JPH0421718A - 耐硫化物応力割れ性に優れた高強度鋼の製造法 - Google Patents

耐硫化物応力割れ性に優れた高強度鋼の製造法

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JPH0421718A
JPH0421718A JP12444190A JP12444190A JPH0421718A JP H0421718 A JPH0421718 A JP H0421718A JP 12444190 A JP12444190 A JP 12444190A JP 12444190 A JP12444190 A JP 12444190A JP H0421718 A JPH0421718 A JP H0421718A
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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】 (産業上の利用分野) 本発明は油井あるいはガス井やその周辺機材に用いられ
る鋼材として適し、湿潤硫化水素と応力の組み合わせ下
で発生する硫化物応力割れ(以下SSCと称する)に対
する抵抗性の高い高強度鋼、特に降伏強度が70kg 
f /−以上の高強度でしかもSSCの割れ限界応力と
降伏強度の比(以下Rs値)が80%以上という優れた
SSC抵抗性を有する鋼の製造法に関するものである。
(従来の技術) 近年エネルギー事情の急迫に伴い、硫化水素を含む原油
の掘削、輸送、貯蔵用に鉄鋼材料が使用に供せられる場
合か増えてきている。特に原油掘削用として用いられる
油井管に使用される鋼は深井戸化の傾向に伴い厳しい腐
食環境にさらされることになり、高い降伏強度と優れた
耐SSC性を兼ね備えた鋼が必要とされている。また経
済的な要求から大部分の要求に対しては低合金鋼で対処
する必要かある。
このような要求に対応して特開昭55−73848号公
報、特開昭55−134158号公報などで紹介されて
いるように、多くの種類の耐SSC鋼管が開発されてい
る。
(発明が解決しようとする問題点) 硫化水素による硫化物応力割れは、鋼材表面か腐食され
る際に発生する水素か鋼材中に拡散することによって引
き起こされる水素脆化が原因とされている。低合金を基
本とする化学成分の鋼材において、鋼材強度が上昇する
につれて、この脆化感受性が高まるため鋼材強度および
優れた耐SSC性を同時に具備させることは困難であっ
た。
具体的には、従来の技術において耐SSC性に優れた高
強度鋼管はC95クラス(降伏強度66.5〜77kg
/m()か上限と考えられており、さらに低コストで製
造できる鋼が要求されている。
(問題点を解決するための手段) 本発明者らは耐SSC性を支配する冶金的因子を詳細に
検討した結果、耐SSC性の低下は旧オーステナイト粒
界割れによって起こること、従って高強度と優れた耐S
SC性を同時に具備させるためには粒界強度を高める処
置をとることか必要との知見を得た。従来粒界強度を高
める方法としては、低合金鋼にMnとPを一定の関係て
含有させる。
特開昭61−621)8号公報やPとMoを一定の関係
で含有させた特開昭62−17721号公報のように鋼
成分を適正化する技術があるが、本発明者は他の方法に
よる抜本的な鋼の粒界強化法について検討した結果、結
晶粒界近傍の転位密度を粒内に較べて高めることにより
粒界強度が向上することを知見した。
本発明はこのような知見に基づき、十分な厚さの鋼材を
製造できることを考慮に入れ構成要件を決定したもので
ある。その要旨は C:0.15〜0.35%、Si:0.05〜050%
、Mn : 0.20−1.0%、P  : 0.[1
15%以下、S  : 0.010%以下、N 二o、
oog%以下、Mo:0.lO〜0.80%、Nb :
0.010〜0.050%、Ti  : 0.0211
1%以下でかつ−0,005%≦Ti−3,4N≦0.
01%、 八Ω・0.005〜010%、B :0.0005〜0
.0025%、を含有し、あるいはさらに Cr:1.5%以下 を含有して残部が実質的に鉄からなる鋼を、熱間圧延終
了直後、あるいは熱間圧延終了直後の低温度からオース
テナイト域温度に再加熱した後の950〜700℃の温
度範囲で断面積減少率にして15〜40%加工した後焼
入れ処理により体積率にて90%以上のマルテンサイト
に変態させた後580〜720℃の温度範囲で焼もどす
ことを特徴とする硫化物応力割れ抵抗性の高い高強度鋼
の製造法である。
以下、本発明について詳細に説明する。
ます本発明の鋼成分を上記のように限定した理由につい
て述べる。
Cは低合金鋼材の所要強度を確保するために必須な元素
として、その含有量を015%以上とした。
しかし035%を越える多量な含有は、焼入れ時に割れ
を生しることかあるため0,35%を上限とした。
Siは鋼の粒界強度を低下させる成分として少量化する
ことが望ましく、その上限を0.50%とした。
Mnは焼入性を向上させ、赤熱脆性を防止する有効な成
分で0.2%以上を添加する。しかし多量に含むと粒界
強度を低下させるため、その上限を1.0%とした。
Pは粒界強度を低下させる有害な成分として、その含有
量を低減させる必要がある。従って本発明においては0
.015%以下に限定した。
Sは製鋼上完全に除去できない不純物で、多量に含むと
MnSを形成しこれが割れ起点となる。
したがってS含有量の上限を0.010%とした。
N量は総Ti量を減少させる上で低い方が望ましいが、
粒界割れを抑制しオーステナイト粒を細かくする有効な
成分として、その上限をo、oos%とした。
Mc)はPの粒界偏析を抑制し粒界強度を向上させる作
用を有する成分として含有させるが、0.10%以下で
はその効果が小さく、また0、8%を越えて添加しても
一層の効果が望めない。したがってMoの含有量を0.
10〜0.80%とした。
Allは結晶粒微細化の作用をして鋼の靭性を向上する
有効な成分であり、その含有量を0.005%以上とし
た。また、0.10%を越える過剰な含有量はAl2O
3を増加させ耐SSC性を低下させる。
したがってAIの含有量は0.005〜0.10%とし
た。
NbはNb炭窒化物を生成して再加熱焼入れ鋼の細晶粒
または圧延中の再結晶粒を細かくする効果を有するが0
.01%以下ではその効果は十分でなく、多量に添加し
ても一層の細粒化効果を期待できないばかりか熱間加工
時のキズを発生しやすくする恐れもある。したがってN
b含有量の上限を0.05%とした。
TiはNをTiNとして固定しBの焼入性向上機能を維
持し、B含有鋼の鋳造時の表面割れを抑制する効果を有
する。しかしTiの過剰添加は粗大なTiNの析出を助
長し耐SSC性を低下させるので、Ti−3,4Nとな
る関係において−0,005〜0.01%としかつ総T
Hitの上限を0.028%とした。
Bは焼入性を著しく向上させる元素であるか、0.00
05%以下ではその効果は十分ではなく多量に添加して
もその効果か飽和するのみならす、熱間加工時の割れ、
キズの発生が懸念されるため上限を0.0025%とし
た。またBの含有はMn、Crの含有量を低減させて耐
SSC性の低下傾向を抑制する作用効果を奏する。
C「は焼入性を高め鋼を強化する有効な成分で、選択的
に含有させるものである。Crは、含有量が少ない場合
には比較的耐SSC性を低下させない元素であるが、多
量に添加すると明らかに耐SSC性を低下させるので上
限を1.5%とした。
上記のような成分組成の鋼は、転炉、電気炉などの溶解
炉あるいはさらに脱ガス処理を施して溶製された溶鋼を
造塊・分塊法または連続鋳造法で鋼片となし、さらに熱
間圧延を経て製造される。
該熱間圧延の仕上圧延後または熱間圧延終了後低温度か
らオーステナイト域温度に再加熱後、950〜700℃
の温度範囲で15〜40%の熱間加工を施した後、焼入
れ処理をする。この工程は本発明の最重要点である。こ
の加工により導入された転位は粒界近くに高密度に堆積
し、この転位は焼入れ処理中に生しるマルテンサイトに
引き継がれる。
すなわちこの加工により得られたマルテンサイトは組織
特有の高密度の転位を含むと共にとりわけ旧オーステナ
イト粒界近傍の転位密度か高くなる。
ここで加工温度を950〜700℃に限定した理由は9
50℃以上では加工により導入された転位が有効に残存
せず転位による粒界強化に寄与しない。
方700℃を下まわる温度では加工によりフェライト変
態を起こして強度を低下しマルテンサイト組織とフェラ
イト組織の混合組織を呈して耐SSC特性を劣化する。
したがって950〜700℃に限定した。加工率を15
%以上とした理由は15%以下では十分な転位による強
化の効果かなく、一方40%を越える加工は再結晶を誘
起して転位か減少する可能性かあるため15〜40%と
した。なお、ここで言う加工率は((加工前断面率)−
(加工前断面積月/(加工前断面積)  X100(%
)により定義される断面積減少率である。
加工された鋼は焼入れ処理によりマルテンサイト変態さ
せられる。拡散変態か生しると加工により導入された転
位か消滅し、本発明が目的とする効果が得られない。し
たがって無拡散変態でマルテンサイト変態させる必要が
ある。しかし一定の厚みの鋼を完全にマルテンサイト変
態させることは一般に困難であるため加工の効果がほぼ
得られ、また工業的に容易に達成できる90%以上のマ
ルテンサイトとした。
このようにして得られた焼入れままの鋼を所望の強度に
調整し、靭性、耐SSC特性を向上させるために焼もど
しを行う必要がある。580℃以下では耐SSC特性が
向上する強度まで低下させることが困難であり、また7
20℃以上の高温で加熱するとオーステナイト相が析出
し、冷却後フェライトに変態し、また場合によりマルテ
ンサイトに変態し不均一な組織になるため耐SSC性に
対し好ましくない。したがって焼もどし温度は580〜
720℃と定めた。
以上のように製造された鋼は極めて優れた耐SSC特性
を有する。
(実 施 例) 次に本発明を実施例に基づいて説明する。
第1表に示す鋼を用いて、第2表に示す条件で製造した
各々の鋼は強度(降伏強度、YS)と硫化物応力割れ特
性を評価した。硫化物応力割れ特性は1気圧のH2Sを
飽和した5%N a C9+0.5%CH3CO0H水
溶液中で平行部直径が6.4龍の丸棒引張試験片に引張
応力を加え720時間で破断しない最大応力(σIh)
を求めた。第2表に示すように同一強度水準で比較する
と本発明鋼は耐硫化物応力割れ特性Rs(σ、、/YS
)が高く優れている。本発明の焼入れ前の加工の効果は
本発明外の鋼にも見られるが、絶対値として低い。
(発明の効果) このように、本発明にしたがった鋼の製造法によれば、
従来の方法では達成できなかった高強度と耐硫化物応力
割れを同時に高い水準で併せもつ鋼が得られ産業上に寄
与するところ極めて大きい。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)C:0.15〜0.35%、Si:0.05〜0
    .50%、Mn:0.20〜1.0%、P:0.015
    %以下、S:0.010%以下、N:0.008%以下
    、Mo:0.10〜0.80%、Nb:0.010〜0
    .050%、Ti:0.028%以下でかつ−0.00
    5%≦Ti−3.4N≦0.01%、 Al:0.005〜0.10%、B:0.0005〜0
    .0025%、を含有して残部が実質的に鉄からなる鋼
    を、熱間圧延終了直後、または熱間圧延終了直後の低温
    度からオーステナイト域温度に再加熱した後の950〜
    700℃の温度範囲で断面積減少率にして15〜40%
    加工した後焼入れ処理し、続いて580〜720℃の温
    度範囲で焼もどすことを特徴とする硫化物応力割れ抵抗
    性の高い高強度鋼の製造法。
  2. (2)C:0.15〜0.35%、Si:0.05〜0
    .50%、Mn:0.20〜1.0%、P:0.015
    %以下、S:0.010%以下、N:0.008%以下
    、Mo:0.10〜0.80%、Nb:0.010〜0
    .050%、Ti:0.028%以下でかつ−0.00
    5%≦Ti−3.4N≦0.01%、 Al:0.005〜0.10%、B:0.0005〜0
    .0025%、を含有して、さらに Cr:1.5%以下、 を含有して残部が実質的に鉄からなる鋼を、熱間圧延終
    了直後、または熱間圧延終了直後の低温度からオーステ
    ナイト域温度に再加熱した後の950〜700℃の温度
    範囲で断面積減少率にして15〜40%加工した後焼入
    れ処理し、続いて580〜720℃の温度範囲で焼もど
    すことを特徴とする硫化物応力割れ抵抗性の高い高強度
    鋼の製造法。
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