、１／２Mn（％）＋Ni（％）の値が20％未満の 範囲では所望の耐応力腐食割れ性が得られない
ことが明らかである。以上の結果から、優れた
耐応力腐食割れ性を確保するためには、Cr
（％）＋Mo（％）＋１／２Ｗ（％）：25％以上、１／２ Mn（％）＋Ni（％）：20％以上とする必要があ
る。 (o) Mo（％）＋１／２Ｗ（％） MoとＷの含有量に関して、Mo（％）＋１／２Ｗ （％）で規定するのは、ＷがMoに対し原子量
が約２倍で、効果の点では約半分で均等となる
ことからで、この値が1.5％未満では所望の耐
応力腐食割れ性を確保することができず、一
方、この値が4.0％以上となるMoおよびＷを含
有させても、上記の通りより一層の耐応力腐食
割れ性向上効果は現われず、実質的に不必要な
量のMoおよびＷの含有となり、コスト高の原
因となつて経済的でないことから、Mo（％）＋
１／２Ｗ（％）の値を1.5〜4.0％未満と定めた。 なお、この発明の合金において、その他の不可
避不純物としてＢ、Sn、Pb、およびZnをそれぞ
れ0.05％以下の範囲で含有しても、この発明の合
金の特性が何らそこなわれるものではない。 また、この発明の合金より油井管を製造するに
際しては、まず通常の電気炉、アルゴン−酸素脱
炭炉（AOD炉）、エレクトロスラグ溶解炉（ESR
炉）などを使用して所定の成分組成を有する溶鋼
を溶製し、重量：2ton程度の鋼塊とした後、1050
〜1250℃の温度に均熱した状態で、直径：150〜
300mm〓のビレツトに分塊し、引続いて1050〜1250
℃の温度に加熱し、熱間加工によつて管材とされ
るが、その際、強度を付与する目的で、再結晶の
進まない1000℃以下の温度範囲での肉厚減少率が
30％以上となる条件で熱間加工することによつて
管材とする工程が好ましい。この結果の管材は、
熱間加工ままの状態か、あるいは850〜1150℃の
温度で溶体化処理した状態で、さらに肉厚減少
率：５〜70％、望ましくは10〜50％の冷間加工を
施した状態で実用に供されるが、この状態の管材
は、降伏強さ（0.2％耐力）：70Kgｆ／mm2以上の高
強度を有し、かつ延性および靭性は勿論のこと耐
応力腐食割れ性に優れたものである。 つぎに、この発明の合金を実施例により比較例
と対比しながら説明する。 実施例 それぞれ第１表に示される成分組成をもつた溶
鋼を通常の溶解法にて調製した後、鋼塊となし、
この鋼塊を1050〜1200℃の温度に均熱し、熱間鍛
造を施してビレツトとし、この場合熱間加工性を
評価する目的でビレツトに割れの発生があるか否
かを観察し、さらにビレツトを中ぐりした後1050
〜1200℃の温度に加熱し、熱間押出加工を施して
管材とし、さらにこの管材に、強度を付与する目
的で、熱間加工ままの状態もしくは1050〜1125℃
の温度で溶体化した状態で、同じく第１表に示さ
れる肉厚減少率にて冷間抽伸加工を施すことによ
つて、外径：60.3mm〓×肉厚：５mmの本発明合金
管材１〜47、比較合金管材１〜９、および従来合
金管材１〜４をそれぞれ製造した。 なお、比較合金管材１〜９は、いずれも構成成
分のうちのいずれかの成分含有量あるいは条件式
（第１表に※印を付して表示）がこの発明の範囲
から外れた組成をもつものであり、また従来合金
管材１はSUS316に、従来合金管材２はSUS310S
に、従来合金管材３はSUS329J1に、さらに従来
合金管材４はインコロイ800にそれぞれ相当する
組成をもつものである。 ついで、この結果得られた各種の管材より長
さ：20mmの試験片をそれぞれ切出し、この試験片
より長さ方向にそつて中心角で60°に相当する部
分を切落し、この状態の試験片に第３図に正面図
で示されるようにボルトを貫通し、ナツトで締め
つけて管外表面に降伏強さ（0.2％耐力）に相当
する引張応力を付加し、この状態の試験片Ｓに対
して、H2Sをそれぞれ0.1気圧、１気圧、および
10気圧で、CO2をいずれも10気圧で含有させた３
種のH2S−CO2含有の10％NaCl溶液（液温：150
℃）中に960時間浸漬の応力腐食割れ試験を行な
い、試験後における応力腐食割れの有無を観察し
た。これらの結果を、上記の熱間鍛造時の割れ発
生の有無、降伏強さ（0.2％耐力）、およ
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
び伸びと共に、第２表に合せて示した。なお、第
２表において、○印はいずれも割れ発生のない場
合、×印は割れ発生のある場合を示すものである。 第２表に示される結果から、比較合金管材１〜
９は、熱間加工性、耐応力腐食割れ性、および強
度のうちの少なくともいずれかの性質が劣つたも
のであるのに対して、本発明合金管材１〜47は、
いずれも高強度および高延性、並びに優れた熱間
加工性および耐応力腐食割れ性を有し、特に腐食
条件の厳しい10気圧H2S−10気圧CO2−10％
NaCl溶液中でも割れ発生は皆無であり、相対的
に耐応力腐食割れ性に劣る従来合金管材１〜４と
比較しても一段とすぐれた特性を有することが明
らかである。 上述のように、この発明の合金は、特に高強度
並びに優れた耐応力腐食割れ性を有しているの
で、これらの特性が要求される苛酷な環境下での
石油および天然ガス採掘に用いられる油井管とし
て、さらに地熱井管などとして使用した場合にき
わめて優れた性能を発揮するのである。
２表において、○印はいずれも割れ発生のない場
合、×印は割れ発生のある場合を示すものである。 第２表に示される結果から、比較合金管材１〜
９は、熱間加工性、耐応力腐食割れ性、および強
度のうちの少なくともいずれかの性質が劣つたも
のであるのに対して、本発明合金管材１〜47は、
いずれも高強度および高延性、並びに優れた熱間
加工性および耐応力腐食割れ性を有し、特に腐食
条件の厳しい10気圧H2S−10気圧CO2−10％
NaCl溶液中でも割れ発生は皆無であり、相対的
に耐応力腐食割れ性に劣る従来合金管材１〜４と
比較しても一段とすぐれた特性を有することが明
らかである。 上述のように、この発明の合金は、特に高強度
並びに優れた耐応力腐食割れ性を有しているの
で、これらの特性が要求される苛酷な環境下での
石油および天然ガス採掘に用いられる油井管とし
て、さらに地熱井管などとして使用した場合にき
わめて優れた性能を発揮するのである。
【図面の簡単な説明】
第１図は合金の耐応力腐食割れ性に関し、１／２
Mn（％）＋Ni（％）とCr（％）＋Mo（％）＋１／２Ｗ
（％）との関係を示した図、第２図および第３図
はそれぞれ板状および管状試験片を用いる応力腐
食割れ試験の態様を示す正面図である。
はそれぞれ板状および管状試験片を用いる応力腐
食割れ試験の態様を示す正面図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Ｃ：0.1％以下、Si：1.0％以下、 Mn：3.0〜15.0％、Ｐ：0.030％以下、 Ｓ：0.010％以下、sol.Al：0.5％以下、 Cr：22.5％超〜30.0％、 Ni：15.0〜25.0％未満、 Ｎ：0.1〜0.4％、 を含有し、 Mo：4.0％未満、Ｗ：8.0％未満、 のうちの１種または２種、 を含有し、かつ、 １／２Mn（％）＋Ni（％）：20％以上、 Cr（％）＋Mo（％）＋１／２Ｗ（％）：25％以上、 Mo（％）＋１／２Ｗ（％）：1.5〜4.0％未満、 を満足し、残りがFeとその他の不可避不純物か
らなる組成（以上重量％）を有することを特徴と
する耐食性の優れた油井管用高強度合金。 ２ Ｃ：0.1％以下、Si：1.0％以下、 Mn：3.0〜15.0％、Ｐ：0.030％以下、 Ｓ：0.010％以下、sol.Al：0.5％以下、 Cr：22.5％超〜30.0％、 Ni：15.0〜25.5％未満、 Ｎ：0.1〜0.4％、 を含有し、 Mo：4.0％未満、Ｗ：8.0％未満、 のうちの１種または２種、 を含有し、さらに、 Co：0.05〜3.0％ を含有し、かつ、 １／２Mn（％）＋Ni（％）：20％以上、 Cr（％）＋Mo（％）＋１／２Ｗ（％）：25％以上、 Mo（％）＋１／２Ｗ（％）：1.5〜4.0％未満、 を満足し、残りがFeとその他の不可避不純物か
らなる組成（以上重量％）を有することを特徴と
する耐食性の優れた油井管用高強度合金。 ３ Ｃ：0.1％以下、Si：1.0％以下、 Mn：3.0〜15.0％、Ｐ：0.030％以下、 Ｓ：0.010％以下、sol.Al：0.5％以下、 Cr：22.5％超〜30.0％、 Ni：15.0〜25.0％未満、 Ｎ：0.1〜0.4％、 を含有し、 Mo：4.0％未満、Ｗ：8.0％未満、 のうちの１種または２種、 を含有し、さらに、 Cu：0.05〜3.0％、 を含有し、かつ、 １／２Mn（％）＋Ni（％）：20％以上、 Cr（％）＋Mo（％）＋１／２Ｗ（％）：25％以上、 Mo（％）＋１／２Ｗ（％）：1.5〜4.0％未満、 を満足し、残りがFeとその他の不可避不純物か
らなる組成（以上重量％）を有することを特徴と
する耐食性の優れた油井管用高強度合金。 ４ Ｃ：0.1％以下、Si：1.0％以下、 Mn：3.0〜15.0％、Ｐ：0.030％以下、 Ｓ：0.010％以下、sol.Al：0.5％以下、 Cr：22.5％超〜30.0％、 Ni：15.0〜25.0％未満、 Ｎ：0.1〜0.4％、 を含有し、 Mo：4.0％未満、Ｗ：8.0％未満、 のうちの１種または２種、 を含有し、さらに、 希土類元素：0.001〜0.10％、 Ｙ：0.001〜0.20％、Mg：0.001〜0.10％、 Ca：0.001〜0.10％、Ti：0.005〜0.50％、 のうちの１種または２種以上、 を含有し、かつ、 １／２Mn（％）＋Ni（％）：20％以上、 Cr（％）＋Mo（％）＋１／２Ｗ（％）：25％以上、 Mo（％）＋１／２Ｗ（％）：1.5〜4.0％未満、 を満足し、残りがFeとその他の不可避不純物か
らなる組成（以上重量％）を有することを特徴と
する耐食性の優れた油井管用高強度合金。 ５ Ｃ：0.1％以下、Si：1.0％以下、 Mn：3.0〜15.0％、Ｐ：0.030％以下、 Ｓ：0.010％以下、sol.Al：0.5％以下、 Cr：22.5％超〜30.0％、 Ni：15.0〜25.0％未満、 Ｎ：0.1〜0.4％、 を含有し、 Mo：4.0％未満、Ｗ：8.0％未満、 のうちの１種または２種、 を含有し、さらに、 Co：0.05〜3.0％、Cu：0.05〜3.0％、 を含有し、かつ、 １／２Mn（％）＋Ni（％）：20％以上、 Cr（％）＋Mo（％）＋１／２Ｗ（％）：25％以上、 Mo（％）＋１／２Ｗ（％）：1.5〜4.0％未満、 を満足し、残りがFeとその他の不可避不純物か
らなる組成（以上重量％）を有することを特徴と
する耐食性の優れた油井管用高強度合金。 ６ Ｃ：0.1％以下、Si：1.0％以下、 Mn：3.0〜15.0％、Ｐ：0.030％以下、 Ｓ：0.010％以下、sol.Al：0.5％以下、 Cr：22.5％超〜30.0％、 Ni：15.0〜25.0％未満、 Ｎ：0.1〜0.4％、 を含有し、 Mo：4.0％未満、Ｗ：8.0％未満、 のうちの１種または２種、 を含有し、さらに、 希土類元素：0.001〜0.10％、 Ｙ：0.001〜0.20％、Mg：0.001〜0.10％、 Ca：0.001〜0.10％、Ti：0.005〜0.50％、 のうちの１種または２種以上と、 Co：0.05〜3.0％、 を含有し、かつ、 １／２Mn（％）＋Ni（％）：20％以上、 Cr（％）＋Mo（％）＋１／２Ｗ（％）：25％以上、 Mo（％）＋１／２Ｗ（％）：1.5〜4.0％未満、 を満足し、残りがFeとその他の不可避不純物か
らなる組成（以上重量％）を有することを特徴と
する耐食性の優れた油井管用高強度合金。 ７ Ｃ：0.1％以下、Si：1.0％以下、 Mn：3.0〜15.0％、Ｐ：0.030％以下、 Ｓ：0.010％以下、sol.Al：0.5％以下、 Cr：22.5％超〜30.0％、 Ni：15.0〜25.0％未満、 Ｎ：0.1〜0.4％、 を含有し、 Mo：4.0％未満、Ｗ：8.0％未満、 のうちの１種または２種、 を含有し、さらに、 希土類元素：0.001〜0.10％、 Ｙ：0.001〜0.20％、Mg：0.001〜0.10％、 Ca：0.001〜0.10％、Ti：0.005〜0.50％、 のうちの１種または２種以上と、 Cu：0.05〜3.0％、 を含有し、かつ、 １／２Mn（％）＋Ni（％）：20％以上、 Cr（％）＋Mo（％）＋１／２Ｗ（％）：25％以上、 Mo（％）＋１／２Ｗ（％）：1.5〜4.0％未満、 を満足し、残りがFeとその他の不可避不純物か
らなる組成（以上重量％）を有することを特徴と
する耐食性の優れた油井管用高強度合金。 ８ Ｃ：0.1％以下、Si：1.0％以下、 Mn：3.0〜15.0％、Ｐ：0.030％以下、 Ｓ：0.010％以下、sol.Al：0.5％以下、 Cr：22.5％超〜30.0％、 Ni：15.0〜25.0％未満、 Ｎ：0.1〜0.4％、 を含有し、 Mo：4.0％未満、Ｗ：8.0％未満、 のうちの１種または２種、 を含有し、さらに、 希土類元素：0.001〜0.10％、 Ｙ：0.001〜0.20％、Mg：0.001〜0.10％、 Ca：0.001〜0.10％、Ti：0.005〜0.50％、 のうちの１種または２種以上と、 Co：0.05〜3.0％、Cu：0.05〜3.0％、 を含有し、かつ、 １／２Mn（％）＋Ni（％）：20％以上、 Cr（％）＋Mo（％）＋１／２Ｗ（％）：25％以上、 Mo（％）＋１／２Ｗ（％）：1.5〜4.0％未満、 を満足し、残りがFeとその他の不可避不純物か
らなる組成（以上重量％）を有することを特徴と
する耐食性の優れた油井管用高強度合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9232882A JPS58210156A (ja) | 1982-05-31 | 1982-05-31 | 耐食性の優れた油井管用高強度合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9232882A JPS58210156A (ja) | 1982-05-31 | 1982-05-31 | 耐食性の優れた油井管用高強度合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58210156A JPS58210156A (ja) | 1983-12-07 |
| JPH0372699B2 true JPH0372699B2 (ja) | 1991-11-19 |
Family
ID=14051314
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9232882A Granted JPS58210156A (ja) | 1982-05-31 | 1982-05-31 | 耐食性の優れた油井管用高強度合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58210156A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN102465234B (zh) * | 2010-11-18 | 2013-11-13 | 中国石油天然气集团公司 | 一种低合金n80钢级实体可膨胀管材料的制备方法 |
| US9347121B2 (en) * | 2011-12-20 | 2016-05-24 | Ati Properties, Inc. | High strength, corrosion resistant austenitic alloys |
| US11111552B2 (en) * | 2013-11-12 | 2021-09-07 | Ati Properties Llc | Methods for processing metal alloys |
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Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS581044A (ja) * | 1981-06-24 | 1983-01-06 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 耐応力腐食割れ性に優れた高強度油井管用合金 |
| JPS581043A (ja) * | 1981-06-24 | 1983-01-06 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 耐応力腐食割れ性に優れた高強度油井管用合金 |
| JPS581042A (ja) * | 1981-06-24 | 1983-01-06 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 耐応力腐食割れ性に優れた高強度油井管用合金 |
-
1982
- 1982-05-31 JP JP9232882A patent/JPS58210156A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58210156A (ja) | 1983-12-07 |
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